Методические указания к решению задания № 2

Определение расчетной нагрузки силового пункта

Силовая электрическая нагрузка рассчитывается в табличной форме методом упорядоченных диаграмм.

Предварительно все электроприемники делятся на характерные группы. Для электроприемников, работающих в повторно-кратковременном режиме, прежде необходимо привести мощность, заданную в исходных данных, к номинальной мощности длительного режима. Значения коэффициентов использования К_и и мощности cos для отдельных групп электроприемников выбираются по справочникам.

Средняя нагрузка каждой j–ой группы электроприемников определяется по формуле:

,

где Р_нi – номинальная мощность одного электроприемника; К_иj – коэффициент использования j–ой группы; Р_нj – номинальная мощность j–ой группы.

Далее определяется средневзвешенный коэффициент использования К_и :

,

где Р_см , Р_н – соответственно средняя и номинальная мощности узла электроснабжения.

Чтобы вычислить расчетную активную нагрузку по формуле

,

необходимо определить эффективное число n_э электроприемников в узле

Если отношение номинальных мощностей наиболее мощного (Р_нмах) и наименее мощного (Р_нмin) электроприемников, входящих в узел или группу,

,

то допускается считать n_э = n, если n > 4 (где n – действительное число электроприемников).

При m > 3 и K_и > 0,2 можно пользоваться формулой:

.

В случае, если найденное по этой формуле число n_э окажется больше чем n, следует принять

n_э = n .

Значение коэффициента максимума К_м в зависимости от значений n_э и К_и определяется по справочникам.

Расчетная максимальная реактивная нагрузка определяется следующим образом:

при n_э < 10 Q_р=1,1 Q_см

при n_э > 10 Q_р= Q_см

Полная расчетная мощность узла равняется:

,

этой мощности соответствует ток

,

где U_н – номинальное напряжение сети.

Выбор силового пункта

Для выбора силового пункта необходимо рассчитать номинальные токи предохранителей или автоматов и их токи срабатывания (номинальные токи плавких вставок предохранителей и уставки тепловых и (или) электромагнитных расцепителей автоматов).

Выбор предохранителей в электрической сети до 1 кВ определяется следующими требованиями:

1. Номинальный ток плавкой вставки должен удовлетворять условию:

I_нв > I_р ,

где I_р – расчетный ток в начале защищаемой линии.

2. Номинальный ток плавкой вставки должен также удовлетворять условию обеспечения пуска электродвигателей

I_нв > I_пик / К_пл ,

где I_пик – пиковый ток.

Для одного электродвигателя, подключенного к линии, I_пик = I_пуск , для группы двигателей, подключенных к линии

I_пик = I_р + ( К_пуск - 1 ) I_нmax ,

где I_пуск – пусковой ток электродвигателя ; I_р – расчетный ток в линии, питающей группу электродвигателей; I_нmax – номинальный ток самого мощного двигателя в группе; К_пуск –кратность пускового тока двигателя по отношению к номинальному.

Коэффициент К_пл принимается равным К_пл = 2,5 (легкий пуск или питание нескольких электродвигателей), К_пл = 1,6 (тяжелый пуск), К_пл = 2 (средний пуск).

3. Для обеспечения защиты проводников линии ток плавкой вставки должен быть согласован с допустимым током проводника

К_сн I_доп > К_з I_нв .

4. Для обеспечения безопасности людей необходимо, чтобы выполнялось условие:

3 I_нв < I_к⁽¹⁾ ,

где I_к⁽¹⁾ – ток однофазного КЗ (петли “фаза–нуль”) в конце защищаемого участка сети.

Последнее представляет собой проверку на срабатывание схемы защитного зануления.

Установка токов срабатывания максимальных защит на автоматических выключателях выбирается по следующим условиям.

Для автоматических выключателей серии А–3100 и А–3700:

1. Защита от перегрузки осуществляется выбором уставки теплового расцепителя

I_тепл > I_р

I_тепл > 1,5 I_доп ,

где I_тепл – величина уставки теплового расцепителя автомата.

2. Защита от короткого замыкания осуществляется выбором уставки электромагнитного расцепителя (при 15 % –ной погрешности в токе срабатывания)

I_мгнов > 1,25 I_пик ,

где I_мгнов – величина тока уставки электромагнитного (мгновенного) расцепителя.

3. Для обеспечения защиты проводов линии уставка расцепителя должна удовлетворять условию:

I_мгнов < 4,5 I_доп .

4. По условию обеспечения безопасности людей в случае применения автоматических выключателей переменного тока до 100 А

1,4 I_мгнов < I_к⁽¹⁾ ;

– при установке автоматов с номинальным током более 100 А

1,25 I_мгнов < I_к⁽¹⁾ ;

– для автоматов с обратной зависимой от тока характеристикой времени срабатывания

3 I_мгнов < I_к⁽¹⁾ .

В случае применения автоматических выключателей серии АВМ защита от перегрузки и коротких замыканий обеспечивается выбором уставок расцепителей по следующим условиям:

– для расцепителя типа 1

I_мгнов > 1,25 I_пик ;

– для расцепителей типа 2 и 3

I_расц²⁽³⁾ « I_кз

t_ср > 1,5 t_пуск ,

здесь I_кз  – максимальный ток короткого замыкания на защищаемом участке.

