1. Определение расчетных нагрузок методом удельных мощностей.
Активная составляющая расчетной мощности
= 300 кВт
= 1240 кВт
Определение расчетных нагрузок методом коэффициента спроса
pр1 = Кс1 Рн1 = 0,7*282 = 198 кВт,
Рр2 = Кс2- Рн2 = 0,6*520 = 312 кВт,
pр3 = Kс3 pн3 = 0,6 *1900 = 1140 кВт.
При расчете реактивной нагрузки экскаваторов с синхронным приводом следует учитывать их возможности по компенсации реактивной мощности. Принимаем для 2-ой и 3-ей нагрузки cosр2 = cosр3 = 0,9 (опер.), соответственно tgр2 = tgр3 = - 0.5
Расчетная реактивная нагрузка бурового станка
QP1 = pP1 tg р1 = 198*1.02 = 202 квар
Расчетная реактивная нагрузка экскаваторов:
QP2 = pP2 tg р2 = 312*(-0.5)= -156 квар
QP3 = pP3 tg р3 = 1140*(-0.5) = -570 квар
Расчетная нагрузка по участку карьера в целом:
=
кВА
2. Выбор трансформаторов
Для однотрансформаторной подстанции мощность трансформатора принимается ближайшая большая расчетной из ряда номинальных .
Выбираем трансформатор типа ТМН мощностью 2500 кВ-А (таблица П 8), установленный на передвижной комплектной трансформаторной подстанции 35/6 кВ. Паспортные данные трансформатора ТMH-2500/35:
UBН,=35 кВ; UНH=6,3 кВ; Rтр=5,2 Ом; Хтр = 35 Ом;
Ркз=24.2 кВт; Uкз,=6,5°/o.
Активное сопротивление трансформатора, приведенное к стороне 6 кВ
= 0,15 Ом
Индуктивное сопротивление трансформатора, приведенное к стороне 6 кВ
= 1 Ом
Если на участке имеются низковольтные электропотребители (буровые станки, насосы, осветительные установки и др.), то необходимо выбрать трансформатор для этих потребителей. В нашем примере имеется буровой станок 2СБШ-200Н, который имеет расчетную активную мощность РР=198 кВт. Мощность трансформатора определяется
,
где соsp - средневзвешенное значение коэффициента мощности группы электроприемников
В нашем случае приемник одиночный, поэтому принимаем cosном = 0,7. Тогда:
= 282 кВА.
Принимаем передвижную комплектную трансформаторную подстанцию ближайшей большей мощности 6/0,4 кВ ПКТП-400/6 (таблицы П 2, П 5), имеющую трансформатор, мощностью 400 кВ-А.
Паспортные данные из таблицы П 5
Потери в режиме К.З. ΔРк = 3,8 кВт.
Напряжение К.З. Uкз = 3,5%
Активное сопротивление трансформатора на стороне 6 кВ
= 0,855 Ом
Индуктивное сопротивление трансформатора на стороне 6 кВ
103 = 3,15 Ом
В подстанции ПКТП-400/6 имеются: групповой выключатель А3742Б на ток 630 А , фидерный выключатель А3732Б на ток 400 А и два фидерных выключателя А3722Б на ток 250 А.
Приключательные пункты оснащены ячейками ЯКНО 6 с длительно допустимым током 630 А и отключающей способностью 12,5 кА. Максимальная токовая защита на реле РТ-40.
3. Расчет электрических сетей
Сечения воздушных и кабельных линий напряжением до и выше 1000 В следует выбирать по нагреву токами нагрузки с последующей проверкой по допустимой потере напряжения, по экономической плотности тока (только ЛЭП напряжением 6-35 кВ со сроком службы более 5 лет); на термическую устойчивость от воздействия токов короткого замыкания (только кабельные ЛЭП напряжением 6-10кВ).
Выбор сечения проводников по нагреву сводится к сравнению расчетного тока Iр с длительно допустимыми токами нагрузки Iдоп для стандартных сечений Iр Iдоп
Расчетный ток в линии
.
Для одиночного приемника используется Рном и cos φ ном .
4. Выбор сечений воздушных и кабельных линий.
