2.3 Расчет внутреннего электроснабжения

На основании картограммы электрических нагрузок, потребители электроэнергии распределяются между цеховыми ТП по принципу разукрупнения. Цеховые ТП применяются встроенного типа. Размещение ТП приведено на генплане завода. Так как на заводе большинство потребителей второй категории, и частично третьей категории по степени бесперебойности питания принимаем для системы внутреннего электроснабжения завода радиальную схему.

Радиальные схемы применяются, как правило, на крупных предприятиях с крупными сетями и в тех случаях, когда подстанция располагается примерно в центре питающихся от неё нагрузок, причём нагрузки представляют собой отдельные узлы (крупные, большой мощности).

Принимаем во внимание положение о том, что напряжение 6 кВ для внутреннего электроснабжения применяется в тех случаях, когда на проектируемом предприятии мощность электродвигателей 6 кВ достигает 50% и более общей мощности. Так как на проектируемом предприятии вышеуказанных электродвигателей нет, то этот вариант не рассматривается.

Вариант внутреннего электроснабжения U_н=20 кВ также не рассматривается потому, что электродвигатели на 20 кВ не выпускаются. На основании вышесказанного рассматриваем вариант внутреннего электроснабжения на U_ном = 10.5 кВ.

Для выбора конфигурации распределительных сетей схемы внутреннего электроснабжения намечаем три варианта:

Вариант № 1: Электроэнергия распределяется внутри предприятия по радиальной схеме.

Вариант № 2: Электроэнергия распределяется внутри предприятия по магистральной схеме.

Вариант № 3: Электроэнергия распределяется внутри предприятия по смешанной схеме.

Определение сечений кабельных линий распределительной сети на U_н=10,5 кВ.

Сечение линии выбираем по допустимой нагрузке по условиям нагрева в нормальном режиме и с учётом допустимых перегрузок в аварийном, по допустимой потери напряжения (для наиболее загруженных и длинных линий).

61

Вариант 1: пример расчёта: линия W – 1: ГПП – ТП – 9

Sр_IV = 3773,4 кВА

Расчётный ток в нормальном режиме работы:

,

где: Sp_IV - расчетная мощность IV уровня

Uнн – внутреннее напряжение, Uнн=10,5 кВ

Расчётный ток в аварийном режиме работы

Выбираем трёхжильный кабель с алюминиевыми жилами и бумажной изоляцией марки ААШв S= 120 мм² c I_доп= 240 А

Кабель прокладываем в траншее

I^' _доп = К ∙ I_доп= 0,81 ∙ 240 = 194,4 А ,

где К – поправочный коэффициент на число рабочих кабелей с учётом

возможной перегрузки на 30% для указанных кабелей

1,3 ∙ I'_доп = 1,3 ∙ 194,4 = 252,7 А

Следовательно: I_р< I_доп; I_р=103,7А< I_доп=240 А

1.3 I_р.= 1,3 ∙ 103,7=134,8<I'_доп=194,4 А

I_{р. ав.} < 1,3 I'_доп ;

I_р.ав.=207,5А<1,3 I'_доп =252,7 А

Проверяем по условию допустимой потери напряжения.

L_доп=L_ΔU1% ∙ ΔU_доп% ∙,

где L_ΔU1% - длина линии на 1 % потери напряжения

ΔU_доп% =5% - для нормального режима работы

ΔU_доп%=10% -для аварийного режима работы

L_ΔU1%=0,9 км

Длина от ГПП до ТП-105 м

L_доп = 0,9 ∙5 ∙ =10,4 км

62

L_доп = 1,9∙ 10 ∙ =10,4 км

Выбранный кабель удовлетворяет условиям нормального и аварийного режимов работы.

Вариант 2: пример расчета для линии W- 1: ГПП-ТП-10-ТП-9

∑ Sр_IV= Sр_{IV тп-10}+ Sр_{IV тп-9}

∑ Sр_IV =3086,8+3773,4=6860,2 кВА.

Расчетный ток в нормальном режиме работы:

Расчетный ток в аварийном режиме работы:

Выбираем 2 трехжильных кабеля с алюминиевыми жилами и бумажной изоляцией марки ААШв:

S=95 мм² с I_доп=205 А; 2 х ААШв 3х95 I_доп=410 А.

Кабель прокладываем в траншее.

I^' _доп = К ∙ I_доп

где К – поправочный коэффициент на число работающих кабелей, К=0,8.

I ^' _доп = 0,8 ∙ 410= 328 А

1,3 ∙ I '_доп= 1,3 ∙ 328 = 426,4 А

Следовательно: I_р < I_доп; I_р=188,6 < I_доп=410 А

1,3 I_р =1,3 ∙ 188,6=245,2 А< I '_доп=328 А

I_{р. ав.}< 1,3∙I '_доп

I_{р. ав.}.=377,2 < 1,3∙I '_доп=426,4 А..

Проверяем по условию допустимой потери напряжения.

L_доп=L_ΔU1% ∙ ΔU_доп% ∙ ,

где L_ΔU1% - длина линии на 1 % потери напряжения

ΔU_доп% =5% - для нормального режима работы

ΔU_доп%=10% -для аварийного режима работы

L_ΔU1%=0,86 км;

Длина от ГПП до ТП-10 плюс от ТП-10 до ТП-9:

63

L=105+120=225 м

L_доп = 0,86 ∙ 5 ∙ =9,3 км

L_доп = 0,86 ∙ 10 ∙ =9,3км

Выбранный кабель удовлетворяет условиям нормального и аварийного режимов работы.

Вариант 3:

Расчетные величины для варианта 3 берутся из расчетов предыдущих вариантов.

64

Табл. 2.23 Варианты внутреннего электроснабжения

Вариант	№ линии	Назначение линии	Кол-во кабелей шт.	Расчётная нагрузка на 1 кабель		Длина линии L км.	Поправоч-ный коэффициент	Марка и сечение кабеля S мм2	Допустимая нагрузка на линию		Способ прокладки
									Iдоп А	1,3∙ I1доп А
				Iр, А	Imax, А
1 радиальная схема	W-1	ГПП-ТП-9	2	103,7	207,5	0,105	0,81	ААШв3х120	240	252,7	траншея
	W-2	ГПП-ТП-10	2	84,9	169,8	0,095	0,81	ААШв3х95	205	215,9	траншея
	W-3	ГПП-ТП-8	2	106,2	212,4	0,036	0,81	ААШв3х120	240	252,7	траншея
	W-4	ГПП-ТП-7	2	141,7	283,4	0,102	0,81	ААШв3х185	310	326,4	траншея
2 магистральная схема	W-1	ГПП-ТП-10--ТП-9	4	188,6	377,2	0,225	0,8	ААШв3х95	410	426,4	траншея
	W-2	ГПП-ТП-8-ТП-7	4	247,9	495,7	0,147	0,8	ААШв3х150	550	579,2	траншея
3 смешанная схема	W-1	ГПП-ТП-9	2	103,7	207,5	0,105	0,81	ААШв3х120	240	252,7	траншея
	W-2	ГПП-ТП-10	2	84,9	169,8	0,0195	0,81	ААШв3х195	205	215,9	траншея
	W-3	ГП1-ТП-8-ТП-7	4	247,9	495,7	0,147	0,8	ААШв3х150	550	579,2	траншея

Для экономических расчетов внутреннего электроснабжения для примера рассчитаем магистральную схему электроснабжения, так как она является наиболее перспективной. Для нее выбираем головные выключатели, выключатели на отходящих фидерах, выключатели на цеховых подстанциях, и те же выключатели примем и для других вариантов.

Для выбора выключателей Q₅, Q₆, QВ₂ и выключателей на отходящих фидерах произведем расчет тока КЗ в точке К-3 (рис. 6).

Суммарное сопротивление до точки КЗ К-3:

Принимаем: S_б=600 МВА; U_б2=10,5 кВ

I_,2=

х₂₈=х₉║х₁₀║=6,3║6,3=3,15

r₂₂=r₃║r₄=0,348║0,348=0,174

Z_{∑ m p-p 3,4}=

Z_∑к-3= Z_∑к-2+ Z_{∑m p-p 3,4}=1,971+3,155=5,126

Ток в точке КЗ К-3:

I_{кз к-3}= кА

Если напряжение на шинах источника неизменно и мощность ответвлений мала по сравнению с мощностью источника, что обычно имеет место при расчете токов КЗ в системе электроснабжения промышленных предприятий, то периодическая составляющая тока КЗ не изменяется по значению: I_п.о= I_п.τ=I_кз (9, стр. 367).

Определяем ударный ток в точке КЗ К-3:

- постоянная времени:

Т_а3=; К_уд.3=1,67

х_{кз к-3}= х_{кз к-2}+х₂₈=1б825+3б15=4,975

r_{кз к-3=} r_{кз к-2}+r₂₂=0,515+0,174=0,689

i_уд.3=К_уд.3∙∙I_{кз к-3}=1,67∙∙6,4=15,1 кА

Аппериодическая составляющая тока КЗ:

i_aτ3=, где τ = 0,01+t_откл.=0,01+0,05=0,06 c ,

66

где t_откл=0,05 – для выключателя ВВТЭ-10-10/630 У2

i_aτ3==8,98кА

Тепловой импульс тока КЗ:

В_к-3=I²_п.о∙ (t_отк +Т_а)=6,4² ∙ (0,05+7,2)=296,96 кА²∙с

Для защиты цеховых трансформаторов рассчитаем токи КЗ в точках К₄, К₅, К₆, К₇.

Находим сопротивления питающих линий и цеховых трансформаторов.

х₁₂=х₁₃=х_уд ∙ l ∙ =0,06 ∙ 0,095∙

r₆=r₇=r_уд∙ l ∙ =0,35 ∙ 0,095 ∙,

где r_уд и х_уд. - удельное активное и реактивное сопротивление кабельной линии

(11, стр. 152, таблица 8.13)

х₁₄=х₁₅=0,06 ∙ 0,135 ∙

r₈=r₉=0,35 ∙ 0,135 ∙

х₁₆=х₁₇=0,06 ∙ 0,03 ∙

r₁₀=r₁₁=0,22 ∙ 0,03∙

х₁₈=х₁₉=0,06 ∙ 0,09 ∙

r₁₂=r₁₃=0,22 ∙ 0,09 ∙

Суммарное сопротивление до точки КЗ К-4:

х₂₉=х₁₂║х₁₃=0,03║0,03=0,015

r₂₃=r₆║r₇=0,17║0,17=0,085

Z_{∑до ТП-10}=

Z_∑к-4=Z_∑к-3+Z_{∑до ТП-10}=5,126+0,086=5,212

Ток КЗ в точке К-4:

I_{кз к-4}=

68

Определяем ударный ток в точке К-4:

- постоянная времени:

Т_а4=, где К_уд4=1,58

х_∑к-4=х_∑к-3+х₂₉=4,975+0,015=4,99

r_∑к-4=r_∑к-3+r₂₃=0,689+0,085=0,77

i_уд.4=К_уд.4∙∙I_{кз к-4}=1,58 ∙ ∙6,3 =14,1 кА

Аппериодическая составляющая тока КЗ:

i_aτ4===8,9 кА,

где τ_.=0,007 с – для предохранителей

Тепловой импульс тока КЗ:

В_к-4=I²_п.о∙(t_отк +Т_а)=6,3 ²∙(0,007+6,4)= 254,3 кА²∙с

Мощность тока КЗ:

S=МВ∙А

Суммарное сопротивление до точки КЗ К-5.

Х₃₀=х₁₄║х₁₅=0,04║0,04=0,02

r₂₄=r₈║r₉=0,26║0,26=0,13

Z_∑к-5=Z_∑к-4+=5,212+0,132=5,344

Ток КЗ в точке К-5:

I_{кз к-5}=

Определяем ударный ток в точке К-5:

- постоянная времени:

Т_а5= , где К_уд5=1,53

х_∑к-5=х_∑к-4+х₃₀=4,99+0,02=5,01

r_∑к-5=r_∑к-4+r₂₄=0,77+0,13=0,9

i_уд.5=К_уд.5∙∙I_{кз к-5}=1,53 ∙ ∙ 6,18 =13,4 кА

Аппериодическая составляющая тока КЗ:

i_aτ5===8,7 кА,

где τ_.=0,007 с – для предохранителей

69

Тепловой импульс тока КЗ:

В_к-5=I²_п.о∙(t_отк +Т_а)=6,18 ²∙(0,007+5,6)= 214,1 кА²∙с

Мощность тока КЗ:

S=МВ∙А

Суммарное сопротивление до точки КЗ К-6.

Х₃₁=х₁₆║х₁₇=0,01║0,01=0,005

r₂₅=r₁₀║r₁₁=0,036║0,036=0,018

Z_∑к-6=Z_∑к-3+5,126+0,019 = 5,145

Ток КЗ в точке К-6:

I_{кз к-6}=

Определяем ударный ток в точке К-6:

- постоянная времени:

Т_а6= где К_уд6=1,61

х_∑к-6=х_∑к-3+х₃₁=4,375+0,005=4,98

r_∑к-6=r_∑к-3+r₂₅=0,689+0,018=0,71

i_уд.6=К_уд.6∙∙I_{кз к-6}=1,61∙∙6,4 =14,6 кА

Аппериодическая составляющая тока КЗ:

i_aτ6===9б1 кА,

где τ_.=0,007 с – для предохранителей

Тепловой импульс тока КЗ:

В_к-6=I²_п.о∙(t_отк +Т_а)= 6,4 ² ∙ (0,007+7б1) = 291,1 кА²∙с

Мощность тока КЗ:

S=МВ∙А

Суммарное сопротивление до точки КЗ К-7.

Х₃₂=х₁₈║х₁₉=0,03║0,03=0,015

r₂₆=r₁₂║r₁₃=0,11║0,11=0,055

Z_∑к-7=Z_∑к-6+5,145+0,057=5,2

Ток КЗ в точке К-7:

I_{кз к-7}=

70

Определяем ударный ток КЗ в точке К-7:

- постоянная времени:

Т_а7= , где К_уд7=1,59

х_∑к-7=х_∑к-6+х₃₂=4,98+0,015=4,995

r_∑к-7=r_∑к-6+r₂₆=0,71+0,055=0,765

i_уд.7=К_уд.7∙∙I_{кз к-7}=1,59 ∙ ∙ 6,35 =14,3 кА

Аппериодическая составляющая тока КЗ:

i_aτ7===8,97 кА,

где τ_.=0,007 с – для предохранителей

Тепловой импульс тока КЗ:

В_к-7=I²_п.о∙ (t_отк +Т_а)=6,35 ² ∙ (0,007+6,5)= 262,4 кА²∙с

Мощность тока КЗ:

S=МВ∙А

Сопротивления двух обмоточных трансформаторов стоящих на цеховых подстанциях.

х₂₀=х₂₁=

r₁₄=r₁₅=P_k∙

х₂₂=х₂₃=х₂₄=х₂₅=₂₆=х₂₇=

r₁₆=r₁₇=r₁₈=r₁₉=r₂₀=r₂₁=

Рассчитаем ток в нормальном и аварийном режимах для цеховых подстанций

I_{р тп-10}= А

I_{р.ав тп-10}= А

I_{р тп-9}= А

I_{р.ав тп-9}= А

I_{р тп-8}= А

I_{р.ав тп-8}= А

71

I_{р тп-7}= А

I_{р.ав тп-7}= А

Полученные данные сводим в табл. 2.24

Табл. 2.24 Значения токов короткого замыкания

Точка КЗ	Iп.о кА	Iп.τ кА	Iкз кА	Iр кА	Iр.ав А	iуд. кА	iaτ кА	Вк кА2∙с	Sкз МВА
К-3	6,4	6,4	6,4	-	872,9	15,1	8,98	296,96	-
К-4	6,3	6,3	6,3	84,9	169,7	14,1	8,9	254,3	114,6
К-5	6,18	6,18	6,18	103,7	207,5	13,4	8,7	214,1	112,4
К-6	6,4	6,4	6,4	106,2	212,4	14,6	9,1	291,1	116,4
К-7	6,35	6,35	6,35	141,7	283,4	14,3	8,97	262,4	115,5