Радкевич В.Н. Проектирование систем электроснабжения

Подождите немного. Документ загружается.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

7. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ

НАПРЯЖЕНИЯМИ ДО 1 кВ

7.1.

ВЫБОР ПРОВОДНИКОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ

Электрические сети до

кВ промышленных объектов выполняют-

ся проводниками из алюминия и меди. Медные проводники обладают

лучшими электрическими и механическими свойствами. Однако из

соображений экономичности при проектировании СЭС, как правило,

выбираются проводники с алюминиевыми жилами, за исключением

сетей во взрывоопасных зонах классов B-I и В-Ia, в которых приме-

нение проводов и кабелей с медными жилами является обязатель-

ным. Медные проводники также предусматриваются для питания пере-

носных и передвижных электроприемников, для присоединения электро-

технических устройств, установленных непосредственно на виброизо-

лирующих опорах, и для силовых цепей крановых установок

[4].

В процессе эксплуатации проводники не должны длительно пере-

греваться сверх допустимой температуры, величина которой установ-

лена:

+ 80 °С — для кабелей с бумажной пропитанной изоляцией напря-

жением до 3 кВ;

+ 70 °С — для шин и неизолированных проводов;

+ 65 °С — для кабелей и проводов с резиновой или пластмассо-

вой изоляцией, а также кабелей с бумажной пропитан-

ной изоляцией напряжением 6 кВ;

+ 60 °С — для кабелей с бумажной пропитанной изоляцией напря-

жением 10 кВ.

Для шин, проводов и кабелей длительно допустимые токи I ,

определенные при температуре окружающего воздуха +25 °С, земли

и воды +15 °С, приводятся в таблицах [4]. Допустимые длительные

токовые нагрузки проводов и кабелей с медными жилами принимают-

ся равными 130 % нагрузок аналогичных алюминиевых проводников

[14].

Значения /

оп

для проводов и кабелей с алюминиевыми жилами,

а также для шланговых шнуров и кабелей с медными жилами даны

в табл. П20 — П23.

В справочных таблицах значения / приводятся для кабелей,

186

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

проложенных в воздухе, земле и воде, и для проводов, проложенных

открыто и в одной трубе. Для проводов, проложенных на лотках в

один ряд, длительно допустимые токи должны приниматься как при

прокладке в воздухе, а для проложенных в коробах, на лотках в

пучках и тросах — как при прокладке в трубах.

При определении количества проводов, прокладываемых в одной

трубе, или жил многожильного проводника, нулевой рабочий провод-

ник, а также заземляющие и нулевые защитные проводники в расчет

не принимаются.

Сечение нулевого защитного проводника следует принимать рав-

ным или больше половины фазного сечения, но не меньшим, чем

требуемое по механической прочности. Рабочие нулевые проводники

систем трехфазного тока должны иметь пропускную способность не

менее наибольшей возможной длительной нагрузки

[

4].

Проводники электрических сетей всех видов и назначений выбира-

ются или проверяются по допустимому нагреву длительным расчет-

ным током / по условию

/ >1 I К, (7.1)

доп р п

7 v

где К

— поправочный коэффициент на фактические условия проклад-

ки проводов и кабелей.

Для электрических сетей до

кВ, как правило, поправочный коэф-

фициент

(7.2)

где

кК

— коэффициенты, учитывающие фактическую температу-

ру окружающей среды и количество совместно проложенных провод-

ников [4].

При выборе сечений проводников для ответвлений к отдельным

электроприемникам в качестве / принимаются их номинальные токи

. Причем во взрывоопасных зонах (кроме B-I6 и В-1г) длительно

допустимый ток ответвления к электродвигателю с короткозамкну-

тым ротором должен быть не менее 1,25 /

ном

двигателя.

Принятое сечение проводников должно быть не менее требуемого

по механической прочности. По механической прочности площадь

минимального сечения алюминиевых проводников для присоединения

187

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

к неподвижным электроприемникам внутри помещения должна быть

не менее 4 мм

при прокладке на изоляторах, 2 мм

— при других

способах прокладки [14].

Проводники должны обеспечивать нормируемые уровни напряже-

ния на зажимах электроприемников. При необходимости сечения про-

водников повышаются для удовлетворения всех нормативных требо-

ваний. Сечения проводников питающих силовых

сетей

при

мах

>5000

проверяются по экономической плотности тока.

Выбранные по нагреву сечения проводников должны соответство-

вать их защитным аппаратам, что проверяется по условию

/ >К1.1 К, (7.3)

доп 3 3 п'

где

— кратность длительно допустимого тока проводника по от-

ношению к номинальному току или току срабатывания защитного

аппарата;

— номинальный ток или ток срабатывания защитного

аппарата. По выражению (7.3) допускается применение ближайшего

меньшего сечения проводника, но не меньшего, чем это требуется по

условию нагрева расчетным током

[4].

