Трехфазные сети

МИНИСТЕРСТВО  ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ  РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ)

Кафедра Электротехники

Дисциплина  «Электротехника»

Курсовой проект

Тема: Трехфазные сети

Выполнил студент

Группы ЭТМО 31

Карсаков В.

Проверил: Ратуш Г.К.

МОСКВА

2002

Оглавление

Задание: по заданной информации о нагрузке в отдельном помещении рассчитать:

• Максимальные токи линейных подводящих проводов при трехфазном четырехпроводном электроснабжении.
• Выбрать сечение проводов по допустимой плотности тока.
• Установку максимальной защиты по нормативам.
• Определить резервы по дополнительному включению нагрузки при компенсации реактивной мощности с помощью включения конденсаторов. Проверить рассчитанные параметры в WB.

Введение.

Для начала ответим  на несколько вопросов.

1)Чем была вызвана необходимость  разработки трехфазных цепей,  и почему они получили широкое  практическое применение?

Трехфазная цепь являются частным  случаем многофазных систем электрических цепей, представляющих собой совокупность электрических цепей, в которых действуют синусоидальные ЭДС одинаковой частоты, отличающиеся по фазе одна от другой и создаваемых общим источником энергии.

Трехфазные  цепи – наиболее распространенные в современной электроэнергетике. Это объясняется рядом их преимуществ по сравнению как с однофазными, так и с другими многофазными цепями (экономичность передачи энергии, возможность сравнительно простого получения кругового вращающегося магнитного поля, а также двух различных эксплутационных напряжений в одной установке – фазового и линейного).

Разработка трехфазных систем, так же как и многих других важнейших  научно-технических проблем, была исторически  обусловлена. Необходимость в их разработке вызывалась требованиями развивающегося промышленного производства, а возможность решения этой проблемы была обусловлена успехами в области изучения электрических и магнитных явлений и опытом практического использования разнообразных электрических устройств.

В 80-х годах, XIX в. проблема централизованного производства распределения электроэнергии переросла в комплексную; необходимо было одновременно разрешить две сложные научно-технические задачи: экономичность передачи энергии на дальние расстояния и создание надежных электродвигателей, удовлетворяющих требованиям промышленного электропривода.

Важнейшей предпосылкой разработки многофазных систем явилось открытие явления вращающегося магнитного поля (Г. Феррарис и Н. Тесла, 1888 г.).

В разработку трехфазных систем большой вклад сделали ученые и инженеры разных стран: серб – Н. Тесла, русский – М.О. Доливо-Добровольский, немец – Ф. Хазельвандер, француз – М. Депре, американец – Ч. Бредли. Наибольшая заслуга среди них принадлежит выдающемуся русскому электротехнику М.О. Доливо-Добровольскому, сумевшему придать своим работам практический характер, создавшему трехфазный асинхронный двигатель, трансформатор, разработку четырехпроводной и трехпроводной цепи и поэтому по праву считающимся основоположником трехфазных систем.

2) Написать выражения для мгновенной, активной, реактивной и полной мощности трехфазных приемников (симметричных и не симметричных).

Мгновенная  мощность трехфазного источника  электроэнергии равна сумме мгновенных мощностей каждой из фаз:

p = p_A + p_B + p_C = u_Ai_A + u_Bi_B + u_Ci_C .

Среднее за период значение мощности, т.е. активная мощность:

.

P = P_A+P_B+P_C – активная мощность приемников.

Q = Q_A+Q_B+Q_C – реактивная мощность приемников.

- полная мощность.

Р = 3Р_Ф = 3U_ФI_Фcosj_Ф активная мощность симметричного трехфазного приемника.

Q = 3Q_Ф = 3U_ФI_Фsinj_Ф – реактивная мощность симметричного трехфазного приемника.

При соединении звездой:   

При соединении треугольником:   

Поэтому независимо от схемы  соединения симметричного приемника  его активная мощность:  .

; ; .

3) В чем преимущества четырехпроводной  трехфазной цепи?

