в нормальном режиме:

,

в аварийном режиме:

.

Потери напряжения находятся в пределах нормы.

3.3 Выбор шин РУ 0,4 кВ

В РУ 0,4 кВ ошиновка и сборные шины выполняются жёсткими алюминиевыми шинами. Шины предназначены для жёсткого соединения электрических аппаратов на подстанции. Главная их задача -- пропускать через себя электрический номинальный ток и различные аварийные токи без разрушения. Сечения шин выбирают по длительно допустимому току. Проверку шин производят на электродинамическую и термическую стойкость к токам короткого замыкания.

Выбор шин по длительно допустимому току. Для нормальной работы шин в пределах установленных температур нагрева, необходимо, чтобы длительно допустимый ток шин был больше наибольшего расчетного тока:

. (3.13)

Длительно допустимый ток для прямоугольных шин определяется из выражения:

(3.14)

где k1 - поправочный коэффициент при расположении шин горизонтально (плашмя) (k1 = 0,95); k2 - поправочный коэффициент длительно допустимого тока для многополосных шин; k3 - поправочный коэффициент для шин при температуре окружающей среды (воздуха) ио,с, отличной от 25⁰С (таблица 9.8 [2]), Iдоп,о - длительно допустимый ток полосы при температуре шины иш = 70⁰С, температура окружающей среды ио,с = 25⁰С и расположении шин вертикально (на ребро) (таблица 9.6 [2]), А.

Проверка шин на электродинамическую стойкость к токам короткого замыкания. Для соблюдения условий достаточной механической прочности шин при токах короткого замыкания расчетное напряжение в шинах ур не должно превосходить допустимого механического напряжения удоп для данного металла шин на изгиб (таблица 9.9 [2]):

(3.15)

Допустимое максимальное усилие на изгиб в шине в зависимости от допустимого механического напряжения удоп определим из выражения:

 (3.16)

где Fдоп - допустимое максимальное усилие на изгиб, кгс; W - момент сопротивления (таблица 9.10 [2]), см3; l - длина пролета между изоляторами, см.

Расчетное усилие от динамического воздействия тока короткого замыкания определим из выражения:

(3.17)

где а - расстояние между шинами разных фаз, см; l - длина пролета между изоляторами, см, iу--ударный ток короткого замыкания, кА.

Из требования Fр < Fдоп следует

Или

Максимальное расчетное напряжение в шинах ур определим из выражения:

Выберем сечение шины для РУ 0,4 кВ по приведенным выше условиям. К установке принимаем прямоугольные алюминиевые шины марки АТ, сечением 50х5 мм²:

Рассчитаем длительно допустимый ток по формуле (3.14), учитывая, что k1 = 1; k2 = 1; k3 = 0,94; Iдоп,о = 665 А:

Произведем проверку сечения выбранных шин по допустимому нагреву из условия (3.13):

Условие выполняется.

Определим допустимое максимальное усилие на изгиб в шине по формуле (3.16), учитывая, что удоп = 650 кгс/см²; W = 0,17hb2 (h - высота шины, см; b- толщина шины, см

Определим расчетное усилие от динамического воздействия тока КЗ по формуле (3.17), учитывая, что iуд = 6,5 кА, а = 50см:

Определим максимальное расчетное напряжение в шинах ур по формуле:



Произведем проверку шин на механическую прочность по условию (3.15):

Выбранное сечение проходит по всем условиям выбора.

4. Расчет цеховой распределительной сети приготовительного участка

4.1 Выбор схемы электроснабжения цеховой электрической сети приготовительного участка

Цеховые сети распределения электроэнергии должны:

- обеспечивать необходимую надежность электроснабжения приемников электроэнергии в зависимости от их категории;

- быть удобными и безопасными в эксплуатации;

- иметь оптимальные технико-экономические показатели (минимум приведенных затрат);

- иметь конструктивное исполнение, обеспечивающее применение индустриальных и скоростных методов монтажа.

Цеховые сети промышленных предприятий выполняют на напряжение до 1 кВ (наиболее распространенным является напряжение 380 В). На выбор схемы и конструктивное исполнение цехов сетей оказывают влияние такие факторы, как степень ответственности приемников электроэнергии, режимы их работы и размещении по территории цеха, номинальные токи и напряжения.

Все электроприемники приготовительного участка являются сравнительно небольшими по мощности и относительно равномерно распределены по площади цеха.

Электрооборудование работает при нормальных условиях окружающей среды, грунт в районе цеха - суглинок с температурой +10°С.

Все электроприемники цеха можно отнести ко II категории надежности электроснабжения.

Для электроснабжения электроприемников цеха выбираем магистральную схему типа блок трансформатор-магистраль. Магистральные схемы обеспечивают высокую надежность электроснабжения, обладают универсальностью и гибкостью (позволяют заменять технологическое оборудование без особых изменений электрической сети), позволяют отказаться от применения громоздкого и дорогостоящего распределительного устройства или щита.

Для электроснабжения главные магистральные линии использованы не будут, а распределительные магистрали, к которым подключаются электроприемники, будут получать питание непосредственно от шин комплектной трансформаторной подстанции. Это решение объясняется тем, что суммарная потребляемая мощность электроприемников цеха не достигает больших значений, а магистральные шинопроводы рассчитаны на токи до 6300 А. Поэтому, пропускной способности распределительных шинопроводов будет достаточно, чтобы обеспечить надежность и качество электроснабжения электроприемников.

Распределительные магистрали выполним комплектными распределительными шинопроводами, выпускаемые промышленностью. К достоинствам комплектных шинопроводов относится:

- возможность быстрого изменения конфигурации сети;

- очень малые размеры;

- простой монтаж;

- высокая степень защиты от внешних воздействий;

- высокая огнестойкость;

- большая устойчивость к короткому замыканию.

К недостатку можно отнести высокую стоимость, по сравнению с открытыми шинопроводами.

Из-за наличия на участке мостовых кранов шинопроводы располагаем на колонах и закрепляем на кронштейнах. Распределение электроэнергии к отдельным электроприемникам осуществляем от ответвительных коробок шинопроводов проводом марки АПВ, проложенным в металлорукавах.

4.2 Расчет электрических нагрузок приготовительного участка

Первым этапом проектирования системы электроснабжения является определение электрических нагрузок. По значению электрических нагрузок выбирают и проверяют электрооборудование системы электроснабжения, определяют потери мощности и электроэнергии. Завышение ожидаемых нагрузок приводит к удорожанию строительства, перерасходу проводникового материала и неоправданному увеличению мощности трансформаторов и прочего оборудования. Занижение может привести к уменьшению пропускной способности электросети, к лишним потерям мощности, перегреву проводов, кабелей и трансформаторов, а следовательно, к сокращению срока их службы.

Согласно "Указаниям по расчету электрических нагрузок в промышленных установках" ВНИПИ Тяжпромэлектропроект основным методом определения расчетной нагрузки является метод упорядоченных диаграмм, использующий коэффициент расчетной нагрузки:

,

,

,

.

Этот метод по сравнению с другими обеспечивает наибольшую точность (до 10% от значения РР).

Все электроприемники разделим на характерные категории, с одинаковым коэффициентом использования КИ и коэффициентом реактивной мощности cos ц. Исходные данные (количество электроприемников, их номинальные мощности) берем согласно заданию на проектирование, а значения коэффициентов - из справочных данных. При этом по [7] для электродвигателей с повторно-кратковременным режимом работы приведение к номинальной мощности, т.е. к длительному режиму (ПВ = 100%) не производится, т.к. значение коэффициента использования включает в себя коэффициент включения, т.е. ПВ.

Номинальная (установленная) мощность одного электроприемника - мощность, обозначенная на заводской табличке или в его паспорте. Применительно к агрегату с многодвигательным приводом под номинальной мощностью подразумевают наибольшую сумму номинальных мощностей одновременно работающих двигателей агрегата.

Групповая номинальная (установленная) активная мощность - сумма активных номинальных мощностей группы электроприемников:

где n - число электроприемников.

Номинальная реактивная мощность qн одного электроприемника - реактивная мощность, потребляемая из сети или отдаваемая в сеть при номинальной активной мощности и номинальном напряжении, а для синхронных двигателей - при номинальном токе возбуждения.

Групповая номинальная (установленная) реактивная мощность - алгебраическая сумма реактивных мощностей входящих в группу:

где tg ц - паспортное или справочное значение коэффициента реактивной мощности.

Эффективное число электроприемников nэф - это такое число однородных по режиму работы электроприемников одинаковой мощности, которое обуславливает те же значения расчетной нагрузки, что и группа различных по мощности электроприемников.

Расчетная мощность Рр, Qр - это мощность, соответствующая такой неизменной токовой нагрузке Iр, которая эквивалентна фактической изменяющейся во времени нагрузке по наибольшему возможному тепловому воздействию на элемент системы электроснабжения.

Резервные электроприемники, ремонтные сварочные трансформаторы и другие ремонтные электроприемники (пожарные насосы, задвижки, вентиляторы и т.п.), при подсчете расчетной мощности не учитываются.

Учитывая, что от шинопроводов питается большое число потребителей, в соответствии с рекомендациями [2], эффективное число приемников nэф будем определять упрощенным способом по формуле:

, (2.1)

где n - фактическое число приемников в рассматриваемой группе; n1 - число наибольших приемников в группе, мощность каждого из которых не менее половины мощности наибольшего приемника (включая сам наибольший приемник); Рном - суммарная номинальная мощность приемников всей группы; Рном1 - суммарная номинальная мощность n1 наибольших приемников группы.

Далее, в зависимости от эффективного числа электроприемников и коэффициента использования, по таблицам [2] определяется коэффициент расчетных нагрузок Кр.

Расчетную реактивную нагрузку по этому методу принимают равной:

при nэф ? 10

, (2.2)

при nэф > 10

. (2.3)

Для расчета разделим все электроприемники на 2 группы: питаемые от ШРА-1 и ШРА-2.

Найдем эффективное число приемников nэф по формуле (2.1):

для ШРА-1:

,

для ШРА-2:

.

Коэффициенты расчетных нагрузок определяем по таблице 3.2 [2] в зависимости от nэф и КИ: КР1 = 1,25, КР2 = 1,06.

Расчетная активная мощность составит:

для ШРА-1:

кВт,

для ШРА-2:

 кВт.

Учитывая, что nэф в обоих случая меньше 10, находим расчетную реактивную мощность по формуле (4.2):

кВар;

кВар;

кВар.

Расчетные токи соответственно для ШРА-1 и ШРА-2 составят:

А;

А.

Таблица 2.1 Расчет электрических нагрузок цеха

Исходные данные	Средняя мощность, кВт	Средневзвешенный коэффициент использования КИ= РСгр/ ?РН	Эффективное число ЭП nЭ	Коэффициент расчетной нагрузки КР	Расчетная мощность	Расчетный ток, А IР
по заданию	по справочным данным	по характер ным группам рС = рН Ки	в целом ЭП, подключенные к узлу питания РС гр				кВт РР	кВар QР	кВА SР
Наименование характерных категорий ЭП, подключенных к узлу питания	Количество ЭП, шт. n	Номинальная установленная мощность, кВт РН	Коэффициент использования Ки	Коэффициент реактивной мощности cos ц
ШРА-1:
Металлорежущие станки	7	51	0,16	0,5	8,2	63,3	0,3	7	1,25	79,1	78,8	111,7	169,91
Сварочное оборудование	3	69	0,35	0,6	24,2
Вентиляторы	1	40	0,65	0,8	26
Прессы	3	29	0,17	0,65	4,9
ШРА-2:
Металлорежущие станки	8	71	0,16	0,5	11,4	115,4	0,4	9	1,06	122,3	198,1	232,8	354,12
Сварочное оборудование	3	38	0,35	0,6	13,3
Краны	2	80	0,8	0,5	64
Вентиляторы	1	40	0,65	0,8	26
Прессы	3	63	0,17	0,65	10,7

4.3 Расчет осветительных нагрузок приготовительного участка

Правильное выполнение осветительных установок способствует рациональному использованию электроэнергии, улучшению качества выпускаемой продукции, повышению производительности труда, уменьшению количества аварий и случаев травматизма, снижению утомляемости рабочих.

4.3.1 Выбор и расположение светильников

Выбор светильников определяется характером окружающей среды, требованиями к светораспределению и ограничению слепящего действия. Учитывая все это, для освещения цеха выберем дуговые ртутные лампы высокого давления (ДРЛ) со светильниками РСПО5/ГО3. ДРЛ повсеместно применяют для общего освещения производственных помещений высотой более 8 м, в которых не предъявляются высокие требования к правильной цветопередаче. А принятый светильник имеет глубокую кривую силы света, что позволяет эффективно освещать высокие помещения, стены и потолок в которых имеют невысокие отражающие свойства. Выбор числа светильников и мощности ламп показан ниже.

Основным вопросом устройства осветительных установок является правильное расположение выбранных светильников. От его решения зависят экономичность, качество освещения и удобство эксплуатации.

Выбор плана расположения светильников будет производить в соответствии с рекомендациями [5].

Найдем расчетную высоту h по формуле:

, (2.4)

где H - высота помещения, H = 9 м; hр - высота расчетной поверхности над полом, hр =0,8 м; hс - расстояние светильника от перекрытия, hс = 1,2 м.

Тогда, расчетная высота по формуле (4.4) равна:

м.

Найдем оптимальное расстояние между рядами светильников L по формуле:

, (4.5)

где л - отношения расстояния между светильниками к расчетной высоте, берется из таблицы 10.4 [5], л = 1; h - расчетная высота, м.

Оптимальное расстояние между рядами светильников по формуле (4.4) равно:

м.

Число рядов светильников в цехе m определяется по формуле:

,

где LЦ - длина цеха.

Таким образом, число рядов светильников в цехе равно:

.

Расстояние от стены до ближайшего ряда светильников l, м:

,

.

Отношение расстояния между рядами светильников LА к расстоянию между светильниками LВ в ряду должно быть не более 1,5. Выбираем число светильников в ряду В равным 3. Тогда, расстояние между светильниками LВ равно 5м. Делаем проверку LА/LВ = 7/5 = 1,4 < 1,5. Условие выполняется.

Таким образом, число светильников в цехе

.

4.3.2 Расчет осветительной установки

Задачей расчета осветительной установки является определение числа и мощности источника света. Расчет будем вести методом коэффициента использования. При расчете по этому методу световой поток ламп Ф каждом светильнике, необходимый для создания заданной минимальной освещенности определяется по формуле:

, (4.6)

где Кзап - коэффициент запаса, Кзап = 1,5 (таблица 4.4 [3]); ЕН - норма освещенности, ЕН = 250 лк (таблица 4.4 [3]); z = Ecp/EH - коэффициент минимальной освещенности, z = 1,15 для ламп накаливания и ДРЛ; F - площадь освещаемой поверхности; N - число светильников, N = 48; Ю - коэффициент использования светового потока источника света, Ю = 0,73.

Тогда, световой поток ламп по формуле (4.6) равен:



По полученному световому потоку выбираем лампу типа ДРЛ мощностью 400 Вт со световым потоком Ф = 20400 лм (Фном отличается от Фр на 5,43%; допустимо, чтобы поток лампы отличался от расчетного значения на -10 - +20% [5]).

Расчетная нагрузка Рр.о питающей осветительной сети определяется по формуле:

, (4.7)

где КС - коэффициент спроса, КС = 0,95; КПРА - коэффициент, учитывающий потери мощности в пускорегулирующей аппаратуре, КПРА = 1,1; Руст - установленная мощность ламп, Руст = 48•0,4 = 19,2 кВт.

Тогда, расчетная нагрузка по формуле (4.7) равна:

.

Полная расчетная осветительная нагрузка составит:

Значение тока Iр.о протекающего по линиям осветительной сети находятся по формулам:

для трехфазной сети:

,

для однофазной сети:

где Рр,о - активная расчетная мощность одной и трех фаз, кВт; cos ц - коэффициент мощности нагрузки; UФ и UЛ - номинальные напряжения сети - фазное и линейное, кВ.

Рассчитаем ток, протекающий по линии Л1 напряжением 380 В от РУ 0,4 кВ до осветительных щитков:

Расчетный ток распределительных линий будет зависеть от расчетной мощности каждой линии. Расчетную мощность найдем по формуле (4.7):

для линии Л2:

,

для линий Л3, Л4, Л5, Л6, Л8, Л9, Л11:

,

для линии Л7:

,

для линии Л10:

.

Расчетный ток для линии Л2 составит:

,

для линий Л3, Л4, Л5, Л6, Л8, Л9, Л11:

,

для линий Л7:

,

для линий Л10:

.

Результаты расчетов сведем в таблицу 4.2.

Важным условием при проектировании осветительных установок является обеспечение у ламп необходимого уровня напряжения. Для этих целей выполним расчет сети по потере напряжения.

Величина располагаемых (допустимых) потерь напряжения в сети определяется из выражения:

, (4.8)

где ?Uд - располагаемая потеря напряжения в сети; Ux.x - номинальное напряжение при холостом ходе трансформатора Ux.x = 105%; Uмин - допускаемое напряжение у наиболее удаленных ламп, Umin = 97,5%; ?Uт - потеря напряжения в трансформаторе, приведенная ко вторичному напряжению.

Все значения в формуле (4.8) указаны в процентах.

Таблица 4.2. Расчет мощностей и токов осветительной сети

Участок сети	Установленная мощность Руст, кВт	cos ц	Расчетная мощность Рр,о, кВт	Расчетный ток Iр.о, А
Л1	19,2	0,85	20,06	35,9
Л2	4,8		5,02	26,9
Л3, Л4, Л5, Л6, Л8, Л9, Л11	1,6		1,67	8,93
Л7	2,4		2,51	13,4
Л10	2,0		2,1	11,2

Потеря напряжения ?Uт зависит от мощности трансформатора, его загрузки, коэффициента мощности питаемых электроприемников и определяется с достаточным приближение по формуле:

,

где в - коэффициент загрузки трансформатора; Uат и Uрт - активная и реактивная составляющие напряжения короткого замыкания трансформатора; cos ц - коэффициент мощности на зажимах вторичной обмотки трансформатора.

Значения Uат и Uрт определяются следующими выражениями:

,

,

где Рк - потери короткого замыкания, кВт; Рн - номинальная мощность трансформатора, кВ·А; Uк - напряжение короткого замыкания, %.

Активная и реактивная составляющие напряжения короткого замыкания трансформатора составят:

,

Потеря напряжения в трансформаторе равна:

Определим допустимую потерю напряжения в сети по формуле (2.8):

4.4 Выбор числа и мощности цеховых трансформаторов

При выборе числа цеховых трансформаторов необходимо учитывать категории надежности потребителей. Большинство электроприемников цехов чесального и сушильного участков относятся ко II категории. Надежности электроснабжения предприятия достигают за счет установки на подстанции двух трансформаторов. Поэтому, принимаем к установке комплектную двухтрансформаторную подстанцию. Резервное питание потребителей II категории вводится действиями дежурного персонала.

Мощность трансформатора выбираем так, чтобы при выходе из строя одного из них, второй (с учетом допустимой перегрузки) обеспечивал питание потребителей II категории. Также при выборе мощности трансформаторов учитывается рациональной коэффициент их загрузки в нормальном режиме. Таким образом, номинальная мощность трансформаторов Sном.т определяется по формуле:

, (4.9)

где N - число трансформаторов; КЗ - коэффициент загрузки, на двухтрансформаторных цеховых подстанциях при преобладании потребителей II категории оптимальный коэффициент загрузки принимают в пределах КЗ = 0,7-0,8 [5]; Sр - расчетная нагрузка за наиболее загруженную смену, кВА.

При выборе трансформатора будем учитывать также, что в послеаварийном режиме (при отключении одного трансформатора) оставшийся в работе трансформатор обеспечивал необходимую нагрузку предприятия. Критерием допустимости аварийных перегрузок трансформатора служит износ изоляции, который допускается значительно выше нормального, а перегрузка ограничивается только температурой наиболее нагретой точки обмотки, которая должна быть еще безопасной для дальнейшей нормальной эксплуатации трансформатора. Если нагрузка трансформатора до аварийной перегрузки не превышала 0,93 паспортной мощности, его можно перегружать до 5 суток на 40%, но не более 6 часов каждые сутки.

Допустимая аварийная перегрузка трансформатора определяется из выражения:

. (4.10)

Из формулы (4.9) номинальная мощность каждого цехового трансформатора равна:

Принимаем к установке КТП 2*630/10/0,4, с трансформаторами кентауского трансформаторного завода ТМ-630/10 номинальной мощностью по 630 кВА. Основные технические характеристики трансформаторов приведены в таблице 4.3.

Проверяем перегрузочную способность трансформаторов в аварийном режиме по условию (4.10):

Такая перегрузка трансформатора допустима в течение 5 суток с продолжительностью по 6 часов в сутки (если приняты меры по охлаждению трансформатора).

Таблица 4.3 Технические характеристики трансформаторами ТМ-630/10

Тип	Номинальная мощность, кВА	Номинальное. напряжение, кВ	Потери, кВт	Uk, %	Ik, %	Макс.размеры, м	Масса, кг
		ВН	НН	ДPx	ДPкз			длина	ширина	высота
ТМ 630/10	630	6-10	0,4	1,15	7,6	5,5	1,7	1,6	1,1	1,9	2280

4.5 Выбор комплектных шинопроводов

Распределительные шинопроводы типа ШРА предназначены для выполнения внутри помещений распределительных электрических сетей в системах с глухозаземленной нейтралью напряжением 380/220 В, частотой 50 Гц.

Комплектный шинопровод представляет собой отдельные сборные секции из трех-четырех шин, заключенные в оболочку и скрепленные самой оболочкой. Основными преимуществами комплектных шинопроводов являются:

- очень малые размеры;

- простой монтаж;

- высокая степень защиты от внешних воздействий;

- высокая огнестойкость;

- большая устойчивость к короткому замыканию.

Распределительные шинопроводы типа ШРА выбирают по расчетному току Iр из условия:

,

где Iном - номинальный ток шинопровода.

Потерю напряжения в распределительном шинопроводе определяют по формуле:

,

где Iр - расчетный ток шинопровода; l - длина шинопровода; rуд, xуд - соответственно удельные активные и индуктивные сопротивления шинопровода.

В условиях нормальной работы приемников электроэнергии отклонения напряжения от номинального значения на зажимах электродвигателей и аппаратов для их пуска и управления допускаются в пределах - 5-10% [5].

Комплектные шинопроводы проверяют на электродинамическую стойкость по условию:

,

где iуд - расчетный ударный ток КЗ в начале шинопровода, кА; iуд.доп - допустимый ударный ток КЗ для данного типа шинопровода, кА.

Произведем выбор распределительных шинопроводов ШРА-1 и ШРА-2 по приведенными выше параметрам.

Для ШРА-1выбираем комплектный распределительный шинопровод серии ШРА73, длительно-допустимый ток Iном которого равен 250 А.

Определим потерю напряжения в конечной точке шинопровода:

.

Падение напряжения находится в допустимых пределах.

Проверим шинопровод на электродинамическую стойкость:

,

.

Для ШРА-2 выбираем комплектный распределительный шинопровод серии ШРА73, длительно-допустимый ток Iном которого равен 400 А.

,

.

Определим потерю напряжения в конечной точке шинопровода:

.

Падение напряжения находится в допустимых пределах.

Проверим шинопровод на электродинамическую стойкость:

,

.

Технические характеристики комплектных распределительных шинопроводов серии ШРА73 показаны в таблице 4.4.

Таблица 4.4

Технические характеристики комплектных распределительных шинопроводов серии ШРА73

Характеристики	ШРА73У3
Номинальный ток, А	250	400
Электродинамическая стойкость, кА	15	25
Поперечное сечение, мм	260х80	284х95
Степень защиты	IP32	IP32
Типы коммутационной аппаратуры, установленной в ответвительных коробках: предохранители автоматические выключатели (ток, А)	ПН2-100 А3710(160) А3120(100) АЕ2050(100)	ПН2-100 А3710(160) А3720(250) АЕ2050(100) А3120(100)

4.6 Выбор сечения проводников осветительной сети

Проводники электросетей от проходящего по ним тока согласно закону Джоуля-Ленца нагреваются. Количество выделенной тепловой энергии пропорционально квадрату тока, сопротивлению и времени протекания тока. Нарастание температуры проводника происходит до тех пор, пока не наступит тепловое равновесие между теплом, выделяемым в проводнике с током и отдачей в окружающую среду.

Чрезмерно высокая температура нагрева проводника может привести к преждевременному износу изоляции, ухудшению контактных соединений и пожарной опасности. Поэтому устанавливаются предельно допустимые значения температуры нагрева проводников в зависимости от марки и материала изоляции проводника в различных режимах.

Длительнопротекающий по проводнику ток, при котором устанавливается наибольшая длительно-допустимая температура нагрева проводника, называется предельно допустимым током по нагреву.

Сечение проводов осветительной сети определим исходя из допустимой потери напряжения с последующей проверкой на нагрев по таблицам допустимых нагрузок. Проверка по экономической плотности тока в соответствии с указаниями ПУЭ для осветительных сетей не производится.

Для определения сечения проводов осветительных сети используют следующую формулу:

(4.11)

где М = Ррl - момент нагрузок, кВт•м; Рр - расчетная нагрузка, кВт; l - длина участка сети, м; ?U% - потеря напряжения на участке (допустимая); С1 - расчетный коэффициент (таблица 16.2 [8]).

Проверка сечения проводов по нагреву сводится к сравнению расчетного тока Iр с длительно допустимыми токами нагрузки, приводимыми для стандартных сечений проводов в таблицах ПУЭ и справочниках:

, (4.12)

где Iр - расчетный ток линии, А; Iдл.доп - длительно допустимый ток проводника, А.

Выберем сечение питающего провода осветительной сети Л1 напряжением 380 В. Расчетная нагрузка на участке равна 20,06 кВт, длина линии составляет 105 м. Допустимая потеря напряжения равна 4% (см. гл. 2.2.2). Расчетный коэффициент для трехфазной линии равен 50 [7].

Сечение провода по формуле (4.11) равно:

Выбираем кабель с алюминиевыми жилами с бумажной пропитанной изоляцией с защитным покровом из выпресованной оболочки из поливинилхлорида марки ААШв сечением 4х10 мм2, Iдл.доп = 65 А.

Произведем проверку выбранного кабеля по нагреву длительно допустимым током по формуле (4.12):

,

Кабель выбранного сечения проходит по всем параметрам выбора.

Выберем сечение распределительного провода осветительной сети Л2 напряжением 220 В. Расчетная нагрузка на участке равна 5,02 кВт, длина линии составляет 37 м. Допустимая потеря напряжения равна 4% (см. гл. 2.2.2). Расчетный коэффициент для трехфазной линии равен 8,3 [7].

Сечение провода по формуле (4.12) равно:

Выбираем кабель с алюминиевыми жилами с резиновой изоляцией в металлических защитных оболочках сечением 2х6 мм2, Iдл.доп = 50 А.

Произведем проверку выбранного кабеля по нагреву длительно допустимым током по формуле (4.12):

,

Кабель выбранного сечения проходит по всем параметрам выбора.

Выбор и проверку сечения кабельных линий для остальных участков проведем аналогично. Результаты расчетов сведем в таблицу 4.5.

Таблица 4.5 Расчет и выбор проводников осветительной сети

Участок сети	Установленная мощность Руст, кВт	cos ц	Расчетная мощность Рр,о, кВт	Расчетный ток Iр.о, А	Количество жил и сечение кабеля, мм2
Л1	19,2	0,85	20,06	35,9	4х10
Л2	4,8		5,02	26,9	2х6
Л3, Л4, Л5, Л6, Л8, Л9, Л11	1,6		1,67	8,93	2х6
Л7	2,4		2,51	13,4	2х6
Л10	2,0		2,1	11,2	2х6

4.7 Выбор осветительных щитков

Для приема и распределения электроэнергии к осветительным установкам, защиты их от перегрузок и токов короткого замыкания применим силовые распределительные пункты. Распределительные пункты выбирают по номинальному напряжению, номинальному току, типу исполнения (встроенный или навесной), по количеству встраиваемых выключателей.

Выбираем силовой распределительный пункт серии ПР-8-РУ новосибирского завода "Электрокомплектсервис".

Пункты силовые распределительные ПР-8-РУ применяют в сетях электроснабжения промышленных предприятий, административных и жилых зданий. Пункты силовые распределительные серии ПР-8-РУ предназначены для распределения электрической энергии и защиты электрических установок напряжением до 660 (380) В переменного тока частотой 50 и 60 Гц при перегрузках и токах короткого замыкания, для нечастых (до 6 в час) оперативных включений и отключений электрических цепей в сетях с глухозаземленной нейтралью. Они разработаны для эксплуатации в цепях с номинальным напряжением до 660В переменного тока частотой 50 Гц. Распределительные пункты используют для компенсации реактивной мощности в осветительных сетях с лампами типа ДРЛ, для чего они могут комплектоваться четырьмя конденсаторами КС1-038-18У3. Технические характеристики распределительного пункта показаны в таблице 4.6.

Таблица 4.6 Технические характеристики распределительного пункта

Параметр	Значение
Тип	ПР-8-РУ-1202-20
Номинальный ток, А	до 100
Наличие вводного выключателя	есть
Максимальное количество модулей распределения	12
Наличие УЗО	по заказу
Исполнение	навесной
Высота, мм	250
Ширина, мм	350
Глубина, мм	95

Шкаф представляет собой стальной корпус с дверцей, снабженной защелкой или замком. Внутри корпуса при помощи спецпланок, монтажных панелей либо к DIN-рейкам крепятся автоматические выключатели и другая аппаратура. Для защиты обслуживающего персонала от случайного прикосновения к токоведущим элемента предусмотрена установка фальшпанели. Все контакты для присоединения питающих и отходящих линий доступны для обслуживания с передней стороны шкафа при снятом фасадном обрамлении. Замена отдельных автоматов возможна без демонтажа щитка.

Устанавливаемые в шкафы выключатели распределения могут быть в любом сочетании по номинальным тока расцепителей. При этом одновременная суммарная нагрузка выключателей не должна превышать номинальный ток шкафа.

Шкафы допускают ввод проводом в трубах и кабелем с резиновой и пластмассовой изоляцией с медными и алюминиевыми жилами и вывод проводом в трубах и кабелем с резиновой и пластмассовой изоляцией с медными и алюминиевыми жилами. Конструкция шкафов обеспечивает ввод и вывод питающих и отходящих линий как сверху, так и снизу.

4.8 Расчет токов короткого замыкания в сетях 0,4 кВ

Основной причиной нарушения нормального режима работы системы электроснабжения, является возникновение КЗ в сети или в элементах электрооборудования вследствие повреждения изоляции или неправильных действий обслуживающего персонала.

Последствия КЗ весьма разнообразны:

а) механические и термические повреждения оборудования;

б) снижение уровня напряжения в сети, ведущее к уменьшению вращающего момента электродвигателей, их торможению, снижению производительности и возможно к полной остановке;

в) выпадение из синхронизма отдельных генераторов, электростанций и частей электрической системы;

г) возгорания электроустановок;

д) электромагнитное влияние на линии связи и на системы железнодорожных блокировок и т.п.

Для снижения ущерба, обусловленного выходом из строя электрооборудования при протекании токов КЗ, а также для быстрого восстановления нормального режима работы системы электроснабжения необходимо правильно определить токи КЗ и по ним выбрать электрооборудование и защитную аппаратуру.

Расчет токов КЗ в крупной электрической системе представляет достаточно трудную задачу. Поэтому при расчетах примем ряд упрощений, не вносящих существенных погрешностей в расчеты:

а) отсутствие качаний генераторов (принимается, что в процессе КЗ генераторы вращаются синхронно);

б) линейность всех элементов схемы (неуче насыщения магнитных систем);

в) приближенный учет нагрузок (все нагрузки представляются в виде постоянных по величине активных и индуктивных сопротивлений);

г) пренебрежение распределенной емкостью линий;

д) пренебрежение током намагничивания трансформаторов.

Расчетным видом КЗ для выбора параметров электрооборудования будем считать трехфазное КЗ. При этом будем считать, что КЗ питается от системы с неограниченной мощностью. В этом случае можно считать, что в точке КЗ амплитуда периодической составляющей тока КЗ во времени не изменяется, а следовательно, остается также неизменным в течение всего процесса КЗ и ее действующее значение IП0 = IП.t = I?.

При напряжении до 1 кВ даже небольшое сопротивление оказывает существенное влияние на ток КЗ. Поэтому в расчетах будем учитывать активные rдоб и реактивные xдоб сопротивления всех переходных контактов на распределительных устройствах подстанции, на зажимах аппаратов питаемых от шинопроводов. Точная оценка сопротивлений контактных соединений и переходного сопротивления в точке короткого замыкания представляет трудную задачу, так как величина этих сопротивлений зависит от многих факторов. При отсутствии достоверных данных о переходных сопротивлениях контактов допускается учитывать их, совокупно включая сопротивление переходных контактов в точке короткого замыкания [7]. Значения переходных сопротивлений для расчета токов короткого замыкания берем из [5].

Расчет токов короткого замыкания будем вести в именованных единицах. При этом сопротивления элементов системы электроснабжения высшего напряжения необходимо привести к низшему напряжению по формулам:

,

где rНН и хНН - соответственно активное и индуктивное сопротивления элемента системы электроснабжения высшего напряжения, приведенные к низшему напряжению, мОм; rВН и хВН -соответственно активное и индуктивное сопротивления элемента системы электроснабжения высшего напряжения, мОм; Uном.НН и Uном.ВН - соответственно номинальные напряжения высшей и низшей ступеней, кВ.



Рисунок 4.1 Расчетная схема и схема замещения для расчета токов короткого замыкания

Сопротивление цехового трансформатора определяется из выражения:

активное сопротивление:

(4.13)

где ?РК - мощность короткого замыкания трансформатора (по справочным данным), кВт; Uном - номинальная напряжение, кВ; Sном.т - номинальная мощность трансформатора, МВА.

реактивное сопротивление;

(4.14)

где Uk - напряжение короткого замыкания трансформатора, %.

Сопротивление шинопровода определяется из выражения:

активное сопротивление:

где rуд - удельное сопротивление шинопровода, Ом/км; l - длина шинопровода.

реактивное сопротивление:

где худ - удельное сопротивление шинопровода, Ом/км; l - длина шинопровода.

Ток короткого замыкания определим из выражения:

(4.15)

где r?K - суммарное активное сопротивление до точки короткого замыкания, мОм; x?K - суммарное реактивное сопротивление до точки короткого замыкания, мОм.

Для выбора и проверки электрооборудования по условию электродинамической стойкости необходимо знать наибольшее значение токов КЗ, которое называют ударным током и определяют по формуле:

(4.16)

где IK - ток короткого замыкания, Куд - ударный коэффициент.

Рассчитаем ток короткого замыкания на зажимах вводного выключателя, установленного в КТП (точка К1).

Приведем сопротивления системы электроснабжения высшего напряжения к напряжению 0,4 кВ (исходные данные берем из главы 4.7):

,

.

Определим сопротивление цехового трансформатора по формулам (4.13-4.14):

активное сопротивление:

,

реактивное сопротивление:

.

Суммарное активное сопротивление составит:

Суммарное реактивное сопротивление составит:

Ток короткого замыкания в точке К1 по формуле (4.15) равен:

Ударный ток в точке К1 по формуле (4.16) равен:

где Куд = 1 (таблица 8.3 [2]).

Аналогично рассчитаем ток короткого замыкания на зажимах автомата, защищающего шинопровод ШРА-1 (точка К2), с учетом добавочного сопротивления катушек (расцепителей) максимального тока автоматического выключателя низкого напряжения. Величина тока короткого замыкания на зажимах автомата, защищающего шинопровод ШРА-2 и автомата, защищающего кабельную линии осветительной сети по расчету равна току короткого замыкания в точке К2, так сопротивлении сборных шин КТП отличается друг от друга незначительно в каждой из указанных точек. Это объясняется небольшой длиной сборных шин. Результаты расчетов показаны в таблице.

Рассчитаем ток короткого замыкания в конечной точке шинопровода ШРА-1 (точка К3). При этом учитываем сопротивление шинопровода.

Определим сопротивление шинопровода:

активное сопротивление:

реактивное сопротивление:



Суммарное активное сопротивление составит:

Суммарное реактивное сопротивление составит:

Ток короткого замыкания в точке К3 по формуле (4.15) равен:

Ударный ток в точке К3 по формуле (4.16) равен:

где Куд =1,05 (таблица 8.3 [2]).

Аналогично рассчитаем ток короткого замыкания в конечной точке шинопровода ШРА-2 (точка К4).

Результаты расчетов токов короткого замыкания приведены в таблице 4.7.

Таблица 4.7 Расчетные значения тока КЗ в цеховой сети

Точка	r?, мОм	х?, мОм	IК, кА	iуд, кА
К1	5,73	14,43	15,02	21,17
К2	6,1	14,44	14,7	19,11
К3	30,1	26,44	5,78	6,1
К4	24,3	28,44	6,18	6,8

4.9 Выбор защитной и коммутационной аппаратуры

Согласно ПУЭ от перегрузок необходимо защищать силовые и осветительные сети, выполненные внутри помещений открыто проложенными изолированными незащищенными проводниками с горючей изоляцией; силовые сети, когда по условию технолотческого 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.

4.9.1 Выбор автоматических воздушных выключателей

Автоматические выключатели с естественным воздушным охлаждением предназначены для отключения тока при КЗ, перегрузках и недопустимых снижениях напряжения, для оперативных включений и отключений электрических цепей на напряжение до 1 кВ.

Выключатели рассчитаны для работы в продолжительном режиме и предназначены для эксплуатации в следующих условиях:

- установка на высоте не более 1000 м над уровнем моря;

- температура окружающей среды от минус 40 до плюс 40 0С;

- относительная влажность не более 90%;

- место установки выключателя защищено от попадания воды, масла, эмульсии и т.д.;

- окружающая среда - невзрывоопасная, не содержащая проводящую пыль в количестве, нарушающем работу выключателя, и агрессивные газы и пары в концентрациях, разрушающих металлы и изоляцию.

Автоматические выключатели снабжают специальным устройством релейной защиты, которое выполняют в виде токовой отсечки, максимальной токовой защиты или двухступенчатой токовой защиты.

Номинальным током выключателя Iном.в называют наибольший ток, при протекании которого выключатель может длительно работать без повреждений. Номинальным током расцепителя Iном.рав называют указанный в паспорте ток, длительное протекание которого не вызывает срабатывания расцепителя.

Выбор автоматических выключателей производят по следующим параметрам.

Номинальное напряжение выключателя Uном.в.не должно быть ниже напряжения сети :

.

Номинальный ток выключателя Iном.в должен быть не меньше номинального тока линии:

.

Автоматический выключатель не должен отключаться в нормальном режиме работы защищаемого элемента, поэтому ток уставки теплового расцепителя Iном.рас.т следует выбирать по условию:

.

Автоматический выключатель не должен срабатывать при допустимых кратковременных перегрузках защищаемого элемента цепи; это достигается путем выбора уставки электромагнитного расцепителя Iном.рас.э:

,

где IПИК: - пиковый ток группы приемников. Пиковый ток группы приемников определяют как арифметическую сумму наибольшего из пусковых токов двигателей, входящих в группу, и расчетного тока всей группы приемников за вычетом расчетного тока двигателя, имеющего наибольший пусковой ток:

,

где iном.max - номинальный ток двигателя с наибольшим пусковым током, А; iпуск.max - наибольший из пусковых токов двигателей группы приемников, А, iпуск.max = 5Iном.max - для двигателей с короткозамкнутым ротором, iпуск.max = 3Iном.max - для сварочных трансформаторов; IP - расчетный ток группы приемников, А; kИ - коэффициент использования, характерный для двигателя, имеющего наибольший пусковой ток.

Отключающая способность должны быть рассчитана на максимальные токи КЗ, проходящие по защищаемому элементу Iоткл. ном.в.:

.

Произведем выбор автоматических выключателей, установленных на РУ 0,4 кВ КТП.

Выберем и проверим автоматический выключатель SF1, защищающий цеховой трансформатор.

Номинальное напряжение выключателя Uном.в.не должно быть ниже напряжения сети :

,

.

Номинальный ток выключателя Iном.в должен быть не меньше номинального тока линии:

,

.

Автоматический выключатель не должен отключаться в нормальном режиме работы защищаемого элемента, поэтому ток уставки теплового расцепителя Iном.рас.т:

,

Автоматический выключатель не должен срабатывать при допустимых кратковременных перегрузках защищаемого элемента цепи; это достигается путем выбора уставки электромагнитного расцепителя Iном.рас.э.:

,

,

Отключающая способность должны быть рассчитана на максимальные токи КЗ, проходящие по защищаемому элементу Iоткл. ном.в.:

;

Выбираем автоматический выключатель серии ВА57-3933 Дивногорского завода низковольтной аппаратуры.

Расчет остальных автоматических выключателей, установленных для защиты ШРА-1, ШРА-2 и кабельной сети освещения произведем аналогично, Результаты расчетов сведены в таблицу 4.8.

Таблица 4.8 Выбор и проверка выключателей нагрузки РУ 0,4 кВ

Условное обозначение на схеме	Тип выключателя	Параметры выбора	Расчетные значения	Паспортные значения
SF1	ВА57-3933		380 В	380 В
			524,03 А	630 А
			681,24 А	750 А
			1301,3 А	1250 А
			15,02 кА	40 кА
SF3	ВА57-3534		380 В	380 В
			169,91 А	250 А
			220,88 А	250 А
			840 А	1000 А
			14,7 кА	35 кА
SF4	ВА57-3934		380 В	380 В
			354,12 А	630 А
			460,4 А	500 А
			1038,4 А	1250 А
			14,7 кА	40 кА
SF5	ВА57-3133		380 В	380 В
			73 А	100 А
			94,9 А	100 А
			14,7 кА	30 кА

Комплектно с распределительными шинопроводами поставляются автоматические воздушные выключатели. Они установлены в специальных ответвительных коробках шинопроводов.

Выбор и проверку автоматических выключателей, установленных в ответвительных коробках шинопроводов произведем аналогично. Результаты расчетов сведены в таблицу 4.9.

Таблица 4.9 Выбор и проверка выключателей, установленных в ответвительных коробках шинопроводов

№ оборудования на плане	Рном, кВт	cos цном	Iном (Iр), А	Iпуск, A	Тип выключателя, Iрас.т, А Iрас.э, A
1	2	3	4	5	6
1	1	0,65	2,34	11,7	А3120 15 А 135 А
2,30	3	0,65	7,02	35,1	А3120 15 А 135 А
3, 14, 15, 26	12	0,6	30,4	91,3	А3120 40 А 360 А
4,23	2	0,5	6,1	30,5	А3120 15 А 135 А
5,7,27	4	0,5	12,2	61	А3120 15 А 135 А
6	45	0,6	114,1	570,4	А3130 170 А 1190 А
8	25	0,65	58,5	292,5	А3120 60 А 540 А
9,24	15	0,5	45,6	228,2	А3120 50 А 450 А
10	11	0,5	33,5	167,3	А3120 40 А 360 А
11,21	40	0,8	76,1	380,3	А3130 120 А 840 А
12,28	5	0,5	15,2	76,1	А3120 20 А 180 А
13,17	10	0,5	30,4	152,1	А3120 40 А 360 А
16	6	0,5	18,3	91,3	А3120 20 А 180 А
18	1	0,5	3,04	15,2	А3120 15 А 135 А
19,31	40	0,5	121,7	608,5	А3130 150 А 1050 А
20	5	0,65	11,7	58,5	А3120 15 А 135 А
22	55	0,65	128,7	643,6	А3130 150 А 1050 А
25	14	0,6	35,5	106,5	А3120 40 А 360 А

4.9.2 Выбор защиты осветительных сетей

Для защиты осветительных сетей выбираем автоматические выключатели, которые являются более надежными по сравнению с предохранителями, лучше защищают от неполнофазных режимов, более универсальны. Для установки принимаем однополюсные автоматы серии А3160, которые установим в осветительных щитках ПР-8-РУ.

Выбор автоматических выключателей производят по следующим параметрам.

Номинальное напряжение выключателя Uном.в.не должно быть ниже напряжения сети:

.

Номинальный ток выключателя Iном.в должен быть не меньше номинального тока линии:

.

Автоматический выключатель не должен отключаться в нормальном режиме работы защищаемого элемента, поэтому ток уставки теплового расцепителя Iном.рас.т следует выбирать по условию:

(4.17)

Выберем автоматический выключатель для защиты линии Л2 осветительной сети. Расчетные данные берем из главы 4.6.

Номинальное напряжение выключателя Uном.в.не должно быть ниже напряжения сети:

,

220 В = 220 В.

Номинальный ток выключателя Iном.в должен быть не меньше номинального тока линии:

,

50 А > 26,9 А.

Автоматический выключатель не должен отключаться в нормальном режиме работы защищаемого элемента, поэтому ток уставки теплового расцепителя Iном.рас.т следует выбирать по условию (4.17):

,

26,9 • 1,3 = 34,9 А.

50 А > 34,9 А.

Выбранный выключатель проходит по всем параметрам выбора. Выбор и проверку автоматических выключателей, предназначенных для защиты других линий освещения, произведем аналогично. Результаты расчетов сведены в таблицу 4.10.

Таблица 4.10 Выбор автоматических выключателей для защиты осветительных сетей

№ линии	Рном, кВт	cos цном	Iном (Iр), А	Тип выключателя, Iном.в, A Iрас.т, А
1	2	3	4	5
Л2	4,8	0,85	26,9	А3160 50 А 15-50 А
Л3, Л4, Л5, Л6, Л8, Л9, Л11	1,6		8,93	А3160 50 А 15-50 А
Л7	2,4	0,85	13,4	А3160 50 А 15-50 А
Л10	2,0		11,2	А3160 50 А 15-50 А

5. Расчет заземления и молниезащиты

5.1 Расчёт защитного заземления

Назначение защитного заземления - устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу электроустановки и другим нетоковедущим металлическим частям, оказавшимся под напряжением вследствие намокания на корпус и по другим причинам.

В нашем случае требуется рассчитать контурный заземлитель подстанции, понижающей, которая имеет два трансформатора 6/0,4кВ с заземлёнными нейтралями на стороне 0,4 кВ, размещённый в отдельно стоящем здании одноэтажном кирпичном, размеры которого в плане указаны на рисунке.

Естественный заземлитель отсутствует. Ток замыкания на землю неизвестен, однако известна протяженность линий 6 кВ - кабельных К,Л= 0,15 км, воздушных В,Л=0. Заземлитель предполагается выполнить из вертикальных электродов- уголков №50 длиной 3м, верхние концы которых соединяются с помощью горизонтального электрода - стальной полосы длиной

LГ= 2.12+2.16=56 м,

сечением 4х40 мм, уложенной в землю на глубину to= 0,8 м. Удельное сопротивление земли на участке, где предполагается сооружение заземления, равны для вертикального электрода В, РАСЧ= 150 Ом. м, для горизонтального электрода Г,РАСЧ=350 Ом . м ( для суглинка).

Расчётный ток замыкания на землю со стороны 6 кВ определяем по приближённой формуле:

, А,

где U - линейное напряжение сети, кВ; - длины электрически связанных кабельных и воздушных линий, км.

Тогда по:

А.

Требуемое сопротивление растеканию заземлителя, который принимаем общим для установок 6 и 0,4 кВ, согласно требованиям ПУЭ:

Ом.

Согласно ПУЭ сопротивление заземления не должно превышать 4 Ом. Таким образом, расчётным является сопротивление заземления RЗ = 4 Ом.

Требуемое сопротивление искусственного заземления RИ=RЗ=4 Ом, так как естественный заземлитель отсутствует.

Заземлитель размещён по периметру подстанции. Предварительно схему заземлителя наносим на план подстанции с её основными размерами (рисунке 1). При этом вертикальные электроды назмещены на расстоянии а = 4 м один о другого.

Из предварительной схемы видно, что в принятом нами заземлителе суммарная длина горизонтального электрода LГ = 56 м, а количество вертикальных электродов n = 14 штук.

Определяем расчётные сопротивления растеканию электродов- вертикального RВ и горизонтального RГ по формулам:

, Ом,

, Ом,

где рВ, РАСЧ, рГ,РАСЧ - удельное сопротивление земли для вертикального и горизонтального электродов, Ом. м,

В, LГ - длины вертикального и электродов, м,

b1, b2 - ширина полки уголка и ширина полосы, м,

, м,

где t0 - глубина прокладки горизонтального электрода, м.

Тогда по и:

Ом,

Ом.

Рисунок 5.1 Заземлительная сеть ГПП

Далее, имея в виду, что принятый нами заземлитель контурный и что и=14мм, а отношение а/ = 4/3 = 1,3, определяем коэффициенты использования электродов заземлителя - вертикальных = 0,58, горизонтального = 0,63.

Теперь находим сопротивление растеканию принятого нами группового заземлителя по формуле:

, Ом.

Тогда по:

Ом.

Это значение сопротивления удовлетворяет требуемому RЗ = 4 Ом, следовательно, принимаем этот результат, как окончательный.

Итак: проектируемый заземлитель - контурный, состоит из 14 вертикальных электродов из уголка №50 длиной 3 м и горизонтального электрода в виде стальной полосы длиной 56 м, сечением 4х40 мм, заглубленных в землю на 0,8м.

5.2 Расчет молниезащиты

От прямых ударов молнии электроустановки защищают молниеотводами. По [1] для защиты зданий закрытых подстанций, крыша которых не имеет металлических или железобетонных покрытий либо несущих конструкций или не может быть заземлена, следует устанавливать стержневые молниеотводы непосредственно на крыше зданий.

Конкретно для нашего случая требуется построить зону зашиты двойного стержневого молниеотвода на высоте 4 м, равной высоте здания подстанции. Молниеотводы расположены на крыше с торцов здания. Высота молниеприёмника 11м. Расстояние между молниеприёмниками 15 м.

Определяем разность между высотой молниеприёмника h и высотой здания hХ:

h A = h - h X = 11- 4 = 7 м.

Определяем радиусы r X зон защиты на высоте h X:

м.

Определим наименьшую ширину зоны защиты 2 bХ двух одинаковых молниеприёмников на высоте hX:

м,

где а - расстояние между молниеприёмниками.

По полученным значениям строится сечение зоны защиты.

Согласно рекомендациям ПУЭ необходимо делать объединенные заземляющие устройства для защитного и молниезащитного заземления из условий безопасности людей и сооружений ввиду возможности появления разности потенциалов между раздельно выполненными контурами заземления.

Для молниезащитных устройств необходимо иметь концентрированное заземляющее устройство.

Желательно концентрированный контур заполнять из вертикальных электродов, что вытекает из условия более эффективного процесса стекания импульсного тока с конструкции заземления в грунт. Использование протяженных заземлителей в виде полос, лучей или замкнутого контура для молниезащиты малоэффективно из-за наличия индуктивности, которая будет препятствовать распространению тока молнии по протяжённому электроду.

Рисунок 5.2 Зона молниезащиты подстанции

Таким образом, молниезащитное заземление будем делать из вертикальных электродов, выполненных из уголков №50 длиной 3 м, и горизонтального электрода - стальной полосы сечением 4 х 40 мм, который соединяем верхние концы вертикальных электродов. Расстояние между вертикальными электродами а = 5 м, их количество n=3. Горизонтальная полоса углублена в землю на 0,8 м. Вертикальные электроды расположены в ряд.

Расчётное сопротивление растеканию вертикального электрода аналогично RB защитного заземления, то есть RB=41,2 Ом.

Сопротивление растеканию горизонтального электрода:

Ом,

где Lr = а (n-1) = 5. (3 - 1) = 10 м.

Коэффициенты использования электродов молниезащитного заземления: вертикального - = 0,85, горизонтального - = 0,85.

Тогда по:

 Ом.

Таким образом, общее сопротивление заземления с учётом того, что молниезащитные заземления обоих молниеприёмников соединены с защитным заземлением, равно:

Ом,

что удовлетворяет условию ПУЭ по значению защитного заземления сопротивления.

6. Экономика

Передачу электроэнергии от источника питания (главной понизительной подстанции) до приемного пункта (трансформаторной подстанции) осуществим кабельными линиями.

Сечения жил кабеля выберем по техническим и экономическим условиям. К техническим условиям выбора относят выбор сечений по нагреву расчетным током и проверка по допустимым потерям напряжения в нормальном и послеаварийном режимах. Экономические условия выбора сечения жил кабелей заключаются в определении сечения линии, приведенные затраты на сооружение которой будут минимальны. Экономически целесообразное сечение определяют в результате сопоставления приведенных затрат для линий, имеющих различное сечение. За основу принимают стандартное сечение, выбранное по техническим условиям.

Дополнительно рассматривают стандартные ближайшее большее и ближайшее меньшее сечения.

Выбор сечения жил кабелей по нагреву осуществляется по расчетному току. Для параллельно работающих линий в качестве расчетного тока принимаем ток послеаварийного режима, когда одна питающая линия вышла из строя. Выбор сечения кабеля будем вести в следующей последовательности.