Введення в спеціальність

Відповідно до таблиці А3 (Додаток А) підбираємо перетин проводу 50 мм2, для якого значення питомої втрати напруги при cos = 1 менше розрахункового:

U0 = 0,443 < 0,477 %/(кВт км). Приймаємо для магістралі АБВ перетин 50 мм2.

Визначаємо втрату напруги на ділянці АБ за формулою (1), в яку підставляємо значення МА = 5,8 кВт∙км. ( U0)АБ = 0,443 %/(кВт∙км):

UАБ = 0,443 ∙ 5,8 = 2,55%.

Втрата напруги, допустима при розрахунку відгалуження БД, рівна:

UБ = 5 - 2,55 = 2,45%.

Розрахункове значення питомої втрати напруг для відгалуження БД визначаємо за формулою (2):

Згідно таблиці А3 (Додаток А) приймаємо перетин проводів відгалуження БД рівним 16 мм2.

Далі визначаємо послідовно: - втрату напруги на ділянці БВ

UБВ = 0,443 ∙ 3,36 = 1,48%; - імовірну втрату напруги в точці В

UВ = 2,45 - 1,48 = 0,97%;

- розрахункові значення питомої втрати напруги для відгалуження BE

- для відгалуження ВГ

Згідно таблиці А3 (Додаток А) визначаємо перетин проводів для відгалуження ВЕ – 16 мм2 і для відгалуження ВГ – 35 мм2.

54

3.Виконується вибір перетинів проводів за величиною розрахункових струмів лінії.

4.Перевіряється надійність дії захисних апаратів при короткому замиканні у найбільш віддаленій точці мережі.

Практична частина

Перетин проводів і кабелів за умовою нагрівання визначається за таблицями допустимих струмових тривалих навантажень, приведених в ПУЕ [1] (див. таблиці 1-3 Лабораторної роботи № 1). При цьому розрахункове значення допустимого струмового навантаження на дріт чи кабель за нормальних умов прокладки вибирається як велика величина із співвідношень:

за умовою нагрівання тривалим розрахунковим струмом лінії

I

Iн.т. Кп , А (1)

іза умовою відповідності вибраному апарату максимального струмового захисту тр

де Ітр - тривалий розрахунковий струм лінії, А; Кп - поправочний коефіцієнт на умови прокладки проводів і кабелів;

Іа - номінальний струм або струм спрацьовування захисного апарату, А (див. табл. 1);

Кз - кратність допустимого тривалого струму для дроту або кабелю по відношенню до номінального струму або струму спрацьовування захисного апарату.

Значення коефіцієнта Кз залежно від умов прокладки і типу захисного апарату приведені в таблиці 1.

Якщо проводка виконана за нормальних умов, значення поправочного коефіцієнта Кп = 1 і формули (1) і (2) спрощуються:

Вибрані захисні апарати і перетини проводів та кабелів у всіх випадках повинні задовольняти ще одній умові, а саме захисні апарати повинні надійно відключати коротке замикання, що відбулося в найбільш віддалених точках мережі. Для виконання цієї умови величина струму

19

короткого замикання повинна у встановлене число раз перевищувати номінальний струм або струм спрацьовування захисного апарату. Для мережі, прокладеної в вибухобезпечних приміщеннях, мінімальний струм короткого замикання повинен перевищувати номінальний струм плавкої вставки запобіжника або номінальний струм теплового чи комбінованого розмикача автоматичного вимикача не менше чим в 3 рази.

Таблиця 1 – Мінімальні кратності допустимих струмових навантажень на проводи і кабелі по відношенню до номінальних струмів або струмів спрацювання захисних апаратів

Виконання цієї вимоги для чотирьохдротової мережі трифазного змінного струму в невибухонебезпечному приміщенні перевіряється за співвідношенням

20

Визначення перетину при заданій втраті напруги . При заданій втраті напруги перетин провідників згідно методу питомих навантажень визначається наступним чином. За формулою

визначається розрахункове значення питомої втрати напруги (%/кВт км) і за таблицею підбирається перетин дроту з найближчим меншим значенням величини питомої втрати напруги.

Цим же методом розрахунку за наявності відповідних таблиць питомих втрат напруги можна користуватися для розрахунку мережі без урахування індуктивного опору лінії.

Питомі втрати напруги для алюмінієвих проводів і кабелів приведені в Додатку А (таблиці А1-А5).

Практична частина

В даній лабораторній роботі розглянемо типові випадки розрахунку ліній зовнішніх мереж за допомогою таблиць питомих втрат напруги з урахуванням індуктивного опору цих ліній.

Випадок 1. Розглянемо випадок, коли потрібно виконати розрахунок лінії для випадку 2 Лабораторної роботи № 4 за допомогою таблиці питомих втрат напруги.

Питомі втрати напруги в трифазній повітряній лінії 380 В, яка виконана алюмінієвими проводами, приведені в таблиці А3 (Додаток А), якою ми будемо користуватися при вирішенні поставленої задачі. У цій таблиці за одиницю величини М прийнято 1 кВт км. Величини ж моментів навантажень у випадку 2 Лабораторної роботи № 4 були підраховані в кіловатах на метри, тобто в одиницях в 1000 раз менших. У зв'язку з цим значення моментів навантажень для випадку 2 Лабораторної роботи № 4 слід перерахувати для того, щоб вони були виражені в кіловатах на кілометри, тобто розділити на 1000. Виконавши це, отримаємо: МАГ = 10,48 кВт км; МАБ = 5,8 кВт км; МБВ = 3,36 кВт км; МБД = 0,64 кВт км; МВЕ = 0,48 кВт км; МВГ = 1,32 кВт км.

Визначаємо розрахункове значення питомої втрати напруги для лінії АБВГ за формулою (2), в яку слід підставити значення МАГ = 10,48 кВт км і Uдоп = 5%. Звідси знаходимо:

53

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 5

Тема роботи: Розрахунок мережі за втратою напруги з урахуванням індуктивного опору ліній

Мета роботи: навчитись проводити розрахунок повітряних ліній зовнішніх мереж за допомогою таблиці питомих втрат напруги, визначати перетин проводів лінії при заданій втраті напруги, виконувати порівняльний підрахунок для декількох варантів виконання ділянок лінії проводами різних перетинів

Теоретична частина

При виконанні даної лабораторної роботи слід опиратися на теоретичну частину, викладену в Лабораторній роботі № 4.

Вибір перетину проводів за заданою втратою напруги з урахуванням індуктивного опору ліній не може бути зроблений безпосеред.- ньо за формулою, оскільки залежність індуктивного опору від перетинів дроту має складний характер. Тому для розрахунку мережі за втратою напруги з урахуванням індуктивного опору ліній можна рекомендувати застосування допоміжних таблиць питомих втрат напруги.

Питома втрата напруги. Відомо, що втрата напруги пропорційна сумі добутків навантаження на довжину ділянок лінії Р1, яке прийнято називати сумою моментів навантажень. Суму моментів навантажень вимірюють або в кіловатах на метри, або в кіловатах на кілометри, дивлячись по тому, що зручніше в тому або іншому випадку. Питомі втрати напруги є втратою напруги в лінії, заздалегідь обчислені для різних перетинів проводів або кабелів і для різних значень коефіцієнта потужності при значенні моментів навантажень, рівному 1. Залежно від одиниць вимірювання, прийнятих для моментів навантажень, питомі втрати напруги виражаються в %/(кВт м) або %/(кВт км).

Домовимося позначати величину питомої втрати напруги через U0. Так само для скорочення запису домовимося суму моментів навантажень позначати буквою, наприклад М, приймаючи М = Р1.

Визначення втрати напруги при заданому перетині. При заданому перетині лінії втрата напруги в ній (%) може бути визначена як добуток питомої втрати напруги на величину М

52

де Uн.ф. - номінальна фазна напруга мережі, В;

Z - повний опір петлі фазного і нульового дротів від вторинних затискачів понижуючого трансформатора до найбільш віддаленої точки мережі, Ом;

Iн.з. - номінальний струм захисного елементу (плавкої вставки чи розмикача), А.

Значення опору петлі «фаза-нуль» для повітряних ліній і кабелів з алюмінієвими жилами приведені в таблиці 2.

Таблиця 2 – Опір петлі «фаза-нуль» для повітряної лінії з алюмінієвими проводами і для кабелю з алюмінієвими жилами, Ом/км

Розглянемо випадок на прикладі лінії, що живить двигун (дані по двигуну приведені в Лабораторній роботі № 2 в Практичній частині) і виконана трижильним кабелем з алюмінієвими жилами та паперовою ізоляцією, прокладених по стінах приміщення (в повітрі). Приміщення, в якому прокладається кабель, пожежо- і вибухобезпечне, двигун вентилятора не піддається систематичним перевантаженням під час роботи. Температура приміщення не перевищує 250 С. Необхідно визначити перетин кабелю за умовою нагрівання.

Згідно завдання умови прокладки кабелю нормальні і поправочний коефіцієнт Kп=1, тому при виборі перетину кабелю скористаємося формулами (3) і (4).

Тривалий струм лінії Ітр = 135 А (див. Лабораторну роботу № 2),

21

звідки згідно співвідношення (3)

Ін.т. 135 A

За умовами наведеного випадку лінія може бути віднесена до групи мереж, що не вимагають захисту від перевантаження.

З таблиці 1 знаходимо значення коефіцієнта Кз для мережі, що не вимагає захисту від перевантаження, по відношенню до номінального струму плавкої вставки запобіжника

Кз = 0.33

Номінальний струм плавкої вставки запобіжників, встановлених для захисту ліній, Iв = 400 А (див. Лабораторну роботу № 2).

Підставляючи числові значення у формулу (4), отримуємо:

Ін.т. 0.33 400 = 132 A.

Порівнюючи отримане значення, бачимо, що визначаючим є умова вибору секції кабелю за тривалим струмом лінії (практично обидві умови можна вважати рівнозначними, оскільки значення розрахункового струму для вибору перетину кабелю трохи відрізняються один від одного).

За таблицею 2 (Лабораторна робота № 1) визначаємо необхідний перетин трижильного кабелю при прокладці його в повітрі - 70 мм2. Кабель такого перетину допускає навантаження, рівне 155 А > 135А.

Розглянемо ще один випадок, коли майстерня отримує живлення по повітряній лінії 380/220 В завдовжки 300 м. Лінію виконаною алюмінієвими проводами перетином фазних проводів 70 мм2 і нульового проводу 25 мм2. Лінія захищена запобіжниками з плавкими вставками на номінальний струм 100 А.

Перевірити надійність дії запобіжників, що захищають лінію, при однофазному короткому замиканні в кінці лінії (надійність дії захисту перевіряється для випадку однофазного короткого замикання, оскільки саме цей вид короткого замикання є в даному випадку найбільш несприятливим).

Надійність дії запобіжників при короткому замиканні в кінці лінії перевіряємо за формулою (5). У нашому випадку:

-номінальна фазна напруга Uн = 220 В;

-номінальний струм плавких вставок Ів = 100 А;

-опір петлі фазного проводу перетином 70 мм2 і нульового 25 мм2 на 1 км повітряної лінії складає згідно таблиці 2: 1,86 Ом.

22

25

Завдання 3. Провести розрахунок за втратою напруги повітряної лінії, схема і умови якої представлено в Завданню 2.

51

21

22

23

24

Довжина лінії в нашому випадку рівна 0,3 км. Отже, опір петлі «фаза-нуль», що живить майстерню лінії, рівний

Z = 0,3 1,86 = 0,558 Ом.

Підставляючи числові значення у формулу (5), отримуємо

(220/0,558) = 395 А > 3 100 = 300 А

Як бачимо, умова (5) виконується і, отже, забезпечується надійність дії захисту лінії при короткому замиканні в її кінці.

Необхідно відзначити, що розрахунок для нашого випадку може бути визнаний правильним за умови, коли опір мережі, що живить лінію, невеликий в порівнянні з опором самої лінії.

Розглянемо ще один типовий випадок. На рис. 1 представлена схема ділянки силової мережі промислового підприємства напругою

380/220 В.

Рис. 1. Схема мережі: 1 – шини 380 В розподільного щита; 2 – рубильник; 3 – запобіжник типу ПН-2; 4 – шини розподільного силового пункту;

5 - автоматичний вимикач; 6 – контакти магнітних пускачів; 7 – контакти кнопкового пускача; 8 – електродвигуни з короткозамкнутим ротором

Від шин розподільного щита 1 по трижильному кабелю з паперовою ізоляцією і алюмінієвими жилами марки ААБГ отримує живлення силовий розподільний пункт 4 серії ПР-9000 з автоматичними вимикачами 5 типу А3124. До силового пункту приєднані три асинхронних двигуни з короткозамкнутим ротором, технічні дані яких приведені в таблиці 3.

живить силову збірку, захищають запобіжники типу ПН-2, двигуни захищаються автоматичними вимикачами з комбінованими розмикачами, технічні дані яких також вказані в табл. 3.

Таблиця 3 – Технічні дані двигунів і розмикачів автоматичних вимикачів

Приміщення цеху промислового підприємства вибухо- і пожежобезпечне, температура повітря в приміщенні +250С. Режим роботи двигунів виключає можливість тривалих перевантажень, умови їх пуску неважкі, можливість одночасного запуску більше одного двигуна виключається. Двигуни можуть працювати одночасно з повним навантаженням.

Потрібно вибрати плавкі вставки запобіжників 3 і визначити перетин проводів і кабелю за умовою нагрівання.

Оскільки температура повітря в приміщенні +250С, то величина поправочного коефіцієнта Кп=1 і при виборі перетинів провідників слід керуватися формулами (3) і (4). Кратність пускового стуму струму визначається як відношення пускового струму до номінального: Ki = Іп / Ін .

Лінія до електродвигуна 1. Перевіряємо правильність вибору комбінованих розмикачів. За умовою завдання двигун повністю завантажений, відповідно, розрахунковий струм лінії, що живить двигун, рівний номінальному струму двигуна Iтр = Iн.дв = 73,1 А. Номінальний струм комбінованого розмикача рівний Iн.а = 100 А. Таким чином, умова Iн.а ≥ Ітр для вибору номінального струму розмикача виконується: 100 А > 73,1 А.

Перевіряємо неможливістъ помилкового спрацьовування розмикача при пуску двигуна. Пусковий струм двигуна Iп = 432 А, струм спрацьовування електромагнітного розмикача Iсп.а = 800 А. Отже, умова Iсп.а ≥ Iкр (Iкр - найбільший короткочасний струм лінії, А; 1,25 – коефіцієнт запасу, що враховує розкид характеристик автомата розмикача)

24

17

18

19

20

49

12

13

14

15

16

виконується (800 > 1,25 432 = 540 А) і немає небезпеки помилкового спрацьовування автоматичного вимикача при пуску двигуна.

Перетин проводів для лінії, що живить двигун, повинен визначатися за двома умовами: за тривалим струмом лінії - за формулою (3)

Iн.т. Iтр = 73,1 А

і за відповідністю перетину номінальному струму розмикачів автоматичного вимикача - за формулою (4). Оскільки автоматичні вимикачі серії A3100 не мають регулювання струму спрацьовування розмикача, значення коефіцієнта Кз, що визначається за табл. 1, слід прийняти Кз = 1. Струм захисного апарату в даному випадку рівний номінальному струму комбінованого розмикача: Iа = Ін.а. = 100 А. Підставляючи числові значення величин у формулу (4), отримуємо:

Iн.т. 1 100 = 100 А.

При виборі перетину дроту, очевидно, слід керуватися умовою, отриманою за формулою (4). Т о м у з гі д но таблиці 1 (Лабораторна робота № 1) вибираємо перетин прокладеного в трубі трижильного дроту, рівним 50 мм2, для якого допустиме струмове навантаження рівне 105 А.

Лінія до електродвигуна 2. Умови прокладки, спосіб захисту і режим роботи за умовами прикладу однакові для всіх трьох двигунів. Тому все сказане вище для двигуна 1 залишається також для двигунів 2 і 3.

Перетин проводів вибирається за двома умовами: за формулою (3) Iн.т. 41,8 А і за формулою (4) Iн.т. 1 50 = 50 А. Приймається більша величина 50 А.

Згідно табл. 1 (Лабораторна робота № 1) вибираємо перетин кабелю 16 мм2, для якого допустиме навантаження складає 55 А.

Лінія до електродвигуна 3. Легко перевірити, що в даному випадку досить прийняти дріт перетином 2,5 мм2.

Магістральна лінія. Вибираємо плавкі вставки запобіжників, що захищають магістральну лінію.

Тривалий розрахунковий струм лінії: Iтр = 73,1+ 41,8 + 7,7 = 122,6 А, Номінальний струм плавкої вставки запобіжника повинен бути не

менше тривалого струму лінії

Iв 122,6 А.

Крім того, слід перевірити величину номінального струму плавкої вставки за величиною найбільшого короткочасного струму лінії. Згідно

завдання одночасний пуск більше одного двигуна виключається. Найбільший короткочасний струм виникає в лінії, очевидно, при пуску двигуна потужністю 40 кВт, пусковий струм якого I’п = 432 А.

При одночасній роботі двигунів 2 і 3 тривалий струм лінії до моменту пуску двигуна 1 буде рівний:

I’тр = 41,8 + 7,7 = 49,5 А.

Найбільший короткочасний струм лінії за формулою (6) з Лабораторної роботи № 2:

Iкр = 432 + 49,5 = 481,5 А.

Номінальний струм плавкої вставки запобіжника при виборі його за умовою короткочасного струму лінії визначається за формулою (5) з Лабораторної роботи № 2:

Iв 481,5/2,5 = 192 А.

За умовою протікання в лінії короткочасного струму при пуску двигуна 1 вибираємо плавкі вставки на номінальний струм 200 А.

Для вибору перетину трижильного кабелю, яким повинна бути виконана магістральна лінія, визначаємо розрахункову величину допустимого струму із співвідношень (3) і (4).

Згідно таблиці 1 визначаємо величину коефіцієнта Кз по відношенню до номінального струму запобіжника, враховуючи, що за умовою завдання захист від перевантаження лінії не потрібний: К3=0,33.

Підставляючи числові значення у формули (3) і (4), отримуємо:

Iн.т. 122,6 А;

Iн.т. 0.33 200 = 66 А.

За таблиці 2 (Лабораторна робота № 1) визначаємо перетин трижильного кабелю при прокладці в повітрі 70 мм2, для якого допустиме навантаження рівна 155 А>122,6 А.

Завдання до лабораторної роботи

Завдання 1. Визначити перетин кабелю лінії живлення двигуна, яка виконана трижильним кабелем з алюмінієвими жилами та паперовою ізоляцією по умові нагрівання. Температура приміщення не перевищує 250 С. Тип двигуна і навантаження вибрати згідно свого варіанту з Лабораторної роботи №2.

26

8

9

10

11

47

3

4

5

6

7

Завдання 2. Перевірити надійність дії запобіжників, що захищають мережу 380/220 В живлення виробничого приміщення, при однофазному короткому замиканні в кінці лінії. Лінію виконаною алюмінієвими проводами і захищено запобіжниками з плавкими вставками.

Завдання 3. Відповідно до представленої на рис. 1 схеми мережі, вибрати плавкі вставки запобіжників 3 і визначити перетин проводів і кабелю за умовою нагрівання. Режим роботи двигунів виключає можливість тривалих перевантажень, умови їх пуску неважкі, можливість одночасного запуску більше одного двигуна виключається. Двигуни можуть працювати одночасно з повним навантаженням. Температура повітря в приміщенні не перевищує +250С. Використовуючи довідникову літературу, самостійно підібрати характеристики та тип комбінованих розмикачів відповідно до заданих параметрів двигунів.

28

Завдання 2. Провести розрахунок повітряної лінії зовнішньої сільської мережі згідно варіанту. Лінія чотиридротова, номінальною напругою 220/380 В. Навантаження на схемі вказані в кіловатах, довжини ділянок мережі в метрах. Навантаження освітлювальне і cos =l, допустима втрата напруги Uдоп=5 %, проводи алюмінієві.

Варі- Розрахункова схема ділянки зовнішньої мережі

ант

1

2

45