Выбор вариантов схем внутреннего электроснабжения. 1. 7 Выбор вариантов схем внутреннего электроснабжения

• Название: 1. 7 Выбор вариантов схем внутреннего электроснабжения
• Анкор: Выбор вариантов схем внутреннего электроснабжения
• Дата: 25.11.2022
• Размер: 178.45 Kb.
• Имя файла: Punkt_7-9.docx
• Тип: Документы; #812558

1.7 Выбор вариантов схем внутреннего электроснабжения

Выбор рациональной схемы электроснабжения наряду с выбором напряжения является одним из главных вопросов, решаемых при разработке проекта реконструкции системы электроснабжения. Оба данных вопроса рассматриваются в неразрывной связи друг с другом.

1.7.1 Расчет и определение схемы электроснабжения участка цеха

1) На генплане наносится кабельная трасса для радиальной схемы эл. снабжения.

2) Отметим достоинства и недостатки схем:

Радиальная схема электроснабжения



Рисунок 8 – радиальная схема
Достоинством радиальной схемы является их высокая надежность, так как авария на одной линии не влияет на работу ЭП, подключенных к другой линии.


Недостатками радиальных схем являются:

• 
  малая экономичность, связанная с использованием большого количества проводникового материала, труб, распределительных шкафов;
  
• 
  большое число защитной и коммутационной аппаратуры;
  
• 
  ограниченная гибкость сети при перемещениях ЭП, вызванных изменением технологического процесса;
  
• 
  невысокая степень индустриализации монтажа.
  

Магистральная (смешанная) схема электроснабжения



Рисунок 9 – магистральная схема

Одиночные магистрали имеют следующие достоинства:

• 
  лучшая загрузка линий, т. к. к каждой линии подключена не одна, а группа ТП;
  
• 
  меньший расход кабелей;
  
• 
  на ЦП и РП нужно устанавливать меньшее количество выключателей.
  

Недостатки магистральных схем:

• 
  трудность при отыскании места повреждения магистрали;
  
• 
  более низкая надежность электроснабжения по сравнению с радиальной схемой.
  

1.7.2 Электрические расчёты схемы

Сечение проводов и жил кабелей должны выбираться в зависимости от ряда факторов, таких как:

• 
  нагрев от кратковременного выделения тепла током к.з;
  
• 
  выделение тепла рабочим (расчётным) током;
  
• 
  Потери напряжения в жилах кабеля или проводах воздушной линии от проходящего по ним тока в нормальном и аварийном режиме.
  

Пример для линии от КТП до РП2:

1) Производится расчет сопротивлений этой линии:

, (1)

где – = ;

– удельная проводимость линии для медного кабеля = 50;

– стандартное сечение кабеля, выбранное по току самого мощного электроприемника в каждом РП, мм²;

– длина провода от КТП до РП-2.

= 1,25Ом/км; (2)

R_кл = 1,25 * 0,045 = 0,056Ом.

Принимаем к установке кабель ВВГнг 4х16 м , А.

2) Производится расчет потери активной мощности в этой линии:

, (3)

за принимаем самого мощного двигателя в данного РП (Подъемный кран).
А; (4)

= 3 * 78 ² * 0,056 * = 1,02 кВт.

3) Производится расчет потери напряжения в этой линии:

∆U = * * cosφ, % ≤ 5%, (5)

∆U = * 0,056 * 0,9 = 1,78 %;

1,78 % ≤ 5%.

4) Аналогично производится расчет для остальных линий данные заносятся в таблицу 1.4 (приложение 2).
1.7.3 Технико-экономическое сравнение вариантов

1) Рассчитываем цену кабеля для каждого РП, по радиальной и по магистральной схеме:

, (1)

где – цена кабеля ВВГнг выбранного сечения за 1 метр, руб;

– длина линии, м.

Пример расчета для РП-2:

руб.

Аналогично рассчитываем для остальных РП. Результат заносим в таблицу 1.4 (Приложение 2).

2) Вычисляем денежные затраты на потерю энергии:

, (2)

где – стоимость 1 кВт электроэнергии, принимаем равным 3,45 руб.

руб. – для радиальной схемы;

руб. – для магистральной схемы.

3) Определение общих затрат:

, (3)

руб – для радиальной;

руб – для магистральной.

На основании расчетов делаем вывод: радиальная схема является наиболее выгодной по технико-экономическим показаниям, а также более надежной по способу монтажа.

1.8 Выбор аппаратуры защиты и управления

1.8.1 Выбор высоковольтной аппаратуры защиты

Выбор высоковольтной аппаратуры защиты производится по условиям:

;

,

где

где А.

