Электроснабжение цеха сварки узлов

Потери активной и реактивной мощности в понизительных  трансформаторах с высшим напряжением 6÷20 кВ определяются в зависимости  от действительной (расчётной) нагрузки (S_p):

Расчётная полная нагрузка на шинах 0,4 кВ ТПП S_р.цех= 2489 кВА. Расчётная нагрузка на шинах 0,4 кВ одного трансформатора 1600 кВА: 1/2S_p=1244,5кВА. 
Потери активной и реактивной мощности в трансформаторе 1600 кВА при работе в аварийном режиме:

ΔР_T = 3,3 + 18·1,56² = 46,9 кВт;

ΔQ_T= 0,01·1,3·1600 + 0,01·5,5·1600 = 108,8 квар.

Расчётная нагрузка линии: 

Р'_р = P_p+ΔP_T= 2133,5 + 9,5 + 4,8 + 46,9 = 2194,7 кВт;

Q'_p = Q_p+ΔQ_T = 1734,2 + 13,7 – 1200 + 108,8 = 656,7 квар,

где Р_р, Q_р – расчётные нагрузки на шинах низшего напряжения.

Расчётный ток на стороне ВН:

Принимаем кабель с алюминиевой жилой, трёхжильный  на 10 кВ, по [3, табл. 33 -2] находим сечение  кабеля S = 70 мм², допустимая токовая нагрузка:

I_доп=165А>147,8 А.

Проведём расчёт сечения по экономической плотности  тока.

S_эк = I_р/j_эк, где j_эк – экономическая плотность тока, она зависит от типа кабеля, задаёмся типом кабеля по табл. 33-12 [3], где даны рекомендации по выбору кабелей, прокладываемых в земле. Принимаем кабель с бумажной пропитанной изоляцией на 10 кв типа ААГ, для него j_эк =1,4 А/мм².

При проведении расчёта по экономической плотности  расчётный ток 
принимается без учёта после аварийного режима. Оба кабеля равномерно

Лист ст

35

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

нагружены током  = (3781,6/2)·(0,4/10) = 75,6 А.

S_эк = 75,6/1,4 = 54,0 мм² – ближайшее стандартное значение 70 мм² т.е. по 
обоим расчётам выбор падает на один и тот же кабель.

На стороне  ВН располагаются два высоковольтных выключателя, B₁ и В₂, 
они выбираются по номинальному напряжению U_ном = 10 кВ, и по току. За расчётный ток принимаем ток через выключатель по одному выключателю, принимающему всю нагрузку I'_р = 147,8 А. Этот ток должен быть меньше номинального тока выключателя I_ном.ап ≥ I'_р. В пункте 2.6 было выбрано КРУ типа 
КМ-1Ф-10-20УЗ, оно содержит маломасляный вакуумный выключатель, типа 
ВММ-10-400-10, U_ном = 10 кВ; номинальный ток I_н = 400 А; ток/мощность отключения 9,6 кА/100 MB·А; предельный сквозной ток: действующие значение, 
устоявшиеся I_∞ = 10 кА, амплитудное значение (ударный ток) I" = 25 кА; предельный ток термической стойкости I_ном,т.с, = 10 кА (при 4 с); время включения t_вк = 0,2 с; время выключения t_вык = 0,085 с [11, стр.199].

Проверим ранее выбранный кабель на термическую устойчивость при к.з. 
За время протекания тока к.з. принимается суммарное время действия защиты t₃ 
и выключающей аппаратуры t_выкл: t = t₃+t_выкл. Время t_выкл = 0,085 с, время срабатывания защиты это время реакции релейной защиты, оно зависит от ступени защиты, на каждой выдержка времени порядка 0,4÷0,6 с, что обеспечивает селективность защиты. Обычно применяется двухуровневая защита, получаем:

t = 1,0+0,085 = 1,085 с.

При расчёте  к.з. пользуются приведённым временем t_np:

t_np = t_np.a + t_np.p, где t_np.a – приведённое время для апериодической составляющей тока к.з., t_np.p – то же для периодической составляющей.

t_пр.а = 0,005(β")², где

t_np.a = 0,005(25/10)² = 0,03 с.

t_np.p находим по специальным таблицам в зависимости от β" и t. 
По рис.6. 12 [1] для t = 1,085 с и β" = 2,5 находим t_np.p = 2,0 с.

Лист ст

36

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

t_np ≈ 2,0 с.

Теперь проверим кабель на термическую стойкость при  трёхфазном к.з.:

, где с – коэффициент соответствующий разности выделенного тепла в проводнике до и после к.з. Для кабеля на 10 кВ с алюминиевыми 
жилами с = 85.

, следовательно сечение кабеля  в 70 мм² не 
удовлетворяет условию по термической устойчивости, поэтому принимаем 
ближайшее стандартное сечение S = 185 мм². Окончательно принимаем кабель 
на 10 кВ ААГ 3×185+1×120.

На входе схемы так  же установлены высоковольтные плавкие  предохранители. Их выбирают по конструктивному  исполнению, номинальному напряжению и току, а также по предельному отключающему току.

В КРУ типа КМ-1Ф-10-20УЗ установлены предохранители типа ПКТ 104- 
10-160-20 УЗ на U_ном = 10 кВ, I_ном = 160 А, I_отк = 20 кА. Это токоограничивающий предохранитель, кварцевый, для защиты силовых трансформаторов, воздушных и кабельных линий.

Кроме этой аппаратуры на стороне ВН используются два выключателя 
нагрузки QS₁, QS₂. Выбор выключателей проводится аналогично выбору высоковольтного выключателя, но без учёта отключаемого тока и мощности.

Выбираем ВН-11УЗ на номинальное  напряжение 10 кВ, номинальный ток 
200 А, десятисекундный ток термической устойчивости 31,5 кА (табл.28-17 [3]).

На стороне ВН установлены  трансформаторы тока в системе защиты. 
Трансформатор тока предназначен для понижения первичного тока до стандартной величины и для отделения цепей измерения и защиты от первичных 
цепей высокого напряжения.

Выбираем, встроенный в  силовой трансформатор, трансформатор  тока 
ТЛ-10, [11, стр.220]. Номинальное напряжение соответствует напряжение сети 
U_н = 10 кВ; номинальный ток первичной цепи 200 А > 147,8 А; номинальный

Лист ст

37

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

ток вторичной  – 5 А; трёхсекундный ток термической  прочности 50 кА, что 
выше соответствующего тока высоковольтного выключателя.

2.8.3 Выбор проводников  на стороне НН.

Сечения проводников  выбирают по длительному допустимому  току и экономической целесообразности. Обычно в сетях до 1000 В сечение, выбранное по экономической плотности  тока, в 2÷3 раза превышает сечение, выбранное по другим критериям, поэтому допускается не проверять эти проводники на экономическую плотность тока.

Выбор проводим по условию I_доп ≥ I_р.тах., по табл.2.43÷2.47 [7] выбираем 
ближайший токопровод, удовлетворяющий данному условию.

Таблица 4.

Проверим шинопроводы  по потере напряжения:

ΔU_ШМА1=( ·∑I_p·L)·(r_уд·cosφ+x_уд·sinφ)=

=( ·875,9·0,036)·(0,0338·0,666+0,0163·0,7459)=1,9 В, где r_уд и х_уд – активное и реактивное удельные сопротивления шинопровода ШМА4-1250, r_уд = 
0,0338 Ом/км; х_уд = 0,0163 Ом/км; L = 0,036 км – длинна шинопровода; φ= 
arctg Q_cм/P_cм = 48,24° – угол сдвига фаз для расчётного тока шинопровода.

ΔU_ШМА1%=ΔU·100/U_ном≈0,48%<ΔU_доп(ΔU_доп=5%) – шинопровод проходит по падению напряжения.

ΔU_ШМА2=( ·∑I_p·L)·(r_уд·cosφ+x_уд·sinφ)=

=( ·669,3·0,036)·(0,0338·0,706+0,0163·0,708)=1,48 В, φ=44,52°,

ΔU_ШМА2%=ΔU·100/U_ном≈0,37%<ΔU_доп(ΔU_доп=5%) – шинопровод проходит 
по падению напряжения.

Лист ст

38

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Рис. 10. ШМА4-1250-44- УЗ Рис.11. ШРА4-400-44-1 УЗ

Для питания мостовых кранов используем троллейные шинопроводы.

Таблица 5.

Потери напряжения в шинопроводе рассчитываются по кратковременному току:

ΔU_ШМА1.2=( ·∑I_кр·L)·(r_уд·cosφ+x_уд·sinφ)=

=( ·235,5·0,04)·(0,315·0,5+0,180·0,866)≈5,1 В, φ=60°, r_уд = 0,315

Ом/км; х_уд = 0,18 Ом/км; L = 0,04 км;

ΔU_ШМА1,2%=ΔU·100/U_ном≈1,3%<ΔU_доп(ΔU_доп=5%) – шинопровод проходит по падению напряжения.

Лист ст

39

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Для подводки питания  к отдельным приёмникам применяем  кабели. Для 
того чтобы обеспечить пожарную безопасность в производственных помещениях, рекомендуется применять кабели, у которых изоляция выполнена из невоспламеняющихся материалов. Например, из самозатухающегося поливинилхлорида. Кабель марки АВВГ удовлетворяет требованиям безопасности. Этот кабель может прокладываться в помещении, в земляной траншеи, по кабельным полкам и стенам. Он применяется на напряжения до 660 В, может иметь 4 жилы и предельные сечения от 2,5 мм² до 500 мм². АВВГ – кабель с алюминиевыми жилами с поливинилхлоридной изоляцией с поливинилхлоридной оболочкой без защитного покрова.

Сечение проводников  выбирается в зависимости от допустимых длительных токов нагрузки, значения которых в свою очередь определяют в зависимости от вида защитного аппарата (табл.2.51 [7]). Поэтому определим аппаратуру защиты.

2.8.4 Расчёт и выбор аппаратов защиты на стороне НН.

Согласно ПУЭ, электрические  сети делятся на две группы: 1)защищаемые от токов перегрузки и токов к.з.; 2) защищаемые только от токов к.з. Защите от перегрузок подлежат сети: внутри помещений, проложенные открыто изолированными незащищенными проводниками и с горючей оболочкой; внутри помещений, проложенные защищёнными проводниками в трубах, в несгораемых строительных конструкциях и т.п.; осветительные сети в жилых, общественных и торговых помещениях; силовые сети, когда по условию технологического процесса или режима их работы могут возникать длительные перегрузки; сети взрывоопасных помещений или взрывоопасных наружных установок независимо от условий технологического процесса или режима работы сети.

Для защиты электрических  сетей напряжением до 1 кВ применяют  плавкие 
предохранители, автоматические выключатели, тепловые реле магнитных пускателей.

Для защиты электрических  сетей от токов КЗ служат плавкие  предохраните- 
ли. Они являются простейшими аппаратами токовой защиты, действие которых

Лист ст

40

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

основано на перегорании  плавкой вставки. Предохранители являются токоограничивающими аппаратами, так как в них обеспечивается околодуговое пространство и отключение цепи настолько быстро, что при больших кратностях тока в предохранителе ток не успевает достигнуть предельного значения.

Магнитные пускатели предназначены главным образом для дистанционного 
управления асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором до 100 кВт; 
для пуска непосредственным подключением к сети и останова электродвигателя и 
реверса. В исполнении с тепловым реле пускатели также защищают управляемый 
электродвигатель от перегрузки. Магнитный пускатель представляет собой трех- 
полюсный контактор переменного тока с прямоходовои магнитной системой, в который дополнительно встроены два тепловых реле защиты, включенных последовательно в две фазы цепи ЭД.

