Выбор измерительных трансформаторов тока и напряжения

1. Введение

2. Выбор и обоснования схемы элетроснабжения и устанавливаемого электрического оборудования для проектируемого объекта

3. Расчет электрических нагрузок

4. Расчет осветительных нагрузок

5. Компенсации реактивной мощности

6. Выбор силовых трансформаторов

7. Выбор кабелей ввода

8. Расчёт тока короткого замыкания на шинах 0,4 кВ цеховой подстанции

9. Выбор защитной коммутационной аппаратуры и проводниковой продукции

10. Выбор и проверка высоковольтного выключателя

11. Выбор сборных шин

12. Выбор измерительных трансформаторов тока и напряжения

13. Расчет релейной защиты

14. Расчет заземления и молниезащиты

15. Список используемой литературы

1. Введение

Электрификация народного хозяйства является основой строительства экономики, коммунистического общества и развития производительных сил страны. Электрификация обеспечивает выполнения задачи широкой комплексной механизации и автоматизации производственных процессов, что позволяет усилить темпы роста производительности общественного труда, улучшить качество продукции и облегчить условии труда. На базе использования электроэнергии ведется техническое перевооружение промышленности, внедрения новых технологических процессов и осуществление коренных преобразований в организации производства и управлении им. Поэтому в современной технологии и оборудовании промышленных предприятий велика роль электрооборудования, т. е. совокупности электрических машин, аппаратов, приборов и устройств, посредством которых производится электрической энергии в другие виды энергии и автоматизация технологических процессов.

Энергетика нашей страны обеспечивает надежное электроснабжения народного хозяйства страны и жилищно-бытовые нужды различных потребителей электрической и тепловой энергий.

Основными потребителями электрической энергий являются различные отрасли промышленности, транспорт, сельское хозяйства, коммунальное хозяйства городов поселков. При этом более 70% потребление электроэнергий приходится на промышленные объекты.

Для обеспечения подачи электроэнергий в необходимом количестве и соответствующего качества от энергосистем к промышленным объектом, установкам, устройствам и механизмам служат системы электроснабжения промышленных предприятий, состоящее из сетей напряжения до 1- ого кВ и выше трансформаторных, преобразовательных и распределительных подстанций.

Электроустановки потребителей электроэнергий имеют свои специфические особенности; к ним предъявляются определенное требования: надежность питания, качества электроэнергий, резервирование и защита отдельных элементов и другие. При проектирований, сооружений и эксплуатаций систем электроснабжения промышленных предприятии необходимо правильно в технико-экономическом аспекте осуществлять выбор напряжений, определять электрические нагрузки, выбирать тип, число и мощность трансформаторных подстанций, виды их защиты, системы компенсаций реактивной мощности и способы регулирования напряжений. Это должно решатся с учетом совершенствования технологических процессов производства, роста мощностей отдельных электроприемников и особенности каждого предприятия, цеха, установки, повышения качества и эффективностей их работы.

Передача, распределение и потребления выработанной электроэнергий на промышленных предприятиях должны производится с высокой экономичностью и надежностью.

2. Выбор и обоснования схемы электроснабжения и устанавливаемого электрооборудования для проектируемого объекта

Учебные мастерские (УМ) предназначены для практической подготовки обучаемых. Они являются неотъемлемой частью учебно-материальной базы предприятия.

Кроме того, учебные мастерские можно использовать для выполнения несложных заказов силами учащихся нуждающимся организациям.

Бесперебойность (надежность) электроснабжения электроприемников (потребителей) электроэнергии в любой момент времени определяется режимами их работы. В отношение обеспечения надежности электроснабжения, характера и тяжести последствий от перерыва питания приемники электрической энергии, согласно Правила устройства электроустановок разделяются на следующие категории:

— Электроприемники первой категории — электроприемники, перерыв электроснабжение которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству, повреждение дорогостоящего оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства. Удельный вес нагрузок потребителей первой категории в большинстве отраслей промышленности невелик, за исключением химических и металлургических производств. На нефтехимических заводах нагрузка потребителей первой категории составляет от суммарной расчетной нагрузки. На металлургических заводах, имеющих в своем составе только коксохимические, доменные и конверторные цеха нагрузка первой категории равна.

Из состава электроприемников первой категории выделена так называемая особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов, пожаров и повреждения дорогостоящего оборудования. К ним относятся электродвигатели задвижек, приводы компрессоров, вентиляторов, насосов подъемных машин на подземных рудниках.

Электроприемники первой категории должны обеспечиваться питанием от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, перерыв их электроснабжения при аварии на одном из источников питания может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания.

— Электроприемники второй категории — это такие электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, к массовому простою рабочих, механизмов, промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного числа городских и сельских жителей. Электроприемники второй категории рекомендуется обеспечивать электроэнергией от двух независимых источников питания. Для данной категории при нарушении электроснабжения одного источника питания допустимы перерывы электроснабжения на время, необходимое для включения резервного питании действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригадой.

— Электроприемниками третьей категории называются все остальные электроприемники, не подходящие под определение первой и второй категории. К ним можно отнести электроприемники во вспомогательных цехах, на неответственных складах. Для их электроснабжения достаточно одного их источников питания, при условии, что перерывы в электроснабжении достаточно одного из источников питания при условии, что перерывы в электроснабжении, необходимые для ремонта или замены поврежденного аппарата, не превышают суток.

Схемы электрической сети могут быть:

1)Радиальные схемы электроснабжения.

2)Магистральные схемы электроснабжения.

1) Радиальные — Характеризуется тем, что от источника питания, например от распределительных шин трансформаторной подстанции отходят линии питающие мощные электроприемники или групповые распределительные пункты от которой в свою очередь отходят самостоятельные линии питающие прочие электроприемники малой мощности.

К ним относятся: сети питания насосных или компрессорные станции, а также сети взрывоопасных пожароопасных и пыльных производств.

Достоинства:

— Высокая надежность питания.

— Легко применяются элементы автоматики.

Недостатки:

— Требует больших затрат.

2) Магистральные — применяются при равномерном распределение нагрузки по площади цеха. Распределение электрической энергии в них осуществляется по совершенной схеме «трансформатор магистрали»

Достоинства:

— Упрощение и удешевление сооружения цеховой подстанции.

— Перемещения технического оборудования не вызывает переделок сети.

— Наличие перемычек между магистралями отдельных подстанций обеспечивает надежность электроснабжения при минимальных затратах на резервирование.

— Возможно применение сборной конструкции шина провода и быстрый монтаж сетей.

Недостатки:

— Недостаточная надежность электроснабжения.

Схемы электроснабжения выбирают в первую очередь по условиям надежности. Надежность определяется наличием потребителей I и II категории.

3.Расчет электрических нагрузок

Электрические нагрузки промышленных предприятий определяют выбор всех элементов системы электроснабжения: мощности районных трансформаторных подстанций, ЛЭП, питательных и распределительных сетей энергосистемы, заводских трансформаторных подстанций и их сетей. Поэтому правильное определение электрических нагрузок является решающим фактором при проектировании и эксплуатации электрических сетей. Завышение нагрузки приводит к перерасходу проводникового материала и удорожанию строительства; занижение нагрузки может привести к уменьшению пропускной способности электрической сети и к невозможности обеспечения нормальной работы силовых электроприёмников. Применяемые в настоящее время методы расчёта электрических нагрузок основаны на опытных данных и на обобщениях, выполненных с применением методов математической статистики и теории вероятностей.

В данном расчете воспользуемся методом упорядоченных диаграмм, так как этот метод является основным методом при разработке технологических и рабочих проектов ЭСН.

По этому методу расчётная максимальная нагрузка группы электроприёмников определяется:

(1)

(2)

(3)

где;

— максимальная активная нагрузка, кВт;

— максимальная реактивная нагрузка, кВАр;

— максимальная полная нагрузка, кВА;

— коэффициент максимума активной нагрузки;

— коэффициент максимума реактивной нагрузки;

— средняя активная мощность за наиболее нагруженную смену, кВт;

— средняя реактивная мощность за наиболее нагруженную смену, кВАр

(4)

где;

— коэффициент максимума служит для перехода от средней нагрузки к максимальной. Он представляет собой отношение расчётного максимума активной мощности нагрузки группы электроприёмников к средней нагрузке за наиболее нагруженную смену:

(5)

(6)

(7)

где;

— коэффициент использования электроприёмников, определяется на основании опыта эксплуатации по таблице;

— номинальная активная групповая мощность, приведенная к длительному режиму, без учета резервных электроприемников, кВт;

— коэффициент реактивной мощности;

— определяется по таблицам (графикам);

(8)

— является эффективным числом электроприемников, так как такое число однородных по режиму работы электроприемников одинаковой мощности, которое дает ту же величину расчетного максимума, что и группа электроприемников различных по мощности и режиму работы.

— показатель силовой сборки в группе,

(9)

где;

 — номинальные приведенные к длительному режиму активные мощности электроприемников наибольшего и наименьшего в группе, кВт.

После определения полной мощности, можно подсчитать расчетный максимальный ток для электроприемников переменного тока:

(10)

где;

— максимальный ток, А

— напряжение сети, кВ Расчёт нагрузок не может быть достаточно точным из-за возможных изменений технологического процесса исходных данных и неточности расчётных коэффициентов. Поэтому при расчёте нагрузок допускаются погрешности ± 10% .

Таблица 1 — Сводная ведомость нагрузок

4. Расчет осветительных нагрузок

Осветительной электроустановкой называется специальное электрическое устройство, предназначенное для освещения территорий, помещений, зданий и сооружений.

Осветительная установка представляет собой сложный комплекс, состоящий из распределительных устройств, магистральных и групповых электрических сетей, различных электроустановочных приборов, осветительной арматуры и источников света, а также поддерживающих конструкций и крепежных деталей.

К осветительным электроустановкам предъявляется следующие основные требования: надежность и бесперебойная работа всех элементов; обеспечения требуемого уровня освещенности помещений и рабочих мест; удобство и безопасность обслуживания и ремонта приборов, светильников и аппаратов.

Выполнение этих требований в известной мере зависит от принятой схемы питания освещения.

Питание осветительных электроустановок осуществляется по схеме блока «Трансформатор — магистраль».

Питание от трансформатора подается на распределительный щит подстанции, затем на силовой распределительный пункт РП, далее от распределительного пункта питаются групповые щиты освещения ЩО, а от них через клавишные выключатели питаются светильники ШЛП с лампами накаливания ЛН

Светильники включаются при помощи клавишного выключателя для скрытой установки. У каждого ряда светильника свой выключатель, свой автомат, установленный в щитке освещения ЩО, а в РП 1 имеется общий автомат для всей осветительной установки.

Провода прокладываются открыто, непосредственно по поверхностям строительных конструкций параллельно и перпендикулярно строительным и архитектурным линиям помещения; крепятся через каждые 200 мм стальными скобами.

При определении расчетной нагрузки питающей сети вводится коэффициент спроса, равный отношению расчетной нагрузки к установленной мощности, т. е. пропорциональный числу одновременно включенных ламп.

При определении осветительной электроустановки пользуемся методом коэффициента использования светового потока. Этот метод применяется при расчете общего равномерного освещения горизонтальных плоскостей закрытых помещении с симметрично расположенными светильниками. Пи этом методе определяется освещенность поверхности с учетом как светового потока подающего от светильников, так и отраженного от стен, потолков и самой освещаемой поверхности. Также для расчетов освещения помещений со светлыми стенами и потолками при светильниках рассеянного и отраженного света.

Определяем тип светильника:

ШЛП 3Ч40

Определяем коэффициенты отражения:

Pп = 70%; Pс = 50%; Pл = 10%

Определяем индекс помещения:

l = = = 2,2 (11)

Определяем коэффициент использования светового потока:

u = 0,61 [5, стр. 126, табл. 5−12]

Определяем общий световой поток:

Fn = = = 194 117,6 Лм (12)

где;

Emin — минимальная освещенность, Лк

S — площадь помещения, мІ

Kзап — коэффициент запаса [5, стр. 124, табл. 5−10]

z — поправочный коэффициент [5, стр. 111]

n — колличество ламп в светильнике [5, стр. 117]

u — коэффициент использования светового потока [5, стр. 126, табл. 5−12]

nсв = = = 30 св (13)

Определяем общую осветительную мощность осветительной установки:

Росв = nсв*Рсв = 30*3*40 = 3600 Вт = 3,6 кВт (14)

5. Компенсация реактивной мощности

Реактивная мощность потребляется как электроприёмннками, так и элементами сети. Потребление реактивной мощности, по существу, связано с потреблением активной мощности и обусловлено параметрами сети переменного тока и режимами её работы.

Компенсация реактивной мощности, или повышение коэффициента мощности электроустановок промышленных предприятий, имеет большое народнохозяйственное значение и является частью общей проблемы повышения КПД работы систем электроснабжения и улучшения качества отпускаемой потребителю электроэнергии. Потребители электроэнергии, например асинхронные двигатели, для нормальной работы нуждаются как в активной, так и в реактивной мощностях, которые вырабатываются, как правило, синхронными генераторами и передаются по системе электроснабжения трехфазного переменного тока от электростанции к потребителям. Для любой электрической сети должен существовать баланс полной мощности при поддержании нормального режима работы. Реактивная мощность, потребляемая промышленными предприятиями распределяется между отдельными видами электроприемников следующим образом: 65−70% на асинхроннные двигатели, 20−25% на трансформаторы, 10% на ЛЭП, 10% на

Для любой электрической сети должен существовать баланс полной мощности при соблюдении условий поддержания нормального режима с обеспечением необходимой пропускной способности сетей и устойчивости работы электрических установок. При этом необходимо обеспечить баланс реактивной мощности как для системы в целом, так и для отдельных узлов питающей сети с наличием в них необходимого резерва активной мощности для возможности регулирования напряжения. С увеличением реактивной мощности возрастают потерн напряжения в сети и, следовательно, снижается активная мощность, что влечет за собой увеличение мощности оборудования электрических станций, также снижается напряжение у электропрнёмников, что при неизменном значении их мощности приводит к увеличению токов и снижению пропускной способности всех элементов системы электроснабжения.

К методам компенсации реактивной мощности относят применение специальных компенсирующих устройств. К таким устройствам относятся статические конденсаторы, синхронные компенсаторы и перевозбужденные синхронные электродвигатели.

На промышленных предприятиях наибольшее распространение получили статические конденсаторы.

Применение статических конденсаторов по сравнению с другими способами искусственного повышения коэффициента мощности имеет определённые преимущества:

— Потери активной энергии в конденсаторах невелики (активная мощность составляет всего 0,3−0,5% от их номинальной мощности);

— Монтаж и эксплуатация конденсаторных установок просты. Для их установки не требуется специальных фундаментов вследствие отсутствия вращающихся частей. Мощность конденсаторной установки легко изменяется в результате увеличения или уменьшения количества конденсаторов;

— Повреждение одного из конденсаторов не отражается на работе всей компенсационной установки, так как поврежденный конденсатор легко заменить новым.

Выбор средств компенсации реактивной мощности.

Правильный выбор средств компенсации для сетей промышленного предприятия напряжением до 1000 В и 6−10 кВ можно выполнить только при совместном решении всех задач проектирования.

Для выбора компенсирующего устройства (КУ) необходимо знать:

— расчетную реактивную мощность компенсирующего уствройства;

— тип компенсирующего устройства;

— напряжение компенсирующего устройства.

Расчетную реактивную мощность компенсирующего устройства можно определить из соотношения:

Qк.р. = a*Pм*(tgц — tgцк) (15)

где;

Qк.р. — расчетная мощность компенсирующего устройства, кВар;

a — коэффициент, учитывающий повышение cosц естественным способом, принимается, a= 0,9 ;

tgц, tgцк — коэффициенты реактивной мощности до и после компенсации.

Принимается cosцк = 0,9, тогда tgцк = 0,48

Qк.р. = 0,9*117,6*(1,33−0,48)= 89,96 кВар (15)

Компенсация реактивной мощности по опыту эксплуатации производят до получения значения cosцк= 0,92…0,95.

Задавшись cosцк из этого промежутка, определяют tgцк

Значения, tgц выбираются по результатам расчета нагрузок из таблица — 1 «Сводной ведомости нагрузок» .

Задавшись типом компенсирующего устройства, зная Qк.р. и напряжение, выбирают стандартную компенсирующую установку, близкую по мощности.

Применяются комплектные конденсаторные установки (ККУ) или конденсаторы, предназначенные для этой цели.

Выбираю компенсирующую установку УК-0,38−110Н [6, стр. 127, табл. 6.1.1]

Р_н=110 кВар 1*110 кВар

После выбора стандартного компенсирующего устройства определяется фактическое значение cosцк:

tgц_ф = tgц —, (16)

где;

Q_к.ст. — стандартное значение мощности выбранного КУ, кВар.

tgц_ф =1,33 — = 1,38 (16)

cosцф = 0,60

Определяем расчётную мощность трансформаторов с учётом потерь:

?P = 0,02 * Sнн, кВт (17)

?P = 0,02 * 204,5 = 4, 09 кВт (17)

?Q = 0,1 * Sнн, кВар (18)

?Q = 0,1 * 204,5 = 20,45 кВар (17)

?S =, кВ*А (19)

?S = = 20,85 кВ*А (19)

Таблица 2 — Сводная ведомость нагрузок компенсаций реактивной мощности

6. Выбор силовых трансформаторов

Трансформатор — это электромагнитный статический преобразователь с двумя или более неподвижными обмотками, который преобразует параметры переменного тока: напряжение, ток, частоту, число фаз.

