Проектирование электроснабжения поселка

Содержание

Введение……………………………………………………………………………...3

Исходные  данные……………………………………………………………………4

1. Выбор мощности  и количества ВЭУ…………………………………………….5

1.1 Расчёт  электрической нагрузки проектируемого  объекта……………...5

2. Ветроэнергетический расчёт……………………………………………..5
3. Выбор количества ветроэнергетических установок…………………...11
4. Выбор режима работы ВЭУ и компоновки гондолы…………………..12
5. Выбор места расположения ВЭУ……………………………………….15
2. Компоновка распределительного устройства и расчёт защитно-коммутационной аппаратуры…………………………………………………...17
1. Определение количества отходящих линий к потребителям…….…..17
2. Расчёт плавких вставок предохранителей или уставок автоматов…..18
3. Выбор магнитных пускателей и контакторов…………………………20
3. Расчёт электропитающих сетей………………………………………………...24
1. Выбор типа линии и сечения проводов(жил) по нагреву……………...24
2. Выбор сечения проводов (жил) по потере напряжения……………….28
3. Проверка чувствительности плавких вставок и уставок автоматов при     однофазном коротком замыкании……………………………………….37
4. Конструктивное исполнение ЛЭП……………………………………………...46

Заключение………………………………………………………………...………..50

Список источников…………………………………………………………………51

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.

Ветроэнергетика с ее современным техническим  оснащением является вполне сложившемся  направлением энергетики. Большинство  ветроустановок используется для производства электроэнергии – как в единой энергосистеме, так и в автономных режимах.

Одним из основных условий при проектировании ветровых установок является обеспечение  их защиты от разрушения очень сильными случайными порывами ветра.

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=44

Мощность  электроприемников некритичных к частоте: P₁=192 кВт

Промышленный сектор:

Мощность  электроприемников некритичных к частоте: P₃=57 кВт

Cosφ=0,76

Теплица

Мощность  электроприемников некритичных к частоте: P₅=20 кВт

Cosφ=0,6

Освещение поселка

P₇=9 кВт

Cosφ=0,5

Ферма

Мощность  электроприемников некритичных к частоте: P₈=47 кВт

Cosφ=0,82

Птичник

Мощность  электроприемников некритичных к частоте: P₁₀=26 кВт

Cosφ=0,88

Тип источника

Ветроэнергетическая установка, дизельный источник

Количество  отходящих линий

n₂=8

1. Выбор мощности и количества ВЭУ
1. Расчет электрической нагрузки проектируемого объекта

Рассчитаем  общую нагрузку:

- мощность, потребляемая приемниками, кВт.

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:

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.

2. Ветроэнергетический расчет

Для определения  ожидаемой выработки электроэнергии в конкретном местоположении необходимо располагать данными о распределении  скорости ветра по градациям  . 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 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

Таблица 2

Зависимости мощности ВЭУ от скорости ветра

Таблица 3

Среднемесячная  скорость ветра для заданной области (Анадырь)

Средняя годовая скорость ветра принимается  равной 7,65 м/с.

Таблица 4

Коэффициент возрастания скорости ветра с  высотой в нижнем 100-метровом слое атмосферы. Ровная открытая местность

Для расчета  выработки энергии ВЭУ в конкретном пункте на заданной высоте необходимо в значение скорости ветра на уровне флюгера ввести поправку на уменьшение , 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.

- среднегодовая скорость на высоте флюгера;

 высота оси  ветроустановки;

 высота флюгера;

 сезонный показатель.

ВЭУ-150

Среднеквадратическое  отклонение скорости:

ВЭУ-250

Среднеквадратическое  отклонение скорости:

Определим годовую выработку электроэнергии ВЭУ-150.

Таблица 5

Определение годовой выработки электроэнергии ВЭУ-150

 – отклонение центрированной функции;

F(u0) – функция распределения от скорости;

 закон распределения скорости в относительных единицах;

 определим  по рис.2;

 время существования ветра с определенной скоростью;

 годовая выработка электроэнергии, кВт*ч.

Рис.1. Распределение скорости ветра для ВЭУ-150

Рис. 2. Распределение скорости ветра в безразмерных координатах

Определим годовую выработку электроэнергии ВЭУ-250.

Таблица 6

Определение годовой выработки электроэнергии ВЭУ-250

Продолжение таблицы 6

Рис. 3. Распределение скорости ветра для ВЭУ-250

Зная  график энергопотребления в % и суммарную  мощность поселка, определим потребляемую мощность в кВт в зимний и летний период:

Таблица 7

Значения  мощности в зимний и летний период

Продолжение таблицы 7

Энергия, потребляемая потребителем:

где nз=215- количество зимних дней; nл=150– количество летних дней.

3. Выбор количества ветроэнергетических установок

Зная  потребляемую и вырабатываемую энергию, найдем количество ветроустановок для обеспечения электроснабжения поселка из условия:

где – количество ВЭУ.

(ВЭУ-150)

(ВЭУ-250)

Таким образом, принимаем к установке 2 ВЭУ-150.

Энергия, выработанная ВЭУ:

Тогда при  питании потребителя двумя ВЭУ-150 превышение генерации над потреблением составляет 1,23 %.

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:

Для трехлопастного колеса:

Одним из наиболее ценных результатов является критерий Глауэрта, связывающий максимальное значение коэффициента мощности Ср (характеризует эффективность использования ветрогенератором энергии воздушного потока, проходящего через ометаемую ветроколесом площадь ) с быстроходностью Z.

По рисунку 2.23 [1] определяем Ср. Ср=0,35.

При Ср=0,35 параметр а принадлежит диапазону , 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  Klatt-генератор. 

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:

- 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.

Рис.4. Функциональная блок-схема компоновки ВЭУ с дифференциально-вращающимся 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.

Асинхронный генератор потребляет из сети реактивную мощность. Поэтому асинхронный генератор  может работать только на сеть, к  которой подключены такие электрические  машины и устройства (синхронные генераторы, компенсаторы, конденсаторы), которые  могут являться источниками реактивной мощности.

Рассчитаем  реактивную мощность генератора, используемого  в двух ветроустановках ВЭУ-150:

Суммарная реактивная мощность нагрузки:

Суммарная реактивная мощность:

Принимаем к установке конденсаторную установку  КРМ-0,4-400-50. Данная установка предназначена  для компенсации реактивной мощности путем регулирования , с шагом регулирования 50 кВАр, Q=400 кВАр.

5. Выбор места расположения ВЭУ