Экзаменационный материал по МДК01.04
учебно-методический материал на тему

МДК01.04 Техническое регулирование и контроль качества электрического и электромеханического оборудования

13.02.11 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям)

3 курс

1.Перечень экзаменационных вопросов

1. Понятие о схемах электроснабжения.
2. Шкала стандартных напряжений при передаче электрической энергии к потребителям. Качество электроэнергии.
3. Назначение, типы электростанций и режимы их работы.
4. Потребители электрической энергии силовые и осветительные. Характеристика и режимы их работы, классификация электрических приёмников.
5. Категории электрических приемников и обеспечение надёжности электрического снабжения.
6. Конструктивное выполнение электросетей напряжением до 1000 В.
7. Схемы электроснабжения потребителей напряжением до 1000В.
8. Виды электрических проводок.
9. Выбор сечения проводов по предельно допустимому нагреву электрическим током.
10. Графики электрических нагрузок. Основные величины и коэффициенты, характеризующие работу электроприёмников.
11. Методы расчёта электрических нагрузок в электроустановках до 1000 В. Определение сменной и максимальной расчётной мощностей.
12. Расчёт электрических нагрузок методом коэффициента использования.
13. Расчёт электрических нагрузок методом коэффициента спроса
14. Виды защиты сетей напряжения до 1000В от токов короткого замыкания и перегрузки. Характеристики защитных аппаратов.
15. Назначение, принципы действия и устройство плавких предохранителей.
16. Назначение, принцип действия и устройство автоматических выключателей.
17. Назначение, принцип действия и устройство магнитных пускателей.
18. Условия выбора плавких предохранителей и автоматических выключателей.
19. Выбор и расчет электросетей по потере напряжения.
20. Способы и средства регулирования напряжения в электросетях. Сущность коэффициента мощности и его значение.
21. Повышение коэффициента мощности путём применения специальных компенсирующих устройств. Определение мощностей компенсирующих устройств.
22. Назначение, схемы и конструктивные выполнения электросетей внутри промышленных предприятий до и выше 1000В.
23. Элементы воздушной линии.
24. Кабельные линии. Область их применения и способы прокладки.
25. Классификация подстанций, назначение и типы. ОРУ и ЗРУ.
26. Применение комплектных трансформаторных подстанций типа КТП, КТПН, ТП и РП с комплектными распредустройсгвами типа КСО, КРУ, КРУН.
27. Конструктивное выполнение, схемы и электрооборудование электростанций и подстанций.
28. Конструкция, устройство и марки масляных выключателей. Их достоинства и недостатки.
29. Назначение, конструкция и марки разъединителей.
30. Назначение, устройство и марки вакуумных выключателей. Их достоинства и недостатки.
31. Назначение,  конструкция и марки приводов высоковольтных выключателей.
32. Назначение, конструкция и марки измерительных трансформаторов.
33. Назначение, конструкция и марки силовых трансформаторов.
34. Картограмма электрических нагрузок. Выбор количества и местоположения подстанций.
35. Выбор числа и мощности силовых трансформаторов на подстанции.
36. Основные понятия и соотношения величин токов короткого замыкания.
37. Определение сопротивлений отдельных элементов цепи короткого замыкания.
38. Расчет токов короткого замыкания в относительных единицах.
39. Электродинамическое действие токов короткого замыкания.
40. Термические действия токов короткого замыкания.
41. Способы ограничения токов короткого замыкания.
42. Выбор высоковольтных аппаратов и токоведущих частей на подстанциях и проверка их на действие токов короткого замыкания.
43. Заземление и зануление в электроустановках. Основные понятия и назначения.
44. Расчет заземляющих устройств.
45. Общие сведения о релейной защите. Требования к релейной защите.
46. Устройство и принцип действия различных реле.
47. Виды релейной защиты и основные требования к ним.
48. Оперативный ток в схемах релейной защиты. Схемы соединения вторичных обмоток трансформаторов и напряжения.
49. Максимально-токовая защита.
50. Защита кабельных и воздушных линий.
51. Защита силовых трансформаторов.
52. Защита асинхронных двигателей до и выше 1000 В.
53. Схемы управления, учета и сигнализации.
54. Схемы устройства АВР и АПВ.
55. Перенапряжение и защита от перенапряжений.
56. Молниезащита зданий и сооружений.

2 Перечень типовых задач (для подготовки)

Задача 1

По воздушной линии 380 В питается строительная площадка с нагрузкой 215 кВА. Определить сечение проводов по нагреву при нормальных условиях окружающей среды.

Решение

1. Определим расчетный ток, потребляемый строительной площадкой

Iр = Sн/Uн = 215/(1,73 · 0,38) = 327 А

2. По  приложению 4 с.336, (2) для провода  АС-120 ток  Iд = 330 А; условие

Iд = 330 А  ≥  Iр = 327 А

выполняется.

Задача 2

Определить по экономической плотности тока сечение воздушной линии напряжением Uн - 10 кВ при питании предприятия с максимальной нагрузкой        Sмах = 2500 КВА и временем ее использования 2800 часов. Проверить выбранное сечение проводника по допустимому нагреву и на потерю напряжения.  

Решение

1. Определим максимальный ток нагрузки линии

Iр = Sн/Uн = 2500/(1,73 · 10) = 144,5 А

2. При Тм = 2800 ч для проводов АС экономическая плотность тока jэк = 2,1 А/мм2, тогда экономическое сечение

Sэк = Iр/ jэк = 144,5/1,1 = 131,4 А

Полученное сечение округляем до стандартного АС-120 мм2.

Задача 3

Для ответвления от распределительного пункта Uн–0,38кВ к многодвигательному станку

1. определить расчетный ток Iр и пиковый Iпик токи;
2. выбрать сечение и способ прокладки проводов АПВ;
3. в распределительном пункте выбрать автомат А3700;
4. проверить защищенность проводов автоматом;
5. рассчитать потерю напряжения, приняв l = 10м; cosϕ = 0,8; sinϕ = 0,6.

Рн1 = 30 кВт; Iнд = 60 А; Iп/Iн = 6,5;

Рн2 = 7,5 кВт; Iнд = 15 А; Iп/Iн = 6,5;

Рн3 = 3 кВт; Iнд = 7 А; Iп/Iн = 5;

Решение

1. Вычертим схему подключения станка к шинопроводу (рисунок 1):
2. Определим расчетный ток в зависимости от числа электродвигателей на станке по условию

Iр = ∑ Iнд;  

где Iн - номинальный ток электродвигателей на станке, А

Iр = 60 + 15 + 7 = 82 А

станок

                                 провод                              

РП                                                                          

Рисунок 1

3. Определим пиковый (кратковременный максимальный) ток по формуле:

Iпик = Iпуск + ∑I'дл,

где Iпуск - пусковой ток одного электродвигателя, при пуске которого кратковременный ток линии достигает наибольшей величины, А;

∑ I'дл - длительный расчетный ток линии до момента пуска одного электродвигателя или группы электродвигателей, определяемый без учета рабочего тока наибольшего по мощности электродвигателя, А;

Iпуск = кi ⋅ Iнд,

где кi - кратность пускового тока.

Iпик = 60 ⋅ 6,5 + (15 + 7) = 412 А

4. Сечение проводов марки АПВ выбираем по условию нагрева длительным током по формуле:

Iдоп ≥ Iр,

      где Iдоп - допустимый ток на стандартное сечение проводника, А;

5. Выбираем способ прокладки в трубе, провод трехжильный, сечением  6 мм2 , т.е.  АПВ(3× 50) Iдоп = 105 А;

Iдоп = 105 А ≥ Iр = 82 А,

условие выполняется

6. Выбираем автоматический выключатель А3700 из условий

Iн.а ≥ Iр,                   Iн.а ≥ 82 А;

Iн.р ≥ 1,1Iр,              Iн.р ≥ 1,1⋅ 82 = 90,2 А;

Iотс ≥ 1,25Iпик,         Iотс ≥ 1,25 ⋅ 412 = 515 А;

По таблице выбираем автоматический выключатель серии А3700

А3710 Iн.а = 160 А; Iн.р = 100 А; Iотс = 600 А.