Если условия прокладки прово-

дов и кабелей не отличаются от принятых в

[4],

то величина К

выражения (7.1) и (7.3) упрощаются:

/ £ /; (7.4)

доп р' V /

/ > КХ. (7.5)

доп 3 3 V /

В сетях, защищаемых только от К

не требующих защиты от

перегрузки, принимаются следующие минимальные значения коэффи-

циента Ку

0,33 — для номинального тока плавкой вставки предохранителя;

0,22 — для тока уставки автоматического выключателя, имеющего

только отсечку;

1,0— для номинального тока расцепителя автоматического выклю-

чателя

нерегулируемой обратно зависимой от тока характе-

ристикой;

0,8 — для тока трогания расцепителя автоматического выключателя

с регулируемой обратно зависимой от тока характеристикой.

Наличие аппарата защиты

завышенными значениями

не

явля-

ется обоснованием для увеличения сечения проводников сверх приня-

188

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

того по расчетному

току.

Если условие (7.3) не удовлетворяется, то в

сети до

кВ следует рассчитать ток однофазного К

37°

определить

кратность

(г>

по отношению к

те- (7-6)

Минимальные нормируемые значения кратности приведены в

табл. 7.1 [4].

Таблица 7.1

Кратности тока КЗ по отношению к номинальным

токам или токам срабатывания защитных аппаратов

Вид

защигтого

аппарат

Предохранижль

А впомапический

выключатглъ

нерегулируемой

обрагто зависимой

от

пока характриспикой

А впомапический

выключатглъ

регулируемой

обрагто зависимой

от

пока харакпериспикой

А впомапический

выключатглъ,

имеющий только

опсечку:

а)

Iном

до

ЮО

б)

ном

более

100

Номинальный

пок

плавкой

вставки

Номинальный

пок

расцепипеля

Ток

прогания

(успавка пока)

расцепипеля

Ток

усгтвки

расцепипеля

кЗ

в невзрыво-

опасных

зонах

1,4

1,25

во

взрыво-

опасных

зонах

1,4

1,25

189

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Если расчетная проверка показала, что кратности тока КЗ

меньше нормируемых значений (табл. 7.1), то отключение однофаз-

ных КЗ в сети до

1кВ

должно обеспечиваться специальной защитой.

Для электрических

сетей,

защищаемых от перегрузки, при провер-

ке условия (7.3) значения

принимаются по табл.7.2.

Таблица 7.2

Кратности допустимых токовых нагрузок на проводники по

отношению к номинальным токам или токам срабатывания

защитных аппаратов

Проводник

Проводники с

поливинилхло-

ридной

резиновой

изоляцией

Кабели с бумажной

изоляцией

Проводники всех

марок

Проводники с

поливинилхло-

ридной

резиновой

изоляцией

Кабели с

бумажной

изоляцией и с

изоляцией из

вулканизированного

полиэпилена

Вид защитого аппарат

Предохран итл ъ

А впомагтческий

выключапель, имеющий

полько опсечку

Предохранипелъ

А впомагтческий

выключапель, имеющий

полько опсечку

А впомагтческий

выключапель с

нерегулируемой

обрагшо

зависимой

оттока

харакпериспикой

А впомагтческий

выключапель с

регулируемой обрапио

зависимой отпока

харакпериспикой

А впомагтческий

выключапель с

регулируемой обрапио

зависимой отпока

харакпериспикой

Номинальный пок

плавкой

вставки

Ток у ставки

расцепипеля

Номинальный пок

плавкой

вставки

Ток успавки

расцепипеля

Номинальный пок

расцепипеля

Ток прогания

расцепипеля

Ток прогания

расцепипеля

*з

1,25*

1,0

0,8

* Для проводников, прокладываемых в невзрывоопасных производственных

помещениях промышленных предприятий, допускается принимать К

—

190

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Для сетей, защищаемых от перегрузки, рекомендуется обеспечи-

вать кратности, приведенные в табл. 7.2, не прибегая к возможности

применения ближайшего меньшего сечения [23].

Анализ данных, приведенных в табл. 7.2, показывает, что в сетях,

требующих защиты от перегрузки, применение предохранителей или

автоматических выключателей, имеющих только электромагнитный

расцепитель, может вызвать необходимость существенно завысить

сечения защищаемых проводников по условию (7.3). В связи с этим

следует избегать таких решений при проектировании электрооборудо-

вания промышленных объектов.

