Электроснабжение цеха

  Определим необходимость установки  компенсирующих устройства также  их мощность. Примем оптимальный  tgφ для нашего предприятия равный 0,25.

Определим мощность комплектного компенсирующего устройства Q_к по формуле [2]  

 

 Q_к = Р_см* (tgφ₁ – tgφ₂) ,                                   (2.13)

где  tgφ₁ – тангенс угла фактический, соответствующий мощности нагрузки цеха, tgφ₁=0,32

         tgφ₂ – оптимальный тангенс угла, установленный предприятием, условием получения от энергосистемы мощностей нагрузки, tgφ₂=0,25

 

Q_к =140,6*(0,32 - 0,25) = 10 (квар)

 

Так как потребление реактивной мощностей  не так уж велико  в часы 30 минутного  максимума. Таким образом, установка  компенсирующих устройств экономически невыгодна, поэтому дешевле производить компенсацию естественным методом.

 

2.3 Выбор трансформаторной подстанции.

 

Выбор числа и мощности трансформаторов  на подстанциях промышленных предприятий  является одним из основных вопросов рационального построения систем электроснабжения. Число трансформаторов , как и число питающих линии, определяется в зависимости от категорий потребителей. Наиболее просты и дешевы однотрансформаторные подстанции. При наличии складского резерва или связей на вторичном напряжении эти подстанции обеспечивают надежное электроснабжение потребителей второй и третей категории.

При выборе мощности трансформаторов необходимо исходить из экономической нагрузки, допустимой перегрузке, числа часов  максимума перегрузки, темпов роста нагрузки, расчетной нагрузки. Но так как к моменту проектирования все указанные факторы нельзя определить, то мощность трансформаторов выбирается так, чтобы обеспечивалось питание полной нагрузки при работе трансформатора в нормальных условиях с коэффициентом загрузки 0,7…0,75. При выходе из строя какого–либо трансформатора второй трансформатор не должен быть перегружен более чем на 40% в течение пяти суток по 6 часов каждые сутки.

Из  предыдущих расчетов нам известна полная расчетная мощность S_р, через нее определим номинальную мощность трансформатора S_ном.тр по формуле [2]

 

S_ном.тр= S_р /β_т ,                                          (2.14)

 

где β_т – коэффициент загрузки трансформаторов на подстанциях, β_т=0,7 по [2, табл. 4.6]

 

S_ном.тр=278/ 0,7=397 (кВ*А)

 

Выберем примерный трансформатор типа ТМ – 400/10, напряжение короткого замыкания U_к=10,5%, мощность короткого замыкания Р_к=5,5кВт, номинальная мощность S_ном.тр=400 кВ*А.

Проверим трансформатор  на загруженность и аварийный  режим работы. Для этого определим мощность загрузки трансформатора S'_тр через расчетную максимальную мощность по формуле [2]

 

S_тр=Р_р /N*cosφ*β_T,                                      (2.15)

 

где N – количество рабочих смен предприятия, N=1

       cosφ – коэффициент мощности всех электроустановок проектируемого объекта, cosφ=0,86

 

S'_тр=265 /1*,86*0,7=442(кВ*А)

Время максимальной загрузки трансформатора составляет 4 часа, по [2, табл. 4.8] определяем, что  коэффициент систематических нагрузок и аварийных перегрузок трансформатора равен  β_т2=1,39 /1,6. Все электроприемники относятся ко второй категории.

Определим, выдержит ли трансформатор цеховую нагрузочную  мощность, то есть загрузим его расчетной  максимальной мощность в нормальном режиме , по формуле [2]

 

 β'_т.норм.= S'_тр / S_ном.тр ,                                  (2.16)

 

где β'_т.норм – коэффициент загрузки в нормальном режиме.

 

β'_т.норм=442 /400=1,2

Полученный  коэффициент оказался меньше коэффициента максимальной загрузки β_т2=1,39 β_т2=1,39 > β'_т.норм=1,2, поэтому по нагрузке трансформатор выбран правильно.

Проверим  трансформатор на перегрузочную  способность по формуле [2]

 

β_т.ав.=Р_р /( cosφ* S_ном.тр) ,                             (2.17)

 

где β_т.ав – коэффициент аварийного режима работы трансформатора.

 

β_т.ав.=265 /0,86*400=0,9

 

Так как β_т2=1,6  > β_т.ав=0,9, то трансформатор выдержит перегрузку, поэтому оставляем ранее выбранный трансформатор типа ТМ – 400 /10.

2.4. Расчет токов короткого замыкания

 

В системе  трехфазного переменного тока могут  возникать непреднамеренные соединения проводников двух или трех фаз между собой или на землю, называемые короткими замыканиями (КЗ), это является основной причиной нарушения нормального режима работы системы электроснабжения. КЗ возникают в сети или в элементах электрооборудования вследствие повреждения изоляции или неправильных действий обслуживающего персонала. 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 выбирать электрооборудование, защитную аппаратуру и средства ограничения токов КЗ.

При возникновении КЗ имеет место  увеличения токов в фазах систем электроснабжения или электроустановок по сравнению с их значением в нормальном режиме работы. В свою очередь, это вызывает снижение напряжения в системе, которое особенно велико вблизи места КЗ.

В трехфазной сети различают следующие виды КЗ: трехфазные, двухфазные, однофазные и  двойное замыкание на землю. Расчетным видом КЗ для выбора или проверки параметров электрооборудования обычно считают трехфазные КЗ. В зависимости от назначения расчета токов КЗ выбирают расчетную схему сети, определят вид КЗ, место положения точек КЗ на схеме и сопротивление элементов схемы замещения.

2.4.1 Расчет токов короткого замыкания выше 1 кВ

Для расчета примем, что КЗ происходит в цепи питающейся от системы бесконечной  мощности. Системой бесконечной мощности условно считают источник, напряжение на шинах которого остается практически неизменным при любых изменениях тока в подключенной к нему цепи, отличительной особенностью такого источника является малое собственное сопротивление по сравнению с сопротивлением цепи, тогда сопротивление до точки присоединения потребителей принимаем равным нулю.

При расчете сопротивлений пользуются именованные или относительные  единицы, используем второй метод, а  также задаются базовыми величинами напряжением и мощностью. За базовое  напряжение принимают среднее номинальное  значение той ступени, где производится расчет токов КЗ, в данном случае U_ср=10,5 кВ, за базовую мощность примем S_б=100МВ*А.

Определим активное сопротивление трансформатора r₁ типа ТРДЦН 40000/110 по формуле [2]

 

 r₁=Р_к* S _б / S²_{ном.тр1.},                                            (2.18)

 

где Р_к – мощность потерь КЗ, Р_к= 160 кВт

      S_ном.тр1 – мощность трансформатора на высоковольтной стороне, S_ном.тр1=40МВ*А

 

r₁=160*10^-3*100/40²=0,01 (от.ед.)

 

Определим индуктивное сопротивление х₁ того же трансформатора по формуле [2]

 

х₁= U²_к – (Р_к / S_ном.тр)²* S_б/ S_ном.тр ,                                  (2.19)

 

где U_к – напряжение КЗ трансформатора, U_к=10,5%

х₁= (10,5/100)² – (160*10^-3/40)²*100/40=0,11 (от.ед.)

 

Определим активное сопротивление линии  r₂ длиной l=10 км по формуле [2]        

 

  r₂= r₀*l*S_б / U²_ср ,                                          (2.20)

 

где r₀ – сопротивление линии на 1 км длины, r₀=0,194 Ом/км [2, табл.П2.2]

 

r₂=0,194*10*100 /10,5²=1,8 (от.ед.)

 

Определим индуктивное сопротивление линии х₂ длиной l=10 км по формуле [2]       

 

  х₂= х₀*l*S_б / U²_ср ,                                           (2.21)

 

где  х₀ – индуктивное сопротивление линии 1 км длины, х₀=0,3Ом/км [2, табл.П2.3]

 

х₂=0,3*10*100 /10,5²=2,7 (от.ед.)

 

Определим сопротивление реактора х₃ по формуле [2]

 

  х₃= х_р* S_б / U²_ср ,                                          (2.22)

 

где х_р – сопротивление обмотки реактора, х_р=0,35 Ом

х₃=0,35*100 /10,5²=0,32 (от.ед.)

 

Определим активное эквивалентное сопротивление r_экв всей цепи выше 1 кВ.

 

r_эк = r₁ +  r₂ ,                                             (2.23)

 

r_экв = 0,01 + 1,8 = 1,81 (от.ед.)

 

Определим индуктивное  эквивалентное сопротивление х_эк всей цепи выше 1 кВ.

 

х_экв= х₁ + х₂ + х₃,                                           (2.24)

 

х_экв=0,11 + 2,7 + 0,32 = 3,13 (от.ед.)

Определим результирующее сопротивление Z_р всей цепи по формуле [2]

 

Z_р= r²_экв +  х²_экв ,                                        (2.25)

 

Z_р=

1,81² + 3,13² = 3,62 (от.ед.)

 

Определим базовый ток  I_б на ступени точки КЗ для сети 10 кВ  по формуле [2]

 

I_б= S_б / ( *U_ср),                                        (2.26)

I_б=100 / ( *10,5) = 5,5 (кА)

 

Определим начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ I_п.о. по формуле [2]

 

I_п.о= I_б / Z_р ,                                            (2.27)

 

I_п.о=5,5 / 3,62 = 1,52 (кА)

 

Определим ударный ток ι_у по формуле [2]

 

ι_у= *К_у* I_п.о,                                         (2.28)

 

где К_у – ударный коэффициент тока КЗ, К_у=1,369 [2,табл. 7.1]

 

ι_у=

*1,369*1,52 = 3 (кА)

После проведенного расчета ток кроткого замыкания на стороне выше 1 кВ в  точке шины 10 кВ составляет 3 кА.

2.4.2. Расчет токов короткого замыкания до 1 кВ

Для расчета КЗ в сети до 1 кВ тоже используем относительные единицы, базовая  мощность остается без изменения, только меняется среднее напряжение сети U_ср=0,4 кВ.

Определим по формуле [?] активное сопротивление r₄ трансформатора на низшей стороне типа ТМ – 400/10. Его номинальные данные U_к=6,5% , Р_к=5,5 кВт,  S_ном.тр2=0,4МВ*А

 

r₄=(5,5*10^-3*100) / 0,4²=3,44(от.ед.)

 

Определим по формуле (?) индуктивное сопротивление х₄ этого же трансформатора

 

х₄=

(6,5/100)² – (5,5*10^-3/0,4)²*100/0,4=0,21 (от.ед.)

 

По  формуле (?) определим активное эквивалентное сопротивление r_экв всей цепи свыше 1 кВ и до 1кВ в точке на стороне напряжения 0,4кВ

 

r_экв = 0,01 + 1,8 + 3,44 = 5,25 (от.ед.)

 

По  формуле (?) определим индуктивное эквивалентное сопротивление х_эк всей цепи свыше 1 кВ и до 1 кВ в точке на стороне напряжения 0,4кВ

 

х_экв=0,11 + 2,7 + 0,32 + 0,21 = 3,34 (от.ед.)

 

Определим результирующее сопротивление Z_р всей цепи в точке с напряжение 0,4 кВ по формуле (?)

 

Z_р=

5,25 + 3,34² = 6,2 (от.ед.)

 

Определим базовый ток  I_б на ступени точки КЗ для сети 0,4 кВ  по формуле (?)

 

I_б=100 / (

*0,4) = 143 (кА)

По формуле (?) определим начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ I_п.о.

 

I_п.о=143 / 6,2 = 23 (кА)

 

Определим ударный ток ι_у по формуле

 

ι_у=

*1,33*23 = 43,3 (кА)

 

Таким образом, ток короткого замыкания  на стороне до 1 кВ за трансформатором  типа ТМ -400/10 составляет 43,3 кА. 

 

2.5. Выбор ПЗА проводов и кабелей.

 

Правильный, теоретически обоснованный выбор электротехнических аппаратов во многом обеспечивает их надежную работу при нормальных и  аварийных режимах. Первичные цепи электрических станций  и подстанций включают в себя большое количество разнообразных электротехнических аппаратов, каждый из которых по всем своим параметрам должен удовлетворять не только условиям нормального (номинального) режима работы установки, но и условиям аварийного режима работы (короткое замыкание). Электротехнические аппараты первичных цепей станций и подстанций выбираются по следующим параметрам: 1) номинальному напряжению; 2) номинальному току; 3) роду установки; 4) конструктивному исполнению; 5) току и мощности отключения (аппараты для отключения рабочих и аварийных токов).