1. 
   Выбор высоковольтного разъединителя:
   

Разъединители служат для создания видимого разрыва, отделяющего выведенное из работы оборудование от токопроводящих частей, находящихся под напряжением. Это необходимо, например, при выводе оборудования в ремонт в целях безопасного производства работ.

Разъединители не имеют дугогасительных устройств и поэтому предназначаются, главным образом, для включения и отключения электрических цепей при отсутствии тока нагрузки и находящихся только под напряжением или даже без напряжения.

По данным условиям выбираем разъединитель типа РВЗ – 10/400 – У3,

кВ;

А.

2) Выбор ограничителя перенапряжения:

Ограничители предназначены для защиты электрооборудования распредустройств и аппаратов от атмосферных и коммутационных перенапряжений в сетях напряжения 6 - 35 кВ с изолированной или компенсированной нейтралью.

Выбираем ограничитель по напряжению: тип – ОПНп-10 УХЛ2, кВ,

кВ.

3) Выбор высоковольтного выключателя:

Выключатели предназначены для частых коммутаций электрических цепей при нормальных и аварийных режимах в ячейках комплектных распределительных устройств в электрических сетях трехфазного переменного тока частотой 50 Гц с напряжением 6-10 кВ с изолированной или компенсированной нейтралью.

Принимаем к установке выключатель ВБЭ-10-20/630 УХЛ2,

кВ;

А.

1.8.2 Выбор низковольтной аппаратуры защиты

Автоматические выключатели предназначены для отключения при коротких замыканиях и перегрузках в электрических сетях, отключений при недопустимых снижениях напряжения, а также для нечастых оперативных включений и отключений электрических цепей.

Автоматы выбираются согласно условиям:

;

,

где – ток расцепителя, А;

А, - для линии без ЭД;

– для линии с одним ЭД;

– для групповой линии с несколькими ЭД;

– номинальное напряжение, на которое рассчитан автомат, В;

– расчетный ток в линии, определяется по мощности трансформатора для однотрансформаторной подстании и по мощности 2хТП на 0,4 кВ с учетом компенсаии,

– принимаем - ток каждого электроприемника в РП соответственно.

1) Автоматический выключатель на вводе низкого напряжения.

Рассчитываем ток вводного выключателя на стороне 0,4 кВ:

, (1)

А.

Принимаем к установке автомат Compact NS1000N 1000A 3p B Schneider,

1000 А ˃ 809,2 А; 690 В ˃ 380 В.

2. 
   Выбираем автомат для компенсирующих устройств:
   

Определяем ток автомата для КУ:

, (3)

А.

Данным условиям удовлетворяет автомат ВА57-35 63А.

63 А ˃ 56,29 А; 690 В ˃ 380 В.

3) Выбирается трансформатор тока по условиям:

I_{ном.тр.тока} > I_н.т.

150 > 137,

Выбран трансформатор тока.

ТШП-Э 100-30 80-1000/5А 5ВА

I_н = 150 А

S_{ном вторичной нагр} = 5 ВА

4) Выбор автоматического выключателя на вводе в РП производим на примере РП-2:

Находим , (4)

где А (из пункта 1.7.5);

А.

По данным условиям принимаем к установке автомат ВА 57-35-100А,

100 А ˃ 97,5 А; 690 В ˃ 380 В.

5) Выбор автоматического выключателя на один конкретный электроприемник в РП-2 (на примере - токарного станка)

I_{н.а.расч} = (5)

I_{н.а.расч} = = 23,1 А

Находим ,

31,5 А > 1,25*23,1А

31,5 А > 28,87 А

Автоматический выключатель ВА51-35М1-340010-31,5А-500-690ACУХЛ3

Автоматические выключатели для остальных линий электроснабжения и электроприемников выбираются аналогично. Данные вычислений заносятся в таблицу 1.6 (Приложение 4).


1.9 Расчет и выбор проводников

1.9.1 Выбор кабеля на высоковольтной стороне

1) Определяем сечение высоковольтной линии по экономической плотности тока:

, (1)

где – расчетный ток нагрева высоковольтной линии.

А.

По справочному материалу выбираем экономическую плотность тока для данного участка цеха и рассчитываем подходящее сечение проводника:

, (2)

где – сечение высоковольтного кабеля, мм²;

– экономическая плотность тока, А/мм².

мм².

Проверка по току





Условие по нагреву допустимым током выполняется.

2) Выбираем подходящее сечение кабеля по справочному материалу:

Кабель 3-х жильный силовой медный с изоляцией и оболочкой из ПВХ пластиката для прокладки в траншее.

ВВБ 3x16 А.

