книги из ГПНТБ / Мукосеев Ю.Л. Электроснабжение промышленных предприятий учебник

водит к отключению одной фазы (перегорает предохрани­ тель) или всех трех фаз (при защите автоматами). Таким образом, некоторая повышенная чувствительность уста­ новки к однофазным замыканиям снижает бесперебойность электроснабжения и нежелательна для потребителей 1-й категории.

Большая часть потребителей предприятий относится ко 2-й категории, для которых система с заземленной нейт­ ралью не является помехой. Из 31 обследованного в 1944 г.

рочных машин).

Согласно ГГУЭ и ГОСТ 13109-67 частота колебаний напряжения в пределах до 1,5% у ламп рабочего освеще­ ния при наличии резко переменных нагрузок не ограничи­ вается. Допустимая частота колебаний напряжения в дру­ гих случаях определяется согласно ГОСТ 13109—67 вы­ ражением

ний, %.

Например, колебания напряжения 4% допускаются не более 2 раз в час.

Поскольку силовые и осветительные сети даже при об­ щем трансформаторе выполняются раздельно, то эта цифра относится к колебаниям напряжения на зажимах трансфор­ матора, создаваемым пусковыми токами двигателей с ко­ роткозамкнутыми роторами или работой сварочных машин.

110

1 600 кВ-А при полной нагрузке в зависимости от коэф­ фициента мощности на стороне вторичного напряжения [Л. 1-211. Пользуясь этой кривой, можно определить до­ пустимую частоту пусков асинхронного двигателя большой мощности в зависимости от кратности его пускового тока, мощности и загрузки питающего трансформатора и коэф­ фициента мощности нагрузки.

Пример4-1. Определить допустимость прямого пуска трехфазного двигателя с короткозамкнутым ротором 380 В, 100 кВт от трансфор­ матора мощностью 1 000 кВ -А, загруженного на 70% при cos ср = = 0,9.

Номинальный ток двигателя 184 А, мощность при пуске 790 кВ •А, коэффициент мощности при пуске 0,35.

Р е ш е II и е

1.По кривой рис. 4-1 потеря напряжения в трансформаторе при полной нагрузке 3,35%, а при 70% нагрузке потеря напряже­ ния 3,35 -0,7 = 2,42%.

2.При коэффициенте мощности пусковой нагрузки, равном

=1,16 и cos cf) — 0,65.

5.Суммарная полная мощность трансформатора при пуске двигателя 908/0,65 = 1 400 кВ *А п коэффициент загрузки трапсформатора 1 400/1 000 = 1,4.

6. По кривой рис. 4-1 для cos ср = 0,65 потеря напряжения в трансформаторе при нагрузке 100% получается 4,8%, а при пере­ грузке 4,8 -1,4 = 6,7%, так что колебание напряжения при пуске составляет 6,7—2,42 = 4,28%. Допустимое число пусков в час двигателя 100 кВт при совместном питании силовых ц осветительных потребителей от трансформатора 1 000 кВ -А ■ составит:

ге= у Д -р' = 4 28—І'= 1’83 раза вчас'

Таким образоім, для двигателя мощностью, равной при­ мерно 10% мощности трансформатора, допустимое число пусков в час при совместном питании силовых и освети­ тельных потребителей не должно превышать двух.

Вторым видом пиковых нагрузок, встречающихся наиболее часто, является работа машин контактной сварки.

Пример 4-2. Однофазная сварочная машина мощностью 150 кВ - А работает с номинальной нагрузкой и с cos ф = 0,6. Мощность пи­ тающего трансформатора и его нагрузка,,как в примере 4-1.

Определить колебание напряжения при работе сварочной ма­ шины.

111

Р е ш е н и е

ния в трансформаторе составляет 3,95% и с учетом загрузки 0,95 3,95 -0,95 = 3,76%.

5. Колебание напряжения при работе сварочной машины со­ ставит 3,76—2,42 = 1,34%.

Можно сделать вывод, что при мощности одной свароч­ ной машины, примерно равной 1596 мощности питающего трансформатора, совместное питание ее с осветительной нагрузкой допустимо. При нескольких сварочных маши­ нах возможны наложения их пиков и питание освещения от общего трансформатора недопустимо.

Указанные мощности асинхронных двигателей с корот­ козамкнутым ротором и сварочной машины, допускающие совместное питание с освещением, являются приближен­ ными, и в конкретных случаях необходимо производить соответствующие расчеты.

Для сохранения питания освещения от системы напря­ жения 380/220 В рекомендуется при двух или более тран­ сформаторах на подстанции присоединять рабочее осве­ щение и электросварочные установки или мощные двига­ тели с короткозамкнутыми роторами на разные трансфор­ маторы. Система аварийного освещения может иметь по­ вышенные колебания напряжения и питаться от транс­ форматора, к которому присоединены сварка или мощные двигатели.

. Широко распространенная система совместного пита­ ния силовых и осветительных нагрузок при напряжении 380/220 В длительное время вызывала возражения со стороны светотехников, ссылавшихся на ненормальные режимы уровней напряжения в цеховых сетях промпредприятий. По данным многочисленных обследований от­ клонения напряжения от номинального значительно пре­ вышают нормативы, в результате чего в нагруженные смены происходит резкое снижение светового потока,

ав течение ночных и малозагружепиых смен лампы горят

сперекалом и быстро выходят из строя. Имелись также ссылки на зарубежный опыт, где часто применяется раз­

112

Выбор трансформаторов и преобразователей произво­ дится по допустимому нагреву в заданном режиме нагрузки и по соответствующему номинальному напряжению. При этом проверяются уровни напряжения при различных ре­ жимах нагрузки и соответственно принимаются постоян­ ные ступени напряжения на ответвлениях трансформа­ торов или ступени регулирования напряжения на тран­ сформаторах, имеющих регулирование под нагрузкой. При наличии графика нагрузки мощность и число единиц трансформаторов и преобразователей подбираются таким образом, чтобы при указанном графике работа их была бы наиболее экономична и соответствовала минимуму при­ веденных затрат.

Следовательно, общими показателями для выбора трансформаторов и преобразователей являются: номиналь­ ное напряжение и требуемые уровни напряжения; дону-, стимый нагрев; экономическая нагрузка.

Провода, кабели и токопроводы также выбираются по этим показателям, но дополнительно проверяются на до­ пустимую потерю напряжения. При выборе проводов должны учитываться также регламентированные ПУЭ минимально допустимые сечения проводов с точки зрения их механической прочности.

В данной главе рассматриваются только вопросы, связанные с выбором элементов систем электроснабжения по первым трем показателям. Вопросы выбора проводни­ ков и аппаратов по условиям к. з., являющегося также обязательным, излагаются в курсе «Электрическая часть станций и подстанций» и здесь не затрагиваются.

Расчетной максимальной нагрузкой подопустимому нагреву называют условную нагрузку, выраженную в ам­ перах (Ім), киловаттах (Рм) или киловольт-амперах (5М), которая эквивалентна ожидаемой изменяющейся нагрузке по наиболее тяжелому тепловому действию (максимальной температуре или тепловому износу изоляции проводников,

обмоток трансформаторов и электромашин). В дальней­ шем будем называть ее расчетной нагрузкой.

При нагреве проводников различают три формулировки допустимой температуры жилы проводника:

^ж.н — длительно допустимый нагрев жил по нормам, °С (50—80 °С в зависимости от изоляции и напряжения);

'Ѳ'ж.п — кратковременно допустимый нагрев при пере­ грузках, °С (90—125 °С);

114

йжм — максимально допустимое превышение темпера­ туры жилы над температурой среды по нормам при токе к. з., °С (125—350 °С).

Если йор.н — температура среды, определяемая нор­ мами (25 °С при прокладке внутри помещений и 15°Спри прокладке в земле), то превышение температуры жил по нормам

Например, для кабеля с бумажной изоляцией напряже­ нием до 3 кВ, проложенного в земле, тн = 80 — 15 = 65 °С.

Для тока /, отличного от допустимого по нормам / я, превышение температуры жилы, °С,

Для среды с температурой, отличной от 15 и 25 °С (районы Крайнего Севера, вечной мерзлоты, тропики и т. и.), применяются поправочные коэффициенты для / д, приведенные в ПУЭ.

При включении и отключении нагрузки температура жилы йж за время t повышается или понижается по экспоненте

где Пуст — установившаяся температура, °С; Т — постоян­ ная времени нагрева, зависящая от размеров (сечения) проводника, материалов жил и изоляции, а также от спо­ собов прокладки, определяющих отвод тепла от провод­ ника. Для сечений 4—240 мм2 значения Т изменяются от 2,4 до 90 мин в зависимости от указанных парамет­ ров.

Старение изоляцци измеряют, в относительных едини­ цах, принимая за единицу износ при нормированной тем­ пературе жилы йж.н- Для определения износа при изме­ нении температуры жилы пользуются восьмиградусным правилом. Последнее состоит в том, что повышение йж на каждые 8 °С приводит к ускорению износа (старения) изоляции вдвое, и наоборот. Относительный износ изо­ ляции за время t с й( или xt составляет:

j j _£ (й; йж. н)__2 (xt тн)

115

I

При ступенчатом графике отдельные износы могут быть больше и меньше нормального, но общий износ должен быть и норме, т. о.

\ ' JJ-_IIih ~Ь И4г ~І~ • • ■~Ь Иnt» _ I

Пиковой нагрузкой называют кратковременную мак­ симальную нагрузку, создающую максимальную потерю напряжения в момент ее приложения, и колебания напря­ жения вследствие ее кратковременного характера. Кроме величины, выраженной в амперах (/ШІК), киловаттах (Ртт) или килоёольт-амперах (SBUK), пиковая нагрузка харак­ теризуется частотой появления, что связано ' с требо­ ваниями качества электроэнергии (см. § 12-1).

Экономическая нагрузка, выражаемая для проводни­ ков экономической плотностью тока / э (А/мм2), соответ­ ствует минимуму приведенных затрат. Соответствующее значение экономической величины тока для сечения s (мм3), выбранного по расчетному току / м (А),

h ~ J as.

Между этими тремя формулировками нагрузки суще­ ствует соотношение

Іа <1 1м ^ 1 пик-

Основным показателем для промышленных электросе­ тей напряжением до 1000 В и выше является допустимый нагрев, так как потери напряжения и электроэнергии не являются решающими факторами при правильно за­ проектированной современной схеме электроснабжения. При глубоком вводе высокого напряжения и подстанциях малой мощности большая часть сечений проводников на­ пряжением до 1000 В определяется по расчетной нагрузке. При заданных значениях расчетных нагрузок расчеты выполняются по общеизвестным формулам или готовым таблицам. Существуют поправочные коэффициенты к до­ пустимым нагрузкам проводов и кабелей для различных условий прокладки, температуры окружающей среды и т. п., которые позволяют определять допустимые на­ грузки с точностью до 1—2%, в то время как сама рас­ четная нагрузка может быть определена с гораздо мень­ шей степенью точности (10—15%).

116

Для лучшего использования электроустановок жела­ тельно определять нагрузки с наибольшей степенью точности. Б то же время эта степень точности имеет прак­ тический предел вследствие того, что сами элементы электроснабжения могут быть выбраны с определенными интервалами между стандартными величинами. Если рас­ четная нагрузка находится внутри этих интервалов, то во избежание перегрева, как правило, берется верхний предел.

Такими интервалами для проводов и кабелей являются шкалы допустимых токов нагрузки в амперах для стан­ дартных сечений (а не сами сечения), а для трансформа­ торов — их мощности в киловольт-амперах. Ступень нара­ стания шкалы допустимых токов для стандартных сечений кабелей и проводов с допустимой нагрузкой выше 100 А (нагрузка меньше 100 А в рассматриваемом вопросе не представляет интереса) для распространенных сечений Г)0—185 мм2 алюминиевых проводников равна 14—25%, или в среднем 20%.

Для трансформаторов проценх нарастания шкалы мощностей по ГОСТ 9680—61 составляет 56—60%. Следо­ вательно, величина интервала при выборе между двумя стандартными сечениями проводов и кабелей по допусти­ мому току составляет в среднем 20%, а между двумя транс­ форматорами 60%. Очевидно, степень точности расчета нагрузок, равная половине интервала, является вполне достаточной; стремление добиться более точных данных со степенью точности меньшей половины интервала, практически не меняет результата выбора стандартного сечения или трансформатора, а поэтому является неоправ­ данным. Кроме того, информация о технологических режимах электроприемников и расчетных коэффициентах часто бывает недостаточно точной и надежной. В целях унификации в настоящее время принята необходимая степень точности расчетов, равная ±10% [Л. 5-1].

Поскольку экономические нагрузки лежат всегда ниже максимально допустимых по нагреву, можно ограни­ читься указанными пределами точности расчетных нагру­ зок, учитывая, что расчетная нагрузка является лишь средством для выбора сечения проводников или мощности трансформатора.

Правильное определение расчетных нагрузок с ми­ нимальным запасом имеет большое народнохозяйствен­ ное значение, так как по этим нагрузкам определяются

117

основные параметры элементов электроснабжения: сече­ ния проводников, мощности трансформаторов и преоб­ разователей, необходимые напряжения для распределе­ ния энергии и т. д., а также капиталовложения в си­ стему электроснабжения предприятия, определяющую на длительный период его производственные возможности

ифондоотдачу.

Виностранной литературе опубликовано мало работ по расчетным нагрузкам, в то время как советскими уче­ ными и инженерами в этой области проделаны большие теоретические и экспериментальные работы, позволяющие избежать ошибок, имевших место ранее, и принимать наи­

более рациональные решения.

Проблема определения электрических нагрузок возни­ кает лишь при числе электроприемников более трех; при трех электроприемниках и менее расчетный ток І ы опре­ деляется как арифметическая сумма их номинальных то­ ков іцI, А.,

A i= Ai ~Ь hu ~Ь Аз-

Для электроприводов постоянного тока с индивидуаль­ ным преобразователем в качестве расчетного тока следует принимать номинальный ток трансформатора, мощность которого по условиям регулирования может превышать потребляемую двигателем мощность на 25—30% и выше.

При расчетах по мощности за расчетную Рм прини­ мается потребляемая активная мощность при номиналь­ ной нагрузке. Для электродвигателей номинальная (уста­ новленная) мощность является мощностью на валу, так что потребляемая будет больше на величину потерь:

Для прочих приемников электроэнергии (электропечи, сварочные машины, лампы) номинальная мощность сов­ падает с потребляемой, следовательно, расчетной при

Таким образом, для ответвлений от магистралей или распределительных шкафов к отдельным электроприем­

118

никам единственным параметром для расчета по нагреву, по принципу равнопрочности является их номинальный ток; в этих случаях нет надобности касаться в расчетах их к. п. д. и cos ф.

При числе электроприемников более трех, разнород­ ных по мощности и режиму работы, суммарная их на­ грузка образует некоторую переменную величину, кото­ рая может быть представлена в виде графика мощности или тока в функции времени, построенного по показа­ ниям приборов (обычно счетчиков, реже — самопишущих приборов).

На рис. 5-1 показан график переменной нагрузки группы двигателей металлорежущих станков, построен-

р,

Рис. 5-1. График нагрузки двигателейметалло­ режущих станков.

ный по показаниям счетчика через каждые 10 мин в те­ чение 8-часовой смены с часовым обеденным перерывом. На рис. 5-2 показан график резко переменной нагрузки электросварочных машин, снятый самопишущим ватт­ метром в течение 45 мин. Для электроприемников с рав­ номерной нагрузкой, например для текстильных машин, график нагрузки, как правило, получается близким к го­ ризонтальной линии.

Встречающиеся на практике промышленные графики нагрузок разнообразны, и вопрос определения расчетных нагрузок для групп электроприемников в общем случае является достаточно сложным. В настоящее время имеется несколько методов, позволяющих производить подобные расчеты для ожидаемых нагрузок вновь проектируемых установок.

В графике нагрузок наиболее интересным является максимум, который определяет нагрев проектируемого

119