Трансформаторы разделяются, в зависимости от:

— числа фаз преобразуемого напряжения, на однофазные и многофазные (обычно трёхфазные);

— числа обмоток, приходящихся на одну фазу трансформируемого напряжения, на двухобмоточные и многообмоточные;

— способа охлаждения, на сухие (с воздушным охлаждением) масляные (обмотки и магнитная система погружаются в металлический бак, заполненный трансформаторным маслом).

— от формы магнитопровода: на стержневые, броневые и бронестержневые;

— от назначения: силовые общего назначения, специального назначения, импульсные, для преобразования частоты;

Число и мощность трансформаторов выбирается по:

— Графику нагрузки потребителя и подсчитанным величинам средней и максимальной мощности;

— Технико-экономическим показателям отдельных намеченных вариантов числа и мощности трансформаторов с учётом капитальных затрат и эксплуатационных расходов;

— Категории потребителей с учётом наличия у потребителей нагрузок 1-й категории, требующих надежного резервирования;

— Экономически целесообразному режиму, под которым понимается режим, обеспечивающий минимум потерь мощности и электроэнергии в трансформаторе при работе по заданному графику нагрузки.

Ориентировочно выбор числа и мощности трансформаторов может производиться по удельной плотности нагрузки (кВ*А/м²) и полной расчётной нагрузке объекта (кВ*А).

Число и мощность трансформаторов выбирается по перегрузочной способности трансформатора. Допустимые суммарные перегрузки для трансформаторов, установленных внутри помещения, не должно превышать 20%. После выявления всех перечисленных показателей сравниваемых вариантов рассматривают вопрос об обеспечении необходимой надежности и резервирования электроснабжения при выходе из строя одного из трансформаторов. ПУЭ допускается до 140% в аварийном режиме продолжительностью 5 суток не более 6 часов в сутки.

1 — вариант

Sтр =, кВ*А (20)

Sтр = = 143,6 кВ*А (20)

kз = (21)

kз = = 0,77 (21)

При аварии оставшийся в работе трансформатор сможет пропустить мощность 1,4* S_n? S_мaх

1,4*160?201,1

Таблица 3 — Каталожные данные трансформаторов

Определяю потери активной мощности в трансформаторе:

1. ?Р_т = ?Р_ст + ?Р_об *К_з², кВт (22)

?Р_ст? Pхх = 0,365 кВт;

?Р_об? Pкз = 1,97 кВт;

?Р_т = 0,365 + 1,97 * 0,77² = 1,5 кВт (22)

Определяю потери реактивной мощности в трансформаторе:

?Q_ст? I_хх * S_н.т * 10^-2 = 2,6 * 100 *10^-2 = 2,6 кВар (23)

?Q_рас? U_кз * S_н.т * 10^-2 = 4,5 * 100 * 10^-2 = 4,5 кВар (24)

?Q_т = ?Q_ст + ?Q_рас * К_з², кВар (25)

?Q_т = 2,6 + 4,5 * 0,77² = 5,2 кВар (25)

Определяю полные потери мощности в трансформаторе:

?Sт = vР_т² + Q_т² = v1,5² + 5,2² = 5,4 кВ*А (26)

Определяю потери активной энергии в трансформаторе:

t = 8760 * = 2920 ч (27)

?W_а.т = ?W_ст + ?W_об = ?Р_ст * t + ?Р_об * К_з² * ф = ?Рхх* t+?Ркз * К_з² * ф, кВт* ч (28)

?W_а.т = 0,365 * 2920 + 1,97 * 0,77² * 3900 = 5621 кВт* ч (28)

Определяю потери реактивной энергии в трансформаторе:

?W_р.т = S_н.т *(I_хх * t + U_кз * К_з² * ф) * 10^-2, кВар* ч (29)

?W_р.т = 100 * (2,6 * 2920 + 4,5 * 0,77² * 3900) *10^-2 = 17 997,3 кВар* ч (29)

Определяю полные потери энергии в трансформаторе:

?W_т = v? W_а.т² + ?W_р.т², кВ*А* ч (30)

?W_т = v5621² + 17 997,3² = 18 854,4 кВ*А*ч (30)

Определяю потери активной мощности в трансформаторе:

2. ?Р_т = ?Р_ст + ?Р_об *К_з², кВт (22)

?Р_ст? Pхх = 0,565 кВт;

?Р_об? Pкз = 2,65 кВт;

?Р_т = 0,565 + 2,65 * 0,77² = 2,13 кВт (22)

Определяю потери реактивной мощности в трансформаторе:

?Q_ст? I_хх * S_н.т * 10^-2 = 2,4 * 160 *10^-2 = 3,84 кВар (23)

?Q_рас? U_кз * S_н.т * 10^-2 = 4,5 * 160 * 10^-2 = 7,2 кВар (24)

?Q_т = ?Q_ст + ?Q_рас * К_з², кВар (25)

?Q_т = 3,84 + 7,2 * 0,77² = 8,11 кВар (25)

Определяю полные потери мощности в трансформаторе:

?Sт = vР_т² + Q_т² = v2,13² + 8,11² = 8,3 кВ*А (26)

Определяю потери активной энергии в трансформаторе:

t = 8760 * = 2920 ч (27)

?W_а.т = ?W_ст + ?W_об = ?Р_ст * t + ?Р_об * К_з² * ф = ?Рхх* t+?Ркз * К_з² * ф, кВт* ч (28)

?W_а.т = 0,565 * 2920 + 2,65 * 0,77² * 3900 = 1649,8 кВт* ч (28)

Определяю потери реактивной энергии в трансформаторе:

?W_р.т = S_н.т *(I_хх * t + U_кз * К_з² * ф) * 10^-2, кВар* ч (29)

?W_р.т = 160 * (2,4 * 2920 + 4,5 * 0,77² * 3900) *10^-2 = 27 861,4 кВар* ч (29)

Определяю полные потери энергии в трансформаторе:

