Выбор питающих и распределительных сетей

 

Электрические сети, выбранные по току нагрузки и расчитанные на нагрев, проверяются на потерю напряжения. Согласно ПУЭ для силовых сетей отклонение напряжения от номинального должно составлять не более±5%. Для сетей электрического освещения промышленных предприятий и общественных зданий допускаются отклонения напряжения – 2,5 до +5%. Эти требования обусловлены тем, что электрический момент зависит от квадрата подведённого напряжения и его уменьшения ниже допустимого не обеспечит пуск механизмов; в сетях электрического освещения снижение напряжения приводит к резкому снижению светового потока и освещённости на рабочих местах.

Потери энергии при передаче по линии возрастают с увеличением сопротивления линии, которые, в свою очередь, определяются сечением провода: чем больше сечение провода, тем меньше потери. Однако при этом возрастают расходы цветного металла и капитальные затраты на сооружение линии. Чтобы выбрать экономически наиболее целесообразную линию, следует сравнить капитальные затраты и ежегодные эксплуатационные расходы для нескольких линий.

Внутризаводское электроснабжение промышленных предприятий и установок осуществляется в основном с помощью электрических сетей напряжением 6, 10, 35, 110 и 220 кВ.

Внутризаводское электроснабжение промышленных предприятий и установок осуществляется в основном с помощью электрических сетей напряжением 6, 10, 35, 110 и 220 кВ.

Система электроснабжения промышленного предприятия (СЭС), представляющая собой сочетание отдельных элементов, может быть условно разделена на: внешнюю и внутреннюю. К внешней части СЭС относятся питающие сети 6-20 кВ, обеспечивающие подачу электроэнергии на предприятие от точки присоединения к энергосистеме до ГПП. К внутренней части СЭС относятся распределительные сети напряжением до 1 кВ и выше, предназначенные для распределения электроэнергии по территории предприятия и внутри цехов.

Канализация электрической энергии – это распределение электроэнергии с помощью воздушных, кабельных линий и токопроводов от места производства до места потребления. В сетях напряжением выше 1 кВ промышленных предприятий канализация электроэнергии может осуществляться с помощью кабельных и воздушных линий и токопроводов.

Выбор того или иного конструктивного решения электрической сети промышленного предприятия зависит от размещения нагрузок, плотности застройки, ее насыщенности технологическими, сантехническими и транспортными коммуникациями, уровня агрессивности грунтовых вод, степени загрязненности воздуха, района гололедности.

Кабельной линией (КЛ) называется устройство для передачи электроэнергии, состоящее из одного или нескольких параллельных кабелей с соединительными, стопорными и концевыми муфтами (заделками) и крепежными деталями. Гарантийный срок службы кабеля, как правило, не менее 25 лет.

В группу кабелей высокого напряжения входят кабели 6-110 кВ. Такие кабели изготовляются с пластмассовой бумажной пропитанной изоляцией, маслонаполненные и др.

Для внутризаводского электроснабжения промышленных предприятий применяются различные способы прокладки КЛ: в земляных траншеях, в кабельных каналах и туннелях, по эстакадам и галереям.

Когда территория предприятия загружена подземными коммуникациями, приемлемым решением для прокладки большого потока кабелей может явиться надземный способ по открытым эстакадам и закрытым галереям. Надземный способ прокладки обеспечивает хороший отвод теплоты от кабелей благодаря естественной вентиляции, удобство обслуживания.

 

Расчет ведется аналогично практической работе № 5.

Выбор проводников по экономической плотности тока и по нагреву.

Электрические потребители характеризуются расчётным током, который вызывает нагрев проводов и кабелей, ограничиваемый конструкцией кабеля. Допустимый нагрев жил кабелей и проводников стр. 39, табл. 2.3. Б.Ю. Липкин.

 

Шины и голые провода 70˚С 70˚С

Кабели с бумажной пропитанной изоляцией:

До 3 кВ 80˚С 80˚С

6квВ 65˚С 65˚С

10 60˚С 60˚С

20 50˚С 50˚С

35 50˚С 50˚С

Кабели и провода с резиновой изоляцией:

Обычной 55˚С 55˚С

Теплостойкой 65˚С 65˚С

Провода с полихлорвиниловой изоляцией 65˚С 65˚С

 

1. Выбираем воздушные линии ввода. Определяем Imax. Расч:

 

(5.1)

Smax- из таблицы 1.

2. Определяем расчётное сечение линии:

, (5.2)

 

где jэк- максимальная плотность тока, А/мм (стр. 85 [8])

при числе часов использования максимальной нагрузки в год ≥ 5000 часов, jэк= 1 А/мм .по справочнику[1] стр 85 или смотреть приложение таблица3

Imax- из таблицы. 1.