Пример 7.1. Выберите защитные аппараты и сечения проводов

для ответвления к асинхронному электродвигателю с номинальным

током 76,4 А и пусковым током 458,4 А. Провода прокладываются в

пластмассовых трубах в помещении с нормальной окружающей сре-

дой. Условия пуска двигателя тяжелые. Расчеты выполните для двух

вариантов: а) ответвление не требует защиты от перегрузки; б) ответ-

вление необходимо защищать от перегрузки.

Решение. В качестве аппаратов защиты используем плавкие

предохранители. Определяем номинальный ток плавкой вставки пре-

дохранителей по выражениям (6.5) и (6.6):

/ > 76,4 А; / > 458,4 / 2 = 229,2 А.

Принимаем предохранители типа ПН2-250 с

= 250 А.

Сечения проводов определяем по условию (7.4):

/ > 76,4 А.

доп '

Выбираем по табл. П.20 три одножильных провода марки АПВ

площадью сечения 25 мм

, прокладываемых в пластмассовой трубе,

для которых /

оп

= 80 А. Нулевой защитный проводник принимаем

площадью сечения 16 мм

. Таким образом, выбираем для ответвле-

ния провода АПВ-3(1х25)+1х16.

Проверяем по выражению (7.5), соответствуют ли выбранные про-

вода аппаратам максимальной токовой защиты. Для случая, когда

ответвление не требует защиты от перегрузки,

/ > 0,33

•

250 = 82,5 А.

доп '

Так как может быть принято ближайшее меньшее сечение с до-

191

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

пустимым током 80 А, то считаем, что выбранные провода удовлет-

воряют условию (7.5).

Если ответвление защищается от перегрузки, то тогда

/ >

1 -

250 = 250 А.

доп

В данном случае должно быть принято сечение проводов площа-

дью 150 мм

с /

оп

= 250 А. Это приведет к значительному увеличе-

нию расхода цветного металла.

Более рациональным решением является применение для защиты

ответвления от токов КЗ и перегрузки автоматического выключателя

с комбинированным расцепителем, имеющим обратно зависимую от

тока защитную характеристику.

При токовой нагрузке ответвления 76,4 А может быть выбран

автоматический выключатель

ВА51-31,

имеющий расцепитель с но-

минальным током 80 А.

В этом случае по условию (7.5)

/ >

1 •

80 = 80 А,

доп '

что соответствует допустимому току проводов АПВ-3(1х25)+1х16.

Пример 7.2. Радиальная линия трехфазной сети напряжением

380 В питает группу асинхронных электродвигателей. Линия про-

кладывается в помещении кабелем марки АВВГ при температуре

воздуха +30 °С. Расчетный ток линии / - 110 А, пиковый ток при

легких условиях пуска 1

пт

- 490 А. Защита линии от перегрузки не

требуется. Определите номинальный ток плавких вставок предох-

ранителей, защищающих линию от токов КЗ, и выберите сечение

жил кабеля.

Решение. Номинальный ток плавких вставок определяем по

выражениям (6.5) и (6.6):

/ > ПО А;/ > 490/2,5 = 196 А.

в 'в '

Выбираем предохранители типа ПН2-250 с плавкими вставками на

200 А.

По

[4]

принимаем поправочный коэффициент на температуру окру-

жающей среды +30 °С, равный 0,94. Выбираем сечение жил кабеля

по выражению (7.1):

/ > 110/0,94= 117 А.

поп

192

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Принимаем по

табл.

П21 кабель

алюминиевыми жилами площа-

дью сечения 70 мм

марки АВВГ-3 х70 +

х35, имеющий при про-

кладке в воздухе /

оп

= 140 А.

По условию (7.3)

/ > 0,33

•

200/0,94 = 70,2 А

доп ' ' '

Следовательно, выбранный по расчетному току кабель соответ-

ствует аппаратам защиты от токов КЗ.

Пример

7.3.

Выполните расчет ответвления от распределительного

шкафа типа

ШР11 с

плавкими предохранителями к сварочному транс-

форматору

ТСП-2,

имеющему паспортную мощность

= 19,4 кВ •

А и

ПВ

%. Трансформатор включен на линейное напряжение сети

380

В.

Для возможности отключения трансформатора от сети и защи-

ты его от токов КЗ установлен коммутационный ящик типа

ЯРВ

21,

котором имеется двухполюсный рубильник и два предохранителя типа

ПН2-100. Условия окружающей среды нормальные.

Решение. Определяем паспортный ток трансформатора по вы-

ражению:

I = S I U ;

п п ном'

/ =19,4/0,38 = 51,1 А.

п ' ' '

Выбираем ток плавких вставок предохранителей ПН2-100, уста-

новленных

коммутационном ящике, по выражению (6.9):

/> 1,2■

51,1 yjO,25 =

30,7 А.