(кабель бронированный, его применяют для наружной прокладки, например в траншее, блоках. Если кабель небронированный (например: ВВГнг), то его прокладывают в кабельном туннеле или если РП 10 кВ расположено в цехе. Когда распределительная подстанция 10 кВ расположена на ГПП, то питание цеха как правило осуществляется кабелем в траншеях или токопроводом, если расстояние небольшое).

1.9.2 Расчет проводников от РП до электроприемников

1) Находим ток нагрузки одного электроприемника из РП-2 – подъемный кран

, (1)

А.

Проверяем соответствие сечения кабеля аппарату защиты в линии.

Находим ток с учетом уставки теплового расцепителя:

,

где Iн.р – номинальный ток расцепителя автомата;

Кт.р – коэффициент уставки теплового расцепителя.





Условие соответствия выполняется.

По току нагрузки данного электроприемника к установке принимается кабель ВВГнг 4х35. А – медные многожильные провода поливинилхлоридной изоляцией, способ прокладки – в полу.

Аналогично определяем сечение проводов для РП и каждого электроприемника, данные заносим в таблицу 4 и 5 (Приложение 3).

1.10 Расчет токов короткого замыкания и проверка выбранного оборудования

При проектировании системы электроснабжения учитываются не только нормальные, продолжительные режимы работы электроприемников, но и аварийные режимы их. Одним из аварийных режимов является короткое замыкание.

Коротким замыканием – 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.

В системах трехфазного переменного тока могут быть замыкания между тремя фазами – трехфазные к.з., между двумя фазами – двухфазные к.з. Если нейтраль электроэнергетической системы соединения с землей то возможны однофазные замыкания, Чаще всего возникаю однофазные к.з.

Причинами к.з. 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, атмосферные перенапряжения. Короткое замыкание может возникнуть при неправильных оперативных переключениях, например при отключении нагруженной линии разъединители, когда возникающая дуга перекрывает изоляцию между фазами.

Последствиями к.з. являются резкое увеличение тока в короткозамкнутой цепи и снижение напряжения в отдельных точках системы. Дуга, возникшая в месте к.з., приводит к частичному или полному разрушению аппаратов, машин и других устройств. Увеличение тока в ветвях электроустановки, примыкающих к месту к.з., приводит к значительным механическим воздействиям на токоведущие части и изоляторы, на обмотки электрических машин. Прохождение больших токов вызывает повышенный нагрев токоведущих частей и изоляции, что может привести к пожару в распределительных устройствах в кабельных сетях и других элементах энергоснабжения и будет причиной дальнейшего развития аварии.

Расчет токов к.з. в системе электроснабжения производится упрощенным способом с рядом допущений.

Считают, что трехфазная система является симметричной, не учитывают насыщение магнитных систем, т.е. считают, что индуктивное сопротивление в процессе к.з. не изменяются, принимают что фазы всех ЭДС источников не изменяются в процессе к.з., напряжение на шинах источника принимают неизменным, т.к. точки к.з. обычно удалены от источника, апериодическая составляющая тока к.з. не подсчитывается, т.к. длительность короткого замыкания не превышает 0,15 с.
1.10.1 Расчет токов короткого замыкания

Расчет токов короткого замыкания производится для того, чтобы узнать ударный ток и правильно выбрать оборудование для подстанции.

1. 
   Составляется расчетная схема:
   

Рисунок 10 – расчетная схема токов КЗ


2) Составляется схема замещения и нумеруются точки КЗ в соответствии с расчетной схемой:



Рисунок 11 – схема замещения токов КЗ
3) Находим активное и индуктивное сопротивление наружной линии:

Питающая линия – ВВГнг 4х10; А.

, (1)

где – удельное индуктивное сопротивление, принимаем равным 0,6 Ом/км;

– протяженность линии системы, принимаем равным 10 км.

Ом;

, (2)

где – удельное активное сопротивление, Ом/км.

Ом/км;

Ом.

4. 
   Найденные сопротивления приводятся к низкому напряжению:
   

, (3)

мОм;

, (4)

мОм.
5) Находим сопротивления оборудования и кабельных линий на примере РП-1:

• 
  Для трансформатора ТМ-400 по таблице 1.9.1 [2]:
  

мОм; мОм; мОм; мОм.

• 
  Для автоматов по таблице 1.9.3 [2]:
  

QF1: мОм; мОм; мОм;

QF2: мОм; мОм; мОм;

QF3: мОм; мОм; мОм.

• 
  Для кабельных линий по таблице 1.9.5 [2]:
  

КЛ1: мОм/м; мОм/м,

мОм;

мОм.

КЛ2: мОм/м; мОм/м,

мОм;

мОм.

• 
  Для ступеней распределения по таблице 1.9.4 [2]:
  

мОм;

мОм.

6) Вычисляем эквивалентные сопротивления на участках между точками КЗ:

• 
  Для точки К1:
  

, (5)

мОм;

, (6)

мОм.

