2.7 Расчёт и выбор питающего кабеля.

Выбираем кабель для питания двигателя сверлильного станка.

Определяем ток линии по формуле:

где U – напряжение, подаваемое на двигатель;

Р_ном – номинальная активная мощность синхронного двигателя;

cos - коэффициент мощности двигателя;

 - КПД двигателя.

Из условия I_расч<I_доп выбираем кабель 18,7А<35А

Выбираем кабель четырёхжильный с алюминиевыми жилами S=4 мм; Iдоп =35А АВВГ 4х4 мм

R0 =7,81; X0 =0,095

Выбранный кабель проверяем на потери напряжения:

(2.41)

где L – длина кабеля,км;

соs - коэффициент мощности двигателя;

R₀ - активное сопротивление 1км провода Ом/км;

Х₀ – индуктивное сопротивление Ом/км.

(2.42)

=1,7318,70,1( 7,810,89 + 0,0950,46) =22,6 В

Определяем отношение потери напряжения в процентах по формуле

(2.43)

.

Выбранный кабель проверяем по нагреву.

. (2.44)

где t_доп - допустимая температура нагрева кабеля, С;

I_доп – допустимая температура для сетей напряжением ниже 1кВ, 80⁰С.

⁰С.

Проверяем по условию t_нагр t_доп ,

37,1 ⁰С 80 ⁰С

Кабель для подвода питания к двигателю сверлильного станка выбран верно.

Выбираем кабель для питания двигателя вентилятора.

Определяем ток линии I, А, по формуле:

Из условия I_расч I_доп выбираем кабель

6,14 А  35 А,

Выбираем кабель с ПВХ изоляцией и с ПВХ оболочкой ВВГ 4•4 мм.

R0 =7,81; X0 =0,095

Выбранный кабель проверяем на потери напряжения:

,

где L – длина кабеля, 0,1 км;

R₀ – активное сопротивление одного километра, 11,75 Ом/км;

= 1,736,140,1(7,810,88+0,0950,47)=7,35 В

Определяем отношение потери напряжения в процентах по формуле

,

Выбранный кабель проверяем по нагреву.

Производим проверку на нагрев:

где t_доп - допустимая температура для сетей напряжением ниже 1 кВ,80 С;

t₀ – допустимая температура кабелей.

⁰С.

Проверяем по условию t_нагр t_доп ,

21,8 ⁰С 80 ⁰С

Кабель для подвода питания к двигателю вентилятора выбран верно.

6. Выбор электрооборудования до и выше 1000 В

Токоведущие части (шины, кабели) и все виды аппаратов (выключатели, разъединители, предохранители, измерительные

трансформаторы для электроустановок) должны выбираться в соответствии с вычисленными максимальными расчетными величинами (напряжением, током, мощностью отключения) для нормального режима и короткого замыкания для токоведущих частей и высоковольтного оборудования. Составляют таблицу сравнения указанных расчетных и допустимых величин. При этом для обеспечения надежных безаварийных работ расчетные величины должны быть меньше допустимых.

Выбор шин. Они выбираются по номинальному току и проверяются на электродинамическую стойкость к токам короткого замыкания.

Определяем длительный ток:

(2.64)

Выбираем алюминиевые шины 40ģ4 [1,с.395, табл. 7.3]

Проверяем выбранное сечение шины на электродинамическую стойкость к токам короткого замыкания.

Определяем усиление на среднюю фазу

_(2.65)

где l -расстояние между точками крепления шин на изоляторе см;

а - расстояние между фазами шин см.

_(2.66)

Определяем момент изгибающий шину.

_(2.67)

_{Определяем момент сопротивления шины при укладке шин плошмя}

_(2.68)

_{Определяем расчетное напряжение материала шин}

_(2.69)

Для алюминиевых шин 700кГ/см²

_(2.70)

700кГ/см ² ≥ 457,0,5 кГ/см ²

Таким образом, выбранные шины 40ģ4 отвечают условиям стойкости и динамическому действию токов короткого замыкания.

Выбор изоляторов.

Изоляторы выбирают по номинальному напряжению и проверяют на механическую нагрузку при КЗ.

_(2.71)

_{2400Н ≥ 505,5Н}

_{Выбираем изолятор ИО-6-3,75 У3 [ 1, с.282, табл.5,7]}

Выбор трансформатора тока.

Трансформатор тока выбирается по номинальному току и напряжению и проверяется на термическую и динамическую стойкость к токам короткого замыкания.

Таблица 2.9 - Выбор трансформатора тока

Расчетное	Табличное
Uн=10кВ	Uн=10кВ
Iн=132,56А	Iн=150А
It2 ∙tt=8,72 ∙0,12=9,08 кА2∙с	It2 ∙tпр=9,72 ∙1 =94,09 кА2∙с
Iу=22,1кА	Iу=52кА

Выбираем трансформатор ТОЛК-6.

Выбор разъединителя.

Разъединитель выбирается по номинальному напряжению и току и проверяется на термическую и динамическую стойкость.

Таблица 2.10 - Выбор разъеденителя.

Расчетное	Табличное
Uн=10кВ	Uн=10кВ
Iн=132,56А	Iн=400А
It2 ∙tt=8,72 ∙0,12=9,08 кА2∙с	It2 ∙tпр=162 ∙4=1024кА2∙с
Iу=22,15кА	Iу=41 кА

Выбираем разъединитель РВЗ-6/400IУЗ

Выбираем выключатель.

Они выбираются по номинальному напряжению и току и проверяются на термическую и динамическую стойкость к токам короткого замыкания, а так же на отключающую способность токов и мощности короткого замыкания.

Таблица 2.11 - Выбор выключателя.

Расчетное	Табличное
Uн=10кВ	Uн=10кВ
Iн=132,56А	Iн=630А
It2 ∙tt=8,72 ∙0,12=9,08 кА2∙с	It2∙tпр=202 ∙0,15=60кА2∙с
Iу=22,15 кА	Iу=100кА
Iотк=8,7кА	Iк=20кА

Выбираем выключатель BB TEL-10-20/630

Выбор трансформатора напряжения.

Трансформаторы напряжения предназначены для включения катушек напряжения измерительных приборов и аппаратов защиты,отделения цепей измерительных приборов и аппаратов защиты от сети высокого напряжения.

Трансформатор напряжения выбирается по номинальному напряжению и проверяются по нагрузке вторичной цепи

Трансформатор напряжения выбираем из условия:

S₂>S_пр

где S₂- мощность вторичной обмотки трансформатора напряжения, ВА

S_пр - суммарная мощность приборов, питаемых от трансформатора напряжения, ВА

Ко вторичной обмотке трансформатора напряжения подключаем приборы:

Счетчики активной и реактивной энергии:

Общая мощность приборов подключаемых ко вторичной обмотке равна:

S_пр= S_а + S_р ; (2.72)

где: S_а – мощность обмотки напряжения счетчика активной энергии типа:

ПСЧ-4 [1,с.389,табл.6,26]

S_а=8 ВА

S_р – мощность обмотки напряжения счетчика активной энергии типа:

ПСЧ-4 [1,с.389,табл.6,26]

S_р=8 ВА

S_пр=8+8=16 ВА.

По условию: S₂>S_пр

S₂=75 ВА

75 ВА>16 ВА, выбираем трансформатор напряжения

НОЛ-08-6

Выбор пусковой и защитной аппаратуры на 0,4 кВ

Выбор автоматических выключателей

Они предназначены для защиты электрических цепей от токов перегрузки, токов короткого замыкания, от снижения напряжения.

Условия выбора:

; (2.73)

где: - номинальный ток теплового расцепителя автомата, защищающего от перегрузки, А.

; (2.74)

где: - номинальный ток электромагнитного расцепителя, А.

Ток срабатывания (отсечки) электромагнитного расцепителя проверяют по максимальному кратковременному току линий:

; (2.75)

Для защиты одиночного электродвигателя:

(2.76)

Коэффициент 1,25 определяет неточность в определении максимального кратковременного тока линии при разбросе характеристик электромагнитных расцепителей автоматических выключателей.Ток срабатывания расцепителя автоматических выключателей с регулируемой обратно зависимой от тока характеристикой.При выборе выключателей необходимо стремиться к их однотипности, т.е выбранные выключатели имели одинаковую маркировку.

(2.77)

(2.78)

220,5 А>161,25 А

(2.79)

Выбираем автоматический выключатель типа ВА 51-25.

Проверка к токам короткого замыкания:

(2.80)

Автоматический выключатель типа ВА 51-25 подходит по условия проверки.

Выбор магнитного пускателя

Магнитный пускатель выбирается по номинальному току.

(2.81)

Выбираем магнитный пускатель типа ПМУ 3210

2.12 Экономия и учет электроэнергии

Расчетным учетом электроэнергии называется учет выработанной, а также отпущенной потребителям электроэнергии для денежного расчета за нее. Счетчики, устанавливаемые для расчетного учета, называются расчетными счетчиками (класса 2), с классом точности измерительных трансформаторов – 0,5.

Техническим (контрольным) учетом электроэнергии называется учет для контроля расхода электроэнергии электростанций, подстанций, предприятий, зданий. Счетчики, устанавливаемые для технического учета, называются контрольными счетчиками (класса 2,5) с классом точности измерительных трансформаторов – 1.

При определении активной энергии необходимо учитывать энергию: выработанную генераторами электростанций; потребленную на собственные нужды электростанций и подстанций; выданную электростанциями в распределительные сети; переданную в другие энергосистемы или полученную от них; отпущенную потребителям и подлежащую оплате.

Расчетные счетчики активной электроэнергии на подстанции энергосистемы должны устанавливаться:

1) для каждой отходящей линии электропередачи, принадлежащей потребителям;

2) для межсистемных линий электропередачи–по два счетчика со стопорами, учитывающих полученную и отпущенную электроэнергии;

3) на трансформаторах собственных нужд;

4) для линий хозяйственных нужд или посторонних потребителей (поселок и т. п.), присоединенных к шинам собственных нужд.

Расчетные счетчики активной электроэнергии на подстанциях потребителей должны устанавливаться:

1) на вводе (приемном конце) линии электропередачи в подстанцию;

2) на стороне ВН трансформаторов при наличии электрической связи с другой подстанцией энергосистемы;

Схема подключения счетчиков типа ПСЧ‑4 к трехфазной сети.

Рисунок 2.4 -Подключение счетчиков к трехфазной сети

с помощью трех трансформаторов тока и трех трансформаторов напряжения (пунктиром показано цепь «0» для четырехпроводной сети.)Счетчик электрической энергии статический, трехфазной, трехтрансформаторный, универсальный ПСЧ‑4. Предназначен для учета прихода и расхода активной энергии в трех- и четырехпроводных сетях переменного тока номинальной частоты 50Гц, а также для передачи по линиям связи информационных данных на центральный пункт сбора информации энергосистемы.

Счетчик обеспечивает высокую точность измерения энергии в сетях со значительными отклонениями тока и напряжения.

При подаче сетевого напряжения и помещениях нагрузки, световой индуктор режима работы счетчика должен менять показания пропорционально величине потребляемой электрической энергии.

В курсовом проекте предполагается коммерческий учет активной энергии. Счетчик ПСЧ‑4 устанавливают на линии отходящих от трансформаторной подстанции напряжением 0,38 кВ и питающей отдельные участки цеха.

Расчет защитного заземления

Защитное заземление – заземление частей электроустановки с целью обеспечения электробезопасности.

Зона растекания – область земли, в пределах (зоны растекания) который возникает заметный градиент потенциала при стекание тока с заземлителя.

Изолированный нейтраль – нейтраль, трансформатора или гениратора, не присоединенная к заземлению устройству или присоединенная к нему через приборы сигнализации и других устройства, имеющие большое сопротивление.

Искусственное заземление – заземлитель, специально выполненный для цепей заземления.

Магистральная заземления или зануления – заземляющей или зануляющий нулевой защитный проводник с двумя ответвлениями или более.

Нулевой защитный провод в электроустановках до 1000 В-проводник, соединяющий или глухозаземленными выводами источников однофазного или постоянного тока.

Нулевой рабочий проводник в электроустановках до 1000 В проводник, использующий для питания электроприемников или глухозаземленными выводами источников однофазного или постоянного тока. В указанных электроустановках нулевой рабочий провод может выполнять функции нулевого защитного проводника.

Рабочее заземление сети – соединение с землей некоторых точек сети со следующей целью: снижение уровня изоляции элементов электроустановки, эффективная защита сети разрядниками от атмосферных перенапряжений, снижение коммутационных перенапряжений, упрощение релейной защиты от однофазных коротких замыканий, возможность удержания поврежденной линии в работе.

В качестве искусственных заземлителей применяют вертикально забитые в землю отрезки угловой стали длиной 2,5–3 м и горизонтально проложенные круглые и прямоугольные стальные полосы, которые служат для связи вертикальных заземлителей. Использование стальных труб не рекомендуется.

В качестве естественных заземлителей используют: проложенные в земле стальные водопроводные трубы, соединенные в стыках газо- или электросваркой; трубы артезианских скважин, стальная броня силовых кабелей, проложенных в земле, при числе их не менее двух; металличе-кие конструкции и фундаменты зданий и сооружений, имеющие надежное соединение с землей; различного рода трубопроводы, проложенные под землей; свинцовые оболочки кабелей, проложенных в земле.

Рабочее заземление осуществляется непосредственно или через специальные аппараты: пробивные предохранители, разрядники и резисторы.

Электроустановки переменного тока напряжением до 1000 В. допускаются к применению как с глухозаземленной, так и с изолированной нейтралью, а – тока – с глухозаземленной или изолированной средней точкой. В четырехпроводных сетях трехфазного тока и трехпроводных сетях – тока обязательное глухое заземление нейтрали или средней точки.

В электрических установках напряжением до 1000 В, с изолированной от земли нейтралью, используемой для заземления электрического оборудования, сопротивление заземляющего устройства не должно быть более 4 Ома.

В электрических установках напряжением до 1000 В. с глухозаземленной нейтралью сопротивление заземляющего устройства, к которым присоединяются нейтрали генераторов или трансформаторов, должно быть не более 2, 4, 8 Ом.

Отклонение электрических установок при однофазных замыканиях на землю может осуществляться при помощи защитного отключения, которое выполняется в дополнение к заземлению или занулению.

Если невозможно выполнить заземление, или зануление, и обеспечить защитное отключение электрической установки, то допускается обслуживание электрического оборудования с изолирующих площадок. При этом должна быть исключена возможность одновременного прикосновения к незаземленным частям электрического оборудования и частям зданий или оборудованию имеющем соединение с землей.

В электроустановках напряжением выше 1000 В с изолированной нейтралью с малыми токами замыкания на землю сопротивления должно удовлетворять условию:

Определяем расчётное сопротивление грунта. Выбираем грунт (глина) Р = 40 Ом/м [1. с 257. Табл.7,1 ]

Расчетное удельное сопротивление грунта

, (2.72)

Р_из= 40 Ом м [1, с. 257, табл. 7,1]

= 2,4 [1, с. 260, табл. 7,3]

Выбираем в качестве заземлителей прутковые электроды. Сопротивление одиночного пруткового электрода:

R_опр =0,00227 p, (2.73)

R_опр = 0,00227 4000 = 22 Ом

Определяем ток однофазного замыкания на землю в сети 10 кВ:

, (2.74)

Сопротивление заземляющего устройства для сети 10 кВ:

(2.75)

Определяем число заземлителей:

(2.76)

где R_з = 4 Ом по нормам ПУЭ

В курсовом проекте применяем контурное заземление. При контурном заземлении по примеру защиты территории располагаются прутковые электроды вкрученные в землю , которые соединяются между собой. В цехе вдоль стен прокладывают защитную магистраль с заземляющими стержнями в двух и более местах сваркой. К заземляющей магистрали подсоединяют корпуса двигателей станков при помощи стального провода, который прикрепляют к корпусу болтовым соединением и точечной сваркой фиксируют.

Спецификация электрооборудования и материалов

Таблица 2.12 - Спецификация электрооборудования и материалов

Наименование	Тип	Кол-во	Измерение	Примечание
1	2	3	4	5
Двигатель	RA160MA2	2	шт	Для привода св.станка
Двигатель	4A90L2У3	4	шт	Для привода вентилятора
Светильники	Универсальные без затемнителя	24	шт	Для освещения цехового помещения
Кабель	АС-120	4	км	Для питания цеха
Кабель	АВВГ 4x4	0,1	км	Для питания двигателя св.станка
Кабель	ВВГ 4х4	0,1	км	Для питания двигателя вентилятора
Щит освещения	ЩО 1А-25-6/2УХЛ4	1	шт	для распределения электрической энергии
Автомат	ВА51-25	1	шт	Вводной автомат освещения
Автомат	ВА51-25	6	шт	На групповых линиях освещения
Кабель	АВВГ 5 4	0,01	км	Для питания щитка освещения

Продолжение таблицы 2.12

1	2	3	4	5
Провод	ПВВ 3х1,5	0,052	м	Для питания светильников
Компенсирующие устройство	УК-0,38-110	3	шт	Для компенсации
Шины	40х4	3	шт	Для питания
Изоляторы	ИО-6-3,75УЗ	4	шт	Для изоляции и соединения токоведущих частей
Разъединитель	РВЗ 6/400УЗ	5	шт	Для включения и отключения под напряжением обесточенных участков цепи
Вакуумный выключатель	ВВТЕL 10-20/630	5	шт	Для включения и отключения эл.двигателей
Автоматический выключатель	ВА51-25	4	шт	Для защиты эл.двигателя
Магнитный пускатель	ПМУ-3210	4	шт	Для пуска и защиты эл.двигателя
Трансформатор напряжения	НОЛ-08-10	5	шт	Для включения измерительных приборов и реле
Трансформатор тока	ТОЛК-6	10	шт	Для включения измерительных приборов и реле