Принимаем стандартное сечение провода по справочнику[3]таблица 7.10 стр.400 или смотри приложение таблица 32: Fст=185 А/мм

Iдл.доп= 520А- длительный допустимый ток.

3. Выбираем кабель к понижающему трансформатору.

 

(5.1)

 

Определяем расчётное сечение кабеля:

 

, (5.2)

jэк=1,6 А/мм², кабель с резиновой м пластмассовой изоляцией с жилами, алюминий [1] стр. 85.

Принимаем стандартное сечение кабеля [1] стр. 43.

Fст=16мм,

Iдл.доп=90А [1] стр. 43.

 

4. Выбираем кабель к компрессору:

За расчётный максимальный ток принимаем номинальный ток ЭД компрессора:.

(5.3)

Определяем расчётное сечение кабеля:

 

(5.4)

Fст=50мм ; Iдл.доп= 175А

5. Выбираем шину распредустройства:.

,

jэк= 1 А/мм .

Принимаем алюминиевую шину стандартным сечением [3]стр.395

Fст=40 5=200мм²

Iдл.доп=540А.

 

Таблица 18 - Выбор питающих и распределительных сетей ВН

Тип Линии	Imax А	jэк	Fэк	Fст	R0	X0	L км	Iдл.доп	∆U доп	∆U	Тип проводн.
ВЛЭП					0,167	0,04					АС
Кабель к комп- рессору	75,9	1,6	47,4		0,62	0,083	0,05				АВВГ 3 50
Кабель к ТР		1,6	11,9		1,94	0,102	0,18			11,3	АВВГ 3 16
Шина					0,177	0,17	0,04			2,6	Аш 40 5

 

Проверка проводников по нагреву:

 

(5.5)

где tдоп= 65˚C– допустимая температура для провода или кабеля в зависимости от напряжения или конструкции;

 

tф= 25˚С– фактическая температура окружающей среды;

tр= 15˚С– расчётная температура среды, в которой находтися проводник

Расчёты:

1. ВЛЕП

179 ≤ 520 0,89

179 ≤ 463 А

2. Компрессор

75,9 ≤ 175 0,89

75,9 ≤ 155,8 А

3. ТР понижающий

19 ≤ 90 0,89

19 ≤ 80,1 А

4. Шина

179 ≤ 540 0,89

179 ≤ 481 А

Потери напряжения в линии:

Если известна активная и реактивная нагрузка в линии, то потери напряжения можно определить по формуле:

(5.6)

1. ВЛЕП

 

2. К компрессору

 

3.К понижающему тр-ру:

4. Шина

5. Допустимое напряжение

∆U=

Все данные записываются в таблицу 18

 

 

ВЫБОР НИЗКОВОЛЬТНОЙ СЕТИ

 

Электрические сети до 1кВ служат для передачи и распределения электрической энергии к цеховым потребителям промышленных предприятий. Потребители электроэнергии присоединяются через цеховые подстанции и распределительные устройства при помощи защитных и пусковых аппаратов.

Электрические сети промышленных предприятий выполняются внутренними и наружными. Наружные сети напряжением до 1 кВ имеют весьма ограниченное распространение, т. к. на современных промышленных предприятиях электропитание цеховых нагрузок производится от внутрицеховых встроенных или пристроенных трансформаторных подстанций

В качестве основного электрооборудования для внутрицеховых сетей напряжением до 1 кВ применяются: панели распределительные, силовые распределительные шкафы, распределительные пункты, ящики с рубильниками и предохранителями, ящики с блоками выключатель-предохранитель, щитки освещения, плавкие предохранители, магнитные пускатели, контакторы, автоматические выключатели и др.

Щиты, вводные устройства, шкафы, панели, щитки и другие распределительные устройства современных конструкций – это законченные комплектные устройства для приема и распределения электроэнергии, управления и защиты ЭУ от перегрузок и коротких замыканий. В них смонтированы коммутационные и защитные аппараты, измерительные приборы, аппаратура автоматики и вспомогательные устройства (в цехах промышленных предприятий для распределения электроэнергии применяются силовые распределительные шкафы ШР11)

Автоматические воздушные выключатели предназначены для автоматического размыкания электрических сетей при нормальных режимах (КЗ и перегрузках), для редких оперативных переключений (три – пять в час) при нормальных режимах, а также для защиты электрических цепей при недопустимых снижениях напряжения.

