Злектроснабжение Савчук И.В.. Пример определения расчетной нагрузки Постановка задачи
 Скачать 476 Kb.
|
|
Приложение 1 Пример определения расчетной нагрузки Постановка задачи. Выполнить расчеты нагрузок и выбор основного электротехнического оборудования системы электроснабжения цеха предприятия, связанные с реконструкцией одного из участков цеха, вводом дополнительных электроприемников (ЭП) и установкой нового распределительного пункта (РП). Характеристика исходной информации. Электроснабжение цеха предприятия осуществляется по двум кабельным линиям номинального напряжения 10 кВ. В цехе установлена комплектная цеховая понизительная подстанция (ЦТП) с трансформаторами 630 кВА. Величина тока трехфазного короткого замыкания на шинах высшего напряжения ЦТП составляет 19 кА. У  Рис. П1.1. Укрупненная схема ЦТПпрощенная схема ЦТП и связь её с главной понизительной подстанцией (ГПП) приведена на рис. П.1.1. Помещение цеха сухое, взрыво -и пожаробезопасное, средняя температура воздуха в помещении +25°С, на территории цеха имеются заглубленные кабельные каналы, расстояние до нового РП, при использовании кабельных каналов. 50 м. Перечень предполагаемых к установке ЭП и их параметры: станки токарные Рном = 7,5кВт, 3 шт; станки строгальные Рном = 18,5 кВт, 2 шт; штамповочные прессы Рном =25 кВт, 2 шт; вентиляторы Рном =4,5кВт, 2 шт; мостовой кран Рпасп = 32 кВт, ПВ = 0,41, 1 шт. Для выбора параметров питающих кабельных линий и оборудования РП необходимо выполнить расчет мощностей и токов ЭП в нормальном режиме, режимах пуска двигателей ЭП и коротких замыканий. Расчет нагрузкиэлектроприемников. При определении расчетных электрических нагрузок вводимого оборудования используется метод упорядоченных диаграмм (разд. 2.4 настоящего пособия). На основе справочных материалов определяются значения коэффициентов использования активной мощности Киа и соs/tg для всех электроприемников и заносятся в таблицу, один из возможных вариантов такой таблицы приведен ниже (табл. П1.1). Предварительно для электродвигателя мостовою крана рассчитывается номинальная мощность, приведенная к продолжительности включения ПВ = 1,  При анализе выделяются две группы электроприемников: группа А с повторно-кратковременным режимом работы (Киа < 0,6); группа Б с продолжительным режимом (в рассматриваемом примере группа Б представлена только вентиляторами), для которой Киа > 0,6 и ПВ = 1. К группе Б обычно относят электродвигатели насосов, вентиляторов, нерегулируемых дымососов, шаровых мельниц, печи сопротивления и т.д. Перечисленные электроприемники при вычислении максимальной расчетной нагрузки группы учитываются величиной их средней мощности. Таблица П.1.1 Расчет максимальных нагрузок электроприемников
Величина эффективного числа ЭП пэ, определяет выбор методики расчета нагрузок РП по группе А. Общее число ЭП группы А составляет 8 элементов (n= 8), отношение номинальных мощностей наиболее и наименее крупных ЭП в группе А составляет 3,33 (т = 25/7,5= 3,33). 0бщий коэффициент использования Киа группы А:  (Рсм, Рном максимальная средняя и суммарная номинальная мощность группы А). При т > 3 и Киа < 0,2 величина эффективного числа ЭП nэ определяется через относительное значение числа ЭП nэ*, в следующей последовательности: выбирается самый мощный ЭП рассматриваемого узла (двигатель штамповочного пресса мощностью 25 кВт); выбираются ЭП, номинальные мощности которых равны половине мощности наибольшего (двигатели приводов строгальных станков 2 шт., Рном = 18,5кВт; штамповочные прессы 2 шт., Рном = 25 кВт; мостовой кран 1 шт., Рном = 20,6 кВт) или больше ее; подсчитываются число таких ЭП п1 и их суммарная номинальная мощность Рном1 (n1 =5, Pном1 =107,6 кВт); находятся относительные значения числа n*1, и мощности P*1 крупных ЭП по соотношениям: п*1=п1/п и P*1 = Рном1/Рном (n*1=5/8 = 0,625 и Р*1 =107,6/130 = 0,828); определяется относительное число эффективных ЭП nэ* (см. табл. 2.2.) с использованием полученных значений п*1 и Р*1 на основе интерполяции (nэ* = 0,8); определяется абсолютное число эффективных ЭП, nэ = nэ* п (пэ = 0,8х8 = 6,4); определяется коэффициент максимума активной мощности Кма (см. табл. 2.1) по найденным