Расчет и проектирование электроснабжения механического цеха

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Практическая часть

1.1 Краткая характеристика производства и потребителей электроэнергии механического цеха

Механический цех (МЦ) промышленного предприятия является вспомогательным цехом и выполняет заказы основных цехов предприятия. Он предназначен для выполнения различных операций по обслуживанию, ремонту электротермического и станочного оборудования.

Для этой цели в цехе предусмотрены: станочное отделение, сварочный участок, компрессорная, производственные, служебные и бытовые помещения. Основное оборудование установлено в станочном отделении: станки различного назначения и подъемно-транспортные механизмы.

Механический цех получает электроснабжение от собственной трансформаторной подстанции установленной внутри цеха. Трансформаторная подстанция находится на расстоянии 12 км от энергосистемы, напряжение с высшей стороны подстанции 10кВ на низшей стороне 0,4кВ. Количество рабочих смен-2. Потребители цеха относятся по надежности и бесперебойности электроснабжения к 2 и 3 категории. Каркас здания цеха сооружен из блоков-секций длинной 6 и 8м каждый. Размер цеха: площадь цеха 1440м2. В цехе работают 2 крана: 1 мостовой кран с мощностью 10 кВт с ПВ=60% и 1 кран-балка мощностью 3 кВт с ПВ=60%. Перечень электрооборудования цеха приведен в таблице 2.1. Мощность электропотребления указана для одного электроприемника. Удельная мощность освещения 10 Вт/м2.

1.2 Исходные данные для проектирования цеховой подстанции

Основные данные, необходимые для проектирования цеховой трансформаторной подстанции механического цеха систематизированы и приведены в таблицах 2.1 и 2.2.

цех электроснабжение трансформатор подстанция

Таблица 1 - Справочные и исходные данные

Наименование	Величина
Расстояние от энергосистемы до ГПП	L1 = 12 км
Расстояние от ГПП до ТП	L2 = 0,7 км
Ток короткого замыкания на шинах ГПП	= 24 кА
Время срабатывания релейной защиты	tЗАЩ. = 1,1 сек
Время срабатывания высоковольтного выключателя	tВЫКЛ = 0,15 сек
Выдержка времени срабатывания защит	t= 0,05 сек
Напряжение на высшей и низшей стороне трансформаторной подстанции	U1H=10 кВ; U2H=0,4кВ
Категория надежности электроснабжения потребителей цеха	2 и 3
Коэффициент спроса осветительной нагрузки	КС = 0,85
Количество рабочих смен в цехе-2	TМАКС = 3000 ч
Способ прокладки кабеля от ГПП до КТП	Кабельный канал
Площадь цеха	S = 1440м2
Температура окружающей среды при прокладке кабеля	tO= +150C
Температура прокладки шин на 0,4 кВ в цехе	tO= +250C
Температура нагрева кабеля 10 кВ в нормальном режиме	tН= +600C
Допустимая температура нагрева кабеля при коротком замыкании	tК= +2000C
Индуктивное сопротивление кабеля 10 кВ на один км длины	ХО = 0,08 Ом/км
Допустимое механическое напряжение алюминиевых шин	б= 80 МПа
Допустимая потеря напряжения в силовой цепи
Коэффициент теплового эквивалента при коротком замыкании для кабелей и шин из алюминия	С = 95А сек1/2/мм2

Таблица 2 - Номинальные данные электроприемников цеха

Номер ЭП на плане	Наименование электрооборудования цеха	РН, кВт
1-4	Сварочные автоматы (ПВ=40%)	45
5-8	Вентиляторы	10
9,10	Компрессоры	10
11,12,39,40	Алмазно-расточные станки	13
13-16	Горизонтально-расточные станки	4
17,19	Продольно-строгальные станки	2
18	Кран-балка (ПВ=60%)	3
20	Мостовой кран (ПВ=60%)	10
21-26	Расточные станки	7,5
27-29	Поперечно-строгальные станки	4
30-33	Радиально-сверлильные станки	30
34-36	Вертикально-сверлильные станки	2
37,38	Электрические печи сопротивления	3
41,42	Заточные станки	10
43-50	Токарно-револьверные станки	9
Осветительная установка (лампы накаливания) при площади цеха S=1440 м2 и удельной мощности рУД = 9 Вт/м2

1.3 Расчет электрических нагрузок механического цеха

Для расчета электрических нагрузок составляем обобщающую таблицу данных по каждому виду электроприемников, установленных в механическом цехе с учетом исходных данных, выданных к проекту (таблица 2.3).

Расчет электрических нагрузок (основного силового электрооборудования) цеха производим методом коэффициента максимума (упорядоченных диаграмм), осветительной нагрузки - методом коэффициента спроса.

