Содержание
1. Инновационные технологии в системеэлектроснабжения
2. Выбор напряжения и рода тока
3. Выбор схемы распределенияэлектроэнергии
4. Расчет электрических нагрузокметодом упорядоченных диаграмм
5. Компенсация реактивной мощности
6. Выбор числа и мощности трансформаторовцеховой подстанции. Выбор типа подстанции
7. Расчет потерь мощности втрансформаторе
8. Расчёт и выбор сетей напряжениемвыше 1 кВ
9. Расчёт и выбор питающих сетейнапряжением до 1 кВ
10. Расчет токов короткого замыкания
11. Выбор электрооборудования ипроверка его на действие токов короткого замыкания
12. Релейная защита отдельныхэлементов электрической цепи
13. Расчет заземляющих устройств
Список литературы
1. Инновационныетехнологии в системе электроснабжения
Новые трансформаторытока.
В качестве изоляции завод использует эпоксидные иполиуретановые компаунды.
Преимущества этого вида изоляции: обладаетвысокими электроизоляционными и физико-механическими свойствами, обеспечивает высокуюэлектрическую прочность изделия, являясь одновременно его несущей конструкцией,полностью герметизирует трансформатор, что повышает надежность изделия и сводитдо минимума объем профилактических работ при его эксплуатации. По сравнению саналогичными изделиями с использованием других видов изоляции (например, масляной)изделия имеют меньший вес и габариты и могут быть установлены в любомпространственном положении. Литая изоляция позволяет придать трансформаторулюбую форму, удобную для встраивания в электроустановку.
Трансформатор тока ТПОЛ-10М.
Трансформаторы предназначены для передачи сигналаизмерительной информации измерительным приборам, устройствам защиты иуправления, а также для изолирования цепей вторичных соединений от высокогонапряжения в электрических установках переменного тока частоты 50 или 60 Гц накласс напряжений до 10 кВ включительно.
Трансформаторы для дифференциальной защитыпоставляются по специальному заказу. Трансформаторы предназначены длявстраивания в распределительные устройства и токопроводы. Трансформаторыизготовлены в климатическом исполнении «УХЛ» категории размещения 2 по ГОСТ15150 для работы в следующих условиях: окружающая среда невзрывоопасная, несодержащая пыли, химически активных газов и паров в концентрациях, разрушающихпокрытия металлов и изоляцию; рабочее положение — любое. Трансформаторыкомплектуются защитными прозрачными крышечками для раздельного пломбированиявторичных выводов.
Сухие трансформаторы
Термостойкие изоляционные материалы втрансформаторах класса F, класса Н (180°С) и выше — до класса R (220°С) обеспечиваютсущественные преимущества.
Сегодня изготовители располагают материалами,обладающими стойкостью к высоким температурам, в частности, арамидами, эмалями,смолами и лаками, что позволяет им производить системы изоляции, обеспечивающиевысокую надежность при высоких температурах эксплуатации. Если предположить:что трансформатор обладает системой изоляции, основанной на таких материалах,как арамидные бумаги, обладающие тепловым показателем 220«С, то этопозволяет эксплуатировать такую систему при температуре горячих точек до 220°С.Такой трансформатор сможет работать в непрерывном режиме при среднем превышениитемпературы до 150° К при температуре окружающей среды 40°С и при допуске вгорячих точках в пределах 30°С.
В условиях высоких температур окружающей среды вомногих местных стандартах содержится требование к эксплуатации при температурена уровне 50°С. Поэтому такие системы могут выдержать превышение температуры на140°С при допуске на горячие точки в пределах ЗСГС. Благодаря высокойтермостойкости этой системы изоляции и уменьшению пространства, необходимогодля охлаждения, по сравнению с трансформатором равной мощности, но рассчитаннымна более низкие температуры, это оборудование будет более компактным и гораздоболее легким. Более того, при каждом увеличении температурного класса размерытрансформатора можно будет уменьшать на 10-15%. Например, трансформатормощностью 500 кВА класса R (220°С) будет до 15% меньше трансформатора класса Н (180°С)и почти на 30% меньше сопоставимого трансформатора класса F (155°С).
Однако, даже несмотря на то что во многих случаяхуменьшение размеров и веса представляет большой интерес, чаще всего системаизоляции класса R (220°C) применяется в трансформаторах, рассчитанных на работу похарактеристикам классов F или Н. Этот выбор позволяет получить пользователям оченькомпактную установку, обеспечивающую высокую гибкость при эксплуатации, в томчисле работу под большими нагрузками при пониженных потерях энергии, и такиеустановки вызывают во всем мире огромный интерес. Особенно привлекательны длярайонов, где наблюдается быстрый рост нагрузок и преобладают экстремальныеклиматические условия.
Аппараты с управляемой коммутацией(самоуправляемые аппараты)
Число выключателей с управляемой коммутацией зарубежом непрерывно растет. Управляемая коммутация решает проблемупредотвращения опасных бросков тока и перенапряжений, увеличения ресурсаоборудования и его надежности. Применение выключателей с управляемойкоммутацией является шагом в направлении совмещения функций управления и защитыоборудования.
Совмещение систем управляемой коммутации ссистемами диагностики и мониторинга приведет к созданию так называемых умныхаппаратов или аппаратов, обладающих «интеллектом». Такие аппараты получатширокое распространение к 2020 году, а к 2030 году все вновь устанавливаемыеаппараты будут оснащены такими системами. Применение для управляемой коммутациибыстродействующих управляемых коммутаторов (разрядников) расширит возможности«умных» аппаратов.
Источники бесперебойного питания
Источники питания, предназначенные для питанияответственных потребителей электроэнергии, а также потребителей, чувствительныхк качеству электроэнергии, составляют особую группу среди значительногоколичества различных источников, которые классифицируют по таким, например,признакам, как величина напряжения, принцип действия, назначение и др. Сюдаотносятся агрегаты бесперебойного питания (АБП), источники бесперебойногопитания (ИБП), системы бесперебойного питания (СБП), системы гарантированногоэлектроснабжения (СГЭ) и т.д., отличающиеся друг от друга выходным напряжением,выходной мощностью, принципом работы и другими параметрами.
Эти источники не только питают, но и защищаютпитаемое ответственное оборудование от помех, от внезапного пропадания,повышения, понижения или искажения сетевого напряжения. Ответственнымипотребителями являются компьютеры, электронные устройства управления,микропроцессорная техника и др.
Новый предохранитель ППНИ
Преимущество новой серии предохранителей посравнению с ПН-2 становится очевидно, если сравнить их по такому показателя,как потеря мощности при напряжении 380/400В. Очевидна экономичность предохранителейППНИ по сравнению с ПН-2: потери мощности у новых предохранителей ниже, чем уПН-2 на 30-50% .
Эффективность новой разработки становится ещеболее очевидной, если рассматривать не отдельный предохранитель, а собранныйраспределительный шкаф. Зная, что средняя стоимость электроэнергии в России длянаселения и предприятий равна 1,5 руб./кВт-час, можно подсчитать экономию нетолько в киловаттах, но и в рублях. Отметим, что наиболее значительный эффектэкономии достигается в щитах собранных на большом количестве предохранителей.Примером таких щитов является всем известные шкафы распределения силовые ШРС ивводные распределительные устройства ВРУ, в которых отходящие линии собраны напредохранителях.
Если ВРУ с отходящими линиями на 250 А собран нановых типах предохранителях, например ППНИ, то экономия электроэнергии составит2488 кВт-час или 3732 рублей в год. Такая бережливость для экономики России,которая до сих пор характеризуется высокой энергоемкостью, весьма желательна.
Серия предохранителей ППНИ уже поступила впродажу. Однако надеяться, что новая разработка, как и многие другие, будетбыстро и активно внедряться, вряд ли стоит. Анализ показывает, что основныепринципы энергосберегающей политики государства, определенные статьей 4Федерального закона «Об энергосбережении», не реализуются в полной мере из-заотсутствия в законе четко определенных практических механизмов проведенияэнергосберегающей политики и неопределенности полномочий государственных ирегиональных органов власти в части обеспечения должного контроля заосуществлением проектов и программ, направленных на повышениеэнергоэффективности.
Широкое использование новых энергосберегающихприборов и технологий — один из шагов, которые надо делать незамедлительно. Нопоскольку обязательной нормы об использовании энергосберегающих приборов итехнологий нет, остается надеяться на общую информированность, профессиональнуюадекватность и лояльность инженеров, проектировщиков и снабженцев кпровозглашенной энергетической стратегии России.
