Электроснабжение аэропортов

 

 

10. Расчет потока  мощности по участкам в рабочем  режиме.

 

 

 

 

S_л1=(1279+j824)кВА                   S_л8=248+j134

S_л2=1240+j792                            S_л9=1768+j1390

S_л3=278+j153                              S_л10=1642+j1276

S_л4=248+j134                              S_л11=1522+j1179

S_л5=909+j598                              S_л12=935+j797

S_л6=51+j39                                  S_л13=392+j274

S_л7=24+j18                                  S_л14=30+j19

 

1, 2...– номера  точек при расчете токов короткого замыкания на ЭВМ.

         – коэффициенты схемы (КС).

 

 

11.Расчет сечений  кабелей высоковольтной сети  аэропорта в рабочем режиме.

 

Сечение проводов высоковольтной линии электропередачи, рекомендуется выбирать по экономической плотности тока, т.е. такой плотности при которой расчетные затраты получаются минимальными.

В ПУЭ для  определения экономического сечения  проводов линии рекомендуется пользоваться формулой: F_эк=I_max/ J_эк

I_max – максимальная нагрузка при нормальной работе сети.

J_эк – экономическая плотность тока А/мм², берется в зависимости от материала, конструкции кабеля и Т_н (число часов использования максимально активной нагрузки).

Пример расчета  сечения кабеля на участке 1 (линия 1).

Суммарная мощность:∑S=1279+j824=1521кВА,    Код=0,8

Найдем рабочий  ток:

I_1p=117 A

Так как кабель алюминиевый с бумажной изоляцией (пропитанной) принимаем:

J_эк=1,6А/мм²      (Тм=3000 часов)

Находим сечение: F_эк= I_max/ J_эк=117/1,6=73мм²

Стандартное ближайшее  значение F_ст=70мм² с I_дд=190 А. Как видим, кабель проходит по току.

Составляем  таблицу 6 значений остальных сечений  сети для рабочего режима:

Таблица 6

№, лин	Мощность на участке	Мощность на участке х Код	l, км	Ro, Ом/км	Хо, Ом/км	Код	Iраб, А	Fрасщ, мм²	Fст, мм²	Iдд, А
1.	1279+j824	1023+j659	1,68	0,44	0,086	0,8	117	73	70	190
2.	1240+j792	1091+j697	0,66	0,44	0,086	0,81	115	78	70	190
3.	278+j153	278+j153	0,57	1,94	0,113	–	31	19	16	80
4.	248+j134	248+j134	0,54	1,94	0,113	–	27	17	16	80
5.	909+j598	818+j538	0,76	0,62	0,09	0,9	94	59	50	155
6.	51+j39	51+j39	0,72	3,1	0,112	–	6	4	10	60
7.	24+j18	24+j18	4	3,1	0,112	–	3	2	10	60
8.	248+j134	248+j134	0,81	1,94	0,113	–	27	17	16	80
9.	1768+j1390	1503+j1182	1,21	0,26	0,081	0,81	175	115	120	260
10.	1642+j1276	1478+j1148	1,01	0,26	0,081	0,92	164	113	120	260
11.	1522+j1179	1370+j1061	0,75	0,33	0,083	0,95	157	104	95	225
12.	935+j797	842+j717	0,54	0,44	0,086	0,9	106	66	70	190
13.	392+j274	392+j274	0,29	1,24	0,099	–	46	29	25	105
14.	30+j19	30+j19	0,56	3,1	0,122	–	3	2	10	60

Проверим данную сеть на потери напряжения. В сети 6 кВ они должны быть ΔU=(6–8)%.

Потери напряжения находим по формуле ΔU=(∑Р_лі*R_лі*li+∑ Q_лі*X_лі*l_i)/U

Расчет ведется  по наиболее удаленной точке сети и с учетом Код.

Самой удаленной  точкой линии является ТП13 DU=342 В

Это составляет 5,7% и удовлетворяет условию ΔU_доп=6%

 

 

12. Расчет низковольтной  сети.

 

Этот расчет ведется по допустимой потере напряжения и по минимуму массы проводов. Требования ГОСТ 13109-76 можно удовлетворить, если потери напряжения в отдельных элементах сети не будет превышать некоторых допустимых значений.

 

Петлевая сеть: (штаб, столовая).

 

 

 

Л2 в рабочем  режиме не участвует. Примем ΔUдоп=4,5%=17,1В. Потеря напряжения на индуктивном сопротивлении  линии:

ΔUх1=(Хо∑Q*l)/U=(0,06*9*0,3)/0,38=0,43 В

ΔUх2=(0,06*16*0,1)/0,38=0,25 В

ΔUх3=(0,06*16*0,32)/0,38=0,81 В

Допустимые  потери на активном сопротивлении линии:

ΔUа доп1= ΔUдоп-ΔUх=17,1-0,43=16,67 В

ΔUа доп2=17,1-0,25=16,85 В

ΔUа доп3=17,1-0,81=16,29 В

F1=(ρ*∑li*Pi)/(ΔUа  доп.* ΔUн)=121 мм²;    F2=47 мм²;     F3=155 мм²

F1ст=120 мм²;    F2ст=50 мм²; F3ст=150 мм²

Iдд=270 А > Ip=111 A

Iдд=165 А 

Iдд=305 А > Ip=133 A

Проверим по ΔU

ΔU1=15 В       Это составляет 4,1% < ΔUдоп  =4.5%

ΔU3=16 В       Это составляет 4,2% < ΔUдоп  =4.5%

Проверим ПАР:

 

I1пар=244 А < Iдд              проходит

I2пар=133 А < Iдд              проходит

Проверим потерю напряжения:

ΔU=48,7 В

Это составляет 10,9% > 4,5%+5%=9,5%

Увеличиваем Л1: Fст=150мм²      Iдд=305 А 

Увеличиваем Л2: Fст=120мм²      Iдд=270 А

ΔU=37 В

Это составляет 8,9% < 9,5%

Обрыв Л1

Расчет аналогичен предыдущему

ΔU=35,5 В; Это составляет 9,3% < 9,5% – проходит

ΔU=12,5 В; Это составляет 3,3% < 4,5% – проходит

Низковольтная сеть. (3 мат. склада.)

 

 

Iр1=76 А;      Iр2=50 А;      Iр3=26 А;

ΔUх=0,86 В;     ΔUа.доп.=17,1-0,68=16,42 В

F1=36 мм²;             Fст     =35мм²;      Iдд=135 А 

F2=18 мм²;             Fст     =16мм²;      Iдд=90 А 

F3=9 мм²;               Fст     =10мм²;      Iдд=65 А 

ΔU=45 В;        11,8% > 9.5% не подходит.

Подбираем другие сечения

F1, 2, 3=50 мм²;        Iдд=165 А;

ΔU=15,9 В;    4,2% < 4,5%;

Рассмотрим  ПАР:

I1пар=151 А 

I2пар=101 А 

I3пар=50 А 

ΔU=32 В

Это составляет 8,4% и удовлетворяет условие ΔUдоп=9,5%;

Низковольтная сеть (ГРМ).

Ip=29 A;      ΔUх=0,54 В;

 

ΔUдоп=17,1- 0,54=16,56 В9

F=25 мм²;               Fст     =25мм²;      Iдд=115 А;

ΔU=15,2 В;      4% < 4,5%;

В ПАР:                Iпар=57 А;

ΔU=30 В;         8% < 9,5%;

 

13. Расчет токов  короткого замыкания.

 

Расчет Iк.з на шинах силового трансформатора на низкой стороне.

Используя таблицу, принимаем среднее геометрическое расстояние между проводом 0,4 мм, Х0=0,4 Ом/м для проводов марки АС линии эллектро передач. Относительное реактивное сопротивление:

Xл1*=0,361

Хл2= 2,226;

Относительное индуктивное сопротивление трансформаторов:

Хтр*1=Uк1/100*Sб/ Sном=0,4*40*300/1,1*12100=5

Хтр*2=3,57

Точки короткого  замыкания:

Iк1*’’’=Е*/(Хс”+Xл1*+Хтр*1)=0,18

Iкз1*’’’=5,18 кА

Iк2*’’’=0,16

Iкз2*’’’=4,6 кА

 

14. Проверка  термической устойчивости кабеля от действия тока короткого замыкания.

 

Для расчета  берем кабель, у которого сечение  имеет наибольшую разницу с предыдущим сечением. Для примера возьмем  высоковольтный кабель с F=10мм², Iдд=60 А, Iр=6 А на линии 6, Ік’’’=0.95 кА

Определим первоначальную температуру кабеля:

Qнач=Δt(Iр/ Iдд)²+tокр.  ср.

Qнач=Qдд-Qном=60-15=45°С

Qдд=60°С;          Qном=15°С

Q=15°С

По графику  находим при Q=15°С;        Ан=1500(А²*с)/(мм²)

Зная max допустимую температуру нагрева алюминия, находим  Акз.

При нагреве  кабеля при токе короткого замыкания до температуры Qкз=200°С величина Акз.’=14000 (А²*с)/(мм²)

Тогда ΔА=Акз.’-Ан=12500(А²*с)/(мм²)

Зная это  значение можно определить допустимое значение времени короткого замыкания,  за которое кабель нагреется до Qдоп

t=ΔА*F²/ Iкз²=1,4 с

По результатам  можно сделать вывод, что при  установке защиты на этом участке, при  коротком трехфазном замыкании защита должна сработать меньше чем за 1,4 с, иначе будет наблюдаться перегрев кабеля, что приведет к разрушению изоляции и пробою кабеля на этом участке.

 

15.Закон регулирования  напряжения.

 

Закон регулирования  напряжения необходим для обеспечения  качества электроэнергии (напряжения) в электросети. Для этого необходимо выбрать две точки сети: наиболее «близкую» и наиболее удаленную в электрическом отношении от источника питания. Если потери в линии до данного объекта превышают 2,5%, то их можно регулировать отпайками трансформатора. Нам задан диапазон регулирования на шинах питающей подстанции, в зависимости от колебания нагрузки.