7. Проверяем защищенность проводов автоматом А3710, имеющим тепловой и электромагнитный расцепитель без возможности регулирования уставок по условию:

Iдоп  ≥ Iн.р

105 А •  90,2 А;

условие соблюдается

8. Определим потерю напряжения в сети по формуле:

где l - длина линии, км;

       r0 = 0,625 - активное сопротивления линии, Ом/км;

       x0 = 0,0625 -  индуктивное сопротивления линии, Ом/км;

      Uн - номинальное напряжение сети, В.

потери напряжения находятся в допустимых пределах согласно ПУЭ.

Задача 4

Определить расчетные нагрузки Рр, Qр, Sр, Iр распределительного пункта, к которому подключены металлорежущие станки с Ки =  0,16; cosϕ =  0,6; tgϕ = 1,33.

Технические данные оборудования указаны в таблице 1.

Решение

1. Составим ведомость потребителей электроэнергии от РП, к которому подключены металлорежущие станки.

Таблица 1- Ведомость потребителей

2. Определим общее число электроприемников

n = 5 + 5 + 1 + 4 + 5 + 5 = 25 шт

их суммарная установленная мощность равна по формуле (2.22) с. 50, (1)

∑Ру = ∑Рном = 20,7 ⋅ 5 + 43 ⋅ 5 + 9,7 ⋅ 1 + 22 ⋅ 4 + 22,7 ⋅ 5 + 40,5 ⋅5 = 732,2 кВт

3. Определим сменную активную мощность по формуле (2.24) с. 51, (1)

Рсм = ∑Ру ⋅ ки ,

где ки - коэффициент использования электроприемника

Рсм = 732,2 ⋅ 0,16 = 117,2 кВт

4. Определим сменную реактивную мощность по формуле (2.24) с. 50, (1)

Qсм = Рсм ⋅ tqϕ,

где tqϕ - показатель потребления реактивной мощности электроприемника

Qсм = 117,2 ⋅ 1,33 = 155,9 квар

5. Определим коэффициент силовой сборки m

m = Рном.мах/Рном.min ,

где Рном.мах- номинальная мощность самого крупного ЭП, кВт

Рном.min - номинальная мощность самого мелкого ЭП, кВт

m = 43/9,7 = 4,4 • 3,

6. Определим эффективное число электроприемников при m • 3, ки • 0,2

nэф = nэ* ⋅ n,

где nэ* - относительное число ЭП, рассчитываемое по кривым в следующем порядке:

выбираем из числа n наибольший по мощности электроприемник, подсчитываем количество n1, у которых номинальная мощность равна или больше половины мощности наибольшего из них, т.е.

n1 = 5 + 4 + 5 + 5 = 19 шт

суммарная номинальная мощность наиболее крупных ЭП

Р1 = 215 + 88 + 113,5 + 202,5 = 619 кВт

7. Определим относительные значения

n* = n1/n = 19/25 = 0,76

Р* = Р1/Р = 619/732,2 = 0,85

по таблице 2.14 (1) находим

nэф* = 0,95

тогда

nэф = 0,95 ⋅ 25 = 24 шт

8. Определим коэффициент максимума по графику рис. 2.15 (1) при ки =  0,16 и      nэф =24 шт

кmax = 1,57

9. Определим активную максимальную расчетную нагрузку РП по формуле (2.43) с. 56, (1)

Рм = км   ⋅Рсм = 1,57 ⋅ 117,2  = 184 кВт

10. Определим реактивную максимальную расчетную мощность по формуле (2.44) с. 56, (1) при nэф • 10

Qм = Qсм =  155,9 кВар

11. Определим расчетную полную мощность по формуле (2.45) с. 58, (1)

12. Определим расчетный ток по формуле (2.46) с. 58, (1)

где Uн - номинальное напряжение установки

Задача 5

Определить токи КЗ в точке К по расчетным данным рисунка 1

С                      Л1                   U1         Т2             U2                     Л2                                   К

Мощность питающей системы Sнс = 1000 МВА.

