Лесотехнический колледж Императора Петра I

 

 

Н.М. Борзоногов

 

ПМ.05. Электроснабжение отрасли.

МДК.05.1 Обслуживание систем электроснабжения

 

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ ОТРАСЛИ

 

Учебно-методическое пособие для курсового проектирования

 

Архангельск 2014

Рецензент:

Петухов С.В. – доцент, к.т.н., заведующий кафедрой электротехники и энергетических систем ФГАОУ ВПО «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова»

 

 

Борзоногов Н.М. Электроснабжение отрасли: Учебно-методическое пособие. – Архангельск: ФГАОУ ВПО САФУ имени М.В. Ломоносова, 2014. – 37 с.

 

Пособие содержит порядок расчета внутрицехового электроснабжения предприятий лесопромышленного комплекса, приведены основные методики выбора оборудования, схемы электроснабжения.

Предназначены для студентов специальности 13.02.11 «Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям)», ПМ.01 Организация технической эксплуатации и обслуживание электрического и электромеханического оборудования

МДК.01.02 Основы технической эксплуатации и обслуживание электрического и электромеханического оборудования, всех форм обучения.

 

Рассмотрены и одобрено на заседании предметно-цикловой комиссией специальности 13.02.11 «Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям)» Лесотехнического колледжа Императора Петра I

 

 

© Борзоногов Н.М., 2014

© ФГАОУ ВПО САФУ имени М.В.Ломоносова

 

Усл. печ. л. 0,84

 

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1 ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК
3 ВЫБОР ЧИСЛА И МОЩНОСТИ ЦЕХОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
4 КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ
5 ВЫБОР СХЕМЫ ЦЕХОВОЙ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ НАПРЯЖЕНИЕМ 0,4 кВ
6 ВЫБОР АВТОМАТИЧЕСКИХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ
7 РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
8 ПРОВЕРКА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ ПРОВОДНИКОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПО УСЛОВИЮ КЗ
9 РАСЧЕТ ЗАЗЕМЛЯЮШИХ УСТРОЙСТВ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Система электроснабжения – это совокупность устройств для производства, передачи и распределения электроэнергии. Основными потребителями электроэнергии на промышленных предприятиях являются электроприводы различных машин и механизмов, электрические нагревательные устройства, электрическое освещение.

Производственный процесс во многом определяется показателями системы электроснабжения, которая обеспечивает нормальное функционирование всего промышленного предприятия в целом.

В нашей стране для производства и распределения электроэнергии принят трехфазный переменный ток частотой 50 Гц. Применение трехфазного тока объясняется большей экономичностью сетей и установок по сравнению с установками однофазного переменного тока.

Наряду с трехфазным током в некоторых отраслях промышленности применяют и постоянный ток, который получают путем выпрямления переменного. В настоящее время постоянный ток применяется также для передачи электроэнергии на большие расстояния при напряжении до 800 кВ.

Правила эксплуатации электроустановок разделяют все установки на две категории: электроустановки напряжением до 1000 В и электроустановки напряжением выше 1000 В. Это разделение вызвано различием в типах и конструкциях аппаратов, а также различием в условиях безотказности, в требованиях, предъявляемых при сооружении и эксплуатации электроустановок разных напряжений.

Стандартные международные напряжения, принятые в нашей стране:

до 1000 В: 220, 380, 660 В;

выше 1000 В: 3, 6, 10, 20, 35, 110, 150, 220, 330, 500, 750, 1150 кВ.

Номинальные напряжения для генераторов, синхронных компенсаторов, вторичных обмоток силовых трансформаторов приняты на 5-10% выше номинальных напряжений соответствующих сетей.

При проектировании, сооружении и эксплуатации электроустановок используют схемы-чертежи. На них в условных обозначениях показывают элементы установок в той последовательности и взаимосвязи, которая существует на практике или которая будет осуществлена при ее сооружении.

Объединение электростанций на параллельную работу и создание энергосистемы имеет большое значение и дает ряд технических и экономических преимуществ:

- повышение надежности;

- обеспечение экономичности производства за счет рациональности распределения нагрузки;

- улучшение качества электроэнергии, т.к. колебания нагрузки воспринимаются большим числом агрегатов;

- снижение суммарного резерва мощности по энергосистеме.

 

1 ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

 

Цель курсового проекта по электроснабжению отрасли – подготовка студентов к выполнению дипломного проекта на завершающей стадии обучения в Лесотехническом колледже.

Задачи курсового проектирования: систематизация, расширение и закрепление теоретических знаний по специальным дисциплинам: приобретение и развитие навыков решения инженерных задач с использованием современных методов расчета, выполнения чертежей предлагаемых конструкций, овладение методикой выбора электрооборудования и схем электроснабжения с использованием директивных, инструктивных и справочных материалов, современных научных и инженерных разработок в области электроснабжения; умение оформлять техническую документацию в соответствии с ГОСТами.

 

1.1 Содержание курсового проекта

 

Курсовой проект состоит из пояснительной записки и графической части. Объем текстовой части должен составлять 30–­40 страниц печатного текста.

Пояснительная записка должна соответствовать общим требованиям к оформлению и изложению документов учебной деятельности обучающихся (Стандарту организации) и должен содержать: титульный лист, задание на курсовое проектирование, оглавление, введение, основная часть, выводы, список использованных источников, приложения.

Курсовой проект должен включать следующие разделы:

– введение;

– краткую характеристику технологического процесса и требования к надежности электроснабжения;

– определение расчетных электрических нагрузок цеха;

– выбор номинального напряжения линий электропередачи, их числа, сечения и марки проводов;

– выбор схемы цеховой сети;

– выбор и проверка токоведущих частей;

– выбор числа и мощности трансформаторов цеховой ТП;

– выбор компенсирующих устройств;

– расчет токов короткого замыкания;

– расчёт и выбор аппаратуры защиты;

– расчет защитного заземления.

Графическая часть должна включать:

– план цеха с расстановкой оборудования и нанесением силовой сети низкого напряжения (формат А2);

– однолинейную схему электроснабжения цеха (формат А1);

– схема расположения заземляющего устройства (формат А2).

1.2 Задание на проектирование

 

Курсовой проект «Электроснабжение отрасли» включает в себя электроснабжение цеха. Исходными данными на проектирование электроснабжения цеха являются: генеральный план цеха (рис. 1), сведения об источниках питания, общая установленная мощность P_ном приемников электроэнергии, коэффициенты спроса K_с и мощности cos j. Сведения об этих величинах по каждому варианту задания и генеральные планы цехов приводятся в таблицах.

Номинальная мощность источников энергосистемы S_ном.с = 1000 МВ∙А, а ее относительное реактивное сопротивление на стороне напряжением 6 кВ составляет . В задании не указана суммарная установленная мощность приемников Цеха, ее после расстановки оборудования следует определить самостоятельно согласно варианту задания курсового проекта.

Цех имеет три производственных отделения. Трехфазными электроприемниками цеха являются асинхронные двигатели (приводы станков, прессов, кузнечных молотов, вентиляторов), электрические печи сопротивления. К однофазным приемникам электроэнергии относятся сварочные трансформаторы, электросварочные машины, светильники с люминесцентными и газоразрядными лампами ДРЛ. Асинхронные двигатели характеризуются номинальной активной мощностью P_ном, развиваемой ими на валу, а остальные приемники – мощностью, потребляемой из сети (P_ном или S_ном). Кратность пускового тока всех асинхронных двигателей равна 5,5. Работа электроприемников характеризуется коэффициентом использования K_и, коэффициентом мощности cos j_ном, а также (для двигателей) КПД h_ном. Номинальное напряжение всех электроприемников равно 380 В.

 

1.3Указания к выполнению разделов

 

Во введении необходимо сформулировать требования к системе электроснабжения и определить назначение курсового проекта с учетом современных тенденций развития электроснабжения.

Характеристика проектируемого цеха должна содержать: общие сведения о цехе, виды выпускаемой продукции и данные по исходным материалам, наименование оборудования, тип подстанции, и т.п.

 

2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

 

В курсовом проекте определение расчетных нагрузок в сетях низкого напряжения предусмотрено двумя методами:

- упорядоченных диаграмм (коэффициента использования и коэффициента максимума);

- коэффициента спроса.

 

2.1 Метод упорядоченных диаграмм

Для определения расчетной мощности необходимо сначала определить среднюю мощность, которая приходится на конкретный силовой пункт (СП), кВт:

 

(1)

где Р_с – средняя активная мощность группы электроприемников, кВт;

∑ Р_ном – суммарная номинальная активная мощность группы электроприемников, кВт;

К_и.гр – групповой коэффициент использования активной мощности, который определяется по формуле:

 

, (2)

где Р_ном1, Р_ном2, …, Р_номп, – номинальные мощности электроприемников, подключенных к силовому пункту;

К_и1, К_и2, …,К_ип, – коэффициенты использования конкретных электроприемников.

 

Согласно методу расчетная мощность группы электроприемников определяется по формуле, кВт:

(3)

где К_м.а – групповой коэффициент максимума активной мощности.

 

При этом коэффициент максимума рассматривается как функция двух переменных, т.е. где – эффективное число электроприемников и определяется по таблице 1.

Для определения вначале определяется коэффициент m:

(4)

 

1) Пусть общее число электроприемников n ≥ 4, m ≤ 3, то n_э=n;

2) n ≥ 4, m > 3, , то

 

(5)

 

если n_э>n, то следует принять n_э=n;

3) n ≥ 4, m > 3, , то , где определяется по таблице 2 в зависимости от:

 

(6)

(7)

где 1 – электроприемники, мощность которых не меньше половины мощности самого большого приемника.

 

Таблица 1 - Определение коэффициента максимума К_м

 

nэф	Коэффициент максимума Км при КИ
0,1	0,15	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8
	3.43	3.11	2.64	2.14	1.87	1.65	1.46	1.29	1.14
	3.23	2.87	2.42		1.76	1.57	1.41	1.26	1.12
	3.04	2.64	2.24	1.88	1.66	1.51	1.37	1.23	1.1
	2.88	2.48	2.1	1.8	1.58	1.45	1.33	1.21	1.09
	2.72	2.31	1.99	1.72	1.52	1.4	1.3	1.2	1.08
	2.56	2.2	1.9	1.65	1.47	1.37	1.28	1.18	1.08
	2.42	2.1	1.84	1.6	1.43	1.34	1.26	1.16	1.07
	2.24	1.96	1.75	1.52	1.36	1.28	1.23	1.15	1.07
	2.1	1.85	1.67	1.45	1.32	1.25	1.2	1.13	1.07
	1.99	1.77	1.61	1.41	1.28	1.23	1.18	1.12	1.07
	1.91	1.7	1.55	1.37	1.26	1.21	1.16	1.11	1.06
	1.84	1.65	1.5	1.34	1.24	1.2	1.15	1.11	1.06
	1.71	1.55	1.4	1.28	1.21	1.17	1.14	1.1	1.06
	1.62	1.46	1.34	1.24	1.19	1.16	1.13	1.1	1.05
	1.5	1.37	1.27	1.19	1.15	1.13	1.12	1.09	1.05
	1.4	1.3	1.23	1.16	1.14	1.11	1.1	1.08	1.04
	1.32	1.25	1.19	1.14	1.12	1.11	1.09	1.07	1.03
	1.27	1.22	1.17	1.12	1.1	1.1	1.09	1.06	1.03
	1.25	1.2	1.15	1.11	1.1	1.1	1.08	1.06	1.01
	1.23	1.18	1.13	1.1	1.09	1.09	1.08	1.05	1.02
	1.21	1.17	1.12	1.1	1.08	1.08	1.07	1.05	1.02
	1.19	1.16	1.12	1.09	1.07	1.07	1.07	1.05	1.02
	1.17	1.15	1.1	1.08	1.06	1.06	1.06	1.05	1.02
	1.16	1.13	1.1	1.08	1.05	1.05	1.05	1.04	1.02
	1.16	1.12	1.1	1.08	1.05	1.05	1.05	1.04	1.01
	1.15	1.12	1.09	1.07	1.05	1.05	1.05	1.04	1.01

Таблица 2 – Определение относительного числа эффективных электроприемников nэф *
n*	P*
	0,95	0,9	0,85	0,8	0,75	0,7	0,65	0,6	0,55	0,5	0,45	0,4	0,35	0,3	0,25	0,2	0,15	0,1
0,005	0,005	0,005	0,006	0,007	0,007	0,009	0,01	0,011	0,013	0,016	0,019	0,024	0,03	0,03	0,051	0,073	0,11	0,18	0,34
0,01	0,009	0,011	0,012	0,013	0,015	0,017	0,019	0,023	0,026	0,031	0,037	0,047	0,059	0,059	0,1	0,14	0,2	0,32	0,52
0,02	0,02	0,02	0,02	0,03	0,03	0,03	0,04	0,04	0,05	0,06	0,07	0,09	0,011	0,011	0,019	0,026	0,36	0,51	0,71
0,03	0,03	0,03	0,04	0,04	0,04	0,05	0,06	0,07	0,08	0,09	0,11	0,13	0,16	0,16	0,27	0,36	0,48	0,64	0,81
0,04	0,04	0,04	0,05	0,05	0,06	0,07	0,08	0,09	0,1	0,12	0,15	0,18	0,22	0,22	0,34	0,44	0,57	0,72	0,86
0,05	0,05	0,05	0,06	0,07	0,07	0,08	0,1	0,11	0,13	0,15	0,18	0,22	0,26	0,21	0,41	0,51	0,64	0,79	0,9
0,06	0,06	0,06	0,07	0,08	0,09	0,1	0,12	0,13	0,15	0,18	0,21	0,26	0,31	0,27	0,47	0,58	0,7	0,83	0,92
0,08	0,08	0,08	0,09	0,11	0,12	0,13	0,15	0,17	0,2	0,24	0,28	0,ЗЗ	0,4	0,33	0,57	0,68	0,79	0,89	0,94
0,1	0,09	0,1	0,12	0,13	0,15	0,17	0,19	0,22	0,25	0,29	0,34	0,4	0,47	0,38	0,66	0,7	0,85	0,92	0,95
0,15	0,14	0,16	0,17	0,2	0,23	0,25	0,28	0,32	0,37	0,42	0,48	0,56	0,67	0,48	0,8	0,88	0,93	0,95
0,2	0,19	0,21	0,23	0,26	0,29	0,33	0,37	0,42	0,47	0,54	0,64	0,69	0,76	0,56	0,89	0,93	0,95
0,25	0,24	0,26	0,29	0,3	0,36	0,41	0,45	0,51	0,57	0,64	0,71	0,78	0,85	0,72	0,83	0,95
0,3	0,29	0,32	0,35	0,39	0,43	0,48	0,53	0,6	0,66	0,73	0,8	0,86	0,9	0,84	0,95
0,35	0,33	0,37	0,41	0,45	0,5	0,56	0,67	0,68	0,74	0,81	0,86	0,91	0,94	0,95
0,4	0,38	0,42	0,47	0,52	0,57	0,63	0,69	0,75	0,81	0,86	0,91	0,93	0,95
0,45	0,43	0,47	0,52	0,58	0,64	0,7	0,76	0,81	0,87	0,91	0,93	0,95
0,5	0,48	0,53	0,58	0,64	0,7	0,76	0,82	0,89	0,91	0,94	0,95
0,55	0,52	0,57	0,63	0,69	0,75	0,82	0,87	0,91	0,94	0,95
0,6	0,57	0,63	0,69	0,75	0,81	0,87	0,91	0,94	0,95
0,65	0,62	0,68	0,74	0,81	0,86	0,91	0,94	0,95
0,7	0,66	0,73	0,8	0,86	0,9	0,94	0,95
0,75	0,71	0,78	0,85	0,9	0,93	0,95
0,8	0,76	0,83	0,89	0,94	0,95
0,85	0,8	0,88	0,94	0,95
0,9	0,85	0,92	0,95
	0,95

В курсовом проекте по методу упорядоченных диаграмм рассчитываются мощности P_p, Q_p, S_p групп электроприемников Цеха по формулам (3), (8), (11) соответственно:

- реактивная мощность, квар:

 

(8)

где (9)

К _М.Р. – коэффициент максимума реактивной мощности, принимаем 1,1 при , или , , во всех остальных случаях принимаем 1

 

аналогично высчитывается и :

, (10)

- полная мощность, кВА:

 

(11)

 

А так же по значению полной мощности определяется значение рабочего тока линии I_p как отдельного электроприбора, так и СП в целом, А:

 

(12)

где U_н – номинальное напряжение, В

 

Отметим, что средние нагрузки определяются только для СП, а расчетные так же и для конкретных потребителей.

Расчетная реактивная мощность при известной величине Р_р, квар:

(13)

где tgφ – коэффициент реактивной мощности, соответствующий заданному cosφ.

 

Следует помнить, что, если имеются электроприемники с указанной продолжительностью включения (ПВ), расчетная мощность данного потребителя будет рассчитываться по формуле, кВт:

 

(14)

 

Полученные результаты представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Расчетные нагрузки электроприемников цеха

Наименование РУ и электроприемников

Рном, кВт

n

∑Рном, кВт

nэ

Ки

cosφ

tgφ

m

Средние нагрузки

Расчетные нагрузки

Рс, кВт

Qc, квар

nэ

Км.а.

Км.р.

Рр, кВт

Qр, квар

Sр, кВ∙А

Iр, А

…

СП-1

…

СП-2

Всего на шинах НН

 

К потребителям электроэнергии относятся не только электрооборудование цеха, но и освещение

Расчетная активная мощность приемников освещения цеха также определяется по методу коэффициента спроса, кВт:

(15)

где К_с.о – коэффициент спроса приемников освещения;

К_пр.а – коэффициент, учитывающий потери мощности в пускорегулирующей аппаратуре,

Р_ном.о – суммарная номинальная мощность приемников освещения, кВт, определяемая по выражению:

(16)

где Р_уд.о – удельная установленная мощность осветительных приемников (ламп) на 1 м² освещаемой площади цеха, кВт/м²;

F_ц – площадь пола цеха по генплану, м².

 

Газоразрядные лампы (люминесцентные, ДРЛ) используются на предприятии как основные источники света. Для них реактивная мощность определяется по выражению, квар:

 

(17)

где – коэффициент реактивной мощности электроприемников освещения.

 

В курсовом проекте выбирается тип источников света для цеха. Выбор количества и схемы размещения ламп не требуется.

Полная расчетная мощность электроприемников низкого напряжения цеха, по которой выбирают шинопроводы, кабели, электрические аппараты:

 

(18)

 

Потери активной Δ Р_л и реактивной Δ Q_л мощностей в кабелях РС ВН в предварительных расчетах не учитываем в виду их малости.

Т.к. на данном этапе трансформаторы еще не выбраны, то потери мощности в них приближенно определяют по формулам:

кВт, (19)

квар, (20)

 

3 ВЫБОР ЧИСЛА И МОЩНОСТИ ЦЕХОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

 

3.1 Принцип выбора мощности цеховых трансформаторов

 

Ориентировочно этот выбор может производиться по удельной плотности нагрузки:

 

кВ∙А/м², (21)

где S_см – полная расчетная нагрузка (среднее значение) цеха, кВ∙А;

(22)

F_ц – площадь цеха по генплану, м².

 

При этом полагаем, что электроприемники равномерно распределены по площади цеха.

В зависимости от полученных значений σ_уд принимаем экономически целесообразные значения номинальной мощности трансформаторов S_ном.

 

3.2 Выбор числа цеховых трансформаторов

При выбранной единичной мощности цеховых трансформаторов число их в целом по предприятию зависит от степени компенсации реактивной мощности в сетях напряжением ниже 1000 В и допустимых перегрузок в нормальном и послеаварийном режимах.

К сетям НН подключается большое число потребителей реактивной мощности (РМ). Источниками РМ в этих сетях являются синхронные двигатели и конденсаторные батареи, а недостающая часть покрывается перетоком РМ из сети ВН 10 кВ. Этот переток экономически целесообразно осуществлять только в пределах загрузки трансформаторов, не превышающего принятого в ГОСТе нормативного коэффициента загрузки β_норм.т, т.к. трансформаторы стоят дороже, чем конденсаторы. В этом случае выбор числа цеховых трансформаторов напряжением 10 кВ и оптимальной мощности конденсаторных батарей напряжением ниже 1000 В производится одновременно.

Предварительно принимаем минимально возможное число N ₀ цеховых трансформаторов, исходя из предположения, что в сети НН будет осуществлена полная компенсация РМ, т.е. до cosφ_нн = 1, а, следовательно, S_см = Р_см:

 

(23)

где Р_см – средняя суммарная активная мощность приемников цеха за наиболее загруженную смену с учетом освещения, кВт;

β_норм.т – нормативный коэффициент загрузки цеховых ТП. Значение коэффициента загрузки определяется из условия взаимного резервирования трансформаторов в послеаварийном режиме с учетом допустимой перегрузки оставшегося в работе трансформатора.

 

β_норм.т = 0,65-0,7 – для преобладающих приемников 1-й категории;

β_норм.т = 0,7-0,8 – для преобладающих приемников 2-й категории;

β_норм.т = 0,9-0,95 – для преобладающих приемников 3-й категории.

Выбор числа трансформаторов цеховых ТП можно производить и исходя из категории потребителей: для 1-й и 2-й категории принимают двухтрансформаторные ТП (это производственные помещения). Однострансформаторные ТП используют, для приемников 3-й категории (КПП, склады, административные и бытовые помещения).

 

4 КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ (КРМ) В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ

 

Для выбора компенсирующего устройства (КУ) необходимо знать расчетную реактивную мощность КУ, тип компенсирующего устройства, напряжение КУ.

Расчетную реактивную мощность КУ можно определить из соотношения:

 

(24)

где - расчетная мощность КУ, квар;

α – коэффициент, учитывающий повышение cosφ естественным способом, принимается α = 0,9;

, - коэффициенты реактивной мощности до и после компенсации.

 

Компенсацию реактивной мощности по опыту эксплуатации производят до получения задавшись из этого промежутка, определяют .

По полученному значению выбирают компенсирующие устройства из стандартного ряда с мощностью наиболее близкой к расчетной.

Составляем сводную ведомость нагрузок.

 

Таблица 4 – Сводная ведомость нагрузок

№ п/п	Наименование	cosφ	tgφ	Pр, кВт	Qр, кВт	Sр, кВ∙A
	Итого на стороне НН без КУ
	Мощность КУ
	Итого на стороне НН с КУ
	Потери в трансформаторе
	Итого на стороне ВН

 

 

5 ВЫБОР СХЕМЫ ЦЕХОВОЙ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ НАПРЯЖЕНИЕМ 0,4 КВ

 

5.1 Выбор внутрицеховой сети

 

При выборе схемы цеховой сети необходимо отдавать предпочтение магистральным схемам, дающим возможность отказа от громоздкого и дорогого распределительного устройства или щита. Сеть, выполненная по схеме блока "трансформатор-магистраль" о использованием комплект­ных магистральных и распределительных шинопроводов, обладает вы­сокой надежностью и гибкостью.

Троллейные линии подключаются, как правило, к главным питающим магистралям или к шинам КТП. К питающим магистралям могут быть подключены отдельные, в основном мощные, электроприемники. Радиальные схемы питаниях сетей с распределительными устройствами или щитами применяются при наличии нескольких мощных потребителей, не связанных единим технологическим процессом или удаленных друг от друга настолько, что питание их по магистральной схеме нецелесообразно. Радиальные схемы находят применение в цехах с агрессивной или взрывоопасной средой. При этом все коммутационные аппараты рас­полагаются в отдельных изолированных помещениях.

Цеховые сети выполняются шинопроводами, кабельными линиями и электропроводками. Определяющими факторами при выборе конструктив­ного исполнения сети являются: номинальный ток и напряжение электроприемников и их групп, расстояние от точки питания, условия окружающей среды, степень возгораемости строительных материалов и конструкций цеха.

Конструирование распределительной сети необходимо вести с учетом возможного числа присоединений к шкафу или шинопроводу (же­лательно предусмотреть в шкафах 10...15%-ный резерв), типа и номинальных параметров защитной аппаратуры, установленной в шкафах (номинальные токи предохранителей или автоматов). Следовательно, чтобы правильно выбрать необходимый номер схемы распределительного шкафа, необходимо рассчитать и выбрать аппараты защиты для всех электроприемников.

 

5.2 Выбор кабельных линий

 

Сечение проводов и жил кабелей цеховой сети выбираем по нагреву длительным расчетным током:

Ток в линиях находим по формуле, А:

 

, (25)

где S_р – нагрузка на кабель.

 

Во всех случаях для проводника выбранной марки и сечения долж­но выполняться условие допустимого нагрева его расчетным током

I _доп I _р . (26)

где I _р – расчетный ток линии, А

 

Коэффициент загрузки линии:

 

К_з= I _р/ I _доп (27)

 

Определим нестандартное сечение провода, мм²:

, (28)

где j_э – экономическая плотность тока, j_э = 1,4 А/мм².

 

Проверка кабелей на падение напряжения производится по формуле:

(29)

Допустимое отклонение напряжения на конце кабеля – 5%.

Таблица 5 – Выбор кабелей в цехе
Участок	Iр, A	Iдоп, A	L, м	Кз	Способ прокладки	Марка кабеля	Сечение кабеля	Потери напряжения
По Fэк	По нагреву	Принято
…

6 ВЫБОР АВТОМАТИЧЕСКИХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ

Определяем номинальный ток двигателя, А:

(30)

где Р_ном – номинальная мощность двигателя, кВт,

– номинальное линейное напряжение обмотки статора, кВ;

_ном – номинальный коэффициент мощности двигателя;

– номинальный КПД двигателя.

 

Определяем пиковые нагрузки ответвлений к дви­гателям.

В качестве пиковой нагрузки от одного асинхронного двигателя принимают его пусковой ток, А:

 

I _пик = I _{пуск.дв} = i _п I _ном.дв, (31)

где I _{пуск.дв} – пусковой ток двигателя. А;

I _ном.дв – номинальный ток двигателя, А;

i _п – кратность пускового тока двигателя по отношению к номинальному.

Выполняем выбор выключателей исходя из следующих условий:

1. Номинальное напряжение выключателя должно соответствовать номи­нальному напряжению сети, В:

 

U _ном.в U _ном.с, (32)

где U _ном.в – номинальное напряжение выключателя, В;

U _ном.с – номинальное напряжение сети, В.

2. Номинальный ток выключателя должен быть равен или превышать рас­четный ток ответвления, А:

I _ном.в I _р , (33)

где I _ном.в – номинальный ток выключателя, А;

I _р – расчетный ток ответвления, А.

 

3. Номинальный ток расцепителя должен быть равен или превышать рас­четный ток ответвления

I _ном.р I _р , (34)

 

4. Ток срабатывания электромагнитного расцепителя должен превышать пусковой ток защищаемого двигателя

I _{ср. э} k _н.о I _{пуск.дв} , (35)

где I _{ср. э} – ток срабатывания электромагнитного расцепителя. А;

k _н.о– коэффициент надежности отстройки электромагнитного расцепителя от пускового тока двигателя (для выключателей серии ВА k _н.о =2,1).

 

5. Ток срабатывания теплового расцепителя должен превышать номинальный ток двигателя

I _ср.т =(1,2 1,4) I _ном.дв , (36)

где I _ср.т – ток срабатывания теплового расцепителя. А;

I _ном.дв – номинальный ток двигателя, А.

 

Для выключателей питания распределительных щитов помимо усло­вий, изложенных выше, учитываем дополнительные условия:

Несрабатывание токовой отсечки при полной нагрузке щита и пуске наиболее мощного электродвигателя, А:

I _{ср. о} k _н.о I _пик , (37)

где I _{ср. о} – ток срабатывания отсечки выключателя, А;

k _н.о– коэффициент надежности отстройки (для выключателей с полупроводниковым расцепителем серии ВА k _н.о= 1,5).

I _пик – пиковой ток линии, А:

I _пик = I _п.нб + I _М – I _н.нб, (38)

где I _п.нб – пусковой ток наибольшего двигателя в группе, А;

I _М – максимальный ток на группу, А;

I _н.нб – номинальный ток наибольшего двигателя в группе, А

 

Результаты оформляются в виде таблице:

Таблица 6 - Выбор автоматических выключателей в цехе

Участок	Расчетные данные	Автоматический выключатель
IР, А	Iпик, А (пусковой ток)	Тип	Iном.в., А	Iном.р., А	Iср.э., А	Iср.т., А
…

 

 

7 РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

 

В курсовом проекте расчет токов КЗ производим в 2 точках:

1) на шинах РУ НН трансформатора Цеха;

2) на конце линии самого мощного потребителя Цеха.

Расчет токов КЗ производим в именованных единицах. При этом параметры схемы замещения приводим к ступени напряжения сети, на которой находится расчетная точка КЗ (точка К2), а активные и индуктивные сопротивления всех элементов выражаем в мОм. При этом коэффициенты трансформации всех трансформаторов принимают равными отношению средних номинальных напряжений сетей, которые связывают эти трансформаторы.

В тех случаях, когда РС предприятия питается от энергосистемы через трансформаторы ГПП, обычно выполняется условие неизменности действующего значения периодической составляющей тока КЗ от системы, кА:

(39)

где U_ср.н – номинальное напряжение сети, в которой произошло КЗ, В;

– полное результирующее сопротивление одной фазы короткозамкнутой цепи, мОм (расчетная и схема замещения цепи представлены на рис. 5).

Рисунок 1 – Схема замещения лини до точки КЗ.

 

На величину тока КЗ оказывают влияние только асинхронные двигатели мощностью более 100 кВт, если составляющей тока КЗ от АД можно пренебречь, то общий ток КЗ будет равен току КЗ от системы:

(40)

 

– результирующие активное и индуктивное сопротивления короткозамкнутой цепи, мОм:

(41)

где R_т и Х_т – сопротивления трансформаторов, приведенные к ступени НН, мОм;

R_вк и Х_вк – сопротивления автоматического выключателя (табл. XII [5]), мОм;

R_л и Х_л – сопротивления линий, мОм;

 

Х_и – сопротивление эквивалентного источника питания, мОм:

, (42)

 

Сопротивления ВЛ, мОм:

, (43)

, (44)

 

Сопротивления трансформатора, мОм:

, (45)

, (46)

 

Тогда вычисляем результирующие сопротивления, мОм:

; ; , (47)

 

– действующее значение периодической составляющей тока КЗ, кА:

, (48)

 

– наибольшее начальное значение апериодической составляющей тока КЗ, кА:

, (49)

 

– значение апериодической составляющей тока КЗ в произвольный момент определяется по формуле, кА:

(50)

 

где Т_а – постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ, с:

 

, (51)

где Х_рез и R_рез – суммарные реактивное и активное сопротивления до точки к.з.

 

– определяем ударный ток КЗ, кА:

 

(52)

где К_уд – ударный коэффициент:

 

(53)

 

 

8 ПРОВЕРКА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ И ПРОВОДНИКОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ ПО УСЛОВИЯМ КЗ

 

Проверке подлежат:

– вводной выключатель в РУ ГПП;

– линия 6-10 кВ одного присоединения (на термическую стойкость).

 

8.1 Проверка выключателей

 

а) При проверке коммутационной (отключающей) способности учитывается изменение периодической и апериодической составляющих тока КЗ за расчетное время отключения выключателя t_откл. В первую очередь производится проверка на отключение периодической составляющей:

(54)

где I_{откл.ном} – номинальный ток отключения.

 

Затем проверяется возможность отключения апериодической составляющей. При этом она не должна превышать своего номинального значения i_а.ном:

(55)

где , кА;

 

б) Условие проверки на термическую стойкость зависит от соотношения между расчетной продолжительностью КЗ t_откл = 0,08 с и предельно допустимым временем t_терм = 4 с воздействия нормированного тока термической стойкости I_терм = 16,5 кА на выключатель. Т.к. t_откл < t_терм, то условие проверки имеет вид:

(56)

где В_к – интеграл Джоуля с пределами интегрирования 0 и t_откл:

, кА²∙с; (57)

 

в) Электродинамическая стойкость выключателя будет обеспечена, если выполняются условия:

и (58)

где i_пр.скв – наибольший пик предельного сквозного тока;

I_пр.скв – начальное действующее значение периодической составляющей предельного сквозного тока.

 

8.2 Проверка кабельной линии на термическую стойкость

 

Данная проверка сводится к выполнению условия:

(59)

где F – площадь выбранных кабелей, мм²;

 

F _{min КЗ} – минимальная площадь сечения, допустимая по условию термической стойкости, мм²;

(60)

где с_т = 85 А∙с^1/2/мм² – коэффициент для кабелей с бумажной пропитанной изоляцией;

– интеграл Джоуля.

 

9 РАСЧЕТ ЗАЗЕМЛЯЮЩЕГО УСТРОЙСТВА

 

Защитное заземление — преднамеренное электриче­ское соединение с землей или се эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряже­нием вследствие замыкания на корпус* и по другим причинам (индуктивное влияние соседних токоведущих частей, вынос по­тенциала, разряд молнии и т. п.).

Эквивалентом земли может быть вода реки или моря, ка­менный уголь в коренном залегании и т. п.

Назначение защитного заземления — устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу электро­установки и другим нетоковедущим металлическим частям, оказавшимся под напряжением вследствие замыкания на кор­пус и по другим причинам.

Защитное заземление следует отличать от рабочего заземле­ния и заземления молниезащиты.

Рабочее заземление — преднамеренное соединение с землей отдельных точек электрической пени, например нейтральных точек обмоток генераторов, силовых и измери­тельных трансформаторов, дугогасящих аппаратов, реакторов поперечной компенсации в дальних линиях электропередачи, а также фазы при использовании земли в качестве фазного или обратного провода. Рабочее заземление предназначено для обеспечения надлежащей работы электроустановки в нор­мальных или аварийных условиях и осуществляется непосред­ственно (т. е путем соединения проводником заземляемых ча­стей с заземлителем) или через специальные аппараты — про­бивные предохранители, разрядники, резисторы и т. п.

Рассчитать заземляющее устройство (ЗУ) в электроустановках с изолированной нейтралью – это значит:

- опреде