значениям nэ и Киа с использованием интерполяции (Кма = 2,6); определяется расчетная максимальная активная мощность группы А Рр = Кма Рсм ( Рр = 2,6•18,4 = 47,8 кВт). Расчетный максимум реактивной мощности находится по формуле Qp=KмрQсм. Коэффициент максимума реактивной мощности Кмр при эффективном числе ЭП меньше 10 принимается равным 1,1, поэтому Qр = 1,1•23,9 = 26,3 кВАр. Теперь для всего РП вычисляются расчетные суммарные максимальные активные и реактивные мощности по группам А и Б: Рр = 47,8 + 5,4 = 53,2 кВт;Qр = 26,3 + 4 = 30,3 кВАр. Расчетный максимум полной мощности Sр = 61,22 кВА. Расчетный ток нагрузки получасового максимума Iр = 88,5 А. Расчет пиковых нагрузок электроприемников. В качестве пикового режима ЭП для проверки кабельных линий рассматривается режим пуска наиболее мощного двигателя и определяется пиковый ток по кабельной линии Iпик, питающей РП. Пиковый ток для группы ЭП находится как сумма токов максимального рабочего тока группы без учета тока самого мощного АД и пускового тока этого (самого мощного) АД по формуле (2.6):  , (IномАД ток самого мощного АД; kп кратность пускового тока этого АД). В рассматриваемом случае самый мощный АД двигатель привода штамповочного пресса ( РномАД = 25 кВт, IномАД = 42 А, kп = 5,2). Тогда, Iпик = 88,5 0,17 • 42 + 5,2 • 42 300 А.Выбор кабельных линий. В связи вводом нового РП в цехе необходимо произвести выбор кабелей для его питания от ЦТП. Прокладка кабеля от шин 0,4 кВ ЦТП предполагается в кабельном канале, в котором уже проложены 5 кабелей, длина кабельного канала 50 м, в канале отсутствует возможность механических повреждений, помещение цеха, как указано выше, сухое, взрыво- и пожаробезопасное. На основании анализа условий прокладки следует вывод о возможности использования кабеля типа АВВГ (алюминиевые жилы, пластмассовая изоляция, оболочка в виде шланга из пластиката, без брони и наружных покровов). Сечение кабеля выбирается по допустимому току из условий нагрева (в сетях 0,4 кВ промышленных предприятий выбор сечений по экономической плотности тока проводится при числе часов использования максимума более 5000, т.е. при практически непрерывном режиме работы). При выборе кабеля делается допущение о несущественном влиянии на выбор сечения температуры окружающей среды (не учитывается поправочный коэффициент на температуру окружающей среды). При прокладке в кабельном канале нескольких кабелей следует учесть их взаимное температурное влияние при определении допустимого длительного тока. Допустимый длительный ток вычисляется по соотношению Ip < KIдоп., где Iр - расчетный ток; Iдоп. допустимый длительный ток для кабеля по условиям нагрева в нормальных условиях; К коэффициент (0,85 при числе кабелей в канале 6 [1]), с помощью которого учитывают прокладку нескольких кабелей в канале. Обратным ходом определяется длительно допустимый ток: Iдоп. Iр/К =88,5/0,85 = 104 А. Согласно ПУЭ в сетях 0,4 кВ запрещена прокладка кабелей без нулевой жилы, поэтому допустимые токи принимаются как для трехжнльных, но с коэффициентом 0,92. Тогда допустимый расчетный ток Iдоп =104/0,92=113 А. По справочным данным (табл. 1.3.7 [3]) находится ближайшее большее сечение, выдерживающее в длительном (получасовом) режиме ток больше 113 А, Это сечение 70мм2. Таким образом, принимаем к прокладке кабель АВВГ - (3х70 + 1х35) Сечение нулевой жилы выбирается на основании анализа возможных величин токов нулевой последовательности. При наличии однофазных электроприемников в большинстве случаев применяют нулевую жилу того же сечения, что и фазные. Необходимо иметь в виду, что данные многочисленных исследований свидетельствуют о том, что действительный ток обычно на 20 и более процентов ниже, чем расчетный, полученный по методу упорядоченных диаграмм. Кроме того, в указанном методе принято, что постоянная времени нагрева кабеля равна 10 мин. Реально эта величина отличается для различных сечений кабелей. Если учесть перечисленные факторы, то можно принять сечение фазных жил кабеля 50 мм2. В разд. 2 (2.3) и [2] приведен алгоритм учета реальной постоянной времени нагрева при выборе сечения для кабелей со свинцовой оболочкой и броней. Расчет токов коротких