?W_т = v? W_а.т² + ?W_р.т², кВ*А* ч (30)

?W_т = v1649,6² + 27 861,4² = 27 910,2 кВ*А*ч (30)

2 — вариант

kз = = 0,62 (21)

Таблица 4 — Каталожные данные трансформаторов

Определяю потери активной мощности в трансформаторе:

?Р_т = ?Р_ст + ?Р_об *К_з², кВт (22)

?Р_ст? Pхх = 0,565 кВт;

?Р_об? Pкз = 2,65 кВт;

?Р_т = 0,565 + 2,65 * 0,62² = 1,6 кВт (22)

Определяю потери реактивной мощности в трансформаторе:

?Q_ст? I_хх * S_н.т * 10^-2 = 2,4 * 160 *10^-2 = 3,84 кВар (23)

?Q_рас? U_кз * S_н.т * 10^-2 = 4,5 * 160 * 10^-2 = 7,2 кВар (24)

?Q_т = ?Q_ст + ?Q_рас * К_з², кВар (25)

?Q_т = 3,84 + 7,2 * 0,62² = 6,6 кВар (25)

Определяю полные потери мощности в трансформаторе:

?Sт = vР_т² + Q_т² = v1,6² + 6,6² = 6,79 кВ*А (26)

Определяю потери активной энергии в трансформаторе:

t = 8760 * = 2920 ч (27)

?W_а.т = ?W_ст + ?W_об = ?Р_ст * t + ?Р_об * К_з² * ф = ?Рхх* t+?Ркз * К_з² * ф, кВт* ч (28)

?W_а.т = 0,565 * 2920 + 2,65 * 0,62² * 3900 = 5622,5 кВт* ч (28)

Определяю потери реактивной энергии в трансформаторе:

?W_р.т = S_н.т *(I_хх * t + U_кз * К_з² * ф) * 10^-2, кВар* ч (29)

?W_р.т = 160 * (2,4 * 2920 + 4,5 * 0,62² * 3900) *10^-2 = 22 006,7 кВар* ч (29)

Определяю полные потери энергии в трансформаторе:

?W_т = v? W_а.т² + ?W_р.т², кВ*А* ч (30)

?W_т = v5622,5² + 22 006,7² = 22 713,5 кВ*А*ч (30)

Окончательно выбираю 2 вариант, два трансформатора S=160 кВ*А и S=160 кВ*А

7. Выбор кабелей ввода

Основное назначение кабельных линий передача электроэнергии на небольшие расстояния. В эту группу входят провода, шнуры, шины, ленты.

Кабелем называется электротехническое устройство, предназначенное для канализации электрической энергии, состоящие из одной или нескольких изолированных друг от друга проводников, заключенных в герметичную, защитную оболочку, поверх которой может быть броня.

Электрические кабели должны:

? обеспечить безопасность в пожарном отношении и в отношении жизни людей;

? быть надёжным в отношении бесперебойного снабжения электроэнергией

? обеспечить высокое качество энергии, определяемое малым отношением подводимого к приёмникам напряжения от номинального напряжения приёмника;

? быть дешёвым.

Выполнение первого условия обеспечивается правильным выбором сечения проводов по условию допустимого нагрева; правильным выбором плавких предохранителей и автоматов, а также выбором изоляции проводов, определяемой его маркой.

Второе условие выполняется достаточной механической прочностью проводов (кабелей); правильным выбором плавкого предохранителя или автомата.

Выполнение третьего условия обеспечивается выбором сечения проводов (кабелей) по условию допустимой потери напряжения.

Сечение проводов и кабелей напряжением до 1000 В по условию нагрева выбирается в зависимости от длительно допустимой токовой нагрузки. Выбор сечения производится:

а) по условию нагрева длительным расчётным током,

б) по условию соответствия выбранному аппарату максимальной токовой защиты.

(29)

= (30)

где;

I_р — расчётный ток нагрузки;

I_н.доп — длительно — допустимый ток на провода, кабели, шины;

k_з — коэффициент защиты или кратности защиты;

I_з — номинальный ток или ток срабатывания защитного аппарата;

k₁— поправочный коэффициент на условия прокладки проводов и кабелей;

k₂ — поправочный коэффициент на число работающих кабелей, лежащих рядом в земле в трубах или без труб.

Таблица 5 — Расчет сечения кабеля по нагреву.

Производим расчет выбора сечения кабеля для распределительного пункта РП1:

I_р= УS_мах /v3? U_c, А (33)

I_р= 126,2 /1,73? 0,38= 191 А (33)

Выбираю четырех жильный кабель марки АВВГ сечением 3Ч150 + 1Ч95 мм²

I_н.доп= 230 А; [3, стр. 139, табл. 5.11]

Производим расчет выбора сечения кабеля для распределительного пункта РП2:

I_р= 82,9 /1,73? 0,38= 126,1 А (33)

Выбираю четырех жильный марки АВВГ кабель сечением 3Ч35 + 1Ч25 мм²

I_н.доп= 135А; [3, стр. 139, табл. 5.11]

Производим расчет выбора сечения провод для осветительной установки:

I_р= 3,6/1,73? 0,22= 9,4 А (33)

Выбираю двухжильный марки АВВГ кабель сечением 2Ч4 + 1Ч2,5 мм²

I_н.доп= 46 А; [3, стр. 139, табл. 5.11]

8. Расчет токов короткого замыкания на шинах 0,4 кВ цеховой подстанции

В электрических установках могут возникать различные виды коротких замыканий, которые сопровождаются резким увеличением тока. Всё электрооборудование, устанавливаемое в системах электроснабжения, должно быть устойчивым к токам короткого замыкания и выбираться с учётом величин этих токов. Различают следующие виды коротких замыканий:

— трёхфазные (симметричные) — когда три фазы соединяются между собой без соединения с землей;

— однофазные — одна фаза соединяется с нейтралью источника через землю;

— двухфазные — две фазы соединяются между собой без соединения с землей;

— двойное замыкание на землю — две фазы соединяются между собой и с землей.