Принимаем стандартное значение номинального тока плавких

вставок

31,5

А. Для выбора сечения проводников ответвления от

коммутационного ящика

до

сварочного трансформатора определяем

его расчетный ток, принимаемый равным номинальному току транс-

форматора при ПВ = 100 %:

= 51Л40Л5=

25,6 А.

Так как трансформатор передвижной, то для

его

питания принима-

ем

шланговый гибкий кабель типа КГ

медными жилами. Величина

сечения определяется по условию (7.4):

193

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

/ > 25,6 А.

доп

Принимаем по табл. П22 для двухжильного кабеля площадь сече-

ния 2,5 мм

/ - 33 А. Проверяем выбранное сечение на соответ-

ствие номинальному току плавких вставок предохранителей при защи-

те ответвления только от тока КЗ:

/ >

0,33-31,5=

10,4 А.

доп ' ' '

Таким образом, выбранное по нагреву сечение жил кабеля удов-

летворяет условию

(7.5).

С учетом нулевой защитной жилы принима-

ем кабель КГ-Зх2,5. Отметим, что кабель марки КГ имеет все жилы

одинакового сечения.

В ШР11

на ответвлении к

ЯРВ21

устанавлива-

ем предохранители типа НПН2-63 с номинальным током плавких

вставок на две ступени выше, чем в

ЯРВ21.

Это будет обеспечивать

селективность защиты. Принимаем

А.

На участке

сети

от

ШР11

до

ЯРВ21

открытым способом проклады-

ваем кабель марки АНРГ. По расчетному току 25,6 А по табл. П21

для двухжильного кабеля марки АНРГ принимаем сечение жилы

площадью 4 мм

с /

оп

= 29 А. Выбираем кабель АНРГ-2х4+1 х2,5.

Проверяем сечение жил на соответствие номинальному току плав-

ких вставок предохранителей, защищающих кабель от тока КЗ:

/ >

0,33-50=

16,5 А.

доп ' '

Так как 29 > 16,5, то условие соответствия выполняется.

Пример 7.4. К магистральному шинопроводу

номинальным то-

ком

1600

А требуется присоединить без аппаратов защиты кабельную

линию с расчетным током 93,5 А, питающую силовой распредели-

тельный шкаф. Линия выполняется открыто проложенным кабелем

марки АВВГ при нормальных условиях окружающей

среды.

Выбери-

те площадь сечения жил кабеля при удалении силового шкафа от

шинопровода на расстояние: а) 5м; б) 24 м.

Решение. При

длине

незащищенного участка

сети 5

м (менее

и)

площадь сечения жил кабеля определяем по расчетному току

/ > 93,5 А.

доп '

Выбираем по

табл.

П21

для трехжильного кабеля площадь сечения

50 мм

. Допустимый ток кабеля ПО А при прокладке в воздухе.

Принимаем кабель АВВГ-Зх50+1х25.

194

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Во втором случае длина кабеля 24 м, что менее 30 м. Поэтому

кабель, не защищенный от токов анормальных режимов, должен вы-

бираться не только по расчетному току, но и по условию:

/ > 0,1 • / ;

доп ном.ш'

/ >

0,11600

= 160 А.

доп

Следовательно, необходимо выбрать кабель АВВГ-Зх95+1х50 с

/ = 170 А.

доп

7.2. РАСЧЕТ ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ ПРОМЫШЛЕННЫХ

ПРЕДПРИЯТИЙ

Расчет осветительных сетей сводится к выбору сечений провод-

ников и аппаратов защиты, а также к определению потерь напряжения

в линиях. Площади сечения проводников выбираются по допустимому

нагреву расчетным током, допустимой потере напряжения и механи-

ческой прочности в зависимости от конструктивного исполнения сети.

Из найденных по указанным условиям сечений проводников выбира-

ется большее. При этом для групповой сети сечения нулевых провод-

ников должны быть не менее фазных.

Для выбора сечений необходимо определить расчетную активную

нагрузку каждой линии по выражению

2^K

npai

HOMi

(7.7;

где

.КГ.

— коэффициент спроса; К — коэффициент, учитывающий

потери в пускорегулирующей аппаратуре

/-Й

газоразрядной лампы;

— номинальная мощность г'-й лампы; п — количество ламп,

НОМ 1

питающихся по линии.

Значения коэффициента спроса следует принимать [27]:

1 — для небольших производственных зданий, сети аварийного

освещения, групповой сети рабочего освещения и линий,

питающих отдельные групповые щитки;

0,95 — для производственных зданий, состоящих из отдельных

крупных пролетов;

0,85 — для производственных зданий, состоящих из многих

отдельных помещений;

195