Свирская Г.С., Князев В.С., Кузнецова Е.С. Внутризаводское электроснабжение

41

где U

ср

– линейное напряжение сети, равное 400В;

22

Σ

+

Σ

=

Σ

XRZ – полное сопротивление цепи КЗ, мОм;

R

Σ

= R

т

+R

ш

+R

1к

+R

2к

+R

ав

+R

пк

– активное сопротивления цепи КЗ,

мОм;

X

Σ

=X

с

+X

т

+X

ш

+X

1к

+X

2к

+X

ав

– индуктивное сопротивления цепи

КЗ, мОм;

X

c

– индуктивное сопротивление внешней системы до

питающего трансформатора 6-10/0,4 кВ, мОм;

R

т

, X

т

– активное и индуктивное сопротивления питающего

трансформатора, мОм;

R

ш

, X

ш

– активное и индуктивное сопротивления шинопровода

0,4кВ, включая шины основных секций, мОм;

R

1к

, X

1к

– активное и индуктивное сопротивления

индивидуального кабеля, мОм;

R

2к

, X

2к

– активное и индуктивное сопротивления группового

кабеля, мОм;

R

ав

, X

ав

–

активное и индуктивное сопротивления токовых

катушек расцепителей автоматических выключателей

(трансформаторов тока), мОм;

R

пк

– переходные сопротивление неподвижных контактных

соединений и подвижных контактов, мОм;

Сопротивления всех элементов цепи КЗ (мОм) должны быть

приведены к одной ступени напряжения U

ст.КЗ

, обычно к напряжению той

ступени, где рассматривается КЗ:

2

.













⋅=⋅=

Н

U

Б

U

X

Н

U

КЗст

U

X

расч

X

. (3.16)

где U

Б

– базисное напряжение, равное U

ср.Н

той ступени напряжения,

где рассматривается КЗ;

X

расч

– расчётное сопротивление, приведённое к базисному

напряжению (мОм);

X – то же, но при номинальном напряжении.

При расчёте тока КЗ в установках до 1000 В подпитка места КЗ от

электродвигателей не учитывается, если их мощность составляет менее

20% номинальной мощности питающего трансформатора или если

сопротивление, связывающее их и точку КЗ Z

К

> 1,5 ⋅ Z

Т

, где Z

Т

–

сопротивление трансформатора. Во всех других случаях влияние

асинхронных электродвигателей, подключенных к месту КЗ на величины

I

’’

, i

у

и I

у

рекомендуется учитывать [15, с.111].

42

В приближённых расчётах влияние АД, присоединённых

непосредственно к месту КЗ, можно учесть согласно выражениям:

I

’’

=

)3(

K

I + 4⋅I

дв

, (3.17)

i

у

= i

у.с

+ i

дв.

=

2

⋅ к

у

⋅

)3(

K

I

+ (4 ÷ 7) ⋅ I

дв

, (3.18)

I

у

= I

у.с

+ I

у.дв.

= к

∞

⋅

)3(

K

I + (5 ÷ 7) ⋅ I

дв

, (3.19)

где I

дв

– значение суммарного номинального тока двигателей:

ном

Cos

номном

U

ном

Р

двном

I

ϕη

⋅⋅⋅

=

3

..

. (3.20)

При однофазных КЗ симметрия токов и напряжений трёхфазной

системы нарушается. Для расчёта несимметричных трёхфазных систем

приводят их к симметричным, используя метод симметричных

составляющих. Метод симметричных составляющих заключается в том,

что несимметричное КЗ заменяется условно симметричным, т. е.

приводится к трёхфазному. При однофазных КЗ ток состоит из трёх

составляющих – прямой (I

1

), обратной (I

2

) и нулевой последовательности

(I

0

), поэтому в этом случае сопротивления элементов СЭС состоят из

сопротивлений прямой (R

1

, X

1

, Z

1

), обратной (R

2

, X

2

, Z

2

) и нулевой

последовательности (R

0

, X

0

, Z

0

). При отсутствии электрических машин

сопротивления прямой и обратной последовательности равны между собой

(Z

1

= Z

2

) и равны значениям для элементов СЭС при трёхфазном КЗ.