Таблица 3 - Исходные и справочные данные для расчета электрических нагрузок цеха

№ На плане	Наименование электроприемников	Нагрузка установленная
		РН1	n	КИ	cos	tg
		кВт
1-4	Сварочные автоматы (ПВ=40%)	45	4	0,2	0,6	1,33
5-8	Вентиляторы	10	4	0,6	0,8	0,75
9,10	Компрессоры	10	2	0,7	0,8	0,75
11,12,39, 40	Алмазно-расточные станки	13	4	0,14	0,5	1,73
13-16	Горизонтально-расточные станки	4	4	0,14	0,5	1,75
17,19	Продольно-строгальные станки	2	2	0,14	0,5	1,73
18	Кран-балка (ПВ=60%)	3	1	0,1	0,5	1,73
20	Мостовой кран (ПВ=60%)	10	1	0,05	0,5	1,73
21-26	Расточные станки	7,5	6	0,17	0,65	1,17
27-29	Поперечно-строгальные станки	4	3	0,14	0,5	1,73
30-33	Радиально-сверлильные станки	30	4	0,14	0,5	1,73
34-36	Вертикально-сверлильные станки	2	3	0,14	0,5	1,73
37,38	Электрические печи сопротивления	3	2	0,75	0,95	0,33
41,42	Заточные станки	10	2	0,17	0,65	1,17
43-50	Токарно-револьверные станки	9	8	0,17	0,65	1,17
	Осветительная установка (лампы накаливания) при площади цеха S=1440 м2и удельной мощности рУД =9 Вт/м2				1

Общая номинальная активная мощность электроприемников с длительным режимом работы определяется по формуле

, ,[3] (2.1)

где количество однородных электроприемников;

РН1- номинальная мощность одного электроприемника, кВт.

Номинальная активная мощность электроприемников с повторно-кратковременным режимом работы (например, мостовые краны) определяется по формуле

, [3] (2.2)

где РПАСП- паспортная мощность электроприемника, кВт

ПВ - продолжительность включения электроприемника, в относительных единицах

Активная мощность осветительной нагрузки определяется по формуле

РО=) , ,[9] (2.3)

где - удельная мощность нагрузок, Вт/м2;

S - площадь цеха, м2;

KC - коэффициент спроса.

Активная мощность сварочного аппарата определяется по формуле

,,[3] (2.4)

где SН - номинальная полная мощность сварочного аппарата, кВА;

- коэффициент мощности сварочного аппарата.

Средняя активная мощность нагрузок за максимально загруженную смену определяется по формуле

,[3] (2.5)

Средняя реактивная мощность нагрузок за максимально загруженную смену определяется по формуле

СМtg, , [3] (2.6)

КИ - коэффициент использования;

tg- тангенс угла (от коэффициента мощности).

1. Определяем общую активную мощность всех электрических нагрузок цеха с учетом исходных данных

РН = РН (сварочные автоматы (ПВ=40%)) + РН (вентиляторы) +

+РН (компрессоры) + РН (алмазно-расточные станки) +

+РН (горизонтально-расточные станки) + РН (прод.-строгальные станки) +

+РН (кран-балка (ПВ=60%)) + РН (мостовой кран (ПВ=60%)) +

+РН (расточные станки) + РН (поперечно-строгальные станки) +

+РН (радиально-сверлильные станки) + РН (вертикально-сверлильные станки) + +РН (электрические печи сопротивления) + РН (заточные станки) +

+ РН (токарно-револьверные станки).

2. Определяем общую среднюю активную мощность всех нагрузок цеха за максимально загруженную смену

=

3. Определяем общую среднюю реактивную мощность всех нагрузок цеха за максимально загруженную смену

4. Определяем групповой коэффициент использования электрических нагрузок цеха

[3] (2.7)

5. Определяем показатель силовой сборки

[3] (2.8)

6. Определяем эффективное число электроприемников цеха, если в цехе: число электроприемников n = 50, показатель силовой сборки m = 22,5 групповой коэффициент использования электрических нагрузок

КИ = 0,27, т.е. при условии: , РН

[3] (2.9)

При условии, принимаем ; при условии , принимаем =25

7. Определяем коэффициент максимума нагрузок, используя зависимость

По справочной таблице при условии 25, КИ = 0,22, следует КМ =1,4.

8. Определяем максимальную активную мощность цеха

т [3] (2.10)

9. Определяем максимальную реактивную мощность цеха

,[3] (2.11)

При условии =1; =1,1;

В нашем случае =1, тогда

= =145,985 квар [3] (2.12)

10. Определяем расчетную мощность осветительной нагрузки

РО = ) =[9] (2.13)

11. Определяем расчетную активную нагрузку цеха с учетом мощности осветительной нагрузки

[9] (2.14)

12. Определяем полную расчетную нагрузку цеха

= [3] (2.15)

13. Определяем коэффициент мощности нагрузок цеха

[3]; 0, tg (2.16)

14. Данные расчетов электрических нагрузок заносим в таблицу 4

1.4 Выбор компенсирующих устройств цеховой подстанции

В результате расчета электрических нагрузок цеха получили коэффициент мощности . Компенсацию реактивной мощности по опыту эксплуатации производим до получения значения.[9]

По заданию требуется скомпенсировать реактивную мощность до

.

Таблица 4 - Сводная таблица расчета электрических нагрузок цеха

Наименование электроприемников	Нагрузка установленная	Нагрузка средняя за смену	Нагрузка максимальная
	РН1	n	РН	КИ	cos	tg	m	РСМ	QСМ	РО	nЭ			РМ	QМ	РР	SР
	кВт		кВт					кВт	квар	кВт				кВт	квар	кВт	кВА
Сварочные автоматы (ПВ=40%)	45	4	138,6	0,2	0,6	1,33		27,72	36,867
Вентиляторы	10	4	40	0,6	0,8	0,75		24	18
Компрессоры	10	2	20	0,7	0,8	0,75		14	10,5
Алмазно-расточные станки	13	4	52	0,14	0,5	1,33		7,28	12,59
Горизонтально-расточные станки	4	4	16	0,14	0,5	1,73		2,24	3,92
Продольно-строгальные станки	2	2	4	0,14	0,5	1,73		0,56	0,9688
Кран-балка (ПВ=60%)	3	1	2,324	0,1	0,5	1,73		0,2324	0,399
Мостовой кран (ПВ=60%)	10	1	7,746	0,05	0,5	1,73		0,3873	0,666
Расточные станки	7,5	6	45	0,17	0,65	1,17		7,65	8,95
Поперечно-строгальные станки	4	3	12	0,14	0,5	1,73		1,68	2,90
Радиально-сверлильные станки	30	4	120	0,14	0,5	1,73		16,8	29
Вертикально-сверлильные станки	2	3	6	0,14	0,5	1,73		0,84	1,45
Электрические печи сопротивления	3	2	6	0,75	0,95	0,33		4,5	1,485
Заточные станки	10	2	20	0,17	0,65	1,17		3,4	3,978
Токарно-револьверные станки	9	8	72	0,17	0,65	1,17		12,24	14,32
Осветительная установка					1
Всего		50	561,61	0,29	0,81	0,72	22,5	123,526	145,98	11,0	25	1,4	1	172,936	145	183	234

1. Определяем расчетную реактивную мощность компенсирующего устройства

,[9] (2.16)

где - коэффициент, учитывающий повышение коэффициента мощности естественным путем, принимается ; [9]

- коэффициенты реактивной мощности до и после компенсации;

РР - расчетная активная максимальная мощность нагрузок цеха, кВт.

При , следует

При , следует

По справочнику выбираем две конденсаторных установки по одной на каждую секцию шин по 30 квар каждая: КСК1-0,38-30-3У3 со ручным включением Общая реактивная мощность двух батарей статических конденсаторов

2. Определяем фактическое значение после компенсации реактивной мощности

[9] (2.17)

0,94;

3. Определяем передаваемую реактивную мощность к потребителям от энергосистемы с учетом включения батарей конденсаторов

[9] (2.18)

4. Определяем величину разрядного сопротивления для батареи статических конденсаторов

[3] (2.19)

В нашем случае подключение трехфазных батарей конденсаторов к шинам распределительного устройства о,4 кВ осуществляется рубильником с предохранителем. Конденсаторы в конденсаторной установке соединены в треугольник для получения наибольшей величины реактивной мощности, в каждой фазе конденсаторы соединены между собой параллельно для осуществления ступенчатого ручного управления общей емкостью (общей реактивной мощностью).

Разряд конденсаторных батарей осуществляется автоматически после каждого отключения батареи от сети. Поэтому к ней непосредственно (без коммутационного аппарата) подключено специальное разрядное сопротивление (например, оммическое). После отключения конденсаторной установки происходит ее разряд на сопротивление за 3-5 минут, т.е. за время, необходимое для получения на батареи допустимого остаточного напряжения не свыше 50 В.

Вывод. Для повышения коэффициента мощности систем электроснабжения цеха предлагается установить конденсаторные установки типа УКЛ(П)Н-0,38-300-150.

1.5 Выбор числа и мощности силовых трансформаторов цеховой подстанции 10/0,4 кВ

Из расчета электрических нагрузок известны активная, реактивная и полная мощности нагрузок цеха, их мы будем использовать для выбора силовых трансформаторов.

1. Определяем полную мощность электрических нагрузок с учетом установки компенсирующих устройств

= [3] (2.20)

2. Определяем потери активной мощности в силовых трансформаторах

[3] (2.21)

3. Определяем потери реактивной мощности в силовых трансформаторах

[3] (2.22)

4. Определяем потери полной мощности в силовых трансформаторах

[3] (2.23)

5. Определяем полную расчетную мощность, передаваемую от ГПП до ТП

 [3] (2.24)

6. Определяем требуемую мощность одного силового трансформатора двухтрансформаторной ТП

[3] (2.25)

7. Выбираем по справочной таблице ближайший силовой трансформатор:

ТСЗ - 160/10/0,4 с номинальной мощностью SН = 250 кВА. Расшифруем тип трансформатора: ТСЗ - 160/10/0,4 - трехфазный трансформатор, с естественным воздушным охлаждением (сухой) при защитном исполнении, с номинальной полной мощностью 160 кВА, первичное напряжение - U1H = 10кВ, вторичное напряжение - U2H = 0,4 кВ. [10]

8. Проверяем установленную мощность трансформаторов в аварийном режиме при отключении одного трансформатора и необходимости обеспечить электроснабжение в период максимума с допустимой нагрузкой, равной 140%

[3] (2.26)

[3] (2.27)

Условие проверки:

Условие выполняется

Таблица 2.5 - Справочные данные силового трансформатора

Тип силового трансформатора	Номинальная мощность	Потери мощности	Напряжениек.з.	Ток х.х	Сопротивление обмоток
	SH
	кВА	кВт	кВт	%	%	мОм	мОм
ТСЗ - 160/10/0,4	160	0,7	2,7	5,5	4	16,6	41,7

Чтобы выбрать наиболее рациональный вариант электроснабжения, обычно рассматривают не менее двух вариантов числа и мощности трансформаторов на подстанции, сравнивая их по технико-экономическим показателям с учетом капитальных затрат и эксплуатационных расходов.

Вывод. Для трансформаторной подстанции цеха предлагаются к установке 2 трансформатора типа ТСЗ - 160/10/0,4.

1.6 Выбор сечения и марки кабельной линии напряжением 10 кВ

Проведем выбор сечения кабеля с учетом требований ПУЭ

1. Определяем ток нагрузки линии в аварийном режиме работы при отключении одного из трансформаторов ТСЗ - 160/10/0,4

[3] (2.28)

2. По справочной таблице для кабеля ААШВ на 10 кВ выбираем сечение

S=16 мм2 с допустимым током 46 А. [5]

С учетом поправочного коэффициента на фактическую температуру окружающей среды (КПОПРАВ.=1,13) допустимый ток

 [3] (2.29)

3. Определяем сечение кабеля по экономической плотности тока

[3] (2.30)

[3] (2.31)

Условие выполняется

4. Проверяем кабель марки ААШВ -3х16 по потере напряжения

где R0 - активное сопротивление кабеля на единицу длины, Ом/км;

R0 = 1,95 Ом/км (по справочнику для кабеля ААШВ-3х16) [5]

Х0 - индуктивное сопротивление кабеля на единицу длины, Ом

Х0 = 0,08 Ом/км (из исходных данных)

L - длина кабельной линии от ГПП до КТП, км; L2 = 0,7 км (из исходных данных);

U1H - первичное напряжение цеховой подстанции, В; U1H = 10 000

;

- коэффициенты из расчета электрических нагрузок.

Условие проверки

[3] (2.33)

Условие выполняется

Вывод. Для подачи питания на силовой трансформатор цеховой подстанции предлагается использовать предварительно силовой кабель на 10 кВ марки ААШВ - 3x16.

1.7 Выбор шин напряжением 0,4 кВ

Проведем выбор шин с учетом требований ПУЭ

1. Определяем ток нагрузки трансформатора на стороне низшего напряжения при условии отключения одного из трансформаторов

[3] (2.34)

2. По справочнику выбираем алюминиевые шины прямоугольного сечения для

Условие выбора: [3] (2.35)

Из исходных данных температура прокладки шин на 0,4 кВ в цехе равна +250С, поэтому по ПУЭ поправочный коэффициент К1 ПОПРАВ.= 1. [6]

По ПУЭ:

а) при расположении шин на изоляторах на ребро, следует К2 ПОПРАВ.= 1; [6]

б) при расположении шин на изоляторах плашмя, следует К2 ПОПРАВ.= 0,95 [6]

Принимаем поправочные коэффициенты К1 =1; К2 =1

3. Выбираем однополосные алюминиевые шины марки АТ сечением 30х4 с допустимым током 365 А. [5]

Условие проверки: 323,699 А 365 А

Условие выполняется

Вывод. Окончательное решение по выбору шин напряжением 0,4 кВ принимаем после проверки их на термическую и динамическую устойчивость в режиме короткого замыкания в разделе 2.10 данного курсового проекта.

1.8 Расчет токов короткого замыкания

Необходимость определения токов короткого замыкания необходима для проверки электрооборудования высокого напряжения (кабели, шины, выключатели) на термическое и электродинамическое действие токов короткого замыкания..

Расчетная схема содержит следующие данные: ток короткого замыкания на шинах ГПП, длина линии от энергосистемы до ГПП L1 = 12 км, до цеховой ТП L2 = 0,7 км, выполненную кабелем марки ААШВ - 3x16 с R0=1,95 Ом/км, Х0=0.08 Ом/км; силовой трансформатор мощностью 160 кВА с = 2,7 кВт; UК = 5,5%.

По расчетной схеме составляем схему замещения, содержащую активные и реактивные сопротивления, которыми обладает электрооборудование подстанции. Расчет токов короткого замыкания проведем для точек К1 и К2. Значение сопротивлений участков схемы замещения выражены в относительных базисных величинах.

1. Принимаем базисные величины

Базисная полная мощность Sб = 100 МВА [3]

Базисные напряжения Uб1 = 10,5 кВ; Uб2 = 0,4 кВ [3]

2. Определяем базисные токи в точках короткого замыкания К1 и К2

[3] (2.36)

[3] (2.37)

3. Определяем мощность короткого замыкания энергосистемы

= [3] (2.38)

4. Сопротивление системы в относительных единицах

[3] (2.39)

5. Определяем индуктивное сопротивление кабельной линии от ГПП до КТП в относительных базисных единицах

[3] (2.40)

6. Определяем активное сопротивление кабельной линии от ГПП до КТП в относительных базисных единицах

[3] (2.41)

7. Определяем индуктивное сопротивление цепи до точки короткого замыкания К1 в относительных базисных единицах

[3] (2.42)

8. Определяем соотношение активного и индуктивного сопротивлений цепи до точки короткого замыкания К1

При , учитываем [3] (2.43)

При , учитываем [3] (2.44)

В нашем случае:

;

1,2380,093, следовательно, учитываем в дальнейших расчетах.

9. Определяем полное результирующее сопротивление цепи до точки короткого замыкания К1 в относительных базисных единицах

[3] (2.45)

10. Определяем периодическую составляющую тока короткого замыкания в точке К1

[3] (2.46)

По справочнику определяем ударный коэффициент тока короткого замыкания в точке К1

При условии, когда активное сопротивление цепи учитывается, то ударный коэффициент определяется по кривой КУ = f(Та) [3]

Постоянная времени затухания тока короткого замыкания определяется по формуле

[3] (2.47)

В нашем случае КУ = 1,0 [3]

11. Определяем ударный ток короткого замыкания в точке К1

= [3] (2.48)

12. Определяем мощность короткого замыкания в точке К1

[3] (2.49)

13. Определяем относительное активное сопротивление силового трансформатора.

При мощности трансформатора , относительное активное сопротивление учитывается и определяется по формуле

,[3] (2.50)

Активное относительное сопротивление трансформатора учитываем.

14. Определяем относительное индуктивное сопротивление силового трансформатора

При мощности силового трансформатора относительное индуктивное сопротивление трансформатора определяется по формуле

,[3] (2.51)

В нашем случае

=

15. Определяем индуктивное сопротивление силового трансформатора в относительных базисных единицах

[3] (2.52)

где - базисная полная мощность, МВА

- номинальная мощность силового трансформатора, МВА

В нашем случае:

16. Определяем индуктивное сопротивление цепи до точки короткого замыкания К2 в относительных базисных единицах

= 0,279 + 32,5 = 32,779 [3] (2.53)

17. Определяем активное сопротивление силового трансформатора в относительных базисных единицах

[3] (2.54)

18. Определяем активное сопротивление цепи до точки короткого замыкания в относительных базисных единицах

[3] (2.55)

В нашем случае

19. Определяем соотношение активного и индуктивного сопротивлений цепи до точки короткого замыкания К2

1) При , - учитываем [3] (2.56)

2) При , - не учитываем [3] (2.57)

В нашем случае

;

значит - учитываем в дальнейших расчетах

20. Определяем полное результирующее сопротивление цепи до точки короткого замыкания К2 в относительных базисных единицах

[3] (2.58)

21. Определяем периодическую составляющую тока короткого замыкания в точке К2

 [3] (2.59)

22. По ПУЭ определяем ударный коэффициент тока короткого замыкания в точке К2

1) На низшей стороне силового трансформатора мощностью 100 - 400 кВА принимаем ударный коэффициент [3]

2) На низшей стороне силового трансформатора мощностью 630 - 1000 кВА принимаем ударный коэффициент[3]

3) На низшей стороне силового трансформатора мощностью

1600 - 2500 кВА принимаем ударный коэффициент[3]

В нашем случае: при мощности силового трансформатора , принимаем

[3]

23. Определяем ударный ток короткого замыкания в точке К2

= [3] (2.60)

24. Определяем мощность короткого замыкания в точке К2

[3] (2.61)

25. Сравниваем мощности короткого замыкания в точках К1 и К2

, следовательно, расчет токов короткого замыкания выполнен.

1.9 Проверка кабельной линии напряжением 10 кВ на термическую устойчивость к токам короткого замыкания

Термические действия токов короткого замыкания. Жилы кабелей, шины, токоведущие части коммутационных аппаратов, первичные обмотки измерительных трансформаторов тока при коротких замыканиях в электрической схеме могут нагреваться до температуры, значительно большей, чем при нормальном режиме. Повышенная температура нагрева приводит к перегреву изоляции, ее перегоранию, а также значительным потерям качества электроснабжения. Следовательно, при проектировании электроснабжения подстанций и выборе электрооборудования необходимо проверить выбранное оборудование на допустимую температуру нагрева (тепловой эквивалент) в режиме короткого замыкания в схеме. Если предварительно выбранное оборудование, кабели и шины будут не устойчивы в режиме короткого замыкания, то необходимо выбрать оборудование с большими номинальными данными и вновь проверить его устойчивость к токам короткого замыкания.

1. Выписываем для силовых кабелей напряжением 10 кВ исходные данные

1) Ток нагрузки кабельной линии = 12,948 А

2) Марка кабеля ААШВ - 3х16

3) Допустимый ток кабеля

4) Периодическая составляющая тока короткого замыкания в точке К1

5) Температура окружающей среды при прокладке кабеля

6) Время срабатывания релейной защиты = 1,1 сек

7) Время срабатывания высоковольтного выключателя = 0,15 сек

8) Выдержка времени срабатывания защиты - = 0,05 сек

По ПУЭ для кабелей 10 кВ с бумажной изоляцией[6]

1) Допустимая температура нагрева кабеля 10 кВ в нормальном режиме

2) Допустимая температура нагрева кабеля 10 кВ в режиме

к.з.

3) Коэффициент теплового эквивалента при коротком замыкании для кабелей и шин из алюминия С= 95 А сек1/2/мм2

2. Определяем температуру нагрева кабелей в нормальном режиме

= 15 + (60-15) =17,89 0С[3] (2.62)

3. Определяем начальный тепловой эквивалент (АНАЧ.) в нормальном режиме работы кабеля, используя кривую А = f(фН) [3]

В нашем случае: АНАЧ. = = 1200 [3] (2.63)

4. Определяем действительное время протекания тока к.з.

= = 1,1+0,15+0,05= 1,3 сек [3] (2.64)

5. Определяем фиктивное приведенное время протекания тока короткого замыкания по кривой = f() при = 1. [3]

В нашем случае: для =1,3 сек, при =1 , следует= 1,1 сек.

6. Определяем приведенное время протекания тока к.з. с учетом апериодической составляющей фиктивного времени протекания тока к.з.(0,005 сек)

 [3] (2.65)

7. Определяем тепловой эквивалент в режиме короткого замыкания

В нашем случае для кабелей: ААШВ - 3х16 , сечением S=16 мм2

АК =АНАЧ. + ()2 ·=

= А2сек/мм2[3] (2.66)

8. Определяем расчетную температуру нагрева шин в режиме короткого замыкания по кривой А = f(фН) при А2сек/мм2

В нашем случае: фК2000С [3]

9. Условие проверки кабелей на термическую устойчивость: фК 2000

В нашем случае: фК200 0С [3] (2.67)

Условие не выполняется

10. Вывод. Силовые кабели цеховой подстанции на 10 кВ марки ААШВ - 3х16 термически не устойчивы в режиме короткого замыкания при расположении в земле.

11. Определим минимальное сечение кабеля, устойчивое й режиме короткого замыкания

= = 49,01 мм2[3] (2.68)

12. По справочнику выбираем кабель сечением 50 мм2.

Проверяем кабели на 10 кВ марки ААШВ - 3х50 с допустимым током

1) на термическую устойчивость в режиме к.з.

 15 + (60-15)= 15,43 0С [3](2.69)

2) По кривой А = f(фН): при 0С, следует

АНАЧ.= 0,1210 4 = 1200 А сек2/мм2[3]

3) АК =АНАЧ. + ()2 ·= А2сек/мм2

4) По кривой А = f(фН) при А2сек/мм2, следует фК = 1000С[3]

5) Условие проверки кабелей на термическую устойчивость.

фК 2000С [3]

В нашем случае:100 0С < 2000С,

Условие выполняется

Вывод. Силовые кабели цеховой подстанции на 10 кВ марки ААШВ - 3х50 термически устойчивы в режиме короткого замыкания при расположении в кабельном канале.

13. Проверим кабель ААШВ - 3х50 по потере напряжения

[3]

где R0 = 0,641 Ом/км (для кабеля ААШВ сечением 50 мм2на 10кВ) [5]

Х0 = 0,08 Ом/км (из исходных данных)

l= l2 = 0,7 км (из исходных данных);

U1H - первичное напряжение цеховой подстанции, В; U1H = 10000 В.

; - коэффициенты из расчета электрических нагрузок.

Условие проверки

Условие выполняется

Вывод. Для питания цеховой подстанции выбраны кабели марки

ААШВ - 3х50 напряжением 10 кВ для прокладки в кабельном канале, кабели проверены по всем требованиям Правил устройства электроустановок: по допустимому току нагрева, по экономической плотности тока, по термической устойчивости в режиме короткого замыкания, по допустимой потере напряжения.

1.10 Проверка шин напряжением 0,4 кВ на электродинамическую и термическую устойчивость в режиме короткого замыкания

При коротких замыканиях в результате возникновения наибольшего ударного тока короткого замыкания в шинах распределительных устройств возникают электродинамические усилия, которые создают изгибающий момент, и, следовательно, механическое напряжение в металле. Последнее должно быть меньше максимально допустимого напряжения для данного металла шин. Электродинамические действия ударного тока короткого замыкания при трехфазном коротком замыкании определяются силой взаимодействия между проводниками при протекании по ним ударного тока, при этом допускается по ПУЭ механическое напряжение в алюминиевых шинах не более 80 МПа. Сечение шин на термическую устойчивость для трехфазного короткого замыкания определяется минимальным сечением под воздействием периодической составляющей тока короткого замыкания и допустимым коэффициентом теплового эквивалента.

1. Выписываем для шин напряжением 0,4 кВ исходные данные из предыдущих расчетов и Правил устройства электроустановок

1) Марка и сечение шин на 0,4 кВ - АТ 30х4, где

- высота шины; b -ширина шины

Сечение шины

2) Периодическая составляющая тока короткого замыкания в точке К2

3) Ударный ток короткого замыкания в точке К2 -

4) Время срабатывания защиты= 1,1 сек.

5) Допустимое механическое напряжение в металле алюминиевых шин

6) Коэффициент теплового эквивалента при коротком замыкании для шин из алюминия С= 95 А сек1/2/мм2

7) Расстояние между опорными изоляторами l = 150 см = 1,5 м [9]

8) Расстояние между осями фаз а = 10 см = 0,1 м [9]

2. Определяем силу взаимодействия шин при трехфазном коротком замыкании

,[3] (2.70)

3. Определяем изгибающий момент шин

,[3] (2.71)

4. Определяем момент сопротивления шин, расположенных на изоляторах на ребро

,[3] (2.72)

5. Определяем механическое напряжение в металле шин

,[3] (2.73)

6. Условие проверки шин на электродинамическую устойчивость

[3] (2.74)

Условие не выполняется

7. Определяем момент сопротивления шин, расположенных на изоляторах плашмя

,[3] (2.75)

8. Определяем механическое напряжение в металле шин

[3] (2.76)

9. Условие проверки шин на электродинамическую устойчивость

Условие выполняется

10. Определяем минимально сечение шин, которое будет термически устойчивое в режиме короткого замыкания в точке короткого замыкания К2

,[3] (2.77)

11. Условие проверки шин на термическую устойчивость

[3] (2.78)

Условие выполняется

Вывод. Шины распределительного устройства низкого напряжения на

0,4 кВ марки АТ 30х4 электродинамически и электротермически устойчивы в режиме короткого замыкания при расположении на изоляторах плашмя.

1.11 Выбор коммутационных аппаратов цеховой подстанции

Выбор высоковольтных выключателей напряжением 10 кВ

1. Выписываем расчетные данные для выбора выключателей нагрузки со стороны 10 кВ силового трансформатора:

a) номинальное напряжение с высшей стороны РУ - U1H = 10 кВ;

b) полная расчетную мощность нагрузок подстанции - S1 = 223,75 кВА;

c) силовые трансформаторы подстанции - ТСЗ - 160/10/0,4;

d) периодическая составляющая тока короткого замыкания в точке к1-;

e) приведенное время затухания тока короткого замыкания в точке короткого замыкания к1 - ;

f) ударный ток в точке короткого замыкания к1 - .

2. Определяем действительный коэффициент загрузки трансформатора в аварийном режиме работы, т.е. при отключении одного из трансформаторов

[3] (2.79)

3. Определяем первичный номинальный ток нагрузки силового трансформатора

[3] (2.80)

4. Определяем тепловой импульс периодической составляющей тока короткого замыкания, характеризующего термическую стойкость выключателя

[3] (2.81)

5. По справочнику предварительно выбираем выключатель нагрузки марки ВНПу-10/400-10зУ3. Расшифруем выключатель нагрузки с предохранителем: выключатель на 10 кВ, с номинальным током 400 А, с током термической устойчивости 10 кА и временем термической устойчивости 1 сек, предельным сквозным током 25 кА, для установки в условиях умеренного климата (У) в закрытом помещении (3), с усиленной контактной системой (у), имеющий устройство для подачи команды на отключение при перегорании предохранителя (з). Марка выключателя нагрузки

ВНПу- 10/400-10зУ3. [10]

6. Проверяем выключатель нагрузки на электродинамическую устойчивость в режиме короткого замыкания по условию: ударный ток в точке короткого замыкания должен быть меньше максимального (амплитудного) сквозного тока короткого замыкания, на который изготавливается выключатель: . [3]

7. Выключатели нагрузки выбирают на основании сравнения справочных данных с соответствующими расчетными данными цепи, для чего составляется сравнительная таблица 2.6

Таблица 6 - Условия выбора выключателей нагрузки

Расчетные данные цепи	Условие проверки	Справочные данные выключателя
	10 кВ	?		10 кВ
	12,93 А	?		400 А
	21,68 кА2сек	?		102•1 кА2сек
	6,24 кА	?		25 кА

Вывод. Для распределительного устройства на 10 кВ цеховой подстанции выбираем выключатели нагрузки марки ВНПу- 10/400-10зУ3

Выбор предохранителей напряжением 10 кВ

1. Выписываем расчетные данные для выбора предохранителей для защиты стороны силового трансформатора со стороны 10 кВ

a) номинальное напряжение с высшей стороны РУ - U1H = 10 кВ;

b) силовые трансформаторы подстанции - ТСЗ - 160/10/0,4;

c) периодическая составляющая тока короткого замыкания в точке к1 -

2. Определяем максимальный расчетный ток в цепи с высшей стороны силового трансформатора с учетом увеличения тока по ПУЭ в К =2,5 раза[9]

[3] (2.82)

3. Предварительно, по справочнику выбираемна номинальное напряжение 10кВ, с номинальным током плавкой вставки 31,5А, предельным (наибольшим) током отключения 12,5кА для установки в условиях умеренного климата в закрытом помещении предохранитель марки: ПКТ101-10-31,5-12,5-У3, для защиты силового трансформатора. [5]

По ПУЭ предохранители в комплект к выключателям нагрузки выбирают на основании сравнения справочных данных предохранителя с соответствующими расчетными данными цепи, для чего составляется сравнительная таблица 2.7.

Таблица 7 - Условия выбора предохранителя

Расчетные данные цепи	Условие проверки	Справочные данные предохранителя
	10 кВ	?		10 кВ
	23,12 А	?		31,5 А
	4,43 кА	?		12,5 кА

Вывод. Для распределительного устройства на 10 кВ в комплекс к выключателям нагрузки выбираем предохранители марки ПКТ 101 - 10 - 31,5 - 12,5 - У3, которые проходят по всем условиям проверки в нормальном режиме работы и в режиме короткого замыкания.

Выбор автоматических выключателей напряжением 0,4 кВ

1. Выписываем расчетные данные для выбора автоматических выключателей со стороны о,4 кВ:

a) номинальное напряжение РУ НН:U2Н = 0,4 кВ;

b) силовые трансформаторы подстанции - ТСЗ - 160/10/0,4;

c) периодическая составляющая тока короткого замыкания в точке к2: ;

2. Определяем максимальный расчетный ток в цепи с низшей стороны силового трансформатора при отключении одного из силовых трансформаторов с учетом коэффициента перегрузки К=1,4 (по ПУЭ)

[3] (2.83)

3. Определяем ток расцепителя автоматического выключателя, отключающего группу электроприемников

,[3] (2.84)

4. Определяем по справочнику ближайший номинальный ток расцепителя автоматического выключателя . [10]

5. Определяем номинальный ток автоматического выключателя, исходя из условия Следовательно, [10]

6. По справочнику выбираем автоматические выключатели типа ВА 99 - 400 R/3 с номинальным переменным напряжением 690 В, номинальным током 400 А, с номинальным током теплового и электромагнитного расцепителя 400 А, током отключения при коротком замыкании 50 кА. [10]

7. Автоматические выключатели окончательно выбирают на основании сравнения справочных данных автоматического выключателя с соответствующими расчетными данными цепи, для чего составляется сравнительная таблица 2.8.

Таблица 8 - Условия выбора автоматических выключателей

Расчетные данные цепи	Условие проверки	Справочные данные автоматического выключателя ВА 99 -900
	0,4 кВ	?		0,69 кВ
	323,7 А	?		400 А
	4,15 кА	?		50 кА

Вывод. В распределительное устройство на 0,4 кВ предлагается установить для двух силовых трансформаторов трехполюсные автоматические выключатели типа ВА 99 -400 R/3, которые проходят по всем условиям проверки в нормальном режиме работы, в режиме перегрузки и короткого замыкания. Для исполнения функции устройства автоматического ввода резервного питания (АВР) предлагается установить аналогичный автоматический выключатель.

Размещено на Allbest.ru