После выбора уставки расцепителя определяется его время срабатывания t_ср при кратности тока I_пуск/I_расц по кривым [11, стр. 657].

Для выключателей серии “Электрон” с полупроводниковыми реле максимальной токовой защиты, характеристики t_ср = f(I/I_уст) которых настраиваются непосредственно в эксплуатации, условия выбора

I_н > I_р .

Кроме соблюдения указанных выше условий для аппаратов защиты должны соблюдаться условия проверки их на отключающую способность при коротком замыкании

I_{откл.пред} > I_кз .

Из справочной литературы выбираем силовой пункт по токам аппаратов защиты и числу отходящих линий.

Выбора кабеля, питающего силовой пункт, производим:

– по нагреву длительным расчетным током

I_p < K_cн I_доп

– по условию соответствия выбранному защитному аппарату

К_сп I_доп > К_з I_з ,

где I_р – расчетный ток линии; I_доп – длительно допустимый ток проводника; I_з –номинальный ток срабатывания защитного аппарата; К_сн – поправочный коэффициент на условие прокладки проводов и кабелей; К_з – коэффициент защиты, представляющий собой отношение длительного тока для провода или жил кабеля к току срабатывания защитного аппарата.

Выбранные по этим условиям сечение кабеля проверяются по потере напряжения. При этом удобно пользоваться специальными таблицами моментов нагрузки, позволяющим по известному сечению проводника и моменту нагрузки определить потерю напряжения на участке линии.

Выбор трансформаторной подстанции

Номинальная мощность и число трансформаторов в цехе определяются по средней нагрузке за наиболее загруженную смену.

Первоначально выбираются единичные номинальные мощности цеховых трансформаторов и коэффициент загрузки.

Тип цеховых ТП (одно– или двухтрансформаторные) выбирается в зависимости от категории надежности питаемых нагрузок.

Двухтрансформаторные цеховые подстанции используются при сосредоточенных нагрузках или преобладании нагрузок 1-ой категории надежности. Для питания электрических нагрузок 2-ой категории следует, как правило, применять однотрансформаторные подстанции при условии резервирования питания по перемычкам на низком напряжении, или при наличии складского резерва трансформаторов. При нагрузках 3-ей категории надежности, допускающих длительные перерывы питания, применяются однотрансформаторные подстанции.

Коэффициент загрузки трансформаторов принимается также в зависимости от категории надежности питаемых нагрузок и типа цеховых ТП. Рекомендуются следующие коэффициенты загрузки:

– для цехов с преобладающей нагрузкой 1-ой категории надежности при двухтрансформаторных подстанциях 0,65–0,70;

– для цехов с преобладающей нагрузкой 2-ой категории надежности при однотрансформаторных подстанциях с взаимным резервированием трансформаторов или двухтрансформаторных подстанциях 0,70–0,80;

– для цехов с преобладающей нагрузкой 2-ой категории надежности при возможности использования складского резерва трансформаторов и для цехов с нагрузками 3-ей категории 0,90–0,95.

После выбора единичной номинальной мощности трансформаторов и коэффициента их загрузки определяется оптимальное число трансформаторов в каждом цехе, количество и тип подстанций, а также мощность конденсаторных батарей низкого напряжения (НБК). Рассчитанная мощность НБК цеха далее распределяется между трансформаторами данного цеха пропорционально их реактивной нагрузке до компенсации и после этого выбираются стандартные конденсаторные батареи.

После выбора числа и номинальной мощности конденсаторных батарей необходимо определить потери реактивной мощности Q_м в трансформаторах цеха и нескомпенсированную реактивную нагрузку цеха Q_ncм на стороне 10 кВ.

Выбор сечения кабеля питающего трансформаторную подстанцию.

Сечение выбираются по экономической плотности тока в нормальном режиме и проверяются по условиям нагрева расчетным током. Кроме этого необходимо сделать проверку выбранных сечений на термическую стойкость токами КЗ. При этом в расчетах следует принимать ток КЗ в начале проверяемого участка. Значения экономической плотности тока принимаются по справочной литературе в зависимости от количества часов использования максимальной нагрузки, заданного в исходных данных.

При проверке сечения линии по нагреву в качестве расчетного тока следует принимать наибольший из возможных токов на этом участке. Значение допустимого тока следует принимать для конкретных условий прокладки (“в земле” – когда кабель проложен в траншее, “в воздухе” – при других способах прокладки) с учетом поправочных коэффициентов, учитывающих одновременность прокладки нескольких кабелей в одной траншеи.

Выключатель В, установленный в начале кабельной линии КЛ1, напряжением 10 кВ выбирается по всем условиям выбора, как для линейного выключателя.