В устройствах с напряжением  до 1000В наибольшее распространение  для питания силовых и осветительных  приборов приемников (с напряжением  до 380В) получили трехфазные четырехпроводные сети с глухозаземленной нейтралью (нейтральная точка генератора или трансформатора присоединена к заземляющему устройству).

В четырехпроводной цепи обычно включают однофазные несимметричные приемники (например электрические  лампы или бытовые приборы), причем каждый из них включают между зажимами одной из фаз и нейтральным проводом. Поэтому благодаря нейтральному проводу напряжения на каждой фазе приемника будут равны соответствующим напряжениям генератора (или трансформатора). Следовательно, нейтральный провод обеспечивает сохранение симметрии фазных напряжений несимметричного приемника.

Важным преимуществом  четырехпроводной цепи является то, что  при изменении режима работы одной  из фаз режимы других фаз не изменятся, так как постоянство напряжений на фазах обеспечивается нейтральным  проводом.

В четырехпроводной цепи напряжение между нейтралями может возникнуть в случае обрыва нейтрального провода и тогда на некоторых фазах приемника напряжения могут значительно превысить номинальные. Именно поэтому в нейтральный провод не включают ни плавкие предохранители, ни выключатели.

4) В каких случаях применяется  трехпроводные цепи?

Трехфазные  цепи при соединении фаз приемника  звездой без нейтрального провода  называют трехпроводной. В такую  трехпроводную цепь можно включать только симметричные приемники, например трехфазные электродвигатели, электрические печи.

Если приемники симметричные, то токи в фазах будут численно равны и сдвинуты по фазе по отношению  к соответствующим фазным напряжениям  на один и тот же угол. Построив векторную  диаграмму токов для симметричного  приемника, легко установить, что геометрическая сумма трех векторов тока равна нулю: I_A+I_B+I_C=0. Следовательно, в случае симметричного приемника ток в нейтральном проводе I_N=0, поэтому необходимость в нейтральном проводе отпадает.

Применяются трехпроводные  сети с изолированной нейтралью, у которых нейтральная точка генератора или трансформатора не присоединена к заземляющему устройству. Выбор режима работы нейтрали определяется комплексом требований: экономичности, надежности электроснабжения и электробезопасности. Как правило, при повышенных требованиях электробезопасности рекомендуется применять установки с изолированной нейтралью.

5) В чем преимущества четырехпроводной  трехфазной цепи?

В связи с  тем что значительная часть приемников, включаемых в трехфазные цепи, бывают несимметричными, очень важно на практике (в частности в схемах с осветительными приборами) обеспечить независимость режима работы отдельных фаз. Кроме четырехпроводной цепи подобными свойствами обладают и трехпроводные цепи при соединении фаз приемника треугольником. Такое соединение получается если три фазы приемника с фазными комплексными напряжениями Z_ab, Z_bc, Z_ac включить между собой линейными проводами.

Симметричные трехфазные приемники, в частности электродвигатели, можно включать в трехпроводную цепь треугольником либо звездой в зависимости от напряжения сети.

6) Как изменится активная мощность  симметричного трехфазного приемника  при переключении его фаз с  треугольника на звезду?

Схема соединения трехфазной нагрузки не зависит от схемы соединения трехфазного генератора. Возможность переключения фаз приемника с соединением звездой на соединение треугольником часто используется для регулирования силы тока и мощности, например для уменьшения пусковых токов трехфазных двигателей.

Рассмотрим как изменятся токи симметричной нагрузки, имеющей постоянные фазные сопротивления Z_Ф , при переключении со звезды на треугольник.

При соединении звездой:

При соединении треугольником на основании  закона Ома

, но  , следовательно .

Сопоставив  выражения линейных токов звезды и треугольника, получим, что при  одном и том же U_Л и одинаковом сопротивлении Z_Ф , а для фазных токов .

Мощность трехфазной системы  .