Сопротивление питающей системы xс = 1,5.

Питающая воздушная линия  Л1:

Номинальное напряжение Uнл = 110 кВ

Длина линии Л1 = 40 км

Удельное сопротивление х0 = 0,4 Ом/км

Силовой трансформатор  Т2:

Тип Т1 - ТДН-10000/110/10;

Напряжения короткого замыкания Uк = 10,5 %.

 Длина линии l2 = 0,5 км.

Индуктивное удельное сопротивление х0 = 0,06 Ом/км

Активное удельное сопротивление r0л2 = 0,952 Ом/км.

Решение

1. Задаемся базисной мощностью и базисным напряжением в точке К2:

Sб = Sнс = 1000 МВА;  Uб = 10,5 кВ

2. Составляем схему замещения:

        х1                 х2                      х3                       х4                 r4                        К    

Схема замещения

3. Подсчитываем сопротивления  схемы замещения, приведенные к базисным условиям  (значение мощности в МВА, напряжений - в кВ)

сопротивление системы по формуле с. 145, (2):

сопротивление линии 110 кВ по формуле с. 145, (2):

сопротивление трансформатора по формуле, с. 145, (2):

индуктивное сопротивление кабельной линии по формуле с. 145, (2):

активное сопротивление кабельной линии:

результирующие значения сопротивлений

хрез = х1 + х2 + х3 + х4  = 1,5 + 1,21 +  10,5  + 0,27 = 13,47

rрез = r4 = 4,32

полное результирующе сопротивление

4. Определяем базисный ток по формуле с. 144,  (2)

5. Определяем значения токов короткого замыкания для точки К5 по формуле          с. 150,  (2):

6. Определяем ударный ток для точки К5 по формуле с. 143, (2):

где ку - 1,4 , при хрез/rрез = 13,47/4,32 = 3,12 по кривой рисунка 3.3 (1)

7. Определяем наибольшее действующее значение полного тока короткого замыкания

Задача 6

 Выбрать и проверить шины на динамическую устойчивость к токам короткого замыкания при расчетном токе нагрузки Iн = 1200 А, ударном токе iу = 50 кА. Шины установлены на изоляторах плашмя, расстояние между фазами а = 350 мм, расстояние между изоляторами в пролете l = 1300 мм.

Решение

1. Выбираем из справочника по расчетному току шины алюминиевые размером 80×мм2 с допустимой токовой нагрузкой 1320 А.
2. Определяем момент сопротивления шин при установке их плашмя по формуле:

ω = в × h2 / 6 = 0,8 × 82 /6 = 8,54 cм3

Определяем расчетное напряжение в металле шин по формуле:

Так как σдоп = 80 мПА, поэтому шины с σрасч. = 25 мПА динамически устойчивы.      

Задача 7

Кабель марки АВВГ на 6 кВ выбран по расчетному току 135 А  сечением 70 мм2 . Проверить кабель на термическую стойкость к токам короткого замыкания при Iк = 6500 А. Расчетное приведенное время действия тока  короткого замыкания tпр  = 0,6 сек.

Решение

1. Определим максимальное сечение кабеля по формуле:

Выбранный кабель сечением 70 мм2 удовлетворяет термической устойчивости.

4.3.2.3 Перечень экзаменационных задач

Задача 1

Выбрать и проверить шины на динамическую устойчивость к токам КЗ при расчетном токе нагрузки Iн = 1200А, ударном токе iу = 50 кА. Шины установлены плашмя, расстояние между изоляторами в пролете l = 1300 мм.

Задача 2

По данным рисунка определить нагрузки, выбрать плавкие вставки и автоматический выключатель. Напряжение сети 380 В, cosϕ = 0,7; Р1 = 110 кВт,    Кi = 5,5; Р2 = 90 кВт, Кi = 7.

