7. Расчет электрических сетей напряжениями до 1 кВ

7.1. ВЫБОР ПРОВОДНИКОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ

Электрические сети до 1 кВ промышленных объектов выполняют­ся 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 приме­нение проводов и кабелей с медными жилами является обязатель­ным. Медные проводники также предусматриваются для питания пере­носных и передвижных электроприемников, для присоединения электро­технических устройств, установленных непосредственно на виброизо­лирующих опорах, и для силовых цепей крановых установок Щ.

В процессе эксплуатации проводники не должны длительно пере­греваться сверх допустимой температуры, величина которой установ­лена:

+ 80 °С — для кабелей с бумажной пропитанной изоляцией напря­жением до 3 кВ;

+ 70 °С — для шин и неизолированных проводов;

+ 65 °С — для кабелей и проводов с резиновой или пластмассо­вой изоляцией, а также кабелей с бумажной пропитан­ной изоляцией напряжением 6 кВ;

+ 60 °С — для кабелей с бумажной пропитанной изоляцией напря­жением 10 кВ.

Для шин, проводов и кабелей длительно допустимые токи 7_доп, 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 принимают­ся равными 130 % нагрузок аналогичных алюминиевых проводников [14]. Значения /_доп 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 I 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 провод­ник, а также заземляющие и нулевые защитные проводники в расчет не принимаются.

Сечение нулевого защитного проводника следует принимать рав­ным 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 выбира­ются или проверяются по допустимому нагреву длительным расчет­ным током / по условию

/ >1 I К, (7.1)

доп р п^{7 v} '

где К_п — поправочный коэффициент на фактические условия проклад­ ки проводов и кабелей. (

Для электрических сетей до 1 кВ, как правило, поправочный коэф­фициент

К_п = К_ХК₂, (7.2)

где К_хиК₂ — коэффициенты, учитывающие фактическую температу­ру окружающей среды и количество совместно проложенных провод­ников [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 мм² при прокладке на изоляторах, 2 мм² — при других способах прокладки [14].

Проводники должны обеспечивать нормируемые уровни напряже­ния на зажимах электроприемников. При необходимости сечения про­водников повышаются для удовлетворения всех нормативных требо­ваний. Сечения проводников питающих силовых сетей при Г_мах>5000 ч проверяются по экономической плотности тока.

Выбранные по нагреву сечения проводников должны соответство­вать их защитным аппаратам, что проверяется по условию

/ >К1.1 К, (7.3)

доп 3 3 п' ^v '

где К₃ — кратность длительно допустимого тока проводника по от­ношению к номинальному току или току срабатывания защитного аппарата; /₃ — 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 прово­дов и кабелей не отличаются от принятых в [4], то величина К = 1, и выражения (7.1) и (7.3) упрощаются:

/ ZI; (7.4)

доп р' V '

/ > КХ. (7.5)

доп 3 3 V /

В сетях, защищаемых только от К_у не требующих защиты от перегрузки, принимаются следующие минимальные значения коэффи­циента К₃:

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 выклю­чателя с нерегулируемой обратно зависимой от тока характе­ристикой; 0,8 — для тока трогания расцепителя автоматического выключателя с регулируемой обратно зависимой от тока характеристикой. Наличие аппарата защиты с завышенными значениями /₃ не явля­ется 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 1 кВ следует рассчитать ток однофазного К 37° и определить кратность /_к^(,) по отношению к /₃:

* з = W- (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 защиттого аппарапи	h	кЗ
		в невзрыво­опасных зонах	во взрыво­опасных зонах
Предохранитглъ \ \	Номинальный пок плавкой вспавки	3	4
А впомапический выключатглъ с нерегулируемой обрагшо зависимой от пока характрисгткой	Номинальный пок расцепипеля	3	6
А впомагтческий выключапель с регулируемой обрапио зависимой от пока харакпериспикой	Ток прогания (успавка пока) расцепипеля	3	6
А впомапический выключапель, имеющий полъко опсечку: а) с 1номдо 100 А б) с Iном более 100 А	Ток успавки расцепипеля	1,4 1,25	1,4 1,25

