Департамент образования и науки Кемеровской области Государственное профессиональное образовательное учреждение «Кемеровский коммунально-строительный техникум» имени В.И. Заузелкова

УТВЕРЖДАЮ

Председатель цикловой методической комиссии

_________ В.З. Горина

_________

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ

МЕХАНИЧЕСКОГО ЦЕХА

Курсовой проект Пояснительная записка ККСТ КП 13.02.11 00.00.00 ПЗ

Задание

Наименование электроприемников	Количество электроприемников №, шт	Номинальная мощность Pном, кВт
Токарно-затылочный станок	1	4
Универсальный-фрезерный станок	2	7,5
Токарно-винторезный станок	2	15
Внутришлифовальный станок	1	5,5
Кругло шлифовальный станок	2	3
Обдирочно-шлифовальный станок	1	18,5
Вертикально-сверлильный станок	1	15
Пресс-ножницы комбинированные	2	4
Токарно-револьверный станок	1	5,5
Отрезной станок	1	15
Пресс однокривошипный	2	5,5
Пресс листогибочный	1	18,5
Обдирочно-шлифовальный станок	2	15
Ножницы листовые с наклонным ножом	1	7,5
Станок трубогибочный	1	5,5
Станок для резки труб	2	11
Фланцегибочный станок	1	5,5
Кран-балка	1	11
Вентилятор	2	15
Электропечь сопротивления шахтная	2	30
Электропечь сопротивления камерная	2	30
Молот пневматический ковочный	1	55
Вентилятор	2	15
Таль электрическая	2	22
Трансформатор сварочный	2	9,6
Преобразователь сварочный	1	30

Таблица 1 - Ведомость потребителей электрической энергии.

Аннотация

Автор: Иванов Андрей Юрьевич

Тема: «Электроснабжение механического цеха»

Город: Кемерово, 2017

Курсовой проект выполнен на 31 странице, содержит 3 иллюстрации, а также 2 листа графической части:

Лист 1 – План размещения электрооборудования с нанесением схем электроснабжения цеха.

Лист 2 – Принципиальная электрическая схема подстанции 10/0,4 кВ.

Проектом предположено спроектировать электроснабжение механического цеха.

В результате рассчитана электрическая нагрузка, произведен расчет компенсации реактивной энергии, проведен выбор числа и мощности силовых трансформаторов, рассчитано и выбрано низковольтное оборудование.

Подпись __________

Содержание

Введение

1 Общая часть 3

1.1 Характеристика объекта и потребителей электроэнергии, 3 определение категории электроснабжения

2 Расчетно-техническая часть 4

2.1 Ведомость потребителей электроэнергии 4

2.2 Выбор схемы электроснабжения 4

2.3 Расчет электрических нагрузок 5

2.4 Компенсация реактивной энергии 9

2.5 Выбор числа и мощности силовых трансформаторов 11

2.6 Выбор низковольтной (до 1 кВ) силовой сети 13

2.7 Расчет токов короткого замыкания 16

2.8 Выбор оборудования подстанции 21

Заключения 23

Список литературы 24

ПРИЛОЖЕНИЕ А – Таблица 2.1 «Ведомость потребителей 25 электроэнергии»

ПРИЛОЖЕНИЕ Б – Таблица 2.2 «Таблица сводных расчетов и 27 нагрузок»

ПРИЛОЖЕНИЕ В – Таблица 2.3 «Выбор низковольтного 30 оборудования»

Введение

Системой электроснабжения (СЭС) называют совокупность устройств для производства, передачи и распределения электроэнергии. СЭС промышленных предприятий создаются для обеспечения питания электроэнергией промышленных приемников, к которым относятся электродвигатели различных машин и механизмов, электрические печи, электролизные установки, аппараты и машины для электрической сварки, осветительные установки и др.

Задача электроснабжения промышленного предприятия возникла одновременно с широким внедрением электропривода в качестве движущей силы различных машин и механизмов и строительством электростанций. По мере развития электропотребления усложняются и системы электроснабжения промышленных предприятий. В них включаются сети высоких напряжений, распределительные сети, а в ряде случаев и сети промышленных ТЭЦ. Электрические сети промышленных предприятий в сочетании с источниками и потребителями электроэнергии становятся заводскими электрическими системами, устройство и развитие которых, как подсистем, следует рассматривать в единой связи с развитием всей энергетической системы в целом.

Объектом исследования в предоставленной работе является участок цеха. Предметом исследования электроснабжения является участок механического цеха. В данном курсовом проекте производятся расчет электроснабжения механического цеха.

В процессе проектирования решаются следующие задачи: выбор схем электрических нагрузок цеха, компенсация реактивных мощностей, выбор числа и мощности силовых трансформаторов, средств ограничения токов К.З. низковольтной силовой сети.

Цель курсового проекта – применение и закрепление полученных теоретических и практических знаний.

1 ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1 Характеристика объекта и потребителей электроэнергии, определение категории электроснабжения

1.1.1 В механическом цехе установлены следующие виды потребителей электроэнергии:

- Токарно-затыловочный станок - Универсально-фрезерный станок - Токарно-винторезный станок - Внутришлифовальный станок - Круглошлифовальный станок - Обдирочно-шлифовальный станок - Вертикально-сверлильный станок - Пресс-ножницы вертикальные - Токарно-револьверный станок - Отрезной станок - Пресс однокривошипный - Пресс листогибочный - Станок трубогибочный - Ножницы листовые с наклонным ножом - Станок для резки труб - Фланцегибочный станок - Кран-балка - Вентилятор - Электропечь сопротивления шахтная - Электропечь сопротивления камерная - Молот пневматический ковочный - Таль электрическая - Трансформатор сварочный - Преобразователь сварочный

[Таблица 1]

1.1.2 Все потребители электроэнергии питаются от сети трёхфазного ток с промышленной частотой в 50 Гц и U = 380 В. Электроприемники относятся ко 2 категории. Перерыв электроснабжения приведет к массовому недоотпуску продукции, простоям рабочих мест, механизмов, промышленного транспорта, технологического процесса. Электропитание должно осуществляться от двух независимых источников питания. [Рисунок 1]

2 РАСЧЁТНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Ведомость потребителей электроэнергии

2.1.1 Ведомость потребителей электроэнергии указана в ПРИЛОЖЕНИИ А.

2.2 Выбор схемы электроснабжения

2.2.1 Так как механический цех относится ко II категории надежности, питание нагрузок цеха осуществляется от двухтрансформаторной подстанции. Схему электроснабжения выбираем радиальную. Радиальную схему электроснабжения применяют при наличии групп потребителей сосредоточенной нагрузкой, при неравномерном её распределении по территории цеха, во взрывоопасных и пожарных цехах. Радиальные схемы выполняются кабелями и изолированными проводами. Достоинства этих схем – высокая надежность, так как авария на любой из линий не влияет на работу электроприемника, подключенного к другой линии. Недостатки радиальных схем: малая экономичность, ограниченная гибкость сети, при перемещении электроприемников. Принципиальная схема нагрузок цеха приведена на рисунке 2.1

Рисунок 2.1 – Принципиальная схема электроснабжения нагрузок цеха

2.3 Расчёт электрических нагрузок

2.3.1 Расчёт электрических нагрузок проводится для последующего выбора и проверки токоведущих элементов по нагреву и по экономическим соображениям, от точности расчётов зависит правильность выбора элементов и защиты, связанных с монтажом, установкой и эксплуатацией электрического оборудования. Расчёт электрических нагрузок производим методом коэффициента максимум , расчёт проводим на примере СП-3, данные электропроводники имеют коэффициент использования К_и и коэффициент мощности cosФ:

К_и = 0,5

cosФ = 0,95

2.3.2 Общую суммарную мощность электроприемников группы P_см , кВт определяем по формуле:

∑ P = , (2.3.1) /2 с.50/

где P_н – мощность электроприемника, кВт,

∑ P = 2 × 30 = 60 кВт

2.3.3 Среднюю активную мощность группы электроприемников однородных по режиму работы за нагруженную смену P_см , кВт определяем по формуле:

P_см = К_и × ∑ P (2.3.2) /2 с.51/

P_см = 0,5 × 60 = 30 кВт

2.3.4 Среднюю реактивную мощность группы электроприемников однородных по режиму работы за наибольшую загруженную смену Q_см, кВАР определяем по формуле:

Q_см = P_см × tgФ , (2.3.3) /2 с.51/

где tgФ – тангенс угла, соответствующий коэффициенту мощности cosФ,

Q_см = 30 × 0,32 = 9,6 кВАР

Расчёт мощности остальных групп электроприемников производим аналогично. Результаты расчётов заносим в таблицу 2.1 [ПРИЛОЖЕНИЕ Б]

2.3.5 Производим расчёт электрических нагрузок, относящихся к СП-3, сумму всех приемников, подключенному данному СП-3 определяем по формуле:

∑ n = 2 + 2 + 2 = 6

2.3.6 Общую номинальную мощность электроприемников, подключенных к СП-3 ∑ P_ном, кВт определяем по формуле:

∑ P_ном = 2 × 30 + 2 × 30 + 2 × 9,6 = 139,2 кВт

2.3.7 Показатель силовой сборки m определяем по формуле:

m = P_{ном макс} / P_{ном мин} , (2.3.4) /2 с.55/

где P_{ном макс} – это номинальная максимальная мощность электроприемника, кВт,

P_{ном мин} – это номинальная минимальная мощность электроприемника, кВт,

m = 30 / 9,6 = 3,125

m > 3

2.3.8 Средневзвешенный коэффициент использования К_{и ср} определяем по формуле:

К_{и ср} = ∑ P_ном , (2.3.5) /2 с.52/

К_{и ср} = (60 × 0,5 + 60 × 0,5 + 19,2 × 0,2) / 139,2 = 0,45

2.3.9 Средневзвешенный коэффициент мощности cosФ_ср определяем по формуле:

cosФ_ср = _ном , (2.3.6) /2 с.52/

cosФ_ср = (60 × 0,95 + 60 × 0,95 + 19,2 × 0,4) / 139,2 = 0,87

2.3.10 Средневзвешенный коэффициент тангенса tgФ_ср определяем по формуле:

tgФ_ср = / ∑ P_ном , (2.3.7) /2 с.52/

tgФ_ср = (60 × 0,32 + 60 × 0,32 + 19,2 × 0,91) / 139,2 = 0,4

2.3.11 Среднюю активную мощность группы электроприемников за наиболее нагруженную смену P_{см ср} , кВт определяем по формуле:

P_{см ср} = К_{и ср} × ∑ P_ном , (2.3.8) /2 с.51/

P_{см ср} = 0,45 × 139,2 = 62,64 кВт

2.3.12 Среднюю реактивную мощность групп электроприемников за наиболее загруженную смену Q_{см ср} , кВАР определяем по формуле:

Q_{см ср} = P_см × tgФ_ср , (2.3.9) /2 c.51/

где tgФ_ср – средневзвешенный тангенс угла, соответствующий средневзвешенному коэффициенту мощности cosФ,

Q_{см ср} = 62,64 × 0,4 = 25,05 кВАР

2.3.13 Эффективное число электроприемников n_э при ≥ 5, К_и ≥ 0,2, показатель сборки m > 3, P_ном ≠ const определяют по формуле:

n_э = 2 × , (2.3.10) /2 с.52/

n_э = 2 × 139,2 / 30 = 9,28

2.3.14 Расчётную активную мощность P_акт, кВт определяем по формуле:

P_акт = К_макс × P_см , (2.3.11) /2 с.56/

где К_макс – это коэффициент максимума;

К_макс = f (n_э ; К_и) , (2.3.12) /2 с.56/

К_макс = 1,37;

P_акт = 1,37 × 62,64 = 85,82 кВт

2.3.15 Расчётную реактивную мощность Q_макс , кВАР определяем по формуле:

Q_макс = 1,1 × Q_см , (2.3.13) /2 с.56/

Q_макс = 1,1 × 25,05 = 27,56 кВАР

2.3.16 Полную расчётную мощность S_макс , кВА определяют по формуле:

S_макс = , (2.3.14) /2 с.58/

S_макс = = 90 кВА

2.3.17 Расчётный ток I_макс , А определяют по формуле:

I_макс = S_макс / ( × U_ном) , (2.3.15) /2 с.58/

где U_ном – номинальное напряжение, кВ

U_ном = 0,38 кВ;

I_макс = 90 / ( × 0,38) = 136 А

Расчёт электрических нагрузок, подключенных к остальным распределительным силовым щитам, секциям шин, производим аналогично. Результаты всех расчётов заносим в таблицу 2.1 [ПРИЛОЖЕНИЕ Б]

2.3.18 Полную мощность цеха S_полн , кВА определяем по формуле:

S_полн = , (2.3.16) /2 с.58/

S_полн = = 263 кВА

2.4 КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

2.4.1 Компенсация реактивной мощности или повышение коэффициента мощности электроустановок промышленного предприятия используют для снижения потерь из-за прохождения реактивных токов в электрических сетях, которые обуславливаются добавочными потерями активной мощности в линиях, трансформаторах, генераторах электрических станций, дополнительных потерь напряжения требуют увеличения номинальной мощности или числа трансформаторов, снимают пропускную способность всей линии. В цеху промышленных предприятий в качестве компенсационных устройств применяют конденсационные установки типа УК – 038 или КС – 038 различных мощностей. Мощность компенсирующего устройства определяем как разницу между фактической реактивной мощности нагрузки цеха Q_макс и предельной реактивной мощностью предоставленной предприятию энергосистемой.

2.4.2 Мощность компенсационного устройства Q_ку , кВАР определяем по формуле:

Q_к.у = Р_см × (tgФ_расч - tgФ_э) , (2.4.1) /2c. 59/

где tgФ_расч - это фактический тангенс угла, соответствующий максимальной нагрузке цеха,

tgФ_расч = Q_макс / P_макс , (2.4.2) /2 с. 51/

tgФ_расч = 157,27 / 157,27 = 1

tgФ_э - это экономичный тангенс угла, задаваемый энергосистемой из условия оптимального перетока реактивной мощности,

tgФ_э = 0,6;

Q_ку = 157,27 × (1 - 0,6) = 62,9 кВАР

2.4.3 Принимаем к установке две конденсаторные батареи типа КЭ1–0,38–25–2УЗ общей мощностью 50 кВАР по 25 кВАР на каждую секцию шин.

2.4.4 Пересчитываем полную мощность цеха S^’_макс , кВА с учетом конденсаторных батарей

S^'_макс = ,

где P_макс – активная мощность цеха, кВт,

Q_макс – реактивная мощность цеха, кВАР,

Q_ку – мощность конденсаторных батарей, кВАР,

S^’_макс = кВА

2.5 ВЫБОР ЧИСЛА И МОЩНОСТИ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

2.5.1 Выбор типа числа и мощности трансформаторов на цеховой подстанции определяется величиной и характером электрических нагрузок. Так как нагрузка относится ко II категории надежности, то для электроснабжения применяется двухтрансформаторная подстанция. Выбор мощности трансформаторов производится из расчета нагрузки с учетом компенсации реактивной мощности, продолжительности максимальной нагрузки в течение суток, допустимой перегрузки трансформатора и их экономичность загрузки. Мощность каждого трансформатора должна выбираться с таким расчётом, чтобы при выходе из строя одного трансформатора, второй, на время ликвидации аварии, с учётом загрузки на 140% должен покрывать нагрузку II категории в течение 5 суток, продолжительностью не более 6 часов в сутки.

2.5.2 По типовому суточному графику, для предприятий механической промышленности определяется продолжительность максимума нагрузки t_макс , ч.

t_макс = 4 ч

2.5.3 Коэффициент загрузки графика К_зг, определяется по формуле:

К_зг = S^’_см / S^’_макс , (2.5.1) /2 с. 54/

К_зг = 190,36 / 236,44 = 0,80;

S^’_см = , (2.5.2) /2 с. 51/

S^’_см = = 190,36 кВА

2.5.4 Ориентировочная мощность трансформатора S_т , кВА определяем по формуле:

S_т = S^’_макс / К_н , (2.5.4) /2 с. 59/

где К_н – коэффициент допустимой нагрузки трансформатора,

К_н = f (t_макс ; К_зг) (2.5.5) /2 с. 284/

К_н = 1,115;

S_т = 236,44 / 1,115 = 212,05 кВА

Принимаем к установке два трансформатора мощностью по S_ном = 250 кВА.

Технические данные выбранного трансформатора заносим в Таблицу 2.2

Таблица 2.2

Тип	Напряжение обмоток, кВ		Потери, кВт		Напряжение короткого замыкания Uкз, %	Ток холостого хода Iх.х., %
ТМ-250/10	Вн	Нн	Рхх	Ркз	4,5	2,3
	10	0,4	0,82	3,7

Проверяем загрузку выбранных трансформаторов:

а) в нормальном режиме

Коэффициент загрузки выбранного трансформатора К_з, определяем по формуле:

К_з = S_макс / (2 × S_ном) , (2.5.6) /2 с. 54/

К_з = 236,44 / (2 × 250) = 0,47

Трансформаторы выбраны с учетом перспективы нагрузки цеха.

б) в аварийном режиме

Мощность потребителей II категории от общей нагрузки цеха S_II , кВА определяем по формуле:

S_II = 0,85 × S_макс , (2.5.7) /2 с. 59/

где 0,85 – это доля нагрузки II категории,

S_II = 0,85 × 236,44 = 200,97 кВА

2.5.5 Проверяем установившуюся мощность трансформатора в аварийном режиме. При отключении одного из трансформаторов и необходимость обеспечить электроснабжение I-II категории в период максимальных нагрузок с допустимой загрузкой оставшихся в работе трансформатора равных 140%

1,4 × S_ном ≥ S_II , (2.5.8) /2 с. 59/,

350 кВА ≥ 200,97 кВА

Выбранные трансформаторы мощностью S_ном = 250 кВА обеспечивают электроснабжение нагрузок цеха, как в нормальном, так и в аварийном режиме.

2.6 ВЫБОР НИЗКОВОЛЬТНОЙ (ДО 1 КВ) СИЛОВОЙ СЕТИ

2.6.1 При расчете цеховых электросетей напряжением до 1 кВ производится выбор марок сечения проводов и кабелей, защитной аппаратуры, предохранителей и автоматических выключателей. Расчет производим на примере СП-3.

2.6.2 Максимальный ток двигателя определяем по формуле:

I_ном = (P_ном / × U_ном × cosФ_ном × η_ном) , (2.6.1) /2 с. 94/

где P_ном номинальная мощность двигателя, кВт,

P_ном = 30 кВт;

U_ном – номинальное напряжение, кВ,

U_ном = 0,38 кВ;

cosФ_ном – номинальный коэффициент мощности,

cosФ_ном = 0,9;

η_ном – номинальный коэффициент полезного действия,

η_ном = 90,5;

I_ном = 30 / 1,73 × 0,38 × 0,9 × 90,5 = 56 А

2.6.3 Выбираем марку питающего кабеля исходя из условия:

I^’_доп I_ном ,

где I^’_доп – допустимый ток с учётом поправочных коэффициентов,

I^’_доп = I_доп × К_т × К_п , (2.6.2) /2 с. 59/

где К_т – коэффициент учитывающий температуру окружающей среды,

К_п – коэффициент учитывающий число параллельных кабелей, проложенных в земле.

Принимаем температуру цеха, равную 25 °С, К_т = 1. Так как кабели и провода проложены в трубах, то К_п = 1.

Выбираем кабель марки АБС – (4×10) мм² с допустимым током, равным I_доп = 65 А. Выбор кабелей для остальных приемников производим аналогично. Для данного электроприемника выбираем предохранители.

2.6.4 Пусковой ток двигателя I_пуск, А определяем по формуле:

I_пуск = λ × I_ном , (2.6.4) /2 с. 72/

где λ – кратность пускового тока,

I_ном – номинальный ток двигателя, А,

λ = 2;

I_ном = 2 × 56 = 112 А

2.6.5 Номинальный ток плавкой вставки I_{ном п.в} , А определяем по формуле:

I_{ном п.в} ≥ I_пуск / α , (2.6.5) /2 с. 72/

где α – коэффициент снижения пускового тока для двигателей с легким пуском,

α = 2,5;

I_{ном п.в} ≥ 44,8 А

2.6.6 Выбираем предохранитель марки НПН60М с номинальным током патрона предохранителя I_ном = 60 А, с номинальным током плавкой вставки I_{ном п.в} = 45 А.

2.6.7 Проверяем в соответствии сочетания проводника требуемого коэффициента защиты.

I_доп ≥ К_з × I_пв , (2.6.6) /2 с. 73/

где К_з – коэффициент защиты для сетей, не требующих защиты от перегрузки,

К_з = 0,33;

I_пв – ток плавкой вставки,

65 А ≥ 0,33 × 45 А ,

65 А ≥ 14,85 А

Выбор остальных предохранителей производим аналогично. Результаты расчета заносим в таблицу 2.3 [ПРИЛОЖЕНИЕ В]

Выбор автоматических выключателей рассмотрим на примере СП-3.

2.6.8 Автоматический выключатель выбирается исходя из условий:

I_{ном.авт} ≥ I_макс , (2.6.7) /2 с. 76/

I_{ном.рас} ≥ 1,1 × I_макс , (2.6.8) /2 с. 76/

I_уэо ≥ 1,25 × I_пик , (2.6.9) /2 с. 76/

где I_{ном.авт} – номинальный ток автоматического выключателя, А,

I_{ном.рас} – номинальный ток расцепителя, А,

I_уэо – ток уставки электромагнитной отсечки, А,

I_пик – пиковый ток группы электроприемников, А,

I_{ном.авт} ≥ 136 А,

I_{ном.рас} ≥ 149,6 А,

I_уэо ≥ 170 А

2.6.9 Пиковый ток группы электроприемников I_пик , А определяем по формуле:

I_пик = I^’_пуск + (I_макс – К_и × I_{ном.макс}) , (2.6.10) /2 с. 79/

где I^’_пуск – номинальный пусковой ток двигателя, входящего в группу, А,

I^’_пуск = I_пуск ,

I^’_пуск = 112 А;

К_и = 0,45;

I_макc = 136 А;

I_{ном.макс} – номинальный ток двигателя с наибольшим пусковым током,

I_{ном.макс} = 56 А;

I_пик = 112 + (136 – 0,45 × 56) = 222,8 А

Выбираем автоматический выключатель типа А3710Ф, с номинальным током I_ном = 160 А, и номинальным током расцепления I_{ном.рас} = 250 А.

Для защиты остальных СП и секций шин выбор автоматических выключателей производим аналогично. Результаты всех расчетов заносим в таблицу 2.3 [ПРИЛОЖЕНИЕ В]

2.7 РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

2.7.1 Расчет токов короткого замыкания производится для последующего выбора электрического оборудования, устойчивого к токам короткого замыкания и способного отключать поврежденные ветви электроснабжения. Расчёт токов короткого замыкания производится при нормальной схеме работы электрооборудования (без учета ремонтных режимов). Расчет производится в относительных единицах, все величины приводят к базисной мощности и базисному напряжению. Расчет токов короткого замыкания производится с рядом допущений: считают, что трёхфазная системы симметрична; реактивные сопротивления в процессе короткого замыкания не изменяются; напряжение на шинах источников питания – величина постоянная. Составляем расчётную схему, где указываем почки короткого замыкания и сопротивления всех элементов. По расчетной схеме составляем схему замещения, в которой указываем расчетные сопротивления в относительных единицах.

Рисунок 2.2 – Схема расчетная Рисунок 2.3 – Схема замещения

2.7.2 Сопротивление системы X_с^* определяем по формуле:

X_с^* = S_б / S_сис , (2.7.1) /2 с. 229/

где S_б – базисная мощность, мВА,

S_б = 100 мВА;

S_сис – мощность системы, мВА,

S_сис = 25 мВА;

X_с^* = 100 / 25 = 4

2.7.3 Индуктивное сопротивление кабельных линий X₁^* определяем по формуле:

X₁^* = X₀ × l × (S_б / U_ср²) , (2.7.2) /2 с. 229/

где X₀ – индуктивное сопротивление кабельной линии на 1 километр длины, Ом/км,

X₀ = 0,08;

l – расстояние от ГПП до цеха, км,

l = 0,5 км;

U_ср – напряжение той ступени трансформатора, на которой определяется короткое замыкание, кВ,

U_ср = 10 кВ;

X₁^* = 0,08 × 0,5 × (100/100) = 0,04

2.7.4 Активное сопротивление кабельной линии r₁^* определяем по формуле:

r₁^* = r₀ × l × (S_б / U_ср²) , (2.7.3) /2 с. 229/

где r₀ – активное сопротивление кабельной линии на 1 км длины, Ом/км,

r₀ = 3,1;

r₁^* = 3,1 × 0,5 × (100/100) = 1,55

2.7.5 Реактивное сопротивление трансформатора определяем по формуле:

X₂^* = , (2.7.4) /2 с. 230/

где U_кз – напряжение короткого замыкания трансформатора, %,

U_кз = 4,5%;

X₂* = × 100 / 0,25 = 17

2.7.6 Активное сопротивление трансформатора r₂^* определяем по формуле:

r₂^* = P_кз × 10^-3 × (S_б / S_ном.тр²) , (2.7.5) /2 с. 230/

r₂^* = 3,7 × 10^-3 × (100 / 0,25²) = 5,92

2.7.7 Базисный ток I_б1(2) , кА определяем по формуле:

I_б1(2) = S_баз / ( × U) (2.7.6) /2 с. 240/

I_б1(2) = 100 / (1,73 × 10) = 5,77 А

I_б2(2) = 100 / (1,73 × 0,4) = 144,33 А

2.7.8 Сворачиваем схему от источника питания до точки короткого замыкания. Суммарное реактивное сопротивление X₁^* от источника до точки короткого замыкания К₁ определяем по формуле:

X₁^* = X_c^* + X₁^* (2.7.7) /2 с. 240/

X₁^*= 4 + 0,04 = 4,04

2.7.9 Суммарное активное сопротивление r₁^* от источника до точки короткого замыкания К₁ определяем по формуле:

r₁^* = r₁^* (2.7.8) /2 с. 231/

r₁^* = 1,55

2.7.10 Полное сопротивление Z₁^* от источника до точки короткого замыкания определяем по формуле:

Z₁^* = (2.7.9) /2 с. 231/

Z₁^* = = 4,32

2.7.11 Ток короткого замыкания I_кз1 , кА определяем по формуле:

I_кз1 = I_б1 / Z₁^* (2.7.10) /2 с. 231/

I_кз1 = 5,77 / 4,32 = 1,33 А

2.7.12 Ударный ток I_у1 , кА определяем по формуле:

I_у1 = × К_у × I_кз1 , (2.7.11) /2 с. 241/

где К_у – это ударный коэффициент,

К_у = ( Z₁^* / r₁^*) (2.7.12) /2 с. 228/

К_у = (4,32 / 1,55) = 1,33

I_у1 = 1,41 × 1,33 × 1,33 = 2,52 кА

2.7.13 Мощность короткого замыкания S_кз1 , мВА в точке короткого замыкания определяем по формуле:

S_кз1 = S_б / Z₁^* (2.7.13) /2 с. 247/

S_кз1 = 100 / 4,32 = 23,09 мВА

2.7.14 Суммарное индуктивное сопротивление X₂^* до точки короткого замыкания определяем по формуле:

X₂^* = X_c^* + X₁^* + X₂^* (2.7.14) /2 с. 241/

X₂^* = 4 + 0,04 + 17 = 21,04

2.7.15 Суммарное индуктивное сопротивление r₂^* до точки короткого замыкания определяем по формуле:

r₂^* = r₁^* + r₂^*

r₂^* = 1,55 + 5,92 = 7,47

2.7.16 Полное сопротивление Z₂^* определяем по формуле:

Z₂^* = (2.7.15) /2 с. 241/

Z₂^* = = 22,33

2.7.17 Ток короткого замыкания I_кз2 , кА определяем по формуле:

I_кз2 = I_б / Z₂^* ,

I_кз2 = 144,33 / 22,33 = 6,46 кА

2.7.18 Ударный ток короткого замыкания I_у2 , кА определяем по формуле:

I_у2 = × К_у × I_кз2

К_у = 1,37;

I_у2 = × 1,37 × 6,46 = 12,52 кА

2.7.19 Мощность короткого замыкания S_кз2 , мВА в точке короткого замыкания определяем по формуле:

S_кз2 = S_б / Z₂^*

S_кз2 = 100 / 22,33 = 4,48 мВА

Результаты всех расчетов заносим в таблицу 2.4

Таблица 2.4 – Токи короткого замыкания

Место короткого замыкания	Ток короткого замыкания Iкз, кА	Ударный ток Iу, кА	Мощность короткого замыкания Sкз, мВА
К1	1,33	2,52	23,09
К2	6,46	12,52	4,48

2.8 ВЫБОР ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ПОДСТАНЦИИ

2.8.1 При коротком замыкании происходит резкое увеличение тока в ветвях электрических устройств, которые приводит к значительным механическим воздействиям на токоведущие части и изоляторы. Аппараты и токоведущие части на подстанции выбираются по условию длительной работы при нормальном режиме и режиме короткого замыкания. Токоведущие части должны быть проверены по термической и динамической стойкости к токам короткого замыкания.

2.8.2 Шины выбираются по расчетному тогу нагрузки исходя из условия:

I_макс ≤ I_доп

2.8.3 Выбираем к установке алюминиевые шины (40x4) мм² с допустимым током I_доп = 480 А

398 А ≤ 480 А (2.8.1) /2 с. 359/

Проверяем выбранные шины на динамическую стойкость к токам короткого замыкания, намечаем установку шин на изоляторы плашмя. Расстояние между фазами обозначаем a = 250 мм, а расстояние между изоляторами в пролете l = 1200 мм.

2.8.4 Момент соприкосновения W , см определяем по формуле:

w = (b × h²) / 6, (2.8.2)

где b и h – это размеры поперечного сечения шины, см,

b = 0,4 см;

h = 4 см;

w = (0,4 × 4²) / 6 = 1,06 см

2.8.5 Наибольшее механическое напряжение в металле δ_расч , мПа определяем по формуле:

δ_расч = (1,76 × 10^-4 × I_у2 ² × l²) / (a × w) (2.8.3)

δ_расч = (1,76 × 10^-4 × 12,52² × 120²) / (25 × 1,06) = 15 мПа

2.8.6 Выбранные алюминиевые шины размером (40х4) мм² динамически устойчивы, если выполняется условие:

δ_расч ≤ δ_доп ,

где δ_доб – это допустимая механическая нагрузка в металле для алюминиевых шин I_доп = 75 А

32,6 А ≤ 75 А

Условие выполняются, следовательно, шины динамически устойчивы. Проверяем выбранную шину на термическую стойкость.

2.8.7 Проверяем сечение шин по термической стойкости S_мин , мм² определяем по формуле:

S_мин = (I_кз × t_пр ) / С_{т ,} (2.8.4)

где С_т – это коэффициент, зависящий от допустимой температуры, при коротком замыкании и от материала проводника,

I_к.з. – ток короткого замыкания, А,

C_т = 88;

Т_пр = 0,51;

S_мин = (6460 × ) / 88 = 52,42 мм²

2.8.8 Фактическое сечение шин S_ф , мм² определяем по формуле:

S_ф = b × h = 40 х 4 = 160 мм² (2.8.5)

Выбранные алюминиевые шины размером (40х4) мм², термически устойчивы, если выполняется следующее условие:

S_мин ≤ S_ф

52,42 мм² ≤ 160 мм²