замыканий. Расчет токов коротких замыканий предназначен для проверки оборудования на электродинамическую и термическую стойкость, выбора защитной и коммутационной аппаратуры. В системах электроснабжения электрические сети напряжением до 1000 В имеют значительные активные сопротивления, оказывающие существенное влияние на величину токов коротких замыканий, поэтому расчеты токов трехфазного и однофазного коротких замыканий на землю выполняются с учетом не только реактивных, как в сетях напряжением выше 1000 В, но и активных сопротивлений. При расчетах учитывается, что апериодическая составляющая тока короткого замыкания затухает очень быстро в связи с большими активными сопротивлениями. В связи с небольшой мощностью ЭП по сравнению с мощностью питающей энергосистемы периодическая составляющая практически не затухает и остается постоянной до момента отключения. Расчеты выполнены при следующих дополнительных условиях. 1. На ЦТП установлено два трансформатора ТМ-630/10/0,4 со схемой соединения обмоток /о. Параметры схемы замещения трансформатора прямой, обратной и нулевой последовательностей одинаковы и составляют х1т = х2т = х0т = 13,5 мОм; r1т = r2т = r3т = 3,4 мОм. 2. На основании предварительных расчетов известно, что величина тока трехфазного короткого замыкания на шинах высокого напряжения ЦТП равна 19 кА, отсюда может быть определено сопротивление системы. Сопротивление системы можно считать чисто реактивным, тогда  Ом. Сопротивление системы, приведенное к стороне низшего напряжения ЦТП (0,4 кВ), равно хс = 0,5 мОм.3. Удельные сопротивления фазы кабельной линии и петли фазануль: [3|, rуд = 0,549 мОм/м, xуд = 0,065 мОм/м, zпт0 = 1,59 мОм/м. Полные сопротивления прямой последовательности кабеля и петли фазануль соответственно: rк = 27,45 мОм', хк = 3,25 мОм, zпт = 80 мОм. 4. Сопротивления автоматических выключателей (АВ), трансформаторов тока (ТТ) и других элементов не учитываются ввиду их малости (см. [3]). 5. Переходное сопротивление, включающее сопротивления контактов и сопротивление дуги в месте короткого замыкания, при расчетах вблизи шин ЦТП минимально и составляет 15 мОм. В случае расчетов токов короткого замыкания непосредственно на зажимах потребителей, получающих питание от вторичных РП, и значительной удаленности от шин 0,4 кВ ЦТП, это сопротивление рекомендуется увеличивать (в пределе до 30 мОм) [З]. Расчет трехфазного короткого замыкания. Схема замещения для расчетов токов трехфазного короткого замыкания показана на рис. П.1.2. О  Рис. П.1.2 Схема замещения сети. бозначения на схеме: zc сопротивление системы; zт сопротивление трансформатора;zк сопротивление кабеля. При расчетах принято, что величины с индексом R обозначают ток с учетом переходных сопротивлений контактов и электрической дуги в месте короткого замыкания. Ток трехфазного металлического короткого замыкания на землю в точке K1 (максимальный ток) определяется по соотношению  кАТок трехфазного металлического короткого замыкания на землю в точке К1 с учетом переходного сопротивления (минимальный ток к.з.) определяется по выражению  кА.Расчет токов трехфазного короткого замыкания в точке К2 выполнен аналогично: без учета переходных сопротивлении  кА; с учетом переходных сопротивлений контактов и дуги   кА.Расчет однофазного короткого замыкания. Схема замещения для расчетов токов однофазного короткого замыкания аналогична схеме, используемой для расчета трехфазного короткого замыкания с учетом коррекции параметров. Ток однофазного короткого замыкания в точке К2  'В этом выражении обозначено: zпт сопротивление петли фаза-нуль кабеля;  полное сопротивление от источника до точки К2 токам однофазного короткого замыкания, которое без учета сопротивления системы может быть найдено по справочным данным или рассчитано по формуле .С учетом сопротивления питающей системы формула имеет вид .  .В случае необходимости учета переходных сопротивлений контактов и дуги  суммарное сопротивление вычисляется как .Ток однофазного короткого замыкания: с учетом сопротивления системы  = 42,7 мОм  =220/(42,7/3)= 15,44 кА; с учетом переходных сопротивлений = 69 мОм  = 220/(69/3) = 9,5кА.