189

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Если расчетная проверка показала, что кратности тока КЗ меньше нормируемых значений (табл. 7.1), то отключение однофаз­ных КЗ в сети до 1кВ должно обеспечиваться специальной защитой. Для электрических сетей, защищаемых от перегрузки, при провер­ке условия (7.3) значения К₃ 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	Вид защитого аппарагт	h	*з
Проводники с поливинилхло- ридной и резиновой изоляцией	Предохранипел ь А впомапический выключапель, имеющий гюлько опсечку	Номинальный т>к плавкой вспивки Ток успавки расцепипеля	1,25* 1,25*
Кабели с бумажной изоляцией	Предохранитлъ А вгюмапический выключапель, имеющий гюлько опсечку	Номинальный пок плавкой вспивки Ток устюки расцепипеля	1,0 1,0
Проводники всех марок	А впомапический выключапель с нерегулируемой ображо зависимой оттока харакпериспикой	Номинальный пок расцепипеля	1,0
Проводники с поливинилхло- ридной и резиновой изоляцией	А впомапический выключапель с регулируемой обрапио зависимой отпока харакпериспикой	Ток прогания расцепипеля	1,0
Кабели с бумажной изоляцией и с изоляцией из вулканизированного полиэтилена	А впомапический выключапель с регулируемой обрапио зависимой отпока харакпериспикой	Ток прогания расцепипеля	0,8

* Для проводников, прокладываемых в невзрывоопасных производственных помещениях промышленных предприятий, допускается принимать К = 1.

190

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Для сетей, защищаемых от перегрузки, рекомендуется обеспечи­вать 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 электрооборудо­вания 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 сре­дой. Условия пуска двигателя тяжелые. Расчеты выполните для двух вариантов: а) ответвление не требует защиты от перегрузки; б) ответ­вление необходимо защищать от перегрузки.

Решение. В качестве аппаратов защиты используем плавкие предохранители. Определяем номинальный ток плавкой вставки пре­дохранителей по выражениям (6.5) и (6.6);

/ > 76,4 А; / > 458,4 / 2 == 229,2 А.

Принимаем предохранители типа ПН2-250 с 1_в = 250 А.

Сечения проводов определяем по условию (7.4): I

/ > 76,4 А. > '

доп '

Выбираем по табл. П.20 три одножильных провода марки АПВ площадью сечения 25 мм², прокладываемых в пластмассовой трубе, для которых / _оп = 80 А. Нулевой защитный проводник принимаем площадью сечения 16 мм². Таким образом, выбираем для ответвле­ния провода АПВ-3(1х25)+1х16.

Проверяем по выражению (7.5), соответствуют ли выбранные про­вода 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 удовлет­воряют условию (7.5).

Если ответвление защищается от перегрузки, то тогда

/ > 1 • 250 = 250 А.

доп

В данном случае должно быть принято сечение проводов площа­дью 150 мм² с / _оп= 250 А. Это приведет к значительному увеличе­нию 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 но­минальным 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 про­кладывается 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 предох­ранителей, 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 окру­жающей 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 с алюминиевыми жилами площа­дью сечения 70 мм² марки АВВГ-3 х70 + 1 х35, имеющий при про­кладке в воздухе / _оп = 140 А.

По условию (7.3)

/ > 0,33 • 200/0,94 = 70,2 А

доп ' ⁷ '

Следовательно, выбранный по расчетному току кабель соответ­ствует аппаратам защиты от токов КЗ.

Пример 7.3. Выполните расчет ответвления от распределительного шкафа типа ШР11 с плавкими предохранителями к сварочному транс­форматору ТСП-2, имеющему паспортную мощность S_n = 19,4 кВ • А и ПВ_п= 25 %. Трансформатор включен на линейное напряжение сети 380 В. Для возможности отключения трансформатора от сети и защи­ты его от токов КЗ установлен коммутационный ящик типа ЯРВ 21, в котором имеется двухполюсный рубильник и два предохранителя типа ПН2-100. Условия окружающей среды нормальные.

Решение. Определяем паспортный ток трансформатора по вы­ражению:

I = S I U ;

п п ном'

/_п= 19,4/0,38 = 51,1 А. Выбираем ток плавких вставок предохранителей ПН2-100, уста­новленных в коммутационном ящике, по выражению (6.9):

/> 1,2 -51,170,25 = 30, 7 А. Принимаем стандартное значение номинального тока плавких вставок 1_в = 31,5 А. Для выбора сечения проводников ответвления от коммутационного ящика до сварочного трансформатора определяем его расчетный ток, принимаемый равным номинальному току транс­форматора при ПВ = 100 %:

1_р = 51,1у[025= 25,6 А.

Так как трансформатор передвижной, то для его питания принима­ем шланговый гибкий кабель типа КГ с 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 сече­ния 2,5 мм² с / - 33 А. Проверяем выбранное сечение на соответ­ствие номинальному току плавких вставок предохранителей при защи­те ответвления только от тока КЗ:

/ > 0,33 • 31,5 = 10,4 А.