Выбор типа проводки, способа её выполнения, а т. же марок провода и кабеля определяется характером окружающей среды, размещением технологического оборудования и источников питания в цехе и другими показателями. При выборе используют данные проектной и производственной практики в соответствии с ПУЭ.

Для защиты от механических повреждений кабели внутри зданий прокладывают в каналах. При этом необходимая защита от механических повреждений обеспечивается перекрытием каналов несгораемыми плитами. Если число кабелей прокладываемых в одном направлении, невелико, то их либо протягивают через трубы, либо прикрывают швеллерным или уголковым железом.

Разновидностью прокладки под полом– модульная прокладка, выполняемая в стальных, полиэтиленовых и винипластовых трубах с выходом труб на колонки, к каждой из которых подключают группу механизмов.

Грунтовая прокладка кабеля является таким способом прокладки, при котором кабель располагается под поверхностью земли. Существуют два варианта грунтовой прокладки. В первом варианте (траншейной прокладки) кабель протягивается внутри полужесткого пластикового кабелепровода или защитного короба, проложенного в траншее под землей, не зависимо от кабеля. Кабелепровод представляет собой сборную многосекционную конструкцию, состоящую из пластиковых труб, соединенных торец в торец Несколько секций трубы выстраиваются между оконечными точками кабельными структурами, после чего в них протягивается кабель. Во втором варианте (прокладке с прямым заглублением) под землей располагается только сам кабель без защитного кабелепровода. Каждый способ имеет свои ограничения в применении и свои достоинства, но притом и другом способе прокладки необходимо контролировать натяжение кабеля и избегать образования на нем петель и изломов. Растяжения кабеля приводит к отклонению его электрических параметров от нормативных значений, а излом и перегиб кабеля становится точкой нерегулярности, в которой резко возрастают потери на отражении.

Открытая прокладка проводов с креплением на роликах, изоляторах, тросах и др. конструкциях является наиболее простой и дешёвой, но не обеспечивает защиты от механических повреждений. Более совершенной является прокладка проводов в лотках и коробках, выпускаемых в виде секций.

Магнитные пускатели предназначены главным образом для дистанционного управления асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором мощностью до 100кВт; для пуска непосредственным подключением к сети и остановки электродвигателя (нереверсивные пускатели); для пуска, останова и реверсаэлектродвигателя (реверсивные пускатели). В исполнении с тепловым реле пускатели также защищают управляемые электродвигатели от перегрузок.

Для защиты внутрицеховых электрических сетей от токов КЗ служат плавкие вставки. Они являются простейшими аппаратами токовой защиты, действие которых основано на перегорании плавкой вставки. При размещении предохранителей в электрической сети обязательным условием является обеспечение селективности их действия. Это значит, что при КЗ на каком-либо участке сети должна перегореть плавкая вставка только этого поврежденного участка.

Наиболее распространены предохранители, применяемыми для защиты электроустановок напряжением до 1кВ, являются:

ПР - предохранитель разборный;

НПН – насыпной предохранитель, неразборный;

ПНР-2 – предохранитель насыпной, разборный.

Шкала номинальных токов предохранителей 15…1000 А.

Выбираем предохранители к отдельным потребителям

Расчет ведется аналогично практической работе №6

Порядок расчёта:

(7.1) , А (7.2)

где K_п = 5 ¸ 8– коэффициент кратности тока,

I_н – номинальные токи отдельных потребителей, А

 

,А − для потребителей с лёгкими условиями пуска,

А − для потребителей с тяжёлыми условиями пуска,

1.Пусковой маслонасос

2.Электрозадвижка

3Вентилятор

4Прочие

 

 

.Выбираем предохранители по справочнику [3] табл.6.4 стр.371 или см.приложение таблица36, данные заносим в таблицу.

 

Таблица 19- Расчетные данные предохранителей.

Тип потребителя	Iном, А	Iпуск, А	Iпл.вст, А	Тип	Данные предохранителя
Iном,А	Iпл.вст, А
Пусковой маслонасос	5.42	32,5	20,3	НПН2
Электрозадвижка	0,7	4,3	1,7	НПН2
Вентилятор	5,42	32,5		НПН2
Прочие	19,3	115,8	46,2	НПН2

 

По величине тока плавкой вставки потребителя определяем, какое количество потребителей можно подключить к шине ШР, в которой ток не превышает 250 А.

Выбираем ШР из справочника [6] стр.284

Таблица 20- Шкаф силовой распределительный серии ШР 11.

