2 Етап. Перетворення схеми заміщення до елементарного вигляду відносно точки короткого замикання к1.

1. Параметри для перетворення схеми заміщення визначаються як:

(Ом);

(Ом);

2. Виконаємо перетворення схеми заміщення відповідно до вихідної схеми (мал. 1.1):

Мал. 1. 2 – Перетворена схема заміщення

3 Етап. Визначення діючого значення періодичної складової струму трифазного кз у початковий момент (початкового надперехідного струму) у точці к.

Для визначення цього струму на шинах ГПП 6 кВ необхідно знайти його складові від системи, високовольтних ЕД (СД або АД) і узагальненого навантаження за формулою:

(кА);

4 Етап. Визначення ударного струму в точці к1.

Для визначення ударного струму необхідно також знайти його складові від системи, високовольтних ЕД (СД або АД) і узагальненого навантаження, для чого визначаються їх ударні коефіцієнти. У приблизних розрахунках ми можемо прийняти ударні коефіцієнти: на шинах 6 кВ ГПП К_у.с = 1,8; для АД ударний коефіцієнт К_у.АД = 1,6; для узагальненого навантаження ударний коефіцієнт К_у.нв = 1,0.

Ударний струм у точці К1 визначається так:

(кА);

Вибір перерізу провідників в електричній мережі напругою 6-10 кВ

Вибір перерізу провідників за нормальним режимом

Нормальний режим – це такий режим роботи, за якого всі елементи СЕП та електротехнічних установок знаходяться в роботі, а параметри їх режиму не виходять за межі номінальних значень.

Економічно вигідний переріз провідників визначають за формулою:

де І_норм – струм нормального режиму, А;

J_ек – нормоване значення економічне значення економічно вигідної густини струму, А/мм², яке вибирають з таблиці 1.3.36 ПУЕ чи з таблиці №10Д додатка.

Розрахунковий економічно вигідний переріз S_ек, заокруглюється до найближчого більшого або меншого стандартного перерізу S_ст, мм².

При виборі перерізу кабелю, що живить трансформатор цехової ПС, номінальний струм трансформатора визначаємо за формулою:

Знаходимо номінальні первинні струми трансформаторів цехових ПС:

1. (А);

2. (А);

3. (А);

4. (А);

5. (А);

6. (А);

7. (А);

При виборі перерізу кабелю, що живить високовольтний ЕД, визначається номінальний струм ЕД за формулою:

Знаходимо номінальний струм ЕД:

(А);

де Р_ном.д – номінальна активна потужність ЕД, кВт;

U_ном – номінальна напруга електричної мережі, кВ;

сosφ_ном.д – номінальний коефіцієнт потужності ЕД, в.о.;

η_ном.д – номінальний ККД ЕД, в.о.

При виборі перерізу кабелю, що живить високовольтні КУ, визначається номінальний струм КУ за формулою:

Знаходимо номінальний струм КУ:

(А);

Розраховуємо економічно вигідний переріз кабелів:

Приймаємо кабель марки ААШв (кабель із паперовою ізоляцією з алюмінієвими жилами). Відповідно до цього при Т = 4000 згідно ПУЕ економічна густина струму = 1,4 А/мм².

1. Економічно вигідний переріз кабелю на ділянці від ГПП до трансформатору ТП1:

(мм²);

2. Економічно вигідний переріз кабелю на ділянці від ГПП до трансформатору ТП2:

(мм²);

3. Економічно вигідний переріз кабелю на ділянці від ГПП до трансформатору ТП3:

(мм²);

4. Економічно вигідний переріз кабелю на ділянці від ГПП до трансформатору ТП4:

(мм²);

5. Економічно вигідний переріз кабелю на ділянці від ГПП до трансформатору ТП5:

(мм²);

6. Економічно вигідний переріз кабелю на ділянці від ГПП до трансформатору ТП6:

(мм²);

7. Економічно вигідний переріз кабелю на ділянці від ГПП до трансформатору ТП7:

(мм²);

8. Економічно вигідний переріз кабелю на ділянці, що живить ЕД:

(мм²);

9. Економічно вигідний переріз кабелю на ділянці, що живить КУ:

(мм²);

Приймаємо найближчі стандартні значення перерізу кабелів:

1. (мм²);

2. (мм²);

3. (мм²);

4. (мм²);

5. (мм²);

6. (мм²);

7. (мм²);

8. (мм²);

9. (мм²);

Перевірка перерізу провідників за максимальним режимом.

Режим максимального навантаження провідників може призвести не тільки до їх перегрівання з порушенням ізоляції, але й до розплавлення жил. Тому переріз провідника, вибраний за економічною густиною струму, необхідно перевіряти на нагрівання за величиною струму його максимального навантаження. Для цього допустимий для даного провідника струм з урахуванням відхи­лення параметрів навколишнього середовища від стандартних умов I_доп та коефіцієнтів допустимого перевантаження К_пер (на­водяться в таблицях 1.3.1 та 1.3.2 ПУЕ) порівнюють зі струмом його форсованого режиму (І_ф ) з урахуванням коефіцієнта резер­вування К_рез.

;

У курсовій роботі приймається коефіцієнт допустимого пе­ревантаження К_пер = 1, бо у вихідних даних не заданий коефіці­єнт попереднього навантаження.

Коефіцієнт резервування приймаємо К_рез = 1,4.

При визначенні допустимого тривалого струму для кабе­лів необхідно враховувати відхилення параметрів навколиш­нього середовища від стандартних умов (якщо вони мають до­вготривалий характер) за допомогою поправкових коефіцієн­тів К_пр та К_сер:

;

де К_пр — поправковий коефіцієнт на кількість кабелів, що лежать поруч у землі (таблиця 1.3.26 ПУЕ або таблиця додат­ка Р);

К_сер - поправковий коефіцієнт на температуру навколиш­нього середовища, якщо вона відрізняється від стандартної (таб­лиця 1.3.3 ПУЕ);

І_доп - допустимий тривалий струм провідника стандартно­го перерізу для стандартних умов (для однієї окремої лінії; стан­дартних температур для землі та води +15 °С і +25°С для повіт­ря) залежно від матеріалу жил, їхньої ізоляції та способу про­кладання, А (таблиці ПУЕ або таблиця додатка С).

Поправковий коефіцієнт на температуру навколишнього середовища можна також обчислити за формулою:

де Т_ж.н і Т_сер.н - відповідно нормована тривало допустима температура жили та нормована температура середовища;

Т_сер - фактична температура середовища.

При відстані між двома працюючими кабелями 300 мм, що лежать поруч у землі (в траншеї), поправковий коефіцієнт К_пр = 0,93.

Для кабелів марки ААШв напругою 6 кВ нормована тривало допустима температура Т_ж.н = +65 С°, а для кабелів, що прокладені у землі, нормована температура середовища Т_сер.н. = +15 С°.

Розрахуємо поправковий коефіцієнт на температуру навколишнього середовища:

Допустимий тривалий струм провідника стандартного перерізу для стандартних умов згідно ПУЕ:

1. І_доп.1 = 125 (А);

2. І_доп.2 = 125 (А);

3. І_доп.3 = 155 (А);

4. І_доп.4 = 260 (А);

5. І_доп.5 = 155 (А);

6. І_доп.6 = 260 (А);

7. І_доп.7 = 340 (А);

8. І_доп.8 = 155 (А);

9. І_доп.9 = 155 (А);

Визначимо допустимий тривалий струм для обраних кабелів:

(А);

(А);

(А);

(А);

(А);

(А);

(А);

(А);

(А);

Проведемо перевірку перерізу провідників у форсованому режимі:

1. 

Умова виконується, тобто кабель з цим перерізом жили може працювати у форсованому режимі без перегріву ізоляції.

2. ;

Умова виконується, тобто кабель з цим перерізом жили може працювати у форсованому режимі без перегріву ізоляції.

3. ;

Умова виконується, тобто кабель з цим перерізом жили може працювати у форсованому режимі без перегріву ізоляції.

4. ;

Умова виконується, тобто кабель з цим перерізом жили може працювати у форсованому режимі без перегріву ізоляції.

5. ;

Умова виконується, тобто кабель з цим перерізом жили може працювати у форсованому режимі без перегріву ізоляції.

6. ;

Умова виконується, тобто кабель з цим перерізом жили може працювати у форсованому режимі без перегріву ізоляції.

7. ;

Умова не виконується, тобто кабель з цим перерізом жили не може працювати в форсованому режимі без перегріву ізоляції, тому приймаємо переріз жили кабелю 240 мм² з допустимим тривалим струмом I_доп = 390А. тоді:

(А);

Умова виконується, тобто кабель з цим перерізом жили може працювати у форсованому режимі без перегріву ізоляції.

8. ;

Умова виконується, тобто кабель з цим перерізом жили може працювати у форсованому режимі без перегріву ізоляції.

9. ;

Умова виконується, тобто кабель з цим перерізом жили може працювати у форсованому режимі без перегріву ізоляції.

Перевірка перерізу провідників на термічну стійкість.

При напрузі понад 1 кВ перевірці на термічну стійкість при КЗ підлягають усі провідники, крім тих, що захищаються високовольтними запобіжниками.

Критерієм термічної стійкості провідників є кінцева температура їх нагрівання при проходженні по них струму КЗ, яка не повинна перевищувати короткотривалої допустимої нормованої температури.

Термічна здатність може бути оцінена найменшим перерізом провідника (мм²), термостійким до струмів КЗ:

де В_к – тепловий імпульс струму КЗ, А²·с;

І_к = І_п.о – початкове значення періодичної складової струму трифазного КЗ, А;

t – дійсний час вимикання КЗ, с;

С – температурний коефіцієнт, який враховує обмеження допустимої температури провідника (наводиться в таблиці), А·с^1/2/мм².

Згідно попереднім розрахункам І_к = І_п.о = I''_к1(0) = 3,5 (кА);

Для кабелів з алюмінієвими суцільними жилами і паперовою ізоляцією при напрузі 6 кВ приймаємо температурний коефіцієнт С = 92 Ас^1/2/мм².

Величина дійсного часу відключення КЗ знаходимо за формулою:

де t_зах – час дії основного релейного захисту;

t_{вимик.в} – час вимикання вимикача (можна прийняти t_{вимик.в} = 0,05 с);

Т_а – стала часу аперіодичної складової струму КЗ (Т_а = 0,05 с).

Для одноступеневої схеми живлення час дії РЗ буде близьким до часу дії при двоступеневій радіальній магістральній схемі живлення, а тому час дії РЗ (МСЗ) можна прийняти t_зах = t_М.С.З.=0,5с. тоді маємо:

(с);

Тепер розраховуємо найменший переріз провідників:

(мм²);

Порівняємо попередньо обрані перерізи кабелів з мінімально допустимим перерізом:

1. (мм²) ≥ S_мін = 29,5(мм²);

2. (мм²) ≥ S_мін = 29,5(мм²);

3. (мм²) ≥ S_мін = 29,5(мм²);

4. (мм²) ≥ S_мін = 29,5(мм²);

5. (мм²) ≥ S_мін = 29,5(мм²);

6. (мм²) ≥ S_мін = 29,5(мм²);

7. (мм²) ≥ S_мін = 29,5(мм²);

8. (мм²) ≥ S_мін = 29,5(мм²);

9. (мм²) ≥ S_мін = 29,5(мм²);

Після того як ми переконалися, що умова виконується для кабелів усієї мережі, можемо остаточно вибрати марки кабелів для всіх ділянок мережі:

1. Для ділянки від ГПП до трансформатору ТП1 кабель марки ААШв – 6 (3×35);

2. Для ділянки від ГПП до трансформатору ТП2 кабель марки ААШв – 6 (3×35);

3. Для ділянки від ГПП до трансформатору ТП3 кабель марки ААШв – 6 (3×50);

4. Для ділянки від ГПП до трансформатору ТП4 кабель марки ААШв – 6 (3×120);

5. Для ділянки від ГПП до трансформатору ТП5 кабель марки ААШв – 6 (3×50);

6. Для ділянки від ГПП до трансформатору ТП6 кабель марки ААШв – 6 (3×120);

7. Для ділянки від ГПП до трансформатору ТП7 кабель марки ААШв – 6 (3×185);

8. Для ділянки, що живить ЕД кабель марки ААШв – 6 (3×50);

9. Для ділянки, що живить КУ кабель марки ААШв – 6 (3×50);

Вибір електричних апаратів в електричній мережі напругою 6-10 кВ

Умови вибору і перевірки електричних апаратів.

Вибір ЕА напругою понад 1 кВ здійснюються за такими умовами:

1. міцності ізоляції для роботи в тривалому режимі та при короткочасних перенапругах

де U_ном.е.а і U_ном.м – номінальна напруга ЕА і номінальна напруга мережі (установки), в якій застосовується ЕА відповідно;

2. допустимого нагрівання струмами в тривалому режимі

де І_ном.е.а і І_ф – номінальний струм ЕА і струм форсованого режиму (максимальний робочий струм) відповідно;

3. відповідності навколишньому середовищу (нормальне, пожежонебезпечне, вибухонебезпечне та ін.), виду установки (зовнішня, внутрішня), її конструктивному виконанню (стаціонарна, висувна) та ін.;

4. параметрів основної функціональної характеристики: для комутаційних апаратів це струм вимикання (вмикання) при КЗ (комутаційна здатність), для ЕА захисту – номінальний струм плавкої вставки запобіжника чи уставка розчеплювача автомата, для трансформаторів струму – це опір навантаження вторинного ланцюга.

Перевірку ЕА здійснюють за їх стійкістю та працездатністю при наскрізних струмах КЗ. Повинні виконуватися умови, зазначені в пунктах 5) та 6);

5. струм електродинамічної стійкості

де і_у – розрахунковий ударний струм;

6. допустимий струм термічної стійкості І²_т за допустимий час термічної стійкості t_т

де І_к і t – розрахункові параметри струму КЗ і дійсного часу вимикання КЗ.

Умови вибору за пунктами 1) – 3) однакові для всіх ЕА. Особливості вибору за пунктом 4) і перевірки за пунктами 5) та 6) різних ЕА наводяться нижче.