Проектирование электрических сетей 10 кВ дополнительного производства ОАО «Красноярский машиностроительный завод»

 

 

5 Выбор выключателей напряжением 10 кВ схемы внутреннего электроснабжения 

 

Выключатель – это коммутационный аппарат, предназначенный для включения и отключения токоведущих элементов электроэнергетических систем в нормальных (отключение рабочего тока) и аварийных (отключение тока КЗ) режимах работы и тем самым для предотвращения развития аварий в электроэнергетических системах.

Выключатели выбирают по номинальному току Iном³Iрасч, номинальному напряжению Uном³ Uном,у, типу и роду установки.

Для защиты линий выбираем   масляные  выключатели   серии   ВПМ-10[8]:.

В качестве примера рассмотрим выбор выключателя для защиты КЛ0-1 до КТП1.

UномКЛ=10 кВ, Iном.КЛ=40,1 А. Выбираем выключатель ВПМ-10-20/630 с Uном=10 кВ , Iном=630 А.

Для остальных линий выбор осуществляется аналогично, сведем результаты в таблицу 7.

 

Таблица 7 – Выбор выключателей на 10 кВ

 

КЛ	Uном, кВ	Iрасч, А	Тип выключателя	Iном выкл, А	Количество
1	2	3	4	5	6
Вариант 1
0-1	10	40,1	ВПМ-10-20/630	630	2
0-2	10	46,9	ВПМ-10-20/630	630	2
0-3	10	40	ВПМ-10-20/630	630	2
0-4	10	41,5	ВПМ-10-20/630	630	2
Вариант 2
2-1	10	40,1	ВПМ-10-20/630	630	2
3-2	10	87	ВПМ-10-20/630	630	2
0-3	10	168	ВПМ-10-20/630	630	2
3-4	10	41,5	ВПМ-10-20/630	630	2

 

ВПМ-10-20/630  со следующими параметрами: Uном=10 кВ; Iном=630 А; 

Iном.откл.=20 кА; предельный сквозной ток Iскв=52 кА; предельный ток термической стойкости Iпр.т.ст.=20 кА; собственное время выключателя tвкл=0,3 с , tоткл=0,1 с.  

 

6 Технико-экономическое сравнение вариантов канализации                        электроэнергии на предприятии

Для технико-экономического сравнения вариантов необходимо рассчитать капитальные затраты на сооружение внутренней электрической сети предприятия и затраты на ее эксплуатацию.

Экономическим критерием эффективности варианта является минимум приведенных затрат:

 

З = ЕН∙К+И ,                                                          (36)

 

где ЕН = 1/ТОК – (зависит от срока возврата инвестиций и обратно пропорционален ему) [9];     К – единовременные капитальные затраты; И – ежегодные эксплуатационные издержки; ущерб от перерывов электроснабжения не считаем, так как неизвестна зависимость ущерба от качества электроэнергии.

Так как схемы электроснабжения отличаются лишь протяженностью КЛ и количеством выключателей, то вести полное технико-экономическое сравнение вариантов нецелесообразно. Проведем расчет только в отличающейся части.

При расчетах используем укрупненные показатели (табл. 8).

Определение издержек:

 

,                                                                                (37)

 

где    И% - процентное отчисление на амортизацию, ремонт и обслуживание [12];

         В - стоимость потерь одного киловатт в час электроэнергии [8].

 

И1

  руб/год.

 

И2

 руб/год.

 

Таблица 8 - Расчет стоимости высоковольтного оборудования
Наименование		Тип	Цена, тыс.руб/(руб/м)	Кол-во, шт./м	Число параллельных линий	ВСЕГО тыс.руб
1 вариант
КЛ		ААШв 3 х 35	[2]	697	2	315,044
Выключатели		ВПМ-10	[11]	8	-	308
ИТОГО:						623,044
2 вариант
КЛ	ААШв 3 х 35		226	260	2	117,52
	ААШв 3 х  95		380	225	2	171
	ААШв 3 х 185		600	24	2	28,8
Выключатели		ВПМ-10	38,5	8	-	308
ИТОГО:						695,32

 

Определяем приведенные затраты:

 

З1 = 0,12∙623044 + руб/год,

 

З2 = 0,12∙695320 + руб/год.

 

Расхождение по затратам:

 

.                        (38)

 

Расхождение между затратами составляет 6,95% > 5%, следовательно, варианты неравноценны и выбираем вариант 2 с наименьшими затратами.

 

7 Проверка оборудования по токам короткого замыкания

 

7.1 Расчет токов короткого замыкания в сети 10 кВ

Коротким замыканием (К.З.) называется всякое случайное или преднамеренное, не предусмотренное нормальным режимом работы, электрическое соединение различных точек электроустановки между собой и землей, при котором токи в аппаратах и проводниках, примыкающих к месту присоединения резко возрастают, превышая, как правило, расчетные значения нормального режима.

