Пример расчета цеха мой_исправленный (1). Пример расчета Электроснабжение ремонтномеханического цеха Исходные данные

• Название: Пример расчета Электроснабжение ремонтномеханического цеха Исходные данные
• Дата: 02.05.2023
• Размер: 3.85 Mb.
• Имя файла: Пример расчета цеха мой_исправленный (1).docx
• Тип: Документы; #1102846
• страница: 9 из 23

Расчет токов короткого замыкания и проверка электрооборудования на устойчивость

1. 
   Расчет токов трехфазного короткого замыкания на стороне 0,4 кВ и проверка оборудования на устойчивость
   

Согласно ПУЭ (раздел 1.4.2 пункт 2) по режиму КЗ в электроустановках должны проверяться распределительные щиты, токопроводы и силовые шкафы, аппараты, предназначенные для отключения ТКЗ или могут включать короткозамкнутую сеть.

Расчетный ток КЗ следует определять, исходя из условия повреждения в такой точке рассматриваемой цепи, при КЗ в которой аппараты и проводники этой цепи находятся в наиболее тяжелых условиях (раздел 1.4.6 [9]).

На однолинейной схеме электроснабжения цеха назначаются критические точки КЗ (рис. 15), далее составляется однолинейная расчетная схема (рис. 16). Если схема сложная составляется схема замещения и производится ее свертка.

При расчете токов короткого замыкания в сети до 1 кВ учитываются [12]: сопротивления всех элементов цепи, включая силовые трансформаторы, проводники, трансформаторы тока, токовых катушек автоматических выключателей; активные сопротивления различных контактов и контактных соединений.



Рис. 15. Однолинейная схема электроснабжения с расчетными точками КЗ


Рис. 16. Расчетная схема

Согласно выше изложенному, для расчета выбираются следующие точки:

К1 – для проверки вводного выключателя Q2 на отключающую способность и ШНВ и ШМ на электродинамическую стойкость;

К2 – для проверки выключателя Q3 (защита ШР) на отключающую способность;

К3 – для проверки ШР на электродинамическую стойкость;

К4 – для проверки выключателя Q4 (защита ответвления от ШР к электроприемнику) на отключающую способность;

К5 – для проверки чувствительности выключателя Q5 (рассчитывается ток однофазного КЗ).

Расчет ведется в именованных единицах. Все магнитные связи заменяются электрическими и определяются сопротивления всех элементов участвующих в схеме замещения.

Сопротивления системы, высоковольтного кабеля и трансформатора, рассчитанные выше приводятся к низкому напряжению (0,4 кВ) по формулам

; ,

Сопротивление системы



При отсутствии данных о КЗ в системе эквивалентное индуктивное сопротивление системы допускается рассчитывать по формуле, мОм



где I_откл.н – номинальный ток отключения выключателя, установленного на стороне высшего напряжения понижающего трансформатора сети.

Сопротивление высоковольтного кабеля





Сопротивления трансформатора





Сопротивления автоматического выключателя Q2 «Электрон Про» с I_н=1600А определяются по таблице П10.4 (при отсутствии данных завода изготовителя): R_Q2=0,14мОм, X_Q2=0,08 мОм.

Активное сопротивление контактов (R_к) определяется на основании данных экспериментов или с использованием расчетных методик. Данные о контактных соединениях приведены в приложении 4 [12] или табл. П10.1 – П10.3. Приближенно сопротивления контактов можно принять по таблице 17.

Активное сопротивление дуги в месте КЗ учитывается при определении только минимального КЗ.

Таблица 17

Приближенные сопротивления контактных соединений

Соединение	Rк, мОм
Контактные соединения кабелей	0,1
Шинопроводов	0,01
Коммутационных аппаратов	1

Суммарные активные и реактивные сопротивление до точки К1

=0,65+3,06+0,14+1=4,85 мОм;



Начальное действующее значение периодической слагающей ТКЗ I_по в точке К1



Ударный ток КЗ рассчитывается по формуле

,

где К_уд – ударный коэффициент, который может быть определен по кривым (рис. 17 или рис. 1 [12]).


Рис. 17. Кривые зависимости ударного коэффициента К_уд от отношений r/x и x/r
По соотношению R/X=4,85/14,59=0,33 К_уд ≈1,37. Ударный ток в точке К1



Проверка электрооборудования:

ШНВ: Электродинамическая стойкость шкафов КТП i_д=51 кА>i_уд =29,13 кА – условие выполняется;

ШМ: i_д=50 кА >i_уд =29,13 кА – условие выполняется;

Q2: I_cu=50 кА >I_по =15,02 кА– условие выполняется.

