Компенсация реактивной мощности

2.5 Компенсация реактивной мощности

Компенсация реактивной мощности на шинах 0,4 кВ подстанции выполняется исходя из двух условий: потребление реактивной мощности ниже экономического значения и допустимая загрузка трансформаторов.

Предприятию задано экономическое значение коэффициента реактивной мощности на шинах 0,4 кВ подстанции tgφэ=0,3. Принимается, что при соблюдении данного значения, предприятие в целом не превышает экономической величины потребляемой реактивной мощности.

Первое условие.

Необходимая мощность компенсирующих устройств, квар,

,

где tgφф – фактический коэффициент реактивной мощности, о.е.,

tgφф=Qp/Pp;

Трансформатор №1

tgφф=328,051/320,537=1,023;

=231,890;

Трансформатор №2

tgφф=237,434/290,502=0,817;

=150,189.

Второе условие.

Коэффициент загрузки трансформаторов в расчетном режиме до компенсации, о.е.,

,

Трансформатор №1

=0,728;

Трансформатор №2

=0,595.

Реактивная мощность, которую можно передавать через трансформатор в нормальном режиме работы, квар,

,

Трансформатор №1

=272,416;

Трансформатор №2

=304,135.

Необходимая мощность компенсирующих устройств, квар,

=Qp-Qпер,

Трансформатор №1

=328,051-272,416=55,635;

Трансформатор №2

=237,434-304,135=-66,701.

Из мощностей компенсирующих устройств, выбранных по двум условиям, принимается наибольшая. Устанавливаются комплектные компенсирующие устройства ККУ – 0,38 -240 для секции РУ НН первого трансформатора и ККУ – 0,38 —160 – для второго.

Коэффициент загрузки трансформатора после компенсации реактивной мощности, о.е.,

,

Трансформатор №1

=0,527;

Трансформатор №2

=0,477.

2.6 Выбор осветительной сети. Электротехнический расчет

В осветительных установках общего освещения применяется преимущественно напряжение 380/220 В переменного тока при заземленной нейтрали. Так как расчёт ведётся только для общего освещения, то для других видов освещения расчёт не выполняется.

Схема питания осветительной установки состоит из питающих и групповых линий. К питающим линиям относятся участки сети от распределительных устройств подстанций до групповых щитков. К групповым линиям относятся участки сети от групповых щитков до светильников.

Питающие линии выполняются четырёхпроводными, а групповые в зависимости от нагрузки и протяженности бывают двухпроводными, трёхпроводными и четырёхпроводными. Питающие линии осветительной сети могут быть выполнены по радиальной, магистральной или смешанной схемам.

Групповые линии могут быть как однофазными, так и трехфазными. Однофазные групповые линии целесообразно прокладывать для помещений небольшой площади, а также для средних и крупных помещений, освещаемых не слишком часто установленными светильниками с ДРЛ и ЛН небольшой мощности до 150-200 Вт и люминесцентными светильниками. Трехфазные групповые линии экономичны в больших помещениях, освещаемых мощными светильниками с ЛН 500-1000 кВт или лампами ДРЛ.

Групповые щитки необходимо располагать ближе к центру осветительных нагрузок и в местах, доступных для обслуживания.

Для светильников аварийного освещения устанавливается отдельные щитки, которые присоединяются к сети, не зависящей от рабочего освещения. При этом освещенность, создаваемая светильниками аварийного освещения, входит в общий баланс освещенности производственного помещения.

Согласно вышеприведенным рекомендациям питающие линии выбираются четырёхпроводными, а групповые – двухпроводными. К РУ НН КТП присоединяется магистральный щит освещения (МЩО), от которого отходят питающие линии щитов освещения (ЩО), выполненные по смещанной схеме.

Сечение проводников осветительной сети определяется по допустимой потере напряжения. В тех случаях, когда рассчитывается разветвленная сеть, то есть когда имеются трехфазные и однофазные ответвления, сечение вычисляется по формуле, мм2,

,

где åМ – сумма моментов рассчитываемого и всех последующих по направлению потока энергии участков с тем же числом проводов в линии, что и рассчитываемый участок, кВт·м,

åm – сумма моментов всех ответвлений, питаемых через рассчитываемый участок с отличным числом проводников в линии, кВт×м;

a – коэффициент приведения моментов, когда ответвления имеют иное число проводов, чем рассчитываемый участок /3/, о.е.;

 – коэффициент, зависящий от системы сети, рода тока, материала проводника /3/, о.е.;

 – допустимая потеря напряжения осветительной сети /2/, %.

Момент нагрузки i-ого участка сети, кВт·м,

,

где Ppi – расчетная мощность i-ого участка сети, кВА;

Lпрi – приведенная длина i-ого участка сети, м;

Lпрi=Loi+Lpi,

где Loi - длина i-ого участка до распределенной нагрузки, м;

 Lpi - длина распределенной нагрузки i-ого участка, м;

Схема осветительной сети представлена на рисунке 2.3.

В качестве проводников осветительной сети для питающих линий используется четырехжильный кабель марки АВВГ, для групповых линий – двухжильный марки АВВГ.

Пример расчёта приводится для линии МЩО –ЩО1.

Сумма моментов, кВт·м,

;

Сечение проводника, мм2,

.

Полученное значение округляется до стандартного мм2.

Проверка выбранного кабеля по допустимому длительному току, А,

где Iдоп – допустимый длительный ток на кабели данного сечения /1/, А,

 Iдоп=17,48 А;

 Iр - расчетный ток в линии, А,

Условие выполняется.

Действительная потеря напряжения на участке 1-2, %,

,

.

Допустимая потеря напряжения на оставшихся участках, %,

,

.

Дальнейший расчёт выполняется аналогично, результаты расчёта сводятся в таблицу 2.3.

Прокладка трасс проводников системы освещения выполняется на лотках и по строительным конструкциям на высоте, зависящей от типа помещения и наличия производственных конструкций.

Щиты освещения располагаются на колоннах на высоте 1,5 м от пола. Расположение ЩО показано на рисунке 2.1.

  2.7 Выбор схемы и конструктивное выполнение внутрицехового электроснабжения напряжением до 1 кВ

Основной тенденцией в проектировании электроснабжения является сокращение протяженности сетей низшего напряжения путем максимального приближения высшего напряжения (трансформаторной подстанции) к потребителям электроэнергии.

Сети напряжением до 1000 В подразделяются на питающие, прокладываемые от трансформаторной подстанции или вводного устройства до силовых пунктов, и распределительные, к которым присоединяются ЭП. В комплекс внутрицехового электроснабжения входят питающие и распределительные линии, РП напряжением до 1000 В, аппаратура коммутации и защиты сетей и ответвлений к отдельным ЭП. Питающие и распределительные сети могут быть выполнены по радиальным, магистральным и смешанным схемам.

Радиальные схемы наиболее часто используются для питания отдельных относительно мощных ЭП (двигатели компрессорных и насосных установок, печи и т.д.), а также в случаях, когда мелкие по мощности ЭП распределяются по цеху неравномерно и сосредоточены группами на отдельных участках (ремонтные мастерские, отдельные участки с непоточным производством и т.п.). К достоинствам радиальных схем относятся: высокая надежность питания (выход из строя одной линии не сказывается на работе потребителей, питающихся от других линий), а также возможность автоматизации переключений и защиты.

Магистральные схемы применяются для питания ЭП, обслуживающих один агрегат и связанных единым технологическим процессом, когда прекращение питания любого из этих ЭП вызовет необходимость прекращения работы всего технологического агрегата. Магистральные схемы находят широкое применение для питания большого числа мелких ЭП, распределенных относительно равномерно по площади цеха (металлорежущие станки в цехах механической обработки металлов и другие потребители).

На практике наибольшее распространение находят смешанные схемы, сочетающие в себе элементы радиальных и магистральных схем. Смешанные схемы характерны для крупных цехов металлургических заводов, для литейных, кузнечных и механосборочных цехов машиностроительных заводов.

Проектирование цеховых сетей во всех случаях должно выполняться на основе хорошего знания технологии проектируемого цеха, условий окружающей среды и степени ответственности отдельных ЭП.

Питающая сеть выполнена четырехжильным кабелем марки АВВГ, проложенным открыто по стенам и конструкциям, по смешанной схеме.

Распределительная сеть проектируется по радиальной схеме. Линии выполнены четырехжильным кабелем марки АВВГ, проложенным в стальных трубах в полу участков и отделений цехов.

2.7.1 Выбор сечений проводников питающей сети

Питающая сеть выполнена по смешанной схеме с помощью кабелей марки АВВГ. Расположение силовых пунктов (РП) и трасс кабельных линий приводится на рисунке 2.4.

Сечение кабелей цеховых сетей напряжением до 1кВ выбирается сравнением расчётного тока линии с допустимым длительным током принятых марок проводов и кабелей с учётом условий их прокладки и температуры окружающей среды.

Должно выполняться условие

,

где Iр – расчётный ток линии, А;

Iдоп – допустимый длительный ток на кабели данного сечения, А,

,

где – допустимый табличный ток для трёхжильных кабелей /3/, А;

0,92 – коэффициент, учитывающий ток для четырёхжильных кабелей, о.е.;

Кп – поправочный коэффициент на условия прокладки, о.е.;

 ,

где К1 – поправочный коэффициент, зависящий от температуры окружающей среды /3/, о.е.;

К2 – поправочный коэффициент на число работающих кабелей /3/, о.е.;

К3 – поправочный коэффициент на способ прокладки, равный 1, о.е.

Выбранные сечения проводов, кабелей и шин проверяют по допустимой потере напряжения. Делается это с целью обеспечения нормального напряжения на зажимах ЭП в пределах допустимых отклонений.

Нормами величина потерь напряжения в сети до 1 кВ не установлена. Однако, зная напряжение на шинах трансформаторной подстанции и подсчитав потерю напряжения в сети, можно определить отклонение на зажимах электроприёмников и сравнить с допустимыми значениями отклонения напряжения, которые приняты:

-  для освещения ±5%;

-  для электродвигателей -5%, +10%;

-  для дуговых сталеплавильных печей и печей сопротивления ±5%;

-  для сварочных агрегатов не ниже –(8…10)%;

-  для кранов не ниже –(8…9)%.

Потеря напряжения в сети определяется по формуле, %,

,

где Iр – расчётный ток линии на данном участке, А;

L – расстояние от точки питания до точки приложения равнодействующей нагрузки, км;

rо, xо – активное и индуктивное сопротивление 1 км линии /1/, Ом/км;

cosj – коэффициент мощности данного участка, о.е.;

Uл – линейное напряжение, равное 380 В.

Выбор сечений проводников в сетях напряжением до 1 кВ, прокладываемых в помещениях, тесно связан с выбором плавких вставок и уставок расцепителей автоматических выключателей. При защите линий предохранителями или автоматами сечения выбираемых проводов и кабелей обязательно должны быть согласованы с номинальными токами плавкой вставки или токами уставки автомата, защищающими данный провод или кабель по /3/. Расчет сетей на потерю напряжения должен обеспечить необходимый уровень напряжения на зажимах ЭП и, как следствие, необходимый момент вращения электродвигателя или требуемую освещенность от источника света.

Ниже в качестве примера рассмотрен выбор сечения питающей сети КТП – РП1.

Расчётный ток, А,

,

где  для СП-4 берутся из таблицы 2.1;

.

Для прокладки принимаются кабель с алюминиевыми жилами сечением 35 мм2.

Для выбранных кабелей:

А;

Iдоп = 90·0,92 = 82,8 А;

Для открытой прокладки одного кабеля и при расчетной температуре воздуха 25оС Кп=1;

72,928 < 82,8.

Условие выполняется.

Далее определяются cosj и sinj нагрузки данной КЛ, о.е.,

,

;

.

Принимается кабель АВВГ 3x35+1x16, который имеет следующие параметры: r0 = 0,894 Ом/км, x0 = 0,088 Ом/км.

Потеря напряжения в линии, %,

.

Расчёт для остальных линий производиться аналогично, результаты расчёта сводятся в таблицу 2.4.

  2.7.2 Выбор кабеля для конденсаторных установок

Выбор кабеля на линию КТП – КУ производится по зарядному току КУ, А,

,

Трансформатор №1

.

Принимаются два параллельно работающих кабеля марки АВВГ 3x185+1x95 c суммарным допустимым током Iдоп = 2·248,4 = 496,8 А.

Трансформатор №2

.

Принимаются два параллельно работающих кабеля марки АВВГ 3x120+1x70 c суммарным допустимым током Iдоп = 2·184 = 368 А.

2.7.3 Выбор сечений проводов распределительной сети

Выбор сечений проводников распределительной сети производится для силовых пунктов РП-2, РП-3, РП-15, РП-18.

Распределительные сети выполнены по радиальным схемам, кабелем марки АВВГ. Прокладка в цехах выполняется в стальных трубах в полу помещений. Расположение оборудования и трасс проводов распределительной сети показаны на рисунке 2.5.

Расчётный ток электроприёмника, А,

,

где Рном – номинальная активная мощность станка, кВт;

cosjн – номинальный коэффициент мощности станка, о.е.;

η – КПД станка, о.е.

Выбор сечений ведётся по условию

,

где Iдоп – допустимый длительный ток провода данного сечения, А,

,

где – допустимый табличный ток для четырёх одножильных проводов /3/, А;

Пример выбора сечения проводов для линии от РП-3 к фуговальному станку:

Расчётный ток станка, А,

.

Принимается кабель с алюминиевыми жилами сечением 2,5 мм2.

Для выбранных проводов:

Iдоп = 0,92·19 =17,48 А;

3,069 < 1·17,48.

Условие выполняется.

Потеря напряжения в линии, %,

Результаты выбора сечений остальных линий сводятся в таблицу 2.5.

Из таблицы 2.5 видно, что наиболее электрически удалённым электроприёмником является лифт, присоединенный к РП-18.

Напряжение на зажимах наиболее удалённого от КТП приемника, %,

Uдв = Uх – DUТ – DUc,

где Uх – напряжение холостого хода на зажимах вторичной обмотки трансформатора КТП, равное 105%;

DUТ - потеря напряжения в трансформаторе КТП, %,

 ,

где Uа – активная составляющая напряжения КЗ, %,

,

где DРк – потери КЗ /2/, кВт;

;

Uр – реактивная составляющая напряжения КЗ, %,

,

где Uк – напряжение КЗ /2/, %;

;

;

DUc – потеря напряжения в сети ( в питающей и в распределительной), %;

ΔUc = DUп + DUр,

ΔUc = 3,640 + 1,928 = 5,568;

Uдв = 105 – 1,2 – 5,568 = 98,232.

Таким образом, напряжение на зажимах наиболее удалённого станка находиться в допустимых пределах (-5%, +10%).

  2.8 Расчёт токов короткого замыкания

Расчет токов КЗ необходим для выбора электрооборудования, коммутационных аппаратов, уставок релейной защиты.

Расчет токов КЗ в трехфазных сетях переменного тока напряжением до 1 кВ выполняется в именованных единицах (мОм) в соответствии с /4/.

Расчёт начинается с составления расчетной схемы с нанесением на ней точек КЗ. Расчётная схема представлена на рисунке 2.5. Т.к. на подстанции трансформаторы работают раздельно, то второй трансформатор на расчётной схеме не показывается. Расчет приводится для наиболее электрически близкого и дальнего РП (РП-15 и РП-18).

Ниже для примера приводится расчёт токов КЗ в точке К1.

Расчёт токов КЗ производится на наиболее удалённом силовом пункте (РП-18), на наиболее удалённом ЭП (лифт).

Составляется схема замещения, на которой указываются активные и реактивные сопротивления в мОм, приведенные к ступени напряжения сети точки КЗ. Схема замещения представлена на рисунке 2.6.

Для расчета предварительно выбираются автоматические выключатели. Автомат SF1 выбирается по номинальному току трансформатора с учетом допустимой перегрузки.

Расчетный ток выключателя, А,

,

=1182.

Выбирается автоматический выключатель с номинальным током 1600 А.

Для остальных выключателей:

 SF2: Ip=31,037 А IномАВ=63 А;

 SF3: Ip=15,981 А IномАВ=25 А;

Параметры элементов схемы замещения.

Система: Uст.нн=0,4 кВ; Uст.вн=6,3 кВ; Iном.отк=20 кА.

Трансформатор: r1т=r0т=3,4 мОм; х1т=х0т=13,5 мОм.

SF1: rкв1=0,14 мОм; хкв1=0,08 мОм; rк1=0.

ТА1: rТА1=0; хТА1=0.

SF2: rкв2=7 мОм; хкв2=4,5 мОм; rк2=1,3 мОм.

ТА2: rТА2=11 мОм; хТА2=17 мОм.

КЛ2: l=200 м; rуд=1,435 мОм/м; худ=0,092 мОм/м; rуд0=3,42 мОм/м; худ0=1,286 мОм/м.

SF3: rкв3=12 мОм; хкв3=7,5 мОм; rк3=1,7 мОм.

КЛ3: l=28 м; rуд=12,5 мОм/м; худ=0,116 мОм/м; rуд0=15,3 мОм/м; худ0=2,91 мОм/м.

Эквивалентное индуктивное сопротивление энергосистемы, приведенное к ступени НН, мОм,

,

где UсрНН – среднее напряжение ступени НН трансформатора, В;

UсрВН – среднее напряжение ступени ВН, к которой подключен трансформатор, В;

 – максимальный ток трёхфазного КЗ на шинах 6 кВ, А;

.

Сопротивления кабельной линии КЛ2, мОм,

прямой последовательности:

rкл2=rуд·l,

rкл2=1,435·200=287;

с учетом нагрева кабеля (применяется для расчета минимального тока КЗ)

rкл2=rуд·l·СΘ,

rкл2=1,435·200·1,5=430,5;

хкл2=худ·l,

хкл2=0,092·200=18,4;

обратной последовательности:

r0кл2=rуд·l,

r0кл2=3,42·200=684;

с учетом нагрева кабеля

r0кл2=rуд0·l·СΘ,

r0кл2=4,4·200·1,5=1026;

х0кл2=худ0·l,

х0кл2=1,286·200=257,2.

Сопротивления кабельной линии КЛ3, мОм,

прямой последовательности:

rкл3=rуд·l,

rкл3=12,5·28=350;

с учетом нагрева кабеля

rкл3=rуд·l·СΘ,

rкл3=12,5·28·1,5=525;

хкл3=худ·l,

хкл3=0,116·28=3,248;

обратной последовательности:

r0кл3=rуд·l,

r0кл3=15,3·28=428,4;

с учетом нагрева кабеля

r0кл3=rуд0·l·СΘ,

r0кл3=4,4·28·1,5=642,6;

х0кл3=худ0·l,

х0кл3=2,91·28=81,48.

Активное сопротивление дуги в точке К1 по /4/, мОм,

.

Суммарное сопротивление контактных соединений до места КЗ rкс=1,2 мОм.

Суммарные активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности в максимальном режиме, мОм,

r1Σ=r1т + rкв1 + rк1+ r ТА1+ rкв2 + rк2 + r ТА2 + rкл2 + rкв3 + rк3 + rкл3 + rкс,

х1Σ=хс + х1т + хкв1 + х ТА1+ хкв2 + х ТА2 + хкл2 + хкв3 + хкл3,

,

.

Суммарные активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности в минимальном режиме, мОм,

r’1Σ=r1т + rкв1 + rк1+ r ТА1+ rкв2 + rк2 + r ТА2 + rкл2 + rкв3 + rк3 + rкл3 +rкс ,

,

=993,24,

.

Начальное действующее значение периодической составляющей тока трёхфазного КЗ в максимальном режиме, кА,

,

где Uном – среднее номинальное напряжение сети, в которой произошло КЗ, В;

.

Ударный ток в максимальном режиме, кА,

,

где Куд – ударный коэффициент, о.е.,

 ,

где , град;

;

, с;

;

, c,

где , f – частота питающей сети, равная 50 Гц;

;

;

.

Суммарные активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности, мОм,

r0Σ=r0т + rкв1 + rк1+ r ТА1+ rкв2 + rк2 + r ТА2 + r0кл2 + rкв3 + rк3 + r0кл3 + rкс,

х0Σ= х0т + хкв1 + х ТА1+ хкв2 + х ТА2 + х0кл2 + хкв3 + х0кл3,

,

;

;

.

Начальное действующее значение периодической составляющей тока однофазного КЗ в минимальном режиме, кА,

,

.

Начальное действующее значение периодической составляющей тока двухфазного КЗ в минимальном режиме, кА,

.

Расчёт токов КЗ в остальных точках производится аналогично по /6/. Результаты расчёта приводятся в таблице 2.6.

Таблица 2.6 – Расчёт токов короткого замыкания

Точка КЗ	Вид КЗ	Максимальное значение		Минимальное значение
		Iп0, кА	iуд, кА	Iп0, кА
К1	К(3)	0,341	0,482	–
	К(2)	–	–	0,197
	К(1)	–	–	0,185
К2	К(3)	0,732	1,035	–
	К(2)	–	–	0,396
	К(1)	–	–	0,337
К3	К(3)	15,528	31,372	–
	К(2)	–	–	12,874
	К(1)	–	–	15,148
К4	К(3)	8,832	13,662	–
	К(2)	–	–	5,744
	К(1)	–	–	3,940
К5	К(3)	1,456	2,059	–
	К(2)	–	–	0,834
	К(1)	–	–	0,844

2.9 Выбор коммутационной и защитной аппаратуры, распределительных силовых и осветительных шкафов   2.9.1 Выбор автоматических выключателей на КТП

Автоматические выключатели (автоматы) предназначены для автоматического отключения электрических цепей при КЗ или ненормальных режимах (перегрузках, снижении или исчезновении напряжения), а также для нечастого включения и отключения токов нагрузки. Отключение выключателя при КЗ и перегрузках выполняется встроенным в выключатель автоматическим устройством – расцепителем. Автомат может иметь комбинированный расцепитель (электромагнитный + тепловой), полупроводниковый максимальный расцепитель или только электромагнитный расцепитель, отключающий ток КЗ.

Выбор автоматических выключателей производится по следующим условиям:

– номинальный ток расцепителя, А,

,

где Ip – расчётный ток линии, А;

– ток срабатывания расцепителя (срабатывание отсечки) выключателя, А,

где kн – коэффициент надежности, для ВА51 кн = 2,1, о.е.;

 Iкр – кратковременный максимальный ток, А,

 Iкр = Iпуск – для ответвлений и одиночных электроприёмников;

 Iкр = Iпик – для группы электроприёмников.

Пиковый ток группы электроприёмников, А,

,

где – номинальный ток наибольшего электроприёмника рассматриваемой группы, А,

,

- пусковой ток наибольшего электроприёмника, А,

,

где Kп – кратность пускового тока наибольшего электроприёмника, о.е.,

Kп = 5¸7 – для асинхронного электродвигателя с к.з. ротором, о.е.;

Ки – коэффициент использования наибольшего электроприёмника, о.е.

Проверка защитной аппаратуры производится по следующим условиям:

1)  Чувствительность к однофазному току КЗ:

 ,

где Iап.з = IСО – для автоматов;

Коэффициент чувствительности должен быть больше 1,4 ÷1,5 – при защите автоматическими выключателями;

2)  По отключающей способности:

 ,

где  – предельная коммутационная способность аппарата, кА;

3)  На динамическую устойчивость:

 ,

 где  – ток динамической устойчивости аппарата, кА.

Пример расчёта пикового тока для линии КТП – РП-18:

Номинальный ток наибольшего электроприёмника (лифта), А,

.

Пусковой ток наибольшего электроприёмника, А,

.

Пиковый ток, А,

.

Расчёт пиковых токов для других линий, отходящих от КТП, производится аналогично. Результаты расчёта приведены в таблице 2.13.

Пример выбора автомата приводится для линии КТП – РП-18.

Выбирается автомат ВА51-29 с IН.РАСЦ. = 31,5 А.

Условие выполняется.

Ток срабатывания отсечки принимается равным десятикратному току расцепителя:

.

Условие выполняется.

После выбора автоматов предварительно выбранные сечения проводников (проводов, кабелей) по условию нагрева и по потере напряжения должны быть проверены на выполнение условия защиты проводников от перегрева токами короткого замыкания. Необходимо рассчитать, чтобы номинальные токи расцепителей аппаратов защиты по отношению к допустимым длительным токовым нагрузкам проводников имели кратность не более 100%. Выполнение этого условия гарантирует в случае короткого замыкания срабатывание выключателя раньше, чем провод или кабель нагреется до опасной температуры. Если это условие не выполняется, то выбирают проводник с большей площадью сечения и с большим допустимым током.

Условие проверки, %,

где k – кратность номинального тока расцепителя аппарата защиты по отношению к допустимой длительной токовой нагрузке проводника /4/, о.е.;

.

Условие выполняется.

Проверка автомата:

1)  Чувствительность однофазному току КЗ:

 ;

 ;

2)  По отключающей способности:

 ,

 ;

3)  На динамическую устойчивость:

 ,

 .

Выбранный автомат не проходит по максимальным токам КЗ , но допускается к установке т.к. вводной автомат имеет ток срабатывания отсечки меньше, чем ток одноразовой коммутационной способности выбранного выключателя, и отключит КЗ.

Выбор автоматов других линий приводится в таблице 2.7.

Выбор вводного автомата на КТП производится по номинальному току трансформатора, с учётом перегрузки.

Номинальный ток трансформатора с учётом перегрузки, А,

Выбирается автоматический выключатель типа ВА53-43 с IН.РАСЦ. = 1600 А.

Выбор секционного автомата на КТП производится по току трансформатора, А,

Выбирается автоматический выключатель типа ВА53-41 с IН.РАСЦ.= 1000 А.

Выбор автомата на КТП на линию к конденсаторной установке производится по зарядному току КУ, А,

,

.

Выбирается автоматический выключатель типа ВА51-39 с IН.РАСЦ. = 630 А.

Выбор коммутационных аппаратов производится также для распределительных пунктов РП-15 и РП-18 аналогично выбору выключателей на КТП. Результаты приводятся в таблице 2.7.

2.6.2 Выбор автоматических выключателей в ЩО

Выбор автоматов в ЩО производится по расчетному току групповых и питающих (для МЩО) линий, чтобы выполнялось условие Ip<Iн.расц . Для групповых линий на основании таблицы 2.2 выбираются автоматы ВА51-29 с номинальными токами расцепителей 6,3, 10 и 16 А для соответствующих участков. Для питающих линий выбираются автоматы ВА51-29. Для щита ЩО4 номинальный ток расцепителя 6,3 А; для щитов ЩО3 и ЩО6 - 10 А; для щитов ЩО1 и ЩО9 - 16 А; для щитов ЩО5, ЩО7 и ЩО8 - 25 А. На линии к магистральному щиту освещения устанавливается выключатель ВА52-33 с Iн.расц=125 А.

  2.6.3 Выбор силовых распределительных пунктов и групповых щитов освещения

Для распределения электроэнергии применяют распределительные шкафы (пункты) с автоматическими выключателями или плавкими предохранителями. Распределительные пункты серий ПР11, ПР24 и ПР9000 снимают с производства. Вместо них для сетей переменного тока 50 Гц выпускаются шкафы ПР8501 для силовых и осветительных ЭУ, которые с трёхполюсными выключателями могут быть использованы также и для силовых ЭП. Продолжается выпуск силовых распределительных шкафов серии ШР11 с плавкими предохранителями ПН-2 (или НПН-2) и с рубильником на вводе.

Принимаются к установке силовые распределительные шкафы серии ПР8501 с зажимами на вводе.

В качестве групповых щитов освещения используется распределительные пункты ПР8501 с зажимами на вводе с однополюсными автоматами типа ВА51-29.

2.10 Релейная защита трансформатора цеховой подстанции

В процессе эксплуатации системы электроснабжения возникают повреждения ее элементов. Наиболее опасными и частыми видами повреждений являются короткие замыкания, вследствие которых нарушается нормальная работа системы электроснабжения.

При протекании токов короткого замыкания элементы системы электроснабжения подвергаются термическому и динамическому воздействию. Для уменьшения размеров повреждения и предотвращения развития аварии устанавливают совокупность автоматических устройств, называемых релейной защитой и обеспечивающих с заданной степенью быстродействия отключение поврежденного участка или сети.

С учётом требований ПУЭ для защиты силовых трансформаторов цеховой подстанции используются следующие виды защит:

1)  Токовая отсечка – предназначена для защит от междуфазных коротких замыканий на стороне высокого напряжения трансформатора и на его ошиновке. Эта защита не должна работать при междуфазных коротких замыканиях на стороне 0,4 кВ и при коротких замыканиях на отходящих линиях. Данная защита является быстродействующей, действует на отключение трансформатора.

2)  МТЗ – предназначена для защиты от всех видов повреждений внутри обмотки и на выводах, а также для осуществления резервирования защит отходящих присоединений. Данная защита также может при необходимости обеспечить дальнее резервирование, имеет выдержку времени. Работает на отключение трансформатора.

3)  Токовая защита нулевой последовательности – предназначена для защиты от однофазных замыканий на стороне 0,4 кВ трансформатора в зоне резервирования, является основной. Устанавливается на трансформаторах со схемой соединения D/U0, U/U0. Отстраивается от тока небаланса, работает на отключение межсекционного и вводного автомата.

В данном случае для защиты от токов однофазного короткого замыкания используется автоматический выключатель установленный на стороне 0,4 кВ после трансформатора и следовательно, токовая защита нулевой последовательности не применяется.

4)  Газовая защита – от повреждений внутри кожуха, сопровождающихся выделением газа и от понижения уровня масла, выполняется с использованием реле давления и мембраны в крышке бака трансформатора.

5)  Токовая защита от перегрузки – предназначена для защиты от токов, обусловленных перегрузкой трансформаторов, действует на сигнал.

Расчет параметров срабатывания максимальной токовой отсечки:

Ток срабатывания мгновенной токовой отсечки (МТО), А,

,

где кот – коэффициент отстройки, принимается равным 1,2, о.е;

– максимальное значение периодической составляющей тока короткого замыкания в начальный момент времени, на стороне низкого напряжения трансформатора, А;

кТ – коэффициент трансформации защищаемого трансформатора, о.е;

.

Ток срабатывания реле МТО, А,

,

где ксх – коэффициент схемы, равный 1, о.е;

кТТ – коэффициент трансформации трансформатора тока, о.е;

Трансформатор тока выбирается по номинальному току трансформатора на стороне высокого напряжения IВН.ном, А,

,

.

Принимается трансформатор тока с номинальным первичным током 75А, имеющий ктт=15.

.

Коэффициент чувствительности защиты, о.е,

,

где – ток двухфазного короткого замыкания на стороне высокого напряжения трансформатора, А;

,

где – ток трёхфазного короткого замыкания на стороне высокого напряжения трансформатора, принимается, в связи малой протяжённостью высоковольтной КЛ, равным току трёхфазного КЗ на шинах РУ 6 кВ, А;

;

,

т.е. требуемая чувствительность обеспечивается.

Расчет параметров срабатывания максимальной токовой отсечки МТО:

,

где кот = 1,2;

кВ – коэффициент возврата реле, принимается равным 0,85, о.е;

Iраб.max – наибольшее значение рабочего тока трансформатора, принимается равным 1,3∙IВН.ном с учетом допустимой перегрузки трансформатора в послеаварийном режиме, А;

.

Ток срабатывания реле МТО, А,

,

.

Коэффициент чувствительности защиты, о.е,

,

где – ток двухфазного короткого замыкания в минимальном режиме на стороне высокого напряжения трансформатора при коротком замыкании на стороне 0,4 кВ, А;

,

;

,

т.е. требуемая чувствительность обеспечивается.

Время срабатывания защиты, с,

tсз = tсз.пр + Dt ,

где tсз.пр – время срабатывания защит отходящих присоединений, принимается равным 0,5,с;

Dt – ступень селективности, равная 0,5, с;

tсз = 0,5 + 0,5 =1.

Расчёты параметров срабатывания токовой защиты от перегрузки с действием на сигнал.

Ток срабатывания токовой защиты с действием на сигнал, А,

Iсз= кн∙1,3∙IВН.ном,

где кн = 1,05;

Iсз=1,05∙1,3∙60,622=82,749.

Ток срабатывания реле, А,

,

.

Время срабатывания защиты, с;

tсз=,

tсз=1+0,5=1,5.

  2.11 Защитное заземление

Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение с землёй или её эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус или по другим причинам. Схема защитного заземления представлена на рисунке.

Защитное заземление предназначено для устранения опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу и другим нетоковедущим металлическим частям электроустановки, оказавшимся под напряжением. Защитное заземление следует отличать от рабочего заземления. Рабочее заземление предназначено для обеспечения надлежащей работы электроустановки в нормальных и аварийных условиях.

Корпусы электрических машин, трансформаторов, светильников, аппаратов и другие металлические нетоковедущие части могут оказаться под напряжением при повреждении изоляции и контакте их с токоведущими частями. Если корпус при этом не имеет контакта с землёй, то прикосновение к нему также опасно, как и прикосновение к фазе.

Принцип действия защитного заземления основан на снижении до безопасных значений напряжения прикосновения и напряжения шага. Это достигается путём уменьшения потенциала заземлённого оборудования (за счёт уменьшения сопротивления заземления), а также путём выравнивания потенциалов основания, на котором стоит человек, и заземлённого оборудования.

Рисунок 2.7 – Принципиальная схема заземления в сетях трехфазного тока

1 – заземлённое оборудование; 2 – заземлитель рабочего заземления; 3 – заземлитель защитного заземления.

Область применения защитного заземления:

-  сети до 1000 В переменного тока – трехфазные трехпроводные с изолированной нейтралью, однофазные двухпроводные, изолированные от земли, а также постоянного тока двухпроводные с изолированной средней точкой обмоток источника тока;

-  сети выше 1000 В переменного и постоянного тока с любым режимом работы нейтрали.

В сети с глухозаземлённой нейтралью напряжением до 1000 В заземление неэффективно, так как даже при глухом замыкании на землю ток зависит от сопротивления заземления и при его уменьшении ток возрастает.

Расчёт заземлителя подстанции 6/0,4 кВ:

Расчёт производится для понизительной подстанции, на которой установлены два трансформатора ТМЗ-630/6 с заземленными нейтралями на стороне 0,4 кВ. Заземлитель выбирается выносного типа, расположенный по контуру у наружной стены подстанции. Естественных заземлителей нет. Ток замыкания на землю неизвестен, однако известна общая протяженность кабельных линий 6 кВ lКЛ=1 км. Заземлитель предполагается выполнить из вертикальных стержневых электродов длиной lВ=3 м, диаметром d=25 мм. Верхние концы, которых соединяются между собой с помощью горизонтального электрода выполненного из той же стали, уложенной на глубине H0=0,7 м. Предварительная схема заземлителя и размеры представлены на рисунке . По предварительной схеме принимаем количество вертикальных электродов n=15 шт. Удельное сопротивление земли ρизм=100 Ом∙м.

Расчётный ток замыкания на землю, А,

где Uлин – линейное напряжение, кВ;

Требуемая норма сопротивления заземляющего устройства определяется из двух условий:

-   Ом для U до 1000 В;

-   Ом для U>1000 В при условии, что заземлитель используется одновременно и для установок U до 1000 В.

Рисунок 2.8 – Предварительная схема заземлителя

По первому условию:

.

Принимается норма сопротивления заземляющего устройства rн=4 Ом.

Удельное сопротивление земли для горизонтального и вертикального электродов, Ом×м:

,

,

где ксг, ксв – повышающие коэффициенты для вертикальных и горизонтальных электродов, о.е;

ксг=3,5; ксв=1,5.

Расположение вертикальных электродов относительно поверхности земли представлено на рисунке 2.9.

Рисунок 2.9 – Расположение вертикального заземлителя

Расчётное сопротивление растеканию вертикальных электродов, Ом,

.

Примерное число вертикальных электродов при предварительно принятом коэффициенте использования ηв=0,56,

N=RВ/( ηвrн),

N=46,4/(0,56∙4)=20,7.

Принимается N=20, расстояние между вертикальными электродами a=3 м.

Длина горизонтального электрода, м,

lг=N∙a,

lг=20∙3=60.

Сопротивление растеканию горизонтальных электродов, Ом,

 

 

Действительное сопротивление растеканию горизонтальных электродов, Ом, с учетом экранирования

 Rг.д=Rг/ηг,

где ηг – коэффициент использования горизонтальных электродов при N=20 и а/l=1;

 Rг.д=10,7/0,42=25,5.

Уточненное сопротивление вертикальных электродов, Ом,

 ,

 =4,74.

Уточненное число вертикальных электродов при ηв=0,5 (для N=20, а/l=1, при расположении электродов по контуру)

N=RВ/( ηвRвΣ),

N=46,4/(0,5∙4,74)=19,6.

Окончательно принимается число вертикальных электродов N=20.