М.П. Латышев Электрооборудование промышленных установок

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КУЗБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ГОРНЫХ И ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ УСТАНОВОК

Программа, методические указания и контрольные задания для студентов заочного обучения специальности 180400 “Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов”

Составитель М.П. ЛАТЫШЕВ

Утверждены на заседании кафедры Протокол № 2 от 4.11.99 Рекомендованы к печати учебно-методической комиссией по специальности 180400 Протокол № 3 от 27.03.2000 Электронная копия находится в библиотеке главного корпуса КузГТУ

Кемерово 2000

1

ВВЕДЕНИЕ

Курс “Электрооборудование промышленных установок” базируется на дисциплинах “Теоритические основы электротехники”, “Электрические машины”, “Основы электроснабжения” и др.

В данном курсе изучают устройства и принцип действия электрооборудования промышленных установок, как низковольтных, так и высоковольтных.

Но большее внимание уделяют расчету, выбору и проверке многих элементов системы электроснабжения, обеспечивающих нормальную работу промышленных установок различных производств.

Курс содержит выбор сечений проводов и кабелей, мощности и типа силового трансформатора, расчет токов короткого замыкания, выбор и проверку коммутационно-защитных аппаратов, плавких вставок и уставок, максимально-токовых защит и ряд других расчетов.

В данных методических указаниях представлены разделы по изучению систем электроснабжения повышенной частоты и электроснабжения электрифицированного транспорта.

Рабочая программа составлена на основе типовой и с учетом опыта преподавания данного курса на кафедре электроснабжения горных и промышленных предприятий.

С учетом особенностей обучения студентов-заочников, предложена основная литература, где сосредоточен основной материал изучаемого курса. Некоторые разделы курса целесообразно изучать по дополнительной литературе.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ РАЗДЕЛЫ

Тема 1.1. Выбор сечений проводов и кабелей

Факторы, по которым производят выбор сечений проводов и жил кабелей. Выбор сечений по нагреву расчетным током, по таблицам допустимых нагрузок согласно ПУЭ. Выбор сечений по нагреву током КЗ. Выбор сечений по экономическим факторам. Выбор по экономической плотности тока. Выбор сечений по потере напряжения. Расчет проводов воздушных ЛЭП на механическую прочность.

[1, c.264 - 274; 1, c.461 - 518; 15, c.12 - 42].

2

Контрольные вопросы

1. По каким факторам необходимо выбирать сечения проводов и жил кабелей?

2.Как производить выбор сечений по таблицам допустимых нагрузок ( по нагреву)?

3.Как производить выбор сечений по экономической плотности

тока?

4.Как производить выбор сечений по потере напряжения?

Тема 1.2. Расчет электрических сетей

Общие положения. Расчет разомкнутых сетей. Расчет замкнутых сетей. Выбор типов изоляторов и арматуры. Расчет опор. Провода и тросы.

Кабельные линии. Выбор сечений жил кабелей по нагреву, экономической плотности и условиям КЗ. Выбор марок кабелей по условиям прокладки. Марки кабелей. Соединительные муфты.

Шинопроводы. Определение сопротивлений шинопроводов. Потери мощности и напряжения в шинопроводах. Выбор сечения шинопровода. Проверка шинопроводов на термическую и электродинамическую стойкость. Расчет шинопроводов на механическую стойкость.

[1, с.461-518].

Контрольные вопросы

1. Какая разница между понятиями “потеря” и “падение” напряжения?

2.Как осуществляется расчет ЛЭП по потере напряжения?

3.Как производить расчет воздушных линий на механическую прочность?

4.Какие типы изоляторов применяют на воздушных ЛЭП?

5.Назовите основные типы высоковольтных кабелей?

6.Какие факторы учитывают при выборе сечения жил кабеля?

3

Контрольная работа по темам 1.1, 1.2.

Задача 1

Произведите проверочный расчет сечений высоковольтной сети предприятия различными методами. Результаты расчетов сведите в табл. 1.1. На схеме и в таблице необходимо строго соблюдать нумерацию кабелей.

Таблица 1.1. Определение сечений кабелей и воздушных ЛЭП

Методические указания

Перед выбором сечений проводов и кабелей необходимо определить расчетный ток нагрузки, который будет передаваться по линиям.

