Кабышев А.В Электроснабжение объектов Ч2

Коэффициент использования кранов Ku = 0,15, коэффициент мощности электродвигателей cosϕ = 0,7. Напряжение сети 380 В. Троллеи выполнить из стального уголка 50×50×5 мм, расстояние между фазами 250 мм. Рассмотреть подвод питания от распредустройства цеховой ТП:

•к середине троллеев;

•по кратчайшему расстоянию.

Допустимая потеря напряжения в троллеях 1 %. При необходимости подпитку выполнить кабелем, проложенным вдоль троллеев в виде шлейфа.

12.Рассчитать осветительную сеть участка кузнечно-прессового цеха (рис. 1.23), получающую питание от распределительного устройства ТП напряжением 380/220 В. Сведения об участке и вспомогательных помещениях даны в задании 10. Осветительную нагрузку рассчитать для каждого помещения в зависимости от характера зрительных работ. Щит рабочего освещения и групповые щитки установить в местах, удобных для обслуживания. Для всей осветительной сети использовать провод ПВ, проложенный в трубах. Среда в помещениях нормальная. Питающие линии выполнить четырехпроводными, распределительные линии вспомогательных помещений – двухпроводными, остальных помещений – четырехпроводными. Линии освещения питают светильники с лампами накаливания мощностью 200 Вт.

13.Разработанную в задании 12 питающую и распределительную осветительные сети представить в виде принципиальной однолинейной схемы. Маркировку защитных аппаратов не наносить.

14.Методом упорядоченных диаграмм рассчитать электрическую нагрузку механического цеха (табл. 1.12), разработать схему электроснабжения, выбрать цеховую трансформаторную подстанцию 10/0,4 кВ. Оборудование в цехе распределено равномерно (рис. 1.24). Силовую сеть напряжением 0,38 кВ выполнить шинопроводами. Для освещения всех помещений использовать люминесцентные лампы.

Краткая характеристика производства и потребителей электроэнергии. Механический цех является вспомогательным и выполняет заказы основных цехов предприятия. Он предназначен для выполнения различных операций по обслуживанию и ремонту электротермического и станочного оборудования. Для этой цели в цехе предусмотрены: станочное отделение, сварочный участок, компрессорная, производственные, служебные и бытовые помещения. Основное оборудование установлено в станочном отделении.

70

Таблица 1.12

Перечень оборудования механического цеха (к заданию 14)

Электроснабжение механического цеха осуществляется от собственной цеховой трансформаторной подстанции. Находится она на расстоянии 1,5 км от ГПП предприятия. От энергосистемы до главной понизительной подстанции 12 км.

Цех работает в две смены. Потребители электроэнергии относятся по надежности и безопасности электроснабжения к второй и третьей категории.

Каркас здания смонтирован из блоков-секций. Размеры цеха А×В×Н = 96×60×7 м. Все помещения, кроме станочного отделения двухэтажные высотой 3,2 м.

Перечень оборудования цеха дан в таблице 1.12. Мощность рЭП указана для одного электроприемника. Расположение основного оборудования показано на плане (рис. 1.24).

71

15. Для выбранной в задании 14 трансформаторной подстанции рассчитать заземляющее устройство. Выбрать место для его установки. Разработать сеть защитного заземления, подключить оборудование. При выполнении задания использовать, например, [5−7].

16. Рассчитать заземляющее устройство для выбранной в задании 10 подстанции с одним трансформатором напряжением 10/0,4−0,23 кВ. Сеть 10 кВ работает с изолированной нейтралью, ток замыкания на землю 25 А, на стороне 0,4/0,23 кВ нейтраль трансформатора глухо заземлена. Для оборудования цеха применяется зануление. Цеховая подстанция получает питание по двум кабелям АСБ, проложенным в земле, общей длиной 120 м. Грунт – суглинок, климатический район – второй. В качестве естественного заземлителя использовать броню кабелей 10 кВ. Сопротивление растеканию тока с брони кабеля равно 2 Ом. Разработать сеть зануления цеха, подключить оборудование.

73

2. РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ В СЕТЯХ И ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ ДО 1000 В

2.1. Цель и особенности расчетов

Расчет выполняется с целью выбора коммутационной аппаратуры, шинопроводов, кабелей и другого электрооборудования, а также для проверки чувствительности защит.