Потери в  линиях рассчитываем по формуле ΔUl=(Pлi*Roi+Qлi*Xoi)*li/Uн

ΔU1=137 В; 2,3%.                         ΔU2=52 В; 0,9%.

ΔU3=18 В; 0,3%.                           ΔU4=45 В; 0,7%.

ΔU5=78,2 В; 1,3%.                        ΔU6=19,54 В; 0,3%.

ΔU7=51,1 В; 0,9%.                        ΔU8=67 В; 1,1%.

Анализируя  схему аэропорта, и просчитав  потери в элементах сети принимаем, что в роли ближних точек будут: Б1 – РСБН-У (ТП2)

Б2 – автобаза (ТП10),

а в роли дальних: Д1 – ГРМ

Д2 – столовая

Схема для расчета закона регулирования

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Все потери в  линиях обозначены на рисунке 9. Сечение  линий приведены в таблице 6. Отклонения напряжения на линиях питающей подстанции при Imax+7%, при Imin+2%. Потери в высоковольтной линии:

до ТП2: ΔUвв max=2,3%;

до ТП3: ΔUвв max=3,2%;

до ТП10: ΔUвв max=5,6%.

Потери  низковольтной  линии:

Д1: ΔUнв max=4%;

Д2: ΔUнв max=4,2%.

Так как соотношения  токов при максимуме и минимуме нагрузки по заданию при Imax/ Imin=3, то чтобы найти потери при минимуме нагрузки, максимальные потери соответственно нужно уменьшить:

до ТП2: ΔUвв min=0,77%;

до ТП3: ΔUвв min=1,1%;

до ТП10: ΔUвв min=1,9%.

Д1: ΔUнв min=1,3%;

Д2: ΔUнв min=1,4%.

ΔUт – в  таблице 4 (пункт 8)

ΔUнв – при  расчете низковольтной сети (пункт 13)

Uвых= + 5%+ ΔUвв+ ΔUti+ ΔUнв

 

 Uвых max=5+2,3+4,8=12,1

1Б

Uвых min=5+0,77+1,6=7,37

 

 

 Uвых max=5+5,6+4,2=14,8

2Б

Uвых min=5+1,9+1,4=8,3

 

 

 Uвых max=-5+3,2+3,96+4=6,16

1Д

Uвых min=-5+1,1+1,32+1,3=-1,28

 

 

 Uвых max=-5+5.6+4,2+4,2=9

2Д

Uвых min=-5+1,9+1,4+1,4=-0,3

 

Рассчитаем потерю напряжения в силовом трансформаторе

ΔUт=Рк* Рнг/Sн²+ Uк* Qнг/(100*Sн)

ΔUтo=0,015=1,5%

Оценим необходимость  использования трансформатора с  РПН, возможно ли регулировать напряжение этим трансформатором в полученной зоне регулирования

Ето=+5%+ΔUтo-ΔUвх+ΔUвв+ΔUтi+ ΔUнв

ΔUвых=ΔUвх-ΔUто+Ето

Ето – относительное изменение  напряжения на вторичной обмотке  трансформатора за счет уменьшения коэффициента трансформации отпайки.

ΔUвх=7% при Sнгмах; ΔUвх=2% при Sнгмin

Ето=ΔUтo-ΔUвх+ΔUвых

 

 Ето max=12,1-7+1,5=6,6

1Б

Ето min=7,37-2+0,5=5,87

 

 

 Ето max=14,8-7+1,5=9,3

2Б

Ето min=8,3-2+0,5=6,8

 

 

 Ето max=6,16-7+1,5=0,66

1Д

Ето min=-1,28-2+0,5=-2,78

 

 

 Ето max=9-7+1,5=3,5

2Д

Ето min=-0,3-2+0,5=-1,8

 

Смысл графиков заключается в том, что если отключение напряжения на выходе питающего трансформатора будет, находится в пределах зоны, ограниченной прямыми, напряжение на нагрузке не выйдет за пределы допуска. В данном случае используется, как видно из графиков, трансформатор без РПН. Трансформатор с ПБВ следует установить на отпайку “0”.

 

16.Выбор косинусных конденсаторов.

 

Определим полную мощность аэропорта при максимуме  и минимуме нагрузки.

Sнг.max=2249кВА

Sнг.min=2249/3=750кВА

Кабельные линии  являются одновременно потребителями  и генераторами реактивной мощности. Это необходимо учитывать при выборе конденсаторных батарей. Qпотр=3*I²*Xo*l;   Qген=U²*bo*l

Например, для  кабеля на линии 9 (l=1,21 км; F=120 мм²; I=184 A)

Qпотр=3*184²*0,076*1,21=9340 ВАР

Qген=6000²*146*0,000001*1,21=6360 ВАР

Результаты  аналогичных вычислений для остальных  кабелей заносим в таблицу 7.

Таблица 7

№ лин.	Длинна l, км	Qпотр max, ВАР	Qпотр min, ВАР	Qген, ВАР
9.	1,21	9340	3113	6360
10.	1,01	7461	5309	2487
11.	0,75	4895	1632	3618
12.	0,54	1456	485	2469
13.	0,29	160	53	1015
14.	0,56	1,25	0,42	2298