доп ' ' '

Таким образом, выбранное по нагреву сечение жил кабеля удов­летворяет условию (7.5). С учетом нулевой защитной жилы принима­ем кабель КГ-Зх2,5. Отметим, что кабель марки КГ имеет все жилы одинакового сечения. В ШР11 на ответвлении к ЯРВ21 устанавлива­ем предохранители типа НПН2-63 с номинальным током плавких вставок на две ступени выше, чем в ЯРВ21. Это будет обеспечивать селективность защиты. Принимаем /_в = 50 А.

На участке сети от ШР11 до ЯРВ21 открытым способом проклады­ваем кабель марки АНРГ. По расчетному току 25,6 А по табл. П21 для двухжильного кабеля марки АНРГ принимаем сечение жилы площадью 4 мм² с / _оп = 29 А. Выбираем кабель АНРГ-2х4+1 х2,5.

Проверяем сечение жил на соответствие номинальному току плав­ких 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 с номинальным то­ком 1600 А требуется присоединить без аппаратов защиты кабельную линию с расчетным током 93,5 А, питающую силовой распредели­тельный шкаф. Линия выполняется открыто проложенным кабелем марки АВВГ при нормальных условиях окружающей среды. Выбери­те 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 6 м) площадь сечения жил кабеля определяем по расчетному току

/ > 93,5 А.

доп '

Выбираем по табл. П21 для трехжильного кабеля площадь сечения 50 мм². 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 вы­бираться 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 провод­ников и аппаратов защиты, а также к определению потерь напряжения в линиях. Площади сечения проводников выбираются по допустимому нагреву расчетным током, допустимой потере напряжения и механи­ческой прочности в зависимости от конструктивного исполнения сети. Из найденных по указанным условиям сечений проводников выбира­ется большее. При этом для групповой сети сечения нулевых провод­ников должны быть не менее фазных.

Для выбора сечений необходимо определить расчетную активную нагрузку .каждой линии по выражению

/ "

Р_р = К^К_ира1Р_нон„ (7.7J

|=/

где К — коэффициент спроса; К_{п я1} — коэффициент, учитывающий потери в пускорегулирующей аппаратуре г'-й газоразрядной лампы; Р — номинальная мощность г'-й лампы; п — количество ламп,

ном /

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

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

0,8 — для административно-бытовых, инженерно-лабораторных

и других корпусов; 0,6 — для складских зданий, состоящих из многих отдельных

помещений. Величина К_п принимается равной:

1. — для ламп типа ДРЛ, ДРИ;

2. — для люминесцентных ламп (ЛЛ) со стартерной схемой

пуска;

1.3 — для ЛЛ при бесстартерной схеме пуска.

Для ламп накаливания при расчете по формуле (7.7) принимается К = 1. Нагрев проводников обусловливается током, который опреде­ляется по формулам:

для трехфазной сети (трехпроводной и четырехпроводной)

1_р = Р_р/(у[зи_ншсо8Ц,); (7.8)

для двухфазной сети с нулевым проводом (трехпроводной)

I = P/(2U ..coscp); (7.9)

р Р ^v ном ф ' ^/7 < _t ^v '

для однофазной сети (двухпроводной)

I = P/(U _Acoscp), (7.10)

р р ^v ном. ф т /? v /

где U ,и(7 — соответственно номинальное фазное и линейное

■^ ном. ф ном *

напряжение сети; cos ср — коэффициент мощности активной нагрузки. В случае неравномерной нагрузки фаз расчетная активная нагрузка линии принимается равной утроенному значению нагрузки наиболее загруженной фазы.

Для повышения coscp осветительных сетей до 0,9 — 0,95 обыч­но используются конденсаторы, с помощью которых осуществля­ется индивидуальная или групповая компенсация реактивной мощ­ности. Пускорегулирующие аппараты (ПРА) газоразрядных ламп могут быть компенсированными и некомпенсированными. Компен­сированные ПРА, как правило, применяются для ЛЛ низкого дав­ления. Светильники на две и более ЛЛ комплектуются ПРА, обес­печивающими cos(p не менее 0,9, а на одну ЛЛ — 0,85 [31]. Большинство светильников с газоразрядными лампами высокого давления (типа ДРЛ, ДРИ и т.д.) имеют некомпенсированные ПРА

196

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

со средним значением coscp = 0,5. Для светильников с лампами накаливания cos ф = 1. Соответствующие коэффициенты мощности будут иметь нагрузки осветительных линий.

