Теоретические выкладки

Для выбора кабеля и воздушной линии необходимо предварительно определить ток по заданной передаваемой мощности и напряжению, затем определить сечение по экономической плотности тока, допустимому току в нормальном и аварийном режимах и допустимой потере напряжения.

В зависимости от сечения и длины кабеля или провода указать их вес и количество барабанов с кабелем или проводом, соединительные муфты и т.д. Недостающие данные принять самим. Начертить эскизы траншей, блоков, туннелей, эстакад и опор с проложенными кабелями и проводами.

1. Выбор площади сечения жил кабелей

Выбор площади сечения жил кабелей выполняем по экономической плотности тока. Далее выбранные кабели должны быть проверены по техническим условиям, к которым относят:

- продолжительный нагрев расчётным током как в нормальном (I_р.норм), так и в послеаварийном (I_р.ав) режимах;

- потеря напряжения в жилах кабелей в нормальном и послеаварийном режимах;

- кратковременный нагрев током КЗ.

Технические и экономические условия приводят к различным сечениям для одной и той же линии. Окончательно выбираем сечение, удовлетворяющее всем требованиям.

Расчётные токи в нормальном и послеаварийном режимах:

(1)

(2)

где n – количество кабелей.

Экономическое сечение жил кабелей находим по формуле, мм²:

(3)

где J_эк – экономическая плотность тока, зависящая от типа проводника (провод или кабель) и значения величины Т_м.

Экономическая плотность тока

Таблица 3

Проводники	Экономическая плотность тока, А/мм2, при годовом числе часов использования максимума нагрузки Тм, ч
	1000 - 3000	3001 - 5000	Более 5000
Неизолированные провода и шины: медные алюминиевые	2,5 1,3	2,1 1,1	1,8 1,0
Кабели с бумажной и провода с резиновой и поливинилхлоридной изоляцией с жилами: медными алюминиевыми	3,0 1,6	2,5 1,4	2,0 1,2
Кабели с резиновой и пластмассовой изоляцией с жилами: медными алюминиевыми	3,5 1,9	3,1 1,7	2,7 1,6

Рассчитанное значение площади сечения жил кабелей округляем до ближайшего стандартного.

2. Проверка кабелей на падение напряжения производится по формуле:

(4)

где – r,x – сопротивление кабеля, Ом,

P,Q – мощность, проходящая по кабелю в нормальном режиме.

Допустимое отклонение напряжения на конце кабеля должно быть < 5%.

3. При проверке кабелей по условию длительного нагрева необходимо учесть, что для кабельных линий напряжением Uном ≤ 10 кВ возможны превышения длительно допустимого тока I_доп при систематических перегрузках в нормальном режиме или авариях, если наибольший ток I_р.норм предварительной нагрузки линии в нормальном режиме был не более 80% от тока I_доп т.е.

0,8I_доп ≥ I_р.норм. (5)

Коэффициент предварительной нагрузки:

; (6)

Для данного значения К_пн и Т_м, ч находим коэффициент допустимой перегрузки в послеаварийном режиме К_ав.

Допустимая на период ликвидации послеаварийного режима перегрузка для кабелей напряжением до 10 кВ с бумажной изоляцией

Таблица 4

Коэффициент предварительной нагрузки	Вид прокладки	Допустимая перегрузка по отношению к номинальной при длительности максимума, ч
		1	3	6
0,6	В земле В воздухе В трубах (в земле)	1,5 1,35 1,3	1,35 1,25 1,2	1,25 1,25 1,15
0,8	В земле В воздухе В трубах (в земле)	1,35 1,3 1,2	1,25 1,25 1,15	1,2 1,25 1,1

Проверка по условию длительного нагрева в послеаварийном режиме сводится к проверке выполнения условия:

К_ав I_доп ≥ I_р.ав. (7)

Принимаем большее сечение, выбранное по условию экономической плотности тока.

4. Проверка на кратковременный нагрев током КЗ. Данная проверка сводится к выполнению условия:

F_min ≥ F_minКЗ, (8)

где – F_min – минимальная площадь у выбранных кабелей, мм²;

F_minКЗ – минимальная площадь сечения, допустимая по условию термической стойкости, мм²;

(9)

где c_m = 85 Fc^1/2/мм² – коэффициент для кабелей с алюминиевыми жилами и с бумажной пропитанной изоляцией.

I. Определение токов короткого замыкания для выбора аппаратов и проводников

В электроустановках напряжением до 1 кВ и выше при определении токов КЗ исходят из следующего:

1. Все источники в расчётной точке КЗ работают одновременно с номинальной нагрузкой.

2. Все синхронные машины имеют автоматические регуляторы напряжения.

3. При КЗ ток имеет наибольшее значение.

4. ЭДС всех источников совпадают по фазе.

5. Расчётное напряжение принимается на 5 % выше номинального напряжения сети.

6. В электроустановках выше 1 кВ принимают в качестве расчётных индуктивные сопротивления электрических машин, трансформаторов, воздушных и кабельных линий и т.д.

7. В электроустановках до 1 кВ в качестве расчётных принимают активные и индуктивные сопротивления всех элементов цепи.

II. Выбор предохранителей

Плавкие предохранители являются простыми и надёжными аппаратами защиты максимального тока в сетях напряжением до и свыше 1000 В.

Выбор плавких вставок предохранителей при защите сетей внутренних электропроводок пожароопасных и взрывоопасных помещений, а также жилых домов, производственных, общественных и торговых помещений производят по формуле:

I_ном ≥ 0,8I_раб, (10)

где I_ном – номинальный ток плавкой вставки, А;

Iраб – рабочий ток защищаемой электрической цепи.

Силовая сеть одиночного электродвигателя:

(11)

где I_ном.дв – номинальный ток электродвигателя, А;

к_i – кратность пускового тока электродвигателя;

α – коэффициент, учитывающий тяжесть пуска электродвигателя.При защите линий напряжением 0,38 кВ:

I_ном ≥ 1,1(I_max+0.4I_{п max}), (12)

где I_max – максимальный ток нагрузки линии 0,38 кВ без учёта номинального тока самого мощного электродвигателя, А;

I_{п max} – пусковой ток самого мощного электродвигателя.

Предохранители, защищающие обмотки силового трансформатора со стороны напряжения 0,4 кВ, выбирают из условия:

Iном ≥ Iнт, (13)

где I_нт – номинальный ток силового трансформатора на стороне высокого напряжения, А.

Для защиты трансформатора в ТП со стороны высокого напряжения выбираем предохранители типа ПКТ из условий отстройки от максимального рабочего тока и от броска тока намагничивания при включении трансформатора на холостой ход.

(14)

где S_T – мощность трансформатора, кВА.

По второму условию принимают номинальный ток плавкой вставки равным:

I_ном = (2….3)I_нТ. (15)

Выбираем предохранитель с номинальным током большим рассчитанного I_нт. По времятоковой характеристике оцениваем время плавления при двухфазном КЗ за трансформатором.

III. Выбор высоковольтных выключателей

К установке принимаются выключатели, удовлетворяющие следующим условиям:

1 – номинальный ток выключателя должен быть больше или равным расчётному току линии:

_ном ≥ I_{норм.расч}, (16)

где I_ном – номинальный ток выключателя, А;

I_{норм.расч} – расчётный ток нормального режима линии, А;

2 – номинальное напряжение выключателя должно быть больше или равным напряжению сети:

U_ном ≥ U_{сети ном}, (17)

где U_ном – номинальное напряжение выключателя, кВ;

U_{сети,ном} – номинальное напряжение сети, кВ;

3 – выключатель должен проходить по отключающей способности периодической составляющей тока КЗ:

I_ntоткл ≤ I_{откл.ном}, (18)

где I_ntоткл – величина периодической составляющей тока КЗ в момент времени t_откл, кА;

I_{откл.ном} – номинальный ток отключения выключателя, кА;

I_ntоткл = I_n0e ^{–tоткл/Та}, (19)

где t_откл – расчётная продолжительность КЗ, с, по условиям РЗА;

4 – выключатель должен быть проверен на электродинамическую стойкость:

I_пр.скв ≥ i_уд, (20)

где i_пр.скв – наибольший пик предельного сквозного тока, кА;

5 – выключатель должен быть проверен на термическую стойкость:

I²_термt_откл ≥ В_к, (21)

где I_терм – нормированный ток термической стойкости, кА;

В_к – интеграл Джоуля с пределами интегрирования 0 и t_откл, кА²*с;

Вк = I²_n0(t_откл + Т_а), (22)

IV. Выбор измерительных трансформаторов тока

Устанавливаемые трансформаторы тока должны удовлетворять следующим условиям:

1 – номинальный ток трансформатора тока должен быть больше или равным расчётному току линии:

I_ном ≥ I_{норм.расч}; (23)

2 – номинальное напряжение трансформатора тока должно быть большим или равным напряжению сети:

U_ном ≥ U_{сети,ном}; (24)

3 – трансформатор тока должен быть проверен на электродинамическую стойкость:

(25)

где К_дин – кратность электродинамической стойкости;

I_ном – номинальный первичный ток, А;

4 – трансформатор тока должен быть проверен на термическую стойкость:

(k_mI_ном)² t_m ≥ В_к, (26)

где k_m – кратность термической стойкости;

t_m – допустимое время термической стойкости, с;

5 – класс точности трансформатора тока должен соответствовать условиям его применения. Трансформаторы тока класса 0,5 применяются для присоединения счётчиков коммерческого учёта,

класса 1 – для всех технических измерительных приборов, классов 3 и 10 – для релейной защиты.

V – Выбор выключателей нагрузки

Выключатель нагрузки – это электрические аппараты, предназначенные для включения и отключения нагрузочных токов цепей, вплоть до номинальных токов аппаратов. Выключатели нагрузки не способны отключать токи КЗ. Эти функции передаются на последовательно включаемые предохранители или на выключатели головных участков сети. Конструкция существующих выключателей нагрузки базируется на конструкции разъединителей. Отличие состоит в наличии маломощного газогенерирующего дугогасительного устройства со сменными газогенерирующими вкладышами из органического стекла.

Устанавливаемые выключатели нагрузки должны удовлетворять следующим условиям:

1 – номинальное напряжение выключателя нагрузки должно быть больше или равным напряжению сети:

U_ном ≥ _{Uсети,ном}; (27)

2 – номинальный ток выключателя нагрузки должне быть больше или равным расчётному току линии:

I_ном ≥ I_{норм,расч}; (28)

3 – устанавливаемый выключатель нагрузки должен выдерживать перегрузку линии в аварийном режиме:

I_ном ≥ I_{раб,пер}; (29)

4 – выключатель нагрузки должен быть проверен на электродинамическую стойкость:

i_дин ≥ i_уд; (30)

5 – выключатель нагрузки должен быть проверен на термическую стойкость:

I²_терм t_откл ≥ В_к., (31)

VI. Выбор выключателей 0,4 кВ

Устанавливаемые выключатели на стороне низкого напряжения должны удовлетворять следующим условиям:

1 – номинальное напряжение выключателя должно быть больше или равным напряжению сети:

U_ном ≥ U_{сети,ном}; (32)

2 – номинальный ток выключателя должен быть больше или равным расчётному току линии:

I_ном ≥ I_{норм,расч}; (33)

3 – устанавливаемый выключатель должен выдерживать перегрузку линии:

I_ном ≥ I_{раб.пер}; (34)

4 – вводной выключатель должен быть проверен на электродинамическую стойкость:

i_дин ≥ i_уд; (35)

5 – номинальный ток отключения вводного выключателя должен быть больше или равен трёхфазному току КЗ в начальный момент времени:

I_{откл,ном} ≥ I_n0. (36)

VII. Выбор силовых трансформаторов

Расчётная номинальная мощность трансформатора, кВА:

(37)

где S_р(8) – расчётная нагрузка за наиболее загруженную смену, кВА;

N – число трансформаторов на ТП;

К_з – коэффициент загрузки, принимаемый:

0,65 – 0,7 – для двухтрансформаторных ТП при преобладании потребителей I и II категорий;

0,9 – 0,95 – для однотрансформаторных ТП при преобладании потребителей III категории.

Принимается к установке трансформатор большей мощности.

Проверяем трансформатор по перегрузочной способности при аварийном отключении второго трансформатора, без учёта потребителей III категории:

1,4S_ном ≥ S_р. (38)

VIII. Выбор и проверка трансформаторов напряжения

Трансформаторы напряжения должны быть выбраны по номинальному напряжению первичной цепи, классу точности и схеме соединения обмоток:

U_ном ≥ U_сети; (39)

S_ном ≥ S_р. (40)