2.4 Розрахунок і вибір живлячої кабельної лінії

Для підвищення надійності системи енергопостачання прокладаємо одну кабельну лінію. Кабель прокладається у ґрунті. Напругу кабельної лінії обираємо 6 кВ.

Обираємо кабель АСБ з алюмінієвими жилами з просоченою масло каніфольним складом паперовою ізоляцією жил. Ізоляція трифазного кабелю захищена від зволоження свинцевою оболонкою, яка в свою чергу захищена бронею, що забезпечує механічну міцність і має антикорозійне і антигнилосне покриття.

Вибір перерізу кожної жили кабелю проводимо по економічній густині струму:

, (2.4.1)

де J_eк = 1,4 обираємо по таблиці [1.табл.п1.2] при Т = 4500.

, (2.4.2)

де n = 1 – кількість ліній живлення.

По [1.табл.п2.1] вибираємо переріз жил живлення S = 16 мм² з допустимим струмом І_д = 80 А, r₀ =1,98 по [1.табл.п2.1;]

2.5 Розрахунок струмів короткого замикання

Розрахункова схема Схема заміщення

Рисунок 2.5.1 Схема заміщення у точці К1

2.5.1 Розрахунок струмів трифазного короткого замикання у точці К2 в іменованих одиницях.

2.5.1.1 Визначаємо опір енергосистеми (на шинах 6,3 кВ ГПП):

, (2.5.1)

де I_кз⁽³⁾_гпп – струм трьохфазного короткого замикання на шинах ГПП.

2.5.1.2 Опір кабельної лінії:

– активний:

, (2.5.2)

де L – довжина кабельної лінії;

J = 32 для А1;

S – перетин жили кабелю у мм².

– реактивний:

, (2.5.3)

де Х₀ – індуктивний опір на 1 км, для кожного кабелю свій, але для кабелів 6-10 кВ необхідно приймати Х₀ = 0,08 .

2.5.1.3 Визначаємо результуючий опір:

, (2.5.4)

2.5.1.4 Сталий струм трифазного короткого замикання в точці К1:

, (2.5.5)

2.5.1.5 Перевіряємо кабель на термічну стійкість, при цьому мінімальний перетин жил кабелю повинен бути:

, (2.5.6)

де С = 85 по [2.с.245] для кабелів з алюмінієвими жилами;

t_пр – приведений час КЗ, вибираємо по [2.мал.6.12] для β˝ = 1 і t_рз = 0,9 c;

t_пр = 0,85 с.

(2.5.7)

с

2.5.1.6 Визначаємо ударний струм короткого замикання:

, (2.5.8)

кА

Для визначення ударного коефіцієнта знаходимо відношення , що при короткому замиканні в точці К1:

(2.5.9)

Далі за [1.мал.7.4] визначаємо, що К_у = 1,1

2.5.2 Потужність короткого замикання дорівнює:

, (2.5.10)

2.5.2.1 Розрахунок струмів короткого замикання на стороні 0,4 кВ трансформатора у точці К2.

Рисунок 2.5.1 Схема заміщення у точці К2

2.5.2.3 Опір силового трансформатора:

(2.5.11)

де ∆P_к.з. – втрати короткого замикання.

Ом

(2.5.12)

Ом

(2.5.13)

2.5.2.4 Визначаємо номінальний струм трансформатора на боці 0,4 кВ:

, (2.5.14)

З урахуванням перевантаження 40% максимальний струм буде дорівнювати:

, (2.5.15)

За таблицею [2.табл.п5] по струму І_м обираємо шинопровід шинопровід ШМА 68Н перерізом 120×10 з допустимим струмом І_д = 2500 А.

, (2.5.16)

де R_oш = 0,02 за таблицею [4.табл.3];

(2.5.17)

де Х_ош = 0,02 за таблицею [4.табл.3];

де R_oш = 0,02 за таблицею [4.табл.3];

Х_ош = 0,02 за таблицею [4.табл.3].`

Відстань між фазами обираємо 200 мм, L_ш = 5 м.

2.5.2.6 Опір автоматичного вимикача:

, (2.5.18)

де R_кат = 0,14 мОм визначаємо по таблиці [4.табл.13];

R_конт = 0,056 мОм визначаємо по таблиці [4.табл.13];

де Х_а = 0,08 мОм визначаємо по таблиці [4.табл.13].

2.5.2.7 Опір первісних обмоток трансформаторів струму визначаємо по [4.табл.12]:

2.5.2.8 Опір контактних з'єднань шин обираємо по [4.табл.10]:

(2.5.19)

2.5.2.9 Результуючий опір:

(2.5.20)

(2.5.21)

, (2.5.22)

2.5.2.10 Сталий струм короткого замикання:

, (2.5.23)

Для визначення ударного коефіцієнта знаходимо відношення , що при короткому замиканні в точці К2:

(2.5.24)

За [1.мал.7.4] визначаємо, що К_у = 1,001

2.5.2.11 Ударний струм від системи:

(2.5.25)

де К_у – ударний коефіцієнт.

_кА

2.5.2.12 З урахуванням підживлення від двигунів ударній струм:

(2.5.26)

де (2.5.27)

(2.5.28)

де

, (2.5.29)

2.5.2.13 Потужність короткого замикання дорівнює:

(2.5.30)

2.6 Вибір струмоведучих частин, ізоляторів та високовольтного обладнання

2.6.1 Вибір і перевірка шин.

Переріз алюмінієвих шин обираємо за 2-ма умовами:

а) за економічною густиною струму:

(2.6.1)

де (2.6.2)

б) за термічною стійкістю:

(2.6.3)

де С = 85 для алюмінієвих шин [2.стр.245].

Обираємо алюмінієві шини розміром 15×3 мм з допустимим струмом І_д = 80 А [2.табл.п5].

Для встановлених плиском шин момент опору:

(2.6.4)

см

a

b

h

Розрахункове зусилля при довжині прольоту L = 130 см і відстані між фазами а = 30 см буде:

(2.6.5)

де L – відстань між опорними ізоляторами по довжині прольоту шин 130 мм;

Допустиме напруження на вигин алюмінієвої шини АТТ:

Визначаємо допустиме зусилля:

(2.6.6)

Так як F_роз < F_доп (3.58 Н < 76,32 Н), то шини динамічно стійкі.

2.6.2 Вибір і перевірка ізоляторів.

Розрахункове навантаження на ізолятор:

(2.6.7)

Допустиме навантаження на ізолятор не повинно перебільшувати 60% від руйнівного зусилля.

Обираємо опорні ізолятори типу ОФ-10-375 У3 на напругу 6 кВ з мінімальним руйнівним зусиллям 375 кГ ∙ с (3675 Н) за [5.табл.31.21].

2.6.3 Вибір і перевірка високовольтного вимикача на підстанції ГПП.

Для лінії вибираємо вимикач типу ВБПС 10-12,5 за [5.табл.31.1].

Розрахункові і каталожні дані вимикача записуємо у порівняльну таблицю 2.6.1

Таблиця 2.6.1 - Вибір і перевірка високовольтного вимикача

Обираєма та перевіряєма величина	Розрахункові дані			Каталожні дані			Умови вибору та перевірки
	Поз- нач.	Один. вимір	Велич.	Поз- нач.	Один. вимір.	Ве- лич.
Напруга	Uн	кВ	6,0	Uна	кВ	10	Uн ≤ Uна
Тривалий струм	Ір	А	49,75	Іна	А	630	Ір ≤ Іна
Струм короткого замикан. і відключ.	Ікз(3)гпп	кА	1,34	Іно	кА	12,5	Ікз(3)гпп ≤ Іно
Потужність КЗ і відключення	Sкз(3)гпп	МВА	23,65	Sно	МВА	136,23	Sкз(3)гпп ≤ Sно
Ударний струм	Ін(3)дин	кА	2,17	Ін(3)дин	кА	32	Ін(3)дин ≤ Ін дин(3)
Струм термічної стійкості	Ін тс	кА	0,71	Ін тс tн	кА с	12,5 3	Ін тс ≤ Ін тс

Розрахунковий ударний струм:

(2.6.8)

де К_у = 1,8 обираємо за [1.табл.7.1] за знижуючим трансформатором потужністю менше 32 МВА.

кА

Потужність КЗ і відключення:

(2.6.9)

кА

Розрахунковий струм термічної стійкості:

(2.6.10)

кА

2.6.4 Вибір і перевірка вимикача навантаження.

Вибираємо вимикач навантаження з заземлюючими ножами типу:

ВНМ 10/400-203А за [5.табл.31.51]

Вимикач навантаження укомплектований запобіжником ПК-6 / 150 з І_вст. = 150 А.

Розрахункові і каталожні дані вимикача записуємо у порівняльну таблицю 2.6.2

Таблиця 2.6.2 Вибір і перевірка вимикача навантаження

Обираєма та перевіряєма величина	Розрахункові дані			Каталожні дані			Умови вибору та перевірки
	Познач.	Один. вимір	Велич.	Познач.	Один. вимір.	Велич.
Напруга	Uн	кВ	6,0	Uна	кВ	10	Uн ≤ Uна
Тривалий струм	Ір	А	91,75	Іна	А	400	Ір < Іна
Струм короткого замикан. і відключ.	Ік1(3)	кА	1,34	Іно	кА	20	Ікз(3)гпп < Іно
Ударний струм	Іуд(3)	кА	2,17	Ін(3)дин	кА	51	Іуд(3) ≤ Ін(3)дин
Струм термічної стійкості	Ітс	кА	0,71	Інтс t	кА с	20 3	Ітс ≤ Інтс
Потужність к.з.	Sк1	МВА	23.65	Sкат. відкл.	МВА	217.98	Sк1 ≤ Sкат

Розрахунковий струм термічної стійкості:

(2.6.11)

2.6.5 Вибір і перевірка роз'єднувача.

Вибираємо роз'єднувач типу РВФ-6 / 400 за [5.табл.23.12]

Розрахункові і каталожні дані роз’єднувача записуємо у порівняльну таблицю 2.6.3

Таблиця 2.6.3 Вибір і перевірка роз’єднувача

Обираєма та перевіряєма величина	Розрахункові дані			Каталожні дані			Умови вибору та перевірки
	Познач.	Один. вимір.	Велич.	Познач.	Один. вимір.	Велич.
Напруга	Uн	кВ	6,0	Uна	кВ	6,0	Uн < Uна
Тривалий струм	Ір	А	49,75	Іна	А	400	Ір < Іна
Ударний струм	Іуд(3)	кА	2,17	Ін(3)дин	кА	41	Іуд(3) < Ін(3)дин
Струм термічної стійкості	Ітс	кА	0,61	Ін тс tн	кА с	16 4	Ітс < Ін тс

Розрахунковий струм термічної стійкості:

(2.6.12)

2.6.6 Вибір і перевірка трансформаторів струму.

Обираю трансформатор струму типу ТПЛ – 10 - М з номінальним первісним струмом 100А, з двома обмотками 0,5 / 10Р (для контрольно-вимірювальних приладів) за [5.табл.23.29].

Трансформатори струму встановлені на ГПП у фазах А і С. Складаю порівняльну таблицю 2.6.4

Таблиця 2.6.4 Вибір і перевірка трансформаторів струму

Обираєма та перевіряєма величина	Розрахункові дані			Каталожні дані			Умови вибору та перевірки
	Познач.	Один. вимір	Велич.	Познач.	Один. вимір.	Велич.
Напруга	Uн	кВ	6,0	Uна	кВ	6	Uн ≤ Uна
Тривалий струм	Ір	А	49,75	Іна	А	100	Ір ≤ Іна
Навантаження на вторинну обмотку	S2	ВА	6,85	S2н	ВА	10	S2 < S2н
Струм динамічної стійкості	Ін(3)дин	кА	37,4	Ін(3)дин	кА	37,4	Ін(3)дин < Ін(3)дин
Струм термічної стійкості	Ітс	кА2 · с	1,52	Ін тс	кА2 ∙ с	108 3	Ітс ≤ Ін тс

Розрахунковий струм термічної дії:

, (2.6.13)

Каталожна термічна стійкість:

, (2.6.14)

де t_н.тс = 1с – каталожний час термічної стійкості трансформатора струму;

К_тс = 60 – коефіцієнт термічної стійкості трансформатору струму.

Каталожна електродинамічна стійкість

, (2.6.15)

Визначаємо розрахункове навантаження на вторинну обмотку, якщо ввімкнені такі прилади:

- амперметр 3-377 0,1 ВА 2шт. 0,2 ВА

- лічильник EMS 212.41.4.5-10 2 ВА

- лічильник СР4-И673 М 2 ВА

РАЗОМ – 5,2 ВА

Переріз алюмінієвих проводів повинен бути не менше S_пров = 2,5 мм², тоді:

, (2.6.16)

2.6.7 Вибір і перевірка трансформаторів напруги.

Для контролю величини напруги на шинах 6 кВ ГПП, обліку електроенергії і для релейного захисту обираємо трифазний п’яти стержневий трансформатор напруги типу НТМИ-10-66УЗ з двома вторинними обмотками. Фази однієї вторинної обмотки з'єднані у зірку, фази другої вторинної обмотки з'єднані у розімкнений трикутник для контролю стану ізоляції. Клас точності 0,5. Допустиме навантаження у цьому класі точності 120 ВА.

Визначаємо розрахункове навантаження на вторинну обмотку, якщо ввімкнені такі прилади і реле:

- вольтметр Э 377 2 ВА 2 шт. 4 ВА

- лічильник СА4-И672 М 1,5 ВА

- лічильник СР4-И673 М 3 ВА

- реле напруги РЭВ-84 15 ВА 2 шт. 30 ВА

РАЗОМ – 38,5 ВА

Навантаження не перевищує допустиме у класі точності 1.

2.7 Розрахунок і вибір внутрицехових мереж і захисних апаратів

Застосовуємо розподільчі шинопроводи ШРА4 – 630 з допустимим струмом 630 А. До кожного електроспоживача від шинопроводу підведений провід марки АПВ з алюмінієвими жилами і поліхлорвініловою ізоляцією. Для захисту від механічних ушкоджень і для пожежної безпеки проводи прокладаємо у сталевій трубі. Вибір перерізу проводів здійснюється разом з вибором елементів захисту. Переріз проводів обираємо по допустимому струмовому навантаженню. Приклад вибору проводів і захисного апарату для автоматичної лінії №3

2.7.1 Номінальний струм електродвигуна лінії:

(2.7.1)

2.7.2 Пусковий струм:

, (2.7.2)

2.7.3 За [1.табл.п.2.1] обираємо провід АПВ-3 (1×3) з допустимим

струмом І_доп = 22 А.

2.7.4 Струм спрацювання теплового регулюємого розчіплювача автоматичного вимикача:

(2.7.3)

2.7.5 За [1.табл.п.3.7] обираємо автоматичний вимикач типу ВА51-25 з номінальним струмом І_н = 25 А і номінальним струмом теплового розчіплювала І_{н тр} = 20 А.

Тому при пуску двигуна електромагнітна відсічка працювати не буде. Перевіряємо відповідність перерізу проводу вимикаючому апарату:

(2.7.4)

2.7.6 Перевіряємо відповідність вимикаючого апарату умовам швидкого відключення однофазного короткого замикання на кожному з електроспоживачів (перевірка занулення):

(2.7.5)

2.7.7 Струм однофазного короткого замикання:

, (2.7.6)

де Z_т/3 = 0,018 Ом – розрахунковий опір масляного трансформатора за [5.табл.100];

Z_п – повний опір петлі “фаза-нуль” від трансформатора до ушкодженого електроспоживача:

U_ф – фазна напруга 220 В.

, (2.7.7)

де Z_п01 = 0,037 - питомий повний опір проводу від електроспоживача до місця приєднання на шинопроводі, за [7.табл.103];

Z_п02 = 1,9 – питомий повний опір шинопроводу від трансформатора до місця приєднання цього проводу за [7.табл.3].

l₁ – довжина проводу;

l₂ – довжина шинопроводу.

Аналогічно проводимо розрахунок для інших приєднань і результати розрахунків записуємо у таблицю 2.7.1

Таблиця 2.7.1- Вибір та перевірка поводів та низьковольтних захисних апаратів.

№ з/п	Найменування електроустаткування	Ін.дв, А	Іпуск, А	Тип і переріз проводу	Довжина проводу і шинопроводу, м	Ідоп, А	Тип захисного апарату	Ін, А	Ісп.тр, А	Іе.в., А	Кз	Zп, Ом	Ік, (1) А
1	Токарно-гвинторізний верстат	16	88	АПВ3(1x3)	5/3,5	22	ВА51-25	25	20	200	1	40,52	5,42
2	Токарно-гвинторізний верстат	11	60,5	АПВ3(1x2)	6/6,75	18	ВА51-25	25	16	160	1	77,74	2,82
3	Токарно-гвинторізний верстат	11	60,5	АПВ3(1x2)	7/10,5	18	ВА51-25	25	16	160	1	120,68	1,82
4	Токарно-гвинторізний верстат	11	60,5	АПВ3(1x2)	9/3,5	18	ВА51-25	25	16	160	1	40,96	5,36
5	Токарно-гвинторізний верстат	18	99	АПВ3(1x4)	10/7,1	28	ВА51-25	25	25	250	1	82,18	2,67
6	Токарно-гвинторізний верстат	18	99	АПВ3(1x4)	10,3/10,5	28	ВА51-25	25	25	250	1	121,04	1,81
7	Токарно-гвинторізний верстат	18	99	АПВ3(1x4)	12,3/3,5	28	ВА51-25	25	25	250	1	41,32	5,32
8	Токарно-гвинторізний верстат	50	275	АПВ3(1x25)	13,2/7,5	80	ВА51Г-25	100	63	630	1	27,77	7,9
9	Токарно-гвинторізний верстат	50	275	АПВ3(1x25)	13,5/10,5	80	ВА51Г-25	100	63	630	1	38,34	5,73
10	Універсально-затискуючий верстат	32	176	АПВ3(1x8)	16/3,5	40	ВА51Г-25	100	40	400	1	21,71	10,12
11	Універсально-затискуючий верстат	32	176	АПВ3(1x8)	16,7/7,5	40	ВА51Г-25	100	40	400	1	44,58	4,93
12	Точильно-шліфувальний верстат	40	220	АПВ3(1x16)	17/10,5	60	ВА51Г-25	100	50	500	1	47,12	4,66
13	Точильно-шліфувальний верстат	40	220	АПВ3(1x16)	19,5/3,5	60	ВА51Г-25	100	50	500	1	17,23	12,75
14	Вертикально-фрезерний верстат	8,8	48,4	АПВ3(1x2)	20,2/7,5	18	ВА51-25	25	12,5	125	1	87,87	2,5

Продовження таблиці 2.7.1- Вибір та перевірка поводів та низьковольтних захисних апаратів.

№ з/п	Найменування електроустаткування	Ін.дв, А	Іпуск, А	Тип і переріз проводу	Довжина проводу і шинопроводу, м	Ідоп, А	Тип захисного апарату	Ін, А	Ісп.тр, А	Іе.в., А	Кз	Zп, Ом	Ік, (1) А
15	Вертикально-фрезерний верстат	8,8	48,4	АПВ3(1x2)	20,4/10,5	18	ВА51-25	25	12,5	125	1	122,15	1,8
16	Довбальний верстат	19,8	108,9	АПВ3(1x4)	23/3,5	28	ВА51-25	25	25	250	1	42,5	5,17
17	Довбальний верстат	19,8	108,9	АПВ3(1x4)	24/10,5	28	ВА51-25	25	25	250	1	122,55	1,79
18	Токарно-гвинторізний верстат	34	187	АПВ3(1x16)	51/11,5	60	ВА51Г-25	100	50	500	1	55,17	3,98
19	Токарно-гвинторізний верстат	34	187	АПВ3(1x16)	51/6	60	ВА51Г-25	100	50	500	1	31,47	6,98
20	Відрізна ножівка	12	66	АПВ3(1x2)	17/5,5	18	ВА51-25	25	16	160	1	64,68	3,4
21	Відрізна ножівка	12	66	АПВ3(1x2)	23,5/5,5	18	ВА51-25	25	16	160	1	65,39	3,36
22	Радіально-свердлильний верстат	8,8	48,4	АПВ3(1x2)	32,5/3,5	18	ВА51-25	25	12,5	125	1	43,54	5,05
23	Радіально-свердлильний верстат	8,8	48,4	АПВ3(1x2)	33/7,3	18	ВА51-25	25	12,5	125	1	86,99	2,52
24	Різьбонарізний полуавтомат	32	176	АПВ3(1x8)	3/7,5	40	ВА51Г-25	100	40	400	1	43,08	5,1
25	Вертикально-свердлильний верстат	8,8	48,4	АПВ3(1x2)	33,2/10,5	18	ВА51-25	25	12,5	125	1	123,56	1,78
26	Вертикально-свердлильний верстат	8,8	48,4	АПВ3(1x2)	36/3,5	18	ВА51-25	25	12,5	125	1	43,93	5
27	Вертикально-свердлильний верстат	12	66	АПВ3(1x2)	36,5/7,5	18	ВА51-25	25	16	160	1	89,66	2,45
28	Трубогибочний верстат	11	60,5	АПВ3(1x2)	36,7/10,5	18	ВА51-25	25	16	160	1	123,94	1,77
29	Точильно-шліфувальний верстат	14,6	80,3	АПВ3(1x3)	39,5/3,5	22	ВА51-25	25	20	200	1	44,31	4,96
30	Точильно-шліфувальний верстат	14,6	80,3	АПВ3(1x3)	40/7,5	22	ВА51-25	25	20	200	1	90,05	2,44
31	Вентиляційно-пиловловлюючий агрегат	6,6	36,3	АПВ3(1x2)	11,5/2	18	ВА51-25	25	10	100	1	24,1	9,12

Продовження таблиці 2.7.1- Вибір та перевірка поводів та низьковольтних захисних апаратів.

№ з/п	Найменування електроустаткування	Ін.дв, А	Іпуск, А	Тип і переріз проводу	Довжина проводу і шинопроводу, м	Ідоп, А	Тип захисного апарату	Ін, А	Ісп.тр, А	Іе.в., А	Кз	Zп, Ом	Ік, (1) А
32	Вентиляційно-пиловловлюючий агрегат	6,6	36,3	АПВ3(1x2)	12/2	18	ВА51-25	25	10	100	1	24,16	9,09
33	Вентиляційно-пиловловлюючий агрегат	6,6	36,3	АПВ3(1x2)	27/12	18	ВА51-25	25	10	100	1	25,81	8,69
34	Вентиляційно-пиловловлюючий агрегат	6,6	36,3	АПВ3(1x2)	38,5/2	18	ВА51-25	25	10	100	1	27,02	8,13
35	Вентилятор	11	60,5	АПВ3(1x2)	17,5/3	18	ВА51-25	25	16	160	1	36,18	6,07
36	Вентилятор	11	60,5	АПВ3(1x2)	21/3	18	ВА51-25	25	16	160	1	36,57	6,01
37	Вентилятор	11	60,5	АПВ3(1x2)	3/3	18	ВА51-25	25	16	160	1	34,59	6,35
38	Вентилятор	11	60,5	АПВ3(1x2)	21/3	18	ВА51-25	25	16	160	1	36,57	6,01
39	Вентилятор	11	60,5	АПВ3(1x2)	34/3	18	ВА51-25	25	16	160	1	38	5,78
40	Вентилятор	11	60,5	АПВ3(1x2)	48/3	18	ВА51-25	25	16	160	1	29,54	7,44
41	Кран ПВ 25%	32	160	АПВ3(1x8)	40/10,5	40	ВА51Г-25	100	40	400	1	64,25	3,42
42	Піч	60	180	АПВ3(1x25)	43/3,5	80	ВА51Г-25	100	80	800	1	17,01	12,9
43	Піч	60	180	АПВ3(1x25)	43,7/7,5	80	ВА51Г-25	100	80	800	1	31,11	7,02
44	Піч	60	180	АПВ3(1x25)	43,7/10,5	80	ВА51Г-25	100	80	800	1	41,66	5,27
45	Зварювальний трансформатор дугової сварки	30	36	АПВ3(1x8)	46/3,5	40	ВА51Г-25	100	40	400	1	45,03	4,88
46	Зварювальний трансформатор дугової сварки	30	36	АПВ3(1x8)	46,5/7,5	40	ВА51Г-25	100	40	400	1	47,86	4,59
47	Зварювальний трансформатор дугової сварки	30	36	АПВ3(1x8)	46,7/10,5	40	ВА51Г-25	100	40	400	1	64,98	3,38