В результате уменьшения линейного  тока при переключении с треугольника на звезду эта мощность уменьшится в 3 раза.

7) Каковы способы повышения коэфициента  мощности симметричных трехфазных приемников?

В современных  системах электроснабжения стремятся  частично разгружать линии электропередач и трансформаторы от реактивной электроэнергии, приближая в соответствии с технико-экономическими возможностями источники реактивной энергии к местам ее потребления. Это приводит к увеличению коэфициента мощности промышленных предприятий должно осуществляться прежде всего естественным путем, главным образом за счет упорядочивания энергетического режима оборудования, рационального использования установленных мощностей асинхронных двигателей и трансформаторов, замены мало загруженных двигателей двигателями меньших мощностей, ограничение режимов холостого хода трансформаторов и двигателей. В случае необходимости прибегают к искусственным мерам повышения коэфициента мощности с помощью компенсирующих устройств (источников реактивной энергии) – синхронных компенсаторов – мощные синхронные двигатели и статические конденсаторы.

Коэфициент мощности трехфазовых  приемников: , где Q_C – реактивная энергия, вырабатываемая компенсирующим устройством, установленным вблизи от приемников, тем выше коэфициент мощности.

8) Какие меры безопасности исключают  поражение человека электрическим  током при эксплуатации трехфазных  цепей?

Токоведущие части  электротехнических установок должны быть надежно изолированы и снабжены специальными защитными устройствами, а персонал, обслуживающий такие установки должен быть обучен безопасным методам работы и хорошо знать правила техники безопасности.

Как показывает статистика, подавляющее большинство электротравм происходит в случае прикосновения к токоведущим частям находящимся под напряжением. В трехфазных сетях низкого напряжения (до 1000 В) значение тока, поражающего человека, зависит от того, заземлена или изолирована нейтральная точка источника электрической энергии, а также от активной и реактивной проводимостей существующих между проводами и землей.

Для снижения напряжения прикосновения  и металлическими частями электрооборудования, оказавшимися во время аварии под  напряжением (например при пробое изоляции на корпус электродвигателей) применяют защитное заземление корпусов электроустановок. Человек, соприкасающийся с металлической частью установки оказывается подключенным к электрической цепи параллельно заземлению, что приводит к значительному снижению тока в теле человека.

В сетях напряжением 380/220 В рекомендуется использовать защитное отключение, обеспечивающее с помощью  универсальной системы защиты быстрое  автоматическое отключение электроустановки (независимо от того, заземлена она или нет) оказавшейся в результате аварии под напряжением. Согласно ПУЭ защитное отключение рекомендуется применять в трехфазных сетях, как с изолированной, так и с глухо заземленной нейтралью.

9) Выбор сечений  проводников воздушных и кабельных линий

• экономическая плотность тока
• допустимые потери напряжения
• максимальная плотность тока

Выбор сечений проводников проектируемой  сети производится с учетом экономических  характеристик, условий нагрева  в нормальном и после аварийных  режимах, допустимых потерь напряжения в нормальных и после аварийных режимах, механической прочности (проводов ВЛЭП), образования короны, термической устойчивости к токам короткого замыкания (ТКЗ).

Из всех, полученных по этим условиям значений, выбирается наибольшее сечение.

Вопросы механической прочности проводов воздушных линий  и их устойчивости при коротких замыканиях рассматриваются в специальных  курсах и при учебном проектировании электрической сети их, как правило, не рассматриваются.

Сечения проводов должны быть выбраны таким образом, чтобы они соответствовали наименьшим приведенным затратам, т.е. оптимальному соотношению между капитальными затратами на сооружение линий сети и расходами на ее эксплуатацию, в существенной степени определяемыми потерями энергии. Применительно к районным сетям напряжением 35-220 кВ эта задача решается упрощенно, и сечение проводов подсчитывают по экономической плотности тока. Экономическая плотность тока выбирается в зависимости от материала проводника, конструктивного выполнения ЛЭП и времени использования максимальной нагрузки (Тmax).