27

Содержание
Введение ........................................................................... Ошибка! Закладка не определена.
Исходные данные ............................................................ Ошибка! Закладка не определена.
1.
Выбор мощности и количества ВЭУ .............................. Ошибка! Закладка не определена.
1.1. Расчет электрической нагрузки проектируемого объекта ........... Ошибка!
Закладка не определена.
1.2. Ветроэнергетический расчет ............. Ошибка! Закладка не определена.
1.3. Выбор количества ветроэнергетических установок ...Ошибка! Закладка
не определена.
1.4. Выбор режима работы ВЭУ и компоновки гондолы ..Ошибка! Закладка
не определена.
1.5. Выбор места расположения ВЭУ ...... Ошибка! Закладка не определена.
2. Схема установки ВЭУ и расчет электропитающих сетей ................... Ошибка! Закладка не
определена.
2.1. Определение количества отходящих линий к потребителям ...... Ошибка!
Закладка не определена.
2.2 Выбор типа линии и сечения проводов (жил) по нагреву ............ Ошибка!
Закладка не определена.
2.3 Выбор сечения проводов (жил) по потере напряжения.Ошибка! Закладка
не определена.
2.4 Расчет токов короткого замыкания ...... Ошибка! Закладка не определена.
3
Выбор оборудования в автономной системе. ......................................................................19
3.1 Расчет плавких вставок предохранителей или уставок автоматов............. 19
3.2 Выбор электрического шкафа ветроустановки ........ Ошибка! Закладка не
определена.
3.3. Выбор магнитных пускателей ............ Ошибка! Закладка не определена.
3.4 Выбор батареи конденсаторов ............. Ошибка! Закладка не определена.
4
Конструктивное исполнение ЛЭП .................................. Ошибка! Закладка не определена.
1
2
Введение
Ветроэнергетика
-
отрасль
энергетики,
специализирующаяся
на
преобразовании кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в
электрическую, механическую, тепловую или в любую другую форму энергии,
удобную для использования в народном хозяйстве. Такое преобразование может
осуществляться такими агрегатами, как ветрогенератор (для получения
электрической
энергии),
ветряная
мельница
(для
преобразования
в
механическую энергию), парус (для использования в транспорте) и другими.
Энергию ветра относят к возобновляемым видам энергии, так как она
является следствием деятельности солнца. Ветроэнергетика является бурно
развивающейся отраслью, ежегодно многие мировые аналитические агентства
составляют воодушевляющие рейтинги роста использования ВИЭ, в частности
ветроэнергетики об увеличении использования в развитых странах.
Крупные ветряные электростанции включаются в общую сеть, более
мелкие используются для снабжения электричеством удалённых районов. В
отличие от ископаемого топлива, энергия ветра практически неисчерпаема,
повсеместно доступна и более экологична. Однако, сооружение ветряных
электростанций сопряжено с некоторыми трудностями технического и
экономического характера, замедляющими распространение ветроэнергетики. В
частности, непостоянство ветровых потоков не создаёт проблем при небольшой
пропорции ветроэнергетики в общем производстве электроэнергии, однако при
росте этой пропорции, возрастают также и проблемы надёжности производства
электроэнергии. Интеллектуальное управление распределением электроэнергии
может помочь в решении подобныхjh проблем.
3
В данной работе необходимо при проектировании электроснабжения
поселка необходимо выбрать ВЭУ мощностью, достаточной для покрытия
графика нагрузки; предохранители и магнитные пускатели для каждого
присоединения; питающие провода. Также необходимо произвести компоновку
гондолы и выбрать режим работы ветроколеса. Произвести конструктивное
исполнение ЛЭП с учетом всех требований по безопасности.
Исходные данные
Жилой сектор:
Количество домов n1=40
Мощность P1=162 кВт
Промышленный сектор:
Мощность P3=48кВт
Теплица
Мощность P5=42 кВт
Освещение поселка
P7=8кВт
Ферма
Мощность P8=50 кВт
Птичник
Мощность P10=30кВт
Гараж
Мощность P12=7кВт
Тип источника
Ветроэнергетическая установка, дизельный источник
Количество отходящих линий
n2=10
4
1. Выбор мощности и количества ВЭУ
1.1.
Расчет электрической нагрузки проектируемого объекта
Расчет общей нагрузки:
𝑃 = (𝑃1 + 𝑃3 + 𝑃5 + 𝑃7 + 𝑃8 + 𝑃10 + 𝑃12 ) ∙ 0,9
= (162 + 48 + 42 + 8 + 50 + 30 + 7) ∙ 0,9 = 312,3 ≅ 313кВт
В данной работе для электроснабжения поселка используются два
источника энергии: дизельная электростанция (ДЭС) и ветроэнергетическая
установка (ВЭУ), которые работают параллельно друг другу. В период безветрия
предполагается использовать дизельную электростанцию. Когда же скорость
ветра достигает (8 м/с2 и более), дизельная электростанция прекращает свою
работу и энергия вырабатывается ветроустановкой.
Принимаем расчетное значение мощности дизельной установки равным
половине суммарного потребления активной мощности поселком:
Рд =
РΣ 313
=
= 156,5кВт
2
2
Дизельные установки выполняются на стандартный ряд мощностей: 25,
50, 75, 100, 125, 150, 200, 250, 400, 630 кВт. Округляя полученное значение до
ближайшего большего стандартного, принимаем мощность дизельной установки
равной 200 кВт.
1.2.
Ветроэнергетический расчет
Для определения ожидаемой выработки электроэнергии в конкретном
местоположении необходимо располагать данными о распределении скорости
ветра по градациям
f u  .
Учитывая изменчивость скорости ветра во времени,
для получения достоверных данных о повторяемости и необходимо иметь ряд
наблюдений за период не менее 10 лет по флюгеру или анеморумбометру.
Недостатком наземных наблюдений за ветром является существенная их
зависимость от степени защищенности метеостанции. Практически наблюдения
за ветром на метеостанциях характеризуют условия ветрового режима на самой
станции, а ни того района, где предполагается устанавливать ВЭУ. Поэтому для
5
того чтобы получить расчетные значения скорости ветра у земли лучше использовать данные радиозондовых измерений на различных высотах нижнего
слоя атмосферы при условии их достоверности и репрезентативности.
Преимущество такого подхода заключается в том, что здесь используются
данные о скорости ветра на высотах, где влияние рельефа и прочих
неоднородностей подстилающей поверхности несущественно.
Таблица 1
Технические данные ВЭУ
Марка
Номинальная мощность
Количество лопастей
Высота оси
Минимальная рабочая
скорость ветра
Максимальная рабочая
скорость ветра
ВЭУ-04-450
ВЭУ-0750
450
3
32,7
50
3
37
5
2,5
25
20
Таблица 2
Зависимости мощности ВЭУ от скорости ветра
м/с
ВЭУ-04450
ВЭУ0750
м/с
ВЭУ-04450
ВЭУ0750
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
кВт
кВт
кВт
кВт
кВт
кВт
кВт
кВт
кВт
кВт
кВт
кВт
0
0
24,9
63,9 109,9 162,4 217,8
0,46
1,86
3,86
6,79 11,44 16,75 22,91 29,72 37,58 43,89 47,66
15
16
17
18
19
20
21
272 331,1 373,3 423,5 454,7
22
23
24
25
466,9 476,2 469,7 435,7
425 414,9
410
405
400
395
390
50,65 51,02
49,8
49,8
49,8
49,8
49,8
49,8
49,8
49,8
49,8
49,8
Таблица 3
Среднемесячная скорость ветра для заданной области (Сюркуль)
месяц
январь
февраль
март
апрель
май
июнь
июль
август
сентябрь
октябрь
Ui, м/с
7,2
7,9
7,1
6,5
6,9
6,4
6,3
5,9
6,1
6,3
6
ноябрь
декабрь
7,2
7,5
Средняя годовая скорость ветра принимается равной 6,8 м/с.
Таблица 4
Коэффициент возрастания скорости ветра с высотой в нижнем 100-метровом
слое атмосферы. Ровная открытая местность
Сезон
10
20
40
60
80
100
m
Зима
1
1,12
1,26
1,35
1,43
1,50
0,17
Весна
1
1,17
1,36
1,50
1,59
1,66
0,22
Лето
1
1,18
1,40
1,55
1,67
1,76
0,24
Осень
1
1,12
1,26
1,35
1,43
1,50
0,17
Год
1
1,15
1,32
1,44
1,53
1,60
0,20
Для расчета выработки энергии ВЭУ в конкретном пункте на заданной
высоте необходимо в значение скорости ветра на уровне флюгера ввести
поправку на уменьшение u z  , приведя ее к высоте оси ветроколеса, с учетом
рельефа и климатических условий местности.
На основе степенного закона ветра рассчитывается средняя скорость ветра,
приведенная к высоте оси ветроколеса.
𝑚
̅оси
𝑈
Носи
= 𝑈флюг ∙ (
) , где
Нф
𝑈флюг = 6,8 м/с - среднегодовая скорость на высоте флюгера;
Носи − высота оси ветроустановки;
Нф = 12 м − высота флюгера;
𝑚 = 0,2 − сезонный показатель.
ВЭУ-04-450
̅оси
𝑈
32,7 0,2
= 6,8 ∙ (
) = 8,31 м/с
12
Среднеквадратическое отклонение скорости:
̅оси = 0,5 ∙ 8,31 = 4,15
𝜎 = 0,5 ∙ 𝑈
ВЭУ-0750
̅оси
𝑈
37 0,2
= 6,8 ∙ ( ) = 8,52 м/с
12
7
Среднеквадратическое отклонение скорости:
̅оси = 0,5 ∙ 8,52 = 4,26
𝜎 = 0,5 ∙ 𝑈
Определим годовую выработку электроэнергии ВЭУ-04-450.
Таблица 5
Определение годовой выработки электроэнергии ВЭУ-04-450
Ui
м/с
Pi
кВт
3
4
5
0
0
24,9
-1,3
-1,0
-0,8
0,085
0,3
0,33
Wcp
кВт
0,0205 0,0000
0,0722 0,0000
0,0794 1,9777
6
63,9
-0,6
0,36
0,0866
5,5367
7
109,9
-0,3
0,35
0,0842
9,2579
8
162,4
-0,1
0,34
0,0818
13,2896
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
217,8
272
331,1
373,3
423,5
454,7
466,9
476,2
469,7
435,7
425
414,9
410
405
400
395
390
0,2
0,4
0,6
0,9
1,1
1,4
1,6
1,9
2,1
2,3
2,6
2,8
3,1
3,3
3,5
3,8
4,0
0,33
0,31
0,28
0,22
0,185
0,13
0,095
0,08
0,065
0,05
0,035
0,025
0,015
0,01
0,01
0,01
0,01
0,0794
0,0746
0,0674
0,0530
0,0445
0,0313
0,0229
0,0193
0,0156
0,0120
0,0084
0,0060
0,0036
0,0024
0,0024
0,0024
0,0024
17,2989
20,2945
22,3134
19,7664
18,8570
14,2271
10,6757
9,1691
7,3482
5,2433
3,5802
2,4965
1,4802
0,9748
0,9627
0,9507
0,9387
где 𝑍𝑖 =
Zi
σf(u)i
̅оси
𝑈𝑖 −𝑈
𝜎
f(u)
–отклонение центрированной функции;
F(u0) – функция распределения от скорости;
𝑓(𝑈0 ) =
𝜎∙𝑓(𝑈)
𝜎
−
закон
распределения
единицах;
𝜎 ∙ 𝑓(𝑈) определим по рис.2;
скорости
в
относительных
8
𝑊𝑐𝑝𝑖 = 𝑓(𝑈0 ) ∙ 𝑃𝑖 – Мощность ветроустановки по закону распределения
скорости в относительных еденица
𝑊годВЭУ = ∑25
0 𝑊𝑐𝑝𝑖 ∙ 8760 − годовая выработка электроэнергии, кВт*ч.
𝑊годВЭУ = 1634961 кВтч
Распределение скорости ветра
Распределение скорости в
относительных единицах
0,1000
0,0900
0,0800
0,0700
0,0600
0,0500
0,0400
0,0300
0,0200
0,0100
0,0000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
Скорость ветра Ui (м/с)
Рис.1. Распределение скорости ветра
Рис.2. Распределение скорости ветра в безразмерных координатах
Определим годовую выработку электроэнергииВЭУ-04-450.
Таблица 6
Определение годовой выработки электроэнергии ВЭУ-07-50
Ui
м/с
3
4
5
6
Pi
кВт
0,46
1,86
3,86
6,79
Zi
σf(u)i
-1,3
-1,1
-0,8
-0,6
0,085
0,295
0,33
0,36
f(u)
0,0200
0,0693
0,0775
0,0845
Wcp
кВт
0,0092
0,1288
0,2991
0,5740
9
7
8
9
10
11
11,44
16,75
22,91
29,72
37,58
-0,4
-0,1
0,1
0,3
0,6
0,37
0,37
0,37
0,35
0,28
0,0869
0,0869
0,0869
0,0822
0,0657
0,9939
1,4552
1,9904
2,4425
2,4708
Продолжение таблицы 6
Ui
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
Pi
43,89
47,66
49,8
50,65
51,02
49,8
49,8
49,8
49,8
49,8
49,8
49,8
49,8
49,8
Zi
0,8
1,1
1,3
1,5
1,8
2,0
2,2
2,5
2,7
2,9
3,2
3,4
3,6
3,9
σf(u)i
0,23
0,185
0,17
0,15
0,085
0,07
0,06
0,03
0,01
0
0
0
0
0
f(u)
0,0540
0,0434
0,0399
0,0352
0,0200
0,0164
0,0141
0,0070
0,0023
0,0000
0
0
0
0
Wcp
2,3703
2,0703
1,9879
1,7840
1,0183
0,8185
0,7016
0,3508
0,1169
0,0000
0
0
0
0
𝑊годВЭУ 189064 кВтч
Распределение скорости в
относительных единицах
Распределение скорости ветра
0,1000
0,0900
0,0800
0,0700
0,0600
0,0500
0,0400
0,0300
0,0200
0,0100
0,0000
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
Скорость ветра Ui (м/с)
Рис.3. Распределение скорости ветра
Зная график энергопотребления в % и суммарную мощность поселка,
определим потребляемую мощность в кВт в зимний и летний период:
Таблица 7
10
График нагрузки
Время,
час
зима, %
лето, %
Время,
час
зима, %
лето, %
1-2
30
20
3-4
30
20
5-6
30
20
7-8
30
20
9-10
100
85
11-12
100
85
13-14
80
70
15-16
80
85
17-18
40
85
19-20
40
70
21-22
30
70
23-24
30
70
Мощность, %
График нагрузки мощности для лета и зимы для Сюркуль
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
зима
лето
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Время суток, в часах
Рис 4. Зимней и летний график нагрузки для Сюркуль (в процентах)
Суточный график нагрузки
Энергия, потребляемая поселком:
24
24
𝑊год.потр = ((∑ 𝑃𝑖,з ∙ 𝑡𝑖,з ) ∙ 240 + (∑ 𝑃𝑖,л ∙ 𝑡𝑖,л ) ∙ 125) ∗ Рн/100,
0
0
где nз=240- количество зимних дней; nл=125– количество летних дней.
𝑃𝑖,з - часовая нагрузка зимой в процентах; 𝑃𝑖,л - часовая нагрузка летом в
процентах; 𝑡𝑖,з и 𝑡𝑖,л − длительность нагрузки в сутки;
𝑊год.потр = ((1240) ∙ 240 +
+(1400) ∙ 125) ∗
262,8
= 1 241 993 кВт ∙ ч
100
11
1.3.
Выбор количества ветроэнергетических установок
Зная потребляемую и вырабатываемую энергию, найдем количество
ветроустановок для обеспечения электроснабжения поселка из условия:
𝑊год.потр ≤ 𝑊год.ВЭУ1 ∙ 𝑛1 + 𝑊год.ВЭУ2 ∙ 𝑛2 ≤ 1,1 ∙ 𝑊год.потр ,
где 𝑛 – количество ВЭУ.
𝑊год.ВЭУ1 = 1634961 кВт ∙ ч
𝑊год.ВЭУ2 = 189064 кВт ∙ ч
Таким образом, принимаем установкуодной ВЭУ-04-450
Тогда при питании потребителя ВЭУпревышение генерации над
потреблением составляет 5,2 %. Лишняя выработка сбрасывается на балластную
нагрузку, например резистор.
1.4.
Выбор режима работы ВЭУ и компоновки гондолы
Ветроколесо обтекается практически безграничным потоком воздуха,
поэтому здесь нет возможности отвести прошедший через ветроколесо воздух за
пределы огибающего потока, и это определенным образом ограничивает
эффективность ветроустановок. Наиболее существенное ограничение связано с
тем, что «отработанный» воздушный поток должен покинуть окрестности
ветроколеса, не создавая помех набегающему потоку.
Практика показывает, что для n-лопастного колеса оптимальная
быстроходность равна:
𝑍0 ≈
4𝜋
𝑛
Для трехлопастного колеса:
𝑍0 ≈
4𝜋
= 4,187
3
Одним из наиболее ценных результатов является критерий Глауэрта,
связывающий
максимальное
значение
коэффициента
(характеризует
эффективность
использования
мощности
ветрогенератором
Ср
энергии
12
воздушного потока, проходящего через ометаемую ветроколесом площадь ) с
быстроходностьюZ.
По рисунку 2.23[1] определяем Ср. Ср=0,35.
При Ср=0,35 параметр а принадлежит диапазону 0 < 𝑎 < 0,5, что
соответствует нормальному режиму работы ветроколеса.
Скорость вращения ветроколеса намного ниже, чем скорость вращения
ротора генератора. По этой причине скорость ветроколеса в большинстве ВЭУ
увеличивается с помощью повышающего редуктора. Система может быть с
фиксированной или переменной скоростью.
Выбираем систему с переменной скоростью. Скорость асинхронной
машины может регулироваться изменением сопротивления ротора или
подведением внешнего напряжения с частотой, соответствующей желательному
скольжению.
Достоинства ветроколес с переменной скоростью вращения:

более высокая эффективность ротора, следовательно, более высокая
выработка энергии за год;

низкий переходный вращающий момент;

меньше шестерен, следовательно, недорогой редуктор;

нет необходимости в механической системе демпфирования, так как
электрическая система может обеспечить демпфирование, если потребуется;

нет проблем с синхронизацией;

жесткий электрический контроль может уменьшить отклонение
напряжения в системе.
Компоновку гондолы выбираем исходя из типа генератора. Так как
генератор асинхронный, то выбираем базовую компоновку гондолы Klattгенератор.
Klatt-генератор - это модификация базовой модели асинхронного
генератора с фазным ротором. В компоновке Klatt-генератор существует
магнитная PE- подсистема, в состав которой входят следующие элементы:
13
- силовая электроника, датчики и электронная аппаратура управления во
вращающейся и неподвижной частях высокочастотного трансформатора;
- высокочастотный вращающийся трансформатор, находящийся на одном
валу с асинхронным генератором.
Благодаря
связи
асинхронного
генератора
с
вращающимся
трансформатором и модуляции сигнала возможно преобразование мощности в
обмотке ротора и передача её в обмотку статора и в сеть через повышающий
трансформатор. Частота на выходе асинхронного генератора поддерживается за
счёт управления потоком мощности скольжения. Чтобы на выходе была
постоянная частота 50 Гц, нужно искусственно подать ток определённой
частоты, соответствующий скольжению, с помощью блока силовой электроники.
0,4 кВ
35 кВ
690 В
5
7
3
1
2
8
4
9
6
Рис.4. Функциональная блок-схема компоновки ВЭУ с дифференциальновращающимся трансформатором на основе асинхронного генератора с фазным
ротором: 1 – ветроколесо, 2 – ветроколесо; 3 – трёхступенчатый редуктор; 4 –
статор; 5 – ротор с трёхфазной обмоткой; 6 – асинхронный двигатель с фазным
ротором; 7 – поток мощности ротор – ротор; 8 – статор вращающегося
дифференциального трансформатора с встроенным в него блоком силовой
электроники; 9 – ротор вращающегося дифференциального трансформатора с
встроенным в него блоком силовой электроники; 10 – трансформация
высокочастотного сигнала через воздушный зазор дифференциально –
вращающегося трансформатора.
1.5.
Выбор места расположения ВЭУ
14
При выборе расположения источников энергии необходимо учитывать
экологические последствия от их работы.
Для
исключения
влияния
помех
на
работу
телевизионных,
радиотехнических и др. систем рекомендуется следующие минимальные
расстояния между ВЭУ и объектами:
- радио- и телепередатчики
6000 м;
- системы навигации
500 м;
- телеприемники
100-800 м;
- аэропорты
4000-6000 м.
Также кроме этого при работе ВЭУ возникают низкочастотные колебания,
которые при работе ВЭУ в диапазоне частот 380 - 480 об/мин создают звуковые
шумы мощностью 50 - 70 дБ днем и 40 дБ ночью на расстоянии 150-200 метров
от ВЭУ.
Дизельная установка при работе выбрасывает в окружающую среду
загрязняющие
вещества,
которые выделяются при
сжигании
топлива,
следовательно дизельную установку также необходимо удалить на некоторое
расстояние от жилых объектов.
Принимая во внимание все вышеперечисленные факторы располагаем
ветроэнергетические установки на окраине жилого поселка. Дизельная
электростанция может находится в одном помещении с распределительным
устройством, но вследствие того, что при работе дизельной электростанции
создается шум и присутствует вибрация, располагаем дизельную установку
рядом с распределительным устройством в отдельном помещении, но на общем
фундаменте.
2. Схема установки ВЭУ и расчет электропитающих сетей
1.1 Определение количества отходящих линий к потребителям
Распределим линии по характерным электроприемникам:
15
Линии с первая ,третья ,пятая ,шестая,седьмая ,восьмая и десятая
обеспечивают электроэнергией жилой сектор, каждая линия мощностью по 162
кВт
Седьмая линия запитывает промышленной сектор мощностью 42 кВт и
жилой сектор,в количестве 10 домов
Восьмая линия запитывает теплицу мощностью 32 кВт. И жилой сектор в
количестве 5 домов
Вторая линия запитывает ферму мощностью 30 кВт
Четвертая линия запитывает птичник мощностью 31 кВт
Девятая линия запитывает гараж и освещение мощностью и гараж 14 кВт.
Принципиальная схема электроснабжения приведена в приложении 1
рисунок 1
2.1 Выбор типа линиии сечения проводов (жил) по нагреву
Питание поселка будет осуществляться трехжильными кабелем с
алюминиевыми
жилами
бумажной
пропитанной
маслоканифольной
и
нестекающими массами изоляцией в свинцовой или алюминиевой оболочкой
прокладываемых в земле напряжением до 3 кВ.
Провода выбираются по условию длительно допустимого тока
Iдд >Iр
Расчетный ток определяется как:
𝐼р =
𝑃
√3 ∙ 𝑈ном ∙ 𝑐𝑜𝑠𝜑
Находится расчетный ток для линии жилого сектора 1
(От точки А до В)
𝐼р(АВ) =
71500 Вт
√3 ∙ 380 В ∙ 0,9
= 120,7 А
Для этой линии выбирается провод сечением 25 мм2 с длительно
допустимым током равным Iдд=125 А
16
Дальнейший расчет для остальных линий производится таким же
образом, как и для линии жилого сектора 1, и сведен в таблицу 7
Кабели имеют марку АСБ.
Таблица 8
Выбор проводов по нагреву
Название линии
Iдл.доп (А) Iр (А)
(от А до В)
120,7
(от C до D)
23,6
(от E до F)
120,7
(от G до J)
54
(от K до L)
50,6
(от M до N)
70,9
(от O до м P)
23,6
(от Q до м R)
120,7
(от S до м T)
50,6
125
75
125
75
75
75
75
125
75
сечение мм^2 rуд Ом/км
25
1,17
10
2,94
25
1,17
10
2,94
10
2,94
10
2,94
10
2,94
25
1,17
10
2,94
0,066
0,073
0,066
0,073
0,073
0,073
0,073
0,066
0,073
x уд Ом/кмДлина км
0,425
0,35
0,459
0,45
0,55
0,55
0,35
0,425
0,55
2.2 Выбор сечения проводов (жил) по потере напряжения
Сечения проводников должны удовлетворять условию, чтобы суммарная
потеря напряжения по линии от источника питания к потребителю не превышала
допустимой величины U доп , которая принимается равной ±7%. Суммарная
потеря напряжения в процентах от номинального равна:
∆𝑈𝑖 =
𝑃𝑖 ∙ 𝑅𝑖 + 𝑄𝑖 ∙ 𝑋𝑖
𝑈ном 2
∙ 100%,
где 𝑃𝑖 , 𝑄𝑖 – реактивная и активная мощность, передаваемая по i – ой линии,
кВт, квар;
𝑅𝑖 , 𝑋𝑖 – активное и индуктивное сопротивление i – ой линии, Ом,
определяется как 𝑅уд ∙ 𝑙 и Худ ∙ 𝑙
Рассчитывается потеря напряжения на линии жилого сектора 1 (от точки A
до B)
∆𝑈𝐾𝐿 =
71500 ∙ 0,497 + 35750 ∗ 0,028
∙ 100% = 25,3%
3802
17
Потеря напряжения в линии превышает допустимого значения (7%), поэтому
необходимо увеличить сечение провода.
Для остальных линий расчет производится аналогично, результаты сведены в
таблицу 9
Таблица 9
Выбор сечений проводов по потере напряжения
Название линии
(от А до В)
(от C до D)
(от E до F)
(от G до J)
(от K до L)
(от M до N)
(от O до м P)
(от Q до м R)
(от S до м T)
Название линии
(от А до В)
(от C до D)
(от E до F)
(от G до J)
(от K до L)
(от M до N)
(от O до м P)
(от Q до м R)
(от S до м T)
Iдл.доп (А) Iр (А)
сечение мм^2 rуд Ом/км
x уд Ом/кмДлина км
120,7
125
25
1,17
0,066
0,425
23,6
75
10
2,94
0,073
0,35
120,7
125
25
1,17
0,066
0,459
54
75
10
2,94
0,073
0,45
50,6
75
10
2,94
0,073
0,55
70,9
75
10
2,94
0,073
0,55
23,6
75
10
2,94
0,073
0,35
120,7
125
25
1,17
0,066
0,425
50,6
75
10
2,94
0,073
0,55
R (Ом)
Х (Ом)
P (Вт)
Q(Вт)
ΔU%
0,497
0,028
71500
35750
25,316
0,483
0,027
71500
35750
24,571
1,617
0,04
42000
21000
47,616
1,323
0,033
32000
16000
29,683
1,617
0,04
30000
15000
34,011
1,397
0,035
31000
15500
30,352
1,029
0,026
14000
7000
10,1
0,479
0,028
71500
35750
23,917
1,605
0,04
30000
15000
32,065
В линиях, где потеря напряжения превышает допустимое, сечение
проводов увеличивается. Расчет с измененным сечением провод производится
аналогично и сведен в таблицу 10
Таблица 10
Выбор сечений проводов по потере напряжения (уточненная)
18
Название линии
(от А до В)
(от C до D)
(от E до F)
(от G до J)
(от K до L)
(от M до N)
(от O до м P)
(от Q до м R)
(от S до м T)
Название линии
(от А до В)
(от C до D)
(от E до F)
(от G до J)
(от K до L)
(от M до N)
(от O до м P)
(от Q до м R)
(от S до м T)
Iдл.доп. (А)
Iр (А)
сечение мм^2
r уд (Ом/км)
x уд (Ом/км)
Длина км
300
120
0,24
0,06
0,425
300
220
70
0,42
0,06
0,35
220
260
95
0,31
0,06
0,55
260
220
70
0,42
0,061
0,45
220
220
70
0,42
0,061
0,55
220
220
70
0,42
0,061
0,475
220
220
70
0,42
0,061
0,35
220
260
95
0,31
0,06
0,55
260
220
70
0,42
0,061
0,45
220
R (Ом)
Х (Ом)
P (Вт)
Q(Вт)
ΔU%
0,102
0,026
71500
71500
5,682
0,189
0,027
32000
71500
4,499
0,171
0,033
42000
42000
5,439
0,189
0,027
32000
32000
4,498
0,189
0,027
32000
30000
4,493
0,2
0,029
31000
31000
4,604
0,189
0,027
32000
14000
4,488
0,171
0,033
42000
71500
5,431
0,189
0,027
32000
30000
4,489
2.3 Расчет токов короткого замыкания
В сетях напряжением до 3000 В для проверки обеспечения отключения
замыканий между фазами и нулевыми проводами ток однофазного короткого
замыкания определяют приближенно по формуле
𝐼кз =
𝑈ф
𝑍𝑟0⁄
3 + 𝑍о + 𝑍Ф
где 𝑈ф - фазное напряжение сети, В;
𝑍о – сопротивление нулевого провода, Ом.
𝑍ф – сопротивление фазного провода, Ом.
𝑍𝑟0 − сопротивление нулевой последовательности для электроустановок
Рассчитывается как:
𝑋0 = 0,15 ∙ 𝑋𝑑′′
где 𝑋𝑑′′ ≈0,2, → 𝑋0 = 0,15 ∙ 0,2 = 0,03 о. е.
сопротивление
нулевой
200 кВт, Uн=450 В, соsф=0,9
последовательности
для
ВЭУ
:𝑃Σ =
19
𝑍𝑟0
𝑋0 ∙ 𝑈н2 ∙ 𝑐𝑜𝑠𝜑 0,03 ∙ 4502 ∙ 0,9
=
=
= 0,0187 Ом
𝑃Σ ∙ 103
200 ∙ 103
Для данного типа проводов сопротивления нулевого и фазного провода
одинаковы т.е. 𝑍ф = 𝑍о
Рассчитывается ток короткого замыкания для линии жилого сектора 1 (от
точки А до В):
𝐼кз(АВ) = 0,0187
3
220 В
+ 0,105 ∙ 2
= 1016,073 А
Расчет для остальных линий производится аналогично, результат расчета токов
короткого замыкания сведен в таблицу 11
Таблица 11
Расчет токов короткого замыкания
Название линии Длина км R (Ом)
(от А до В)
0,425
(от C до D)
0,35
(от E до F)
0,459
(от G до J)
0,45
(от K до L)
0,55
(от M до N)
0,55
(от O до м P)
0,35
(от Q до м R)
0,425
(от S до м T)
0,55
Zф (Ом)
0,497
0,483
1,617
1,323
1,617
1,397
1,029
0,479
1,605
Iкз (А)
0,105 1016,073
0,149 725,292
0,199 566,707
0,191 566,707
0,233 465,029
0,202 537,335
0,149 725,292
0,101 1003,987
0,2 470,389
3 Выбор оборудования в автономной системе.
3.1 Расчет плавких вставок предохранителей или уставок автоматов
Выбор по нагреву нормальными рабочими токами, и по условию
срабатывания в случае кз:
1,1𝐼р ≤ 𝐼п.в.
3𝐼п.в.с ≤ 𝐼кз
𝐼п.в. − номинальный ток плавкой вставки, А.
20
𝐼п.в.с − ток срабатывания плавкой вставки, А.
Выбор предохранителя для лини жилого сектора 1
𝐼р(АВ) = 120,7 А
1.1𝐼р(АВ) = 132,7А
𝐼кз(АВ) = 1016,07 А
Выбирается предохранитель ППН-33 160 А,
𝐼п.в. = 160 А.
𝐼п.в.с = 1016,07 А
3 𝐼п.в.с = 3048,22 А
Результат выбора предохранителей сведен в таблицу 12
Таблица 12
Выбор предохранителей
Название
линии
Iр (А)
Iкз
Iпв (А)
Iпвс (А)
(от А до В)
120,7
1016,073
132,77
3048,22
(от C до D)
23,6
725,292
26
2175,88
(от E до F)
120,7
566,707
132,77
3000,22
(от G до J)
54
566,707
59,42
1700,12
(от K до L)
50,6
465,029
55,71
1395,09
(от M до N)
70,9
537,335
77,99
1868,66
(от O до м P)
23,6
725,292
26
2175,88
(от Q до м R)
120,7
1003,987
132,77
2897,45
(от S до м T)
50,6
470,389
55,72
1427,19
Тип
предохранителя
Плавкая вставка
ППН-33 160/80А
Плавкая вставка
ППН-33 160/32А
Плавкая вставка
ППН-33 160/80А
Плавкая вставка
ППН-33 160/80А
Плавкая вставка
ППН-33 160/80А
Плавкая вставка
ППН-33 160/80А
Плавкая вставка
ППН-33 160/32А
Плавкая вставка
ППН-33 160/80А
Плавкая вставка
ППН-33 160/80А
21
22
Рис.7,8,9. Время-токовая характеристика предохранителей ППН
3.2 Выбор электрического шкафа ветроустановки
23
Шкафы вводно-распределительные ШВР предназначены для приема и
распределения электроэнергии напряжением 380В переменного тока частотой
50Гц и защиты электрических установок при перегрузках, токах короткого
замыкания и сверхтоков. Конструктивно шкафы ШВР изготавливаются с
автоматическими выключателями или рубильниками на вводе. В шкафах с
автоматическим
выключателем
ввода
управление
последним
может
производиться как непосредственно флажком выключателя, так и ручным
дистанционным приводом, выведенным на дверь шкафа. В исполнении с
рубильником на вводе управление может осуществляться как внутри шкафа, так
и снаружи.
Шкафы изготавливаются на номинальные токи 100, 160, 250, 400 и 630А,
напряжением до 660В переменного тока и до 440В постоянного. Ввод и вывод
провода предусматривается как сверху, так и снизу.
Рассчитаем ток распределительного шкафа:
𝐼ршк =
Выбирается
Рвэу
√3 ∙ 𝑈ном
=
распределительный
292
√3 ∙ 0,38
шкаф
= 444 А
ШРС1-28У3 630А.
Данное
оборудование целесообразнее заказать по индивидуальному проекту.
.
3.3. Выбор магнитных пускателей
Выбор магнитных пускателей производим по номинальному току линий, в
которой он установлен, к тому же номинальный ток увеличенный на 10 - 15 %
должен попадать в пределы регулирования тока несрабатывания теплового реле
магнитного пускателя.
Условия выбора:
по току магнитного пускателя
24
𝐼мп ≥ 𝐼р ∙ Кз
по току теплового реле
𝐼тр ≥ 𝐼р ∙ Кз ,
где Кз = 1,1 коэффициент запаса.
Выбор магнитного пускателя для лини жилого сектора 1
𝐼р(АВ) = 120,7 А
1,1∙ 𝐼р(АВ) = 1,1 ∙ 120,7 А = 132,8 А
Выбирается номинальный ток теплового реле 50А, тип теплового реле РТЛ
2059 с магнитным пускателем ПМл 4220
(Iном=63 А)и пределами
регулирования тока несрабатывания 43-64 А. Полученный ток попадает в эти
пределы.
Дальнейший выбор магнитных пускателей производится аналогично и
сведен в таблицу 13
Таблица 13
Выбор магнитных пускателей
Название линии Кз*Iр (А) Тип реле
(от А до В)
132,77
ВА 51-35
(от C до D)
26
РТЛ-2064
(от E до F)
132,77
ВА 51-35
(от G до J)
59,42
РТЛ-2064
(от K до L)
55,71
РТЛ-2064
(от M до N)
77,99
РТЛ-2064
(от O до м P)
26
РТЛ-2064
(от Q до м R)
132,77
ВА 51-35
(от S до м T)
55,72
РТЛ-2064
Iтр (А)
250
100
250
100
100
100
100
250
100
Тип пускателя
ПМЛ-7500
ПМЛ-5160ДМ
ПМЛ-7500
ПМЛ-5160ДМ
ПМЛ-5160ДМ
ПМЛ-5160ДМ
ПМЛ-5160ДМ
ПМЛ-7500
ПМЛ-5160ДМ
Iмп (А)
250
100
250
100
100
100
100
250
100
3.3 Выбор батареи кондесаторов
Асинхронный генератор потребляет из сети реактивную мощность.
Поэтому асинхронный генератор может работать только на сеть, к которой
подключены
такие
электрические машины
генераторы,
компенсаторы,
конденсаторы),
источниками реактивной мощности.
и
устройства
которые
(синхронные
могут
являться
25
Рассчитаем
реактивную
мощность
генератора,
используемого
в
ветроустановке ВЭУ-0750:
𝑄Г = Рг ∙ 𝑡𝑔𝜑 = 292 ∙ 0,5 = 146 кВАр
Суммарная
реактивная
мощность
нагрузки
нагрузки
(реактивная
мощность нагрузки была рассчитана в пункте 2.3 и сведена в таблицу 10):
𝑄Σнагр = 146 кВАр
Суммарная реактивная мощность:
𝑄Σ = 146 + 146 = 292 кВАр
Принимается к установке батарея конденсаторов из пяти конденсаторов УКМ
58-0,4-300-25 мощностью по 300 кВар
4 Конструктивное исполнение ЛЭП
Воздушные линии электропередачи
Воздушными называются линии, предназначенные для передачи и
распределения ЭЭ по проводам, расположенным на открытом воздухе и
поддерживаемым с помощью опор и изоляторов. Воздушные ЛЭП сооружаются
и эксплуатируются в самых разнообразных климатических условиях и
географических районах, подвержены атмосферному воздействию (ветер,
гололед, дождь, изменение температуры). В связи с этим ВЛ должны
сооружаться с учетом атмосферных явлений, загрязнения воздуха, условий
прокладки (слабозаселенная местность, территория города, предприятия) и др.
Из анализа условий ВЛ следует, что материалы и конструкции линий должны
удовлетворять ряду требований: экономически приемлемая стоимость, хорошая
электропроводность и достаточная механическая прочность материалов
проводов и тросов, стойкость их к коррозии, химическим воздействиям; линии
должны быть электрически и экологически безопасны, занимать минимальную
территорию.
Основными конструктивными элементами ВЛ являются опоры, провода,
грозозащитные тросы, изоляторы и линейная арматура.