Сопротивление ШМ до ответвления к ШР4

Расчет ТКЗ в точке К2

Сопротивление трансформатора тока (ТТ) с коэффициентом трансформации 1500/5, класс точности 1 (входит в состав ШНВ) определяется по таблице П9.5 при коэффициенте трансформации до 500/5, при ТТ на токи более 500 А активным и индуктивным сопротивлением при расчетах токов КЗ можно пренебречь.

R_тт=0 мОм, Х_тт=0 мОм.

Сопротивления ШМ длиной от трансформатора до отпаечной коробки для подключения ШР4 6,4 м (определяется по плану).

мОм;

мОм.

Сопротивление контакта ШМ по таблице П9.2 0,03мОм. Контактов 4, R_кШМ=4∙0,003=0,012мОм.

Защита ШР4 осуществляется выключателем Q3 ВА5135 с I_н=250А сопротивлением (по табл. П 10.4) R_Q3=1,1мОм, Х_Q3=0,5мОм.

Сопротивление контактов выключателя R_кQ3=0,6мОм (табл. П10.3).

Суммарное сопротивление до точки К2

мОм;

мОм.

Начальное действующее значение периодической слагающей ТКЗ I_по в точке К2

кА.

Проверка выключателя Q3: I_cu=15кА >I_по =13,87кА– условие выполняется.

Расчет ТКЗ в точке К3

Сопротивление кабеля от ШМ к ШР4, длинной 3,5м (высота прокладки ШМ 6м, ШР4 2,5м от пола).

мОм,

мОм.

Контактное сопротивление кабеля по табл. П9.1 R_к.к=0,029мОм.

Контактное сопротивление ШР4 (табл. П9.2) R_кШР4= 4∙0,009 = 0,036мОм.

Сопротивление до точки К3

=6,77+1,56+0,03+0,036=8,4 мОм;

мОм.

Начальное действующее значение периодической слагающей ТКЗ I_по в точке К3

кА

По соотношению R/X=8,4/15,42=0,54 (рис. 7 или рис. 1 [12]) К_уд ≈1,16. Ударный ток в точке К1

кА.

Проверка ШР4 на электродинамическую стойкость: i_д=15кА <i_уд =21,57 кА – условие не выполняется, следовательно необходимо выбрать другой шинопровод с большей электродинамической стойкостью - шинопровод КLM-R с I_н=250А и i_д=41кА и R₀=0,156мОм/м, Х₀=0,168мОм.

Расчет ТКЗ в точке К4

Сопротивление ШР4 до ответвления к ближайшему станку длиной 8м (по плану)

мОм;

мОм.

Сопротивление автомата Q4 к станку №60 АЕ2046 с I_н=63А R_Q4=3,5мОм, Х_Q4=2мОм.

Сопротивление контактов выключателя R_кQ4=1мОм (табл. П9.3).

Суммарное сопротивление до точки К4

=8,4+0,12+3,5+1=13,03мОм;

мОм.

Начальное действующее значение периодической слагающей ТКЗ I_по в точке К4

кА.

Проверка выключателя Q4 АЕ2046: для I_т.р.=3,15 (табл. П8.6) I_cu=0,4кА <I_по =10,56кА – условие не выполняется. Автоматический выключатель не проходит по ПКС, следовательно, необходимо заменить его на более стойкий ВА13-29 с I_cu=12кА (табл. П9.9).

2. 
   Расчет однофазного тока короткого замыкания и проверка чувствительности защиты
   

Для проверки аппаратов защиты на чувствительность определяется минимально возможный ток короткого замыкания в сети. Для сети напряжением 0,4 кВ обычно это ток однофазного КЗ с учетом сопротивления дуги в месте КЗ.

Ток однофазного КЗ определяется по формуле [12, 14, 15]



где R_1∑ и Х_1∑ - суммарные активное и реактивное сопротивления прямой последовательности до точки КЗ; R_0∑ и Х_0∑ - суммарные активные и реактивные сопротивления нулевой последовательности расчетной схемы относительно точки КЗ. Эти сопротивления в общем случае равны:





где R_0т и Х_0т – сопротивления нулевой последовательности трансформатора; R_тт и Х_тт – сопротивления трансформаторов тока (аналогичны прямой последовательности); R_кв и Х_кв – сопротивления контактов выключателя (аналогичны прямой последовательности);R_к – суммарное активное сопротивление различных контактов;R_0Ш и Х_0Ш – сопротивления нулевой последовательности шинопроводов;R_0к и Х_0к – сопротивления нулевой последовательности кабелей R_д - сопротивление дуги, которое, при отсутствии достоверных данных может определяться по табл. 2 [12] или рассчитываться.

Среднее значение активного сопротивления дуги в месте КЗ допустимо определять по формуле [14]



где I_по – начальное значение периодической составляющей тока металлического КЗ; К_с – среднестатистическое значение поправочного коэффициента, учитывающего снижение тока в начальный момент дугового КЗ по сравнению с током металлического КЗ, который можно определить по формуле

,

где Z_к – сопротивление цепи КЗ, зависящее от вида КЗ:

при трехфазном КЗ ;

при двухфазном КЗ ;

при однофазном КЗ

Однофазный ток дугового КЗ



В случае, когда известны полные сопротивления петли фаза – ноль, можно использовать упрощенную формулу определения периодической слагающей однофазного тока КЗ [15, 18]



где U_ф – фазное напряжение сети, В; – полное сопротивление 3-х последовательностей понижающего трансформатора току однофазного КЗ, мОм; Z_п – полное сопротивление петли фаза – нуль от понижающего трансформатора до точки КЗ, мОм.

Z_п=∑Z_{0.ф-0 i}∙l_i,

где Z_0.ф-0 – удельное полное сопротивление петли фаза – ноль участка; l - длина участка.

Сопротивления трансформаторов тока, автоматических выключателей, контактных соединений и электрической дуги во втором варианте расчета не учитываются поскольку арифметическое сложение полных сопротивлений приводит к увеличению общего сопротивления цепи КЗ.

Для проверки аппаратов защиты определяется минимальный однофазный ток через переходные сопротивления. При этом

,

где R_п – переходное сопротивление, учитывающее сопротивление контактов и их переходные сопротивления [16].

При отсутствии достоверных данных о контактах и их переходных сопротивлениях в [16] рекомендуется при расчете токов КЗ в сетях, питаемых трансформаторами мощностью до 1600 кВ·А включительно, учитывать их суммарное сопротивление введением в расчет активного сопротивления:

1) для распределительных устройств на станциях и подстанциях 0,015 Ом;

2) для первичных цеховых распределительных пунктов, как и на зажимах аппаратов, питаемых радиальными линиями от щитов подстанций или от главных магистралей 0,02 Ом;

3) для вторичных цеховых распределительных пунктов, как и на зажимах аппаратов, питаемых от первичных распределительных пунктов 0,025 Ом;

4) для аппаратуры, установленной непосредственно у электроприемников, получающих питание от вторичных распределительных пунктов 0,03 Ом.

Однако, как показывают результаты расчетов для конкретных примеров и выводы в [17], вышеприведенные значения переходных сопротивлений контактов являются завышенными, особенно для сетей, питающихся от трансформаторов мощностью выше 1000 кВ·А.

Пример расчета

1 вариант

Согласно расчетной схеме рис. 16 до точки К5 учитываются следующие сопротивления:

Сопротивление системы прямой последовательности Х_1с=0,8мОм.

Сопротивления высоковольтного кабеля R_1кВН =0,65 мОм, Х_1кВН=0,07 мОм.

Сопротивления трансформатора прямой последовательности R_1т =3,06 мОм, Х_1к=13,64 мОм. Сопротивления нулевой последовательности понижающих трансформаторов со схемой соединения Δ/Y₀ аналогичны прямой последовательности, при других в соответствии с указаниями завода – изготовителя. R_0т =3,06 мОм, Х_0к=13,64 мОм.

Сопротивление автомата Q2 «Электрон Про» R_Q2 =0,14 мОм, Х_Q2=0,08 мОм; контактов R_кQ2 =1 мОм

Сопротивление магистрального шинопровода длиной 36,5 м (от трансформатора до подключения ШР1)









где R_п0 и Х_по – удельные сопротивления шинопровода прямой последовательности (табл. П10.6); R_н0 и Х_но – удельные сопротивления шинопровода нулевой последовательности (табл. П10.6).

Сопротивление контактов ШМ R_кШМ=0,01 мОм.

Сопротивление трансформатора тока R_тт=0 мОм, Х_тт=0 мОм.

Сопротивление автоматического выключателя Q3 ВА5131 c I_н=100 А по табл. 10.4 R_Q3=2,15 мОм, Х_Q3=1,2 мОм; разъемных контактов R_Q3=0,75 мОм (табл. П10.3).

Сопротивление кабеля АВВГ (3×50+1×35) длиной 3,5 м, удельные сопротивления приняты по табл. П10.7









Контактное сопротивление кабеля R_кк=0,03 мОм (табл. П10.1), ШР1 R_кШР=0,04 мОм (табл. П10.2 – 4 болта).

Сопротивление ШР1 KLM-R I_н=160А длиной 41,5 м, удельное сопротивление прямой последовательности принимается по таблице П7.2, нулевой последовательности принимается аналогичным ввиду отсутствия данных





Суммарное активное и реактивное сопротивление до точки К5

мОм;

мОм;

мОм;

мОм.

Ток однофазного металлического КЗ по (58):

кА.

Определение сопротивления дуги по (55):

мОм;

Поправочный коэффициент (54):

.

Сопротивление дуги по (53):

мОм.

Ток однофазного дугового КЗ по (58)

кА.

2 вариант

Сопротивление трансформатора с учетом переходного сопротивления контактов



Удельное полное сопротивление петли фаза-ноль ШМ (табл. П7.1) Z_{0 ф-0}=0,112 мОм/м

Сопротивление ШМ длиной 36,5 м

Z_{ШМ ф-0}=Z_{0 ф-0}∙l=0,112∙36,5=4,088 мОм

Удельное полное сопротивление петли фаза-ноль кабеля к ШР (табл. П10.7)

мОм

Сопротивление кабеля длиной 3,5 м

Z_{к ф-0}=Z_{0 ф-0}∙l=3,37∙3,5=11,8 мОм

Удельное полное сопротивление петли фаза-ноль ШР1 (табл. П7.2), [18]

мОм

Сопротивление ШР1 длиной 41,5 м

Z_{к ф-0}=Z_{0 ф-0}∙l=0,71∙41,5=29,5 мОм

Ток однофазного КЗ в точке К5



Как видно из выше приведенных расчетов второй вариант расчета проще и дает заниженное значение однофазного ТКЗ, что допустимо для проверки чувствительности защитной аппаратуры.

Коэффициент чувствительности



где I_{к min} – минимальный ток КЗ в конце защищаемой зоны (однофазное дуговое КЗ; I_с.о –ток срабатывания отсечки; k_р –коэффициент разброса срабатывания отсечки по току.

При отсутствии данных о разбросе произведения 1,1k_р рекомендуется применять кратность для автоматических выключателей с номинальным током до 100 А – не менее 1,4; с номинальным током более 100 А – не менее 1,25.

Коэффициент чувствительности в исходном примере для автоматического выключателя ВА5131 с номинальным током 100 А, защищающем ШР4



Требование чувствительности выполняется с пятикратным запасом.

7. 
   Расчет отклонения напряжения и выбор отпайки трансформатора
   

Расчет отклонения напряжения проводится для определения уровня напряжения на зажимах электроприемников и соответствия ГОСТ. Проверяется отклонение напряжения до самого ближайшего и самого удаленного электроприемника в максимальном и минимальном режимах.

Рассматривается путь до самого удаленного электроприемника, где ожидаются самые большие потери напряжения.

Потери напряжения на участке сети определяются по формуле



Пример

На рис. 11 самый удаленный от ТП ЭП №1. Схема питания представлена на рис. 18.



Рис. 18. Схема для расчета потерь напряжения (над участками показаны мощности, под – сопротивления соответствующих участков)

Сопротивления участков:

- ШР1, длиной 41,5 м, при расчете сопротивления учитывается приведенная длина, при равномерно распределенной нагрузке на шинопроводе l/2.



.

- кабель от ШМ к ШР1 длиной 3,5 м



.

-суммарное сопротивление кабеля и ШР1



.

- сопротивление ШМ длиной 36,5 м



.

- сопротивление трансформатора (рассчитано выше) R_т=3,06 мОм; Х_т=13,64 мОм.

- сопротивление высоковольтного кабеля длиной 0,5 км R_т=0,447 Ом; Х_т=0,0475≈0,05 Ом (см. выше).

Расчетные мощности по участкам

- ШР1+кабель _рШР1=55,74+j40,48 кВА (по табл. 13 – определение расчетной мощности ШР и СП);

- ШМ – расчетная мощность всего цеха _рШМ=496,7+j494,68 кВА (табл. 5);

- трансформатор _{р т} =S_рШМ – jQ_{НКБ ст}=496,7+j(494,68-400)= 496,7 + j94,68 кВА, где Q_{НКБ ст} – мощность стандартной НКБ;

- высоковольтный кабель _вк = _{р т} +Δ _т, где Δ _т –потери мощности в трансформаторе



_вк =496,7+j94,68+5,89+j25,58=502,59+j120,26 кВА.

Расчет потерь напряжения приведен в табл. 17, где Δu_min=0,25 Δu_max.

Суммарные потери до удаленного ЭП в максимальном режиме

Δu_max=0,23+1,76+0,29+0,4=2,68%.

Суммарные потери до ближайшего ЭП в минимальном режиме

Δu_min=0,06+0,44=0,5%.

Отклонение напряжения на зажимах электроприемника

V_ЭП=V_ЦП – Δu+D,

где V_ЦП – отклонение напряжения в центре питания (на шинах РП); D – добавка напряжения, соответствующая отпайки трансформатора.

Добавка напряжения определяется по минимальному режиму по условию D =V_ЭП –V_ЦП + Δu_min.

Отклонение напряжения на ближайшем ЭП принимается максимальной для нормального режима +5%, отклонение на шинах РП задано 3%

D =5 – 3+ 0,5=2,5%.

Принимается добавка напряжения 0% (возможные добавки –5%; 0; +5% - для трехпозиционных ПБВ).

Таблица 17