Электроснабжение промышленных предприятий Абрамова Е.Я

При расчёте троллеев следует учитывать, что для кранов малой грузоподъёмности с короткозамкнутыми двигателями, коэффициент мощности

cosφ=0,45-0,5 и для кранов большой грузоподъёмности с двигателем с фазным ротором cosφ=0,6.

При питании от одной троллейной линии двух кранов, расчётную длину троллеев получают, умножая длину троллейной линии на 0,8, трёх кранов – на 0,7, учитывая малую вероятность работу кранов в конце линии.

Пример расчёта троллейных линий приведён в приложении А.

2.2.2 Расчёт шинопроводов

Шинопроводы выбираются по назначению (магистральный, распределительный), по исполнению (по степени защиты), по нагреву расчётным током.

Iном ≥ Iрасч .

Проверка шинопроводов производится:

по электродинамической устойчивости к токам КЗ в начале шинопровода:

iуд.доп .> iуд.

по потере напряжения:

∆Uдоп > ∆Uшинопр

	∆Uшинопр =	3 I расч l 100	(rуд cosϕ + xуд sinϕ) , %
		U ном

где Iрасч – расчётный ток шинопровода, А; l – длина шинопровода, м;

rуд xуд – соответственно активное и индуктивное сопротивления шинопровода.

Пример расчёта шинопровода приведён в приложении А.

2.2.3 Выбор сечений проводов и жил кабелей

Сечения проводов и жил кабелей цеховой сети выбирают по: нагреву длительным расчётным током

I расч ≤ kп Iдоп ,

(12)

где kп – поправочный коэффициент на условия прокладки проводов и кабелей;

Iрасч – расчётный ток линии, А;

Iдоп – длительно допустимый ток проводника, А.

по условию соответствия выбранному защитному устройству

kп Iдоп ≥ kзащ Iз ,

(13)

где kзащ – коэффициент защиты, представляющий собой отношение длительного тока для провода или жил кабеля к параметру защитного устройства (таблица В1);

Iз – параметр защитного устройства (ток срабатывания, номинальный ток).

Выбранные сечения проводов согласно ПУЭ по допустимой потере напряжения не проверяются ввиду малой протяжённости.

2.2.4 Выбор распределительных шкафов и пунктов

Для приёма и распределения электроэнергии к группам потребителей трёхфазного тока промышленной частоты напряжением 380 В применяют силовые распределительные шкафы и пункты.

Для цехов с нормальными условиями окружающей среды выбирают шкафы серии СП-62, ШРС и ШР-11, ПР-8500, ПР-8701 защищённого исполнения, а для пыльных и влажных - шкафы серии СПУ-62 и ШРС закрытого исполнения. Шкафы могут иметь на вводе рубильники или автоматы, а на выводах предохранители или автоматы. Основные технические данные приведены в справочной литературе /3,12,13/. Основные типы предохранителей, которыми комплектуются силовые шкафы: ПН-2 или НПН-2, автоматы – АЕ, ВА, А-3700. Существуют схемы выполнения пунктов с различным числом линейных автоматических выключателей с вводным автоматическим выключателем или без него.

По способу установки пункты изготавливают навесными, стоячими, защищёнными с уплотнением, утопленными защищёнными.

Силовые пункты и шкафы выбирают с учётом окружающей среды, числа подключаемых приемников электроэнергии к силовому пункту и их расчётной нагрузки (расчётный ток группы приёмников, подключаемых к силовому пунк-

ту, должен быть не больше номинального тока пункта Iрасч ≤ Iном).

3 Расчёт токов короткого замыкания

Расчёт токов К З в настоящем курсовом проекте должен проводиться как на стороне выше 1000 В, так и на низкой стороне.

3.1 Расчёт токов короткого замыкания в установках выше 1000 В

Этот расчёт необходим для проверки питающего кабеля на термическую стойкость, а также для проверки аппаратов ВН, выбираемых в шкафу ввода на высокой стороне (разъединителей, предохранителей, выключателей нагрузки). Все расчёты должны вестись в соответствии с /5/.

На стороне ВН рассчитывается ток трёхфазного короткого замыкания в одной или в двух точках (К1 и К2) в зависимости от принятой схемы подключения ЦТП (см. рисунок 4).

а) – расчетная схема; б) – схема замещения.

Рисунок 4 – Схема для расчета токов короткого замыкания на стороне ВН

Если принято глухое подключение ЦТП, то КЗ считается только для точки К1, если во вводном шкафу ВН установлен какой-либо аппарат (силовой выключатель, выключатель нагрузки, разъединитель), то они должны быть проверены по току КЗ в точке К2.

При составлении эквивалентных схем замещения параметры элементов схемы следует приводить к той ступени напряжения сети, на которой находится точка КЗ.

При расчёте токов КЗ в электроустановках, получающих питание непосредственно от сети энергосистемы (см. дополнительные исходные данные по

вариантам), допускается считать, что понижающие трансформаторы подключены к источнику неизменного по амплитуде напряжения через эквивалентное

сопротивление системы Xс и сопротивление кабельной линии, соединяющей ЦТП с источником питания. В зависимости от того, как эта система представлена в задании, сопротивление её рассчитывается по одной из следующих формул:

1) если задано сопротивление системы, приведённое к базисным услови-

ям:

X*c = X*c(б) ;

(14)

2) если задан ток КЗ на шинах источника питания, Iкп(3)0 :

	X	*с(б)	=	Iб		(15)
				(3)
				Iкп	0

3) если задана мощность КЗ на шинах ИП:

	X	*с(б)	=	Sб	(16)
				(3)
				Sкпо

Примеры расчета токов КЗ приведены в приложении Г.

3.2 Расчет токов короткого замыкания в установках до 1000 В

При расчетах токов КЗ в электроустановках до 1 кВ необходимо учитывать:

1)индуктивные сопротивления всех элементов короткозамкнутой цепи, включая силовые трансформаторы, проводники, трансформаторы тока, реакторы, токовые катушки автоматических выключателей;

2)активные сопротивления элементов короткозамкнутой цепи;

3)активные сопротивления различных контактов и контактных соедине-

ний;

При расчетах токов КЗ допускается:

1)максимально упрощать и эквивалентировать всю внешнюю сеть по отношению к месту КЗ и индивидуально учитывать только автономные источники электроэнергии и электродвигатели, непосредственно примыкающие к месту КЗ;

2)не учитывать ток намагничивания трансформаторов;

3)не учитывать насыщение магнитных систем электрических машин;

4)принимать коэффициенты трансформации трансформаторов равными отношению средних номинальных напряжений тех ступеней напряжения сетей, которые связывают трансформаторы. При этом следует использовать следующую шкалу средних номинальных напряжений: 37; 24; 20; 15,75; 13,8; 10,5; 6,3; 3,15; 0,69; 0,525; 0,4; 0,23 кВ;

5)не учитывать влияния асинхронных электродвигателей, если их суммарный номинальный ток не превышает 1,0% начального значения периодиче-

ской составляющей тока в месте КЗ, рассчитанного без учета электродвигателей.

Токи КЗ в электроустановках напряжением до 1 кВ рекомендуется рассчитывать в именованных единицах.

При составлении эквивалентных схем замещения параметры элементов исходной расчетной схемы следует приводить к ступени напряжения сети, на которой находится точка КЗ, а активные и индуктивные сопротивления всех элементов схемы замещения выражать в миллиомах.

3.2.1 Расчет сопротивлений

1 Сопротивление системы При расчете токов КЗ в электроустановках, получающих питание непо-

средственно от сети энергосистемы, допускается считать, что понижающие трансформаторы подключены к источнику неизменного по амплитуде напряжения через эквивалентное индуктивное сопротивление системы. Значение это-

го сопротивления (xc) в миллиомах, приведенное к ступени низшего напряжения сети, рассчитывают по формуле

, (17)

где Uср.НН - среднее номинальное напряжение сети, подключенной к об-

мотке низшего напряжения трансформатора, В;

Uср.ВН - среднее номинальное напряжение сети, к которой подключена

обмотка высшего напряжения трансформатора, В;

Iк.ВН = Iп0ВН - действующее значение периодической составляющей тока

при трехфазном КЗ у выводов обмотки высшего напряжения трансформатора, кА;

Sк - условная мощность короткого замыкания у выводов обмотки высшего напряжения трансформатора, МВ·А.

При отсутствии указанных данных эквивалентное индуктивное сопротивление системы в миллиомах допускается рассчитывать по формуле

	xc =	Uср2	.НН	,	(18)
		3Iоткл.ном Uср.ВН

где Iоткл.ном - номинальный ток отключения выключателя, установленного

на стороне высшего напряжения понижающего трансформатора цепи.

В случаях, когда понижающий трансформатор подключен к сети энергосистемы через реактор, воздушную или кабельную линию, необходимо учитывать не только индуктивные, но и активные сопротивления этих элементов.

2 Активное и индуктивное сопротивления шинопроводов При определении активного и индуктивного сопротивлений прямой и ну-

левой последовательностей шинопроводов следует использовать данные завода изготовителя, эксперимента или применять расчетный метод. Рекомендуемый метод расчета сопротивлений шинопроводов и параметры некоторых комплектных шинопроводов приведены в приложении А.

3 Активное и индуктивное сопротивления кабелей Значения параметров прямой (обратной) и нулевой последовательности

кабелей, применяемых в электроустановках до 1 кВ, принимают как указано изготовителем или в приложении Г.

4 Активное и индуктивное сопротивления воздушных линий и проводов Методика расчета параметров воздушных линий и проводов приведена в

/15/.

5 Активные сопротивления контактов и контактных соединений Переходное сопротивление электрических контактов любого вида следу-

ет определять на основании данных экспериментов или с использованием расчетных методик. Данные о контактных соединениях приведены в приложении Г. При приближенном учете сопротивлений контактов принимают: = 0,1 мОм

- для контактных соединений кабелей; = 0,01 мОм - для шинопроводов; = 1,0 мОм - для коммутационных аппаратов.

6 Активные и индуктивные сопротивления трансформаторов тока При расчете токов КЗ в электроустановках напряжением до 1 кВ следует

учитывать как индуктивные, так и активные сопротивления первичных обмоток всех многовитковых измерительных трансформаторов тока, которые имеются в цепи КЗ. Значения активных и индуктивных сопротивлений нулевой последовательности принимают равными значениям сопротивлений прямой последовательности. Параметры некоторых многовитковых трансформаторов тока приведены в приложении Г. Активным и индуктивным сопротивлениями одновитковых трансформаторов (на токи более 500 А) при расчетах токов КЗ можно пренебречь.

7 Активные и индуктивные сопротивления катушек автоматических выключателей

Расчеты токов КЗ в электроустановках напряжением до 1 кВ следует вести с учетом индуктивных и активных сопротивлений катушек (расцепителей) максимального тока автоматических выключателей, принимая значения активных и индуктивных сопротивлений нулевой последовательности равными со-

ответствующим сопротивлениям прямой последовательности. Значения сопротивлений катушек расцепителей и контактов некоторых автоматических выключателей приведены в приложении Г.

3.2.2 Расчет начального значения периодической составляющей тока трехфазного короткого замыкания

Методика расчета начального действующего значения периодической составляющей тока КЗ в электроустановках до 1 кВ зависит от способа электроснабжения - от энергосистемы или от автономного источника.

При электроснабжении электроустановки от энергосистемы через понижающий трансформатор начальное действующее значение периодической составляющей трехфазного тока КЗ () в килоамперах без учета подпитки от

электродвигателей рассчитывают по формуле

	I ПО =	Uср.НН		,	(19)
		3 r 2	+ x2
		1Σ	1Σ

где Uср.НН - среднее номинальное напряжение сети, в которой произошло

короткое замыкание, В;

r1Σ , x1Σ - соответственно суммарное активное и суммарное индуктивное сопротивления прямой последовательности цепи КЗ, мОм, эти сопротивления равны:

r1Σ = rT +rp +rTT +rКВ +rШ +rк +r1кб +rВЛ

и

x1Σ = xc + xT + xp + xTT + xКВ + xШ + xк + x1кб + xВЛ ,

где и - активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности понижающего трансформатора, мОм;

rTT и xTT - активное и индуктивное сопротивления первичных обмоток

трансформаторов тока, мОм; - эквивалентное индуктивное сопротивление системы до по-

нижающего трансформатора, мОм, приведенное к ступени низшего напряжения; - активное и индуктивное сопротивления реакторов мОм;

и - активное и индуктивное сопротивления токовых катушек автоматических выключателей, мОм;

и - активное и индуктивное сопротивления шинопроводов, мОм;

-суммарное активное сопротивление различных контактов, мОм;

, и , - активные и индуктивные сопротивления прямой последовательности кабельных и воздушных линий, мОм;

3.2.3 Расчет апериодической составляющей тока короткого замыка-

ния

Наибольшее начальное значение апериодической составляющей тока КЗ () в общем случае считают равным амплитуде периодической составляющей

тока в начальный момент КЗ

ia0 = 2IПО.

(20)

Апериодическую составляющую тока КЗ в произвольный момент времени (iat ) рассчитывают по формуле

iat =ia0 e−t Ta ,

(21)

где - время, с;

- постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ, с, равная

	T =	xΣ		,	(22)
		ω r
	a
		c	Σ

где и - результирующие индуктивное и активное сопротивления

цепи КЗ, мОм; - синхронная угловая частота напряжения сети, рад/с.

3.2.4 Расчет ударного тока короткого замыкания

Ударный ток трехфазного КЗ () в электроустановках с одним источни-

ком энергии (энергосистема или автономный источник) рассчитывают по формуле

iуд = 2IПО (1+sinϕкe−t уд Ta ) =	2IПОkуд ,	(23)
где kуд = (1 +sinϕкe−t уд Ta ) - ударный коэффициент, который		может быть
определен по кривым (рисунок 5);
- постоянная времени	затухания апериодической

составляющей тока КЗ; - угол сдвига по фазе напряжения или ЭДС источни-

ка и периодической составляющей тока КЗ, который рассчитывают по формуле

ϕк = arctg x1Σ r1Σ ;

- время от начала КЗ до появления ударного тока, с, равное

π	2	+ϕ	к .
tуд =0,01
	π

- индуктивное сопротивление цепи КЗ; - активное сопротивление це-

пи КЗ

Рисунок 5 - Кривые зависимости ударного коэффициента от отношений и

3.2.5 Расчет токов несимметричных коротких замыканий

1 Составление схем замещения.

Расчет токов несимметричных КЗ выполняют с использованием метода симметричных составляющих. При этом предварительно необходимо составить схемы замещения прямой, обратной и нулевой последовательностей.

В схему замещения прямой последовательности должны быть введены все элементы расчетной схемы, причем при расчете начального значения тока несимметричного КЗ автономные источники, синхронные и асинхронные электродвигатели, а также комплексная нагрузка должны быть введены сверхпереходными ЭДС и сверхпереходными сопротивлениями.

Схема замещения обратной последовательности также должна включать все элементы расчетной схемы. При этом ЭДС обратной последовательности синхронных и асинхронных машин, а также комплексной нагрузки, следует принимать равными нулю. Сопротивление обратной последовательности синхронных машин следует принимать по данным каталога, асинхронных машин - принимать равным сверхпереходному сопротивлению, а комплексных нагрузок - в соответствии с /15/.

Сопротивление обратной последовательности трансформаторов, реакторов, воздушных и кабельных линий следует принимать равным сопротивлению прямой последовательности.

2 Расчет токов однофазного КЗ

Если электроснабжение электроустановки напряжением до 1 кВ осуществляется от энергосистемы через понижающий трансформатор, то начальное

значение периодической составляющей тока однофазного КЗ от системы в килоамперах рассчитывают по формуле

I ПО(1) =	+r	3Uср.НН		+ x		)	,	(24)
(2r		Σ	)2 +(2x		0Σ
1Σ	0		1Σ

где и - суммарные активное и индуктивное сопротивления прямой

последовательности расчетной схемы относительно точки КЗ, мОм;

и - суммарное активное и суммарное индуктивное сопротивле-

ния нулевой последовательности расчетной схемы относительно точки КЗ, мОм.

Эти сопротивления равны:

r0Σ = r0T + rp + rTT + rкв + rк + r0 Ш + r0кб + r0вл + rд

и r0Σ = x0T + xp + xTT + xкв + x0 Ш + x0кб + x0вл ,

где и - активное и индуктивное сопротивления нулевой последова-

тельности понижающего трансформатора; и - активное и индуктивное сопротивления нулевой последова-

тельности шинопровода; и - активное и индуктивное сопротивления нулевой последова-

тельности кабеля; и - активное и индуктивное сопротивления нулевой последова-

тельности воздушной линии (, ). Значения сопротивлений указаны в приложении Г.