Для предотвращения коротких замыканий необходимо правильно вычислить величины токов короткого замыкания и по ним выбирать необходимую аппаратуру, защиту и средства для ограничения токов короткого замыкания.

Для вычисления токов короткого замыкания составляют расчётную схему, соответствующую нормальному режиму работы системы электроснабжения при параллельном включении источников питания. В расчётной схеме учитывают сопротивление питающих трансформаторов, высоковольтных линий, реакторов.

Точки короткого замыкания выбираются на ступенях распределения и на конечном электроприемнике, точки короткого замыкания нумеруются сверху вниз, начиняя от источника.

При отсутствии данных r₀ можно определить расчётным путём:

r₀ =, (34)

электроснабжение электрический нагрузка замыкание

где;

S — сечение проводника, мм²

г — удельная проводимость металла, м/Ом•мм²

Принимается:

г= 30 м/Ом•мм² для алюминия; [7, стр. 60]

г= 50 м/Ом•мм² для меди

г= 30 м/Ом•мм² для стали

При отсутствии данных х₀ можно принять равным [7, стр. 60]

х₀ = 0,4 м/Ом•мм² — для воздушных линий;

х₀ = 0,06 м/Ом•мм² — для кабельных линий

х_{0 пр} = 0,09 м/Ом•мм² — для проводов;

х₀ = 0,15 м/Ом•мм² — для шинопроводов

При расчёте однофазных токов короткого замыкания значение удельных индуктивных сопротивлений петли «фаза-нуль» принимается равным:

х₀ = 0,15 м/Ом•мм² — для кабельных линий до 1 кВ и проводов в трубах;

х₀ = 0,6 м/Ом•мм² — для воздушных линий до 1 кВ;

Удельное активное сопротивление петли «фаза-нуль» определяется для любых линий по формуле:

r_оп = 2r₀ (35)

Производим расчет токов короткого замыкания:

Рисунок 1 — Схема электроснабжения расчетная

Рисунок 2 — Схема замещения

Рисунок — 3 Схема замещения упрощенная

ВЛ АС — 3 Ч 10/1,8;

I_доп = 231,2 А;

х₀ = 0,4 Ом/км;

Х'_с = х₀ * L_с; Ом (36)

Х'_с =0,4* 4 = 1,6 Ом; (36)

r₀ = 10³ / г *S; Ом/км (37)

r₀ = 10³ / 30* 10 = 3,33 Ом/км; (37)

R'_с = r_0?*L_с; Ом (38)

R'_с = 3,33*1,2 = 3,9 Ом (38)

Сопротивления приводятся к НН:

R_с = R'_{с ?}* (U_НН / U_ВН)² *10і; (39)

R_с = 3,9* (0,4 / 10)² *10і = 21,31 мОм; (40)

Х_с = Х'_с•* (U_НН / U_ВН)² *10і; (40)

Х_с = 1,6 * (0,4 / 10)² *10і = 2,56 мОм. (40)

Для трансформатора [7, стр. 74, табл.1.9.1.]

R_т = 16,6 мОм, Х_т = 41,7 мОм; Z_т⁽¹⁾ = 487 мОм.

Для автоматов [6, стр. 75, табл.1.9.3.]

1SF R_1SF = 0,15 мОм; х_1SF = 0,17 мОм; R _п1SF = 0,4 мОм;

SF1 R_SF1 = 0,15 мОм; х_SF1 = 0,17 мОм; R _пSF1 = 0,4 мОм;

SF R_SF = 2,4 мОм; х_SF = 2 мОм; R _пSF = 1 мОм;

Для кабельных линий [7, стр. 76, табл.1.9.5.]

КЛ1: r₀^' =0,169 мОм/м; х₀ = 0,05 мОм/м.

Так как в схеме 3 параллельных кабеля, то

r₀ = (1/3) * r₀^'; (41)

r₀ = (1/3) * 0,169 = 0,056 мОм/м; (41)

R_кл1 = r₀ * L_кл1; (42)

R_кл1 =0,056 * 20 = 1,13 мОм; (42)

Х_кл1 = х₀ * L_кл1; (43)

Х_кл1 = 0,05 * 20 = 1 мОм. (43)

КЛ2: r₀ = 0,894 мОм/м; х₀ = 0,06 мОм/м.

Так как в схеме 2 параллельных кабеля, то

R_кл2 = 0,894 * 7 = 6,25мОм; (44)

Х_кл2 = 0,06 * 7 = 0, 42 мОм. (44)

Для шинопровода: ШРА 630 [7, стр. 77, табл. 1.9.7]

r₀ = 0,1 мОм/м; х₀ = 0,13 мОм/м.

r_0п = 0,2 мОм/м; х_0п = 0,26 мОм/м.

R_ш = r₀ * L_ш; (45)

R_ш = 0,1 * 2 = 0,2 мОм; (45)

Х_ш = х₀ * L_ш; (46)

Х_ш = 0,13 * 2 = 0,26 мОм. (46)

Для ступеней распределения: [7. стр. 75 табл.1.9.4]

R_с1 = 15 мОм; R_с2 = 20 мОм.