Автоматические выключатели  предназначены для автоматического  размыкания электрических цепей  при анормальных режимах (КЗ и  перегрузки), для редких оперативных  включений (3-5 в час) при нормальных режимах, а также для защиты цепей от недопустимых снижений напряжения. Для защиты от токов КЗ в автоматическом выключателе применяется электромагнитный расцепитель мгновенного действия. Тепловой, обычно биметаллический, расцепитель предназначен для защиты от перегрузок, за счет изгибания биметаллической пластины. Расцепитель минимального напряжения срабатывает при недопустимом снижении напряжения в сети (30-50%). Такие расцепители применяют для ЭД, самозапуск которых нежелателен при самопроизвольном восстановлении питания.

Выбор аппаратуры ведут по ряду условий.

По условию соответствия рабочего напряжения аппарата напряжению защищаемой сети U_ном.ап ≥ U_{ном.сети}.

По расчётному току.

Для плавкого предохранителя номинальный ток вставки I_{ном.вст} ≥ I_дл , где I_дл – длительный ток по защищаемой линии. Кроме этого, I_{ном.вст} ≥ I_пуск /2,5, для защиты одиночных нагрузок. Номинальный ток плавкой вставки для защиты ответвления,

Лист ст

41

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

ведущего к  сварочному аппарату, выбирают из условия I_{ном.вст} ≥1,2I_св√ПВ, I_св,- 
номинальный ток сварочного аппарата.

Для автоматического  выключателя номинальный ток  автомата I_ном.aв ≥ I_дл, 
номинальный ток теплового и электромагнитного расцепителей I_{ном.расц} ≥ I_дл; ток 
срабатывания (отсечки) проверяют по максимальному кратковременному току линии

I_ср.эм= 1,25I_пик, I_пик – это ток пуска.

По току к.з. I_от.a ≥ I_∞

Станки и  прочее оборудование снабжено комплектной  пусковой и защитной аппаратурой  и кнопками управления, поэтому для  них выбор аппаратуры не проводим.

По заданию нам заданы только группы приёмников, условно разобьём их по средним мощностям.

Расчётный ток  линии для одиночного двигателя:

, параметры двигателя берутся по паспорту, для станков

обычно используются асинхронные двигатели, если их тип неизвестен с достаточной для проектировочных расчётов точностью можно принимать cosφ≈0,8, ток при пуске превышает номинальный в 5...7 раз, принимаем I_пуск/I_н = 6.

Сварочные аппараты имеют cosφ ≈ 0,5 [3, табл.24-3], при сварке пусковой 
ток фактически совпадает с расчётным.

Вентиляторы имеют cosφ ≈ 0,8, пусковой ток I_пуск/I_н = 6. (асинхронный 
двигатель).

Компрессор  имеет cosφ ≈ 0,85, I_пуск/I_н = 2 (синхронный двигатель).

Транспортёры  имеют cosφ ≈ 0,75, пусковой ток I_пуск/I_н = 6 (асинхронный 
двигатель).

Установки дробеочистки имеют cosφ ≈ 0,75, пусковой ток I_пуск/I_н = 6 
(асинхронный двигатель).

Аппаратуру  защиты для подключаемого к шинопроводам оборудования 
выбираем по таблицам 3.24; 3.61; 3.62; 3.69; 3.70; 3.71 [7], по этим же таблицам 
принимаем номинальный ток расцепителя I_р.ном. При расчёте учитываем попра-

Лист ст

42

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

вочный коэффициент к_п – он учитывает условия функционирования аппарата 
защиты, при установке его в шкаф к_п = 0,85. При использовании комплектных 
шинопроводов используем комплектные ящики с коммутационно-защитной 
аппаратурой, поэтому расчётное значение номинального тока защищающего от 
перегрузок теплового расцепителя составит:

I_расц.р — I_р/К_п.

Все результаты сводим в таблицу 8.

Таблица 6.

Лист ст

43

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата