Методические указания для подготовки студента к практическим занятиям

Оглавление

Введение. …4

Методические указания для подготовки студента к практическим занятиям. 5

Занятие 1. Графики электрических нагрузок потребителей. 6

Занятие 2,3,4,5 Составление схемы главных электрических соединений

тяговой подстанции переменного тока. 15

Занятие 6 Выбор главных понижающих трансформаторов тяговых

подстанций………………………………………………………………………29

Занятие 7 Расчёт мощности обмоток трансформаторов, питающих

районные потребители………………………………………………………….46

Занятие 8 Конструкция РУ……………………………………………………...54

Занятие 9 Расчёт заземляющих устройств тяговых подстанций пере-

менного тока…………………………………………………………………….61

Заключение. 69

Библиографический список. 69

Введение

Данные методические указания к практическим занятиям по дисциплине «Тяговые и трансформаторные подстанции» предназначены для студентов специальности 23.05.05 Системы обеспечения движения / направления подготовки СОД-1 «Электроснабжение железных дорог». Цель методических указаний: помочь студенту в изучении материала практических занятий и подготовке к промежуточной аттестации.

В указаниях подробно изложены темы практических занятий, с указанием целей, списка необходимых навыков. К каждому практическому занятию указаны главы и параграфы источников литературы, которые необходимо изучить для успешного усвоения дисциплины.

В результате освоения дисциплины «Тяговые и трансформаторные подстанции» студент должен достигнуть следующих результатов образования:

Студент должен знать:

· Схемы соединения и конструктивное выполнение понижающих и преобразовательных трансформаторов тяговых и трансформаторных подстанций

· конструкцию изоляторов и токоведущих частей;

· условия выбора и проверки оборудования, электрических аппаратов, изоляторов и токоведущих частей;

· принципы построения схем главных электрических соединений тяговых и трансформаторных подстанций и назначение каждого элемента в схеме;

· принципы действия и конструктивное выполнение электрических аппаратов переменного и постоянного тока;

· принципы действия устройств, предназначенных для повышения качества электроэнергии;

· методы расчёта заземляющих устройств и устройств защиты от перенапряжений;

Студент должен уметь:

· использовать на практике теоретические знания основ проектирования тяговых и трансформаторных подстанций;

· разрабатывать технические требования к аппаратуре;

· рационально выбирать и использовать технические средства для подстанций;

· оценивать их технико-экономическую эффективность.

Студент должен владеть:

· навыками расчёта мощности и выбора типа понижающего трансформатора и преобразовательного агрегата;

· составления схем главных электрических соединений тяговой и трансформаторной подстанций;

· выбора электрических аппаратов, изоляторов и токоведущих частей;

· определения необходимой мощности трансформатора собственных нужд;

· выбора аккумуляторной батареи с зарядно-подзарядным устройством;

· расчёт параметров заземляющего устройства и средств защиты от прямых ударов молнии.

 

 

Методические указания для подготовки студента к практическим занятиям

Для того чтобы практические занятия приносили максимальную пользу, необходимо помнить, что решение задач проводится по вычитанному на лекциях материалу и связаны, как правило, с детальным разбором отдельных вопросов лекционного курса. Только после усвоения лекционного материала с определенной точки зрения он будет закрепляться на практических занятиях как в результате обсуждения и анализа лекционного материала, так и с помощью решения проблемных ситуаций, задач. При этих условиях студент не только хорошо усвоит материал, но и научится применять его на практике, а также получит дополнительный стимул (и это очень важно) для активной проработки лекции.

При решении задач нужно обосновывать каждый этап решения, исходя из теоретических положений курса. Полезно до начала вычислений составить краткий план решения задачи. Решение проблемных задач или примеров следует излагать подробно, вычисления располагать в строгом порядке, отделяя вспомогательные вычисления от основных. Решения при необходимости нужно сопровождать комментариями, схемами, чертежами и рисунками.

Важный критерий усвоения теоретического материала – умение решать задачи или пройти тестирование по пройденному материалу.

Если в процессе работы над изучением теоретического материала или при решении задач у студента возникают вопросы, разрешить которые самостоятельно не удается, необходимо обратиться к преподавателю для получения у него разъяснений или указаний. Студент должен четко выразить, в чем он испытывает затруднения, характер этого затруднения.

Продолжительность каждого занятия 2 часа. Контроль текущей успеваемости студентов осуществляется преподавателем, ведущим практические занятия, по следующим показателям:

– посещаемость практических занятий;

– эффективность работы студента в аудитории;

– полнота выполнения домашних заданий;

 

 

Занятие 1.

Тема занятия: Суточные графики электрических нагрузок потребителей. Классификация графиков нагрузки. Построение графиков нагрузки.

Студенты должны знать: основные показатели графиков нагрузки.

Студенты должны уметь: построить график нагрузки и определить основные показатели.

 

План занятия

 

1.1 Классификация графиков нагрузок.

1.2 Построение графиков нагрузок.

1.3 Категорийность потребителей электроэнергии.

1.4 Показатели графиков нагрузки.

1.5 Особенности графиков нагрузки тяговых подстанций

 

Основные теоретические сведения и вопросы, необходимые для подготовки данной темы:

 

Цель расчета электрических нагрузок — определение токов, протекающих по токоведущим элементам, для выяснения их допустимости по условиям на­грева элементов. Расчет электрических нагрузок проводится для определения величин затрат в системах электроснабжения промышленных предприятий.

Температура нагрева проводников ограничивается условиями износа изо­ляции и работы самого элемента. Если бы токи в проводниках были неизмен­ны, то расчет их сечений можно было бы производить, пользуясь допустимы­ми температурами перегрева. Для кабелей и приводов, например, она составляет 50—80 °С. Но меняющийся во времени ток вызывает изменение температуры проводников. Интерес представляет максимальная температура, которая может существовать некоторое время.

Требование (установившаяся температура меньше допустимой), приводит к тому, что в паспорте оборудования (в каталожных данных) указы­вается:

1) номинальная мощность, при которой не произойдет перегрева (для трансформаторов, электродвигателей, генераторов);

2) допустимый ток, при котором не будет перегрева (для проводов, кабелей, реакторов).

Расчетная величина электрических нагрузок определяет технические ре­шения и указывает затраты на изготовление электротехнических изделий, на создание и развитие субъектов электроэнергетики, на построение и функци­онирование объектов электрики.

Поэтому выбор сечения проводника по нагреву производят не по макси­мальной температуре перегрева, а по расчетной токовой нагрузке I _р, которая определяется на основании принципа максимума средней нагрузки:

(1)

где θ — длительность интервала осреднения (θ < t < Т- 0), принимаемая для графиков нагрузки, практически неизменных во времени, равной θ = 3T₀ (во всех остальных случаях 0 < 3 Т ₀).

Для оценки нагрева проводников правильнее использовать закон Джоуля-Ленца и вести расчет по максимуму среднеквадратичного (эффективного) тока для каждого изменения за время Δ t. Расчетный ток I _р, равный максимуму среднего тока, можно считать приближением, обеспечивающим инженерную точность при построении схемы электроснабжения.

 

В качестве расчетной нагрузки применяют среднюю нагрузку по активной мощности, где интервал реализации продолжительностью T связывают с по­стоянной времени нагрева Т_о:

, (2)

где θ < t< T- θ.

Условно принимают Т_о = 10 мин, тогда θ = 30 мин независимо от сечения проводника, что и приводит к понятию получасового максимума . Ис­пользование максимальной из средних нагрузок, в чем и заключается прин­цип максимума средней нагрузки, позволяет говорить о расчетном (проект­ном) максимуме, заявленном или фактическом (суточном, недельном, месячном, квартальном и годовом), 30-минутном, .

При решении вопросов электроснабжения определяющей является расчетная электрическая нагрузка, равная получасовому максимуму Р_тах. Этот максимум можно находить по данным конкретных электроприем­ников и применять для расчетов электрических сетей и их элементов (на ос­новании теоретических основ электротехники). Но его можно рассчитывать и с учетом системных свойств предприятия, устойчивости развития и технологической устойчивости структуры. Такой Р_тах нужен при выборе схем электро­снабжения предприятий, производств и цехов, определении объемов их электропотребления.