Особенности расчета токов КЗ в сетях до 1000 В:

•учитываются активные и индуктивные сопротивления всех элементов цепи до точки короткого замыкания;

•при питании от энергосистемы не учитывается затухание периодической составляющей тока КЗ ввиду большой удаленности генераторов;

•при питании от маломощных местных электростанций или от автономных генераторов напряжением выше 1000 В затухание периодической составляющей тока КЗ не учитывается, если мощность генератора превышает мощность понижающего трансформатора в пять и более раз;

•при питании от автономных или аварийных генераторов напряжением 0,4 кВ затухание учитывается независимо от мощности генератора.

Взависимости от цели расчета учитывают разные расчетные режимы работы электрической схемы. При выборе аппаратуры расчетным считается максимальный режим, так как токи КЗ имеют наибольшие значения. Этот же режим принимается и при расчетах токов пуска и самозапуска электродвигателей с целью обеспечения несрабатывания защит в сети. При проверке чувствительности защит расчетным является минимальный режим, при котором токи КЗ имеют наименьшие значения. Этот же режим используют для проверки возможности пуска и самозапуска электродвигателей.

При расчетах металлических коротких замыканий (сопротивление контакта в месте повреждения не учитывается) определяют следующие значения токов:

IКЗ(3)max – максимальный ток трехфазного металлического КЗ при

максимальном режиме работы питающей энергосистемы, используется для выбора аппаратуры и защит, проверки селективности их действия;

IКЗ(2)min – минимальный ток двухфазного металлического КЗ при

минимальном режиме работы энергосистемы, используется для проверки чувствительности защит;

74

IКЗ(1) min – минимальный ток однофазного металлического КЗ,

определяется для проверки чувствительности и селективности действия защит.

Большинство КЗ в сетях до 1000 В происходит через электрическую дугу, сопротивление которой существенно ограничивает ток КЗ. В 85 % случаев КЗ возникают вследствие металлического контакта, однако электродинамические силы, пропорциональные квадрату тока, разбрасывают металлические проводники, разрывают закоротки небольшого сечения и КЗ переходит в дуговое. Чтобы учесть токоограничивающее действие электрической дуги, определяют следующие значения токов и напряжений:

IКЗ(3)ср – средний, наиболее вероятный ток трехфазного КЗ,

вычисленный с учетом токоограничивающего действия дуги в месте повреждения, используется для выбора аппаратуры в сети, в том числе отходящих от КТП линий, в случае, если невозможно выбрать аппаратуру, стойкую при металлическом КЗ (кроме вводных и секционного выключателей КТП, которые всегда следует выбирать по металлическим КЗ), а также для проверки селективности защит при этом токе, если при металлическом КЗ она не обеспечивается;

IКЗ(2)R – минимальный ток двухфазного КЗ, вычисленный с учетом

токоограничивающего действия дуги в месте повреждения, используется для проверки чувствительности защит;

IКЗ(1) R – минимальный ток однофазного КЗ, вычисленный с учетом

токоограничивающего действия дуги в месте повреждения, используется для проверки чувствительности защит;

UКЗост – остаточное напряжение при КЗ через дугу, используется

для проверки чувствительности максимальных токовых защит с пуском по напряжению, устанавливаемых на понижающих трансформаторах и генераторах напряжением 0,4 кВ.

Определяются также значения ударного тока короткого замыкания iуд и его тепловой импульс. Их используют для выбора аппаратуры (автоматических выключателей, рубильников), шинопроводов и другого электрооборудования.

2.2. Сопротивления элементов схемы замещения

Для расчетов токов короткого замыкания составляют схему замещения, в которую входят все сопротивления цепи до точки КЗ. Расчет сопротивлений отдельных элементов выполняется по

75

приведенным ниже соотношениям.

Питающая энергосистема. Активное и индуктивное сопротивления питающей энергосистемы до зажимов высокого напряжения ВН понижающего трансформатора находят по току КЗ на стороне ВН и приводят к стороне низшего напряжения:

где хс.ВН и rс.ВН –индуктивное и активное сопротивления энергосистемы, соответственно, приведенные к стороне ВН;

хс.ВН и rс.ВН – то же, приведенные к стороне НН понижающего трансформатора;

Uном. тр. НН и – Uном. тр. ВН – номинальные напряжения обмоток НН и ВН понижающего трансформатора.

Допускается при расчетах токов КЗ не учитывать активное сопротивление энергосистемы, а индуктивное – принимать равным полному сопротивлению энергосистемы, определяя его значение по

известному току IКЗ(3)ВН или мощности SКЗ(3)ВН трехфазного КЗ на зажимах ВН понижающего трансформатора 6(10)/0,4 кВ:

где Uс.ВН – напряжение энергосистемы со стороны ВН трансформатора, при котором определялись ток и мощность КЗ системы.

Пример 2.1.

По результатам расчета тока трехфазного КЗ на стороне 6 кВ понижающего трансформатора мощность короткого замыкания системы составила 150 МВА. Привести сопротивление питающей энергосистемы к напряжению 0,4 кВ.

Решение.

Подставив уравнение (2.2) в (2.1) и приняв Uс.ВН = Uном.тр.ВН получаем:

= 1,066 10−3 Ом = 1,066 мОм.

Трансформаторы. Полное сопротивление двухобмоточных трансформаторов определяется по выражению:

76

где иКЗ – напряжение короткого замыкания, %; Uном – номинальное напряжение трансформатора; Sном.тр – номинальная мощность трансформатора.

Активное сопротивление определяется по потерям КЗ в трансформаторе:

где РКЗ – потери короткого замыкания.

В соотношениях (2.3) и (2.4) в качестве Uном может быть использовано номинальное напряжение любой обмотки трансформатора. Сопротивление трансформатора будет приведено к тому напряжению, которое подставляется в (2.3) и (2.4).

Индуктивное сопротивление трансформатора определяется по выражению:

Параметры трансформаторов, широко применяемых в сетях 6(10)/0,4 кВ, приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1

Активные и индуктивные сопротивления, мОм, трансформаторов 6(10)/0,4 кВ

Пример 2.2.

Определить сопротивления трехфазного трансформатора ТМ-25/6.

Решение.

По справочной литературе, например [4], определяем технические данные трансформатора: Sном = 25 кВА; Uном.ВН = 6,3 кВ; Uном.НН = 0,4 кВ; uКЗ = 5,5 %;

РКЗ = 600 Вт.

Полное сопротивление трансформатора составит

Индуктивное сопротивление определяется по соотношению (2.5):

хтр.ВН = zтр2 .ВН − rтр2 .ВН = 87,32 − 38,12 = 78,55 Ом,

хтр.НН = zтр2 .НН − rтр2 .НН = 0,3522 − 0,1542 = 0,316 Ом.

Для регулирования напряжения трансформаторы имеют ответвления от обмоток. При регулировании коэффициента трансформации под нагрузкой (РПН) и при переключении без возбуждения (ПБВ) для любого положения переключателя ответвлений

где zтр.ном – сопротивление трансформатора, определенное по соотношению (2.3) для номинального напряжения;

N – количество ответвлений;

β – изменение напряжения при переводе переключателя в одно следующее положение, отн. ед.

Выражение (2.6) выводится из (2.3), если принять, что величина иКЗ, выраженная в процентах номинального напряжения, сохраняется неизменной.

78

Пример 2.3.

Большинство трансформаторов в распределительных сетях имеет пределы регулирования ПБВ±2×2,5 %. Определить в каких пределах будет изменяться полное сопротивление этих трансформаторов.

Решение.

Сопротивление таких трансформаторов, определенное по выражению (2.6),

Воздушные и кабельные линии. Активное и индуктивное сопротивления кабельных и воздушных линий электропередачи определяется по соотношениям:

где х0 и r0 –индуктивное и активное погонное сопротивление проводников, соответственно;

l – длина проводников.

Погонное индуктивное сопротивление воздушных линий электропередачи с проводами из цветных металлов зависит от среднего геометрического расстояния между проводами. Его значение приводится в справочной литературе (например [4]). Линии со стальными проводами применяют редко. Их погонные сопротивления зависят от конструкции провода и протекающего тока.

Пример 2.4.

Отдельно стоящая подстанция промышленного предприятия с трансформатором ТМ-630/6 запитана от ГПП кабелем СБ–(3×50) длиной 250 м, а от распредустройства низкого напряжения отходят две линии электропередачи. Первая, длиной 67 м, выполнена кабелем АНРГ–(4×95); вторая, длиной 500 м, – проводом АС-50, среднее геометрическое расстояние между проводами 800 мм. Определить сопротивления кабельных и воздушной линий электропередачи.

Решение.

Питающая линия напряжением 6 кВ выполнена кабелем с медными жилами сечением 50 мм2. Значения погонных сопротивлений r0 = 0,37 мОм/м, х0 = 0,0625 мОм/м (табл. 6.13 [4]), а сопротивления всей линии:

Х6кВ = х0 l = 0,0625 250 = 15,63 мОм, R6кВ = r0 l = 0,37 250 = 92,50 мОм.

Для воздушной линии электропередачи со сталеалюминиевыми проводами r0 = 0,65 мОм/м (табл. 6.3 [4]), а х0 = 0,338 мОм/м (табл. 6.2 [4]). Вся линия длиной

500 м имеет сопротивления:

79