Тема 1.3. Токи короткого замыкания

Причины возникновения токов КЗ. Виды КЗ. Переходные процессы при КЗ в сети, питающейся от источника неограниченной мощности, и в сети, питающейся от источника ограниченной мощности. Влияние на переходный процесс момента КЗ, индуктивности схемы и возбуждения генераторов. Периодическая и апериодическая составляющие токов КЗ. Ударный ток. Ударный коэффициент. Цель расчета токов КЗ. Допущения, принимаемые при расчетах токов КЗ. Суть и методы расчета токов КЗ. Порядок и методика расчетов токов КЗ. Расчетная схема электроснабжения. Определение сопротивлений элементов системы электроснабжения. Схема замещения. Приведение сопротивлений к базисному напряжению и к базисной мощности. Преобразование сопротивлений в схеме замещения. Учет и преобразование источников питания. Правила учета электродвигателей как источников питания. Определение токов КЗ по формулам и по рас-

4

четным кривым. Расчет несимметричных токов КЗ. Термическое и электродинамическое действие токов КЗ. Средства и способы ограничения токов КЗ.

[1, c.127-162; 27, c.1-28; ГОСТ 28249-93].

Методические указания

Данный раздел является весьма важным для понимания переходных процессов, происходящих в системах электроснабжения при возникновении коротких замыканий. Необходимо хорошо овладеть методикой расчета токов КЗ как высоковольтных, так и низковольтных систем электроснабжения. Результаты расчетов токов КЗ необходимы для правильного выбора электрооборудования и настройки релейных защит.

Контрольные вопросы

1. Перечислите основные причины возникновения токов КЗ.

2.Какие бывают виды КЗ?

3.Чем отличаются переходные процессы при возникновении КЗ

вэлектрически удаленной сети и вблизи генераторов?

4.Перечислите основные методы расчета токов КЗ.

5.Чем отличается метод расчета токов КЗ в именованных единицах от метода расчета в относительных базисных единицах?

6.В каких случаях определение токов КЗ ведут по расчетным кривым?

7.Чем отличается расчет токов КЗ в электрических сетях до 1000 В.?

8.В чем суть расчета несимметричных токов КЗ?

9.Какими способами производят ограничение токов КЗ?

Контрольная работа по теме 1.3.

Задача 2

В высоковольтной схеме электроснабжения вашего предприятия определите трехфазные токи КЗ на шинах ГПП, ЦРП, ЦПП, РПП и на выходе других КРУ. Результаты расчетов сведите в табл. 1.2.

Проверьте высоковольтные КРУ на электродинамическую и термическую устойчивость.

5

Подтвердите или отвергните расчетами необходимость установки (или уже установленного) реактора.

Методические указания

Приведенное сопротивление питающей сети можно определить по формуле, Ом

Сопротивления высоковольтных кабелей до точки КЗ:

Rрез, Хрез, Zрез - результирующее активное, индуктивное и полное сопротивления схемы до точки КЗ;

Т = Хрез/314 Rрез - постоянная затухания апериодической составляю-

Результирующее сопротивление можно определять в именованных или относительных базовых единицах.

Режим работы секционных выключателей необходимо выяснить у энергетика предприятия.

Ударные значения тока КЗ необходимо определять с учетом подпитки мощными высоковольтными электродвигателями.

6

Допустимые значения термической и электродинамической устойчивости необходимо определить по справочнику для соответствующего оборудования.

На термическую устойчивость необходимо проверять по тепловому импульсу. Результаты проверки представьте в виде таблицы, разработанной вами. Номера точек КЗ должны быть указаны на расчетной схеме.

Задача 3

Определите двухфазные токи КЗ в схеме электроснабжения в наиболее удаленных точках от соответствующих КРУ. Результаты расчетов сведите в табл. 1.3.

Методические указания

Двухфазный ток КЗ определяют для проверки установок максимальных защит КРУ, на возможность их срабатывания от наименьших возможных токов. Поэтому определение двухфазных токов необходимо производить при условиях, снижающих их значение. При напряжении, равном 0,95Uн, сопротивлении сети при температуре +650 С целесообразно учитывать переходные сопротивления контактов, сопротивления первичных обмоток трансформаторов, электрической дуги.

Точка КЗ должна быть в наиболее удаленном месте сети от КРУ, защиту которого будут проверять по току в этой точке, поэтому необходимо четко соблюдать нумерацию точек КЗ и КРУ на расчетной схеме и в табл. 1.3.

Тема 1.4. Выбор электрических аппаратов

Общие положения. Выбор по номинальному напряжению и номинальному току. Проверка на электродинамическую и термическую стойкость. Определение приведенного времени. Выбор и проверка

7

высоковольтных выключателей, предохранителей, выключателей нагрузки, разъединителей, изоляторов, шин, реакторов, измерительных трансформаторов тока и напряжения.

[1, c.164-184; 3, c.390-394].

Контрольные вопросы

1. По каким факторам выбирают и проверяют электрические аппараты?

2.Как производят выбор токоограничивающих реакторов?

3.Как проверяют и выбирают шины?

Контрольная работа по теме 1.4.

Задача 4

Произведите выбор и проверку электрооборудования в схеме электроснабжения предприятия: КРУ, разъединителей, отделителей, короткозамыкателей, шин, реакторов, трнсформаторов тока и измерительных трансформаторов напряжения на ГПП и взрывоопасных КРУ на ЦПП и РПП-6. Необходимо выбрать только новое современное оборудование. Результаты выбора представить в виде табл.1.4.

Таблица 1.4

Выбор высоковольтного оборудования

Тема 1.5. Выбор числа и мощности силовых трансформаторов

Общие положения по выбору числа трансформаторов.Выбор мощности силовых трансформаторов и их проверка на перегрузочную способность. Шкала стандартных мощностей силовых трансформато-

8

ров. Расчет трехобмоточных трансформаторов и трансформаторов с расщепленной вторичной обмоткой. Общие выводы по выбору числа и мощности силовых трансформаторов.

[3, с.132-145; 1, с.22-86; ГОСТ 14209-85 - трансформаторы силовые масляные общего назначения].

Контрольные вопросы

1. Какие существуют методы для выбора мощности трансформатора?

2.Какими факторами определяется перегрузочная способность трансформатора?

3.Перечислите основные типы и номинальные мощности трансформаторов?

Контрольная работа по теме 1.5.

Задача 5

Произвести выбор числа и мощности силовых трансформаторов для питания вашего предприятия.

Тема 1.6. Виды защит электроустановок

Классификация видов защит. Основные требования, предъявляемые к релейным защитам. Параметры, характеризующие реле. Максимально токовые защиты для защиты от токов короткого замыкания. Защиты от перегрузок. Защиты от понижения напряжения. Защиты от обрыва фаз. Защиты, применяемые в цепях управления коммутационно защитных аппаратов.

Назначение, требования, основные параметры. Трансформаторы тока в схемах релейной защиты. Трансформаторы напряжения в схемах релейной защиты. Максимальная токовая защита МТЗ. Токовая отсечка. Токовые направленные защиты. Дифференциальные защиты. Защита линий от однофазных замыканий на землю. Защита силовых трансформаторов. Защита высоковольтных электродвигателей. Защита конденсаторных батарей.

[28, с.3-68; 16, с.102-158; 177-225; 273-340].

9

Контрольные вопросы

1.Как защищают низковольтные установки от токов КЗ и от перегрузок?

2.Для чего предназначены минимальные и нулевые защиты?

3.Какие защиты применяют в цепях управления?

4.Какими факторами определяются токовая и угловая погреш ности трансформаторов тока и напряжения?

5.Какие могут быть схемы соединения трансформаторов тока и напряжения?

6.Чем отличается защита МТЗ от токовой отсечки?

7.В каких условиях применяют направленные и дифференциальные токовые защиты?

8.Какие защиты применяют от однофазных замыканий на землю

всетях с изолированной нейтралью?

9.Какие виды защит применяют для высоковольтных электродвигателей и трансформаторов?

Контрольная работа по теме 1.6.

Задача 6

Произвести выбор защит трансформаторов, питающих линий, высоковольтных электродвигателей, конденсаторных установок и другого оборудования в схеме электроснабжения предприятия. Привести их электрические схемы и дать краткое описание. Произвести выбор установок максимальных защит и их проверку по наименьшим токам двухфазного КЗ. Результаты выбора и проверки уставок представить в виде таблицы, разработанной вами.

Тема 1.7. Молниезащита сооружений и электроустановок

Молниезащита подстанций. Молниезащита воздушных линий. Рекомендуемые схемы молниезащиты. Требования к устройствам молниезащиты. Защита вращающихся электрических машин. Защита от внутренних перенапряжений. Защита зданий и сооружений молниеотводами.

[1, с.106-126; 15, с.402-422].