2.5 Определение центра электрических нагрузок

Оптимальное размещение подстанции на территории цеха является одним из важных вопросов построения системы электроснабжения.

Для определения местоположения подстанции находится центр электрических нагрузок (ЦЭН) цеха, который является символическим центром потребления электрической нагрузки. Расположение подстанции в ЦЭН позволяет приблизить высокое напряжение к центру потребления электрической энергии и обеспечить минимальную протяженность внутрицеховых электрических сетей, минимальный расход проводникового материала и потери электрической энергии.

Территория цеха принимается за плоскость, на которой расположены электроприемники, каждый из которых имеет свою среднюю активную мощность Р_с и свои координаты на плане х, y.

Координата х₀, мм, ЦЭН цеха определяется по формуле:

(18)

где x - координата электроприемников на плане цеха, мм;

Р_с - средняя активная мощность, кВт.

Координата у₀, мм, ЦЭН цеха определяется по формуле:

(19)

где y - координаты электроприемников на плане цеха, мм;

Р_с - средняя активная мощность, кВт.

Результаты расчетов представлены в таблице 4.

Таблица 4 – Определение центра электрических нагрузок цеха

Номер электроприемника по плану	Средняя мощность электроприемника Рс, кВт	Координата Х, мм	Координата У, мм	Рс·Х, кВт·мм	Рс·У кВт·мм
1	3	21060	972	63180	2916
2	3	17172	1944	51516	5832
3	3	14418	972	43254	2916
4	6,36	22356	8586	142184	54606
5	2,87	22194	13608	63696	39054
6	6,36	14256	14904	90668	94789
7	6,36	14256	17982	90668	114365
8	6,36	16038	21384	102001	136002
9	2,87	21870	21384	62766	61372
10	32	19116	26244	611712	839808
11	32	16524	24948	528768	798336
12	32	21708	34668	694656	1109376
13	32	19602	32886	627264	1052352
14	14,3	7776	32238	111196	461003
16	14,3	2268	32886	32432	470269
17	54,6	8586	27864	468795	1521374
18	54,6	2430	21708	132678	1185256
19	48	10206	21870	489888	1049760
20	48	10206	18630	489888	894240

Продолжение таблицы 4

Номер электроприемника по плану	Средняя мощность электроприемника Рс, кВт	Координата Х, мм	Координата У, мм	Рс·Х, кВт·мм	Рс·У кВт·мм
21	46,8	1620	15714	75816	735415
22	16	10530	14094	168480	225504
23	16	10368	2754	165888	44064
24	28,4	2592	2106	73612	59810
25	28,4	2754	7614	78213	216237
26	3,16	324	2268	1023	7166
27	3,16	324	3726	1023	11774
29	1,04	14904	34992	15500	36391
30	1,04	13932	34992	14489	36391
Итого:	546	-	-	5491154	10319261

По результатам расчета получается, что ЦЭН расположен в точке с координатами (10057; 18899).

2.6. Определение местоположения цеховой трансформаторной подстанции

При определении местоположения цеховой КТП учитываются следующие факторы:

1. координаты центра электрических нагрузок;

2. технологический процесс цеха;

3. координаты источника питания (ГПП);

4. характер окружающей среды цеха.

Размеры выбранной КТП не позволяют поместить ее внутри цеха.

Для цеха сталеплавильного металлургического завода выбирается пристроенная цеховая КТП, непосредственно примыкающая к зданию снаружи и установленная вдоль оси B между осями 3 - 4.

2.7 Выбор защитной и коммутационной аппаратуры

Провода и кабели, выбранные по номинальному и максимальному току, в нормальном режиме могут испытывать нагрузки значительно превышающие допустимые из-за перегрузок электроприемников, а также при однофазных и междуфазных коротких замыканий, поэтому электроприемники и участки сети должны защищаться защитным аппаратом - автоматическим выключателем.

Главные функции аппаратуры управления и защиты:

1. включение и отключение электроприемников и электрических цепей;

2. электрическая защита их от перегрузки, коротких замыканий, понижения напряжения или самозапуска;

3. регулирование числа оборотов электродвигателей;

4. реверсирование двигателей;

5. электрическое торможение.

Номинальный ток двигателей электроприемника I_ном, А, определяется по формуле:

(20)

где Р_ном - номинальная активная мощность электроприемника, кВт;

U_ном - номинальное линейное напряжение сети, кВ;

η_ном - номинальный коэффициент полезного действия;

cos φ_ном - номинальный коэффициент мощности.

Результаты расчета заносятся в графу 4 таблицы 5.

Расчетный ток , А, определяется по формуле:

, (21)

где I_ном - номинальный ток, А.

= 25,12 А,

Пусковой ток двигателей электроприемника , А, определяется по формуле:

= 5 ∙ I_ном, (22)

где I_ном - номинальный ток двигателей электроприемника.

= 7 ∙ 25,12 = 175,84 А.

Результаты расчета заносятся в графу 5 таблицы 5.

Для защиты электроприемника необходимо выбрать аппарат защиты ПН-2, установленный в распределительном шкафе. Их основная функция: защита электрических сетей от токов короткого замыкания.

Номинальное напряжение предохранителя _., выбирается по условию:

(23)

где U_ном.ЭП. - номинальное напряжение электроприемника, кВ.

0,38 кВ ≥ 0,38 кВ.

Ток плавкой вставки предохранителя I_п.в., А, определяется из условий:

1. по длительному максимальному току линии

(24)

где - максимальный расчетный ток, А.

30 А ≥ 25,12 А.

2. по пусковому току

(25)

где - пусковой ток двигателей электроприемника, А.

≥ 109,9 А.

По таблице 64 [5.8] выбирается стандартное значение тока плавкой вставки предохранителя:

I_п.в. = 120 А.

По таблице 64 [5.8] в соответствии со значением тока плавкой вставки предохранителя выбирается номинальный ток патрона предохранителя _., А, по условию:

(26)

где - ток плавкой вставки предохранителя, А.

250 А ≥ 120 А.

Согласно выполненным расчетам выбирается предохранитель типа

ПН-2 на номинальное напряжение = 0,38 кВ, ток патрона предохранителя = 250 А, ток плавкой вставки предохранителя I_п.в. = 120 А.

Результаты выбора автоматического выключателя представлены в графах 4,5 и 7 таблицы 5.

Далее расчет узлов питания выполняется аналогично.

2.8 Выбор марок и сечений проводников на всех участках

силовой сети

Номинальный ток двигателей электроприемника I_ном, А, определяется по формуле 20.

Расчетный ток электроприемника , А, определяется по формуле 21.

Проводник проложен в помещении с характеристикой: сухое помещение без наличия опасности механического повреждения.

По таблице 28 [5.8] с учетом характеристики окружающей среды выбрана марка кабеля: ВВГ.

По таблице 31 [5.8] с учетом характеристики окружающей среды выбирается способ прокладки кабеля: защищенные многожильные провода в неметаллической оболочке в стальных трубах и глухих стальных коробах.

Электродвигатель с номинальным напряжением U_ном = 0,38 кВ подключен к сети с глухозаземленной нейтралью, поэтому кабель должен иметь 5 жил.

По таблице 24 [5.8] определяется длительная допустимая температура нагрева жил кабеля t_жил = 55℃.

По таблице 24 [5.8] в зависимости от способа прокладки кабеля определяется расчетная температура окружающего воздуха = 25℃.

Фактическая температура окружающего воздуха согласно индивидуальному заданию = 30℃.

Поправочный температурный коэффициент при отклонении фактической температуры окружающего воздуха от расчетной k_т = 0,91, определенный по таблице 47 [5.8] с учетом температур t_жил, и .

Допустимый длительный ток кабеля , А, определяется по таблице 38 [5.8] для температуры жил t_жил = 55℃ и температуры окружающего воздуха = 25℃ из условия:

. (27)

25,12 А ≤ 35 А.

Значение допустимого длительного тока заносится в графу 10 строки таблицы 6.

Допустимый длительный ток , А, для фактической температуры окружающего воздуха определяется по формуле:

. (28)

где - допустимый длительный ток кабеля;

- поправочный температурный коэффициент.

Результат расчета заносится в графу 11 строки таблицы 6.

Для фактической температуры окружающего воздуха проверяется выполнение условия:

. (29)

25,12 А ≤ 32 А.

Сечение выбранного кабеля проверяется на соответствие выбранному аппарату защиты по условию:

, (30)

где - коэффициент защиты, характеризующий кратность допустимого длительного тока кабеля , по отношению к номинальному току срабатывания защитного аппарата (принимается = 1).

≥ 1 ∙ 35,

35 А ≥ 35А

Маркировка выбранного кабеля: ВВГ 5х4.

Далее выбор кабелей производится аналогично. Результаты расчетов приведены в таблице 6.

2.9 Выбор магистральных, распределительных и троллейных

шинопроводов, распределительных пунктов, шкафов

Распределительные шинопровода ШРА4–100-44-1УЗ (с алюминиевыми шинами) предназначены для передачи и распределения электроэнергии напряжением 380 В при возможности непосредственного присоединения к ним электроприемников в системах с глухозаземленной нейтралью.

Распределительные шинопроводы прокладываются на вертикальных стойках.

Шинопроводы выбираются по следующим условиям:

1. по номинальному напряжению

U_ном.ш ≥ U_ном.ЭП, (31)

где U_ном.ЭП - номинальное напряжение электроприемника, В.

660 В ≥ 380 В

2. по номинальному току

I_ном.ш ≥ , (32)

где - рабочий максимальный ток.

250 А ≥ 114,58 А.

Шкафы распределительные силовые ШРС1 предназначены для приема и распределения электрической энергии в промышленных установках. Шкафы рассчитаны на номинальные токи до 400 А и номинальное напряжение до 380 В в сетях с глухозаземленной нейтралью трехфазного переменного тока частотой 50 Гц и с защитой отходящих линий предохранителем ПН-2.

2.10 Расчет токов короткого замыкания

Для выбора электрооборудования и токоведущих частей в системах электроснабжения рассчитывают ток трехфазного симметричного

короткого замыкания.

Для расчета составляются 2 схемы:

а) расчетная,

б) замещения.

В расчетной схеме, представленной на рисунке 2, условными графическими изображениями указываются все элементы системы электроснабжения (воздушные и кабельные линии, силовые трансформаторы, токоограничивающие реакторы).

По расчетной схеме составляется схема замещения, представленная на рисунке 3, в которой каждый элемент системы электроснабжения указывается в виде сопротивлений (активного и реактивного).

Обязательно в обеих схемах должна быть указана точка короткого замыкания.

Разрешается в схеме замещения указывать только индуктивные сопротивления для следующих элементов:

а) генераторов.

б) силовых трансформаторов мощностью более 1600 кВА,

в) воздушных и кабельных линий напряжением выше 1 кВ,

г) токоограничивающих реакторов.

Токи короткого замыкания можно рассчитать в именованных единицах или относительных единицах. Результаты расчета при этом не изменяются.

При расчетах в относительных единицах задаются двумя базовыми величинами:

1. базовая мощность S_б и может быть принята равной мощности энергосистемы S_б →S_сист.

2. базовое напряжение U_б принимается равное среднему напряжению в точке короткого замыкания U_б →U_ср.

3. сопротивление трансформатора , ое, определяется по формуле:

(33)

где - номинальная мощность трансформатора ГПП, МВА.

.

4. относительное результирующее сопротивление до точки короткого замыкания , ое, определяется по формуле:

(34)

где - сопротивление трансформатора, ое;

- внутреннее сопротивление системы до шин ВН ГПП, ое.

5. базовый ток короткого замыкания в точке короткого замыкания ,

кА, определяется по формуле:

. (35)

где - базовая мощность, МВА;

- базовое напряжение, кВ.

.

6. ток трехфазного симметричного короткого замыкания

определяется по формуле:

. (36)

где - базовый ток короткого замыкания в точке короткого замыкания, кА;

- относительное результирующее сопротивление до точки

короткого замыкания, ое.

.

2.11 Расчет и выбор питающей линии напряжением выше 1 кВ

Для питающей линии напряжением выше 1 кВ выбран способ прокладки кабеля в траншее.

Условия выбора кабельной линии напряжением выше 1кВ:

1. по экономической плотности тока

Расчетный ток питающей сети , А, определяется по формуле:

, (37)

где S_р – полная расчетная мощность передаваемая по линии, кВА;

U_ном – номинальное напряжение линии, кВ.

По таблице 15 [5.7] выбирается j_эк = 1,2 А/мм².

Экономически целесообразное сечение кабеля , ВА, определяется по формуле:

(38)

где – расчетный ток в часы максимума энергосистемы, А;

j_эк – нормированное значение экономической плотности тока для заданных условий работы, А/мм².

мм².

Кабельные линии ААШв 3х35 подходят по экономической плотности тока.

2. по нагреву рабочим током

(39)

где I_д.д. – допустимый длительный ток кабеля, А;

К_П1 – поправочный температурный коэффициент (по таблице 9 [5.7] К_п1 = 1);;

К_П2 – поправочный коэффициент на число кабелей, лежащих рядом (по таблице 16 [5.7] К_п2 = 1).

Кабель ААШв 3х16 подходит по нагреву рабочим током.

3. по термической стойкости при протекании тока КЗ

Тепловой импульс тока КЗ , , определяется по формуле:

(40)

где Т_а – постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ (таблица 14 [5.7]), с;

– время действия релейной защиты, с;

t_в – полное время отключения выключателя, с.

.

Минимальное сечение кабельной линии по термической стойкости при протекании тока КЗ , мм², определяется по формуле:

, (41)

где В_к – тепловой импульс тока КЗ, А²с;

С_т – коэффициент, зависящий от материала проводника, его изоляции (по таблице 17 [5.7] С_т = 90).

Для ограничения токов короткого замыкания устанавливаются токоограничивающие реакторы или выполняется замена трехфазного двухобмоточного трансформатора ГПП на трехфазный трансформатор с расщепленной вторичной обмоткой.

По термической стойкости при протекании тока КЗ выбирается кабель ААШв 3х95.