Определим расчетные токи во всех элементах сети. Расчетный ток в низковольтном кабеле, питающем буровой станок 2СБШ-200Н
Расчетный ток воздушного спуска к буровому станку
(U = 6 кВ) принимаем равным номинальному первичному току трансформатора ПСКТП
40 A
Расчетный ток экскаватора ЭШ-5,45 М (U = 6 кВ)
Расчетный ток экскаватора ЭШ-20,75 (U = 6 кВ)
Принимаем сечения кабелей (таблица П 6):
2СБШ-200Н - 2(3x70+1x25) тип КРПТ, IДОП = 2x250 , А; (два параллельных кабеля )
ЭШ-5.45М - (3x16+1x10) тип КШВГ, IДОп = 90, А;
ЭШ-20.75 - (3x50+1x16) тип КШВГ, IДОП = 180 , А.
Учитывая, что от одного воздушного спуска могут работать два экскаватора, найдем расчетный ток от двух экскаваторов
Принимаем сечение воздушной магистральной линии и воздушных спусков, выполненных сталеалюминиевыми проводами типа АС-70 с Iдопl = 265 А . (таблица П 9 )
Погонные сопротивления воздушных линий определим из таблица П 10.
Индуктивное сопротивление воздушных линий принимаем Х0 = 0.36 Ом
Воздушная линия АС-70 : R0=0,45 Ом/км; Х0=0,36 Ом.
Погонные сопротивления кабельных линий определим из таблицы П 10.
2СБШ-200Н: кабель КРПТ(Зх70) - R 0= 0,26 Ом/км;
Х 0 = 0,069 Ом/км;
ЭШ-5.45М: кабель КШВГ(Зх16) - R0 = l,12 Ом/км;
Х0 = 0,094 Ом/км;
ЭШ-20.75: кабель КШВГ(Зх50) - R0 = 0,35 Ом/км;
Х0 = 0,072 Ом/км;
Сопротивление линий ,
Низковольтный сдвоенный кабель до бурового станка 2СБШ-200Н
R7 = (R0L7)/2 =(0,26х0,4)/2=0,05 Ом,
X7 = (Х0L7)/2=(0,069х0,4)/2=0,02 Ом;
Высоковольтный кабель до экскаватора ЭШ-5,45М
R8= R0L8 = 1,12 х 0,35 = 0,39 Ом,
X8= X0L8 = 0,094 х 0,35 = 0,03 Ом;
Высоковольтный кабель до экскаватора ЭШ-20,75
R9 = R0L9 = 0,3 5х 0,3 = 0,1 Ом,
X9 = X0L9 = 0,072 х 0,3 = 0,02 Ом;
Воздушная линия от ПКТП-35/6 до экскаватора ЭШ-5,45М
R25 = R0 (L2+L5) = 0.45 х 1.1 = 0.49 Ом,
Х25= X0 (L2+L5) = 0,36 х 1,1 = 0,4 Ом
Воздушная линия от ПКТП-35/6 до экскаватора ЭШ-20,75
R36 = R0 (L3+L6) = 0.45 х 1.6 = 0.72 Ом,
X36 = X0 (L3+L6) = 0,36 х 1,6 = 0,58 Ом
Воздушная линия от ПКТП-35/6 до бурового станка 2СБШ-200Н.
R124= R0 (L1+L2+L4) = 0.45х1.6= 0.72 Ом,
X124 = X0 (L1+L2+L4) = 0,36х1,6 = 0,58 Ом
После определения токов короткого замыкания необходимо проверить выбранные сечения высоковольтного кабеля КШВГ на термическую устойчивость от воздействия токов КЗ, определенных в начале кабеля (у приключательного пункта).
5. Расчет токов короткого замыкания
Ток трехфазного КЗ. А
Суммарное сопротивление цепи К.З. складывается из суммы сопротивлений элементов цепи от источника питания до точки короткого замыкания
Ток трехфазного короткого замыкания на приключательном пункте, питающем ЭШ-20,75
= 2023 А
Проверка на термическую устойчивость.
Минимальное сечение высоковольтного кабеля ,
где tп - приведенное время действия тока КЗ ( tп ≈ 0,25 с ),
I∞ - ток трехфазного КЗ в кА.
Для кабелей напряжением до 10 кВ с медными жилами а ≈ 7; для кабелей 10 кВ, но с алюминиевыми жилами а ≈ 12.
= 7 мм2
В нашем случае s = 50 мм2 , что больше 7 мм2 .
Ток трехфазного КЗ в конце высоковольтного кабеля, т.е. на зажимах экскаватора ЭШ-20,75
Ток минимального двухфазного КЗ для вычисления уставок релейной защиты.
1600 А
Ток пусковой IП = Iном*КП = 223*5,3 = 1180 А
Принимаем ток уставки 1250 А
1,5. условие не выполняется.
В этом случае следует выбрать кабели большего сечения, увеличив ток .
Ток уставки релейной защиты МТЗ должен быть несколько больше тока пускового, но существенно меньше минимального двухфазного тока КЗ.
Ток трехфазного КЗ на приключательном пункте, питающем ЭШ-5,45М
= 2380 А
Проверка на термическую устойчивость
= 8 мм2
В нашем случае s = 16 мм2 , что больше 8 мм2 .
Ток двухфазного КЗ в конце кабел.
1700 А
Ток пусковой IП = Iном*КП = 61*5,5 = 336 А
Ток уставки МТЗ принимаем 400 А
> 1,5. условие выполняется.
6. Проверка сети по потере напряжения
Проверку сети по допустимым потерям напряжения на зажимах электроприемников рекомендуется производить для трех режимов работы: нормального рабочего; пикового; пускового при пуске наиболее мощного приемника.
Напряжение на зажимах n-го приемника в нормальном режиме
,
где U0 - напряжение питающего узла, В; uн - номинальное напряжение приемника, кВ;
Рm и Qm - соответственно суммарное активные и реактивные мощности, передаваемые по m-му участку. кВт и квар;
Rm, и Хm - соответственно активное и реактивное сопротивление
m-го участка сети, Ом.
Напряжение на зажимах приемников в нормальном режиме должно удовлетворять условию
В режиме пиковых нагрузок
В режиме пуска
Напряжение на ЭШ-20,75 в нормальном режиме
U = U0 – ΔUтр – ΔUвл – ΔUКл = 6000 – 0 – 13 = 5987 В, так как
ΔUтр= ≈ 0 В
ΔUвл + ΔUКл = ≈ 13 В
Напряжение на ЭШ-5,45 в нормальном режиме
U = U0 – ΔUтр – ΔUвл – ΔUКл = 6000 – 0 – 17 = 5983 В
ΔUвл + ΔUКл = ≈ 17 В
Напряжение на 2СБШ-200Н в нормальном режиме
U = U0 – ΔUтр1 – ΔUвл – ΔUтр2 -ΔUКл
ΔUтр1 ≈ 0
ΔUвл = = 43 В
ΔUтр2 = = 134 В
Напряжение до трансформатора Т2
6000- 0 - 43 – 134 = 5823 В
Напряжение после трансформатора
5823· = 368 В
Потери в низковольтном кабеле
ΔUКл = =37 В
Напряжение на 2СБШ-200Н 368-37 = 331 В
Допустимое напряжения составляет 95% от номинального
Uдопуст = 380· 0,95 = 361 В
Требования ГОСТа нарушены, так как 331 361 В
С учетом 5% добавки напряжения трансформаторов 35/6 и 6/0,4 требования ГОСТа будут выполнены, так как суммарная добавка составляет 10% от Uном = 38 В
331 + 38 = 369 В 361 В
7. Режим пуска экскаватора ЭШ – 20,75
Напряжение на зажимах двигателя во время пуска удаленного и наиболее мощного двигателя в группе:
,
где Uраб - потеря напряжения в сети в общих с пускаемым двигателем элементах сети, IП - пусковой ток, А, соsп = 0,3-0,5 - коэффициент мощности приемника в режиме пуска
Кратность пускового тока экскаватора ЭШ – 20,75 составляет 5,3. (таблица П 1).
Ток в режиме пуска 127*5,3 = 673 А
Коэффициент мощности в режиме пуска
cos пуск = 0,85*0,4 = 0,34
= 5156 В
Напряжение в режиме пуска должно удовлетворять условию
Umin = 0,75*6000 = 4500 < 5156 В условие выполняется.