Пускатели-контроллеры серии TESYS U на токи до 800А
Для управления мощными нагрузками разработанпускатель-контроллер TeSys U. Имея аналогичные размеры и такой же модульныйпринцип конструктивного исполнения, что и пускатель на токи до 32 А, он в то жевремя обладает целым рядом принципиальных отличий.
Основное заключается в том, что впускателе-контроллере отсутствует функция коммутации, а управлениеэлектродвигателем осуществляется включением и выключением внешнего контактора(реверсивного или нереверсивного). Данные о режимах работы пускатель-контроллерполучает с помощью трансформаторов тока. Для обеспечения обмена данными как осостоянии самого пускателя (готовность к работе, аварийные события, функциивозврата и др.), так и управляемого контактора имеется также 10 входов и 5выходов. Блоки управления предлагаются в двух исполнениях: усовершенствованноми многофункциональном. Они обеспечивают управление нагрузками до 315 кВт.
Возможности пускателей-контроллеров могут бытьрасширены путем добавления модуля связи Modbus, модуля аналоговойиндикации нагрузки электродвигателя 4-20 мА или модуля предварительнойсигнализации тепловой перегрузки. Фактически пускатель-контроллер являетсямногофункциональным реле, предназначенным для защиты и управленияэлектродвигателем.
2. Выбор напряжения ирода тока
При выборе номинальногонапряжения внешнего участка сети принимаются во внимание существующие напряжениявозможных источников питания энергосистемы, расстояние от источников допредприятия и нагрузка предприятия в целом.
В питающих ираспределительных сетях небольших и средних предприятий и городов применяютсяноминальные напряжения 6 и 10 кВ. Как правило, следует применять напряжение 10кВ как более экономичное, чем напряжение 6 кВ. Напряжение 6 кВ применяется припреобладании на объекте электроприемников с напряжение 6 кВ. В ряде случаевэлектроснабжение электроприемников с напряжением 6 кВ осуществляется попитающим линиям напряжением 10 кВ с последующей трансформацией на напряжение 6кВ непосредственно для данных электроприемников. В данном курсовом проектеприменяется напряжение с высокой стороны U=10 кВ, с низкой стороны U=380 В.
Существуют два вида родатока: постоянный и переменный. Постоянный род тока применяется, если напредприятии есть электроприемники постоянного тока. Т. к. в данном курсовомпроекте нет электроприёмников постоянного тока, то применяется трехфазныйпеременный род тока промышленной частоты ƒ = 50 Гц.
3. Выбор схемыраспределения электроэнергии
Под питающейсетью понимают кабельные линии и магистрали, отходящие от распределительныхустройств подстанций для питания цеховых распределительных магистралей, пунктови щитков, а также кабельные линии, отходящие от цеховых распределительныхмагистралей, пунктов и щитков к другим цеховым распределительным магистралям,пунктам и щиткам.
Под распределительной сетью понимают линии, отходящие отраспределительных устройств подстанций, от питающих магистралей,распределительных магистралей, пунктов и щитов непосредственно кэлектроприемникам.
Питающие и распределительные сети имеют три вида схем:магистральные; радиальные; смешанные (магистральные и радиальные).
Магистральные схемы имеют несколько меньшую надежность в подачепитания, чем радиальные схемы, т. к. при повреждении магистрали одновременноотключаются все подключенные к ней распределительные магистрали, пункты, щиты иотдельные мощные электроприемники, что нежелательно.
При радиальных схемах питающей сети подстанции выполняются сбольшими низковольтными распределительными устройствами, предназначенными дляраспределения всей мощности подстанции. К положительным качествам радиальныхсхем можно отнести большую надежность питания, т. к. авария на одной линии неотражается на работе электроприемников, питающихся от других радиальных линий.
Для распределения электроэнергии по цеху применить магистральные ирадиальные схемы в чистом виде не всегда представляется возможным и в такихслучаях находят применение смешанные схемы, сочетающие в себе, какмагистральное, так и радиальное питание.
В данном проекте принят смешанный вид схемы распределенияэлектроэнергии, что обусловлено расположением технологического оборудования вцехе, а также категорией по надежности электроснабжения (для наиболее важныхпотребителей принята радиальная схема распределения).
4. Расчёт электрических нагрузок методом упорядоченных диаграмм
Определение ожидаемыхэлектрических нагрузок на всех ступенях электрических сетей является основнойчастью проекта электроснабжения объекта. Нагрузки определяют необходимыетехнические характеристики электрических сетей – сечение жил и маркипроводников, мощности и типы трансформаторов, электрических аппаратов и другогоэлектротехнического оборудования.
Завышение нагрузки можетпривести к перерасходу проводникового материала, удорожанию строительства;занижение нагрузки – к снижению пропускной способности электрической сети иневозможности обеспечения нормальной работы силовых электроприёмников. Правильноеопределение электрических нагрузок обеспечивает правильный выбор средствкомпенсации реактивной мощности, устройств регулирования напряжения, а такжерелейной защиты и автоматики электрических сетей.
В данном курсовом проектерасчёты производим методом упорядоченных диаграмм, т.к. этот метод более точен,погрешность около 10-15%, что на стадии проектирования вполне допустимо.Исходные данные приведены в таблице 1.
Таблица 1-Исходные данныедля расчёта электрических нагрузокНаименование электроприёмника Номер подгруппы Номер по плану
Рн,
кВт
n ,
шт
Kи cosφ tgφ ШР1 Насос I 1 22,00 1 0,80 0,85 0,62 Вентилятор 2,3 0,37 2 Нагревательный прибор II 4,5 4,50 2 0,80 0,95 0,33 ШР2 Транспортёр III 6-8 4,00 3 0,60 0,80 0,75 Печь с неавтоматической загрузкой изделий IV 9,10 7,20 2 0,50 0,95 0,33 Вентилятор V 11-13 2,20 3 0,80 0,85 0,62 ШР4 Фрезерный станок VI 14,15 10,00 2 0,16 0,6 1,33
Кран-балка
ПВ-40% VII 16
12,50
7,90 1 0,10 0,50 1,73 I секция Сварочный аппарат шовный ПВ=50% VIII 17
100,00
49,50 1 0,50 0,70 1,02 /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
Рассчитываем суммарнуюноминальную активную мощность потребляемую электроприёмниками шкафа ШР1, ∑Рншр1,кВт, по формуле
∑Рншр1 =/>,
где Рнi – активная номинальная мощностьодного электроприёмника, кВт;
ni – число электроприёмников, шт.
∑Рншр1 =(22+0,37·2)+4,5·2= 22,74+9 = 31,74 кВт.
Находим суммарнуюактивную сменную мощность электроприёмников шкафа ШР1, ∑Рсмшр1,кВт
∑Рсмшр1 =/>,
где Киi – коэффициент использования,принятый по каталогу [1, таблица 2.1].
∑Рсмшр1 =22,74·0,8+9·0,8 = 18,19+7,2 = 25,39 кВт.
Определяем групповойкоэффициент использования Kи по формуле
Ки = />,
Ки = /> = 0,8 >0.2.
Рассчитываем показательсиловой сборки m
m = />,
где Рнmax (Pнmin) – номинальная максимальная (минимальная) активная мощностьодного электроприёмника в подгруппе соответственно, кВт.
m = /> = 59,46 >3.
Т.к. Ки>0,2,m >3, n ≥ 4, Рн ≠const, то эффективное число электроприёмников nэ, шт.определяем по формуле
nэ = />,
nэ = /> =3 шт.
При nэ=3 и Ки=0,8 определяем коэффициентмаксимума Кm посправочнику [2, таблица 9.1]
Кm= 1,12.
Рассчитываем максимальнуюактивную мощность, потребляемую электроприёмниками шкафа ШР1 Рmшр1, кВт
Рmшр1 = Кm·∑Рсмшр1 ,
Рmшр1 = 1,12·25,39 = 28,4 кВт.
Определяем реактивнуюсменную мощность электроприёмников />, кВар
/>= /> ,
где tgφi – коэффициент реактивной мощности,соответствующий коэффициенту активной мощности.
/>= 18,19·0,62+7,2·0,33 = 11,28+2,38 =13,66 кВар.
Т.к. nэ ≤10, то суммарная максимальная реактивнаямощность/>, кВар, будет определятьсяпо формуле
/>= 1,1·/>,
/>= 1.1·13,66=15,03 кВар.
Определяем полнуюмаксимальную мощность потребляемую электроприёмниками шкафа ШР1 Smшр1, кВА
Smшр1= />,
Smшр1 = /> =32,13 кВА.
Рассчитываем максимальнуювеличину тока, создаваемую электроприёмниками шкафа ШР1, Imшр1, А, по формуле
Imшр1 = />,
где Uн –номинальное напряжение сети, кВ.
Imшр1 = /> =48,8 А.
Находим коэффициентыактивной (cosφшр1) и реактивной мощности ( tgφшр1) мощности данного узла питания
cosφшр1 = />,
cosφшр1 = />= 0,88,
tgφшр1 = />,
tgφшр1 = />= 0,53.
Аналогично расчётуэлектрических нагрузок шкафа ШР1 выполняем расчёт остальных узлов питания
Рассчитываем нагрузкишкафа ШР2
∑РнIII-V = 4·3+7,2·2+2,2·3 = 12+14,4+6,6 = 33 кВт,
∑РсмIII-V = 12·0,6+14,4·0,5+6,6·0,8 = 7,2+7,2+5,3 = 19,7 кВт,
Ки = />= 0,6 >0,2,
m = />= 3 =3.
Т.к. Ки>0,2, m =3, n ≥4, Pн ≠const, то
nэ = />= 9 шт >8.
Т.к nэ больше n, топринимаем nэ равное n=8шт.
При nэ=8, Ки=0,6 определяем коэффициентмаксимума Кm посправочнику [3, таблица 2.13]
Кm = 1,33,
РmIII-V= 1,33·19,7 = 26,2 кВт,
QсмIII-V= 7,2·0,75+7,2·0,33+5,3·0,62 = 11,06 кВар,
QmIII-V = 1,1·11,06 = 12,17 кВар,
SmIII-V= />= 28,9 кВар.
Определяем нагрузки шкафаШР3
Qmшр3 = 34,5·0,78 = 26,9 кВар,
Smшр3 = />=43,75 кВА,
Imшр3 = />=66,5 А.
Определяем максимальнуюактивную мощность шкафа ШР2 Рmшр2, кВт, с учётом электроприёмников шкафа ШР3
Рmшр2 = Рm3-5+Pmшр3 ,
Рmшр2 = 26,2+34,5 = 60,7 кВт.
Определяем максимальнуюреактивную мощность электроприёмников шкафа ШР2, кВар
Qmшр2 = Qm3-5+Qmшр3,
Qmшр2 = 12,17+26,9 = 39,07 кВар,
Smшр2 = />=72,2 кВА,
Imшр2 = />=109,8 А,
cosφшр2 = />=0,84,
tgφшр2 = />=0,64.
Рассчитываем нагрузкишкафа ШР4
Рассчитываем номинальнуюактивную мощность кран-балки, приведённую к длительному режиму работы Рн16,кВт
Рн16 = Рн ·/>,
где ПВ — продолжительностьвключения, в относительных единицах
Рн16 = 12,5 ·/> = 7,9 кВт,
∑Рншр4 =10·2+7,9 = 27,9 кВт,
∑Рсмшр4= 20·0,16+7,9·0,1 = 3,2+0,79 = 3,99 кВт,
Ки = />=0,14
m =/> =1,27
Т.к. Ки
Pmшр4 = Кз·∑Рн ,
где Кз – коэффициентзагрузки. Для электроприёмников с продолжительным режимом работы Кз=0,9.
Рmшр4 = 0,9·27,9 = 25,11 кВт,
∑Qсмшр4 = 3,2·1,33+0,79·1,73 = 5,62 кВар,
∑Qmшр4 = 1,1·5,62 = 6,18 кВар,
Smшр4 = />=25,86 кВА,
Imшр4 = /> =39,3 А,
cosφ = /> = 0,97,
tgφ = /> = 0,25.
Рассчитываем нагрузкисварочного аппарата шовного.
РнVIII= Sн · cosφ ·/>,
РнVIII= 100 · 0,7·/> = 49,5 кВт,
РсмVIII = 49,5·0,5 = 24,75 кВт,
PmVIII = 0,9·49,5 = 44,55 кВт,
QсмVIII = 24,75·1,02=25,25 кВар,
QmVIII = 1,1·25,25 = 27,78 кВар,
SmVIII = /> = 51,2 кВА.
Определяем нагрузкираспредилительного шкафа ШР5
Qmшр5 = 40,6·0,72 = 29,2 кВар,
Smшр5 = />=50 кВА,
Imшр5 = />=75,97 А.
Определяем нагрузки осветительногошкафа ЩО
Imщо =/>=14,89 А.
Определяем активнуюмаксимальную мощность дополнительной нагрузки Pmд.н., кВт
Pmд.н. = Smд.н.·cosφд.н.,
Рmд.н.=196,7·0,78=153,4 кВт.
Определяем реактивнуюмаксимальную мощность дополнительной нагрузки Qmд.н., кВар
Qmд.н. = />,
Qmд.н. =/>=123,1кВар.
Imд.н.= />=298,8 A
Рассчитываем нагрузки I секции.
Рm1c =Pmшр1+Pmшр2+Pmшр4+PmVIII+Pmшр5+Pmщо+Pmд.н.,
Рm1c = 28,4+60,7+25,11+44,55+40,6+9,8+153,4=362,56 кВт,
Qm1c= Qmшр1+Qmшр2+Qmшр4+QmVIII+Qmшр5+Qmд.н.,
Qm1с =15,03+39,07+6,18+27,78+29,2+123,1 =240,36 кВар,
Sm1c = />=435кВА,
Im1c = />= 660,9А.
Находим нагрузки цеха сучётом симметричной нагрузки IIсекции
Рmц = 2·362,56= 725,12 кВт,
Qmц =2·240,36= 480,72 кВар,
Smц =/>= 870кВА,
Imц =/> =1321,8 А.
Рассчитываемсредневзвешанные коэффициенты активной (cosφсрв) и реактивной (tgφсрв) мощности по цеху
cosφсрв =/>= 0,83,
tgφсрв =/>= 0,66.
Итак, по полноймаксимальной мощности Smц=870 кВА выбираем число и мощность силовых трансформаторов. По максимальномутоку Imц =1321,8 А выбираем питающие сети и защитнуюаппаратуру, по средневзвешенному коэффициенту активной мощности будем решатьвопрос о необходимости компенсации реактивной мощности.
5. Компенсация реактивноймощности
Компенсация реактивноймощности, или повышение коэффициента мощности электроустановок имеет большоенароднохозяйственное значение и является частью общей проблемы повышения КПДработы систем электроснабжения и улучшения качества отпускаемой потребителямэлектроэнергии.
Реактивная мощность,потребляемая электроприемниками производственных предприятий распределяетсямежду отдельными видами электроприемников следующим образом: 65-70% приходитсяна асинхронные двигатели, 20-25% — трансформаторы и около 10% — воздушныеэлектросети и другие электроприемники.
Увеличение потребленияреактивной мощности электроустановокой вызовет рост тока в проводниках любогозвена системы электроснабжения и снижение величины коэффициента мощностиэлектроустановки.
Повышение коэффициентамощности зависит от снижения потребления реактивной мощности.
В результате расчётаэлектрических нагрузок максимальная реактивная мощность, потребляемаяэлектроприёмниками цеха составила Qmц=480,72кВар, при средневзвешанном коэффициенте мощности сosφсрв=0,83 (tgφсрв=0,66).
Т.к. данный коэффициентмощности не отвечает требованиям энергосистемы сosφэ=0,94 (tgφэ=0,36), то выполняем компенсацию реактивноймощности путём установки конденсаторных батарей (КБ)
Т.к. электроприёмникипроектируемого объекта относятся к 1 категории по надёжности электроснабжения,то согласно [4, пункты 1.2.17, 1.2.18] принимаем двухсекционную схемураспределения электрической энергии, согласно рисунку 1.
/>
Рисунок 1 – Упрощённаяоднолинейная схема
Определяем максимальнуюреактивную мощность, подлежащую компенсации Qmкб, кВар, по формуле
Qmкб = Pmц · (tgφсрв – tgφэ),
Qmкб = 725,12 · (0,66-0,36) = 217,5 кВар.
Принимаем кпредварительной установке две КБ типа УКБН-0,38-135 Т3 по каталогу [5, таблица2.192]
Определяем максимальнуюреактивную мощность после компенсации Qmц',кВар
Qmц' = Qmц– Qкб · nкб,
где Qкб – мощность генерируемая одной КБ,кВар;
nкб – число КБ, шт.
Qmц’ = 480,72 – 135 · 2 = 210,72 кВар.
Находим максимальную полнуюмощность цеха после компенсации Smц',кВА
Smц' = />,
Smц' = />= 755,1кВА.
Находим коэффициентымощности после компенсации
сosφ' = /> = 0,96> сosφэ=0,94,
tgφ' = /> =0,29
Итак, т.к. полученныезначения не превышают требуемого коэффициента реактивной мощностиэнергосистемы, то КБ принимаем к окончательной установке, все полученные данныесводим в таблицу 2.
Таблица 2 Компенсацияреактивной мощностидо компенсации после компенсации
PPm, кВт
QQm, квар
SSm, кВА
IIm(10)
А ccos φ ttg φ
PPm′, кВт
QQm′, квар
SSm′, кВА
IIm(10)
А ccos φ′ ttg φ′ 725,12 480,72 870 550,2 00,83 00,66 725,12 210,72 755,1 443,6 00,96 00,29
Im(10) = />,
Im(10) = />= 50,2 А,
Im(10) = />= 43,6 А.
Таким образом, врезультате установки двух КБ, с мощностью по QКБ = 135 квар получили снижение полной максимальной мощности навеличину 113,66 кВА, что позволяет выбирать трансформатор меньшей мощности ипитающие сети высокого напряжения меньшего сечения. Увеличение коэффициентаактивной мощности дает снижение потерь активной мощности при транспортированииэлектроэнергии.
6. Выбор числа и мощноститрансформаторов цеховой подстанции.
Выбор типа подстанции
Однотрансформаторныецеховые подстанции напряжением 6…10 кВ можно применять при наличии складскогорезерва для потребителей всех категорий по надёжности электроснабжения, дажедля потребителей первой категории, если величина их не превышает 15…20% общейнагрузки и их быстрое резервирование обеспечено при помощи автоматическивключаемых резервных перемычек на вторичном напряжении.
Двухтрансформаторныеподстанции применяются в тех случаях, когда большинство электроприёмниковотносится к первой или второй категориям. Также эти подстанции целесообразноприменять при неравномерном графике нагрузки.
Применение подстанций счислом трансформаторов более двух экономически невыгодно.
Мощности трансформаторови их количество зависит от: величины и характера графика нагрузки; длительностинарастания нагрузки по годам; числа часов работы объекта электроснабжения;стоимости энергии и других факторов.
В результате компенсацииреактивной мощности в сетях низкого напряжения полная мощность цеха составила Smц' = 764,6 кВА. Т.к. электроприёмники данного цехаотносятся к 1 категории по надёжности электроснабжения то согласно [4, пункты1.2.17, 1.2.18] принимаем к установке два силовых трансформатора с полнойноминальной мощностью Sн = 630 кВА по каталогу [6, приложение12]
Проверяем выбранныйтрансформатор по коэффициенту загрузки в нормальном режиме работы Kзн
Kзн = /> ,
где nтр – число трансформаторов, шт.
Kзн = />=0,60
Проверяем выбранныйтрансформатор по коэффициенту загрузки в аварийном режиме работы Kз.ав.
Kз.ав. = /> ,
Kз.ав. = />=1,2
Т.к. коэффициент загрузкине превышает рекомендуемых правилами эксплуатации значений, то принимаемтрансформаторы к окончательной установке, его технические параметры сводим втаблицу 3.
Таблица 3 – Параметрысилового трансформатора Тип трансформатора
Sном, кВА
Uв.н., кВ
Uн.н., кВ
Pк.з., кВт
Uк.з., %
Iх.х., %
Pх.х., кВт
Kз.н
Kз.ав ТСЗ-630/10 630 10 0,4 7,3 5,5 3 2 0,6 1,2
Выбранная компоновкаэлектрооборудования должна обеспечить: пожаробезопасность и взрывобезопасность,действие окружающей среды на оборудование, безопасность обслуживанияоборудования в нормальном режиме работы установки, максимальную экономиюплощади, возможность удобного транспортирования оборудования, безопасныйосмотр, смену, ремонт аппаратов, со снятием напряжения не нарушив нормальнойработы аппаратов под напряжением.
Т.к. среда в помещениинормальная, площадь цеха позволяет расположить трансформаторную подстанцию, топринимаем к установке двухтрансформаторную комплектную подстанциювнутрицехового исполнения.
7. Расчёт потерь мощностив трансформаторе
Потери мощности втрансформаторах состоят из потерь активной и реактивной мощности.
Потери активной мощностисостоят из двух составляющих: потерь, идущих на нагрев обмоток трансформатора,зависящих от тока нагрузки и потерь, идущих на нагревание стали, зависящих оттока нагрузки.
Потери реактивноймощности состоят из двух составляющих: потерь, вызванных рассеянием магнитногопотока в трансформаторе, зависящих от квадрата тока нагрузки и потерь, идущихна намагничивание трансформатора, независящих от тока нагрузки, которыеопределяются током холостого хода.
Расчёт потерь мощности втрансформаторе необходим для более точного выбора сетей высокого напряжения, атакже для определения стоимости электроэнергии.
Определяем потериактивной мощности в трансформаторе ΔP, кВт, по формуле
ΔP = Pкз · Kзн2+Рхх,
где Pкз – потери активной мощности втрансформаторе при проведении опыта короткого замыкания
Рхх – потериактивной мощности в трансформаторе при проведении опыта холостого хода, кВт.
ΔP = 7,3 · 0,62+2= 4,6 кВт.
Рассчитываем потериреактивной мощности в трансформаторе ΔQ, кВар
ΔQ = 0,01 · (Uкз · Kзн2 + Iхх) · Sн,
где Uк.з. – напряжение при опыте короткогозамыкания в процентах от номинального
Iх.х. – ток при опыте холостого хода впроцентах от номинального
ΔQ = 0,01 · (5,5 · 0,62+3) ·630 = 31,4 кВар.
Определяем потери полноймощности в трансформаторе ΔS, кВА
ΔS = />,
ΔS = />=31,7 кВА.
Все полученные данныесводим в таблицу 4.
Таблица 4 – Потеримощности в трансформатореТип трансформатора
Sm, кВА
Uв.н., кВ
Uн.н., кВ ΔP, кВт ΔQ, кВар ΔS, кВА ТСЗ-630/10 630 10 0,4 4,6 31,4 31,7
Итак, потери мощности втрансформаторе будут зависеть от коэффициента загрузки трансформатора, от егоконструктивного исполнения и полной номинальной мощности. Для уменьшения потерьнеобходимо правильно выбрать трансформатор и оптимально загрузить его.
8. Расчёт и выбор сетейнапряжением выше 1 кВ
Критерием для выборасечения кабельных линий является минимум приведённых затрат. В практикепроектирования линий массового строительства выбор сечения производится не посопоставительным технико-экономическим расчётам в каждом конкретном случае, апо нормируемым обобщённым показателям.
Т.к. сети напряжениемвыше 1 кВ не входят в перечень [4, пункта 1.3.28], то выбор сетей до цеховойтрансформаторной подстанции осуществляем по экономической плотности тока jэк, />.Рассчитываеммаксимальную активную мощность, проходящую по высоковольтному кабелю, Рm(10), кВт с учётом потерь мощности втрансформаторе
Рm(10) = Рmц+nтр · ΔP,
Рm(10) = 725,12+2·4,6=734,32 кВт.
Определяем максимальнуюреактивную мощность, проходящую по кабелю U=10 кВ с учётом потерь мощности в трансформаторе Qm(10), кВар, по формуле
Qm(10)=Qm'+ nтр · ΔQ,
Qm(10)=210,72+2·31,4=273,52 кВар.
Определяем полнуюмощность в сетях высокого напряжения Sm(10), кВА
Sm(10)= />=783,6кВА.
Рассчитываем коэффициентыактивной (cosφ(6)) и реактивной (tgφ(6)) мощности высоковольтной линии
cosφ(10)= />=0,94,
tgφ(10)= />=0,37.
Рассчитываем силу тока,проходящую по линии напряжением U=10кВ Im(10), A
Im(10)= />=22,6А.
По справочнику [4,таблица 1.3.36] определяем экономическую плотность тока, учитывая, что числочасов использования максимума нагрузки в год Тm=3000-5000 тысяч час/год и прокладываемый кабель маркиААШв
jэк = 1,4 А/мм2
Определяем экономическицелесообразное сечение кабеля Fэк, мм2
Fэк=/>,
Fэк= />=16,14мм2.
Принимаем к прокладкекабель ближайшего стандартного сечения 16 мм2, т.е. ААШв 3х16 сдопустимым током Iд, А, определяемым по каталогу [4,таблица 1.3.16]
Iд=80 А.
Определяем допустимуювеличину тока с учётом поправочных коэффициентов
Iд'=Iд·Kп·Kт,
где Kп – поправочный коэффициент на параллельную прокладкудвух кабелей
в траншее, принимаемый покаталогу по [4, таблица 1.3.26], Kп=0,9;
Kт – поправочный коэффициент на температуру земли, принимаемыйпо каталогу [4, таблица 1.3.3], Kт=1, т.к.принята температура t=15 ºC.
Iд'=80·0,9·1=72 А > Im(10)=22,6 А.
По справочнику [7,таблица 4-79] определяем активное (r0) иреактивное (х0) сопротивления кабельной линии, Ом/км
r0=1,95 Ом/км,
х0=0,113 Ом/км.
Проверяем выбранныйкабель по потере напряжения ∆U, %, которые согласно [8] не должны превышать 5%
∆U=/>,
∆U=/>=0,59%.
Параметры кабеля заносимв таблицу 5.
Таблица 5 – Параметрыкабеля
Uн, кВ
Im(10), А Марка и сечение кабеля
Iд′, А
r0, Ом/км
x0, Ом/км l, км ΔU, % 10 22,6 ААШв 3×16 72 1,95 0,113 0,8 0,59
ААШв – кабель салюминиевыми жилами, с бумажной изоляцией, алюминиевая оболочка, вполивинилхлоридном шланге.
Итак, кабель выбранный поэкономической плотности тока обеспечивает снижение сопротивления кабеля,возможность расширения производства, а также запас по току, что ведет кснижению эксплуатационных затрат, т.к кабель нагревается значительно меньше,обеспечивая, тем самым, меньший физический износ изоляции, а как следствиеменьшее число повреждений и пробоев.
9. Расчёт и выборпитающих сетей напряжением до 1 кВ
Согласно [4, пункт1.3.20] проверке по экономической плотности тока не подлежат: сети промышленныхпредприятий и сооружений напряжением до 1 кВ при числе использования максимуманагрузки предприятий до 4000-5000; сборные шины электроустановок и ошиновка впределах открытых и закрытых распределительных устройств всех напряжений;ответвления к отдельным электроприёмникам напряжением до 1 кВ, а такжеосветительные сети промышленных предприятий, жилых и общественных зданий.
Т.к. шины не входят в перечень[4, пункт 1.3.28], то выбор осуществляем по току с условием, что Iд≥Imцс проверкой по потере напряжения и на действие токов короткого замыкания.
В результате расчётаэлектрических нагрузок максимальный ток Imц=1321,8 А.Т.к. ток проходящий по одной секции Im1с=660,9 А, то принимаем кпредварительной установке шину алюминиевую сечением 50×6 с Iд=740А по каталогу [6, таблица 1.3.31].
Согласно [4, пункт 1.3.23]при расположении шин плашмя ток, указанный в справочнике [4, таблица 1.3.31],должен быть уменьшен на 5 %, если ширина шины до 60 мм и на 8 %, если ширинашины больше 60 мм.
Iд′ = 740-0,05·740 = 703 А > Im1с=660,9 А.
По справочнику [7,таблица 4-79] определяем активное (r0) иреактивное (х0) сопротивления шины, Ом/км
х0=0,137Ом/км,
r0=0,119 Ом/км.
Проверяем выбранную шинупо потере напряжения ∆U, %,при длине шины l =0,005 км
∆U= Im1c·l·( r0·cosφсрв+ х0·sinφсрв),
∆U%=/>·100%,
∆U= 660,9·0,005·(0,119·0,83+0,137·0,55)=0,57 В,
∆U%=/>·100=0,3% ≤ 1,8%.
Т.к. Iд′ = 703 А > ImIс = 669,9 А; ΔU% = 0,5 %
Выбор кабельных сетей,идущих к силовым шкафам.
В результате расчётаэлектрических нагрузок шкафа ШР1 Imшр1= 48,8 А. Т.к. согласно [4, пункт 1.3.28] сети напряжением до 1 кВ неподлежат проверке по экономической плотности тока при Tm ≤ 5 тыс. час/год, то выбор осуществляем по току сусловием, что Iд ≥ Imшр1, с проверкой по потере напряжения и на установленную защитнуюаппаратуру.
Определяем токрасцепителя автоматического выключателя Iрасц, А
Iрасц = Kп1·Imшр1,
где Кп1 –поправочный коэффициент учитывающий неточность калибровки расцепителя иодновременный запуск всех потребителей шкафа, принимаем Кп1 = 1,25.
Iрасц = 1,25·48,8 = 61 А.
Принимаем к установкеавтоматический выключатель ВА 13-29 /> покаталогу [9]
Принимаем кпредварительной прокладке кабель АВВГ 4×25 с Iд = 75·0,92 = 69 А по справочнику [4, таблица 1.3.7]
Проверяем кабель наустановленную защитную аппаратуру по условию
Iд′ ≥ Iз · Кз ,
где Iз – ток срабатывания защиты, равный току расцепителя, А,
принимаем Iз = 63 А;
Кз –коэффициент защиты, зависящий от вида защитной аппаратуры, изоляции кабеля,среды в помещении и необходимости защиты кабеля от перегрузки, принимаем Кз= 1по [3, таблица 2.10].
Iд′ = 69 А > (63 · 1) А,
r0= 1,25 Ом/км,
x0= 0,0662 Ом/км.
Проверяем выбранныйкабель по потере напряжения ∆U, %, при длине кабеля l=0,015км
/>,
∆U=/>·28,4 · 0,015 · (1,25 + 0,0662 · 0,53) = 0,38% ≤ 5%
Т.к. Iд′ ≥ Imшр1, Iд′ ≥ Iз · Кз,∆U ≤ 5%, то кабель принимаем кокончательной прокладке. Аналогичным образом выбираем кабели, идущие костальным шкафам. Все полученные данные сводим в таблицу 7.
Выбор кабелей идущих кодиночным электроприёмникам
Т.к. сети, идущие кодиночным электроприёмникам, не подлежат проверке по экономической плотноститока, то выбор ведём по номинальному току электроприёмника Iн, А.
Определяем номинальнуюсилу тока двигателя компрессора, позиция 1 Iн1, А
Iн1 = />,
где η – коэффициентполезного действия двигателя.
Iн1 = />= 41,27 А.
Определяем токрасцепителя автоматического выключателя Iрасц, А
Iрасц = Kп2 · Iн1,
где Kп2 – коэффициент, учитывающийнеточность калибровки расцепителя и пусковые токи двигателя, принимаем Kп2 = 1,15
Iрасц = 1,15 · 41,27 = 47,5 А.
Принимаем к установкеавтоматический выключатель ВА 13-29 /> [8]
Принимаем к прокладкекабель АВВГ 4×16 с Iд′= 60 · 0,92 = 55 А по каталогу[4, таблица 1.3.7]
Iд′ = 55 А ≥ Iн = 41,27 А.
Проверяем кабель наустановленную защитную аппаратуру по условию
Iд′ ≥ Iз · Kз,
Iд′ = 55 А ≥ (50 · 1) А. r0= 1,95 Ом/км;
x0= 0,0675 Ом/км [7, таблица 4-79],
∆U = />·22·0,01·(1,95+0,0675·0,48)= 0,3% ≤ 5% .
Т.к. Iд′ ≥ Iн, Iд′ ≥ Iз · Kз, ∆U ≤ 5%, то кабель принимаем к окончательной прокладке.
Аналогичным способомвыбираем кабели идущие к остальным электроприёмникам. Полученные данные сводимв таблицу 8.
Выбираем кабель идущий квентилятору, позиция 2, защищаемому предохранителем
Рассчитываем силу токадвигателя вентилятора Iн2, А
Iн2 = />= 1,2 А.
Определяем ток плавкойвставки предохранителя, А
/>,
где kп – кратность пускового тока,
принимаем kп =5;
α – коэффициентснижения пускового тока,
принимаем α =2,5(при легких пусках).
Iвст = /> = 2,4 А.
Для защиты двигателявентилятора принимаем к установке предохранитель ПП 21 /> по каталогу [3, таблица2.21].
Принимаем кпредварительной прокладке кабель АВВГ 4×2,5 с Iд′= 19 · 0,92 = 18 А [4, таблица 1.3.7].
Iд′ = 18 А ≥ Iн = 1,2 А
Проверяем кабель наустановленную защитную аппаратуру по условию
Iд′ ≥ Iз · Kз,
Iд′ = 18 А ≥ (5 · 0,33)=1,65 А,
ro = 12,5 Ом/км,
xo = 0,104 Ом/км,
∆U = /> ·0,37 · 0,011 · (12,5 + 0,104 · 1,04) = 0,04% ≤ 5%.
Т.к. Iд′ ≥ Iн, Iд′ ≥ Iз · Kз, ∆U ≤ 5%, то кабель принимаем к окончательной прокладке.
10. Расчёт токовкороткого замыкания
В электроустановках могутвозникать различные виды коротких замыканий, сопровождающиеся резкимувеличением тока. Поэтому электрооборудование, устанавливаемое в системахэлектроснабжения, должно быть устойчивым к токам короткого замыкания ивыбираться с учётом величин этих токов. Основными причинами возникновениякоротких замыканий в сети могут быть: повреждение изоляции отдельных частейэлектроустановки; неправильные действия обслуживающего персонала; перекрытиетоковедущих частей.
Вычисление токовкороткого замыкания производится для определения условий работы потребителейпри аварийных режимах; выбора электроаппаратов, шин, изоляторов, силовых кабелей;проектирования и настройки устройств релейной защиты и автоматики;проектирования защитных заземлений; подбора характеристик разрядников длязащиты от перенапряжений.
При расчёте токов КЗпринимают, что источниками питания места КЗ являются: синхронные генераторы,синхронные компенсаторы и двигатели, асинхронные двигатели в начальный периодвремени.
До начала расчётов токовкороткого замыкания составляем упрощённую схему согласно рисунку 2. Затемстроим схему замещения, согласно рисунку 3, на ней указываем все точки наиболеевероятных возникновений токов короткого замыкания. Расчёт ведём в именованныхединицах.
/>
Рисунок 2 – Упрощённаяоднолинейная схема
/>
Рисунок 3 – Схемазамещения
Пересчитываем удельныесопротивления высоковольтной линии в мОм
r1′ = r1 ∙ l,
r1′ = 1,95 ∙ 800 = 1560 мОм;
х1′ = х1∙ l,
х1′ =0,113 ∙ 800 = 90,4 мОм.
Определяем токпериодической составляющей тока кз в начальный момент времени Iпо, кА
Iпо = /> =/>,
где Uср – среднее напряжение в точкерасчёта тока кз, В;
z – полное сопротивление участка сети,мОм.
Iпо = />= 3,88 кА.
Находим соотношениереактивного и активного сопротивлений
/> = /> =0,06.
По [1, рисунок 7.4]определяем ударный коэффициент Ку
Ку = 1.
Рассчитываем ударный ток,iу, кА
iу = />∙ Iпо ∙ Ку,
iу = />∙3,88 ∙ 1 = 5,49 кА.
Пересчитываемсопротивления всех остальных участков сети аналогично точке 1
Пересчитываемсопротивления трансформатора, мОм
rтр = /> ,
rтр = /> =2,94 мОм,
xтр = />,
xтр = /> = 13,65 мОм.
По максимальному токупервой секции ImIc=660,9 А выбираем выключатель снизкой стороны трансформатора по каталогу [10] ВА 62 />.
По каталогу [11, таблицы14.4, 14.5] определяем активное сопротивление катушек расцепителей Rа=0,12 мОм, и переходное сопротивление контактов Rк=0,25 мОм и индуктивное сопротивление катушек Xа=0,094 мОм.
Пересчитываемсопротивления шины 50×6, мОм
rш′ = 0,119 ∙ 5 = 0,595 мОм,
xш′ = 0,137 ∙ 5 = 0,685 мОм.
Находим сопротивлениекабельной линии, идущей к шкафу ШР1, мОм
rшр1′ = 1,25 ∙ 15 = 18,75мОм,
xшр1 = 0,0662 ∙ 15 = 0,99 мОм.
Определяем сопротивлениекабельной линии, идущей к двигателю, мОм
r2′ = 1,95 ∙ 10 = 19,5 мОм,
x2′ = 0,0675 ∙ 10 = 0,675 мОм.
Принимаем, что напряжениена шинах U=10 кВ при возникновении тока кз остаётсянеизменным и сопротивление энергосистемы не учитываем.
Аналогично точке К – 1выполняем расчёт тока кз в оставшихся намеченных точках.
К – 2
rк-2 = rтр + Ra + Rк ,
rк-2 = 2,94 + 0,12 + 0,25 = 3,31 мОм,
xк-2 = xтр + Хa,
xк-2 = 13,97 + 0,094 = 14,06 мОм,
Iпок-2 = />= 16,01кА,
/> = /> =4,24
Ку = 1,40,
iу = />∙ 1,40∙ 16,01 = 31,60 кА.
К – 3
rк-3 = rк-2 + rш′ + Rа1 + Rк1 + rшр1′ ,
rк-3 = 3,31 + 0,595 + 1,8 + 0,75 + 18,75 = 25,21 мОм,
xк-3 = хк-2 + хш′+ Xа1 + xшр1′,
xк-3 = 13,74 + 0,685 + 0,86 +0,99 = 16,275 мОм,
Iпок-3 = />= 7,7 кА,
/> = /> =0,65,
Ку = 1,02,
iу = />∙7,7 ∙ 1,02 = 11,11 кА.
К – 4
rк-4 = rк-3 + Rа2 + Rк2 + r2′,
rк-4 = 25,21 + 1,8 + 0,75 +19,5 = 47,26 мОм,
хк-4= хк-3 + Xа2 + x2′,
хк-4= 16,275 + 0,86 + 0,675 = 17,81 мОм,
Iпо = />= 4,57 кА,
/> = /> =0,38,
Ку = 1,
iу = />∙4,57 ∙ 1 = 6,46 кА.
11. Выборэлекрооборудования и проверка его на действие токов
короткого замыкания
Токи короткого замыканиявызывают нагрев токоведущих частей, значительно превышающий нормальный.Чрезмерное повышение температуры может привести к выжигании изоляции,разрушению контактов и даже их расплавлению, несмотря на кратковременностьпроцесса короткого замыкания.
Проверка аппаратов натермическую стойкость производится по току термической стойкости Iт и времени термической стойкости tт. Аппарат термически стоек, если тепловой импульс Вк
Выбранные шины или кабельтермически стойки, если принятое сечение больше минимального Fmin, то есть Fmin
При коротком замыкании потоковедущим частям проходят токи переходного режима, вызывая сложные усилия вшинных конструкциях и аппаратах электроустановок. Эти усилия изменяются вовремени и имеют колебательный характер. Проверка аппаратов поэлектродинамической стойкости производится по условию:
iу ≤ iпр.скв (iдин),
где iпр.скв (iдин) – предельный сквозной ток, указанный заводом-изготовителем.
Проверку шин надинамическую стойкость проводят по условию:
σрасч ≤σдоп
В качестве защитнойаппаратуры с высокой стороны трансформатора принимаем к предварительной установкевакуумный выключатель серии ВВ/TEL-10-12,5/1000-У2-41по каталогу [11, таблица ].Расчетные данные Справочные данные U = 10 кВ = UH = 10 кВ Im = 22,6 А Iп.о = 3,88 кА Iн.откл = 12,5 кА
iу = 5,49 кА Вк = 7,9 кА2 ∙ с It2 ∙ tt = 12,52 ∙ 3 = 468,75 кА2 ∙с
Определяем времяотключения короткого замыкания tоткл, с
tоткл = tв + tз,
где tв – полное время отключения выключателя, с,
принимаем tв = 0,025 с;
tз – время действия основоной защиты, с,
принимаем tз = 0,5 с.
tоткл = 0,025 + 0,5 = 0,525 с.
Находим время затуханияапериодической составляющей тока короткого замыкания Тa, с по формуле
Та = />,
Та = /> = 0,00018 с.
Определяем тепловойимпульс Вк, с
Вк = Iп.о.к-12 · (tв + tз + Tа),
Вк = 38802· (0,025 + 0,5 + 0,00018) = 7906269,79 А2 · с.
Т.к. расчётные данные непревышают справочные, то вакуумный выключатель ВВ/TEL-10-12,5/1000-У2-41 принимаем к окончательнойустановке. Для видимого разрыва цепи выбираем разъединитель внутреннейустановки с заземляющими ножами типа РВЗ-10/400I по каталогу [12, таблица ]U = 10 кВ = UH = 10 кВ Im = 22,6 А iу = 5,49 кА Вк = 7,9 кА2 ∙ с It2 ∙ tt = 162 ∙ 4 = 1024 кА2 ∙с
Для подключения катушекизмерительных приборов выбираем по каталогу [12, таблица 5.9] трансформатортока проходной с литой изоляцией для КРУ типа ТПЛ-10К с классом точности 0,5, сноминальным током вторичной обмотки Iн2 = 5 А, сноминальной нагрузкой в классе точности 0,5 Rн0,5 = 0,4 Ом.U = 10 кВ = UH = 10 кВ Im = 22,6 А iу = 5,49 кА Вк = 7,9 кА2 ∙ с It2 ∙ tt = 452 ∙ 4 = 8100 кА2 ∙с
Выбираем по справочнику[12, таблица 5.13] однофазный трансформатор напряжения с естественным маслянымохлаждением типа НОМ-10 с номинальным напряжением вторичной обмотки U2н = 100 В, с номинальной мощностью вклассе точности 0,5 Sн0,5 = 75 ВАU = 10 кВ = UH = 10 кВ
Проверяем кабель ААШв3×16 на термическое действие токов кз.
Определяем минимальноесечение кабеля Fmin,мм2
Fmin = />,
где Ст –коэффициент, зависящий от допустимой температуры при коротком замыкании иматериала проводника,
принимаем по справочнику[1] Ст = 85: для кабельной линии с U=10кВ, алюминиевыми жилами, без изоляции
Fmin = /> = 33 мм2 > Fпр = 16 мм2
Т.к. условие несоблюдается, то принимаем к окончательной установке кабель ААШв 3×35 с Iд′ = 115 А по каталогу [4,таблица 1.3.16].
Проверяем шинуалюминиевую с размерами 50×6 на термическое действие токов кз.
Так-2 = /> = 0,013 с,
Вкк-2 = 163402· ( 0,04 + 0,1 + 0,013) = 40850326,8 А2 · с,
Fmin = /> = 73 мм2
Т.к. расчётные данные непревышают принятых, то шина термически стойка.
Проверяем шинуалюминиевую сечением 50×6 на динамическое действие токов кз.
Определяем максимальноеусилие на шинную конструкцию F(3), Н
F(3) = />·iy2 · 10-7,
где l – расстояние между изоляторами, м,
принимаем l = 0,9 м;
а – расстояние междуфазами, м
принимаем а = 0,07 м.
Определяем изгибающиймомент М, Н · м
М = />,
М = /> = 218,79 Н · м.
Определяем моментсопротивления сечения шины при расположении шины плашмя W, см3
/>
где b и h – размеры поперечного сечения шины, см
W = /> =2,5 см3.
Находим напряжение вматериале шин от изгиба σрасч, МПа
σрасч = />,
σрасч = /> = 87,5 МПа > σдопAl = 75 МПа.
Т.к. условие невыполняется, то принимаем к установке шину большего сечения 60×6 с Iд′ = 870 – 870 · 0,05 = 827 Апо каталогу [4].
12. Релейная защитаотдельных элементов электрической цепи
В условиях эксплуатации возможны повреждения отдельных элементовсистемы электроснабжения. В ряде случаев повреждение должно быть ликвидированов течение долей секунды, совершенно очевидно, что человек не в состояниисправиться с такой задачей. Поэтому для определения места повреждения и подачисигнала на отключение соответствующих выключателей устанавливаются специальныеавтоматические устройства. Это и есть релейная защита, действующая наотключение.
Иногда в условиях эксплуатации возникают ненормальные режимы,существование которых допустимо в течение некоторого времени. Нарушениенормального режима в этих случаях может быть ликвидировано действиемоперативного персонала. При этом нецелесообразно немедленное отключениеэлемента электрической сети, а достаточно дать сигнал персоналу. Этоосуществляется релейной защитой, действующей на сигнал.
Релейная защита и автоматика должны удовлетворятьряду требований, основными из которых являются: селективность,чувствительность, быстродействие, надежность.
Под селективностью понимается свойство релейной защиты,действующей на отключение, избирать поврежденный участок и отключать толькоего. Для релейной защиты, действующей на сигнал, под селективностью понимаетсяспособность однозначно указывать место возникновения ненормального режима иконкретный элемент системы электроснабжения, требующий вмешательства персонала.
Под чувствительностью релейной защиты понимаетсяее способность реагировать на возможные повреждения в минимальных режимах системыэлектроснабжения, когда изменение воздействующей величины (величина, на которуюреагирует защита) будет минимальным. Обычно стремятся сделать защиту возможноболее чувствительной, сохраняя, однако, ее селективность. Это требование иставит практический предел возможной чувствительности защиты.
Чувствительность защиты оценивается коэффициентомчувствительности. Он регламентирует отношение между значением воздействующейвеличины при повреждении в защищаемой зоне и установленным на защите значениемпараметра ее срабатывания.
Чувствительность — одно из основных требований,предъявляемых к устройствам автоматики. Высокой чувствительностью должныобладать, например, автоматические регуляторы возбуждения (АРВ) иавтоматические регуляторы частоты (АРЧ), реагирующие на изменения напряжения ичастоты в системе.
Быстродействие защиты необходимо в большинствеслучаев по следующим соображениям:
1) при кз мощность, отдаваемая генераторамистанций, вблизи которых произошло КЗ, резко снижается. В результате скоростьвращения генераторов возрастает. Если КЗ отключается защитой, имеющей выдержкувремени, то к моменту его отключения генераторы этой станции выйдут изсинхронизма по отношению к другим станциям. Быстрое отключение КЗ можетпредотвратить нарушение синхронизма, представляющее собой наиболее тяжелуюаварию в системе.
2) кз в любом элементе системы приводит кпонижению напряжения, снижению вращающего момента синхронных и асинхронныхдвигателей и их торможению. При быстром отключении КЗ двигатели немедленновозвращаются к нормальному режиму, их торможение не является опасным.Отключение КЗ с выдержкой времени может привести к полной остановке инеобходимости отключения синхронных и некоторых асинхронных двигателей.
3) быстрое отключение КЗ уменьшает размерынарушения изоляции и токоведущих частей в месте повреждения, уменьшаетвероятность несчастных случаев.
4) ускорение отключения повреждений повышаетэффективность АПВ и АВР, так как чем меньше разрушения в месте КЗ, тем меньшевероятность успешного действия автоматики.
Время отключения повреждения складывается извремени действия защиты и времени действия выключателя. Следовательно, дляускорения отключения повреждений необходима не только быстродействующая защита,но и быстродействующие выключатели. Защиты, действующие со временем, не большим0,1 ...0,2 с, считаются быстродействующими. Время отключения наиболеераспространенных выключателей не превышает 0,06...0,15 с.
Для повышения надежности электроснабжениянедостаточно только быстрого отключения поврежденного элемента, необходимотакже быстро включить этот элемент повторно в работу или заменить егорезервным. Таким образом, быстродействием должны обладать также устройства АПВи АВР.
Применительно к релейной защите и автоматике поднадежностью понимают свойство этих устройств выполнять заданные функции,сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течениетребуемого промежутка времени.
Для обеспечения надежности релейная защита и автоматика должнывыполняться при помощи высококачественных и надежно работающих реле и другихэлементов. Их монтаж должен быть надежным, т. е. таким, при котором исключаетсяобрыв проводов, замыкание между ними, ложное срабатывание от механическихсотрясений и др. Существенное значение для надежности имеет правильная эксплуатациязащиты и автоматики. Состояние всех устройств защиты и автоматики должнопериодически проверяться. Так как каждый элемент может оказаться неисправным,то надежность защиты и автоматики тем выше, чем меньшее число элементов онисодержат. Особенно важно уменьшение числа наименее надежных элементов, которымиявляются контакты реле. Поэтому для увеличения надежности устройства следуетстремиться к его упрощению. Существенное повышение надежности устройстврелейной защиты и автоматики может быть достигнуто применением бесконтактныхэлементов.
Для предупреждения повреждений необходим свой вид релейной защиты,в соответствии с чем, для отдельных элементов электроустановок рекомендуютсяследующие наборы защит:
1) для генераторов — от внешних коротких замыканий, перегрузок,многофазных замыканий, однофазных замыканий на землю, замыканий между виткамиодной фазы в обмотке статора, замыканий на корпус в цепи возбуждения иповышения напряжения в обмотке статора;
2) для силовых трансформаторов — от внешних коротких замыканий,перегрузок, многофазных замыканий, однофазных замыканий на землю, витковыхзамыканий в обмотках, понижения уровня масла в кожухе трансформатора;
3) для воздушных и кабельных линий — от многофазныхзамыканий, однофазных замыканий на землю и внешних коротких замыканий;
4) для синхронных и асинхронных электродвигателей — от многофазных замыканий, однофазных замыканий на землю, перегрузок, снижениянапряжения и асинхронного режима для синхронного двигателя;
5) для конденсаторных установок — от короткихзамыканий, повышения напряжения и перегрузок токами высших гармоник при наличиив сети вентильных преобразовательных и выпрямительных установок.
Для защиты ряда электроустановок вместо автоматическихвыключателей и релейной защиты следует применять предохранители или открытыеплавкие вставки. Если они выбраны с требуемыми параметрами, то обеспечиваютселективность и чувствительность и не препятствуют применению автоматики.
Предохранители и устройства релейной защиты от многофазныхзамыканий являются основными средствами защиты, однако, в случае выхода их изстроя в качестве резервной для сетей, трансформаторов и генераторовпредусматривается защита от внешних коротких замыканий. Такая защитаосуществляет отключение только с определенной выдержкой времени, так какпредназначена для работы только при отказе основной защиты.
Для отключения тока внешнего короткого замыкания в сетяхнапряжением выше 1 кВ применяется максимальная токовая защита. Ток, проходящийпо защищаемому элементу системы, через трансформатор тока подводится кмаксимальной токовой защите, которая при соответствии нормальному режиму работына него не реагирует. При возникновении короткого замыкания ток резковозрастает, защита срабатывает и подает сигнал на отключение выключателя.
Максимальная токовая защита обладает достаточной селективностью, определеннойчувствительностью; широко применяется в радиальных сетях всех уровнейнапряжения с одним источником питания, а в системах электроснабженияпромышленных предприятий напряжением 10 кВ и ниже она является основнойзащитой.
Токовая отсечка, являясь разновидностью максимальной токовойзащиты, имеет ограниченную зону действия и в большинстве случаев реагируетмгновенно.
Токовая отсечка устанавливается обычно для защитыэлектродвигателей мощностью менее 5000 кВт, трансформаторов мощностью менее6300 кВА, нереактированных линий, конденсаторных установок мощностью более 400кВар.
Защита от многофазных замыканий требует селективного и быстрого отключенияэлементов электроустановки, предотвращая тем самым ее раз рушение.
Наиболее распространенными видами защит всех элементовэлектрической системы являются токовая отсечка и дифференциальные защиты.Помимо этих защит используют дистанционную защиту и направленную защиту свысокочастотной блокировкой (высокочастотная защита). Выбор той или инойопределяется требованиями защиты конкретной установки и схемы электроснабжения.
Дифференциальная защита подразделяется на продольную и поперечную.Продольная используется в основном для элементов с сосредоточенными нагрузками(электродвигатели, трансформаторы и др.), а также для линий относительнонебольшой длины. Поперечная дифференциальная защита применяется для защитыпараллельных линий.
Для силовых трансформаторов предусматривается релейная защита отследующих повреждений и анормальных режимов работы: междуфазных КЗ в обмотках ина выводах; однофазных КЗ в обмотке и на выводах; витковых замыканий вобмотках; скачков токов в обмотках при внешних КЗ; перегрузок; понижения уровнямасла в маслонаполненных трансформаторах и в маслонаполненных вводах.
Газовая защита устанавливается на трансформаторах,автотрансформаторах, преобразовательных агрегатах и реакторах с маслянымохлаждением, имеющих расширители. Основным элементом газовой защиты являетсягазовое реле. Широкое распространение получили реле типа ПГ-22 и РГЧЗ-66.
Защита от перегрузки выполняется одним реле тока, включенным вцепь трансформатора тока защиты от внешних коротких замыканий. Для отстройки откратковременных перегрузок и коротких замыканий предусмотрено реле времени,рассчитанное на длительное прохождение тока в его обмотках.
Для защиты трансформаторов мощностью 6300 кВА и выше отмеждуфазных замыканий, витковых и замыканий на землю используютдифференциальную токовую защиту, действующую без выдержки времени на отключениевсех выключателей трансформаторов.
Для защиты трансформаторов мощностью ниже 6300 кВА, работающиходиночно, и трансформаторов мощностью менее 4000 кВА, работающих параллельно,устанавливается токовая отсечка.
Для секций сборных шин напряжением (6-35) кВ предусматриваетсязащита от многофазных коротких замыканий, а также сигнализация о замыканиях наземлю.
Определяющим для типа защиты является конструктивное исполнение ирасположение шин: внутри и вне комплектных распределительных устройств (КРУ).
Для сборных шин КРУ применяется дуговая защита и быстродействующаянеполная дифференциальная токовая защита. Сборные шины вне КРУ защищаютсямаксимальной токовой защитой, установленной на выключателе ввода в РУ или навыключателе в начале питающей линии, а также максимальной токовой защитой — насекционном выключателе.
Для конденсаторных установок, предназначенных для компенсацииреактивной мощности, применяется защита от многофазных коротких замыканий, отсверхтоков перегрузки и от повышения напряжения. Однако [5] не требует защитыот повышения напряжения, если конденсаторная установка выбрана по максимальновозможному напряжению.
В качестве защиты от многофазных коротких замыканий рекомендуетсямаксимальная токовая защита без выдержки времени. На батареях, состоящих изнескольких секций конденсаторов, если они не защищены предохранителями, можетустанавливаться, помимо общей, собственная защита от многофазных короткихзамыканий.
Защита от повышения напряжения выполняется одним релемаксимального напряжения с высоким коэффициентом возврата и действует наотключение всей установки.
Любое отключение должно сопровождаться запретом на повторноевключение прежде, чем пройдет время, достаточное для разряда батареи (5с).
13. Расчёт заземляющих устройств
Согласно [4,п. 1.7.70] для заземления электроустановок в первую очередь рекомендуетсяиспользовать естественные заземлители. В их качестве рекомендуется использоватьводопроводные и другие металлические трубопроводы, за исключением трубопроводовгорючих жидкостей; обсадные трубы скважин; металлические и железобетонныеконструкции зданий и сооружений, находящихся в соприкосновении с землей идругое.
В данномкурсовом проекте в качестве естественного заземлителя принимаем железобетонныйфундамент здания.
Согласно [4,п. 1.7.62] сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединенынейтрали трансформаторов и генераторов в любое время года не должно превышать 4Ом при напряжении 380 В.
Определяемсопротивление растеканию тока, через арматуру железобетонного фундамента зданияRф
Rф = ρ · />,
где ρ –удельное сопротивление грунта с учётом коэффициента сезонности, определяемоепо формуле
ρ =ρсправ · Ксез,
где ρспр – рекомендуемоесправочное значение удельного сопротивления грунта, Ом ∙м, принимаемρспр = 100 Ом∙м – для суглинка [13,таблица 6-4];
kсез – коэффициентсезонности, учитывающий промерзание и просыхание грунта, принимаем kсез = 1,45 [13, таблица 6-5].
ρ = 100 ∙ 1,45 = 145 Ом ∙ м.
Sф – площадь, ограниченная периметром здания на уровнеповерхности земли, м2, Sф = 540 м2.
Rф = 145 ∙ /> =3,12 Ом.
Т.к. Rф = 3,12 Ом
Список литературы
1 Коновалова Л.Л., Рожкова Л.Д. Электроснабжениепромышленных предприятий и установок. – М.: Энергоиздат, 1989
2 Конюхова Е.А. Электроснабжениеобъектов. – М.: Мастерство, 2001.
3 Липкин Б.Ю. Электроснабжениепромышленных предприятий и установок. – М.: Высшая школа, 1990.
4 Правила устройства электроустановок(ПУЭ). – М.: Издательство ДЕАН, 2001.
5 Барыбин Ю.Г. Справочник попроектированию электроснабжения. – М.: Энергоиздат, 1986.
6 Постников Н.П., Рубашов Г.М.Электроснабжение промышленных предприятий. Л.: Стройиздат, 1989.
7 Большам Я.М., Крупович В.И. Справочникпо проектированию электроснабжения, линий электропередач и сетей. – М.:Энергия, 1975.
8 ГОСТ 13109-99. Качественныепоказатели электроэнергии.
9 Справочник. Автоматическиевыключатели общего применения до 630 А. М.: Информэлектро, 1996
10 Крупович В.И., Барыбина Ю.Г.,Самовера М.Л. М Справочник по проектированию электрических сетей иэлектрооборудования под редакцией.: Энергоиздат, 1981
11 Каталог. Таврида Электрик., 2002
12 Крючков И.П., Кувшинский Н.Н.,Неклепаев Б.Н. Электрическая часть станций и подстанций. – М.: Энергия, 1978.
13 Крупович В.И., Барыбина Ю.Г. Справочникпо проектированию электрических сетей и электрооборудования под редакцией – М.:Энергоиздат, 1981.