Упрощается схема замещения, вычисляются эквивалентные сопротивления на участок между точками короткого замыкания:

R_э1 = R_с + R_т + R_1SF + R _п1SF + R _с1 мОм; (47)

R_э1 = 21,31 + 16,6 + 0,15 + 0,4 +15 = 53,46 мОм; (47)

Х_э1 = Х_с + Х_т + Х_1SF; (48)

Х_э1 = 2,56+41,7+0,17 = 44,43 Ом; (48)

R_э2 = R_SF1 + R_пSF1 + R_кл1 + R_ш + R_с2; (49)

R_э2 = 0,15+0,4+1,13+0, 2+20 = 21,88 мОм; (49)

Х_э2 = Х_SF12 + Х_кл1 + Х_ш; (50)

Х_э2 = 0,17 + 1 + 0,26 = 1,43 мОм; (50)

R_э3 = R_SF + R_пSF + R_кл2; (51)

R_э3 = 2,4 + 1 + 6,25=9,65 мОм; (51)

Х_э3 = Х_SF + Х_кл2; (51)

Х_э3 = 2 + 0,42=2,42 мОм. (51)

Вычисляются сопротивления до каждой точки короткого замыкания и заносятся в таблицу 4 — «Сводная ведомость токов короткого замыкания»

R_к1 = R_э1 = 53,46 мОм; (53)

Х_к1 = Х_э1 = 44,43 мОм; (54)

Z_к1 = v R_к1² + Х_к1²; (55)

Z_к1 = v 53,46² + 44,43² = 45,6 мОм; (55)

R_к2 = R_э1 + R_э2; (56)

R_к2 = 53,46 + 21,88 = 75,34 мОм; (56)

Х_к2 = Х_э1 + Х_э2; (57)

Х_к2 = 44,43 + 1,43 = 45,86 мОм; (57)

Z_к2 = v R_к2² + Х_к2² мОм; (58)

Z_к2 = v75,34² + 45,86² = 88,2 мОм; (58)

R_к3 = R_к2 + R_э3; (59)

R_к3 = 75,34 + 9,65 = 84,99 мОм; (59)

Х_к3 = Х_к2 + Х_э3; (60)

Х_к3 = 45,86 + 2,42 =48,28 мОм; (58)

Z_к3 = v R_к3² + Х_к3²; (61)

Z_к3 = v 84,99² + 48,28² = 97,75 мОм; (61)

R_к1 / Х_к1 = 53,46 / 44,43 = 1,2; (62)

R_к2 / Х_к2 = 75,34 / 45,86 = 1,64; (63)

R_к3 / Х_к3 = 84,99 / 48,28 = 1,76. (64)

Определяются коэффициенты К_у и q:

К_у1 = F (R_к1 / Х_к1); (65)

К_у1 = F (1,5) = 1,0; (66)

К_у2 = F (2,3) = 1,0; (67)

К_у3 = F (2,4) = 1,0; (68)

q₁ = v 1 + 2 (К_у1 — 1)²; (69)

q₁ = v 1 + 2 (1,0 — 1)² = 1 (69)

q₂ = v 1 + 2 (1,0 — 1)² = 1 (69)

q₃ = v 1 + 2 (1,0 — 1)² = 1 (69)

Определяются трехфазные и духфазные токи короткого замыкания и заносятся в таблицу 4 — «Сводная ведомость токов короткого замыкания»:

I_к1⁽³⁾ = U_к1 / v3 * Z_к1; (70)

I_к1⁽³⁾ = 0,4* 10³ / 1,73 * 69,52 = 3,33 кА; (70)

I_к2⁽³⁾ = 0,38*10³ / 1,73* 88,22 = 2,5 кА; (70)

I_к3⁽³⁾ = 0,38 *10³ / 1,73 * 97,75 = 2,25 кА; (70)

I_у1 = q_1•* I_к1⁽³⁾; (71)

I_у1 = 1* 3,33 = 3,33 кА; (71)

I_у2 = 1* 2,5 = 2,5 кА; (71)

I_у3 = 1* 2,25 = 2,25 кА; (71)

i_у1 = v2 * К_у1 I_к1⁽³⁾; (72)

i_у1 = 1,41* 1,0 * 3,33 = 4,7 кА; (72)

i_у2 = 1,41* 1,0 * 1,95 = 3,5 кА; (72)

i_у3 = 1,41* 1,0 * 1,61 = 3,2 кА; (72)

I_к1⁽²⁾ = (v3 / 2) I_к1⁽³⁾; (73)

I_к1⁽²⁾ = 0,87 * 3,33 = 2,9 кА; (73)

I_к2⁽²⁾ = 0,87 * 2,5 = 2,2 кА; (73)

I_к3⁽²⁾ = 0,87 * 2,25 = 1,96 кА; (73)

Таблица 6 — Сводная ведомость токов короткого замыкания.

Составляется схема замещения для расчета однофазных токов короткого замыкания и определяются сопротивления.

Рисунок 4 — Схема замещения для расчета однофазных токов короткого замыкания.

Для кабельных линий:

Х_пкл1 = х_0п * L_кл1; (74)

Х_пкл1 = 0,26 * 20 = 5,2 мОм; (74)

R _пкл1 = 2* r₀ * L_кл1; (75)

R _пкл1 = 2 * 0,056 * 7= 0,78 мОм; (75)

R_пш = r_0пш * L_ш; (76)

R_пш = 0,2 * 2= 0,4 мОм; (76)

Х_пш = х_0пш * L_ш; (77)

Х_пш = 0,26 * 2 = 0,52 мОм; (77)

R _пкл2 = 2 * 0,894 * 7 = 12,5 мОм; (75)

Х_пкл2 = 0,26 * 7 = 1,82 мОм; (74)

Z_п1 = 15 мОм;

R _п2 = R _с1 + R _пкл1 + R _пш + R _с2; (78)

R _п2 = 15 + 0,78 + 0,4 + 20 = 36,18 мОм (78)

Х_п2 = Х_пкл1 + Х_пш; (79)

Х_п2 = 5,2 + 0,52 = 5,72 мОм; (79)

Z_п2 = v R_п2² + Х_п2²; (80)

Z_п2 = v 36,18 + 5,72² = 36,63 мОм; (80)

R _п3 = R _п2 + R _пкл2; (81)

R _п3 = 36,18+12,5 = 48,68 мОм; (81)

Х_п3 = Х_п2 + Х_пкл2; (82)

Х_п3 = 5,72 + 1,82 = 7,54 мОм; (82)

Z_п3 = v R_п3² + Х_п3²; (80)

Z_п3 = v 48,68² + 7,54² = 49,26 мОм; (80)

I_к1⁽¹⁾ = U_кф / Z_п1 + Z_т⁽¹⁾ / 3; (83)

I_к1⁽¹⁾ = 0,23 * 10³ / 15 + 195 / 3 = 3,3 кА; (83)

I_к2⁽¹⁾ = 0,22 * 10³ / 36,63 + 195 / 3 = 2,85 кА; (83)

I_к3⁽¹⁾ = 0,22 * 10³ / 49,26 + 195 / 3 =2,7 кА. (81)

Результаты расчета токов короткого замыкания представлены в таблице 4 — «Сводная ведомость токов короткого замыкания»

9. Выбор защитной коммутационной аппаратуры и проводниковой продукции

В качестве защиты электрических цепей и электрооборудования от токов короткого замыкания и токов перегрузки применяют предохранители и автоматические выключатели.

