-несинусоидальность напряжения вызывают электроприемники, имеющие нелинейную вольт-амперную характеристику (эл.сварочные установки, дуговые печи, газоразрядные лампы). Несинусоидальность напряжения вызывает дополнительные потери мощности за счет протекания высших гармоник, уменьшается срок службы изоляции, из-за высших гармоник в системах управления могут быть сбои;

- несимметрию напряжения создают все однофазные электроприемники (индукционные печи, освещение, дуговые сталеплавильные печи). Несимметрия напряжения в основном оказывает влияние на электродвигатели: если в нормальной трехфазной сети момент вращения направлен в одну сторону, то в несимметричной сети возникает обратный тормозной момент, что вызывает перегрев электродвигателя и сокращение срока службы.

13.1 Расчет отклонения напряжения

Отклонение напряжения рассчитывается для промышленных предприятий как основной показатель качества электроэнергии (ПКЭЭ) независимо от видов и состава электроприемников. Важно правильно рассчитать отклонение напряжения в периоды максимума и минимума нагрузок сети и принять меры по его уменьшению в случаях несоответствия гостированным значениям (ГОСТ допускает значения отклонения напряжения в периоды максимума и минимума сети в пределах (95-105%) от номинального напряжения этой сети в течение длительно допустимого времени, т.е. в течение 95% времени суток).

Влияние электроприемников на отклонение напряжения:

- с увеличение мощности нагрузки - увеличивается падение напряжение в элементах сети, и, соответственно, увеличивается отклонение напряжения, что в свою очередь приводит к еще большему падению.

Влияние отклонения напряжения на электроприемники:

- влияние на электродвигатели: повышенный износ изоляции; изменение частоты вращения;

- влияние на электротехнологические установки: изменение производительности ЭТУ; изменение удельного расхода электроэнергии; уменьшение срока службы;

- влияние на осветительные установки: увеличение потребляемой мощности и электроэнергии; уменьшение светового потока.

Для упрощения расчета принимаем следующий порядок расчета отклонения напряжения:

- рассчитываем отклонения для наиболее электрически удаленного и наиболее мощного электроприемника (в нашем случае - станок фрезерный мощностью 30 кВт, расположенный на ШРА-5) и регулируем напряжения таким образом, чтобы отклонение соответствовало ГОСТу - это режим максимума сети;

- рассчитываем отклонения для наименее электрически удаленного и наименее мощного электроприемника (в нашем случае - станок) и сравниваем отклонение с ГОСТом - это режим минимума сети; Если в одном из случаев не проходит значения по ГОСТу, то следует применять дополнительные или иные средства регулирования уровня напряжение.

Примечание: для всех далее рассматриваемых случаев расстояние от ШМА до ШРА, которое соединяется кабелем определенного сечения марки АВВГ, достаточно малы ( 10 м), поэтому оказать большого влияния на величину падения напряжения в сети они не могут. Тогда в соответствии с допустимой инженерной погрешностью (не более 10 %) исключаем из расчетной схемы эти участки сети для упрощения дальнейших расчетов.

13.1.1 Расчет отклонения напряжения в период максимума нагрузки

Определим сопротивления сети от шин РП-10 кВ до конечного электроприемника. Наиболее удаленный от источника питания приемник цеха - насос мощностью 8,5 кВт, расположенный на ШРА-5. Схема электроснабжения станка представлена на рисунке 13.1.

Рисунок 13.1 - Схема электроснабжения насоса

Уровень напряжения для наиболее удаленного от подстанции электроприемника в период максимума нагрузки (U2) определяется по выражению:

(13.1.1)

где: = 1 % - уровни напряжения на шинах 10 кВ РП, питающей цех в период максимума нагрузки;

- потери напряжения в линии высоковольтном кабеле от РП до цеховой ТП;

- потери напряжения в цеховом понижающем трансформаторе;

- потери напряжения в ШМА;

- потери напряжения в ШРА;

- потери напряжения в проводе, питающем электроприемник;

- добавка напряжения, которая устанавливается ПБВ цехового трансформатора, сначала ПБВ устанавливают в положение «0», т.е. при котором = 5 %.

Найдём потери напряжения в высоковольтной кабельной линии:

,

, ,

(13.1.2)

где Iр1 - максимальный расчетный ток в фазе, приведенный к стороне низкого напряжения, А;

Sр.ц. - полная расчетная нагрузка цеха, кВА;

Рр.ц. - активная расчетная нагрузка цеха, кВт;

Qр.ц. - реактивная расчетная нагрузка цеха, квар;

Rкл = 0,261· 10 -3 Ом; Хкл = 0,0602· 10 -3 Ом - активное и индуктивное сопротивление высоковольтной кабельной линии.

Найдём потери напряжения в цеховом трансформаторе:

(13.1.3)

где Rт = 0,00306 Ом и Хт = 0,00339 Ом - активное и индуктивное сопротивления трансформатора.

Найдем потери напряжения в ШМА:

Принимаем коэффициент загрузки трансформаторов 0,71, тогда потери напряжения определяются по выражению:

(13.1.4)

где: Iр2 = 909 А - расчетный ток ШМА;

Lшма = 0,048 км - длина ШМА;

R0шма = 0,034 Ом/км; Х0шма = 0,016 Ом/км - удельные активное и индуктивное сопротивление ШМА.

Найдем потерю напряжения в ШРА:

, ,

(13.1.5)

где: Iр3 = 165.86 А - расчетный ток ШРА;

Sр.шра = 103.12 кВА - полная расчетная нагрузка ШРА;

Рр.шра = 95.46 кВт - активная расчетная нагрузка ШРА;

Qр.шра = 39.01 квар - реактивная расчетная нагрузка ШРА;

Lшра = 0,084 км - длина ШРА;

R0шра = 0,23 Ом/км; Х0шра = 0,23 Ом/км - удельные активное и индуктивное сопротивление ШРА.

Найдём потерю напряжения в проводе, питающем электроприемник:

, ,

(13.1.6)

где: Iр4 = 16.9 А - расчетный ток провода;

Lпр = 0,024 км - длина провода;

R0пр = 9.81 Ом/км; Х0пр = 0,096 Ом/км - удельные активное и индуктивное сопротивление провода.

Уровень напряжения для наиболее удаленного от подстанции электроприемника в период максимума нагрузки (U2):

Отклонение напряжения в период максимума нагрузок не превышает допустимого значения.

13.1.2 Расчет отклонения напряжения в период минимума нагрузки

Определим сопротивления сети от шин РП-10 кВ до конечного электроприемника. Наименее электрически удаленным и наименее мощным электроприемником является вентилятор, мощность 8.5 кВт. По схеме электроснабжения станок получает питание от того же ШМА, что и станок, уровень напряжения на котором мы определяли в период максимума нагрузки. Поэтому в расчете изменятся только сопротивления ШРА и провода, питающего станок. Схема электроснабжения станка представлена на рисунке 13.2.

Рисунок 13.2 - Схема электроснабжения вентилятора

Уровень напряжения для наименее удаленного от подстанции электроприемника в период минимума нагрузки (U2) определяется по выражению:

(13.1.7)

где: = 1 % - уровни напряжения на шинах 10 кВ РП, питающей цех в период минимума нагрузки;

- потеря напряжения в линии высоковольтном кабеле от РП до цеховой ТП;

- потеря напряжения в цеховом понижающем трансформаторе;

- потеря напряжения в ШМА;

- потеря напряжения в ШРА;

- потеря напряжения в проводе, питающем электроприемник;

- добавка напряжения, которая устанавливается ПБВ цехового трансформатора, ПБВ устанавливают в положение «0», т.е. при котором = +5 %.

Минимальную нагрузку принимаем равной 25 % от расчётной нагрузки.

Найдём потерю напряжения в высоковольтной кабельной линии:

,

(13.1.8)

Найдём потерю напряжения в цеховом трансформаторе:

(13.1.9)

Найдем потерю напряжения в ШМА:

(13.1.10)

Найдем потерю напряжения в ШРА:

, ,

(13.1.11)

где: Lшра = 0,002 км - длина ШРА.

Найдём потерю напряжения в проводе, питающем электроприемник.

Выбранным является провод АПВ (4х2,5):

, ,

(13.1.12)

где: Iр4 = 16,9А - расчетный ток провода;

Lпр = 0,010 км - длина провода.

Уровень напряжения для наименее удаленного от подстанции электроприемника в период минимума нагрузки (U”2):

Так как отклонение напряжения в период минимума нагрузки превышает допустимое значение 5%, следовательно напряжение необходимо регулировать за счет переключения ПБВ трансформатора в положение “-2”, где дUдоб" = 0% и снова производим расчеты.

Тогда в режиме наибольших нагрузок:

Отклонения напряжения в не превышают допустимого значения +5%.

14 Расчёт заземляющего устройства

Для установок, имеющих напряжение до 1000 В и выше, получаются два значения нормативных сопротивлений заземляющего устройства:

Rзу = 4 Ом - для стороны до 1000 В;

- для стороны выше 1000 В.

За расчётное значение должно быть принято меньшее из этих двух значений, как обеспечивающее безопасность. Определяем сопротивление заземляющего устройства:

, (14.1)

где Iз = 6 А - емкостной ток замыкания на землю сети выше 1000В, (по заданию).

.

Таким образом, определяющим для расчёта является требование:

Rзу = 4 Ом.

Определяется расчетное удельное сопротивление земли:

Ом · м,

где Кс=1,1-1,35 - коэффициент сезонности, учитывающий промерзание и просыхание грунта;

- удельное сопротивление грунта, измеренное при нормальной влажности; (=130 Омм - из задания).

Заземляющее устройство выполняем в виде контура (прямоугольника) из горизонтальных и вертикальных заземлителей. В качестве вертикальных электродов используем арматурный пруток диаметром 12 мм и длиной l=5 м. Верхний конец электрода находится ниже уровня земли на 0,7 м.

Сопротивление одного вертикального электрода:

Ом.

Определяем ориентировочное число вертикальных заземлителей при предварительно принятом коэффициенте использования вертикальных электродов Ки.в=0,5

,

Предварительно принимаем n = 18.

Горизонтальные электроды выполняем из полосовой стали 404 мм. Общая длина полосы, при отношении расстояния между заземлителями к их длине, равным 1, l = 90 м.

Определяется сопротивление полосы, соединяющей вертикальные электроды:

;

где - сопротивление горизонтальной полосы:

;

Ки.г - коэффициент использования горизонтальных электродов (Ки.г=0,3-0,4).

Определяется необходимое сопротивление вертикальных электродов с учетом горизонтальной полосы:

.

Определяется уточненное число вертикальных электродов

.

Окончательно приминаем в контуре 12 вертикальных заземлителя.

План заземления подстанции показан на рисунке 14.1.

Рисунок 14.1 - План заземления подстанции

Размещено на Allbest.ru