Обозначение	Рубильник на вводе	Число 3-х полюсных групп предохранителей, их Iн, А, на отводящие линиях	Размеры шкафов, мм
ШР11-73703	Р18-353	2×63+ 3×100	1600×500×300
ШР11-73701	Р18-353	5×63	1600×500×300
ШР11-73709	Р18-373	4×63+ 4×100	1600×700×300
ШР11-73701	Р18-353	5×63	1600×500×300

После выбора распределительных шкафов выбираем автоматические выключатели (АВ).

АВ,не обладая недостатками предохранителей, обеспечивают быструю и надёжную защиту проводов и кабелей как от токов перегрузки, так и от токов короткого замыкания.

Автоматические выключатели выбираются:

Iн.а≥ Iн.р, где

Iн.а− номинальный ток АВ,

Iн.р− номинальный ток расцепителя АВ,

Iн.р≥ Iдл− для линии без ЭД,

Iн.р≥ 1,25 Iр.− для линии с ЭД,

Расчетные и пиковые токи распределительных шкафов:

 

(7.3)

(7.4)

-где m=0,9 – коэффициент одновременности включения.

 

2.1 ШР1:

2.2 ШР2:

2.3 ШР3:

 

2.4 ШР4:

Длительно- допустимые токи к остальным эл. приёмникам:

 

(7.1)

1. Сварочный трансформатор

2. Подъёмно-транспортное устройство

 

Соседняя подстанция

3. ККУ

4. Освещение

5. Ввод

По справочнику[6] стр.261 выбираем автоматические выключатели и заносим в таблицу.

 

Таблица 21 - Технические данные автоматических выключателей

Оборудование	Iном, А	Iпуск,А	Автоматический выключатель
Тип	Iн.авт, А	Iн,расц, А
Сварочный тр-р	101,2	101,2	ВА51-33
ПТУ			ВА51-37
ШР11-73703	73,25	151,2	ВА51-33
ШР11-73701	21,25	42,9	ВА51-31-1
ШР11-73709	86,8		ВА51-33
ШР11-73701	9,4	34,4	ВА51-33
Осветительный щиток		−	ВА51-25
ККУ	57,7	−	ВА51-31-1
Ввод		−	ВА53-41

 

 

Выбираем сечение проводников из справочника [6] стр. 115-116):

 

;

Наименование	Iном.п, А	Iдл.доп, А	Марка	Сечения, мм2
Пусковой маслонасос	5,42		АВВГ	3´2,5
Электрозадвижка	0,7		АВВГ	3´2,5
Вентилятор	5,42		АВВГ	3´2,5
Сварочный трансформатор	101,2		ААШВу	3´25
ПТУ			ААШВу	3´35
ШР11-73703	58,6		АВВГ	3×10
ШР11-73701			АВВГ	3×10
ШР11-73709	69,4		АВВГ	3×16
ШР11-73701	7,5		АВВГ	3×2,5
ККУ	57,7		2АВВГ	3×10
Ввод			3АСБ	3×120
Осветительный щиток			ПВ	3´2,5

Таблица 22 - Расчетные данные проводников

 

Магнитные пускатели – это трёхполюсный контактор переменного тока, в котором дополнительно встроены два тепловых реле защиты, включённых последовательно в две фазы главной цепи двигателя. Они предназначены для управления трёхфазных АД с КЗР, а также для их защиты от перегрузки.

Выбираем по условию [6] стр. 267-269

Iн≤ Iн.пуск.

Таблица 23- Магнитные пускатели ПМЛ и реле РТЛ.

Оборудование	Iном, А	Магнитный пускатель	Тепловое реле
Тип	Iном, А	Тип	Iном, А
Электрозадвижка	0,7	ПМЛ121002		РТЛ100504
Вентилятор	5,42	ПМЛ121002		РТЛ101204
Пусковой маслонасос	5,42	ПМЛ121002		РТЛ101204
Прочие	19,3	ПМЛ221002		РТЛ101604

 

 

РАСЧЕТ ТОКОВ КЗ

 

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

Коротким замыканием (КЗ) называют всякое случайное или преднамеренное, не предусмотренное нормальным режимом работы, электрическое соединение различных точек электроустановки между собой или землей, при котором токи в ветвях электроустановки резко возрастают, превышая наибольший допустимый ток продолжительного режима (ГОСТ 26522-85).

Различают следующие виды замыканий: трёхфазное или симметричное- три фазы соединяются между собой (1- 7%), двухфазное- две фазы соединяются между собой без соединения с землёй,однофазное- одна фаза соединяется с нейтралью источника через землю (60- 92 %), двойное замыкание на землю- две фазы соединяются между собой и с землёй.