Автоматический выключатель — аппарат, совмещающий приборы управления и защиты.

Автоматы выключатели предназначены для отключения тока при коротком замыкании, перегрузках и недопустимых снижениях напряжения, для оперативных включений и отключений электрических цепей (в том числе двигателей) на напряжение до 1 кВ.

Расцепители являются составной частью автоматов, которые контролируют заданный параметр защищаемой цепи и воздействуют на расцепляющее устройство, отключающее автомат.

Выбор автоматы выключателей производится по номинальному напряжению и току, конструктивному выполнению и месту установки, отключаемому току и мощности.

Предохранитель — это коммутационный аппарат, предназначенный для отключения защищаемой цепи разрушением специально предусмотренных для этого токоведущих частей под действием тока, превышающего определенное значение.

В большинстве предохранителей отключение цепи происходит за счет расплавления плавкой вставки, которая нагревается протекающим через нее током защищаемой цепи. После отключения необходимо заменить плавкую вставку на исправную. Эта операция производится вручную или автоматически заменой всего предохранителя.

Основными элементами предохранителя являются корпус, плавкая вставка (плавкий элемент), контактная часть, дугогасительное устройство и дугогасительная среда.

Выбор предохранителя производится по напряжению установки, по току, по конструкции и роду установки, по току отключения.

Сечение проводов и напряжением до 1000 В по условию нагрева выбирается в зависимости от длительно допустимой токовой нагрузки. Выбор сечения производится:

а) по условию нагрева длительным расчётным током

I_н.доп?; А (31)

б) по условию соответствия выбранному аппарату максимальной токовой защиты

; А (84)

где;

I_р — расчётный ток нагрузки;

I_н.доп — длительно-допустимый ток на провода, кабели, шины;

k_з — коэффициент защиты или кратности защиты;

I_з — номинальный ток или ток срабатывания защитного аппарата;

k₁— поправочный коэффициент на условия прокладки проводов и кабелей;

k₂ — поправочный коэффициент на число работающих кабелей, лежащих рядом в земле в трубах или без труб.

Таблица 7 — Расчет номинальных токов

РП1

I_P = S_max /v3*U_c, А (85)

I_P = 126,2/1,73*0,38 = 191,9 A (85)

I_пик = I_р + kґ* I_нб — I_нб * (I_р / У I_мах), А (86)

I_пик = 191,9+5,5*30,8−30,8* (191,9/178) = 328,3 А (86)

Iэл = 1,25* Iпик, А (87)

Iэл = 1,25* 328,3 = 410,3 А (87)

Выбираем автомат: А3730Б, Iср = 500 А

[4, стр. 199, табл. 9.1.2]

Iвст = Iпик / К, А (88)

Iвст = 328,3/1,6 = 205,2 А (88)

Выбираем предохранитель: ПР-2−350, Iвст = 225 А

[4, стр. 217, табл. 9.6.2]

РП2

I_P = S_max /v3*U_c, А (85)

I_P = 82,9/1,73*0,38 = 126, 1 A (85)

I_пик = I_р + kґ* I_нб — I_нб * (I_р / У I_мах), А (86)

I_пик = 82,9+5,5*28,5−28,5* (82,9/102,9) = 216,7 А (86)

Iэл = 1,25* Iпик, А (87)

Iэл = 1,25* 216,7 = 260А (87)

Выбираем автомат: А3740Б, Iср = 300 А

[4, стр. 199, табл. 9.1.2]

Iвст = Iпик / К, А (86)

Iвст = 216,7/1,6 = 135,4 А (86)

Выбираем предохранитель: ПР-2−200, Iср = 160 А

[4, стр. 217, табл. 9.6.2]

10. Выбор и проверка высоковольтного выключателя

Высоковольтные выключатели служат для защиты электрооборудования от токов перегрузки и токов короткого замыкания. Высоковольтные выключатели бывают: элегазовые, воздушные, вакуумные и масляные.

Высоковольтные выключатели выбирается по напряжению, току, категории размещения, конструктивному выполнению и коммутационной способности.

Выключатели высокого напряжения проверяются:

а) на отключающую способность.

I_н.откл? I_р.откл; (89)

S_н.откл? S_р.откл, (90)

I_н.откл и I_р.откл — номинальное и расчетное значения токов отключения, кА;

S_н.откл и S_р.откл — номинальная и расчетная полные мощности отключения, МВА.

I_р.откл = I_?⁽³⁾; (91)

S_р.откл = v3* I_р.откл* U_н.у; (92)

S_н.откл = v3* I_н.откл* U_н.в, (93)

I_?⁽³⁾ — трехфазный ток короткого замыкания в момент отключения выключателя, действующее значение в установившемся режиме, кА;

б) на динамическую стойкость.

Должно быть выполнено условие:

i_ск? i_у, (94)

i_ск — амплитуда предельного сквозного ударного тока короткого замыкания выключателя, кА

i_у — амплитуда ударного тока электроустановки, кА

i_у = К_у * v2 * I_к⁽³⁾; (95)

в) на термическую стойкость

Должно быть выполнено условие:

I_тс? I_р.тс; (96)

I_р.тс = I_р.откл * vt_пр / t_тс = I_р.откл * vt_д / t_тс, (97)

I_тси I_р.тс — токи термической стойкости, каталожный и расчетный, кА;