Аналогичный расчет проведен для точки 2 (в конце кабеля). При расчете токов учтено сопротивление петли фазануль кабеля  = 220/(42,7/3 + 80) = 2,33 кA; = 220/(69/3+80) = 2,13 кА.Выбор защитной и коммутационной аппаратуры. Согласно ПУЭ ([1], п. 3.1.10) все сети электроснабжения делятся на две группы: а) защищаемые только от токов коротких замыканий; б) защищаемые от токов коротких замыканий и от перегрузки. Защите от перегрузки подлежат сети: внутри помещений, выполненные открыто проложенными проводниками с горючей наружной оболочкой или изоляцией; осветительные в жилых, общественных и торговых помещениях, служебно-бытовых помещениях, включая сети для бытовых и переносных электроприемников, а также в пожароопасных помещениях; силовые в промышленных предприятиях, в жилых и общественных зданиях, в торговых помещениях, когда по условиям технологического процесса может возникать длительная перегрузка проводов и кабелей; во взрывоопасных наружных установках независимо от условий технологического процесса. Все остальные сети не требуют защиты от перегрузки и защищаются только от токов коротких замыканий. Ниже рассмотрено несколько вариантов установки защитной и коммутационной аппаратуры. Вариант 1. Установка воздушного автоматического выключателя (АВ) в начале проектируемой кабельной линии. В каждой фазе (полюсе) АВ установлены максимальные реле (в справочной литературе называются расцепителями). Расцепитель может состоять из двух элементов: нагревательного элемента из биметаллической пластины или элемента другой конструкции (полупроводникового), осуществляющего защиту от перегрузки с выдержкой времени; электромагнитного элемента, осуществляющею максимальную токовую защиту без выдержки времени (токовая отсечка) при возникновении токов коротких замыканий. Выбор АВ зависит от того, к какой из групп (а или б) относится проектируемая сеть электроснабжения. Ниже рассмотрены обе ситуации: вариант 1.1 в сети не требуется установка защиты от перегрузки (группа а); вариант 1.2 требуется установка защиты от перегрузки (группа б). Вариант 1.1. Защита сети от перегрузки не требуется, поэтому АВ может выбираться без комбинированного расцепителя, а только с электромагнитным. АВ выбираются по параметрам нормального режима и проверяются из условий пиковых режимов и режимов коротких замыканий. Принципы выбора АВ по параметрам нормального режима: соответствие номинального напряжения АВ Uнв номинальному напряжению сети Uном: Uнв Uном; соответствие номинального тока расцепителя Iн.расц максимальному длительному расчетному току группы ЭП Iр: Iн.расц Iр. Ток срабатывания электромагнитного расцепителя Ico отстраивается от тока полной нагрузки РП и пускового тока Iпик наиболее крупного двигателя (автомат не должен срабатывать при указанных условиях):  . (Кн коэффициент надежности, учитывающий разброс параметров выключателя (принимается равным 1,5 для АВ типов А3700, ВА, А3110, АП50, АЕ20; «Электрон» - 1,6; 1,35 для А3120, А3130, А3140 и АВМ).Предварительно выбирается АВ типа АЕ2053 (выключатель серии АЕ20, 5-го габарита на токи до 100 А, трехполюсный с электромагнитным расцепителем). Для этого выключателя Ico/Iн.расч =12, т.е.Ico= 1200 А. Выше найдены значения искомых величии (Ip = 88,5 А и Iпик = 300 А), таким образом: Iн.расч > 88,5; Iсо > 1,5•300 = 450 A. ПУЭ нормируют соотношение допустимого по нагреву тока защищаемого кабеля и уставки защитного аппарата, в частности для силовых сетей, не требующих защиты от перегрузки, должно быть выдержано соотношение [2, п.3.1.9.] K1•K2•Iдоп Kз•Iз. Здесь К1 коэффициент, учитывающий температуру окружающей среды; К2 коэффициент, учитывающий число кабелей в канале; Iдоп допустимый длительный ток по кабелю; Кз коэффициент защиты, принимаемый в зависимости от вида защиты и сети; Iз ток уставки защиты. В решаемой задаче Iз = Iсо, Кз = 0,22 (сеть не требует защиты от перегрузи, а защита от коротких замыканий осуществляется токовой отсечкой электромагнитным расцепителем). Проверка по данному условию дает K1•K2•Iдоп = 1,0•0,85•(140•0,92) = 109,5 А; Kз•Iз = 0,22•1200 = 264 А, т.