Электроснабжение / МУ КР СЭС

указанного выше графика нагрузки это период с 8 до 16 часов).

2.3.2. Расчет сечения проводников линий электропередачи

Выбор сечения проводов и кабелей, исходя из условия нормального режима работы производится:

-по наибольшему длительно допустимому току нагрузки по условиям нагрева;

-по допустимой потере напряжения;

-по экономической плотности тока.

Длительно протекающий по проводнику ток, при котором устанавливается длительно-допустимая температура нагрева, называется допустимым током по нагреву Iдд. Величина его зависит как от марки проводникового материала, так и от условий прокладки и температуры окружающей среды.

Длительно допустимые токи нагрузки проводов и кабелей указаны в таблицах Правил устройства электроустановок (ПУЭ) [4].

Выбор сечения проводника по нагреву длительным током нагрузки сводится к сравнению расчетного тока р с допустимым табличным значением для принятых марок проводов и кабелей и условий их прокладки. При выборе должно соблюдаться условие

рдд

Выбор сечения проводника только по нагреву допустимым током приводить к большим потерям активной мощности в ЛЭП и значительной потере напряжения. Поэтому для окончательного выбора сечения следует провести все расчеты, требуемые ПУЭ, и принять наибольшее, определенное этими расчетами сечение проводника.

Выбор сечения по допустимой потере напряжения целесообразно проводить для сетей, где отсутствуют регулирующие устройства. Для систем электроснабжения – это сети 0,38 кВ.

21

Потеря напряжения для линий с подключенной в конце нагрузкой рассчитывается по выражению

распределительной сети 0,38 кВ не должно превышать 4-6%. Если это условие не соблюдается, то необходимо увеличить сечение, что приводит к уменьшению активного сопротивления, и соответственно, к уменьшению потери напряжения.

Расчет сечения по экономической плотности тока производится для электрических сетей выше 1000 В (для систем электроснабжения это сети 10 кВ).

Экономическое сечение линии электропередачи определяется по выражению

где Э – экономическая плотность тока, нормируемые значения которой для кабелей с резиновой и пластмассовой изоляцией с алюминиевыми жилами (для Центральной Сибири) приведены в табл.8.

22

После расчета экономического сечения принимается ближайшее стандартное.

Выбранные сечения линий электропередачи по вышеприведенным критериям необходимо сопоставить с ограничениями по механической прочности и принять окончательное решение.

2.3.3. Выбор электрических аппаратов

Электрическим аппаратом принято называть электротехническое устройство, предназначенное для управления электрическими и неэлектрическими объектами, а также для защиты этих объектов при ненормальных режимах работы.

Понятие «электрический аппарат» охватывает очень обширный круг всевозможных устройств, применяемых в быту, промышленности и энергетике. В данной контрольной работе речь идет об электрических аппаратах, устанавливаемых в основном потоке электрической энергии, т.е. в потоке от её источников до электрических приемников. Эти аппараты относятся к классу электрических аппаратов распределительных устройств и выбираются по следующим признакам: напряжению, функциональному назначению, номинальному току, по исполнению защиты от окружающей среды, по климатическому исполнению. После выбора по указанным признакам электрические аппараты проверяются на термическое и динамическое действия токов коротких замыканий, т.е. на термическую и динамическую устойчивость.

Выбор по номинальному напряжению. Номинальное напряжение аппарата, указанное в его паспорте, соответствует уровню его изоляции, причем нормально всегда имеется некоторый запас электрической прочности, позволяющий аппарату неограниченно длительное время работать при напряжении на 10-15% выше номинального. Это напряжение называют максимальным рабочим напряжением аппарата. Так как отклонения напряжения в условиях эксплуатации обычно не превышают 10-

23

15% номинального, то при выборе аппаратов по напряжению достаточно выполнить условие

Обычно, исходя из условия электробезопасности организации работ, электрические аппараты по номинальному напряжению разделяют на две группы: аппараты низкого напряжения (с номинальным напряжением до 1000 В) и высокого напряжения (с номинальным напряжением более 1000 В).

Выбор аппаратов по функциональному назначению реализуется на этапе обоснования электрических схем, когда на основании соответствующих условий и требований применяются коммутационные аппараты, защитные либо защитно-коммутационные.

Выбор по номинальному току. Номинальный ток нома аппарата это ток, который при номинальной температуре окружающей среды может проходить по аппарату неограниченно длительное время и при этом температура наиболее нагретых частей его не превышает длительно допустимых значений.

Правильный выбор аппарата по номинальному току обеспечивает отсутствие опасных перегревов частей аппарата при его длительной работе в нормальном режиме. Для этого необходимо, чтобы максимальный действующий рабочий ток цепи (расчетный ток) р за время t>3T0 не превышал номинального тока аппарата

рном а

Вданной работе необходимо выбрать защитно-коммутационные аппараты, указанные на рис.1: QF1 – линейный выключатель в распределительном устройстве 10 кВ ГПП; QF2, QF3 – вводной и линейный автоматы в распределительном устройстве 0,4 кВ ТП; QF4 – линейный автомат для присоединения линии Л3, идущей к электроприемнику (АД).

Автомат QF4 выбрать по следующим условиям:

24

Условие 1. По нагреву максимальным рабочим током

Условие 2. По несрабатыванию при пусковых токах асинхронного двигателя (принять 7-и кратным от номинального тока)

эм 1,25 пуск,

где эм - ток срабатывания электромагнитного расцепителя автомата (в контрольной работе принять для установки модульный автомат серии ВА4729 с соответствующей защитной характеристикой В, С или D).

2.4. Проверка оборудования на действия токов коротких замыканий

Расчет токов короткого замыкания (КЗ) необходим для проверки электрических аппаратов по условиям динамического действия токов короткого замыкания, а также для проверки проводников и аппаратов по условиям нагрева при коротком замыкании.

Местом короткого замыкания для расчета тока КЗ при проверке элементов системы электроснабжения на термическую и динамическую стойкость является: для электрических аппаратов – точка сразу за ними; для кабельных линий – точка в начале линии. Таким образом, в курсовой работе расчетными точками должны быть следующие:

точка К1 – на РУ 10 кВ (для проверки линейных высоковольтных выключателей ГПП, а также отходящих кабельных линий);

точка К2 – на шинах распределительного устройства высокого напряжения цеховой ТП (для проверки высоковольтного оборудования ТП);

точка К3 – на шинах РУ 0,4 кВ (для проверки автоматических выключателей, установленных на подстанции, а также отходящих кабельных линий).

25

Расчет токов КЗ в электрических сетях систем электроснабжения целесообразно производить в именованных единицах.

При составлении схемы замещения необходимо учесть значение сопротивления питающей системы (вся совокупность электроустановок до РУ 10 кВ ГПП). Результирующее эквивалентное сопротивление определяется, исходя из известной (задаваемой преподавателем) мощности КЗ питающей системы ( КЗ)

ном , КЗ

где ном – номинальное напряжение (10,5 кВ).

При расчете токов короткого замыкания в распределительных сетях СЭС необходимо производить учет и активных сопротивлений элементов сети. Тогда активные и реактивные сопротивления линий электропередачи

где КЗ – потери короткого замыкания трансформатора; КЗ% – напряжение короткого замыкания трансформатора; тр – номинальная мощность трансформатора.

Трехфазное КЗ, характеризующееся максимальным значением тока, является основным расчетным видом короткого замыкания при проверке оборудования.

Расчет действующего значения периодической составляющей тока производится по выражению

ном ,

КЗ √

26

где – суммарное сопротивление до точки КЗ.

При расчете токов КЗ принято считать, что максимальное значение тока короткого замыкания наступает через 0,01 с от момента возникновения КЗ. Такой ток, вызывающий в этом случае наибольшие электродинамические усилия, называется ударным и используется для проверки электрических аппаратов и проводников

уд √2 КЗ уд ,

где уд – ударный коэффициент. Последний рекомендуется при последовательном соединении элементов определять по формуле

экв , экв

где экв и экв – соответственно индуктивная и активная составляющие результирующего эквивалентного сопротивления расчетной схемы относительно точки КЗ, – угловая частота напряжения сети.

Значения ударного коэффициента для некоторых узлов электрической сети могут быть приняты по табл. 9.

Таблица 9

Электрические аппараты и проводники, выбранные по условиям нормального режима, должны быть также устойчивыми при электродинамических и термических действиях токов короткого замыкания.

Для электрических аппаратов в качестве справочной информации приводятся значения предельного тока электродинамической стойкости.

27

Аппарат пригоден для установки в данной цепи, если выполняется соотношение

,

где дин – амплитудное значение тока электродинамической стойкости. Силовые кабели считаются достаточно устойчивой конструкцией к

возникающим механическим усилиям и на электродинамическую стойкость не проверяются.

Защитные аппараты дополнительно проверяются также на отключающую способность, т.е. на способность отключить ток КЗ. Эта способность характеризуется номинальным током отключения. Для правильного выбора должно быть выполнено соотношение

номоткл КЗ

где номоткл – номинальный ток отключения защитного аппарата.

Степень термического воздействия тока КЗ на проводники и электрические аппараты определяет тепловой импульс, выделяемый при протекании тока КЗ. Для определения теплового импульса в электрических сетях систем электроснабжения можно воспользоваться следующим выражением:

КЗ КЗ ,

где КЗ – время протекания тока КЗ (время с момента возникновения КЗ до полного его отключения).

В справочных данных электрического аппарата приводятся значения тока и времени термической стойкости. Аппарат термически стоек, если выполняется условие

ТС ТС ,

где ТС – ток термической стойкости; ТС – время термической стойкости. Для соблюдения условия термической стойкости проводников при КЗ,

следует определить минимальное сечение проводника по условию

28

термической стойкости ( терм ). Термическая стойкость проводника обеспечивается, если площадь его сечения (S) удовлетворяет неравенству

терм

Если нагрузка проводника до короткого замыкания близка к продолжительно допустимой, то минимальное сечение проводника, отвечающее требованию термической стойкости при КЗ, определяют по формуле

терм

где – параметр, значения которого приведены в табл. 10.

2.5. Проверка условия срабатывания защиты при однофазном коротком замыкании в сети до 1000 В

В соответствии с требованиями ПУЭ в электрических сетях напряжением до 1000 В с глухим заземлением нейтрали при коротком однофазном замыкании защитные аппараты должны надежно обеспечивать отключение. В этой связи рекомендуется групповую защиту электроприемников выполнять таким образом, чтобы обеспечивалось отключение группы при однофазных замыканиях в любом из присоединенных электроприемников. При этом время автоматического отключения не должно превышать 5с. Это время определяется по защитной характеристике автомата при однофазном коротком замыкании в наиболее удаленной точке электрической сети. Индивидуальная защита реализуется с помощью аппарата, к которому присоединяется идущая к электроприемнику

29

линия (в данной работе это автомат QF4), при этом время срабатывания защиты при однофазном коротком замыкании у электроприемника не должно превышать 0,4 с.

Для проверки условия срабатывания защиты ток однофазного короткого замыкания определяется приближенно по формуле:

понижающего трансформатора в режиме однофазного короткого замыкания на корпус (Ом), значения которого для распространенных трансформаторов КТП 10/0,4 кВ со схемой соединения обмоток ∆/Y0 приведены в табл. 11; П

– полное сопротивление петли фаза-нуль линии до наиболее удаленной точки сети (Ом), определяемое по табл. 12 и табл. 13.

Таблица 12 Полное сопротивление петли фаза-нуль четырехжильного кабеля с алюминиевыми жилами и пластмассовой изоляцией, Ом/км

30