Причинами КЗ могут быть: механические повреждения изоляции – проколы и разрушения кабелей при земляных работах; поломка фарфоровых изоляторов; падение опор воздушных линий; старение, т.е. износ, изоляции, приводящее постепенно к ухудшению электрических свойств изоляции; увлажнение изоляции; различные набросы на провода воздушных линий; перекрытие фаз животными и птицами; перекрытие между фазами вследствие атмосферных перенапряжений. КЗ может возникнуть при неправильных оперативных переключениях, например, при отключении нагруженной линии разъединителем, когда возникающая дуга перекрывает изоляцию между фазами.

Последствиями коротких замыканий являются резкое увеличение тока в короткозамкнутой цепи и снижение напряжения в отдельных точках системы.

Для уменьшения последствий коротких замыканий необходимо как можно быстрее отключить поврежденный участок, чтодостигается применением быстродействующих выключателей и релейной защиты с минимальной выдержкой времени. Немаловажную роль играют автоматическое регулирование и форсировка возбуждения генераторов, позволяющие поддерживать напряжение в аварийном режиме на необходимом уровне. Все электрические аппараты и токоведущие части электроустановок должны быть выбраны таким образом, чтобы исключалось их разрушение при прохождении по ним наибольших возможных токов КЗ, в связи с чем возникает необходимость расчета этих величину.

 

Расчет ведется аналогично практической работе №7

Порядок расчёта:

1. Определяем расчетную схему:

 

 

Рисунок 6. Расчетная схема цепи ВН

 

2. Составляем схему замещения:

 

Рисунок 7. Схема замещения цепи ВН.

 

3. Принимаем базисные условия, расчёт в относительных единицах:

S_б=100МВА; U_б=1,05×U_н; .

4. Находим активные и индуктивные сопротивления из справочника

[3] стр. 421, 428 или смотри приложение таблица 35.

Результат оформить в виде таблицы

Таблица 24- Активные и индуктивные сопротивления проводников

№ точки КЗ	Проводник	R0, Ом/км	X0, Ом/км
1.Шина/ВЛ	Провод	0,167	0,073
2.Компрессор	Кабель №1	0,62	0,083
3.Трансформатор	Кабель №2	1,94	0,102

 

5. Приводим активные и индуктивные сопротивления элементов схемы замещения к базисным условиям:

(8.1)

(8.2)

где L – длина кабеля или шины, км;

X₀ – индуктивное сопротивление, Ом/км;

R₀ – активное сопротивление, Ом/км.

Для ВЛ:

Для кабелей;

,

 

 

6. Определяем результирующее сопротивление до всех точек КЗ:

(8.3) (8.4)

(8.5)

X٭рез1 =0,27о.е.

X٭рез2=0,27+0,01=0,28о.е.,

X٭рез3=0,27+0,05=0,32о.е.,

R٭рез1=0,63о.е.,

R٭рез2=0,63+0,08=0,71о.е.,

 

R٭рез3=0,63+0,9=1,53о.е.

Z٭рез1=0,68о.е., Z٭рез2=0,76о.е., Z٭рез3=1,56о.е.

7. Определяем установившийся ток КЗ для каждой точки:

(8.6)

8. Определяем ударный ток КЗ для каждой точки:

(8.7)

, ,

где K_уд – ударный коэффициент, K_уд=1,8 – для ВЛЭП, K_уд=1,3 – для КЛЭП выше 1000В.

9. Определяем действующий ток КЗ для каждой точки:

(8.8)

На высоковольтной стороне имеются синхронные двигатели,

 

необходимо учесть подпитку.

10. Определяем ток подпитки:

(8.9)

11. Определяем токи КЗ с учетом подпитки для каждой точки:

(8.10)

(8.11)

(8.12)

 

I΄∞1=1,3+4 0,15=1,9кА, I΄∞2=1,9кА, I΄∞3=1,8кА

i΄уд1=3,3+7 0,15=4,4кА, i΄уд2= 3,45кА, i΄уд3=3,25кА

I΄д1=2+5 0,15=2,8кА, I΄уд2=2,1кА, I΄уд3=2,1кА

Результаты заносим в таблицу.

Таблица 25- Данные для расчета токов КЗ на стороне ВН.

№ КЗ				Kуд	, кА	, кА	, кА	, кВА	, кА	, кА	, кА
	6,3	2,7	6,9	1,8	1,3	3,3		19,7	1,9	4,4	2,8
	6,38	2,71	6,9	1,3	1,3	2,4	1,3	19,7	1,9	3,45	2,1
	7,2	2,75	7Ю7	1,3	1,2	2,2	1,3	18,7	1,8	3,25	2,1