Можно выделить следующие графики нагрузки:

1) индивидуальные — графики электрических приемников:

2) групповые — слагаемые из индивидуальных графиков с учетом взаимо­зависимости нагрузок по условиям технологии; групповые графики можно применять при выборе оборудования и проводников, питающих группы эле­ктроприемников;

 

Рисунок 1.-График нагрузки Р = f(t) с интервалом осреднения Δ t = 3 мин: Pср(3-6), Pcр(15-18) - усредненные (средние) нагрузки за интервал Δt = 3 6 мин и 15 18 мин; Ртах -максимальная нагрузка (усредненная за Δ t = 30 мин) за первые 30 мин графика

 

Если индивидуальные графики нагрузки электроприемников известны и возникает необходимость аналитического формирования групповых графи­ков, то можно использовать для расчетов автокорреляционную функцию ин­дивидуального графика нагрузки kр (τ), рассматриваемого как реализация ста­ционарного случайного процесса,

(3)

и взаимно корреляционные функции всех пар индивидуальных графиков

(4)

где р(t), p_v (t), p_s (t) — индивидуальные графики нагрузки; p _cp, p _{cp( v )}, p_cp{s) — средние значения нагрузки (средняя мощность).

Среднее значение нагрузки за время цикла

. (5)

Величина площади под ломаной графика нагрузки потребителя на рисунке 1 равна значениям энергии А. Выделим интервал t_0-30 за первые 30 мин, получим

 

(6)

 

где p (t) - неизвестное фактическое изменение мощности во времени; P _{cp (i)} — средняя мощность за i -й интервал осреднения ( Δ t = 3 мин); Р_max — расчетный получасовой максимум нагрузки, соответствующий выражениям (1) и (2), Р _max = Р _p

Чтобы рассчитать Р _maх по (6), достаточно показания счетчика электро­энергии пересчитать в киловатт-часы и разделить на 0,5 ч. Отклонение от Р _mах учитывается счетчиком, определяющим среднюю нагрузку Р _срза интервал, на­пример t _3-6 и t _15-18. Суммирование, проводимое счетчиком за 30 мин, упроща­ет допущения о значении и вероятности изменения нагрузки за Δ t.

Очевидно, что величина Р _mах (см. рис. 1) зависит от начала отсчета. Если определить Р _mах в интервале t _15-18, то получим Δ Р = +9. Технически возможно рассчитывать Р _mах за 30-минутный интервал, начинающийся с любого момен­та. Такие измерения экономически целесообразны при регулировании элект­ропотребления предприятий и при создании систем управления электричес­кими нагрузками. Пока, как правило, измерение производят в фиксированное время, совпадающее с началом часа. Усредненные по (6) максимумы фик­сируются, получается суточный график (рис. 2), состоящий из 48 точек.

 

Рисунок 2- Суточный P(t) график электрических нагрузок: Р с(i) — одно из получасовых усреднений; Р ф ( max ) — максимальная фактическая получасовая нагрузка за сутки, равная Р в(max) — максимальной нагрузке в вечерние часы прохождения максимума в энер­госистеме; Pv(max) — максимальная нагрузка в утренний максимум; P min — минимальная нагрузка; Р ср — среднесуточная нагрузка; Р 3(max) — заявленный максимум нагрузки, равный расчетному Р р

 

На суточном графике выделяют утренний Р _у(mах) и вечерний Р _в(mах) (обычно больший) максимумы и ночной провал, когда нагрузка спускается до мини мума P_min. Часы прохождения утреннего и вечернего максимумов задаются энергоснабжающей организацией. Наибольший из Р _у(mах) или Р _в(mах) принима­ют за суточный максимум (при регулировании максимум может не совпадать с этими значениями) и наносят на годовой (месячный, квартальный) график нагрузки. Наибольший из суточных максимумов в течение квартала следует принимать за заявленный Р _з(mах)и оплачивать. В этом случае фактический рас­четный и заявленный максимумы будут совпадать: Р _ф(mах) = Р _р= Р _з(mах)= Р _mах.Аналогично (5) или (6) определяют среднесуточную мощность: Р _ср.сут. = (1/48) , где P _{cp( i )}— средняя нагрузка на получасовой интервал (см. рис. 2), или

P_cp.сут = А_сут /24. (7)