• 
  Для точки К2:
  

, (7)

мОм;

, (8)

мОм.

• 
  Для точки К3:
  

, (9)

мОм;

, (10)

мОм.
7) Вычисляются сопротивления до каждой точки КЗ и заносятся в «сводную ведомость» (таблица 1.7):

• 
  , (11)
  

где мОм;

мОм.

мОм.

• 
  , (12)
  

где мОм;

мОм.

мОм.

• 
  , (13)
  

где мОм;

мОм.

мОм.
8) Определяются коэффициенты и q по графику 1.9.1 [2]:

• 
  , (14)
  

;

;

.

• 
  , (15)
  

;

;

.

9) Определяются 3-х фазные токи КЗ и заносятся в ведомость:

, (16)

кА;

кА;

кА.

10. 
    Производится расчет ударных токов КЗ для каждой точки:
    

, (17)

кА;

кА;

кА.

10. 
    Составляется схема замещения для расчета однофазных токов КЗ:
    

Рисунок 12 – схема замещения для расчетов однофазных токов КЗ

10. 
    Производится расчет сопротивлений:
    

При расчете однофазных токов КЗ значение удельного индуктивного сопротивления петли «фаза-ноль» принимается равным 0,15 мОм/м – для КЛ до 1 кВ;

Удельное активное сопротивление принимается как .

• 
  Для ПКЛ1: мОм;
  

мОм; (18)

• 
  Для ПКЛ2: мОм;
  

мОм. (19)

13) Вычисляются полные сопротивления каждого участка:

• 
  – поскольку на первом участке только активное сопротивление системы.
  

мОм;

• 
  , (20)
  

где мОм;

мОм.

мОм;

• 
  , (21)
  

где мОм;

мОм.

мОм;

14) Выполняем расчет однофазных токов КЗ:

, (22)

где мОм.

кА;

кА;

кА.

Результаты вычислений заносятся в таблицу 1.7.

Таблица 1.7 – Сводная ведомость токов КЗ

Точка КЗ	, мОм	, мОм	, мОм			q	, кА	, кА	, кА	, кА
К1	52,75	26,8	58,2	1,96	1	1	3,96	5,59	3,96	2,87
К2	127	32,2	131	3,9	1	1	1,67	2,36	1,67	1,07
К3	130,5	33,9	134,8	3,8	1	1	1,62	2,39	1,62	1,06

1.10.2 Проверка элементов на устойчивость к токам короткого замыкания

• 
  Согласно условиям по токам КЗ автоматы проверяются:
  

1) На отключающую способность. Отключающая способность – наибольший ток КЗ при котором отключение произойдет без повреждения автомата.

QF1: ;

QF2: ;

QF3: .

Автоматы при КЗ отключаются не разрушаясь.

2) На надежность срабатывания:



QF1: ; ;

QF2: ; ;

QF3: ; .

Надежность срабатывания автоматов обеспечена.

• 
  Проверка кабелей на термическую стойкость:
  

,

где – фактическое сечение кабельной линии КЛ, мм²;

– термически стойкое сечение кабельной линии, мм².

, (1)
где – приведенное время действия тока КЗ, с. По таблице 1.10.3 [2];

– термический коэффициент, принимается равным 6 – для меди.

Для КЛ1: мм²;



Для КЛ2: мм².



По термической стойкости кабельные линии удовлетворяют.

• 
  Согласно условиям шинопровод проверяется на динамическую стойкость:
  

,

где – допустимое механическое напряжение в шинопроводе, Н/см², для меди Н/см²;

– фактическое механическое напряжение в шинопроводе, Н/см².

1. 
   Максимальное усилие на шину определяется по формуле:
   

, (2)

где – максимальное усилие, Н;

- длина пролета между соседними опорами, м. Принимается кратной 1,5 м (1,5; 3; 4,5; 6);

a - расстояние между осями шин, см. Принимается из ряда 10; 15; 20 см.

Н.

2) Производится расчет величины изгибающего момента, создаваемого данным током:

; (3)

Н*см.

3) Принимается установка шин «плашмя» с a = 15 см.

Выбираем шину: медную, сечением 120 мм² (4х30).

.

4) Рассчитывается наибольшее механическое напряжение в металле:

, (4)

где = – для горизонтальной плоскости. (5)

;

Мпа.

Проверяем, подойдет ли выбранная шина для данных условий:

– условия прочности соблюдаются, окончательно принимаем к использованию данную шину.
1.11 Специальный вопрос

Монтаж осветительной сети

Монтаж распределительного устройства

Монтаж шинопровода ШРА

Монтаж кабельных линий на лотках (в трубах, под полом),

Монтаж и подключение электродвигателя