                                               Р1

0,4 кВ                                           Р2

Задача 3

Выбрать и проверить шины на динамическую устойчивость к токам КЗ при расчетном токе нагрузки Iн = 1000 А, ударном токе iу = 25 кА. Шины установлены на ребро, расстояние между фазами а = 30 см, расстояние между изоляторами в пролете l = 100 см.

Задача 4

Кабель марки ААШв на напряжение 10 кВ выбран по расчетному току 95 А сечением 35 мм. Проверить кабель на термическую устойчивость к токам короткого замыкания при Iк = I∞ = 65  кА, tпр = 0,6 с.

Задача 5

Определить число электродов заземления подстанции 6/0,4 кВ. На стороне 6 кВ нейтраль изолирована, на стороне 0,4 кВ – наглухо заземлена.Расчетный коэффициент ψ2 = 1,5; сопротивления грунта ρ = 60 Ом м; в качестве заземлителя принять прутковые электроды диаметром 12 мм, длиной 5 м.

Задача 6

Определить сечение проводов и выбрать аппараты защиты для четырехпроводной питающей сети к люминесцентным светильникам с установленной мощностью ламп 40 кВт. Коэффициент спроса установки Кс = 0,9. Напряжение сети 380/220 В. Линия выполнена проводами с резиновой изоляцией и алюминиевыми жилами, проложенными в стальных трубах. Линия должна иметь защиту от коротких замыканий и перегрузи при cosϕ = 0,9.

Задача 7

Определить потерю напряжения в воздушной трехфазной линии напряжением 380/220 В, выполненной медными проводами.

          s = 120мм2

            120 м                               60 м

                                 Р1= 23 кВт             Р2= 15 кВт

                              cosϕ1 = 0,8             cosϕ2 = 0,8

Задача 8

Выбрать масляный выключатель, разъединитель и трансформатор тока для линии 10 кВ при Imax =350А, Iк = 10 кА, iу = 18 кА, tпр =2,2 с.

Задача 9

Определить ток короткого замыкания в точке К. Расчетные данные приведены на   рисунке 1.

115 кВ                                                         Т1

                                l = 20 км

хс = 0                   х = 0,4 Ом/км         15000КВА         400 А

                                                        Uк = 10,5%      х = 4%

Рисунок 1

Задача 10

Определить ток трехфазного короткого замыкания в точке К схемы, представленной на рисунке 1.

              115 кв                Т1                        l = 10 км

хс = 0                           40МВА   38,5 кВ   худ = 0,086 Ом/км   38,5 кВ

Рисунок 1

Задача 11

К щиту 0,4 кв подключены следующие потребители:

1. электрокран, ПВ = 40% - Рн = 19,2 кВт, Ки = 0,5,  tg ϕ = 1,73
2. вентилятор - Рн = 5,5 кВт, Ки = 0,6,  tg ϕ = 0,8
3. сварочный трансформатор - Рн = 36 КВА, Ки = 0,3,  tg ϕ = 2,58
4. электропечь - Рн = 6 кВт, Ки = 0,75,  tg ϕ = 0,55

Определить максимальную расчетную нагрузку и ток.

Задача 12

Максимальная нагрузка на шинах 6 кВ ГПП составляет 18000 КВА при длительности максимума 2 часа. Средняя загрузка трансформаторов 13000 КВА Потребители I и II категории составляют 75 % от Sм.

Выбрать число и мощность трансформаторов

Задача 13

Рассчитать на нагрев трехфазную кабельную линию, проложенную в земле в одной траншее с другими кабелями для питания цехового распределительного щита, если расчетная мощность Рр = 100 кВт, напряжение  Uн = 380 В, cosϕ = 0,8. Проверить на потерю напряжения, если длина линии 300 м.

Задача 14

Определить максимальную нагрузку на шинах  0,4 кВ трансформаторной подстанции, питающей предприятие со следующими электроприемниками:

• 5 станков  по 9,7 кВт
• 5 компрессорных насосов по 1,7 кВт
• 3 крановых балки с ПВ = 40% по 60 кВт
• 4 печей по 30 кВт
• 2 вентилятора по 5,7 кВт

Задача 15

Определить максимальную расчетную нагрузку и ток для РП -0,4 кВ от  которого питаются металлорежущие станки:

1. токарный станок - 10,5 кВт
2. токарный станок - 31,3 кВт
3. сверлильный станок - 2,2 кВт
4. фрезерный станок - 6,6 кВт
5. фрезерный станок - 6,2 кВт
6. фрезерный станок - 3,8 кВт

Задача 16

Выбрать предохранитель для защиты линии в сети 380 В к электродвигателю Рн = 30 кВт, кратность пускового тока Кi = 6,5, условия пуска тяжелые,  cosϕ = 0,75.

Задача 17

Выбрать сечение кабеля и защитную аппаратуру для питания электродвигателя 4А180S2У3 мощностью 22 кВт, η = 88,5 %; cos φ = 0,91; кратность пускового тока 7,5.

Задача 18

Асинхронный электродвигатель, мощностью 28 кВт имеет следующие данные: коэффициент полезного действия η = 0,9: коэффициент мощности       cosφ = 0,89: кратность пускового тока Кi = 5,5: номинальное напряжение U = 380 В. Определить ток плавкой вставки предохранителя и сечение провода, провод медный с резиновой изоляцией, проложен в трубе.

Задача 19

Трехфазная линия, проложенная в нутрии цеха, питает распределительный щит, суммарная нагрузка которого равна 6 кВт при cosφ = 0,8 (асинхронный двигатель с кратностью пускового тока Кi = 5). Щиток отстоит от ввода на расстоянии 100 м. Напряжение линейное 380 В.

Определить сечение провода линии, выбрать номинальный ток плавкой вставки предохранителя, проверить на потерю напряжения.

Задача 20

От распредустройства 0,4 кв питается группа электроприемников:

СП1: Sр =36 кВА,  СП2: Sр =25,34 кВА, ЭД: Р = 80 кВт, Кi = 5, cosϕ = 0,8.

Выбрать защитную аппаратуру.

Задача 21

Рассчитать и выбрать плавкие вставки для предохранителей типа ПН-2, защищающих линии на рисунке и уставку срабатывания автоматического выключателя А3730.

Рн1  =  Рн2  - 13 кВт; η1 = η2 = 0,84; cosφ1 =  cosφ2 = 0,83

Рн3  =  Рн4  - 7,5 кВт; η3 = η4 = 0,82; cosφ3 =  cosφ4 = 0,82

ki = 5; кс = 0,7.

Задача 22

Определить по экономической плотности тока сечение воздушной линии напряжением Uн - 6 кВ при питании предприятия первой категории надежности с максимальной нагрузкой Sмах = 700 КВА и временем ее использования 3500 часов. Проверить выбранное сечение проводника по допустимому нагреву и на потерю напряжения. сos φ = 0,8; Длина линии L, 10 км                          

Задача 23

Определить ток плавких вставок предохранителей и номинальные токи электромагнитных расцепителей автоматических выключателей  силового пункта СП-1 напряжением 380 В при следующих условиях.

1. Токарный станок  Р = 10,65 кВт.        2)  Вентилятор         Р = 5,5 кВт.              3) Электропечь Р =10 кВт.

Задача 24

Определить наибольшие результирующие и изгибающие электродинамические нагрузки при трехфазном КЗ, действующие на шины, расположенные в одной плоскости. Расстояние между шинами а = 0,4 м, ударный ток iкз = 50 кА. номинальный ток на шинах 870 А.

Задача 25

Определить потерю напряжения в конце трехфазной линии силовой сети напряжением 380 В, проложенной по всей длине проводом АПВ (3×25) мм2 в стальной трубах. Соs φ = 0,9. Нагрузка отдельных участков сети показана на рисунке.

                  20 м                  12 м           12 м

А

                            Р1 = 10 кВт       Р2 = 10 кВт        Р3 = 10 кВт

Задача 26

Определить максимальную расчетную электрическую нагрузку механоремонтного цеха напряжением 380 В по исходным данным: