Электроснабжение цехов промышленных предприятий
.pdf
41
клещами. Применение комплектных шинопроводов значительно облегчает монтаж цеховой сети.
Главные магистрали. Особенность выбора главных магистралей,
обычно выполняемых шинопроводами типа ШМА для общепромышленных нагрузок, заключается в том, что номинальный ток шинопровода не должен превышать максимальный ток, протекающий через трансформатор, т.е.
I тр max ³ I номШМА |
(3.4) |
При выборе ШMA для питания сварочных нагрузок учитывают допустимые кратковременные перегрузки ШМА. Такие данные для
шинопроводов типа ШМА 68-Н-1600 приведены ниже: |
|
|
|
Допустимая кратность нагрузки ШМА- 6 8 - 1 6 0 0 . . . 3 |
2,5 |
2 |
|
Частота пиков в час …………………………………… |
10 |
60 |
430 |
С учетом допустимых перегрузок |
ШМА-68-Н-1600, а также во |
||
избежание больших потерь напряжения в сетях, при питании нагрузок от трансформаторов с ик = 5,5 % выбор номинального тока шинопровода следует осуществлять по условию
IномШМА ≤ |
Iпик |
|
, |
|
(3.5) |
|
|
|
2 |
||||
1,5 ÷ |
|
|
|
|||
где Iпик - значение пикового тока. |
|
|
|
|
||
Пиковый ток определяют следующим образом: |
|
|||||
для однофазных сварочных машин |
|
|
|
|
||
Iпик ≤ |
SП k3 |
, |
(3.6) |
|||
|
||||||
|
|
Uном |
|
|||
для двухфазных машин, включенных по схеме открытого треугольника для общей фазы
Iпик ≤ SП k3 
3;
2Uном
для остальных фаз
Iпик |
≤ |
SП k3 |
, |
(3.7) |
|
||||
|
|
2Uном |
|
|
для трехфазных машин
42
Iпик |
≤ |
Sn k3 |
, |
(3.8) |
|
||||
|
Uном |
|
|
|
где Sn - паспортная (установленная) |
мощность машин; k3 |
- коэффициент |
||
загрузки; Uном - номинальное напряжение сети.
Потери напряжения в магистральном шинопроводе определяют по
формуле, %
U ≤ |
|
3 |
ΣI pl100 |
(r0 I cosϕ + x0 I sin ϕ ), |
(3.9) |
|
|
|
|||
|
|
Uном |
|||
|
|
|
|
|
где ΣI p l - сумма моментов токовых нагрузок шинопровода, А·км; r0 , x0 -
соответственно удельные активное и индуктивное сопротивления шинопровода, Ом/км.
Шинопроводы проверяются на электродинамическую стойкость
iуд ≤ iдин , |
(3.10) |
Где iуд - расчетный ударный ток КЗ в начале шинопровода; iдин |
- допустимый |
ударный ток КЗ (ток динамической стойкости) для данного типа шинопровода.
Распределительные шинопроводы выбирают по расчетному току из
условия
I p ≤ Iном , |
(3.11) |
где - номинальный ток шинопровода.
Потери напряжения в распределительном шинопроводе с равномерной нагрузкой и расположением вводной секции в начале шинопровода определяют по (3.3); если вводная секция расположена в середине шинопровода, то используют формулу
U ≤ |
|
30, 5 |
ΣI pl100 |
(r0 I cosϕ + x0 I sin ϕ ), |
(3.12) |
|
Uном |
||||
|
|
|
|
||
Проверку на динамическую стойкость выполняют по условию (3.10).
43
3.3. Выбор распределительных шкафов и пунктов
Для приема и распределения электроэнергии по группам потребителей трехфазного тока промышленной частоты напряжением 380 В применяют силовые распределительные пункты и шкафы. В зависимости от типа пункта или шкафа на вводе может располагаться рубильник или автоматический выключатель, на отходящих линиях - предохранители или автоматические выключатели.
Выбор силовых шкафов и пунктов выполняют по степени защиты в зависимости от характера среды в цехе, от его комплектации -
предохранителями или автоматическими выключателями.
Номинальный ток силового пункта Iном.с.п должен быть больше расчетного тока Iр группы приемников
Iном.с.п ³ I p , |
(3.13) |
Число присоединений к силовому пункту и их токи не должны превышать числа отходящих от силового пункта линий и их допустимые
токи
N прис |
£ N лин , |
(3.14) |
I p.прис |
£ Iдоп , |
(3.15) |
44
Глава четвертая
Расчет токов короткого замыкания
4.1. Особенности расчета токов короткого замыкания в сетях напряжением до 1 кВ
В электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ расчет токов КЗ выполняют с целью проверки коммутационной аппаратуры и шинопроводов на динамическую стойкость, проверки чувствительности и селективности действия защит.
При напряжении до 1 кВ даже небольшое сопротивление оказывает существенное влияние на ток КЗ. Поэтому в расчетах учитывают все активные и индуктивные сопротивления короткозамкнутой цепи, включая активные сопротивления различных контактов и контактных соединений, а
также сопротивление электрической дуги в месте КЗ.
Если расчет токов КЗ выполняют в сети напряжением до 1 кВ,
питающейся через понижающий трансформатор от энергосистемы, и вблизи места КЗ имеются синхронные и асинхронные двигатели, то начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ определяют с учетом подпитки от электродвигателей путем суммирования токов от энергосистемы и электродвигателей.
Допускается не учитывать влияние двигателей, если их суммарный номинальный ток не превышает 1 % начального значения периодической составляющей тока в месте КЗ, рассчитанного без учета электродвигателей
[3].
Расчет токов КЗ можно выполнять в именованных единицах. Параметры элементов исходной расчетной схемы приводят к ступени напряжения сети,
на которой рассматривается точка КЗ. Активные и индуктивные сопротивления элементов схемы замещения целесообразно выражать в миллиомах (мОм).
45
При расчете токов КЗ в электроустановках, получающих питание непосредственно от сети энергосистемы, допускается считать, что понижающие трансформаторы подключены к источнику неизменного по амплитуде напряжения.
При расчете токов КЗ в электроустановках с автономными источниками электроэнергии учитывают параметры всех элементов системы, включая автономные источники (синхронные генераторы), распределительную сеть и потребители.
4.2. Расчет токов трехфазного короткого замыкания
Проверку параметров электрооборудования обычно выполняют для режима трехфазного КЗ. Начальное действующее значение периодической составляющей трехфазного тока КЗ при питании электроустановки от энергосистемы через понижающий трансформатор и без учета подпитки от электродвигателей определяют по формуле:
Iп(30) = |
|
|
U ср.ном |
|
|
, |
(4.1) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|||||||
|
|||||||||
|
|
3 r 2 |
+ r 2 |
|
|||||
|
|
|
|
I Σ |
|
I Σ |
|
||
где U ср.ном - среднее номинальное напряжение сети, в которой рассматривается
КЗ, В; rI Σ , xIΣ - соответственно суммарное активное и суммарное индуктивное сопротивления прямой последовательности цепи КЗ, мОм.
Сопротивления rI Σ и xIΣ в общем случае равны:
rI Σ = rт + rр + rТА + rк.в + rш + rк + r1кб + rВЛ + rд xI Σ = xс + xт + xТА + xр + xш + xк.в + x1кб + xВЛ
где rт , xт - активное и индуктивное сопротивления прямой
последовательности силового трансформатора; rТА , xТА - активное и индуктивное сопротивления первичных обмоток трансформаторов тока; xс -
эквивалентное индуктивное сопротивление системы до понижающего трансформатора, приведенное к ступени низшего напряжения; rp , x p -
|
|
|
|
|
|
|
46 |
|
|
|
|
|
активное и индуктивное сопротивления реактора; rк.в , xк.в |
- |
активное и |
||||||||||
индуктивное |
сопротивления |
токовых |
катушек |
автоматических |
||||||||
выключателей; rш , |
xш |
- |
|
активное |
и |
индуктивное |
сопротивления |
|||||
шинопроводов; |
rк |
- |
суммарное |
активное сопротивление |
различных |
|||||||
контактов; r1кб , rВЛ , x |
, xВЛ - активные и индуктивные сопротивления прямой |
|||||||||||
|
1кб |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
последовательности кабельных и воздушных линий; |
rд |
- активное |
||||||||||
сопротивление дуги в месте КЗ. |
|
|
|
|
|
|
||||||
Индуктивное сопротивление системы определяют по формуле: |
||||||||||||
|
|
|
x = |
|
|
U срНН2 |
|
= |
U срНН2 |
×10−3 , |
|
(4.2) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
c |
3IкВНU срВН |
Sк |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
где UсрНН2 - среднее номинальное напряжение сети, подключенной к обмотке |
||||||||||||
НН трансформатора, |
В; |
UсрНН2 |
|
- среднее номинальное напряжение сети, к |
||||||||
которой подключена обмотка ВН трансформатора, В; IкВН |
- действующее |
|||||||||||
значение периодической составляющей тока при трехфазном КЗ у выводов обмотки ВН трансформатора, кА; Sk - условная мощность КЗ у выводов обмотки ВН трансформатора, МВ·А.
При отсутствии данных IкВН или Sk |
- |
индуктивное сопротивление |
|||||||
системы определяют по формуле: |
|
|
|
|
|||||
|
|
xc = |
|
|
U 2 |
|
|
|
(4.3) |
|
|
|
|
срНН |
, |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
3Iоткл.номU срВН |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где Iоткл.ном - номинальный ток отключения выключателя, установленного на |
|||||||||
стороне ВН понижающего трансформатора. |
|
|
|
||||||
Активное |
rm |
и |
индуктивное |
xm |
сопротивления |
прямой |
|||
последовательности понижающих трансформаторов, приведенные к ступени НН сети, мОм, рассчитывают по формулам:
|
|
|
|
|
r = |
P U |
2 |
|
.106 , |
|
|||||
|
|
|
|
|
k |
ННном |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
m |
S 2 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
т.ном |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
= |
uk |
2 |
− |
|
Pk |
2 |
|
U ННном2 |
|
6 |
||||
m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
.10 , |
|||
r |
100 |
|
Sт.ном |
|
|
Sт.ном |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
(4.4)
(4.5)
|
|
47 |
|
|
|
|
||
где Sт.ном - номинальная мощность трансформатора, |
|
кВ·А; |
Pk - потери |
|||||
короткого |
замыкания в |
трансформаторе, кВт; U |
2 |
|
- |
номинальное |
||
|
|
|
|
|
ННном |
|
|
|
напряжение обмотки НН трансформатора, кВт; uk |
- напряжение КЗ |
|||||||
трансформатора, %. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Если в сети установлены токоограничивающие реакторы, то активное |
||||||||
сопротивление реактора рассчитывают по формуле |
|
|
|
|
||||
|
r |
= |
Pр.ном |
.106 , |
|
|
|
(4.6) |
|
|
|
|
|
||||
|
р |
|
I 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
p.ном |
|
|
|
|
|
где Pр.ном |
- потери активной мощности в фазе реактора при номинальном |
|||||||
токе, Вт; I p2.ном - номинальный ток реактора, А.
Индуктивное сопротивление реактора, мОм, рассчитывают по формуле
xр = w(L − M ).103 , |
(4.7) |
где w- угловая частота напряжения сети, рад/с; L - индуктивность катушки трехфазного реактора, Гн, М - взаимная индуктивность между фазами реактора, Гн.
Активные и индуктивные сопротивления прямой последовательности шинопроводов, кабелей и воздушных линий определяют через значения
удельных сопротивлений. Например, для шинопроводов: |
|
rш = rш0l; |
(4.8) |
xш = xш0l; |
(4.9) |
где xш0 rш0 - соответственно удельные активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности, мОм/м; l- длина шинопровода, м.
Для воздушных линий 0,4 кВ с проводами из цветных металлов значение удельного индуктивного сопротивления приближенно принимают равным 0,3 мОм/м. Активные сопротивления катушек и контактов автоматических выключателей не зависят от типа выключателя, а
определяются по значению номинального тока.
Значения активных сопротивлений разъемных контактов, активных переходных сопротивлений неподвижных контактных соединений кабелей и
48
шинопроводов приведены в гл. 6, причем они относятся к наиболее характерным местам соединения: шинопровод - шинопровод, разъемное соединение; шинопровод - автоматический выключатель, кабель -
автоматический выключатель. Значение переходного сопротивления кабеля с шинопроводом можно определить как среднее арифметическое переходных сопротивлений кабель - кабель и шинопровод - шинопровод.
При расчете тока КЗ учитывают ограничивающее действие активного сопротивления электрической дуги rд. Сопротивление дуги определяется отношением падения напряжения на дуге Uд и током КЗ Iп0 в месте повреждения, рассчитанным без учета дуги:
r = |
Uд |
; |
U |
|
= E l |
|
д |
||||
д |
In0 |
|
|
д д |
|
|
|
|
|
|
где Eд - напряженность в стволе дуги, В/мм; lд - длина дуги, мм.
При In0> 1000 А Eд = 1,6 В/мм.
Длину дуги определяют в зависимости от расстояния а между фазами проводников в месте КЗ:
4a |
|
|
|
|
при |
a < 5мм; |
|
|
|
a |
|
r |
|
|
|
l = |
|
0,15 |
|
|
|||
|
20 ln |
|
e− |
|
Σ |
при 5 |
мм ≤ а ≤ 50мм, |
2 |
|
xΣ |
|||||
|
|
|
|
|
|
||
где rΣ , xΣ - полные активное и индуктивное сопротивления до точки КЗ.
Начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ с учетом подпитки от электродвигателей определяют как сумму токов:
In0Σ = In0 + In0д; |
(4.10) |
где In0 - начальное действующее значение периодической составляющей трехфазного КЗ без учета подпитки; In0д - начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ от двигателей.
Периодическую составляющую от синхронных двигателей In0СД, кА,
определяют по формуле:
In0СД = |
E′′ |
|
(4.11) |
фСД |
, |
||
(xd′′ + x1Σ )2 +(rСД + r1Σ )2 |
49
где E′′ - фазное значение сверхпереходной ЭДС синхронного двигателя, В;
фСД
x′′ и rСД - соответственно сверхпереходное индуктивное и активное
сопротивления электродвигателя, принимаемые в приближенных расчетах как x′′ = 0,15 мОм; rСД = 0,15 x′′; r1Σ и x1Σ - суммарное индуктивное и суммарное активное сопротивления прямой последовательности цепи,
включенной между электродвигателем и точкой КЗ, мОм.
Для определения xd′′ и rСД необходимо знать полное сопротивление синхронного двигателя, которое определяют по номинальным параметрам
двигателя
ZСДном = EСДном2 cosϕном ,
Pном
где E 2 |
- номинальное напряжение |
синхронного двигателя; |
cosϕ |
ном |
- |
|||||||||||||||||||||||
СДном |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
номинальный коэффициент мощности; Pном |
|
- номинальная |
активная |
|||||||||||||||||||||||||
мощность двигателя. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
Значение сверхпереходной ЭДС E′′ |
, В, определяют по формуле |
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
фСД |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
EфСД′′ = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
(Uф |
|
0 |
|
± I |
|
0 |
|
xd′′sin ϕ |
|
0 |
|
)2 +(I |
|
0 |
|
x′′cosϕ |
|
0 |
|
)2 |
, |
|
(4.12) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
где U ф 0 - фазное напряжение на выводах электродвигателя в момент,
предшествующий КЗ, В; I 0 - ток статора в момент, предшествующий КЗ, А (в
режиме перевозбуждения принимают со знаком +, в режиме недовозбуждения со знаком -); ϕ0 - угол сдвига фаз напряжения и тока в момент, предшествующий КЗ, град; x′′ - сверхпереходное сопротивление по продольной оси синхронного электродвигателя, Ом.
Периодическую составляющую от асинхронных двигателей In0 АД , кА,
определяют по формуле:
In0 АД = |
E′′ |
|
(4.13) |
фАД |
, |
||
(x′′АД + x1Σ )2 +(rАД + r1Σ )2 |
50
где x′′АД и rАД - соответственно сверхпереходное индуктивное и активное сопротивления электродвигателя; r1Σ и x1Σ - имеют то же значение, что и в
формуле (4.11).
Полное сопротивление асинхронного двигателя в момент КЗ, мОм, при
отсутствии каталожных данных определяют по формуле:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Z = |
U |
ном.103 |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
АД |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3kn IАДном |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где Uном |
- номинальное напряжение двигателя. В; I АДном |
- номинальный |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ток двигателя. А; k |
n |
- кратность пускового тока; E′′ |
|
- сверхпереходная ЭДС |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
фАД |
|
|
|
|
|
|
|
|||
асинхронного электродвигателя, которую можно определить по формуле: |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
EфАД′′ |
(Uф |
|
0 |
|
cos |
|
0 |
|
± I |
|
0 |
|
rАД )2 +(Uф |
|
|
0 |
|
sin ϕ |
|
0 |
|
− I |
|
0 |
|
x′′АД )2 |
, |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
где U ф |
|
0 |
|
, I |
|
0 |
|
, |
U ф |
|
0 |
|
, x′′АД - |
имеют те же значения, что и в формуле (4.12), но |
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
применительно к асинхронному двигателю.
4.3. Пример расчета тока трехфазного КЗ
Для схемы, приведенной на рис. 4.1, определить значение тока КЗ в точке К1.
Исходные данные:
Система С: UcpBH = 10,5 кВ; Iоткл. ном = 11 кА.
Силовой трансформатор Т1: ТМ3-1600/10/0,4; S т.ном = 1600 кВ·А; Uвн=10,5кВ; Uнн = 0,4кВ; ∆Рк = 16,5 кВт; uк = 5,5%.
Шинопровод: ШМА-684-2500; Iном = 2500А; r0 = 0,02 мОм/м; х0 = 0,02 мОм/м; l1 = 10 м; l l-2 = 10 м; l2-3= 10 м; l3-4= 5 м.
Синхронный двигатель: СД-12-24-12 А; Рном = 125 кВт; Uном = 380 В; IСДном = 234 A; cosφном = 0,811.
Асинхронные двигатели: АОЗ-315М-6УЗ; Рном = 132 кВт; Uном = 380 В; IАДном = 238,61 A; cosφном = 0,9; ηном = 93,5 %; kп = 7.