Сопротивления нулевой последовательности обычно значительно больше

сопротивлений прямой и обратной последовательности, так как ею

создаётся пульсирующее магнитное поле и появляются бóльшие падения

напряжения, чем при нормальных токах нагрузки той же величины (в

практических расчётах для трёхжильных кабелей: R

0к

= 10 ⋅ R

1к

, X

0к

= 4

⋅ X

1к

;

для шинопроводов: R

0ш

= 10⋅R

1ш

, X

0ш

= 8,5 ⋅ X

1ш

[1, с.141] ).

Значения сопротивлений прямой, обратной и нулевой последовательностей

для силовых трансформаторов (для трёхстержневых трансформаторов,

имеющих схему соединения обмоток ∆ ⁄ Y

н

, применяемых в настоящее

время, сопротивление нулевой последовательности равно сопротивлению

прямой последовательности; для трансформаторов, имеющих схему

соединения обмоток Y ⁄ Y

н

,применение которых сокращается,

сопротивления нулевой последовательности значительно превосходят

сопротивления прямой последовательности [18, с.163]) для кабелей марок и

типов, встречающихся наиболее часто в системах электроснабжения,

приводятся в справочной литературе.

Ток однофазного КЗ

определится по формулам (А, кА):

Σ

⋅⋅

=

Σ

⋅⋅

=

Z

л

U

Z

ф

U

K

I

3

103

3

103

)1(

,

Σ

⋅

=

Z

л

U

K

I

3

)1(

, (3.21)

43

где U

л

– линейное напряжение сети, В;

Z

Σ

- полное результирующее сопротивление цепи КЗ

22

Σ

+

Σ

=

Σ

XRZ

, мОм.

Результирующее сопротивление цепи КЗ определится (мОм):

()

[]

⋅⋅⋅++++++⋅++++⋅=

Σ

2

020100

)(3

21

2

к

R

к

R

ш

R

Т

R

пк

R

ав

R

к

R

к

R

ш

R

Т

RZ

()

[]

2

020100

3

21

2

к

X

к

X

ш

X

Т

X

ав

X

к

X

к

X

ш

X

Т

X

с

X

++++⋅+++++⋅+⋅⋅⋅

, (3.22)

где X

с

– индуктивное сопротивление внешней системы до

питающего трансформатора 6-10 / 0,4кВ, мОм;

R

т

,X

т

– активное и индуктивное сопр-я питающего

трансформатора, мОм;

R

ш

, X

ш

– активное и индуктивное сопротивления шинопровода

0,4кВ, включая шины основных секций, мОм;

R

1к

, X

1к

– активное и индуктивное сопротивления кабеля

распределительной сети, мОм;

R

2к

, X

2к

– активное и индуктивное сопр-я кабеля питающей

сети, мОм;

R

ав

, X

ав

–

активное и индуктивное сопротивления токовых

катушек расцепителей автоматических выключателей

(трансформаторов тока), мОм;

R

пк

– переходные сопротивление неподвижных контактных

соединений и подвижных контактов, мОм;

R

т0

, X

т0

– активное и индуктивное сопротивления нулевой

последовательности питающего трансформатора, мОм;

R

ш0

, X

ш0

– активное и индуктивное сопротивления нулевой

последовательности шинопроводов 0,4кВ, включая шины

основных секций, мОм;

R

1к0

, X

1к0

– активное и индуктивное сопротивления нулевой

последовательности кабеля распределительной сети, мОм;

R

2к0

, X

2к0

– активное и индуктивное сопротивления нулевой

последовательности кабеля питающей сети, мОм.

3.3 Выбор и проверка силового электрооборудования выше

1000 В

44

Аппараты должны удовлетворять условиям длительной

номинальной работы, режиму перегрузки, режиму возможных

коротких замыканий, должны соответствовать условиям

окружающей среды. Как правило, все элементы системы

электроснабжения выбираются по номинальным параметрам и

проверяются по устойчивости при сквозных токах КЗ.

Условия и методика выбора и проверки изложена в [12, п. 3.6]; [13,

п.п. 8.1 - 8.7]; [15, п.п. 5.1 - 5.12]; [18, п.п. 2.44 - 2.47].

Условия и методика выбора и проверки, изложенная ниже,

не являются исчерпывающими и ориентированы на виды

электроустановок, характерные для данного курсового проекта.

Результаты выбора и проверки рекомендуется оформлять в виде

таблиц, каждая из которых должна иметь подробное пояснение.

Форма таблиц может быть произвольной.

Выбор сборных шин. Для сборных шин подстанций следует

применять алюминиевые шины прямоугольного сечения. Сечение

шин выбирается по длительно допустимому току нагрузки и

проверяется на электродинамическую и термическую устойчивость току

КЗ:

;

доп

I

р

I ≥

(3.23)

где

Iр

- расчетный ток нагрузки подстанции, А (раздел 3.1.2;

3.1.5 указаний);

доп

I

- допустимый ток нагрузки шины [6. глава 2.1], А.

Проверка сборных шин на устойчивость тока КЗ в курсовом

проекте не производится.

Выбор и проверка выключателей напряжением выше 1000 В.

Выключатели выбирают по номинальным значениям

напряжения и тока, роду установки и условиям работы,

конструктивному выполнению, отключающей способности.

Выбранные выключатели проверяют на электродинамическую и

термическую устойчивость при токах КЗ и на предельный ток

включения. Условия выбора и проверки изложены в таблице 3.3.

Таблица 3.3 - Условия выбора и проверки выключателей

Выключатель (тип)

Техническая характеристика

выключателя и условное

обозначение

Условие

выбора и

проверки

Расчётные

данные

К

аталожные

данные

Номинальное напряжение,

U

НВ

, кВ

U

НВ

≥ U

Н

Наибольший длительный ток,

I

РН

≥ I

Р

45

I

РН

, А

Номинальный ток отключения,

I

НО

, кА

I

НО

≥ I

РО

Номинальная мощность

отключения, S

НО

, МВ⋅А

S

НО

≥ S

РО

Номинальный ток электродина-

мической устойчивости

(допустимый ударный ток

при КЗ), i

НД

, кА

i

НД

≥ i

У

Ток термической устойчивости,

I

ТУ

, кА, за время t

НТУ

нту

t

п

t

I

ту

I

∞

=

Пояснения к таблице 3.3

U

Н

- номинальное напряжение установки, кВ;

I

Р

- расчетное значение тока установки, А (раздел 3.1.2, 3.1.5

указаний);

I

РО

- расчетное действующее значение трехфазного тока КЗ в

момент размыкания контактов выключателя (принимается равным

установившемуся току КЗ

∞

I

,

кА;

S

РО

- мощность КЗ, соответствующая I

РО

, МВ⋅А;

i

У

- расчетный ударный ток КЗ, кА;

∞

I

- установившийся ток КЗ, кА;

t

П

- приведенное время действия КЗ:

t

П

= t

ПП

+ t

ПА

,

где t

ПП

- приведенное время действия для периодической

слагающей тока КЗ, с;

t

ПП

= t

ОТКЛ

,

t

ОТКЛ

- действительное время отключения КЗ, с;

t

ОТКЛ

= t

В

+ t

З

;

t

В

- время отключения выключателя (интервал времени от

момента подачи релейной защитой импульса на катушку

отключения до полного расхождения контактов

выключателя), с.

Время отключения выключателя tв принимается по данным

технической характеристики выключателей. При отсутствии можно

принять: для небыстродействующих выключателей 0,15 - 0,2 с, для

быстродействующих - 0,1 с;

t

З

- время срабатывания основной защиты от КЗ (0,02 - 0,05 с);

46

t

ПА

- приведенное время действия для апериодической

слагающей тока КЗ, с;

t

ПА

= 0,05β″

2

, (3.24)

где

∞

′′

=

′′

I

β

; (3.25)

Ι″ - действующее значение периодической слагающей

тока КЗ в начальный момент времени, кА;

t

НТУ

- время, к которому отнесен номинальный ток

термической устойчивости Ι

НТУ

(по данным завода -

изготовителя).Для выключателей отественного производства

5 - 10 с.

Выбор и проверка предохранителей. Предохранители

выбирают по номинальным значениям напряжения и тока, роду

установки и условиям работы и отключающей способности.

Условия выбора и проверки изложены в таблице 3.4.

После выбора и проверки предохранителя необходимо

выбрать плавкую вставку к нему и определить по ампер-секундной

(защитной) характеристике возможное время срабатывания (см.

раздел 3.2.1 указаний).

Выбор и проверка разъединителей. Выбор и проверка

разъединителей производится аналогично выключателям выше 1000

В без учета отключаемого тока и мощности. Условия выбора и

проверки изложены в таблице 3.5.

Выбор и проверка трансформаторов тока. Выбор

трансформаторов тока производится по номинальному току,

номинальному напряжению, нагрузке вторичной цепи,

обеспечивающей погрешность в пределах паспортного класса

точности. Трансформаторы тока проверяются на внутреннюю и

внешнюю электродинамическую устойчивость к токам КЗ. Условия

выбора и проверки трансформатора тока приведены в таблице 3. 6.

Таблица 3.4 - Условия выбора и проверки предохранителей

Предохранитель (тип)

Техническая характеристика

предохранителя и условное

обозначение

Условие

выбора и

проверки

Р

асчётные

данные

К

аталожные

данные

Номинальное напряжение,U

Нп

, кВ

U

Нп

≥ U

Н

Наибольший длительный ток,

I

РН

, А

I

РН

≥ I

Р

Номинальный ток отключения,

I

НО

≥ I

РО

47

I

НО

, кА

Номинальная мощность

отключения, S

НО

, МВ⋅А

S

НО

≥ S

РО

Обозначения в таблице 3. 4 приведены в пояснении к таблице 3.3.

Таблица 3.5 - Условия выбора и проверки разъединителя

Разъединитель (тип)

Техническая характеристика

разъединителя и условное

обозначение

Условие

выбора и

проверки

Расчётные

данные

К

аталожные

данные

Номинальное напряжение,U

Нр

,

кВ

U

Нр

≥ U

Н

Наибольший длительный ток,

I

РН

, А

I

РН

≥ I

Р

Номинальный ток электродина-

мической устойчивости

(допустимый ударный ток

при КЗ), i

НД

, кА

i

НД

≥ i

У

Ток термической устойчивости,

I

ТУ

, кА, за время t

НТУ

нту

t

п

t

I

ту

I

∞

=

Обозначения в таблице 3.5 приведены в пояснении к таблице 3.3.

Таблица 3.6 - Условия выбора и проверки трансформаторов

тока

Трансформатор тока

(тип)

Техническая характеристика

трансформатора тока и

условное обозначение

Условие

выбора и

проверки

Расчётные

данные

К

аталожные

данные

Номинальное напряжение,

U

НТА

, кВ

U

НТА

≥ U

Н

Номинальный первичный

I

НТА

≥ I

Р

48

ток, I

НТА

, А

Нагрузка вторичной

обмотки, Ζ

2Н,

Z

2Н

≥ Z

2РАСЧ

Нагрузка вторичной

обмотки, S

2Н

, В⋅А

S

2Н

≥ S

2РАСЧ

Кратность допустимого

тока внутренней

электродинамической

устойчивости, К

Д

НТА

I

у

i

д

К

×

≥

2

)3(

Кратность односекундного

тока термической

устойчивости, К

ТУ

нту

t

п

t

НТА

I

ту

К

∞

≥

Пояснения к таблице 3.6

S

2РАСЧ

– расчетная нагрузка вторичной обмотки трансформатора

тока в нормальном (рабочем) режиме, В⋅А;

S

2Н

- допустимая

(номинальная) нагрузка вторичной обмотки

трансформатора тока, В⋅А;

S

2Н =

I

2Н

2

⋅Ζ

2Н =

S

ПРИБ +

I

2Н

2

(r

ПРОВ

+ r

КОНТ

); (3.26)

где I

2Н

- номинальный

ток

вторичной

цепи обмотки;

Ζ

2Н -

полное

допустимое

сопротивление внешней цепи;

Ζ

2Н

≈ ∑ r

ПРИБ

+ r

ПРОВ

+ r

КОНТ

(3.27)

S

ПРИБ

-

сумма мощностей последовательно включенных

токовых обмоток приборов и реле для наиболее

загруженной фазы, В⋅А (Приложение А, таблица А1).

r

КОНТ

- сопротивление

контактов (в расчете обычно

принимают равным 1,1 Ом );

∑ r

ПРИБ -

сумма сопротивлений последовательно включенных

обмоток приборов и реле;

r

ПРОВ

- допустимое сопротивление соединительных

проводов;

Необходимое минимальное сечение соединительных проводов

,

2

пров

r

расч

l

расч

S

⋅

=

ρ

(3.28)

где:

l

РАСЧ -

расчетная длина соединительных проводов;

ρ - удельное сопротивление провода (медь ρ = 1,75⋅10

-2

Ом⋅мм

2

/м, алюминий ρ = 2,86⋅10

-2

Ом⋅мм

2

/м).

49

Остальные условные обозначения приведены в пояснении к

таблице 3.3.

3.4 Выбор и расчет защиты элементов системы

электроснабжения до 1000 В

3.4.1. Выбор аппаратов управления.

Электрические сети должны иметь защиту от токов

короткого замыкания с наименьшим временем отключения и

обеспечением селективности последовательно включенных

аппаратов защиты. Защита должна обеспечивать отключение

поврежденной линии при КЗ на любом её участке, включая КЗ в

конце линии.

Для автоматических выключателей уставка теплового

расцепителя выбирается из условий соответствия номинального

тока теплового расцепителя Ι

НР

расчетному току Ι

Р

защищаемой

линии, А:

Ι

НР ≥

к

1

⋅

Ι

Р

, А, (3.29)

где к

1 =

1 - для условий нормального пуска электродвигателей;

к

1 =

1,5 - для электродвигателей с тяжелыми условиями

пуска.

К категории двигателей с нормальным пуском относятся

двигатели, пуск которых заканчивается за 2 - 5 секунд и частота

пуска не превышает 15 раз за 1 час. К двигателям с тяжелыми

условиями пуска относятся двигатели, которые пускаются более 15

раз за 1 час. Уставка электромагнитного расцепителя автомата

выбирается по условиям отстройки от пусковых токов.

Для предохранителей номинальный ток плавкой вставки, А:

,

2

K

п

I

вст

I ≥ (3.30)

где К

2

= 1,6 - 2,0 - для условий нормального пуска

электродвигателей

К

2

= 2,5 - для электродвигателей с тяжелыми условиями пуска.

Ι

П

- пусковой ток.

3. Условие соответствия предельно допустимого тока

отключения аппарата Ι

ОТКЛ

максимальному току КЗ Ι

КЗ

в месте

установки автомата или предохранителя, кА:

Ι

ОТКЛ

≥

Ι

КЗ

,

(3.31)

50

Выбор аппаратов управления и защиты к электроприёмникам

производится исходя из номинальных данных последних и

параметров питающих их сетей, требований в отношении защиты

приёмников и сети от ненормальных режимов, эксплуатационных

требований (частоты включений и условий среды в месте

установки аппарата).

3.4.2.Селективность защиты

Уставки защитных аппаратов должны быть проверены на

избирательность отключения (селективность), т. е. таким образом,

чтобы при каждом нарушении нормального режима отключался

только поврежденный участок, но не срабатывали защитные

аппараты в других звеньях цепи. В сетях до 1000 В селективность

защитных аппаратов следует проверять при наибольшем значении

тока КЗ.

3.4.3 Выбор распределительных пунктов

Для распределения электрической энергии в цехах

применяются распределительные пункты серии ПР11, ПР22, ПР24

с вводным выключателем или без него, навесного или напольного

исполнения [11].

3.4.4 Выбор шинопроводов

Номенклатура выпускаемых шинопроводов приводится в [17].

3.4.5 Выбор проводов и кабелей.

Марка кабеля зависит от: участка электрической сети,

характеристики среды помещения, где располагаются элементы

электрической схемы, способа прокладки.

Сечение кабелей напряжением выше 1000 В выбирают по

экономической плотности тока и проверяют на допустимый

длительный ток нагрузки и на устойчивость при КЗ.

Сечение кабелей напряжением до 1000 В выбирают по

допустимому длительному току нагрузки и проверяют по потере

напряжения.

Выбор по длительному расчетному току производится путем

сравнения величины расчетного тока с длительно допустимым

током нагрузки на проводник определённого сечения. При выборе

сечения по нагреву выбирают ближайшее большее значение. При

выборе сечения по термической стойкости выбирают ближайшее

меньшее значение. По потере напряжения выбирают ближайшее

большее сечение. Выбор термически стойкого сечения жил кабеля

Свирская Г.С., Князев В.С., Кузнецова Е.С. Внутризаводское электроснабжение

Подождите немного. Документ загружается.