Инновационные технологии в системе электроснабжения

 

1.5 Расчёт потерь мощности в трансформаторе

 

 

Протекание  тока по проводнику неизбежно связано  с потерями. Вихревые токи нагревают  сердечник, это не только означает лишнюю затрату мощности, но и представляет опасность для изоляции обмотки, которая может разрушиться под влиянием высокой температуры.

Уменьшение  токов достигается расслоением  сердечника, который собирают из отдельных  изолированных друг от друга стальных листов. Присадка к железу небольших  количеств кремния также увеличивает сопротивление.

Часть энергии  в трансформаторе идёт на нагревание стали. Чем чаще идёт перемагничивание, тем больше величина потерь (потери от гистерезиса). Расходуемая на покрытие этих потерь мощность зависит от величины магнитной индукции и от сорта  стали. Добавление к стали различных  примесей снижает величину потерь от гистерезиса.

Потери  мощности в трансформаторе необходимо рассчитывать для того, чтобы более  точно выбрать питающий кабель, идущий к трансформатору, а также учитывать  при определении стоимости электроэнергии.

Определяем  потери активной мощности в трансформаторе ,

,

где - потери активной мощности в трансформаторе при коротком    замыкании, кВт;

           - потери активной мощности при работе трансформатора на холостом ходу, кВт

 _кВт

Находим потери реактивной мощности в трансформаторе , квар

,

где  Uкз – напряжение короткого замыкания, в процентах от номинального; 

Iхх – ток   холостого хода, %

 квар.

Определяем  потери полной мощности ,

  _кВ∙А.

В результате расчётов потерь мощности в трансформаторе получили следующие  данные, занесённые в таблицу 5.

Таблица 5- Потери мощности в трансформаторе

Тип	Sн, кВА	Uвн, кВ	Uнн, кВ	DP, кВт	DQ, квар	DS, кВА
ТСЗ	630	10	0,4	4,5	27,56	27,92

 

1.6 Выбор кабелей напряжением выше 1 кВ

 

 

Выбор сечения  жил и марки кабелей при  напряжении выше 1 кВ определяют по следующим  техническим факторам; нагрев от длительного  выделения теплоты при токах  нормального и после аварийного режима, нагрев от токов короткого  замыкания, падение напряжения. Эти  расчетные данные обычно принимают  ближайшие стандартные сечения. Из полученных стандартных сечений  выбирают большое для данного  варианта сети электроснабжения и выбор остальных параметров линий производят при технико-экономического сравнения вариантов проекта электроснабжения объекта.

Т.к. сети кВ не входит в перечень [4, пункт 13.28], то выбор сетей до цеховой трансформаторной подстанции осуществляем по экономической плотности тока j_эк, .

.

Найденное расчётное сечение округляется  до ближайшего стандартного.

Определяем  полную максимальную мощность кабельной  линии высокого напряжения ,  _,  с учетом потерь мощности в трансформаторах

где  n - число трансформаторов

_.

 

Рассчитываем  максимальную активную мощность кабельной  линии , кВт

,

кВт.

 

Определяем  коэффициенты активной и реактивной мощности кабельной линии

 

 

Находим максимальный ток одной кабельной линии  ,

,

.

 

Учитывая, что  при числе часов использования  максимума нагрузки              Т_м > 5000 часов в год и к прокладке приняв  кабель с бумажной изоляцией и алюминиевой жилой j_эк = 1,2 [5,таблица 1.3.36 ].

 

Определяем  экономически целесообразное сечение  ,

,

.

 

Принимаем кабель марки ААШВ (3х16) по каталогу [5,1.3.36] c допустимым током при прокладке в земле  I_доп = 25А. Определяем активное и индуктивное сопротивления по каталогу [6,таблица 4-79] r₀ =1,95 Ом/км,            x₀ = 0,113 Ом/км.

Электрические сети, выбранные по току нагрузки, проверяются  на потерю напряжения. Для силовых  сетей отклонение напряжения от номинального должно составлять не более  5%. Для сетей электрического освещения – от –2,5 до +5%. Эти требования обусловлены тем, что электрический момент асинхронного двигателя зависит от квадрата подведённого напряжения и его уменьшение ниже допустимого не обеспечит пуск механизмов; в сетях электрического освещения снижение напряжения приводит к резкому снижению светового потока и освещённости на рабочих местах, что может привести к аварийным ситуациям и снижению производительности. Потери напряжения в шинах не должны превышать 1,8%. Проверяем кабель по потере напряжения , %  при длине кабеля l = 0,7км

_.

 

Таким образом, потери напряжения не превышают требуемых  значений и величина допустимого  тока больше расчётного, следовательно, считаем, что предварительно кабель выбран верно. Окончательное решение по выбору кабельной линии будет принято после проверки его на термическое действие токов короткого замыкания. Данные выбора заносим в таблицу 6.

Таблица 6 - Выбор сетей напряжением выше 1 кВ

U, кВ	I, А	Марка и сечение кабеля	r0, Ом/км	x0, Ом/км	l, км
10	18,6	ААШВ 3х16	1,95	0,113	0,7	0,42

 

1.7 Расчёт и выбор сетей напряжением до 1кВ

 

         

Согласно Правилам [5, пункту 1.3.28] проверке по экономической плотности тока не подлежат сети промышленных предприятий и сооружений напряжением до 1кВ при числе часов использования максимума нагрузки предприятия до 4000-5000; ответвления к отдельным электроприёмникам напряжением до 1кВ, а также осветительные сети промышленных предприятий, жилых и общественных зданий; сборные шины элетроустановок и ошиновка в пределах открытых, закрытых распределительных устройств всех напряжений.

Поэтому выбор ведём по току с условием, что Iд > Iрас с проверкой по потере напряжения и на установленную защитную аппаратуру.

Ток максимальный цеха составляет Imax = 1026,8 А.

Принимаем к установке по справочнику [5, таблица 1.3.31] шины алюминиевые прямоугольного сечения 80x8.

При расположении шин прямоугольного сечения плашмя ток, приведённый в Правилах [5, таблица 1.3.31], при ширине шин до 60 мм должен быть уменьшен согласно требований Правил [5, пункт 1.3.23] на 5%, поэтому

I`д = 1320-1320∙0,05 = 1254 А > 1026,8 А.

По каталогу [6, таблица 4-80]

r_0.Ш. = 0,0595 Ом/км,

x_0.Ш. =0,102 Ом/км.

 

Проверяем шину по потере напряжения ΔU, %

ΔU = I∙ℓ∙(r_0.Ш∙сos

+x_0.Ш.∙sin ),

ΔU = 1026,8∙0,008∙(0,0595∙0,86+0,102∙0,51) = 0,85 В,

,

% < 1,8%.

Выбираем  защитную аппаратуру и кабельную  линию от шин РУ до шкафа ПР1 по току I_{max ПР1} = 504,25 А.

Рассчитываем  ток расцепителя автоматического выключателя I_расц., А

I_расц. = k_П∙∙I_max,

        где   k_П - коэффициент, учитывающий неточность калибровки и                  

                  одновременный пуск всех электроприемников,

        принимаем k_П=1,25,

I_расц. = 1,25∙504,25 = 630 А.

Выбираем по каталогу [7] автоматический выключатель типа                          ВА 62 .

Принимаем два кабеля  по каталогу [5, таблица 1.3.7]

АВВГ  4(4х120).

Определяем  допустимую величину тока согласно справочнику                         [6, таблица 1.3.7].

I^I_д. = 736 А.

По каталогу [6, таблица 4-79]

r₀ = Ом/км,

x₀ = Ом/км.

Осуществляем  проверку выбранной кабельной линии  на установленную защитную аппаратуру по условию:

I_д ≥ I_защ ∙_∙k_защ.,

где  I_защ.- ток защиты, равный току расцепителя, А;

      k_защ.- кратность длительно допустимых токов. Для сетей, не требующих

            защиты от перегрузки согласно справочнику[2, таблица 2.10] k_защ.= 1

I_д. = 736А ≥ (630∙1) А.

Осуществляем  проверку кабельной линии по потере напряжения ΔU, %

ΔU=

∙P_max∙ℓ∙(r₀+ x₀∙tgφ),

ΔU = ∙281,3∙0,02∙(0,06525+0,01505∙0,63) = 0,29 % ≤ 5%.

Так как  соблюдаются условия: I_д ≥ I_защ.∙∙k_защ., I_д ≥ I_max, ΔU ≤ 5%, то можно считать, что кабельная линия от шины РУ до ПР1 выбрана верно.

Выбор защитной аппаратуры и кабельной линии  для остальных шкафов производится аналогично ПР1, все полученные данные вносим в таблицу 6.

Выбираем  автоматические выключатели и кабельную  линию, идущую к отдельным электроприемникам, исходя из условий I_д. ≥ I_н. , I_д.≥ I_з∙_.k_з.,  ΔU ≤ 5%.

Выбираем  автоматический выключатель и кабельную линию для двигателя токарного станка.

Рассчитываем  номинальный ток двигателя затвор позиции 9  , А

,

где - коэффициент полезного действия данного электроприемника.

        А.

Находим ток расцепителя I_расц, А

I_расц.= 1,15∙1,73 = 2 А.

Выбираем  автоматический выключатель типа  ВА 13-25 .

Выбираем  кабельную линию АВВГ 4х2,5.

I_д. = 19∙0,92 = 18 А,

 

r₀ = 12,5 Ом/мм,

x₀ = 0,104 Ом/мм,

ΔU = ∙0,6∙0,012∙(12,5+0,104∙0,94) = 0,06% < 5%.

Так как  соблюдаются условия: I_д ≥ I_защ.∙∙k_защ., I_д ≥ I_max, ΔU ≤ 5%, то можно считать, что кабельная линия от шкафа ПР1 до электроприемника выбрана верно.

Все данные по выбору автоматических выключателей и кабельной линии к отдельным электроприемникам сводим в таблицу 8.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.8 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.

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2 –  Упрощённая однолинейная схема

Пересчитываем удельные сопротивления высоковольтной линии в мОм

r₁′ = r₁ ∙ l,

r₁′ = 1,95 ∙ 700 =1365мОм,

х₁′ = х₁ ∙ l,

х₁′ = 0,113 ∙ 700 = 79,1 мОм. 

Определяем  ток периодической составляющей тока К.З. в начальный момент времени  I_по, кА

I_по =

= ,

где  Uср – среднее напряжение в точке расчёта тока кз, В;