Расчет токов короткого замыкания

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 31 из 43Следующая ⇒

5 Система питания

Система электроснабжения любого предприятия может быть условно разделена на две подсистемы – это система питания и система распределения энергии внутри предприятия.

В систему питания входят питающие ЛЭП и ППЭ (ПГВ или ГПП), состоящий из устройства высшего напряжения, силовых трансформаторов и РУ низшего напряжения.

Таким образом, выбор системы питания производится в следующей последовательности:

– построение графиков нагрузки;

– выбор напряжения распределения;

– выбор силовых трансформаторов ППЭ;

– выбор схем распределительных устройств высшего напряжения;

– выбор питающих линий электропередач;

– выбор схем распределительных устройств низшего напряжения ППЭ.

Графики электрических нагрузок дают представление о характере изменения нагрузок в течение характерных суток или всего года. Графики электрических нагрузок используются при определении потерь электроэнергии в элементах СЭС, а также при выборе силовых трансформаторов и других целей.

Для построения суточных графиков нагрузки по предприятию в целом необходимо знать суточные графики нагрузок отдельных цехов и его подразделений (приложение Е).

За максимальную нагрузку  принимается нагрузка по предприятию в целом с учётом потерь в элементах электрических сетей.

Таблица 9 - Ведомость электрических нагрузок станкостроительного

                завода

часы

Зима

Лето

Рисунок 3 - Суточный график нагрузки (зима)

Рисунок 4 - Суточный график нагрузки (лето)

После построения графиков нагрузки (рис. 3 и рис. 4) произведем выбор напряжения распределения. Доля нагрузки  в общем по станкостроительному заводу составляет

,

исходя из полученного процентного соотношения, принимаем напряжение распределения на низкой стороне ПГВ равным .

Выбор трансформаторов ППЭ производиться согласно ГОСТ 14209-97. Мощность трансформаторов выбирают по суточному графику максимальной нагрузки предприятия и проверяют на послеаварийную перегрузку.

Средняя мощность  рассчитывается по формуле (рис. 3):

Тогда максимальная нагрузка равна

.

Среднеквадратичная мощность  рассчитывается по формуле:

Мощность одного трансформатора для -трансформаторной подстанции:

.

Выбираем трансформатор марки ТРДН-40000/110.

После выбора трансформаторов их проверяют на перегрузочную способность.

Коэффициент предварительной загрузки :

,

а коэффициент максимума .

Коэффициент перегрузки  определяется по полной мощности, которая больше полной среднеквадратичной мощности  в период времени .

Далее проверяем следующее условие: .

Данное условие выполняется, следовательно, трансформатор ТРДН-40000/110 принимается к установке.

Схемы электрических соединений на стороне высшего напряжения подстанций желательно выполнять наиболее простыми.

Рисунок 5 - Однолинейная схема электрических соединений главных

                   понизительных подстанций с двумя трансформаторами

                   (с выключателями)

Так как на станкостроительном заводе имеется большое количество потребителей I-ой категории, то выбираем схему линия – разъединитель – выключатель – трансформатор (рис. 5).  

Питания завода осуществляется по двухцепной воздушной ЛЭП с напряжением сети .

Выбор экономически целесообразного сечения ВЛ производят по экономической плотности тока  (так как в данном случае этот фактор является определяющим). Величина  зависит от материала провода и числа часов использования максимума нагрузки. Сечение питающей линии электропередачи для выбранного стандартного рационального напряжения определяется в следующей последовательности.

1.Определяем ток в линии в нормальном режиме:

,

ток в линии в послеаварийном режиме (ПАР):

,

где  – количество цепей на ЛЭП;

  – номинальное напряжение сети;

   – полная расчетная мощность завода.

2. Сечение провода рассчитывается по экономической плотности тока:

,

где  – расчетный ток;

   – экономическая плотность тока, зависящая от числа часов использования .

Для определения  построим годовой график нагрузок станкостроительного завода.

Рисунок 6 - Годовой график нагрузок станкостроительного завода

Из графика следует, что

,

тогда согласно [1]  при  часов. Следовательно:

.

Полученное сечение округляется до ближайшего стандартного значения и выбирается провод марки АС-120 ( ) [1].

 3. Проверка сечения проводника по условию допустимого нагрева.

      Проверка сечения проводов, жил кабелей и шин по условиям допустимого нагрева производят с учетом выполнения следующего неравенства:

,

.

4. Проверка на «корону».

Если сечение провода для линии 110  больше 70 , то провод по потерям на «корону» не проверяется [1].

Для распределительных устройств низшего напряжения ППЭ выбираем схему, приведенную на рис. 7, которая применяется для трансформаторов с расщепленной вторичной обмоткой мощностью  напряжением 6-10 .

Рисунок 7 - Схема подключения распределительных устройств низкого напряжения к трансформаторам

6 Система распределения

Произведем выбор цеховых трансформаторных подстанций. Будем принимать к установке комплектные трансформаторные подстанции (КТП). При выборе числа и мощности трансформаторов будем учитывать условия резервирования питания потребителей и соблюдать экономически целесообразный режим работы.

 Мощность устанавливаемых трансформаторов выбирается в зависимости от удельной мощности по площади цеха :

если , то ;

    если , то ;

 если , то .

Удельная мощность по площади цеха  определяется по следующей формуле:

,

где  площадь i-го цеха, ;  мощность i-го цеха с учетом компенсации реактивной мощности.

Расчет ведем для инструментального цеха:

,

.

Так как удельная мощность , то на цеховой подстанции можно устанавливать трансформаторы до 1000 . По величине расчетной мощности инструментального цеха  выбираем два трансформатора марки  и проверяем их на перегрузочную способность:

,

[12].

Отсюда следует, что данные трансформаторы обеспечивают резервирование.

В цехах, потребляющих мощности  и  меньше 250 , устанавливается силовой пункт (СП).

Результаты расчетов и выбранные трансформаторы сведем в таблицу 10.

Таблица 10 - Выбор числа и мощности КТП

№

Наименование цеха

Категория

надежности

,

,

,

(с учетом БСК)

,

,

Число и мощность

КТП

Инструментальный

цех

II

712,5

0,14

0,57

1,13

Термический цех

II

684,5

1080,5

0,22

0,54

1,08

Литейный цех

I

10342,3

2,93

0,63

1,26

Насосная

I

771,2

0,12

0,61

1,22

Компрессорная

I

937,5

698,6

0,75

0,55

1,11

Электрический цех

II

3037,5

350,5

664,9

0,22

0,53

1,06

Сборочный цех

II

354,9

520,7

0,04

0,65

1,31

Токарно-механический цех

III

13837,5

0,87

0,96

-

Кузнечный цех

III

286,5

477,5

0,07

0,75

-

Ремонтно-механический цех

III

554,3

0,45

0,55

-

Заводоуправление

II

1047,3

0,32

0,52

1,05

Центральная заводская лаборатория

II

150,6

178,5

233,5

0,14

СП

-

-

 Рассчитаем потери в трансформаторах. Потери активной и реактивной мощности в трансформаторе определяются по формулам:

,

,

,

,

где  потери холостого хода и короткого замыкания [13].

Расчет произведем на примере инструментального цеха.

Марка трансформатора , , , , , [13].

Потери холостого хода и короткого замыкания:

,

.

Потери активной и реактивной мощности в трансформаторе для нормального режима работы:

,

.

Потери активной и реактивной мощности в трансформаторе для послеаварийного режима работы:

,

.

Расчет потерь мощности для трансформаторов остальных цехов сведен в таблицу 11.

После определения количества и мощности трансформаторов цеховых КТП, нанесем на генеральный план схему транспортировки электроэнергии по территории станкостроительного завода, нанося при этом трассы кабельных линий электропередач (рис. 8).

Таблица 11 - Расчет потерь мощности для цеховых КТП

№

Наименование цеха

Марка

трансформатора

,

,

,

,

,

,

,

Инструментальный

цех

ТМЗ-630/6У1

1,8

5,5

1,05

7,6

11,3

34,7

3,33

28,24

6,95

44,75

Термический цех

ТМЗ-1000/6У1

1,2

5,5

1,55

10,8

4,67

32,02

9,39

56,08

Литейный цех

ТМЗ-2500/6У1

0,8

2,8

28,95

205,95

31,81

223,81

Насосная

ТМЗ-630/6У1

1,8

5,5

1,05

7,6

11,3

34,7

3,51

29,13

7,76

48,47

Компрессорная

ТМЗ-630/6У1

1,8

5,5

1,05

7,6

11,3

34,7

3,25

27,92

6,78

44,03

Электрический цех

ТМЗ-630/6У1

1,8

5,5

1,05

7,6

11,3

34,7

3,17

27,55

6,37

42,15

Сборочный цех

ТМЗ-400/6У1

4,5

0,88

5,5

2,92

19,8

6,48

31,44

Токарно-механический цех

ТМЗ-2500/6У1

0,8

2,8

18,42

127,65

-

-

Кузнечный цех

ТМЗ-630/6У1

1,8

5,5

1,05

7,6

7,2

5,33

19,58

-

-

Ремонтно-механический цех

ТМЗ-1000/6У1

1,2

5,5

1,55

10,8

7,56

34,7

4,82

18,04

-

-

Заводоуправление

ТМЗ-1000/6У1

1,2

5,5

1,55

10,8

4,56

31,44

9,05

54,32

Центральная заводская лаборатория

СП

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Схема транспортировки электрической энергии по территории станкостроительного завода. Обозначения на рисунке: – – – – ,

                                                                   –––– – .   

Рисунок 8 - Транспорт электрической энергии

В промышленных распределительных сетях выше 1000  в качестве основного способа канализации электроэнергии применяются кабельные ЛЭП и токопроводы .

Выбор сечения КЛЭП производится в соответствии с учетом нормальных и послеаварийных режимов работы электрической сети и перегрузочной способности кабелей различной конструкции. Прокладка кабелей будет производиться в земле. При проверке сечения кабелей по условию ПАР для кабелей напряжением  необходимо учитывать допускаемую в течение 5-ти суток (на время ликвидации аварии) перегрузку для кабелей с бумажной изоляцией до 30 % номинальной.

Рассмотрим выбор кабельных линий на примере . Расчетные мощности в нормальном режиме определяются по формулам:

,

,

,

.

Расчетный ток нормального режима:

.

Расчетные мощности в послеаварийном режиме определяются по формулам:

,

,

.

Расчетный ток послеаварийного режима:

.

Сечение линии выбирается по экономической плотности тока и по току нормального режима:

,

где  при  часов. Принимаем стандартное сечение  с допустимым длительным током  [1] таблица 1.3.16.

Допустимый длительный ток нормального режима:

,

где  коэффициент, учитывающий температуру окружающей среды [1]  таблица 1.3.3;

 коэффициент, учитывающий количество работающих кабелей,    лежащих рядом в земле [1] таблица 1.3.26;

   коэффициент допустимой перегрузки, который зависит от вида изоляции [1] таблица 1.3.1.

Допустимый длительный ток послеаварийного режима:

,

где  поправочный коэффициент для кабелей в зависимости от удельного теплового сопротивления земли [1] таблица 1.3.2.

Проверка выбранного кабеля выполняется по следующим условиям:

; ;

; .

Окончательно принимаем кабель марки . Результаты остальных расчетов сведем в таблицу 12.

Таблица 12 - Выбор кабельных линий

№

КЛЭП

Марка, количество, сечение КЛЭП

ТП1.1-ТП7.15

3,33

28,24

6,95

44,75

33,76

68,92

33,76

1,1/

0,93

1,2

153,5

199,5

ТП7.15-ТП2.2

354,9

2,92

19,8

6,48

31,44

58,4

119,2

48,7

0,93

173,9

226,1

ПГВ-ТП2.2

684,5

4,67

32,02

9,39

56,08

108,9

222,2

90,8

0,85

273,5

328,2

ПГВ-ТП3.3

28,95

205,95

31,81

223,81

152,2

305,9

0,85

336,6

437,6

ПГВ-ТП3.4

28,95

205,95

31,81

223,81

152,2

305,9

0,85

336,6

437,6

ПГВ-ТП3.5

28,95

205,95

31,81

223,81

152,2

305,9

0,85

336,6

437,6

ПГВ-ТП3.6

28,95

205,95

31,81

223,81

152,2

305,9

0,85

336,6

437,6

ПГВ-ТП3.7

28,95

205,95

31,81

223,81

152,2

305,9

0,85

336,6

437,6

ПГВ-ТП10.8

4,82

18,04

-

-

52,17

-

43,4

0,93

153,5

199,5

ПГВ-ТП5.9

3,25

27,92

6,78

44,03

33,2

67,7

27,7

0,93

128,9

167,7

ТП8.10-ТП8.11

18,42

127,65

-

-

230,3

-

0,93

417,4

542,6

ПГВ-ТП8.11

18,42

127,65

-

-

230,3

-

191,7

0,93

417,4

542,6

ПГВ-ТП8.12

18,42

127,65

-

-

230,3

-

0,93

417,4

542,6

ТП8.14-ТП8.13

18,42

127,65

-

-

230,3

-

0,93

417,4

542,6

ПГВ-ТП8.13

18,42

127,65

-

-

230,3

-

191,7

0,93

417,4

542,6

ПГВ-ТП6.16

350,5

3,17

27,55

6,37

42,15

31,74

64,62

26,5

0,93

128,9

167,7

ПГВ-ТП4.17

3,51

29,13

7,76

48,47

47,12

95,5

39,3

0,93

153,5

199,5

ТП4.17-СП12

150,6

178,5

-

-

-

-

233,5

-

194,6

0,93

417,4

542,6

ТП11.19-ТП9.18

4,56

31,44

-

-

49,3

100,5

41,1

0,93

153,5

199,5

ПГВ-ТП9.18

286,5

5,33

19,58

-

-

45,5

-

37,9

0,93

153,5

199,5

Расчет токов короткого замыкания (КЗ) в установках напряжением выше 1000  имеет ряд особенностей.

Активные элементы систем электроснабжения не учитываются, если выполняется условие , где  и  суммарные активные и реактивные сопротивления элементов СЭС до точки КЗ.

При определение тока КЗ учитывают подпитку от двигателей высокого напряжения.

а)                                               б)

в)      

Рисунок 9 - Принципиальная схема расчёта токов КЗ и схемы замещения

Принимаем базисные условия:

, , ,

Базисный ток определяем по следующей формуле:

,

.

Расчет токов короткого замыкания в точке .

Сопротивление воздушной линии, приведенное к базисным условиям:

,

,

где  удельное активное сопротивление линии [13] табл. 7.35;

 удельное реактивное сопротивление линии [13] табл. 7.38;

 длина линии (исходные данные).

Сопротивление системы до точки :

Начальное значение периодической составляющей тока КЗ в точке :

.

Ударный ток КЗ:

,

где  ударный коэффициент;

 постоянная времени затухания апериодической составляющей.

Расчет токов короткого замыкания в точке .

Точка  расположена на шинах РУНН ПГВ. Сопротивление силового трансформатора ТРДН-40000/110/6 с расщепленной обмоткой НН рассчитывается следующим образом:

,

,

Результирующее сопротивление схемы замещения до точки  

(рис. 9):

Начальное значение периодической составляющей тока КЗ в точке :

.

В этой точке необходимо учитывать подпитку тока КЗ от высоковольтных двигателей. Определим сопротивление подпитывающей цепочки:

1. Сопротивление двигателя и кабельной линии от двигателей цеха № 4 до шин РУНН ПГВ (для двигателей мощностью  типа СДН-2-17-71-843 в количестве 2 штук) [7]. КЛЭП:

,

.

Выбираем кабель марки ААШв-6-3х240 с .

Теперь определяем сопротивления КЛ:

,

,

,

Аналогично определяем , , ,  и получаем те же самые значения.

2. Сопротивление двигателя и кабельной линии от двигателей цеха № 5 до шин РУНН ПГВ (для двигателей мощностью  типа СДН-2-17-56-843 в количестве 2 штук) [7]. КЛЭП:

,

.

Выбираем кабель марки ААШв-6-3х185 с .

Теперь определяем сопротивления КЛ:

,

,

,

Аналогично определяем , , ,  и получаем те же самые значения.

Произведем дальнейшие преобразования:

,

,

Начальная периодическая составляющая тока подпитки от высоковольтных двигателей определяется следующим образом:

.

Тогда ударный ток  в точке  с учетом подпитки от СД равен

,

где ;

  .

Расчет токов короткого замыкания в точке .

Систему принимаем системой бесконечной мощности, т.е. .

Сопротивление цехового трансформатора ТП 3.4 (ТМЗ-2500) [7] табл. 2.50

, .

Сопротивление трансформатора тока (3000/5)

, .

Сопротивление шинопровода на  [7] табл. 2.52

, .

Сопротивление автоматического выключателя 4000  [7] табл. 2.54

, .

Сопротивление дуги

.

Сопротивление контактов:

- для контактных соединений шинопроводов ,

- для контактных соединений коммутационного аппарата .

Тогда результирующее сопротивление схемы замещения равно

.

Ток трехфазного КЗ в точке  определяется по формуле:

.

Ударный ток равен

,

где ;

  .

Таблица 13 - Величины токов КЗ

Точка КЗ

4,24

9,83

19,75

52,76

39,14

56,07

Познавательные статьи:



Организация работы процедурного кабинета

Статус республик в составе РФ

Понятие финансов, их функции и особенности

Сущность демографической политии