Для участка сети, питающего групповые линии с разными величи­нами cos ф, определяется средневзвешенное значение коэффициента мощности по выражению

п п

cosф = X cosф, Р_р1 /£ Р_р1, (7.Ц)

где cos ф_; — коэффициент мощности нагрузки /-Й линии; Р — расчетная мощность осветительной нагрузки ни линии; п — количе­ство групповых линий.

При значительной мощности осветительных приборов с некомпен­сированными ПРА может применяться групповая компенсация реак­тивной мощности, целесообразность которой должна быть технико-экономически обоснована.

Сечения проводников осветительной сети по нагреву выбираются по таблицам длительно допустимых токов в зависимости от величин / по условию (7.1).

Величина допустимых потерь напряжения в сети электрического освещения определяется в процентах по формуле

AU = Ю - AU , (7.12)

доп т' ^{v 7}

где AU — потери напряжения в трансформаторе, к которому подклю­чены осветительные установки, %.

Потери напряжения в трансформаторе подсчитываются по выра­жениям (4.27) и (4.28). Площадь сечения проводников в квадратных миллиметрах осветительной сети по допустимой потере напряжения определяется по формуле

F=M/(C-AU_aJ, (7.13)

где М — момент нагрузки рассматриваемого участка сети, кВт-м; С — расчетный коэффициент, величина которого принимается по табл.7.3.

Полученное значение сечения округляют до ближайшего большего стандартного.

197

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Таблица 7.3 Значения коэффициентов С для расчета сети по потере напряжения

Номинальное напряжение сепи, В	Систма сепи и род пока	Значение коэффициента для проводников из
		меди	алюминия
380/220	Трехфазная с нулем	72	44
220	Трехфазная без нуля	24	14,7
380/220	Двухфазная с нулем	32	19,5
220	Двухпроводная переменного или постоянного пока	12	7,4

В общем случае для линии длиной L с сосредоточенной нагрузкой (рис. 7.1, а) момент нагрузки

М = PL. (7.14)

Если группа светильников одинаковой мощности присоединяется к групповой линии с равными интервалами / (рис. 7.1, б), то рассредоточенная нагрузка линии заменяется суммарной сосредото­ченной, приложенной в середине участка. Тогда значение L определя­ется как

L = l_x + l(N_p-\)l2, (7.15)

где /, — длина участка линии от осветительного щитка до первого светильника; N — число светильников в одном ряду.

Если линия состоит из нескольких участков с одинаковым сечени­ем и различными нагрузками, то суммарный момент нагрузки равен сумме моментов нагрузок отдельных участков. Например, для линии, показанной на рис.7.1, в, суммарный момент нагрузки вычисляется по выражению

М = {Р_Х + Р₂ + Р_ъ) /, + (Р₂ + Р_г) /₂ + Р₃ 1_у (7.16)

или

198

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

L

_{1 ' 1}

да

L

ип

г

~Н

I \ I Р Р Р

С1

<*+v-

ощ

Ш р Р Р

ПЛ,

ип

С2

f У Y У

<>-><*?-

сз

»-/+-

I t I

Рис. 7.1. Схемы осветительных сетей: а — линия с сосредоточенной нагрузкой; 6 — групповая линия с равномерно распределенной нагрузкой; в — линия с неравномерно распределенной нагрузкой; г — разветвленная сеть: ОЩ — освети­тельный щиток, ПЛ — питающая четырехпроводная линия, CI, C2, СЗ — групповые трех-, четырех- и двухпроводные линии

П

Т

_Ч2>

0,4 кВ

ПЛ

—«¥-

50 м

С1

_П

30 м\ 1"Г=21нгг

С2 ^{3 м}

20 м"} Jn_p=12 шт | J

СЗ

₀£pl?_MJjA^Tl

Рис. 7.2. Схемы осветительной сети к примеру 7.5

М = Р₁1_]+Р₂ (/, + /₂) + Р₃(А + /₂ + д- (7-17)

Фактическая потеря напряжения в линии при известном сечении AU=M/(CF). (7.18)

При расчете разветвленной осветительной сети (рис 7.1, г) по

199

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

условию минимума расхода цветного металла сечение проводников до разветвления определяется по приведенному моменту нагрузки М_п :

F- М /(CAU ). (7.19)

пр ^v доп^{7 v 7}

Приведенный момент рассчитывается по формуле

М_пр = ХМ + Ха • т, (7.20)

где ХМ — сумма моментов данного и всех последующих по направ­лению тока участков с тем же числом проводов линии, что и на данном участке; Ха • т — сумма приведенных моментов участков с другим числом проводов; а — коэффициент приведения моментов, который принимается по табл. 7.4.

Таблица 7.4 Значения коэффициента приведения моментов а

Линия	Отетление	Коэффициент приведения моменте ос
Трехфазная с нулем	Однофазное	1,85
Трехфазная с нулем	Двухфазное с нулем	1,39
Двухфазная с нулем	Однофазное	1,33
Трехфазная без нуля	Двухпроводное	1,15

По найденному по (7.19) сечению проводников и собственному моменту нагрузки по формуле (7.18) вычисляется фактическая поте­ря напряжения на питающем участке сети АС/_пл. Последующие уча­стки рассчитываются по оставшейся величине потери напряжения

AU' = AU - AU . (7.21)

доп доп пл ^v '

При раздельном расчете питающей и групповой сети AU _оп распре­деляется между ними приближенно исходя из ожидаемого соотноше­ния моментов. При проектировании следует стремиться к равномер-

200

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

ной загрузке и равенству моментов различных фаз. В трехфазных сетях с нулевым проводом для получения приблизительного равен­ства моментов следует присоединять светильники к фазам в порядке А, В, С, С, В, А, ... , считая от конца линии.

Выбирая для осветительных сетей аппараты защиты, необходимо отстраивать их от пусковых токов источников света. Для этого дол­жны обеспечиваться отношения тока аппаратов защиты / и расчет­ного тока защищаемых линий / , указанные в табл. 7.5.

Таблица 7.5

Минимальные кратности номинальных токов плавких вставок предохранителей и комбинированных расцепителей

автоматических выключателей по отношению к /

р

Аппарапы защипы	Опиошение 13 к 1р для ламп
	накаливания	ДРЛ	ЛЛ
Плавкие предохранители	1,0	1,2	1,0
Автэмапические выключапели с комбинированными расцепитлями с у справками: менее 50 А 50 А и более	1,4 1,4	1,4 1,0	1,0 1,0

Выбранные сечения проводников должны соответствовать их ап­паратам защиты.

Пример 7.5. Выберите сечения алюминиевых проводников осветительной сети напряжением 220/380 В, схема которой показана на рис 7.2. Питающая линия длиной 50 м выполняется кабелем марки АВВГ, проложенным открыто, групповые линии CI, C2 и СЗ — прово­дами марки АПВ, проложенными на тросе. Двухпроводная линия О питает светильники, в которых устанавливаются по две ЛЛ, четырех-проводные линии С2 — светильники с лампами накаливания, а СЗ — с лампами ДРЛ. Данные групповых линий приведены в табл. 7.6.

201

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Параметры групповых линий

Таблица 7.6

Параметры линий	Линия |
	С1	С2	сз \
ll,M	30	20	25 |
1, м	3	6	6
NP, шт	21	12	ю \
Рнои, Вт	2x80	1000	1000
costy	0,92	1	0,5 \

Осветительная сеть питается от трансформатора ТМЗ-1000/10, имеющего АР_к- 10,8 кВт, U_K = 5,5 %, J3_t = 0,85, cos <p = 0,8. Условия окружающей среды нормальные.

Решение. Определяем по (4.28) потерю напряжения в трансфор­маторе

U =10,8-100/1000=1,08%;

U_K=yJ5,5²~l,08²=5,4%;

чр

A U_t = 0,85 • (1,08 • 0,8 + 5,4 • 0,6) = 3,48 %. Находим по формуле (7.12) допустимую потерю напряжения;

AU = 10 - 3,48 = 6,52%.

доп ' ^у

Р_р = 1-1,2 ■ 21 • (2х0,08) = 4,03 кВт;

Определяем расчетные активные нагрузки линий по условию (7.7), приняв К_с= 1: линия С1 линия С2

_Р2

1-1-12 = 12 кВт; линия СЗ Р= 11,1-10= 11 кВт.

рЗ '

Для питающей линии

Р =4,03+12+11 = 27,03 кВт.

Вычисляем собственные моменты линий по формуле (7.14): линия С1 М= 4,03-[30 + 3(21 - 1)/2] = 241,8 кВт-м;

линия С2 М= 12-[20 + 6(12 - 1)/2] = 636 кВт-м;

линия СЗ М= 11 [25 + 6(10 - 1)/2] = 572 кВт-м;

линия ПЛ М - 27,03 ■ 50 = 1351,5 кВт-м.

202

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

По формуле (7.20) определяем приведенный момент нагрузки для питающей линии:

М = 1351,5 + 1,85-241,8 + 636 + 572 = 3006,8 кВт-м.

пр ' ' ' '

Площадь сечения жил кабеля питающей линии выбираем по фор­муле (7.19):

F= 3006,8 / (44-6,52) = 10,5 мм².

Принимаем F = 16 мм². Выбираем кабель АВВГ-Зх 16+1x10 с / = 60 А.

ДОП

Выполняем расчет питающей линии по допустимому нагреву. Для этого найдем средневзвешенное значение коэффициента мощности нагрузки по (7.11):

cos ф = [0,92 ■ 4,03 + 1-12+ 0,5-11]/[4,03+ 12+ 11] = 0,78.

Вычисляем по (7.8) расчетный ток линии-

I =27,031 [^3-0,38-0,78).

Так как 60 > 52,7, то выбранное по допустимой потере напряжения сечение жил кабеля проходит по нагреву расчетным током.

Определяем по выражению (7.18) фактическую потерю напряже­ния в питающей линии:

\ AU_nn = 1351,5 / (44 • 16) = 1,92 %.

Вычисляем оставшуюся величину допустимой потери напряжения, по которой рассчитываются групповые линии:

ДСГ = 6,52 - 1,92 = 4,6%.

ДОП ⁷ ' '

Определяем площадь сечения проводников групповой линии С1. По формуле (7.13):

F= 241,8/(7,4-4,6) = 7,1 мм². Принимаем провода АПВ-2(1х8) с I _оп= 43 А. Находим расчетный ток линии по (7.10): •> > _;

7_р= 4,03/(0,22-0,92) = 19,9 А. Выбранное сечение удовлетворяет условию нагрева, так как 43 > 19,9.

Для групповой линии С2

F= 636/(44- 4,6) = 3,14 мм².

203

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Принимаем провода АПВ-4(1х4) с /_доп = 28 А. Расчетный ток линии С2

/_р = /2/(7з- 0,38)= 18,3 А, что меньше / . Следовательно, окончательно принимаем к проклад­ке провода АПВ-4 (1x4).

Выполняем расчет линии СЗ. По выражению (7.13):

F = 572 / (44 ■ 4,6) = 2,83 мм². По допустимой потере напряжения следует принять провода

АПВ-4 (1x3) с / = 22 А.

^{v 7} доп

К линии СЗ подключается 10 светильников, что создает неодинако­вую нагрузку фаз: к двум фазам подключаются по три светильника, а к третьей — четыре. Расчетная нагрузка наиболее загруженной фазы Р =1-1,1-4-1 = 4,4 кВт.

р н ф ^у '

Тогда расчетная нагрузка линии

Р = 3 • Р _А;

р р н ф'

Р = 3 • 4,4 = 13,2 кВт. Расчетный ток линии СЗ

1 _р = 13,2/{S-0,38-0,5) = 40,2 А

Для линии СЗ выбранное по (7.13) сечение проводов не удовлетво­ряет условию (7.4). По нагреву требуется принять провода АПВ-4 (1x10) с / = 47 А.

^{v /} ДОП

7.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРЬ НАПРЯЖЕНИЯ В ЦЕХОВОЙ СЕТИ

Электрические сети напряжением до 1 кВ, рассчитанные на на­грев, проверяются на потерю напряжения, за исключением силовых сетей, питающихся от встроенных, пристроенных и внутрицеховых КТП.

Потери напряжения в трансформаторах определяются по выраже­ниям (4.27) и (4.28), а в линиях электропередачи — по (4.30).

В питающем шинопроводе потеря напряжения не должна превы­шать 1,5—1,8 %. Ее величина при одинаковых значениях cos ф вычис­ляется по выражению

204

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

л/З-700-XV/,

AU= —-^ (г_0ш -cos(p + x_0iu -s/пф), (7.22)

//ом

где /_; и / — расчетный ток и длина z'-го участка шинопровода; г и х_0ш — удельные активное и реактивное сопротивления шинопровода; п — количество участков, на которых определяются потери напряже­ния.

При разных значениях коэффициента мощности участков шинопро­вода

S-100-

( ^{п п} \

^Г0ш X ⁷Р> • ^C°^S(P< ' ¹> ^{+ Х}0ш ■ X h' ■ ^Sil1 Ф. • ^Z<

£/..

(7.23)

где cos ф₍ — коэффициент мощности нагрузки г'-го участка шинопро­вода.

В распределительных шинопроводах с равномерной нагрузкой по­теря напряжения не должна быть больше 2—2,5 % [32]. При ее определении равномерно распределенная нагрузка заменяется сосре­доточенной нагрузкой той же величины, приложенной в середине рас­четного участка. В этом случае

4~3-100-0,5-1-1 . _AU = р (_Гош . _cos(Pi + _Хдш . _sin(P: ), ₍₇₂₄₎

ном

где / и /_ш — расчетный ток и длина наиболее загруженного плеча шинопровода.

При проектировании определяется величина напряжения на зажи­мах наиболее удаленного от ТП электроприемника £/ по выражению

т

U₃=U_m-^AU„ (7.25)

где и_ип— напряжение на шинах до 1 кВ ТП; Д£/ — потеря напряже­ния на /-м участке сети; т — число участков на пути от шин вторич­ного напряжения ТП до точки, в которой определяется U.

205

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Напряжение на шинах ИП вычисляется по формуле

где U — напряжение холостого хода трансформатора, U_x= 105 %, At/. — потеря напряжения в трансформаторе, %.

В нормальном режиме на зажимах электроприемников величина U должна быть в диапазоне 95—105 %.

Пример 7.6. Определите потерю напряжения в магистральном шинопроводе типа ШМА4-1600, состоящем из трех участков. Длины участков, их расчетные токи и коэффициенты мощности нагрузок указаны на рис. 7.3. Номинальное напряжение сети 380 В.

cos ф, = 0,8 cos cp₂= 0,9 cos (p₃= 0,7

/,= 1260 А 7 = 880 А 7 = 310 А

Т -^ ► -2—Г^ з

_<х>

Н i ,;,_n—1МШ

/, = 20 м 1 = 40 м ¹Г ^{30 м}

Рис. 7.3. Схема магистрального шинопровода для примера 7.6

Решение. По [14] определяем удельные активное и индуктивное сопротивления ШМА4-1600: г_ош= 0,0297 Ом/км; х_ош= 0,0143 Ом/км.

По формуле (7.23) проводим расчет потери напряжения в магист­ральном шинопроводе:

0,0297(1260-0,80,02+880-0,90,04+3100,70,03)+ " +0,0143-(1260-0,6-0,02+880-0,435-0,04+310-0,714-0,03

380

= 1,03 %.

Пример 7.7. Найдите потерю напряжения в распределительном шинопроводе типа ШРА4-250 длиной 36 м. Шинопровод питает группу электроприемников, имеющую расчетный ток 210 А и cos(p = 0,65.

Решение. Согласно [14], удельные сопротивления распредели­тельного шинопровода ШРА4-250: г_ош = 0,21 Ом/км, х_ош = 0,21 Ом/км. По формуле (7.24) потеря напряжения в шинопроводе:

_АГГ 43 100 -0,5-210- 0,036 _т„ „_гг „„„ _л„„ _пс._п,

AU = (0,210,65+0,210,76) = 0,51 %.

380

206

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

7.4. РАСЧЕТ ТРОЛЛЕЙНЫХ ЛИНИЙ

Питание двигателей кранов, кран-балок и тельферов может осуще­ствляться с помощью троллейных линий, выполненных из угловой стали, троллейных шинопроводов или гибкого кабеля (провода).

В крановых установках имеются двигатели для подъема груза, перемещения тележки и моста, которые работают в повторно-крат­ковременном режиме с низким коэффициентом использования (К_и = 0,15—0,35). При расчете троллеев следует учитывать, что на кранах малой грузоподъемности устанавливаются асинхронные дви­гатели с короткозамкнутым ротором серии MKTF, работающие с coscp = 0,45—0,5, а на кранах большой грузоподъемности — двигате­ли с фазным ротором серии MTF, для которых среднее значение coscp = 0,6.

Расчет троллейных линий сводится к выбору размеров угловой стали или типа троллейного шинопровода, удовлетворяющих условиям нагрева и допустимой потери напряжения. Первое условие проверяют сравнением расчетного / тока с допустимым током угловой стали / (табл. 7.7) или номинальным током шинопровода /_ном:

(7.27)

> /.

р

/ >/; /

доп р' hi

Допустимый ток для угловой стали

Таблица 7.7

Допустимый пок, А, для размеров сечения, мм
25x25x3	40x40x4	50x50x5	60x60x6	75x75x8
150	250	315	395	520

Величина расчетного тока троллейной линии определяется по фор­муле [32]

(7.28)

4~з-и

¹ ~ нпм

где Р — потребляемая активная мощность крановой установки при

207

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

номинальной нагрузке; К_ю — коэффициент спроса для крановой уста­новки; tgcp — среднее значение коэффициента реактивной мощности. Потребляемая мощность

*.=Х%^ (7-29)

i=i Ч,

где Р_ном. и г\. — номинальная мощность и КПД /-го двигателя; п — число электродвигателей крановой установки.

Значения К_ю для крановых установок принимаются по кривым [32] в зависимости от режима работы и эффективного числа электропри­емников крановых установок.

При среднем режиме работы значениям л_э = 2; 5; 10; 15 и 20 соответствуют К_ю = 0,4; 0,35; 0,22; 0,2 и 0,18.

Потеря напряжения в троллейной линии не должна превышать 6—7 % [5]. В троллейных шинопроводах ее определяют по выражению

д£/₌ ^■(r_ul-cosq>+x_ui-sm(p), (7.30)

ном

где / — пиковый ток группы крановых электродвигателей; г и х_ш — активное и индуктивное сопротивления расчетного участка шинопро-вода (от точки присоединения питающей линии до наиболее удаленно­го конца).

Пиковый ток группы крановых двигателей

/ = / + (I -I ), (7.31)

пик п max ^v p н max⁷' ^v '

где /_nmax — наибольший из пусковых токов электродвигателей в группе; /_нтах — номинальный ток двигателя с наибольшим пуско­вым током.

Расчет потерь напряжения в стальных крановых троллеях в про­центах выполняется по выражению

AU = m ■ I, (7.32)

где т — удельная потеря напряжения, принимаемая в зависимости от максимальной величины пикового тока, %/м; / — длина расчетного участка троллейной линии, м.

Удельные потери напряжения приводятся в [14]. В сокращенном виде эта информация дана в табл. 7.8.

208

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Таблица 7.8 Удельные потери напряжения в стальных крановых троллеях

Расчетый тж, А, при размерах угловой спали, мм				щ %/м
40x40x4	50x50x5	60x60x6	75x75x8
65	80	95	125	0,06
75	95	111	140	0,07
85	ПО	130	168	0,08
95	125	150	194	0,09
108	140	171	222	0,10
123	158	193	250	0,11
138	177	215	278	0,12
153	195	235	306	0,13
168	214	259	334	0,14
183	282	280	362	0,15
210	264	317	404	0,165
230	291	351	449	0,175
250	315	395	494	0,185
270	345	419	539	0,195
300	385	470	607	0,21
340	439	538	697	0,23
380	493	606	787	0,25
420	547	674	877	0,27
460	601	742	967	0,29
480	628	776	1012	0,30

При питании от одной троллейной линии двух кранов длину расчет­ного участка / умножают на 0,8, трех кранов — на 0,7.

Напряжение на зажимах электродвигателей крана при всех режи­ мах работы должно быть не ниже 85 % номинального [4]. v

209

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Пример 7.8. Выполните расчет троллейной линии для крана грузоподъемностью 5 т, на котором установлены электродвигате­ли: подъема груза — 7,5 кВт, л = 75,5 %, cos ф = 0,77, пусковой ток I_{n mdx} = 78 А; тележки — 1,4 кВт, л = 61,5 %; перемещения моста — 2x2,2 кВт, л = 67 %. Длина расчетного участка линии / = 65 м. Номи­нальное напряжение сети 380 В.

Решение. Определяем суммарную потребляемую мощность двигателей крана по выражению (7.29)

7,5 1,4 2-2,2 ₁₀₀ _

Р_п =—^:— + —-— + — = 18,8 кВт.

0,755 0,615 0,67

Эффективное число электроприемников

( 7,5+1,4+ 2- 2,2)²

п_з = ^У ' ₂ -^ = 2,6, п^ = 2.

7,5² + 1,4² + 2-2,2²

При п_э = 2 коэффициент спроса К_ю= 0,4. По [10] для крановых установок среднее значение tg ф = 1,73. Расчетный ток троллейной линии вычисляется по выражению (7.28)

yj(l8,8- 0,4)² + (18,8- 0,4-1, 73)²

1=^ '-^ - = 22,9 А.

^Р у!3-0,38

Выбираем по условию (7.27) для троллейной линии угловую сталь с размерами 40x40x4 мм, имеющую / _оп = 250 А.

Для расчета пикового тока линии предварительно находим номи­нальный ток наиболее мощного электродвигателя

43-0,38-0,77 0,755 Пиковый ток линии по формуле (7.31):

/ = 78 + (22,9 - 19,6) = 81,3 А.

пик ^v ' ' ' '

По табл. 7.8 для / = 81,3 А т = 0,076 %/м.

^г^ пик ' '

Согласно выражению (7.32), потеря напряжения в троллейной линии:

АС/=0,076 -65 = 4,94%, что меньше допустимой величины.

210

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