е. требование ПУЭ не выполняется. Для выполнения требований ПУЭ возможны два пути: увеличение Iдоп путем увеличения сечения кабельной линии; установка АВ с комбинированным расцепителем. В первом случае требуется увеличить сечение кабеля до 300 мм2 и более, что нежелательно по технико-экономическим причинам, поэтому проверяется возможность установки АВ типа АЕ 2056 (5-го габарита с комбинированным расцепителем). Ток отсечки для этого АВ равен, как и для АЕ 2053, 1200 А. Для автоматических выключателей с нерегулируемой обратнозависимой от тока характеристикой Кз = 1,0, а Iз равен номинальному току расцепителя (100 А). Теперь Kз•Iз = 1,0•100 = 100 А, и условие ПУЭ выполняется. Следующим этапом работы является проверка чувствительности отсечки. Эта проверка выполняется сравнением расчетных и нормированных коэффициентов чувствительности при двухфазных и однофазных коротких замыканиях, Расчетные значения коэффициентов чувствительности при двухфазных Кч(2) и однофазных Кч(1)коротких замыканиях определяются по соотношениям:   где:  и минимальные токи коротких замыканий в точке К2; kp коэффициент разброса срабатывания отсечки по току (принимается по данным заводов изготовителей, при отсутствии точных данных произведение 1,1kp нормированный коэффициент чувствительности рекомендуется принимать не менее 1,4 1,5).Таким образом, расчетные коэффициенты чувствительности = 0,867•5050/1200 = 3,64; = 2130/1200 = 1,78.Нормированный коэффициент чувствительности для выключателя серии АЕ20 1,1kp = 1,1•1,3 = 1,43, т. е. чувствительность отсечки соответствует требованиям и обеспечивает селективность защиты оборудования. Временные характеристики АВ типа АЕ20: собственное время срабатывания не более 0,04 с при токах, близких к токам срабатывания отсечки, минимальное время 0,01 с. Проверка кабеля на термическую стойкость. Проверка термической стойкости кабеля основана на расчете теплового импульса количества тепла, которое выделяется в активном сопротивлении кабеля при протекании через него тока короткого замыкания за время начала короткого замыкания до полного погашения дуги при его отключении. Время действия тока зависит от параметров установленной на РП защитной и коммутационной аппаратуры. Минимально допустимое сечение кабеля (sмин) по термической стойкости определяется по выражению  где tоткл собственное время отключения защитного аппарата; Та, среднее значение постоянной времени апериодической слагающей тока короткого замыкания; С постоянная времени, зависящая от вида изоляции и материала жил кабеля (определяется при условии, что температура нагрева проводников при коротком замыкании не превышает допустимую 150°С для поливинилхлоридной и резиновой изоляции [2]); I(3) максимальный расчетный ток короткого замыкания (точка 1, рис. П.1.2). Для рассматриваемого случая I(3) =16,06 кА, С=75, tоткл =0,04 с, Та = 0,01 с. Тогда Sмин = 47,9 мм2, что меньше сечения, выбранного по условиям нормального режима. Таким образом, термическая стойкость к токам короткого замыкания выбранного кабеля проверкой подтверждена. Вариант 1.2. Согласно ПУЭ, при установке АВ, снабженных защитой с независимой характеристикой (электромагнитным расцепителем, отсечкой), сечение кабеля должно быть согласовано с током срабатывания отсечки по соотношению Ico (0,8 1,0)Iдоп.пров. Таким образом, если АЕ2053, выбранный по условиям нормального режима, имеет только отсечку (1200 А), то сечение кабеля должно быть более 1200 мм2, что совершенно нереально по технико-экономическим показателям, и следует установить АВ с защитой от перегрузки (тепловой или полупроводниковый расцепитель). Проверка выбора того же типа АВ - АЕ20, который выбран по условиям нормального режима, но с комбинированным (тепловой и электромагнитный) расцепителем (АЕ2056). Замечание: исходя из приведенного соотношения Ico (0,8 1,0)Iдоп.пров можно было бы подобрать АВ с током отсечки меньше 1200 А, например: серии А37, для которых возможно соотношение Iсо/Iн.расц = 4 и более; серии ВА50, для которых Iсо/Iн.расц = 2, 3, 5, 7, 10 (при минимальном токе расцепителя 160 А); серии ВЛ51, для которых Iсо/Iн.расц = 3, 7, 10 и номинальные токи расцепителей от 50 А и более и т.д. Однако все эти автоматы имеют встроенные комбинированные расцепители, поэтому смысла в уменьшении тока отсечки при наличии защиты от перегрузки нет. Итак, устанавливается АВ серии АЕ20 с Iн.выкл = 100 A и уставкой Iсо =1200 А. Определяется ток срабатывания защиты от перегрузки (Iсп), который зависит от условий возврата защиты после окончания пуска или самозапуска электродвигателей, имеющих тяжелый пуск (тяжесть пуска определяется его длительностью: легкий пуск считается при длительности до 8 с, тяжелый при длительности больше 8 с). При расчете защиты группы ЭП должно выполняться условие Iсп = Iн•kн/kв. Здесь kн коэффициент надежности, учитывающий запас по току (неточность настройки, и разброс срабатывания защиты); kв коэффициент возврата, равный отношению тока возврата (максимального тока, при котором тепловое реле возвращается в исходное состояние) к минимальному току срабатывания. Защита считается эффективной, если Iсп = (1,2 1,4)Iсм. Для выключателей АЕ20 отношение Iсп/Iн.расц = 1,15. В рассматриваемой задаче Iсп =115 А, Iр =88,5 А, тогда Iсп/Ip=1,29, таким образом, защита достаточно эффективна. Ниже приведены данные о времени срабатывания теплового расцепителя выключателя серии АЕ20: не срабатывает при I = 1,05Iн.расц в течение 2 ч; срабатывает при I = 1,25Iн.расц в течение 25 мин; срабатывает при I = 7Iн.расц в течение 1 15 с. Е  Рис. П1.3. Зависимость времени срабатывания от тока теплового расцепителя автомата АЕ20 сли построить эту зависимость в стандартном виде lgt= (tgI), то можно будет оценить время срабатывания теплового реле при любом токе (рис. П.1.3). Время срабатывания защиты от перегрузки должно быть выбрано больше, чем время пуска двигателей для ликвидации ложного срабатывания защиты: tсп (1,5 2)tпуск. По кривым выполнена оценка времени срабатывания теплового реле при токе 299 А и легком пуске двигателей, длящемся около 5 с. При этом время срабатывания tсп должно быть примерно 7,5 10 с. По характеристике (рис. П1.3), можно определить, что при пиковом токе около 300 А тепловой расцепитель сработает примерно через 40 с. Автоматы АЕ20 имеют в большинстве случаев встроенную регулировку величины Iсп = (0,9 1,15)Iн.расц.. Для уменьшения времени срабатывания защиты от перегрузки необходимо снизить уставку по току срабатывания защиты от перегрузки. Уменьшив уставку тока до 0,9Iн.расц, можно уменьшить время срабатывания защиты примерно до 20 с, что вполне достаточно для нормального действия защиты. Далее следует провести проверку допустимости перегрева кабеля при протекании по нему пикового тока в течение времени срабатывания защиты (температура кабеля не должна превышать критическую для данных типов кабеля и изоляции). Допустимая температура для выбранного выше кабеля АВВГ составляет 150°С. Расчет перегрева кабеля от пиковых токов проводится по упрощенному алгоритму, который дает несколько завышенную температуру кабеля. 1. Определяется масса т проводникового материала (масса алюминия одной жилы кабеля): m = 2,7 г/см3x 70 мм2 х 5000 см = 9450 г = 9,45 кг. 2. По справочным данным находится удельная теплоемкость для алюминия электротехнического: с = 920 Дж/(кг•°С). 3. Определяется количество теплоты, необходимой для нагрева массы алюминия m с удельной теплоемкостью с от начальной температуры tн до критической температуры tк по формуле: Q = m•c•(tк –tн). При этом не учитывается теплоотдача в окружающее пространство. Для большего ужесточения условий принимается, что до начала протекания пикового тока кабель был нагружен таким током, при котором температура жил была равна максимальной длительно допустимой (б5°С). Тогда Q= 9,45•920•(150 65) = 738990 Дж = 739 кДж. 4. Определяется мощность (потери активной мощности при протекании пикового тока, выделяющиеся в виде тепла и нагревающие кабель) P = 3I2пикl/s, где: удельное объемное сопротивление (для алюминия 0,0265 мкОм•м) материала жил кабеля; l длина кабеля; s сечение жилы кабеля, Р =З•3002•0,0265•50/70 = 5112 Вт =5,112 кВт. 5. Находится время, в течение которого при мощности Р в кабеле будет выделено найденное в п.