26
По конструктивному исполнению опор наиболее распространены одно- и
двухцепные ВЛ. На трассе линии могут сооружаться до четырех цепей. Трасса
линии — полоса земли, на которой сооружается линия. Одна цепь
высоковольтной ВЛ объединяет три провода (комплекта проводов) трехфазной
линии, в низковольтной — от трех до пяти проводов. В целом конструктивная
часть ВЛ (рис. 1) характеризуется типом опор, длинами пролетов, габаритными
размерами, конструкцией фаз, количеством изоляторов.
Рисунок 10
Длины пролетов ВЛ выбирают по экономическим соображениям, т. к. с
увеличением длины пролетов возрастает провис проводов, необходимо
увеличить высоту опор
Н, чтобы не нарушить допустимый габарит линии h (рис. 10. б), при этом
уменьшится количество опор и изоляторов на линии. Габарит линии —
наименьшее расстояние от нижней точки провода до земли (воды, полотна
дорога) — должен был. таким, чтобы обеспечить безопасность движения людей
и транспорта под линией. Это расстояние зависит от номинальною напряжения
линии и условий местности (населенная, ненаселенная). Расстояние между
соседними фазами линии зависит главным образом от се номинального
напряжения. Основные конструктивные размеры ВЛ приведены в табл. 1.
Конструкция фазы ВЛ в основном определяется количеством проводов в фазе.
27
Если фаза выполнена несколькими проводами, она называется расщепленной.
Расщепленными выполняют фазы ВЛ высокою и сверхвысокого напряжения.
При этом в одной фазе используют два провода при 330 (220) кВ, три –при 500
кВ, четыре – пять при 750 кВ, восемь-двенадцать – при 1150 кВ.
Опоры воздушных линий. Опоры ВЛ – конструкции, предназначенные для
поддерживания проводов на необходимой высоте над, землей, водой и какимлибо инженерным сооружением. Кроме того, на опорах в необходимых случаях
подвешивают необходимые стальные заземленные тросы для защиты проводов
от прямых ударов молнии и связанных с этим перенапряжением.
Деревянные опоры (рис. 11 ) изготавливают из сосны или лиственницы и
применяют на линиях напряжением до 110 кВ в лесных районах, но все реже.
Основными элементами опор являются пасынки (приставки) 1, стойки 2,
траверсы 3, раскосы 4, подтраверсные брусья 6 и ригели 5. Опоры просты в
изготовлении, дешевы, удобны в транспортировке. Основной их недостаток —
недолговечность из-за гниения древесины, несмотря на ее обработку
антисептиком. Применение железобетонных пасынков (приставок) увеличивает
срок службы опор до 20—25 лет.
Рисунок 11
28
Железобетонные опоры (рис. №12) наиболее широко применяются на
линиях напряжением до 750 кВ. Они могут быть свободностоящими
(промежуточными) и с оттяжками (анкерными). Железобетонные опоры
долговечнее деревянных, просты в эксплуатации, дешевле металлических.
Рисунок 12
Металлические (стальные) опоры (рис. 13) применяют на линиях
напряжением 35 кВ и выше. К основным элементам относятся стойки 1, траверсы
2, тросостойки 3, оттяжки 4 и фундамент 5. Они прочны и надежны, но
достаточно металлоемкие, занимают большую площадь, требуют для установки
сооружения
специальных
железобетонных
фундаментов
и
в
процессе
эксплуатации должны окрашиваться для предохранения от коррозии.
Металлические опоры используются в тех случаях, когда технически
сложно и неэкономично сооружать ВЛ на деревянных и железобетонных опорах
(переходы через реки, ущелья, выполнения отпаек от ВЛ и т.п.)
29
Рисунок 13
Так же предлагаю комбинирование линий- воздушных и в земле. Так как
недалеко от ветроустановок это считаю целесообразнее. Тем более изначально
при выборе кабелей это учитывалось. Рисунок 14.
30
Конструктивное исполнгение прокладывания кабелей в земле
Рисунок 14
31
Заключение
Для электроснабжения поселка, т.е. для покрытия суточных графиков
нагрузки, установлена одна ветроустановка мощностью 292 кВт в совокупности
с
дизельной
электростанцией.
При
проектировании
учитывался
рост
населенного пункта, климатические характеристики.
Питание поселка осуществляется по 10 отходящим линиям. Для каждой
линии выбраны соответствующие предохранители и магнитные пускатели.
Также для каждой линии выбраны провода, которые выбраны с учетом
допустимой потери напряжения и длительно допустимого тока.
Прокладка провода комбинированная - по земле по во воздушным линиям.
По воздушной линии провода расположены на железобетонных опорах.
Размещение опор выполнено с учетом всех требований по безопасности.
32
Список источников
1. С.Н. Удалов Возобновляемые источники энергии.- «Учебники НГТУ»,
Новосибирск, 2011.
2. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и
подстанций:Справочные
материалы
для
курсового
и
дипломного
проектирования. - М.: Энергоатомиздат, 1989;
3. Справочник по расчету электрических сетей/ И.Ф.Шаповалов. – Киев:
Будивельник, 1991.
4. http://www.energomet.ru/shop/CID_329.html - Электронный каталог «ШС»
5. http://www.elektrosnab.su/upload/production_10_2013/cat_rtl.pdfЭлектронный каталог «РТЛ»
6. https://keaz.ru/f/210/catalogue-pml-1-1.pdf- Электронный каталог «ПМЛ»
7. https://eduscan.net/shop/6171513
8. http://dic.academic.ru/dic.nsf/es