Реферат: Электроснабжение компрессорной станции

--PAGE_BREAK--,
где Рнmax(Pнmin) – номинальная максимальная (минимальная) активная       мощность одного электроприёмника в подгруппе соответственно, кВт.

     m= <img width=«35» height=«44» src=«ref-1_1394630860-170.coolpic» v:shapes="_x0000_i1030"> = 59,46 >3.

Т.к. Ки >0,2,m>3, n≥ 4, Рн ≠const, то эффективное число электроприёмников nэ, шт.определяем по формуле
nэ = <img width=«67» height=«45» src=«ref-1_1394631030-346.coolpic» v:shapes="_x0000_i1031">,
nэ = <img width=«61» height=«41» src=«ref-1_1394631376-215.coolpic» v:shapes="_x0000_i1032"> = 3 шт. < n= 5шт.

При nэ=3 и Ки=0,8 определяем коэффициент максимума Кmпо справочнику [2, таблица 9.1]

Кm= 1,12.

Рассчитываем максимальную активную мощность, потребляемую электроприёмниками шкафа ШР1 Рmшр1, кВт
Рmшр1 = Кm·∑Рсмшр1 ,
Рmшр1 = 1,12·25,39 = 28,4 кВт.

Определяем реактивную сменную мощность электроприёмников <img width=«68» height=«27» src=«ref-1_1394631591-287.coolpic» v:shapes="_x0000_i1033">, кВар
<img width=«68» height=«27» src=«ref-1_1394631591-287.coolpic» v:shapes="_x0000_i1034">= <img width=«105» height=«51» src=«ref-1_1394632165-541.coolpic» v:shapes="_x0000_i1035"> ,
где tgφi– коэффициент реактивной мощности, соответствующий  коэффициенту активной мощности.

<img width=«68» height=«27» src=«ref-1_1394631591-287.coolpic» v:shapes="_x0000_i1036">= 18,19·0,62+7,2·0,33 = 11,28+2,38 = 13,66 кВар.

Т.к. nэ≤10, то суммарная максимальная реактивная мощность<img width=«63» height=«27» src=«ref-1_1394632993-278.coolpic» v:shapes="_x0000_i1037">, кВар, будет определяться по формуле
<img width=«63» height=«27» src=«ref-1_1394632993-278.coolpic» v:shapes="_x0000_i1038">= 1,1·<img width=«68» height=«27» src=«ref-1_1394631591-287.coolpic» v:shapes="_x0000_i1039">,

<img width=«63» height=«27» src=«ref-1_1394632993-278.coolpic» v:shapes="_x0000_i1040">= 1.1·13,66=15,03 кВар.
Определяем полную максимальную мощность потребляемую электроприёмниками шкафа ШР1 Smшр1, кВА
Smшр1= <img width=«121» height=«31» src=«ref-1_1394634114-313.coolpic» v:shapes="_x0000_i1041">,

Smшр1= <img width=«108» height=«33» src=«ref-1_1394634427-284.coolpic» v:shapes="_x0000_i1042"> = 32,13 кВА.


Рассчитываем максимальную величину тока, создаваемую электроприёмниками шкафа ШР1, Imшр1, А, по формуле
Imшр1= <img width=«48» height=«44» src=«ref-1_1394634711-231.coolpic» v:shapes="_x0000_i1043">,
где Uн–номинальное напряжение сети, кВ.

Imшр1= <img width=«57» height=«45» src=«ref-1_1394634942-246.coolpic» v:shapes="_x0000_i1044"> = 48,8 А.

Находим коэффициенты активной (cosφшр1) и реактивной мощности ( tgφшр1) мощности данного узла питания
cosφшр1= <img width=«45» height=«44» src=«ref-1_1394635188-219.coolpic» v:shapes="_x0000_i1045">,
cosφшр1= <img width=«41» height=«44» src=«ref-1_1394635407-200.coolpic» v:shapes="_x0000_i1046">= 0,88,
tgφшр1= <img width=«47» height=«44» src=«ref-1_1394635607-221.coolpic» v:shapes="_x0000_i1047">,
tgφшр1= <img width=«41» height=«44» src=«ref-1_1394635828-200.coolpic» v:shapes="_x0000_i1048">= 0,53.

Аналогично расчёту электрических нагрузок шкафа ШР1 выполняем расчёт остальных узлов питания

Рассчитываем нагрузки шкафа ШР2

∑РнIII-V= 4·3+7,2·2+2,2·3 = 12+14,4+6,6 = 33 кВт,

∑РсмIII-V= 12·0,6+14,4·0,5+6,6·0,8 = 7,2+7,2+5,3 = 19,7 кВт,

Ки = <img width=«33» height=«41» src=«ref-1_1394636028-162.coolpic» v:shapes="_x0000_i1049">= 0,6 >0,2,

m= <img width=«28» height=«44» src=«ref-1_1394636190-150.coolpic» v:shapes="_x0000_i1050">= 3 =3.

Т.к. Ки >0,2, m=3, n≥4, Pн ≠const, то

nэ= <img width=«33» height=«44» src=«ref-1_1394636340-168.coolpic» v:shapes="_x0000_i1051">= 9 шт >8.

Т.к nэбольше n, то принимаем nэравное n=8 шт.

При nэ=8, Ки=0,6 определяем коэффициент максимума Кmпо справочнику [3, таблица 2.13]

Кm= 1,33,

РmIII-V= 1,33·19,7 = 26,2 кВт,

QсмIII-V= 7,2·0,75+7,2·0,33+5,3·0,62 = 11,06 кВар,

QmIII-V= 1,1·11,06 = 12,17 кВар,

SmIII-V= <img width=«111» height=«33» src=«ref-1_1394636508-288.coolpic» v:shapes="_x0000_i1052">= 28,9 кВар.

Определяем нагрузки шкафа ШР3

Qmшр3= 34,5·0,78 = 26,9 кВар,

Smшр3= <img width=«104» height=«33» src=«ref-1_1394636796-275.coolpic» v:shapes="_x0000_i1053">= 43,75 кВА,

Imшр3= <img width=«57» height=«45» src=«ref-1_1394637071-245.coolpic» v:shapes="_x0000_i1054">= 66,5 А.

Определяем максимальную активную мощность шкафа ШР2 Рmшр2, кВт, с учётом электроприёмников шкафа ШР3
Рmшр2= Рm3-5+Pmшр3 ,
Рmшр2= 26,2+34,5 = 60,7 кВт.

Определяем максимальную реактивную мощность электроприёмников шкафа ШР2, кВар
Qmшр2= Qm3-5+Qmшр3,
Qmшр2= 12,17+26,9 = 39,07 кВар,

Smшр2 = <img width=«113» height=«33» src=«ref-1_1394637316-296.coolpic» v:shapes="_x0000_i1055">= 72,2 кВА,

Imшр2= <img width=«57» height=«45» src=«ref-1_1394637612-235.coolpic» v:shapes="_x0000_i1056">= 109,8 А,

cosφшр2= <img width=«36» height=«44» src=«ref-1_1394637847-180.coolpic» v:shapes="_x0000_i1057">= 0,84,

tgφшр2= <img width=«43» height=«44» src=«ref-1_1394638027-203.coolpic» v:shapes="_x0000_i1058">= 0,64.

Рассчитываем нагрузки шкафа ШР4

Рассчитываем номинальную активную мощность кран-балки, приведённую к длительному режиму работы Рн16, кВт
Рн16 = Рн ·<img width=«40» height=«23» src=«ref-1_1394638230-143.coolpic» v:shapes="_x0000_i1059">,
где ПВ — продолжительность включения, в относительных единицах

Рн16 = 12,5 ·<img width=«37» height=«27» src=«ref-1_1394638373-143.coolpic» v:shapes="_x0000_i1060"> = 7,9 кВт,

∑Рншр4 = 10·2+7,9 = 27,9 кВт,

∑Рсмшр4 = 20·0,16+7,9·0,1 = 3,2+0,79 = 3,99 кВт,

Ки = <img width=«36» height=«44» src=«ref-1_1394638516-184.coolpic» v:shapes="_x0000_i1061">=0,14 <0,2,

m=<img width=«27» height=«44» src=«ref-1_1394638700-151.coolpic» v:shapes="_x0000_i1062"> = 1,27 <3.

Т.к. Ки <0,2, m< 3, n<4, то эффективное число электроприёмников определяем по формуле
Pmшр4 = Кз·∑Рн ,
где Кз – коэффициент загрузки. Для электроприёмников с продолжительным режимом работы Кз=0,9.  

Рmшр4= 0,9·27,9 = 25,11 кВт,

∑Qсмшр4= 3,2·1,33+0,79·1,73 = 5,62 кВар,

∑Qmшр4= 1,1·5,62 = 6,18 кВар,

Smшр4= <img width=«109» height=«33» src=«ref-1_1394638851-285.coolpic» v:shapes="_x0000_i1063">= 25,86 кВА,

Imшр4= <img width=«57» height=«45» src=«ref-1_1394639136-247.coolpic» v:shapes="_x0000_i1064"> = 39,3 А,

cosφ= <img width=«43» height=«44» src=«ref-1_1394639383-209.coolpic» v:shapes="_x0000_i1065"> = 0,97,

tgφ= <img width=«40» height=«44» src=«ref-1_1394639592-197.coolpic» v:shapes="_x0000_i1066"> = 0,25.

Рассчитываем нагрузки сварочного аппарата шовного.
РнVIII= Sн· cosφ·<img width=«40» height=«23» src=«ref-1_1394638230-143.coolpic» v:shapes="_x0000_i1067">,
РнVIII= 100 · 0,7·<img width=«36» height=«27» src=«ref-1_1394639932-142.coolpic» v:shapes="_x0000_i1068"> = 49,5 кВт,

РсмVIII= 49,5·0,5 = 24,75 кВт,

PmVIII= 0,9·49,5 = 44,55 кВт,

QсмVIII= 24,75·1,02=25,25 кВар,

QmVIII= 1,1·25,25 = 27,78 кВар,

SmVIII= <img width=«121» height=«33» src=«ref-1_1394640074-306.coolpic» v:shapes="_x0000_i1069"> = 51,2 кВА.

Определяем нагрузки распредилительного шкафа ШР5

Qmшр5= 40,6·0,72 = 29,2 кВар,

Smшр5= <img width=«107» height=«33» src=«ref-1_1394640380-281.coolpic» v:shapes="_x0000_i1070">= 50 кВА,

Imшр5= <img width=«57» height=«45» src=«ref-1_1394640661-227.coolpic» v:shapes="_x0000_i1071">= 75,97 А.

Определяем нагрузки осветительного шкафа ЩО

Imщо=<img width=«57» height=«45» src=«ref-1_1394640888-234.coolpic» v:shapes="_x0000_i1072">= 14,89 А.

Определяем активную максимальную мощность дополнительной нагрузки Pmд.н., кВт
Pmд.н. = Smд.н.·cosφд.н.,
Рmд.н.=196,7·0,78=153,4 кВт.


Определяем реактивную максимальную мощность дополнительной нагрузки Qmд.н., кВар
Qmд.н. = <img width=«115» height=«36» src=«ref-1_1394641122-289.coolpic» v:shapes="_x0000_i1073">,
Qmд.н. =<img width=«119» height=«33» src=«ref-1_1394641411-293.coolpic» v:shapes="_x0000_i1074">=123,1 кВар.

Imд.н.= <img width=«57» height=«45» src=«ref-1_1394641704-245.coolpic» v:shapes="_x0000_i1075">=298,8 A

Рассчитываем нагрузки Iсекции.
Рm1c=Pmшр1+Pmшр2+Pmшр4+PmVIII+Pmшр5+Pmщо+Pmд.н.,
Рm1c= 28,4+60,7+25,11+44,55+40,6+9,8+153,4=362,56 кВт,
Qm1c= Qmшр1+Qmшр2+Qmшр4+QmVIII+Qmшр5+Qmд.н.,
Qm1с=15,03+39,07+6,18+27,78+29,2+123,1 = 240,36 кВар,

Sm1c= <img width=«137» height=«33» src=«ref-1_1394641949-336.coolpic» v:shapes="_x0000_i1076">=435 кВА,

Im1c= <img width=«57» height=«45» src=«ref-1_1394642285-237.coolpic» v:shapes="_x0000_i1077">= 660,9 А.

Находим нагрузки цеха с учётом симметричной нагрузки IIсекции

Рmц= 2·362,56= 725,12 кВт,

Qmц=2·240,36= 480,72 кВар,

Smц=<img width=«136» height=«33» src=«ref-1_1394642522-332.coolpic» v:shapes="_x0000_i1078">= 870 кВА,

Imц=<img width=«57» height=«45» src=«ref-1_1394642854-240.coolpic» v:shapes="_x0000_i1079"> = 1321,8 А.

Рассчитываем средневзвешанные коэффициенты активной (cosφсрв) и реактивной (tgφсрв) мощности по цеху

cosφсрв=<img width=«49» height=«41» src=«ref-1_1394643094-209.coolpic» v:shapes="_x0000_i1080">= 0,83,

tgφсрв =<img width=«52» height=«44» src=«ref-1_1394643303-233.coolpic» v:shapes="_x0000_i1081">= 0,66.

Итак, по полной максимальной мощности Smц=870 кВА выбираем число и мощность силовых трансформаторов. По максимальному току Imц=1321,8 А выбираем питающие сети и защитную аппаратуру, по средневзвешенному коэффициенту активной мощности будем решать вопрос о необходимости компенсации реактивной мощности.
5. Компенсация реактивной мощности
Компенсация реактивной мощности, или повышение коэффициента мощности электроустановок имеет большое народнохозяйственное значение и является частью общей проблемы повышения КПД работы систем электроснабжения и улучшения качества отпускаемой потребителям электроэнергии.

Реактивная мощность, потребляемая электроприемниками производственных предприятий распределяется между отдельными видами электроприемников следующим образом: 65-70% приходится на асинхронные двигатели, 20-25% — трансформаторы и около 10% — воздушные электросети и другие электроприемники.

Увеличение потребления реактивной мощности электроустановокой вызовет рост тока в проводниках любого звена системы электроснабжения и снижение величины коэффициента мощности электроустановки.

Повышение коэффициента мощности зависит от снижения потребления реактивной мощности.

В результате расчёта электрических нагрузок максимальная реактивная мощность, потребляемая электроприёмниками цеха составила Qmц=480,72 кВар, при средневзвешанном коэффициенте мощности сosφсрв=0,83 (tgφсрв=0,66).

Т.к. данный коэффициент мощности не отвечает требованиям энергосистемы сosφэ=0,94 (tgφэ=0,36), то выполняем компенсацию реактивной мощности путём установки конденсаторных батарей (КБ)

Т.к. электроприёмники проектируемого объекта относятся к 1 категории по надёжности электроснабжения, то согласно [4, пункты 1.2.17, 1.2.18] принимаем двухсекционную схему распределения электрической энергии, согласно рисунку 1.
<img width=«295» height=«198» src=«ref-1_1394643536-4780.coolpic» v:shapes="_x0000_i1082">

Рисунок 1 – Упрощённая однолинейная схема
Определяем максимальную реактивную мощность, подлежащую компенсации Qmкб, кВар, по формуле
Qmкб = Pmц · (tgφсрв– tgφэ),
Qmкб = 725,12 · (0,66-0,36) = 217,5 кВар.

Принимаем к предварительной установке две КБ типа УКБН-0,38-135 Т3 по каталогу [5, таблица 2.192]

Определяем максимальную реактивную мощность после компенсации Qmц', кВар
Qmц' = Qmц– Qкб· nкб,
где Qкб– мощность генерируемая одной КБ, кВар;

nкб– число КБ, шт.

Qmц’ = 480,72 – 135 · 2 = 210,72 кВар.

Находим максимальную полную мощность цеха после компенсации Smц', кВА
Smц' = <img width=«105» height=«29» src=«ref-1_1394648316-273.coolpic» v:shapes="_x0000_i1083">,
Smц' = <img width=«135» height=«29» src=«ref-1_1394648589-301.coolpic» v:shapes="_x0000_i1084">= 755,1 кВА.

Находим коэффициенты мощности после компенсации

сosφ' = <img width=«49» height=«44» src=«ref-1_1394648890-217.coolpic» v:shapes="_x0000_i1085"> = 0,96 > сosφэ=0,94,

tgφ' = <img width=«52» height=«44» src=«ref-1_1394649107-229.coolpic» v:shapes="_x0000_i1086"> = 0,29 < tgφэ=0,36.

Итак, т.к. полученные значения не превышают требуемого коэффициента реактивной мощности энергосистемы, то КБ принимаем к окончательной установке, все полученные данные сводим в таблицу 2.
Таблица 2 Компенсация реактивной мощности



Im(10) = <img width=«48» height=«44» src=«ref-1_1394649336-218.coolpic» v:shapes="_x0000_i1087">    продолжение
--PAGE_BREAK--,
Im(10) = <img width=«49» height=«44» src=«ref-1_1394649554-214.coolpic» v:shapes="_x0000_i1088">= 50,2 А,

Im(10) = <img width=«49» height=«44» src=«ref-1_1394649768-219.coolpic» v:shapes="_x0000_i1089">= 43,6 А.


Таким образом, в результате установки двух КБ, с мощностью по QКБ= 135 квар получили снижение полной максимальной мощности на величину 113,66 кВА, что позволяет выбирать трансформатор меньшей мощности и питающие сети высокого напряжения меньшего сечения. Увеличение коэффициента активной мощности дает снижение потерь активной мощности при транспортировании электроэнергии.
6. Выбор числа и мощности трансформаторов цеховой подстанции.

Выбор типа подстанции
Однотрансформаторные цеховые подстанции напряжением 6…10 кВ можно применять при наличии складского резерва для потребителей всех категорий по надёжности электроснабжения, даже для потребителей первой категории, если величина их не превышает 15…20% общей нагрузки и их быстрое резервирование обеспечено при помощи автоматически включаемых резервных перемычек на вторичном напряжении.

Двухтрансформаторные подстанции применяются в тех случаях, когда большинство электроприёмников относится к первой или второй категориям. Также эти подстанции целесообразно применять при неравномерном графике нагрузки.

Применение подстанций с числом трансформаторов более двух экономически невыгодно.

Мощности трансформаторов и их количество зависит от: величины и характера графика нагрузки; длительности нарастания нагрузки по годам; числа часов работы объекта электроснабжения; стоимости энергии и других факторов.

В результате компенсации реактивной мощности в сетях низкого напряжения полная мощность цеха составила Smц' = 764,6 кВА. Т.к. электроприёмники данного цеха относятся к 1 категории по надёжности электроснабжения то согласно [4, пункты 1.2.17, 1.2.18] принимаем к установке два силовых трансформатора с полной номинальной мощностью Sн= 630 кВА по каталогу [6, приложение 12]

Проверяем выбранный трансформатор по коэффициенту загрузки в нормальном режиме работы Kзн
Kзн= <img width=«53» height=«49» src=«ref-1_1394649987-218.coolpic» v:shapes="_x0000_i1090"> ,
где nтр– число трансформаторов, шт.

Kзн= <img width=«48» height=«41» src=«ref-1_1394650205-210.coolpic» v:shapes="_x0000_i1091">= 0,60 < 0,75.

Проверяем выбранный трансформатор по коэффициенту загрузки в аварийном режиме работы Kз.ав.
Kз.ав.= <img width=«56» height=«67» src=«ref-1_1394650415-249.coolpic» v:shapes="_x0000_i1092"> ,
Kз.ав.= <img width=«45» height=«41» src=«ref-1_1394650664-205.coolpic» v:shapes="_x0000_i1093">= 1,2 < 1,4.

Т.к. коэффициент загрузки не превышает рекомендуемых правилами эксплуатации значений, то принимаем трансформаторы к окончательной установке, его технические параметры сводим в таблицу 3.
Таблица 3 – Параметры силового трансформатора



Выбранная компоновка электрооборудования должна обеспечить: пожаробезопасность и взрывобезопасность, действие окружающей среды на оборудование, безопасность обслуживания оборудования в нормальном режиме работы установки, максимальную экономию площади, возможность удобного транспортирования оборудования, безопасный осмотр, смену, ремонт аппаратов, со снятием напряжения не нарушив нормальной работы аппаратов под напряжением.

Т.к. среда в помещении нормальная, площадь цеха позволяет расположить трансформаторную подстанцию, то принимаем к установке двухтрансформаторную комплектную подстанцию внутрицехового исполнения.
7. Расчёт потерь мощности в трансформаторе
Потери мощности в трансформаторах состоят из потерь активной и реактивной мощности.

Потери активной мощности состоят из двух составляющих: потерь, идущих на нагрев обмоток трансформатора, зависящих от тока нагрузки и потерь, идущих на нагревание стали, зависящих от тока нагрузки.

Потери реактивной мощности состоят из двух составляющих: потерь, вызванных рассеянием магнитного потока в трансформаторе, зависящих от квадрата тока нагрузки и потерь, идущих на намагничивание трансформатора, независящих от тока нагрузки, которые определяются током холостого хода.

Расчёт потерь мощности в трансформаторе необходим для более точного выбора сетей высокого напряжения, а также для определения стоимости электроэнергии.

Определяем потери активной мощности в трансформаторе ΔP, кВт, по формуле
ΔP = Pкз· Kзн2+Рхх,




где Pкз– потери активной мощности в трансформаторе при проведении опыта короткого замыкания  

Рхх – потери активной мощности в трансформаторе при проведении опыта холостого хода, кВт.

ΔP = 7,3 · 0,62+2 = 4,6 кВт.

Рассчитываем потери реактивной мощности в трансформаторе ΔQ, кВар

ΔQ= 0,01 · (Uкз· Kзн2+ Iхх) · Sн,

где Uк.з. – напряжение при опыте короткого замыкания в процентах от номинального

Iх.х. – ток при опыте холостого хода в процентах от номинального

ΔQ= 0,01 · (5,5 · 0,62+3) · 630 = 31,4 кВар.

Определяем потери полной мощности в трансформаторе ΔS, кВА
ΔS= <img width=«89» height=«29» src=«ref-1_1394650869-236.coolpic» v:shapes="_x0000_i1094">,
ΔS= <img width=«95» height=«29» src=«ref-1_1394651105-240.coolpic» v:shapes="_x0000_i1095">= 31,7 кВА.

Все полученные данные сводим в таблицу 4.
Таблица 4 – Потери мощности в трансформаторе



Итак, потери мощности в трансформаторе будут зависеть от коэффициента загрузки трансформатора, от его конструктивного исполнения и полной номинальной мощности. Для уменьшения потерь необходимо правильно выбрать трансформатор и оптимально загрузить его.




8. Расчёт и выбор сетей напряжением выше 1 кВ
Критерием для выбора сечения кабельных линий является минимум приведённых затрат. В практике проектирования линий массового строительства выбор сечения производится не по сопоставительным технико-экономическим расчётам в каждом конкретном случае, а по нормируемым обобщённым показателям.

Т.к. сети напряжением выше 1 кВ не входят в перечень [4, пункта 1.3.28], то выбор сетей до цеховой трансформаторной подстанции осуществляем по экономической плотности тока jэк, <img width=«36» height=«41» src=«ref-1_1394651345-162.coolpic» v:shapes="_x0000_i1096">.Рассчитываем максимальную активную мощность, проходящую по высоковольтному кабелю, Рm(10), кВт с учётом потерь мощности в трансформаторе
Рm(10) = Рmц+nтр· ΔP,
Рm(10) = 725,12+2·4,6=734,32 кВт.

Определяем максимальную реактивную мощность, проходящую по кабелю U=10 кВ с учётом потерь мощности в трансформаторе Qm(10), кВар, по формуле
Qm(10)=Qm'+ nтр· ΔQ,
Qm(10)=210,72+2·31,4=273,52 кВар.

Определяем полную мощность в сетях высокого напряжения Sm(10), кВА

Sm(10)= <img width=«135» height=«29» src=«ref-1_1394651507-307.coolpic» v:shapes="_x0000_i1097">=783,6 кВА.

Рассчитываем коэффициенты активной (cosφ(6)) и реактивной (tgφ(6)) мощности высоковольтной линии

cosφ(10)= <img width=«51» height=«44» src=«ref-1_1394651814-233.coolpic» v:shapes="_x0000_i1098">= 0,94,

tgφ(10)= <img width=«51» height=«44» src=«ref-1_1394652047-232.coolpic» v:shapes="_x0000_i1099">= 0,37.

Рассчитываем силу тока, проходящую по линии напряжением U=10 кВ Im(10), A

Im(10)= <img width=«61» height=«44» src=«ref-1_1394652279-252.coolpic» v:shapes="_x0000_i1100">=22,6 А.

По справочнику [4, таблица 1.3.36] определяем экономическую плотность тока, учитывая, что число часов использования максимума нагрузки в год Тm=3000-5000 тысяч час/год и прокладываемый кабель марки ААШв

jэк= 1,4 А/мм2

Определяем экономически целесообразное сечение кабеля Fэк, мм2
Fэк=<img width=«41» height=«48» src=«ref-1_1394652531-184.coolpic» v:shapes="_x0000_i1101">,
Fэк= <img width=«36» height=«44» src=«ref-1_1394652715-171.coolpic» v:shapes="_x0000_i1102">=16,14 мм2.

Принимаем к прокладке кабель ближайшего стандартного сечения 16 мм2, т.е.  ААШв 3х16 с допустимым током Iд, А, определяемым по каталогу [4, таблица 1.3.16]

Iд=80 А.

Определяем допустимую величину тока с учётом поправочных коэффициентов
Iд'=Iд·Kп·Kт,
где Kп– поправочный коэффициент на параллельную прокладку двух кабелей   

в траншее, принимаемый по каталогу по [4, таблица 1.3.26], Kп=0,9;

Kт– поправочный коэффициент на температуру земли, принимаемый по каталогу [4, таблица 1.3.3], Kт=1, т.к. принята температура t=15 єC.

Iд'=80·0,9·1=72 А > Im(10)=22,6 А.

По справочнику [7, таблица 4-79] определяем активное (r) и реактивное (х0) сопротивления кабельной линии, Ом/км

r=1,95 Ом/км,

х0=0,113 Ом/км.

Проверяем выбранный кабель по потере напряжения ∆U, %, которые согласно [8] не должны превышать 5%
∆U=<img width=«183» height=«49» src=«ref-1_1394652886-509.coolpic» v:shapes="_x0000_i1103">,
∆U=<img width=«228» height=«48» src=«ref-1_1394653395-548.coolpic» v:shapes="_x0000_i1104">=0,59%.

Параметры кабеля заносим в таблицу 5.
Таблица 5 – Параметры кабеля

Uн, кВ

Im(10), А

Марка и сечение кабеля

Iд′, А

r0, Ом/км

x0, Ом/км

l, км

ΔU, %

10

22,6

ААШв 3Ч16

72

1,95

0,113

0,8

0,59



ААШв – кабель с алюминиевыми жилами, с бумажной изоляцией, алюминиевая оболочка, в поливинилхлоридном шланге.

Итак, кабель выбранный по экономической плотности тока обеспечивает снижение сопротивления кабеля, возможность расширения производства, а также запас по току, что ведет к снижению эксплуатационных затрат, т.к кабель нагревается значительно меньше, обеспечивая, тем самым, меньший физический износ изоляции, а как следствие меньшее число повреждений и пробоев.


9. Расчёт и выбор питающих сетей напряжением до 1 кВ
Согласно [4, пункт 1.3.20] проверке по экономической плотности тока не подлежат: сети промышленных предприятий и сооружений напряжением до 1 кВ при числе использования максимума нагрузки предприятий до 4000-5000; сборные шины электроустановок и ошиновка в пределах открытых и закрытых распределительных устройств всех напряжений; ответвления к отдельным электроприёмникам напряжением до 1 кВ, а также осветительные сети промышленных предприятий, жилых и общественных зданий.

Т.к. шины не входят в перечень [4, пункт 1.3.28], то выбор осуществляем по току с условием, что Iд≥Imцс проверкой по потере напряжения и на действие токов короткого замыкания.

В результате расчёта электрических нагрузок максимальный ток Imц=1321,8 А.Т.к. ток проходящий по одной секции Im1с=660,9 А, то принимаем к предварительной установке шину алюминиевую сечением 50Ч6 с Iд=740А по каталогу [6, таблица 1.3.31].

Согласно [4, пункт 1.3.23] при расположении шин плашмя ток, указанный в справочнике [4, таблица 1.3.31], должен быть уменьшен на 5 %, если ширина шины до 60 мм и на 8 %, если ширина шины больше 60 мм.

Iд′ = 740-0,05·740 = 703 А > Im1с=660,9 А.

По справочнику [7, таблица 4-79] определяем активное (r) и реактивное (х0) сопротивления шины, Ом/км

х0=0,137 Ом/км,

r=0,119 Ом/км.

Проверяем выбранную шину по потере напряжения ∆U, %, при длине шины l=0,005 км
∆U= Im1c·l·( r·cosφсрв+ х0·sinφсрв),

∆U%=<img width=«33» height=«41» src=«ref-1_1394653943-163.coolpic» v:shapes="_x0000_i1105">·100%,


∆U= 660,9·0,005·(0,119·0,83+0,137·0,55) =0,57 В,

∆U%=<img width=«40» height=«41» src=«ref-1_1394654106-184.coolpic» v:shapes="_x0000_i1106">·100=0,3 % ≤ 1,8%.

Т.к. Iд′ = 703 А > ImIс= 669,9 А; ΔU% = 0,5 % < 1,8 %, то принимаем шину к предварительной установке. Окончательное решение будет принято после проверки шины на термическое и динамическое действие токов короткого замыкания.

Выбор кабельных сетей, идущих к силовым шкафам.

В результате расчёта электрических нагрузок шкафа ШР1 Imшр1= 48,8 А. Т.к. согласно [4, пункт 1.3.28] сети напряжением до 1 кВ не подлежат проверке по экономической плотности тока при Tm≤ 5 тыс. час/год, то выбор осуществляем по току с условием, что Iд≥ Imшр1, с проверкой по потере напряжения и на установленную защитную аппаратуру.

Определяем ток расцепителя автоматического выключателя Iрасц, А
Iрасц= Kп1·Imшр1,
где Кп1 – поправочный коэффициент учитывающий неточность калибровки  расцепителя и одновременный запуск всех потребителей шкафа, принимаем Кп1 = 1,25.

Iрасц= 1,25·48,8 = 61 А.

Принимаем к установке автоматический выключатель ВА 13-29 <img width=«23» height=«41» src=«ref-1_1394654290-142.coolpic» v:shapes="_x0000_i1107"> по каталогу [9]

Принимаем к предварительной прокладке кабель АВВГ 4Ч25 с   Iд = 75·0,92 = 69 А по справочнику [4, таблица 1.3.7]

Проверяем кабель на установленную защитную аппаратуру по условию
Iд′ ≥ Iз· Кз ,
где Iз– ток срабатывания защиты, равный току расцепителя, А,  

принимаем Iз= 63 А;

Кз – коэффициент защиты, зависящий от вида защитной аппаратуры, изоляции кабеля, среды в помещении и необходимости защиты кабеля от перегрузки, принимаем Кз = 1по [3, таблица 2.10].

Iд′ = 69 А > (63 · 1) А,

r= 1,25 Ом/км,

x= 0,0662 Ом/км.

Проверяем выбранный кабель по потере напряжения ∆U, %, при длине кабеля l=0,015 км
<img width=«235» height=«49» src=«ref-1_1394654432-922.coolpic» v:shapes="_x0000_i1108">    продолжение
--PAGE_BREAK--,
∆U=<img width=«39» height=«44» src=«ref-1_1394655354-186.coolpic» v:shapes="_x0000_i1109">· 28,4 · 0,015 · (1,25 + 0,0662 · 0,53) = 0,38% ≤ 5%

Т.к. Iд′ ≥ Imшр1, Iд′ ≥ Iз· Кз, ∆U≤ 5%, то кабель принимаем к окончательной прокладке. Аналогичным образом выбираем кабели, идущие к остальным шкафам. Все полученные данные сводим в таблицу 7.

Выбор кабелей идущих к одиночным электроприёмникам

Т.к. сети, идущие к одиночным электроприёмникам, не подлежат проверке по экономической плотности тока, то выбор ведём по номинальному току электроприёмника Iн, А.

Определяем номинальную силу тока двигателя компрессора, позиция 1 Iн1, А
Iн1= <img width=«113» height=«48» src=«ref-1_1394655540-340.coolpic» v:shapes="_x0000_i1110">,
где η – коэффициент полезного действия двигателя.

Iн1= <img width=«103» height=«45» src=«ref-1_1394655880-314.coolpic» v:shapes="_x0000_i1111">= 41,27 А.

Определяем ток расцепителя автоматического выключателя Iрасц, А
Iрасц= Kп2· Iн1,
где Kп2– коэффициент, учитывающий неточность калибровки расцепителя и пусковые токи двигателя, принимаем Kп2= 1,15

Iрасц= 1,15 · 41,27 = 47,5 А.

Принимаем к установке автоматический выключатель ВА 13-29 <img width=«23» height=«41» src=«ref-1_1394656194-143.coolpic» v:shapes="_x0000_i1112"> [8]

Принимаем к прокладке кабель АВВГ 4Ч16 с Iд′= 60 · 0,92 = 55 А по каталогу [4, таблица 1.3.7]

Iд′ = 55 А ≥ Iн= 41,27 А.

Проверяем кабель на установленную защитную аппаратуру по условию
Iд′ ≥ Iз· Kз,
Iд′ = 55 А ≥ (50 · 1) А. r= 1,95 Ом/км;

x= 0,0675 Ом/км [7, таблица 4-79],

∆U= <img width=«39» height=«44» src=«ref-1_1394656337-187.coolpic» v:shapes="_x0000_i1113">·22·0,01·(1,95+0,0675·0,48) = 0,3% ≤ 5% .

Т.к. Iд′ ≥ Iн, Iд′ ≥ Iз · Kз, ∆U≤ 5%, то кабель принимаем к окончательной прокладке.

Аналогичным способом выбираем кабели идущие к остальным электроприёмникам. Полученные данные сводим в таблицу 8.

Выбираем кабель идущий к вентилятору, позиция 2, защищаемому предохранителем

Рассчитываем силу тока двигателя вентилятора Iн2, А

Iн2= <img width=«123» height=«45» src=«ref-1_1394656524-365.coolpic» v:shapes="_x0000_i1114">= 1,2 А.

Определяем ток плавкой вставки предохранителя, А


<img width=«92» height=«47» src=«ref-1_1394656889-371.coolpic» v:shapes="_x0000_i1115">,
где kп– кратность пускового тока,

принимаем kп=5;

 α – коэффициент снижения пускового тока,

   принимаем α =2,5 (при легких пусках).

 Iвст= <img width=«41» height=«44» src=«ref-1_1394657260-177.coolpic» v:shapes="_x0000_i1116"> = 2,4 А.

Для защиты двигателя вентилятора принимаем к установке предохранитель ПП 21 <img width=«21» height=«41» src=«ref-1_1394657437-128.coolpic» v:shapes="_x0000_i1117"> по каталогу [3, таблица 2.21].

Принимаем к предварительной прокладке кабель АВВГ 4Ч2,5 с  Iд′= 19 · 0,92 = 18 А [4, таблица 1.3.7].

Iд′ = 18 А ≥ Iн= 1,2 А

Проверяем кабель на установленную защитную аппаратуру по условию
Iд′ ≥ Iз· Kз,
Iд′ = 18 А ≥ (5 · 0,33)=1,65 А,

ro= 12,5 Ом/км,

xo= 0,104 Ом/км,

∆U= <img width=«39» height=«44» src=«ref-1_1394656337-187.coolpic» v:shapes="_x0000_i1118"> · 0,37 · 0,011 · (12,5 + 0,104 · 1,04) = 0,04% ≤ 5%.
Т.к. Iд′ ≥ Iн, Iд′ ≥ Iз · Kз, ∆U≤ 5%, то кабель принимаем к окончательной прокладке.




10. Расчёт токов короткого замыкания
В электроустановках могут возникать различные виды коротких замыканий, сопровождающиеся резким увеличением тока. Поэтому электрооборудование, устанавливаемое в системах электроснабжения, должно быть устойчивым к токам короткого замыкания и выбираться с учётом величин этих токов. Основными причинами возникновения коротких замыканий в сети могут быть: повреждение изоляции отдельных частей электроустановки; неправильные действия обслуживающего персонала; перекрытие токоведущих частей.

Вычисление токов короткого замыкания производится для определения условий работы потребителей при аварийных режимах; выбора электроаппаратов, шин, изоляторов, силовых кабелей; проектирования и настройки устройств релейной защиты и автоматики; проектирования защитных заземлений; подбора характеристик разрядников для защиты от перенапряжений.

При расчёте токов КЗ принимают, что источниками питания места КЗ являются: синхронные генераторы, синхронные компенсаторы и двигатели, асинхронные двигатели в начальный период времени.

До начала расчётов токов короткого замыкания составляем упрощённую схему согласно рисунку 2. Затем строим схему замещения, согласно рисунку 3, на ней указываем все точки наиболее вероятных возникновений токов короткого замыкания. Расчёт ведём в именованных единицах.




<img width=«336» height=«310» src=«ref-1_1394657752-11251.coolpic» v:shapes="_x0000_i1119">

Рисунок 2 – Упрощённая однолинейная схема
<img width=«256» height=«455» src=«ref-1_1394669003-13321.coolpic» v:shapes="_x0000_i1120">

Рисунок 3 – Схема замещения
Пересчитываем удельные сопротивления высоковольтной линии в мОм


r1′ = r1∙ l,
r1′ = 1,95 ∙ 800 = 1560 мОм;

х1′ = х1 ∙ l,

х1′ = 0,113 ∙ 800 = 90,4 мОм.

Определяем ток периодической составляющей тока кз в начальный момент времени Iпо, кА
Iпо= <img width=«45» height=«51» src=«ref-1_1394682324-314.coolpic» v:shapes="_x0000_i1121"> = <img width=«137» height=«57» src=«ref-1_1394682638-534.coolpic» v:shapes="_x0000_i1122">,
где Uср – среднее напряжение в точке расчёта тока кз, В;

  z– полное сопротивление участка сети, мОм.

Iпо= <img width=«137» height=«49» src=«ref-1_1394683172-421.coolpic» v:shapes="_x0000_i1123">= 3,88 кА.

Находим соотношение реактивного и активного сопротивлений

<img width=«31» height=«51» src=«ref-1_1394683593-269.coolpic» v:shapes="_x0000_i1124"> = <img width=«37» height=«41» src=«ref-1_1394683862-190.coolpic» v:shapes="_x0000_i1125"> = 0,06.

По [1, рисунок 7.4] определяем ударный коэффициент Ку

Ку = 1.

Рассчитываем ударный ток, iу, кА
iу= <img width=«25» height=«23» src=«ref-1_1394684052-114.coolpic» v:shapes="_x0000_i1126">∙ Iпо∙ Ку,
iу= <img width=«25» height=«23» src=«ref-1_1394684052-114.coolpic» v:shapes="_x0000_i1127">∙ 3,88 ∙ 1 = 5,49 кА.

Пересчитываем сопротивления всех остальных участков сети аналогично точке 1

Пересчитываем сопротивления трансформатора, мОм


rтр= <img width=«64» height=«55» src=«ref-1_1394684280-292.coolpic» v:shapes="_x0000_i1128"> ,
rтр= <img width=«68» height=«44» src=«ref-1_1394684572-253.coolpic» v:shapes="_x0000_i1129"> = 2,94 мОм,

xтр= <img width=«163» height=«52» src=«ref-1_1394684825-503.coolpic» v:shapes="_x0000_i1130">,

xтр= <img width=«165» height=«47» src=«ref-1_1394685328-513.coolpic» v:shapes="_x0000_i1131"> = 13,65 мОм.

По максимальному току первой секции ImIc=660,9 А выбираем выключатель с низкой стороны трансформатора по каталогу [10] ВА 62 <img width=«37» height=«41» src=«ref-1_1394685841-187.coolpic» v:shapes="_x0000_i1132">.

По каталогу [11, таблицы 14.4, 14.5] определяем активное сопротивление катушек расцепителей Rа=0,12 мОм, и переходное сопротивление контактов Rк=0,25 мОм и индуктивное сопротивление катушек Xа=0,094 мОм.

Пересчитываем сопротивления шины 50Ч6, мОм

rш′ = 0,119 ∙ 5 = 0,595 мОм,

xш′ = 0,137 ∙ 5 = 0,685 мОм.

Находим сопротивление кабельной линии, идущей к шкафу ШР1, мОм

rшр1′ = 1,25 ∙ 15 = 18,75 мОм,

xшр1= 0,0662 ∙ 15 = 0,99 мОм.

Определяем сопротивление кабельной линии, идущей к двигателю, мОм

r2′ = 1,95 ∙ 10 = 19,5 мОм,

x2′ = 0,0675 ∙ 10 = 0,675 мОм.

Принимаем, что напряжение на шинах U=10 кВ при возникновении тока кз остаётся неизменным и сопротивление энергосистемы не учитываем.

Аналогично точке К – 1 выполняем расчёт тока кз в оставшихся намеченных точках.


К – 2

rк-2 = rтр+ Ra+ Rк ,
rк-2= 2,94 + 0,12 + 0,25 = 3,31 мОм,
xк-2= xтр+ Хa,
xк-2= 13,97 + 0,094 = 14,06 мОм,

Iпок-2= <img width=«136» height=«48» src=«ref-1_1394686028-401.coolpic» v:shapes="_x0000_i1133">= 16,01кА,

<img width=«33» height=«51» src=«ref-1_1394686429-274.coolpic» v:shapes="_x0000_i1134"> = <img width=«41» height=«44» src=«ref-1_1394686703-199.coolpic» v:shapes="_x0000_i1135"> = 4,24

Ку = 1,40,

iу= <img width=«25» height=«23» src=«ref-1_1394684052-114.coolpic» v:shapes="_x0000_i1136">∙ 1,40 ∙ 16,01 = 31,60 кА.

К – 3
rк-3= rк-2+ rш′ + Rа1 + Rк1+ rшр1′ ,
rк-3= 3,31 + 0,595 + 1,8 + 0,75 + 18,75 = 25,21 мОм,

xк-3= хк-2 + хш′ + Xа1+ xшр1′,

xк-3= 13,74 + 0,685 + 0,86 + 0,99 = 16,275 мОм,

Iпок-3= <img width=«156» height=«49» src=«ref-1_1394687016-435.coolpic» v:shapes="_x0000_i1137">= 7,7 кА,

<img width=«32» height=«51» src=«ref-1_1394687451-270.coolpic» v:shapes="_x0000_i1138"> = <img width=«49» height=«44» src=«ref-1_1394687721-222.coolpic» v:shapes="_x0000_i1139"> = 0,65,

Ку = 1,02,

iу= <img width=«25» height=«23» src=«ref-1_1394684052-114.coolpic» v:shapes="_x0000_i1140">∙ 7,7 ∙ 1,02 = 11,11 кА.

К – 4




rк-4= rк-3+ Rа2+ Rк2+ r2′,
rк-4= 25,21 + 1,8 + 0,75 + 19,5 = 47,26 мОм,
хк-4 = хк-3 + Xа2+ x2′,
хк-4 = 16,275 + 0,86 + 0,675 = 17,81 мОм,

Iпо= <img width=«148» height=«49» src=«ref-1_1394688057-421.coolpic» v:shapes="_x0000_i1141">= 4,57 кА,

<img width=«33» height=«51» src=«ref-1_1394688478-271.coolpic» v:shapes="_x0000_i1142"> = <img width=«44» height=«44» src=«ref-1_1394688749-207.coolpic» v:shapes="_x0000_i1143"> = 0,38,

Ку = 1,

iу= <img width=«25» height=«23» src=«ref-1_1394684052-114.coolpic» v:shapes="_x0000_i1144">∙ 4,57 ∙ 1 = 6,46 кА.
11. Выбор элекрооборудования и проверка его на действие токов

короткого замыкания
Токи короткого замыкания вызывают нагрев токоведущих частей, значительно превышающий нормальный. Чрезмерное повышение температуры может привести к выжигании изоляции, разрушению контактов и даже их расплавлению, несмотря на кратковременность процесса короткого замыкания.

Проверка аппаратов на термическую стойкость производится по току термической стойкости Iти времени термической стойкости tт. Аппарат термически стоек, если тепловой импульс Вк < Iт2 ∙ tт.

Выбранные шины или кабель термически стойки, если принятое сечение больше минимального Fmin, то есть Fmin< Fпр .

При коротком замыкании по токоведущим частям проходят токи переходного режима, вызывая сложные усилия в шинных конструкциях и аппаратах электроустановок. Эти усилия изменяются во времени и имеют колебательный характер. Проверка аппаратов по электродинамической стойкости производится по условию:
iу ≤ iпр.скв (iдин),
где iпр.скв (iдин) – предельный сквозной ток, указанный заводом-изготовителем.

Проверку шин на динамическую стойкость проводят по условию:

σрасч ≤ σдоп

В качестве защитной аппаратуры с высокой стороны трансформатора принимаем к предварительной установке вакуумный выключатель серии ВВ/TEL-10-12,5/1000-У2-41 по каталогу [11, таблица ].





Определяем время отключения короткого замыкания tоткл, с
tоткл= tв+ tз,
где tв– полное время отключения выключателя, с,

принимаем tв= 0,025 с;

tз– время действия основоной защиты, с,

принимаем tз= 0,5 с.

tоткл= 0,025 + 0,5 = 0,525 с.

Находим время затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания Тa, с по формуле


Та = <img width=«59» height=«47» src=«ref-1_1394689070-212.coolpic» v:shapes="_x0000_i1145">,
Та = <img width=«67» height=«41» src=«ref-1_1394689282-252.coolpic» v:shapes="_x0000_i1146"> = 0,00018 с.

Определяем тепловой импульс Вк, с
Вк = Iп.о.к-12· (tв+ tз+ Tа),
Вк = 38802 · (0,025 + 0,5 + 0,00018) = 7906269,79 А2 · с.

Т.к. расчётные данные не превышают справочные, то вакуумный выключатель ВВ/TEL-10-12,5/1000-У2-41 принимаем к окончательной установке. Для видимого разрыва цепи выбираем разъединитель внутренней установки с заземляющими ножами типа РВЗ-10/400Iпо каталогу [12, таблица ]





Для подключения катушек измерительных приборов выбираем по каталогу [12, таблица 5.9] трансформатор тока проходной с литой изоляцией для КРУ типа ТПЛ-10К с классом точности 0,5, с номинальным током вторичной обмотки Iн2= 5 А, с номинальной нагрузкой в классе точности 0,5 Rн0,5 = 0,4 Ом.




Выбираем по справочнику [12, таблица 5.13] однофазный трансформатор напряжения с естественным масляным охлаждением типа НОМ-10 с номинальным напряжением вторичной обмотки U2н= 100 В, с номинальной мощностью в классе точности 0,5 Sн0,5 = 75 ВА





Проверяем кабель ААШв 3Ч16 на термическое действие токов кз.

Определяем минимальное сечение кабеля Fmin, мм2



Fmin= <img width=«39» height=«51» src=«ref-1_1394689534-188.coolpic» v:shapes="_x0000_i1147">    продолжение
--PAGE_BREAK--