З количество теплоты: Т =0,0028•Q/Р = 0,0028•739/5,112 =0,4 ч. 6. Сравнивается реальное время нагрева кабеля при протекании пикового тока (40 с) с временем п. 5. Если время протекания пикового тока меньше, то делается вывод о том, что кабель и его изоляция не нагреются до недопустимого уровня температур и, следовательно, время срабатывания тепловой защиты от перегрузки АВ выбрано правильно. Кроме этого необходимо иметь в виду, что в действительности защиту от перегрузки при пуске двигателей должны осуществлять защитные аппараты, установленные непосредственно в цепях питания электроприемников (АВ или предохранители в начале линий, отходящих от РП к электроприемникам, или тепловые реле магнитных пускателей). Вариант 2. Установка предохранителя в начале проектируемой кабельной линии. Выбор предохранителей выполняется из следующих условий: ток плавкой вставки должен быть не меньше максимального рабочего тока Iн.вст Ip; ток плавкой вставки должен превышать пусковой (пиковый) ток двигателей: Iн.вст Iпик /k, где kкоэффициент кратковременной тепловой перегрузки плавкой вставки, который принимается равным 2,5 при легком пуске с длительностью 2 5 с и равным 1,6 2 при тяжелом пуске с длительностью около 10 с. Для рассматриваемой задачи ток плавкой вставки должен быть: по условию отстройки от расчетного тока Iн.вст 88,5 А; по условию пикового режима Iн.вст 300/2,5 =120 А. Введенным ограничениям соответствует предохранитель типа ПН-2-250 (предохранитель разборный с наполнителем) с номинальным током 250 А и током плавкой вставки на 120 А. После выбора предохранителя следует выполнить его проверку: проверка чувствительности защиты оборудования предохранителем по минимальному току короткого замыкания (кратность минимального тока короткого замыкания по отношению к номинальному току плавкой вставки должна быть больше 3 для невзрывоопасных помещений и 4 для взрывоопасных Кч=Iк.мин/Iн.вст; проверка сечения кабеля по току уставки предохранителя: ток у ставки не должен превышать максимально допустимый по нагреву ток кабеля (указанная требуется только при необходимости защиты от перегрузки), Iн.вст (0,8 1,0)Iдоп.пров.. Проверка предохранителя ПН-2-250: минимальный ток короткого замыкания (однофазное в точке 2 с учетом переходного сопротивления) составляет 2,13 кА, т.е. более чем в 4 раза превышает ток плавкой вставки; допустимый ток для кабеля АВВГ-(3х70 + 1х35) составляет Iдоп.пров =143 А, ток плавкой вставки Iн.вст = 120 A, 120 А (0,81,0)•143. Таким образом, оба условия проверки выбранного предохранителя выполнены. После выбора и проверки предохранителя требуется проверить термическую стойкость кабеля к току короткого замыкания, протекающему в кабеле до его отключения предохранителем. Время отключения тока короткого замыкания определяется по защитным характеристикам предохранителей [2]. Время плавления вставки предохранителя ПН-2-250 при токе 2,13 кА составляет примерно 0,045 с, т.е. практически совпадает с временем отключения выбранного выше АВ (проверка термической стойкости кабеля для АВ выполнена). По защитным характеристикам определено время перегорания вставки при пиковом токе: это время, как и для АВ, примерно равно 2 мин. Таким образом, защитные характеристики предохранителя в целом незначительно хуже аналогичных для АВ. Выбор аппаратуры и сечения проводов в цени двигателя. Выбор проводов и аппаратуры выполнен в цепи самого мощного двигателя, получающего питание от РП. Это двигатель привода штамповочного пресса (Рном =25 кВт, соsном=0,85). Длина проводов 10 м. С учетом условий компоновки оборудования в цехе принято решение о прокладке проводки в трубе. После предварительного анализа условий работы и прокладки провода выбран провод АПРТО (несколько однопроволочных алюминиевых жил в резиновой изоляции и в общей хлопчатобумажной оплетке, пропитанной лаком). Этот гип установочных проводов рекомендован для прокладки в трубах. В случае питания одного ЭП сечение проводов выбирается по номинальному току ЭП:  A.По табл. 1.3.5 ПУЭ выбирается сечение провода 16 мм2 (4 провода в одной трубе, Iдоп = 55 А). Проверка выбранного сечения провода проводится по нескольким параметрам. 1. Проверка по условию обеспечения допустимых уровней напряжения на зажимах двигателя в условиях нормального режима. Расчет проводится обычными методами расчета сетей, и в подавляющем большинстве случаев это условие выполняется. 2. Проверка по условию пуска двигателя. Это условие требует расчетов тех же, что и для первого пункта. В практике обычно считается, что это условие выполняется, если выдерживаются соотношения:  для двигателей с легким пуском;  для двигателей с тяжелым пуском. Для проверки по этому условию следует рассчитать токи короткого замыкания на шинах двигателя, схема замещения приведена на рис. П1.4. В  Рис. П1.4. Схема замещения сети этой схеме расчетная точка короткого замыкания расположена на зажимах двигателя (точка КЗ). В результате расчетов получены токи трехфазного и однофазного коротких замыканий на землю без учета и с учетом переходных сопротивлений контактов и дуги:  кА;  кА; кА;  кА.Пусковой ток двигателя определяется через пусковой коэффициент, который для данного двигателя равен 5,2 (Iпуск = 218 А). Таким образом, проверка по условиям пуска двигателя выполнена. 3. Проверка кабеля по условиям термической стойкости при коротких замыканиях. По действующим в настоящее время ПУЭ эта проверка не требуется, но рекомендуется. Проверка выполняется аналогично тому, как это было сделано выше и начинается с выбора защитно-коммутационного (АВ) или защитного аппарата (предохранителя). Предварительно выбирается АВ типа АЕ20. Условие выбора Iн.расц Iн.дв по этому условию выбирается номинальный ток расцепителя 50А (АЕ2043 автомат 4-го габарита на токи до 63 А, снабженный только электромагнитным расцепителем, номинальный ток расцепителя 50 А, Iсо/Iн.расц = 12). Для данного типа АВ время отключения короткого замыкания составляет 0,04 с. Проверка показывает, что минимально допустимое сечение по термической стойкости составляет приблизительно 11 мм2. Проверка соответствия сечения проводов и уставки токовой отсечки АВ выполнена в соответствии с п. 1.7.79 ПУЭ, который гласит: «Проводимость фазных и нулевых проводников должна быть такой, чтобы ток однофазного короткого замыкания был не ниже уставки тока мгновенного срабатывания (отсечки), умноженной на коэффициент, учитывающий разброс, и на коэффициент запаса 1,1». При отсутствии данных о разбросе параметров АВ рекомендуется принимать кратность тока короткого замыкания относительно уставки не менее 1,4 для АВ с номинальным током до 100 А. В решаемой задаче уставка тока отсечки равна 600 А и соответственно  .Проверка выполнения п. 3.1.9 ПУЭ о соотношении токовых нагрузок проводов и уставок защитных аппаратов. Условие К1•К2•Iдоп Кз•Iз в данном случае записывается (сеть не требует защиты от перегрузки, защитный аппарат имеет только отсечку) как К1•К2•Iдоп =1,0•1,0•55 =55 А; Кз•Iз = 0,22•600=132 А. Как и в ранее рассмотренном случае защиты кабеля, питающего РП, это условие не выполняется, и необходимо либо увеличить сечение кабеля, либо рассмотреть вариант установки АВ с комбинированным расцепителем типа АЕ2046. В случае установки АВ требование ПУЭ выполняется (Кз•Iз =1,0•50 =50 А). Теперь необходимо провести проверку чувствительности защиты при однофазном и двухфазном коротких замыканиях. При установке в этой цепи предохранителя выбор производится аналогично приведенному выше по условиям нормального режима: Iн.вст Iном.дв = 42 А; Iн.вст Iпик /k = 218/2,5 = 87 А. Исходя из этого выбирается предохранитель ПН2-100 с плавкой вставкой 100 А. Минимальный ток короткого замыкания на защищаемом участке (точка КЗ) более чем в три раза превышает номинальный ток плавкой вставки, условие п. 1.7.79 [1] выполнено. Номинальный ток плавкой вставки не более чем в три раза превышает максимально допустимый ток проводов, выполнено условие п. 3.1.9 [1]. Таким образом, выбор и проверка предохранителя завершены. Пусковая и защитная аппаратура станков, печей и другого технологического оборудования поставляется в комплекте с этим оборудованием. Пусковую аппаратуру сантехнического оборудования (вентиляторы, насосы) необходимо выбирать. В рассмотренном примере требуется выбрать пусковую и защитную аппаратуру для двигателей вентиляторов (Рном =4,5 кВт, соsном = 0,85, Iном =7,7 А). Выбираем нереверсивный магнитный пускатель ПМЛ-1200 с номинальным током Iном пмл = 10 A двумя тепловыми реле РТЛ-101404 и максимальным током теплового элемента Iсраб.тепл=10 А. Приложение 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||