Основной причиной нарушения нормального режима работы систем электроснабжения является возникновения К.З. в сети или в элементах электрооборудования. Расчетным видом К.З. для выбора или проверки параметров электрооборудования обычно считают трехфазное К.З.

Расчет токов К.З. с учетом действительных характеристик и действительных режимов работы всех элементов электроснабжения сложен. Поэтому вводятся допущения, которые не дают существенных погрешностей:

1. Не учитывается сдвиг по фазе ЭДС различных источников;
2. Трехфазная сеть принимается симметричной;
3. Не учитываются токи нагрузки;
4. Не учитываются емкостные токи в ВЛЭП и в КЛЭП;
5. Не учитывается насыщение магнитных систем;
6. Не учитываются токи намагничивания трансформаторов.

Расчет токов короткого замыкания  на напряжение 10кВ ведется в относительных единицах.

Изобразим схему замещения для выбранной радиально-магистральной схемы (рисунок 4).

 

Рисунок 4 – Схема замещения

 

Схема замещения представляет собой упрощенную однолинейную схему, на которой указываются все элементы системы электроснабжения и их параметры, влияющие на ток короткого замыкания, здесь же указываются точки, в которых необходимо определить ток короткого замыкания.

Сопротивление системы найдем по формуле:

 

,                                                                                        (39)

 

где Sоткл - отключающая способность головного выключателя, МВА;

Sб – базисное значение мощности, равное 100 МВА.

 

,                                                                    (40)

 

где Iном.откл., Uном.- паспортные данные головного выключателя.

 

 

Базисное значение тока найдем по формуле:

 

,                                                                                                   (41)

 

где Uб - базисное значение напряжения, равное 10,5 кВ.

 

 

 

Сопротивления элементов системы электроснабжения приводим к базисным уровням. Сопротивления линий определяются по выражениям:

 

,                                                                                           (42)

 

,                                                                                          (43)

 

где rо и xо - удельное активное и реактивное сопротивления линий, Ом/км;

L - длина линии, км.

Расчет сопротивлений сведем в таблицу 9.

Ток короткого замыкания трехфазный определяется по формуле:

 

,                                                                                             (44)

 

где Z∑ - суммарное сопротивление участка до точки короткого замыкания.

Рассмотрим точку К1 короткого замыкания:

 

 

 

 

 

Ударный  ток определяется по формуле:

 

,                                                                                 (45)

 

где Куд - ударный коэффициент, определяемый в зависимости от соотношения , Куд=1 [9].

Дальнейший расчет  токов короткого замыкания на напряжение 10 кВ сведем в таблицу 10.

 

Таблица 9 – Расчет сопротивлений

 

Участок	L,км	F,мм	rо,ОМ/км	хо,ОМ/км	R,о.е.	Х,о.е.
0-3	0,093	35	0,89	0,095	0,075	0,006
3-4	0,225	95	0,326	0,083	0,067	0,017
3-2	0,024	185	0,167	0,077	0,004	0,002
2-3	0,164	35	0,89	0,095	0,1324	0,014

 

Таблица 10 – Расчет токов кз

 

Точка кз	Z∑,о.е.	Х∑/ R ∑	Куд	I(3)кз ,кА	, кА
1	2	3	4	5	6
К1	0,289	0	1	19,03	26,91
К2	0,294	7,8	1,65	18,71	43,65
К3	0,309	4,2	1,45	17,8	36,5
К4	0,296	7,4	1,64	18,58	43,1
К5	0,318	2,8	1,3	17,3	31,8

 

7.2 Проверка оборудования в сети 10 кВ

 

Проверим выключатели, защищающие кабельные линии напряжением 10 кВ. Проверку будем проводить по току КЗ и ударному току КЗ.

ВПМ-10 со следующими параметрами: Uном=10 кВ; Iном=630 А; 

Iном.откл.=20 кА; предельный сквозной ток Iскв=52 кА; предельный ток термической стойкости Iпр.т.ст.=20 кА; собственное время выключателя tвкл=0,3 с , tоткл=0,1 с.  

По напряжению Uном.выкл =Uном.КЛ=10 кВ.   

Так как все рабочие токи КЛ меньше 630 А (табл. 6), то проверка по длительному току выполняется. 

Так как все рассчитанные токи кз меньше 20 кА (табл.10), то проверка по номинальному току отключения выполняется. 

Так как все рассчитанные ударные токи кз меньше 52 кА (табл.10), то проверка по предельному сквозному току кз на электродинамическую устойчивость отключения выполняется. 

Выключатели подходят по результатам проверки.

 

7.3 Проверка сечения кабеля на термическую устойчивость к     действию токов короткого замыкания

 

Проверка термической стойкости кабеля основана на расчёте теплового импульса - количества тепла, которое выделяется в активном сопротивлении при протекании через него тока короткого замыкания за время от начала короткого замыкания до полного погашения дуги при его отключении. Время действия тока зависит от параметров установленной на ТП защитной и коммутационной аппаратуры. Минимально допустимое сечение кабеля по термической стойкости определяется по выражению: