Проектирование системы электроснабжения предприятия по изготовлению бетонных строительных материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Кыргызской Республики

Иссык-Кульский государственный университет

имени Касыма Тыныстанова

Кафедра «Электроснабжения и электроники»

Дипломный проект

Проектирование системы электроснабжения предприятия по изготовлению бетонных строительных материалов

Специальность: 551701.03 «Электроснабжение»

Руководитель: к.ф.-м.н., доцент Клименко О.И.

Исполнитель: ст.гр. ЭС-51 Обиленцев Анатолий.

Рецензент: к.т.н., доцент Урсеитов О.

Допущен к защите __________ зав. кафедрой «Электроснабжения и электроники» Чыныбаев Р.Р.

Содержание

Введение

1. Обоснование проекта

2. Расчет электрических нагрузок предприятия

2.1 Расчет подробно рассчитываемого цеха

2.2 Расчет электрических нагрузок по цехам

2.3 Расчет осветительной нагрузки

2.4 Расчет картограммы электрических нагрузок

3. Распределение электроэнергии

3.1 Построение схемы электроснабжения

3.2 Выбор генераторных установок

3.3 Выбор трансформатора

3.4 Выбор сечения кабелей и шинопроводов

3.5 Проверка электрической сети на потери напряжения

3.6 Выбор коммутационно - защитных аппаратов

4. Выбор основного электрооборудования Ру 0,4 кВ

4.1 Выбор выключателей

4.2 Выбор жестких шин

4.3 Выбор изоляторов

4.4 Выбор трансформаторов тока

5. Расчет токов короткого замыкания

5.1 Расчет тока КЗ цепи генератора

5.2 Расчет тока КЗ цепи трансформатора

5.3 Проверка выбранного оборудования по условию КЗ

6. Расчет внешнего электроснабжения

6.1 Выбор КЛ

6.2 Выбор электрооборудования РУ 10 кВ

7. Собственные нужды

8. Выбор релейной защиты и автоматики

8.1 Расчет защиты генераторов

8.2 Расчет защиты трансформатора

8.3 Расчет защиты питающей кабельной линии

8.4 Расчет уставок АВР

9. Безопасность жизнедеятельности

Заключение

Список литературы

АННОТАЦИЯ

Объектом проектирования является промышленное предприятие по производству бетонных строительных материалов.

Целью проектирования является: электроснабжение данного предприятия с применением автономных источников питания, расчет цеховых электрических нагрузок, расчет и выбор внутрицеховых сетей, а также питающих линий, выбор коммутационно-защитной аппаратуры, выбор релейной защиты питающих элементов, расчет контура защитного заземления, молниезащиты и освещения.



ВВЕДЕНИЕ

Современное предприятие любой отрасти промышленности - это совокупность новейшего оборудования и технологий, правильно организованные инженерные сети и бесперебойная работа всех звеньев этой цепи. Обеспечить функционирование такого сложного объекта необходимо еще на стадии подготовки к запуску оборудования в работу, предусмотрев заранее наличие источников электроснабжения и целостной системы подачи электрической энергии с помощью проектирования электроснабжения предприятий.

Затраты на энергоресурсы и системы энергоснабжения промышленных предприятий составляют от 5 до 60% себестоимости продукции в зависимости от ее вида. Доля затрат на энергоресурсы имеет устойчивую тенденцию к увеличению во всем мире, а в Кыргызстане - в большей мере в связи со спецификой переходной экономики. В конечном счете, эффективное использование энергоресурсов самым непосредственным образом влияет на конкурентоспособность продукции предприятия.

Рациональное использование энергии позволит избежать потерь в линиях, а значит, отразится и на себестоимости производимой продукции, и на уровне заработной платы сотрудников. Проектирование электроснабжения здания и цехов промышленных предприятий поможет решить проблемы экономии энергоресурсов и минимизации потерь.

Любой специалист, имеющий опыт работы с электросетями и установками хорошо владеет практическими навыками, но не всегда способен учесть все нюансы создания проекта электроснабжения промышленного предприятия. Поэтому наиболее качественные результаты дает совместная работа над данным проектом компетентных сотрудников предприятия и специалистов-проектировщиков.

Целью является разработка проекта электроснабжение предприятия по производству бетонных строительных материалов, обеспечение надежного и качественного электропитания технологического и вспомогательного оборудования.

При проектировании руководствовался директивными и другими нормативными документами, в частности Правилами устройства электроустановок [1], Инструкцией по проектированию электроснабжения промышленных предприятий. СН 174-75 [2] и Инструкцией по проектированию силового и осветительного электрооборудования промышленных предприятий СН 357-77 [3].



1. ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА

Краткая характеристика объекта

Номенклатура выпускаемых изделий:

- блоки стеновые;

- стеновые панели;

- теплоизоляционные плиты;

- сухие строительные смеси.

Ячеистый бетон (газобетон) - это легкий, прочный и экологичный, искусственный пористый камень. Ячеистые бетоны изготавливают из вяжущего, кремнеземистого компонента, порообразователя и воды. Вяжущими для производства ячеистых бетонов служат цемент, известь, гипс, а также как сырьё будут использоваться отходы ТЭЦ. За счет уникального сочетания своих высочайших технологических и эксплуатационных качеств газобетонные блоки уже давно лидируют на рынке стеновых материалов. Изделия из ячеистого бетона, позволяют экономить средства строителям и владельцам домов: высокая экономичность - повышенное удобство и функциональность.

Для производства газобетонов на предприятии используется современная автоматизированная линия. Объем выпускаемой продукции 320 тыс. м3 в год. Работа предприятия рассчитана на трехсменную работу, Тмах =7200 часов.

В производстве газобетона высокие требования предъявляются к предварительной подготовке и дозированию сырьевых материалов, контролю процесса ферментации, точности профилирования и резки блоков, а также к автоматическому управлению всеми производственными процессами. Автоматизированная линия является высокопроизводительным, автоматизированным и компьютеризированным оборудованием для производства широкого ассортимента газобетонных изделий высочайшего качества. Указанные особенности производства требуют обеспечения надежности и независимости электроснабжения на данном предприятии, для чего предлагаем применить автономное электроснабжение. Такое решение принято в свете возможных перебоев электроснабжения, которые могут привести к нарушению технологий и недоотпуску продукции, что в свою очередь приведет к невыполнению обязательств перед поставщиками и возможному невыполнению строительства в заданные сроки. Еще одним аргументом за использование автономных источников - это возможность вырабатывать вместе с электричеством тепловую энергию без расхода лишнего топлива. Такая технология получения тепловой энергии называется когенерацией.

Производство размещено в четырех цехах: цех приемки и подготовки сырьевых материалов, цех помола золы, цех по производству блоков из газобетона, цех по производству сухих строительных смесей. Общая площадь производственных цехов составляет 12000 м2. Установленная мощность производственного оборудования 2531 кВт, рабочее напряжение 380/220 В. Сведения об электроприемниках (ЭП) приведены в таблице 1.1. Нагрузка представлена потребителями I и III категории по надежности электроснабжения. К нагрузке I категории относятся потребители основного производства - цех №: 1, 2, 3, 4. К нагрузке III категории относятся остальные потребители предприятия - цех №: 5, 6.

Таблица 1.1 - Сведения об электроприемниках

Наименование электроприемника	Установленная мощность РУ, кВт	kи	cos?
Цех по производству блоков газобетона
Дозирование и смешивание. Ударопрочная пластина.	205	0,8	0,8
Транспортная тележка.	30	0,5	0,75
Толкатель форм. Машина обработки формы. Машина для смазки форм. Рельсовая тележка.	55	0,6	0,75
Машина для кантования.	40	0,9	0,75
Тележка. Боковой триммер. Машина резки по толщине.	120	0,7	0,75
Подающее устройство автоклавных поддонов.	10	0,6	0,75
Машина поперечной резки.	35	0,9	0,75
Погрузочная машина.	57	0,8	0,75
Механизм подачи автоклавных тележек. Передаточная вагонетка. Двери автоклава.	140	0,4	0,75
Механизм для удаления нижнего слоя.	42	0,9	0,75
Разделительная машина. Подача автоклавных поддонов.	60	0,8	0,75
Укладочно-сортировочная машина.	57	0,8	0,75
Система транспортировки пакетов. Прессовка пакетов.	50	0,8	0,75
Машина вытяжки.	25	1	0,75
Мастерские	35	0,3	0,75
Паровой котел.	80	0,9	0,8
Охладитель	50	0,8	0,8
Насосная технического водопровода	16	0,8	0,75
Вентиляция	72	0,8	0,85
Итого по цеху	1185	-	-
Другие цеха
Цех приемки и подготовки сырьевых материалов	410	0,65	0,7
Цех помола золы	390	0,6	0,75
Цех по производству сухих строительных смесей	235	0,7	0,8
Склад	22	0,3	0,8
Административно-технический корпус	80	0,7	0,85
Итого по предприятию	2531



2. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК ПРЕДПРИЯТИЯ

2.1 Расчет подробно рассчитываемого цеха

В качестве подробно рассчитываемого цеха примем цех по производству блоков из газобетона №1 (чертеж 140211-12-ПЛ.02.00).

Для определения расчетной нагрузки группы трехфазных электроприемников (ЭП) на разных ступенях системы электроснабжения промышленных предприятий применим метод упорядоченных диаграмм или коэффициента максимума[4], по которому:

где Км - коэффициент максимума активной нагрузки при длительности интервала осреднения 30 мин;

Рсм - средняя активная нагрузка за наиболее загруженную смену, Вт;

Ки - коэффициент использования;

Рном - номинальная активная мощность этой группы, Вт.

Расчетная реактивная нагрузка группы электроприемников равна при:

где nЭ - эффективное число электроприемников группы, шт;

Qсм - средняя реактивная нагрузка за наиболее загруженную смену, вар;

tg? - коэффициент реактивной мощности.

Полная расчетная нагрузка группы трехфазных электроприемников определяется выражением:

Эффективное (приведенное) число электроприемников - это такое число однородных по режиму электроприемников одинаковой мощности, которое дает то же значение расчетного максимума РР, что и группа электроприемников, различных по мощности и режиму работы.

1. При n = 4 и более фактических электроприемников в группе допускается приведенное число nЭ считать равным фактическому, если отношение (кратность) равно:

где Рном.макс, Рном.мин - соответственно номинальные активные мощности наибольшего и наименьшего электроприемников в группе, Вт.

2. При 3 и приведенное число электроприемников

Если найденное по этой формуле nЭ оказывается больше фактического числа электроприемников n, то следует принять nЭ = n.

Произведем подробный расчет цеха по производству ячеистого бетона.

Ведомость электрических нагрузок представлена в таблице 2.1. Электроприемники подключены к силовым распределительным пунктам СП-1, СП-2, СП-3, СП-4.

Для каждой группы электроприёмников производим следующие расчёты: Pсм и Qсм.

Для электроприемников машины кантования: Рном = 40 кВт, Ки = 0,7,

cos? = 0,75 (tg? = 0,88); получаем сменную мощность за наиболее загруженную смену:

При расчете максимальной нагрузки выбираем условия расчета эффективного числа электроприемников nЭ.

Так, для СП-1 имеем: n = 20, Ки > 0,2, m > 3, тогда получаем

Принимаем nЭ = 14 шт.

Следовательно, в период максимального (30 мин.) потребления электроэнергии работают 14 ЭП со средним коэффициентом использования:

Таблица 2.1 - Ведомость нагрузок по подробно рассчитываемому цеху

№ п/п	Наименование элекприемников	Кол-во ЭП	Мощность одного ЭП, кВ	Общая установленная мощность, кВт
Силовой пункт 1 (СП-1)
1	Дозирование и смешивание. Вибрационная пластина.	5	70	62	31	22	20	205
2	Транспортная тележка	1	30					30
3	Толкатель форм. Машина обработки формы. Машина для смазки форм. Рельсовая тележка.	5	18	12	9	8	8	55
4	Машина для кантования	2	28	12				40
5	Тележка. Боковой триммер. Машина резки по толщине.	3	48	42	30			120
6	Подающее устройство автоклавных поддонов.	1	10					10
7	Вентиляция и дымоудаление	4	1,5	1,5	1,5	1,0		5,5
Силовой пункт 2 (СП-2)
8	Машина поперечной резки.	2	25	10				35
9	Погрузочная машин	2	40	17				57
10	Подачи автоклавных тележек. Передаточная вагонетка. Двери автоклава.	3	60	50	30			140
11	Механизм для удаления нижнего слоя	2	30	12				42
12	Вентиляция	4	20	6				66
13	Управление автоклавом	1	2					2
Силовой пункт 3 (СП-3)
14	Разделительная машина. Подача автоклавных поддонов.	3	35	17	8			60
15	Укладочно-сортировочная машина.	2	45	12				57
16	Система транспортировки пакетов. Прессовка пакетов.	3	30	12	8			50
17	Машина вытяжки	2	21	4				25
18	Вентиляция	1	4,4					4,4
19	Мастерские	8	4	3,2	2	1,6	0,4	35
Силовой пункт 4 (СП-4)
20	Паровой котел	2	65	15				80
21	Охладитель	2	45	5				50
22	Насосная технического водопровода	2	8	8				16
Всего	52	1 … 75 кВт	1185 кВт

Коэффициент максимума: Км = f(nЭ; Ки) = 1,13.

Активная максимальная расчетная мощность для СП-1:

Реактивная максимальная расчетная мощность для СП-1 при nЭ > 10:

Полная максимальная расчетная мощность для СП-1:

Максимальный расчетный ток нагрузки силового пункта СП-1:

Аналогичные расчеты выполняем и для других электроприемников и силовых пунктов. Полученные результаты сведены в таблицу 2.2.

2.2 Расчет электрических нагрузок по цехам

Расчет нагрузок по остальным цехам производится по укрупненным показателям, так как заданы суммарные установленные мощности электроприемников по цехам, но неизвестен их состав. Коэффициент использования и мощности выбирается в соответствии с группой цеха и характером нагрузки, согласно [5]. Эффективное число электроприемников определим по формуле

где Pср.э. - средняя мощность одного электроприемника, кВт.

Все расчеты электрических нагрузок по цехам сведем в таблицу 2.3.

Таблица 2.2 - Сводная информация по подробно рассчитываемому цеху

Наименование групп электроприемников	Кол-во ЭП n, шт.	Установленная мощность, кВт	Модуль силовой сборки m	Коэффи-циент исполь-зования Ки,а	cosц	tgц	Средняя мощность за максимально загруженную смену	Эффек-тивное число ЭП nЭ, шт.	Коэффи-циент макси-мума Км	Максимальная расчетная мощность	Макси-мальный расчетный ток Iр,А
		Одного ЭП Рном,	Общая рабочая
		min	max						Рсм, кВт	Qсм, квар			Рр, кВт	Qр, квар	Sр, ВА
СП-1
Дозирование и смешивание. Вибрационная пластина.	5	9	70	205	47	0,8	0,8	0,75	164	123	-	-	185	123	222	338
Транспортная тележка	1		30	30		0,5	0,75	0,88	15	13,2	-	-	16,9	13,2	21,5	33
Толкатель форм. Машина обработки формы. Машина для смазки форм. Рельсовая тележка.	5	8	18	55		0,5	0,75	0,88	27,5	24,2	-	-	31,08	24,2	39,4	60
Машина для кантования	2	12	28	40		0,7	0,75	0,88	28,0	24,6	-	-	31,6	24,6	40,1	61
Тележка. Боковой триммер. Машина резки по толщине.	3	32	40	120		0,7	0,75	0,88	84,0	73,9	-	-	94,9	73,9	120	183
Подающее устройство автоклавных поддонов.	1		10	10		0,6	0,75	0,88	6	5,28	-	-	6,78	5,3	8,6	13
Вентиляция и дымоудаление	4	1	1,5	5,5		0,8	0,85	0,62	4,4	2,73	-	-	4,97	2,73	5,67	9
Итого по СП-1	21	1	70	465,5	>3	0,71	0,78	0,81	329	267	14	1,13	372	267	458	696
Итого по СП-2	14	5	60	342	>3	0,59	0,75	0,87	200	175	12	1,23	246	175	302	459
Итого по СП-3	19	0,2	45	231	>3	0,69	0,75	0,88	160	140	10	1,16	185	154	241	366
Итого по СП-4	6	5	65	146	>3	0,85	0,8	0,76	117	89	4	1,14	133	98,2	165	251
Итого по цеху	60	1	70	1185		0,72	0,77	0,83	805	671	40	1,09	932	694	1174	1772

Таблица 2.3 - Расчет нагрузок по цеха

Номер цеха	РУСТ, кВт	КИ	cos?	tg?	nЭ, шт	КМ	Максимальная расчетная мощность	IР, А
							PР, кВт	QР, квар	SР, кВ·А
1	1185	0,72	0,77	0,83	40	1,09	932	711	1174	1772
2	470	0,65	0,7	0,9	9	1,28	391	302	494	751
3	486	0,6	0,75	0,88	6	1,37	399	282	489	743
4	288	0,7	0,8	0,75	14	1,13	228	151	273	415
5	22	0,3	0,8	0,75	4	2,14	14,1	5,4	15,1	23,0
6	80	0,7	0,85	0,62	56	1,09	61,0	34,7	70,2	107
Итого	2531	-	0,77	-	129	-	2025	1486	2515	3630

2.3 Расчет осветительной нагрузки

После ввода помещения и обработки геометрии помещения, для расчета необходимо выбрать тип освещения, определить нормируемую освещенность, выбрать тип светильников.

Расчет будем вести для системы общего освещения.

К установке примем светильники: внутреннее освещение - HBT 400M [6], наружное освещение -NTV 123 E60.

Нормируемая освещенность, согласно[7] - для общего постоянное наблюдения за ходом производственного процесса: при постоянном пребывании людей в помещении - VIII разряд зрительной работы равна 200 лк. Тогда необходимое значение освещенности определим по формуле:

где Ен - значение освещенности, лк;

kЗ - коэффициент запаса[7].

Тогда для цеха №1 получим:

для остальных цехов расчет произведем аналогично, результат сведем в таблицу 2.4.

Расчетная нагрузка осветительных установок определяем по формуле:

где Кс.о. - коэффициент спроса осветительной нагрузки [8];

Рн.о. - номинальная мощность осветительной установки, кВт.

Результаты по расчету сведены в таблицу 2.4.

Таблица 2.4 - Мощность осветительной нагрузки

№	Наименование цеха		КС.О	cos?	РН.О., кВт	FЦ, м2	РР.О., кВт	SР.О., кВ·А
1	Цех по производству блоков из газобетона	120	0,85	0,95	26,8	7920	21,6	22,8
2	Цех приемки и подготовки сырьевых материалов	120	0,85	0,95	4,80	900	3,67	3,86
3	Цех помола золы	120	0,85	0,95	4,80	880	3,59	3,78
4	Цех производства сухих строительных смесей	120	0,85	0,95	4,80	280	1,14	1,24
5	Склад	120	0,6	0,95	4,10	1500	3,69	3,89
6	Административно-технический корпус	420	0,9	0,95	17,9	350	5,64	5,94
7	Освещение территории	4,5	0,6	0,95	6	-	3,60	4,97

2.4 Расчет картограммы электрических нагрузок

При проектировании системы электроснабжения на генплан предприятия наносятся все производственные цеха с картограммой нагрузок. Картограмма нагрузок представляет собой размещенные в генплане окружности, центры которых совпадают с центрами нагрузок цехов, а площади кругов пропорциональны расчетным активным нагрузкам. Каждый круг делится на секторы, площади которых пропорциональны расчетным активным нагрузкам электроприемников напряжением до 1000 В, электроприемников напряжением выше 1000 В и электрического освещения. При этом радиус окружности r и соотношения секторов в процентах - ННi, НBi, НОi, для каждого цеха соответственно определяются:

, , ,

где Ppi, Pp,нi, Pp.вi, Pp.оi - расчетные активные нагрузки соответственно все го цеха, ЭП напряжением до 1000 В, ЭП напряжением выше 1000 В и электрического освещения, кВт;

m - масштаб площадей картограммы нагрузок, кВт/м2.

В данном проекте ЭП с Uном > 1000 В не используются.

Расчетные нагрузки и координаты цехов для расчета картограммы приведены в таблице 2.5.

Рассчитаем 1 цех:

мм; %; %.

Для других цехов считаем аналогично, результаты занесём в таблицу 2.5.

Нанесем окружности на рисунок 2.1.



Таблица 2.5 - Расчет картограммы нагрузок

№ цеха	РP.Hi	РP.O	РP.У	SН	X	Y	r	НН	НО
	кВт	кВт	кВт	кВ·А	м	м	мм	%	%
1	932	21,6	954	1189	118	66	22,5	97,7	2,31
2	391	3,67	395	498	48	66	14,5	98,8	1,28
3	399	3,59	403	493	24	87	14,6	98,9	1,14
4	228	1,14	229	275	36	115	11,0	99,1	0,992
5	14,1	3,69	17,8	19	156	123	3,15	77,7	22,3
6	61,0	3,81	64,8	74	165	30	5,93	92,9	7,14
итого	2025	37,5	2064	2548

Центр электрических нагрузок предприятия является символическим центром потребления электрической энергии (активной мощности) предприятия, координаты которого находятся по выражениям:

где xi, yi - координаты центра i-го цеха на плане предприятия, м.

Координаты центра нагрузок рассчитаны и полученные результаты - х0 = 79 м, у0 = 75 м.

Нанесем ЦЭН на картограмму нагрузок (рисунок 2.1).

Место расположения электрогенераторной и подстанции выбрано исходя из следующих условий:

-центра электрических нагрузок;

-площади, необходимой для электрооборудований;

-рельефа местности;

-наличия коридоров для прокладки кабельных линии с учетом охранной зоны.

Рисунок 2.1 - Картограмма электрических нагрузок

На основе сказанного принимаем месторасположение электрогенераторной пристроенной к цеху по производству блоков из газобетона №1, как указанно на рисунке 2.1.

Вывод: в данном разделе произвели расчет электрических нагрузок предприятия, необходимых для построения схемы электроснабжения и выбора мощности источников питания.



3. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОНЕРГИИ

3.1 Построение схемы электроснабжения

электрический нагрузка замыкание напряжение

Схема электроснабжения должна быть проста, безопасна и удобна в эксплуатации, экономична, удовлетворять характеристике окружающей среды, обеспечивать применение индустриальных методов монтажа.

Схема главных соединений. Согласно [1], электроснабжение потребителей I и II категории должно осуществляется от двух независимых взаиморезервируемых источников питания. Так как на предприятии принято решении об установке - КГУ на базе газопоршневого двигателя, принимаем к установке двух таких агрегатов. Далее построение схемы электроснабжение изобразим в виде схемы на рисунке 3.1.

Схема распределительных сетей. Согласно[4], внутрицеховые сети выполняются по радиальным магистральным и смешанным схемам. В нашем проекте, рациональным будет использование смешанной схемы (чертеж 140211-12-СХ.03.Э3). Питание электроприемников цехов, прилегающих к электрогенераторной, будет осуществляется с использованием магистральных шинопроводов ШМА 5. Питание отдельно стоящих цехов будет осуществляться при помощи кабельных линий.

Распределение нагрузки. Нагрузку между генераторами распределим следующим образом:

- генератор №1 - цех №1, 5, 6,

- генератор №2 - цех №2, 3, 4;

таким образом нагрузка на генераторы составляет 1256 и 1259 кВ·А, соответственно.



Рисунок 3.1 - Построение главной схемы электроснабжения

3.2 Выбор генераторных установок

Современной мировой промышленностью выпускается сегодня большое количество видов газопоршневых электростанций. Сегодня популярность газовых генераторов растет в геометрической прогрессии с каждым годом.

В данном проекте используем когенерационные установки Caterpillar. Мощность автономных источников согласно [9], определяется по выражению:

где УРр - максимальная расчетная мощность, кВт;

Ррез - величина резервной мощности, кВт.

Величину резервной мощности принимаем равной 10 %, от максимальной нагрузки на генератор, такое значение выбрано из расчета подключения нагрузки собственных нужд и на некоторый запас учитывающий перспективу роста нагрузок

Принимаем к установке газопоршневую когенерационную электрогенераторную установку G3516В с генератором SR4B (чертеж 140211-12-ПЛ.04.00), мощностью 1165 кВт [10] .

3.3 Выбор трансформатора

В данном проекте трансформаторная подстанция является резервным источником, поэтому мощность трансформатора выбирается при условии резервировании обоих генераторов, но при этом примем, что оба генератора одновременно отключится не могут. Данное условие принято из того расчета, что в нормальном режиме вероятность аварии обоих генераторов мала, но при выводе одного из генераторов в ремонт, вероятность отказа второго более логична. То есть «наброс» нагрузки будет двухступенчатым.

Мощность трансформатора выбираем по формуле:

где K12 - коэффициент участия в нагрузке потребителей 1-й и 2-й категории, %;

1,4 - коэффициент, учитывающий нагрузочную способность;

Smax - максимальная нагрузка, кВ·А.

Коэффициент К12 для расчета мощности трансформатора примем равным 1, так как нагрузка потребителей III категории не велика и ею можно пренебречь. Примем максимальную нагрузку Smax , равной расчетной мощности нагрузки всего предприятия УSН = 2515 кВ·А.

Примем к установке трансформатор ТМГ - 2500/10 [11].

Таблица 4.1 - Каталожные данные выбранного трансформатора

Тип трансформатора	Номинальная мощность, кВ·А	Номинальное напряжение, кВ	ДPхх, кВт	ДPкз, кВт	Uкз,%	Iхх, %
		ВН	НН
ТМГ - 2500	2500	10	0,4	2,5	26,5	6,0	1,1

Определим коэффициент загрузки трансформатора для двух ступеней: резервирование одного генератора и резервирование обоих генераторов. Коэффициент загрузки определяется по формуле:

где Sт.ном. - номинальная полная мощность трансформатора, кВ·А;

SН - расчетная нагрузка потребителей подключенная к генератору, кВ·А.

Так как нагрузка распределена равномерно между генераторами: 1256 кВ·А и 1259 кВ·А, для определения КЗ первой ступени примем SН = 1259.

Тогда КЗ, равен:

- первая ступень

- вторая ступень

Проверять выбранный трансформатор на перегрузки, нет необходимости, даже при резервировании обоих генераторов данный трансформатор будет работать, в номинальном режиме. А также при росте нагрузок обеспечивать полное резервирование.

3.4 Выбор сечения кабелей и шинопроводов

Расчет и выбор кабелей. Прежде необходимо выбрать марку проводника, определится с условиями его прокладки и затем выполнить расчет.

Для определения марки кабеля, которым будет осуществляться прокладка распределительных сетей, необходимо учесть особенности окружающей среды помещений цехов, а при прокладке кабелей вне помещений особенности грунта данного предприятия. Для прокладки внутри помещений выбираем кабель марки ВВГнг-LS [12], прокладка будет производится в кабельных коробах, а для прокладки кабелей вне помещений и в земле ВБбШв.

Сечение кабелей напряжением до 1000 В определяется по экономической плотности тока[1], так как число часов использования максимума нагрузки на предприятии свыше 5000 часов:

где JЭК - нормированное значение плотности тока, А/мм2 .

Рассмотрим пример расчета линии СП-1-Машина для кантования (сборка).

Исходные данные: РР = 31,6 кВт, QР = 24,6 квар, SР = 40,1 кВ•А,

L =61м, IР = 61 А. Кабель прокладывается в коробе, совместно с другими силовыми кабелями, число силовых кабелей в коробе не более 4.

Тогда экономически целесообразное сечение, равно

принимаем сечение кабеля 25 мм2.

Далее проверяем выбранный кабель по условиям нагрева:

где Iдоп - длительно допустимый ток нагрузки для кабеля данного сечения, А;

Кпрокл - коэффициент учитывающий способ прокладки кабелей.

При определении Кпрокл контрольные и резервные кабели не учитываются.

Для кабеля сечением 25 мм2 ,длительно допустимый ток нагрузки равен Iдоп = 115 А [12]. Проверим кабель по нагреву с учетом его прокладки, примем коэффициент прокладки равным 0,67, согласно [1]:

равенство выполняется, выбранный кабель проходит по условиям нагрева.

Выбор кабелей для остальных электроприемников цеха выбираем аналогично результаты сведем в таблицу 3.1.

Выбор шинопровода. Произведем выбор сечения шинопровода питающего силовые пункты, в качестве устанавливаемого принимаем шинопровод марки ШМА 5 [13]. Сечение выбирается по экономической плотности тока. Нагрузка в начале шинопровода составляет IР = 1759 А, тогда сечение токопроводящих шин шинопровода равно

принимаем шинопровод ШМА 5 - 2500, с сечением фазных шин F = 2240 мм2.

Силовые пункты запитываются с помощью кабелей через ответвительные секции без коммутационного аппарата.

Расчеты для остальных цехов произведем аналогично, учитывая при этом, что прокладка кабелей питающих отдельно стоящие цеха производится в земле. Результаты расчетов приведем в таблицу 3.2.

Таблица 3.2 - Выбор электрических сетей

Наименование электропотребителей	Sр, кВ·А	Iр.к., А	Fэ, мм2	Fпр., мм2	кол-во	Iдоп, А	I'доп А	L, км
Цех приемки и подготовки сырьевых материалов	498	751	1494	ШМА 5 1600 А (1380 мм2)	1600	1600	0,095
Цех помола золы	489	743
Цех производства сухих строительных смесей	273	417	154	150	1	435	435	0,09
Склад	19	29	11	10	1	90	90	0,05
Административно-технический корпус	74	113	42	50	1	145	116	0,21

Таблица 3.1 - Выбор кабелей для электроприемников подробно рассчитываемого цеха

КЛ	Iр.к., А	Fэ, мм2	Fпр., мм2	кол-во	Iдоп, А	I'доп А	L, км	Марка и сечение кабеля
СП-1	696	128	120	2	260	260	0,01	ВВГнг-LS 5Ч120
Транспортная тележка	33	12	16	1	75	75	0,021	ВВГнг-LS 5Ч16
Толкатель форм. Машина обработки формы. Машина для смазки форм. Рельсовая тележка.	60	22	25	1	95	64	0,023	ВВГнг-LS 5Ч25
Подающее устройство автоклавных поддонов	13	5	6	1	42	42	0,023	ВВГнг-LS 5Ч6
Дозирование и смешивание. Вибрационная пластина	336	65	120	2	520	348	0,056	ВВГнг-LS 5Ч120
Машина для кантования	61	23	25	1	95	95	0,032	ВВГнг-LS 5Ч25
Тележка. Боковой триммер. Машина резки по толщине	183	68	95	1	220	220	0,045	ВВГнг-LS 5Ч95
Вентиляция и дымоудаление	9	3	4	1	35	35	0,039	ВВГнг-LS 5Ч4
СП-2	459	85	95	2	274	274	0,035	ВВГнг-LS 5Ч95
Механизм подачи автоклавных тележек. Двери автоклава.	166	62	120	1	260	174	0,030	ВВГнг-LS 5Ч120
Машина поперечной резки	62	23	25	1	95	64	0,062	ВВГнг-LS 5Ч25
Механизм для удаления нижнего слоя	65	24	25	1	95	64	0,068	ВВГнг-LS 5Ч25
Погрузочная машина	68	25	25	1	95	95	0,025	ВВГнг-LS 5Ч25
Вентиляция	110	41	70	1	180	121	0,022	ВВГнг-LS 5Ч70
Управление автоклавом	3	1	2,5	1	25	25	0,045	ВВГнг-LS 5Ч2.5
СП-3	366	68	70	2	180	180	0,035	ВВГнг-LS 5Ч70
Укладочно-сортировочная машина	103	38	70	1	180	121	0,042	ВВГнг-LS 5Ч70
Система транспортировки пакетов. Прессовка пакетов.	90	33	50	1	145	97	0,048	ВВГнг-LS 5Ч50
Разделительная машина	109	40	50	1	145	145	0,047	ВВГнг-LS 5Ч50
Машина вытяжки	28	10	10	1	55	37	0,038	ВВГнг-LS 5Ч10
Вентиляция	6	2	2,5	1	25	17	0,030	ВВГнг-LS 5Ч2.5
Мастерские	25	9	10	1	55	37	0,042	ВВГнг-LS 5Ч10
СП-4	251	93	120	1	260	260	0,010	ВВГнг-LS 5Ч120
Паровой котел	137	51	95	1	220	147	0,049	ВВГнг-LS 5Ч95
Охладитель	86	32	50	1	145	97	0,060	ВВГнг-LS 5Ч50
Насосная технического водопровода	29	11	10	1	55	37	0,042	ВВГнг-LS 5Ч10

3.5 Проверка электрической сети на потери напряжения

Согласно [1] для силовых сетей отклонение напряжения должно составлять не более ± 5% от Uном.

Расчет цеховой сети по условиям допустимой потери напряжения выполняется для цепочки линии от источника питания до зажимов одного наиболее удаленного от цеховой ТП или наиболее мощного ЭП. В нашем случае это цепь РУ-0,4 кВ-Паровой котёл (чертеж 140211-12-ПЛ.02.00). Схема питания изображена на рисунке 3.1. Точка ПС на рисунке означает место присоединения кабеля к присоединительной секции.

Рисунок 3.1 - Расчетная схема

Определяем потери напряжения на участках, по формуле

где rуд и xуд - удельные активные и индуктивные сопротивления проводников, Ом/км (приложение);

UP - напряжение в узлах сети, В.

Напряжение в расчетных узлах, определим по формуле:



где UА - напряжение в начале рассматриваемого участка, В.

Определим потерю напряжения на участке РУ - СП-1 и напряжение в узле СП-1:

Расчеты по остальным участкам производим аналогично, результаты

сводим в таблицу 3.3.

Таблица 3.3 - Расчет потерь напряжения

Участок сети	P, кВт	Q, кВт	rуд, Ом/км	xуд, Ом/км	L, км	ДU
						В	%
РУ - СП-1	919	701	0,017	0,008	0,04	2,14	0,57
СП-1 - СП-2	547	434	0,017	0,008	0,075	2,45	0,64
СП-2 - СП-3	301	242	0,017	0,008	0,015	0,03	0,02
СП-3 - ПС	133	98	0,017	0,008	0,03	0,23	0,06
ПС - СП-4	133	98	0,18	0,07	0,01	0,20	0,05
СП-4 - Паровой котёл	73,0	52,8	0,268	0,073	0,05	0,41	0,11
Итого	5,46	1,45

Суммарная потеря напряжения от РУ 0,4 кВ до зажимов парового котла равна 5,46 В, т.е. 1,45 %.

Выбранные сечения проводников удовлетворяют требованиям [1], по отклонению напряжения.

3.6 Выбор коммутационно - защитных аппаратов

В качестве коммутационно-защитных аппаратов принимаем автоматические выключатели ВА07,ВА88, ВА47-29[14]. Выбор выключателей производим по номинальному току электрооборудования Iном, а вводные аппараты для распределительных пунктов и отходящих присоединений в РУ 0,4 кВ по максимально расчетному IР. Выбранные автоматические выключатели должны соответствовать следующим условиям:

Выбор автоматических выключателей представлен в таблицах 3.4 и 3.5.

Данные выключатели выполнены в «выдвижном исполнении»( ВА07) и во «втычном исполнении», поэтому выбирать разъединители не требуется.

Таблица 3.4 - Выбор автоматических выключателей электроприемников

Наименование электроприемников	РНОМ/ РР, кВт	cos?	IН.ЭП/ IР, А	Ток расц, А	Тип выключателя
СП - 1	372	0,78	696	800*	ВА88-40
Транспортная тележка	30	0,75	61	63	ВА88-33
Толкатель форм. Машина обработки формы. Машина для смазки форм. Рельсовая тележка.	31,1	0,75	62	63	ВА88-33
Подающее устройство автоклавных поддонов	10	0,75	20	25	ВА88-33
Дозирование и смешивание. Вибрационная пластина	185	0,8	351	400	ВА88-37
Машина для кантования	40	0,75	81	100	ВА88-33
Тележка. Боковой триммер. Машина резки по толщине	94,9	0,75	183	200	ВА88-35
Вентиляция и дымоудаление	4,97	0,85	9	10	ВА47-29
СП - 2	246	0,75	459	800*	ВА88-40
Механизм подачи автоклавных тележек. Передаточная вагонетка. Двери автоклава	86,1	0,75	166	200	ВА88-35
Машина поперечной резки	35	0,75	71	80	ВА88-32
Механизм для удаления нижнего слоя	42	0,75	85	100	ВА88-33
Погрузочная машина	57	0,75	115	125	ВА88-33
Вентиляция	56,8	0,75	110	125	ВА88-33
Управление автоклавом	2	1	3	4	ВА47-29
СП - 3	185	0,75	366	400*	ВА88-40
Укладочно-сортировочная машина	51,5	0,75	103	125	ВА88-33
Система транспортировки пакетов. Прессовка пакетов.	45,2	0,75	90	100	ВА88-33
Разделительная машина	60	0,75	122	125	ВА88-33
Машина вытяжки	25	0,75	51	63	ВА88-33
Вентиляция	3,23	0,75	6,5	8	ВА47-29
Мастерские	12,9	0,75	25	25	ВА88-32
СП - 4	133	0,8	251	400*	ВА88-37
Паровой котел	80	0,8	152	160	ВА88-33
Охладитель	50	0,8	95	100	ВА88-33
Насосная технического водопровода	14,6	0,8	29	32	ВА88-32

* Используются выключатели с электронным расцепителем

Таблица 3.5 - Выбор выключателей отходящих присоединений РУ 0,4 кВ

Наименование отходящей линии	SР, кВ·А	IР А	Ток расц, А	Тип выключателя
Цех по производству блоков из ячеистого бетона	1174	1772	2000*	ВА07-220
Цех приемки и подготовки сырьевых материалов	494	751	1600*	ВА88-216
Цех помола золы	489	743
Цех по производству сухих строительных смесей	273	417	800*	ВА88-40
Склад	15,1	23,0	25	ВА88-33
Административно - технический корпус	70,2	107	125	ВА88-33

* Используются выключатели с электронным расцепителем



4. ВЫБОР ОСНОВНОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ РУ 0,4 кВ

Все электрические аппараты, токоведущие части и изоляторы на станциях и подстанциях должны быть выбраны по условиям длительной работы и проверены по условиям короткого замыкания в соответствии с указаниями [1].

Согласно [15], расчетными условиями для выбора проводников и аппаратов по продолжительным режимам работы: нормальный, ремонтный, послеаварийный.

4.1 Выбор выключателей

Выключатель является основным аппаратом в электрических установках, он служит для отключения и включения в цепи в любых режимах: длительная нагрузка, перегрузка, короткое замыкание, холостой ход. Наиболее тяжелой и ответственной операцией является отключение токов КЗ и включение на существующее короткое замыкание.

Выключатели выбираем по следующим условиям:

где Uном.эл. - номинальное напряжение электроустановки, кВ;

Uном.эл. - номинальное напряжение аппарата, кВ;

Imax. - максимальный расчетный ток, А;

Iн.расц. - номинальный ток расцепителя, А.

Цепь генератора. Наибольший ток нормального режима принимается при загрузке генератора до номинальной мощности Рном при номинальном напряжении и cosном [10].



В качестве вводных выключателей генераторов принимаем автоматический выключатель IEК ВА07-325 [14], с номинальным током отключения

Iн.расц. = 2500 А. Данные выключатели выполнены в «выдвижном исполнении», поэтому выбирать разъединители нет необходимости.

Цепь трансформатора. Вводной выключатель для трансформаторной подстанции выбираем по максимальному току нагрузки

где УSн - суммарная расчетная нагрузка всего предприятия (табл. 2.5), кВ·А

Принимаем к установке автоматический выключатель ВА07- 440 [13],

Iн.расц = 4000 А.

Секционные выключатели. В качестве секционных автоматических выключателей выбираем выключатели ВА07 - 325, с номинальным током отключения Iн.расц. = 2500 А [14].

4.2 Выбор жестких шин

В закрытых РУ 0,4 кВ ошиновка и сборные шины выполняются жесткими алюминиевыми шинами, но применяют и медные шины. При токах до 3000 А применяются одно- и двухполосные шины. При больших токах рекомендуются шины коробчатого сечения, так как они обеспечивают меньшие потери от эффекта близости и поверхностного эффекта, а также лучшие условия охлаждения.

Сборные шины и ошиновка, согласно [1], в пределах распределительного устройства выбираются по допустимому току.

При этом учитываются не только нормальные, но и послеаварийные режимы, а также режимы в период ремонтов и возможность неравномерного распределения токов между секциями шин. Условие выбора:

Imax Iдоп,

где Imax - максимально возможный ток, А, для РУ генераторов - номинальный ток генератора Iном.г, для РУ ТП - Iраб.утяж ;

Iдоп - допустимый ток на шины выбранного сечения с учетом поправки при расположении шин плашмя или температуре воздуха, отличной от принятой в таблицах 1 (=25 0С).

Произведем выбор сечения шин:

- РУ генераторов: Iном.г = 2101 А > 2(100Ч8)Al, Iдоп = 2390 А;

- РУ ТП: Iраб.утяж.= 3678 А > 2(100Ч10)Cu, Iдоп = 3610 А.

Для распределительного устройства ТП принимаем решение об установке медных шин сечением 100Ч10, так как при указанном токе алюминиевых шин необходимо три на одну фазу, что в свою очередь приведет к усложнению конструкции распределительного устройства. Применение шин коробчатого сечения, как правило, не практикуется отечественными производителями низковольтных распределительных устройств. Принимаем шины прямоугольного сечения марок АДЗ1Т и М1.



Рисунок 4.1 - Расположение шин в распределительном устройстве

При отклонении температуры окружающей среды от нормированной

+25 0C 15, необходимо произвести перерасчет допустимого тока Iдоп , для шин стандартного сечения по формуле:

где IДОП.ШИН - допустимый ток на шину при температуре окружающей среды =25 0С;

- действительная среднесуточная температура окружающей среды в летнее время года;

- длительно допустимая температура нагрева шин, равная 70 0C.

Произведем перерасчет приняв = 23 0С.

- РУ генераторов: А > Iном.г = 2101 А.

- РУ ТП: А > Iраб.утяж. = 3678 А.

Выбранные шины для распределительных устройств проходят по условию допустимого тока.

Для соединения генераторных установок с распределительными устройствами используем шинопровод ШМА 5 2500А. Для соединения трансформатора с распределительным устройством используем шинопровод ШМА 68П 4000А.

4.3 Выбор изоляторов

В РУ шины будут крепится с помощью шинодержателей. Выбор производим по следующим условиям[15]:

- по номинальному напряжению Uуст Uном.

Выбираем шинодержатели серии ШН:

Uмакс.= 1 кВ; Fраз.= 8 кН; высота изолятора Низ = 25 мм.

4.4 Выбор трансформаторов тока

Трансформаторы тока, предназначенные для питания измерительных приборов, выбираются:

- по номинальному напряжению - Uуст Uном;

- по номинальному току - Iраб.утж I1ном, причем, номинальный ток должен быть как можно ближе к рабочему току установки, так как недогрузка первичной обмотки приводит к увеличению погрешностей; по конструкции и классу точности.

Выбор класса точности определяет назначение трансформатора тока. В соответствие с ПУЭ:

- трансформаторы тока для включения электроизмерительных приборов должны иметь класс точности не ниже 3;

- обмотки трансформаторов тока для присоединения счётчиков, по которым ведутся денежные расчеты, должны иметь класс точности 0,5;

- для технического учёта допускается применение трансформаторов тока класса точности 1.

Погрешность трансформатора тока зависит от вторичной нагрузки (сопротивление приборов, проводов, контактов) и от кратности первичного тока по отношению к номинальному. Увеличения нагрузки и кратности тока приводят к увеличению погрешности.

Контроль за режимом работы подстанции осуществляем с помощью контрольно-измерительных приборов: вольтметра, амперметра, счётчиков активной и реактивной энергии. Вышеперечисленные контрольно-измерительные приборы устанавливаем на каждом вводном устройстве. На ТТ 0,4 кВ устанавливаются: амперметр, счетчик электроэнергии. Схема включения приборов показана на рисунке 4.2.

Для измерения тока используем аналоговый щитовой амперметр Э47, класс точности 1,5.

Для измерения напряжения используем аналоговый щитовой вольтметр Э47 100 (0…600 В), класс точности 1,5.

Для организации технического(контрольного) и расчетного (коммерческого) учета электроэнергии используем счетчики Меркурий 230 АR-01 R (счетчик активной и реактивной энергии), класс точности 0,5S. Счетчики Меркурий 230 поддерживают двух- и трехэлементное включение. Это означает, что между любым фазным и нулевым проводами счетчика может быть приложено как фазное, так и линейное напряжение. Варианты исполнения счетчиков позволяют осуществлять непосредственное и трансформаторное подключение как по напряжению, так и по току. Схема подключения счетчиков в проектируемых распределительных устройствах представлена на рисунке 4.2.



Рисунок 4.2 - Схема подключения измерительных приборов

Выбираем трансформаторы тока ТШЛ-0,66 У2 с классом точности 0,2S:

- Цепь генераторов: Iном.г = 2101 А > 2500/5;

- Цепь трансформатора: Iраб.утяж. = 3678 А > 4000/5.

Для проверки трансформаторов тока по вторичной загрузки, пользуясь каталожными данными приборов, определяем нагрузку по фазам (таблица 4.1).

Таблица 4.1 - Вторичная нагрузка трансформаторов тока

Прибор	тип	Фаза А	Фаза В	Фаза С
Амперметр	Э47	0,1	0,1	0,1
Счётчик электроэнергии	Меркурий 230 АRT-01 R	2,5	2,5	2,5
Итого	2,6	2,6	2,6

Аналогичные приборы устанавливаем в распределительном устройстве трансформаторной подстанции.

Производим проверку по вторичной нагрузке трансформаторов тока.

Общее сопротивление приборов:

;

.

Вторичная номинальная нагрузка трансформатора тока в классе точности 0,2 составляет 20 В·А или:

;

Ом.

Сопротивление контактов принимаем 0,1, тогда сопротивление соединительных проводов:

;

Ом.

Сечение соединительных проводов:

где с - удельное сопротивление материала провода, принимаем провода с медными жилами, =0,0175, Ом·м/мм2;

lрасч - расчетная длина, зависящая от схемы соединения трансформаторов тока, для звезды ;

l - длина соединительных проводов , l=5 м.

мм2.

По условию механической прочности принимаем провод ПВ-1 2,5мм2.

Аналогичной провод принимаем для подключения электроизмерительных приборов в распределительном устройстве трансформаторной подстанции.

Для приема и распределения электроэнергии в распределительном устройстве 0,4 кВ принимаем к установке низковольтное комплектное устройство (НКУ) ЩО 09.



5. РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

Токи короткого замыкания (КЗ) рассчитываются для выбора и проверки аппаратов и токоведущих частей на термическую и динамическую стойкость, для выбора, при необходимости, устройств по ограничению этих токов, а также для выбора и оценки устройств релейной защиты. Расчетным является трехфазное короткое замыкание, т.к. токи КЗ в этом случае имеют максимальные значения.

В данном разделе произведем расчет токов КЗ для стороны 0,4 кВ. Расчет ведем согласно [16], при расчетах КЗ в электроустановках до 1 кВ необходимо учитывать:

- индуктивные сопротивления всех элементов короткозамкнутой цепи, включая силовые трансформаторы, проводники, трансформаторы тока, токовые катушки автоматических выключателей;

- активные сопротивления элементов короткозамкнутой цепи;

- активные сопротивления различных контактов и контактных соединений;

- значения параметров синхронных и асинхронных электродвигателей, непосредственно примыкающих к месту КЗ.

При расчетах токов КЗ рекомендуется учитывать:

- сопротивление электрической дуги в месте КЗ;

- изменение активного сопротивления проводников короткозамкнутой цепи вследствие их нагрева при КЗ;

- влияние комплексной нагрузки на ток КЗ, если номинальный ток электродвигателей нагрузки превышает 1 % начального значения периодической составляющей тока КЗ, рассчитанного без учета нагрузки.

При расчетах токов КЗ допускается:

- максимально упрощать и эквивалентировать всю внешнюю сеть по отношению к месту КЗ;

- не учитывать ток намагничивания трансформаторов;

- расчетное напряжение каждой ступени схемы электроснабжения

принимается на 5% выше номинального значения.

5.1 Расчет тока КЗ цепи генератора

Расчетная схема для расчета тока КЗ цепи генератора (G1) приведена на рисунке 6.1.

Рисунок 6.1 - Расчетная схема цепи генератора

Исходные данные для расчета приняты из[14], [16] представлены в таблице 6.1.

Таблица 6.1 - Параметры элементов схемы

Генератор	Шинопровод ШМА 5 2500 А	Выключатель ВА 07 2500 А	Трансформаторы тока	Болтовые контактные соединения
Uном. = 400 В Sном = 1456 кВ·А rст = 0,015·xd	rш = 0,017 мОм/м xш = 0,008 мОм/м l = 5м	Rкв = 0,13 мОм Хкв = 0,07 мОм	Свыше 500/5, сопротивления не учитываются	n = 15 rк = 0,003 мОм

Составим схему замещения:



Рисунок 6.2 - Схема замещения для цепи генератора

Расчет будем вести в именованных единицах и при приближенном приведении.

Определим параметры схемы замещения.

- Сопротивление генератора:

;

;

мОм.

- Активное и индуктивное сопротивление шинопровода:

Rш = rш · l, Rш = 0,017 · 5 = 0,085 Ом;

Xш = xш · l, Xш = 0,008 · 5 = 0,04 Ом.

- Активное сопротивление болтовых контактных соединений:

RК = rк · n, RК = 0,003 · 12 = 0,036 Ом.

Расчет начального значения периодической составляющей тока трехфазного КЗ. В электроустановках с автономными источниками электроэнергии начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ без учета подпитки электродвигателей следует рассчитывать по формуле

где -сверхпереходная ЭДС (фазное значение) автономного источника, кВ;

RУ и XУ - суммарные активные и индуктивные сопротивления цепи КЗ, Ом.

При этом учтем, что короткое замыкание будет чисто металлическим, т.е. без учета активного сопротивления дуги.

Суммарные сопротивления равны:

RУ = rст + RтА + Rкв + Rш + Rк ,

ХУ = х”d + XтА + Rкв + Xш ,

где rст - активное сопротивление статора автономного источника, мОм;

Rк - активное сопротивление различных контактов и контактных соединений, мОм;

x”d - сверхпереходное сопротивление по продольной оси ротора, мОм;

RтА и XтА - активное и индуктивное сопротивление первичных обмоток трансформаторов тока, мОм;

Rкв и Xкв - активные и индуктивные сопротивления токовых катушек и переходных сопротивлений подвижных контактов автоматических выключателей, мОм;

Rш и Xш- активное и индуктивное сопротивления шинопроводов, мОм.

Тогда, для нашей цепи получим:

RУ = 0,248 + 0,085 + 0,13 + 0,035 = 0,498 мОм;

ХУ = 16,5 + 0,07 + 0,04 = 16,6 мОм,

13,9 кА.

Расчет ударного тока. Ударный ток трехфазного КЗ в электроустановках рассчитывают по формуле

где Куд - ударный коэффициент, который может быть определен по кривым или рассчитан по формуле (6.6).

где Та - постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ, с;

tуд - время от начала КЗ до появления ударного тока, с.

;

;

.

В тех случаях когда ХУ/RУ ? 5, tуд принимают равной 0,01 с.

В нашем случае, получим:

Учет сопротивления электрической дуги. Учет электрической дуги в месте КЗ рекомендуется производить введением в расчетную схему активного сопротивления дуги Rд, которое определяется на базе вероятностных характеристик влияния устойчивости (непогасающейся) дуги на ток КЗ.

Среднее значение активного сопротивления дуги в начальный момент КЗ, определим по формуле

,

где Кс - среднестатическое значение поправочного коэффициента, учитывающего снижение тока в начальный момент дугового КЗ по сравнению с током металлического КЗ, который можно определить по формуле:

,

где Zк - полное сопротивление цепи КЗ, мОм.

Рассчитаем сопротивление дуги:



Тогда ток дугового КЗ, определяется с введением в расчетную схему активного сопротивления дуги:

Учет комплексной нагрузки. Влияние комплексной нагрузки учитывать не будем.

Расчет периодической составляющей тока КЗ для произвольного момента времени. Данный расчет необходим для проверки РЗ генераторов. Расчет будем вести для трехфазного металлического КЗ на выводах генератора в установившемся режиме т.е. для t = ?.

,

где Iп0(В) - ток трехфазного КЗ на выводах генератора, А, определяется по выражению 6.2;

гt - коэффициент находящийся по типовым кривым (рисунок 6.3).



Рисунок 6.3 - Типовые кривые для синхронного генератора автономных систем электроснабжения напряжением 400/230 В

Тогда для нашего случая получим:

Результаты по расчетам токов КЗ для цепи генератора представлены в таблице 6.2.



Таблица 6.2 - Результаты расчетов токов КЗ

Вид КЗ	Максимальные значения тока КЗ, кА	Минимальные значения тока КЗ, кА
	IпО	iуд	IпО	Iпt (t = ?)	iуд
К(3)	13,9	37,5	9,6	5,88	13,7

5.2 Расчет тока КЗ цепи трансформатора

Расчетная схема для расчета тока КЗ цепи трансформатора приведена на рисунке 6.4.

Рисунок 6.4 - Расчетная схема цепи трансформатора

Исходные данные для расчета приняты из[14], [16] представлены в таблице 6.1.

Таблица 6.3 - Параметры элементов схемы

Система	КЛ	Трансформатор ТМГ-2500/10	Шинопровод ШМА 68П	Выключатель ВА 07 4000 А	Трансформаторы тока	Болтовые контактные соединения
Uср.ВН = 10,5 кВ	Uном = 10 кВ, l = 2 км*	UВН.ном. = 10,5 кВ UНН.ном. = 0,4 кВ Sт.ном = 2500 кВ·А ДРк.з. = 26,5 кВт uк.з. = 6 %	rш = 0,013 мОм/м xш = 0,015 мОм/м l = 5м	Rкв = 0,1 мОм Хкв = 0,05 мОм	Свыше 500/5 rТА не учитываются	n = 12 rк = 0,003 мОм

* длина кабельной линии предварительно взята исходя из того, что в радиусе 2 км от обекта проектирования имеется 3 источника электроснабжения.

Составим схему замещения. В случаях, когда трансформатор подключен к сети энергосистемы через реактор, воздушную или кабельную линию (длиной более 1 км), необходимо учитывать не только индуктивные, но и активные сопротивления этих элементов.

Рисунок 6.5 - Схема замещения для цепи трансформатора

Расчет будем вести в именованных единицах и при приближенном приведении.

Определим параметры схемы замещения.

- Сопротивление системы: при отсутствии указанных данных о системе индуктивное сопротивление системы допускается рассчитывать по формулеI

,

где Uср.НН - среднее номинальное напряжение сети, подключенной к обмотке низшего напряжения трансформатора, В;

Uср.ВН - среднее номинальное напряжение сети, к которой подключена обмотка высшего напряжения трансформатора, В;

Iоткл.ном - номинальный ток отключения выключателя, установленного на стороне высшего напряжения понижающего трансформатора, кА.

Для большинства выключателей на напряжение 10 кВ - Iоткл.ном равна 20 кА, это также справедливо и для предохранителей серии ПКТ. Тогда сопротивление системы получим:

- Сопротивление кабельной линии: для определения сопротивления КЛ необходимо предварительно определить ее сечение. Сечение определим по методу экономической плотности тока, в качестве расчетного тока примем Iраб.утяж.= 3233 А. Тогда, при Тм = 5800 ч для кабелей с алюминиевыми жилами и пластмассовой изоляцией получим:

принимаем сечение 90 мм2, согласно [12]: Iдоп = 253 А (при прокладке в земле), rуд.кб = 0,443 мОм/м, худ.кб = 0,119 мОм/м. Тогда сопротивление приведенное к стороне 0,4 кВ, равно

- Сопротивление трансформатора:

где ДРк.з - потери короткого замыкания в трансформаторе, кВт;

UНН.ном - номинальное напряжение обмотки низшего напряжения трансформатора, кВ;

uк.з. - напряжение короткого замыкания трансформатора, %.

- Активное и индуктивное сопротивление шинопровода:

Rш = rш · l, Rш = 0,013 · 5 = 0,065 Ом,

Xш = xш · l, Xш = 0,015 · 5 = 0,075 Ом.

- Активное сопротивление болтовых контактных соединений:

RК = rк · n, RК = 0,003 · 12 = 0,036 Ом.

Расчет начального значения периодической составляющей тока трехфазного КЗ.

RУ = 1,29 + 0,91 + 0,065 + 0,1 + 0,036 = 2,41 Ом;

ХУ = 0,44 + 0,35 + 6,62 + 0,075 + 0,05 = 7,49 Ом;

Расчет ударного тока.

;

;

Учет сопротивления электрической дуги.

Сопротивление дуги рассчитаем аналогично п 5.1:

Тогда ток трехфазного КЗ с учетом сопротивления дуги равен:

Учет комплексной нагрузки. Влияние комплексной нагрузки учитывать не будем.

Результаты по расчетам токов КЗ для цепи трансформатора представлены в таблице 6.4.

Таблица 6.4 - Результаты расчетов токов КЗ

Вид КЗ	Максимальные значения тока КЗ, кА	Минимальные значения тока КЗ, кА
	IпО	iуд	IпО	iуд
К(3)	29,4	45,7	18,9	27,1

5.3 Проверка выбранного оборудования по условию КЗ

Проверка автоматических выключателей. Проверку выключателей следует проводить по условиям:

Iоткл ? IпО;

iпр.с. ? iуд;

Вк ? I2тер. · tтер.

Определим термическое действие тока короткого замыкания, по формуле:

,

где Вк - тепловой импульс, выделяемый током КЗ или интеграл Джоуля, кА2с;

tотк = tр.з.+ tо.в.;

tр.з - время действия максимальной токовой защиты, равное 0,3 с;

tо.в. - полное время отключения выключателя, равно 0,003, с.

-для цепи генератора: кА2с;

-для цепи генератора: кА2с.

Все расчетные и каталожные данные по выбору и проверке выключателей сводим в таблицу 6.5.

Таблица 6.5 - Данные для выбора выключателей

Цепь генератора	Цепь трансформатора
Расчетные данные	Каталожные данные	Расчетные данные	Каталожные данные
	ВА07 - 325 2500 А		ВА07 - 440 4000 А
Uуст = 0,4 кВ	Uном = 0,69 кВ	Uуст = 0,4 кВ	Uном = 0,69 кВ
Iном = 2102 А	Iном = 2500 А	Iраб.утяж = 3233 А	Iном = 4000 А
IпО = 13,9 кА	Iоткл = 85 кА	IпО = 29,4 кА	Iоткл = 100 кА
iуд = 37,5 кА	iпр.с = 85 кА	iуд = 45,7 кА	iпр.с = 100 кА
Bк = 84 кА2с	I2тер. · tтер = 12675 кА2с	Bк = 286 кА2с	I2тер. · tтер = 21675 кА2с



Проверка жестких шин. Жесткие шины, укрепленные на изоляторах, представляют собой динамическую колебательную систему, находящуюся под воздействием электродинамических сил. В такой системе возникают колебания, частота которых зависит от массы и жесткости конструкций. Электродинамические силы, возникающие при КЗ, имеют составляющие, которые изменяются с частотой 50 и 100 Гц. Если собственные частоты колебательной системы шины - изоляторы совпадут с этими значениями, то нагрузки на шины и изоляторы возрастут. Если собственные частоты меньше 30 и больше 200 Гц, то механического резонанса не возникает.