Расчет электрических нагрузок

1.1. Расчет электрических нагрузок.

Определение расчетных электрических нагрузок цеха.

 

 Расчет электрических нагрузок цеха производим методом у порядочных диаграмм. Результаты расчета сведены в таблицу № 1.

Для каждого электроприёмника определяем активную, реактивную и полную мощность.

 Определяем сменную нагрузку каждого электроприёмника :

Р_см = ( å Р_ном )  К_и

где,

 Р_см – сменная, активная нагрузка электроприёмника.

 Р_ном – номинальная мощность оборудования.

 К_и – коэффициент использования.

Р_см1= 800 * 0.72 = 576 кВт

Р_см2= 800 * 0.6 = 480 кВт

Р_см3= 1000 * 0.7 = 700 кВт

Р_см4= 500 * 0.6 = 300 кВт

Р_см5= 500 * 0.6 = 300 кВт

 

 Определяем реактивную максимальную мощность:

Q_мах= Р_махtg j,

 где,

 

 tgj - значение соответствующее средневзвешенному коэффициенту cosj , характерному для электроприемников данного режима работы и определяется по формуле:

tgj = sinj / cosj

 sinj - определяется по формуле:

sinj = Ö1-cos²j

 Q_мах – реактивная максимальная мощность.

 tgj - значение соответствующее средневзвешенному коэффициенту cosj , характерному для электроприемников данного режима работы.

Q_мах1 = 800  0.6 = 480 кВар.

Q_мах2 = 800 0.75 = 600 кВар.

Q_мах3 = 1000 0.75 = 750 кВар.

Q_мах4 = 500 0.75 = 375 кВар.

Q_мах5 = 500 0.75 = 375 кВар.

 Определяем суммарную, активную нагрузку.

S_мах= ÖP_мах²+ Q_мах²

где,

 S_мах – полная мощность.

S_мах1= Ö 576² + 480² = 749 кВА.

S_мах2= Ö 480² +600² = 768 кВА.

S_мах3= Ö 700² +750² = 1025 кВА.

S_мах4= Ö 300² +375² = 480 кВА.

S_мах5= Ö 300² +375² = 480 кВА.

 Определяем нагрузку на цех БКЗ - 75 :

S_р = S_мах1+ S_мах2+ S_мах3 + S_мах4 + S_мах5 + S_тр

где,

 S_р – полная нагрузка.

S_р =749+768+1025+480+480+800 = 4302 кВА

1.2. Выбор числа и мощности силовых трансформаторов.

 Количество трансформаторов должно удовлетворять условию надежности электроснабжения, капитальным минимальным затратам и наиболее экономичному режиму загрузки и трансформатора. Для нашего цеха, мы рассматриваем двух трансформаторное питание с раздельной работой трансформатора. С неявным резервом из-за неравно мерной нагрузки по времени года.

Вариант № 1.

 Два трансформатора по 2500 кВА. В номинальном режиме трансформаторы будут работать с неполной нагрузкой. Коэффициент загрузки в часы максимума.

К_з.т.=S_р / 2S_н ,

где,

 К_з.т. - коэффициент загрузки трансформатора.

 S_мах – полная нагрузка.

 S_н – номинальная мощность трансформатора.

К_з.т.=4300 / 2 2500 = 0,86

 

 Допустимая перегрузка в послеаварийный период одного трансформатора до 140 % , продолжительность 5 суток и не более 5 часов.

1.4  S_н > 0,86  S_р = 1.4  2500 кВА > 0,86  4300кВА

что приемлемо .

1.3. Расчет токов короткого замыкания.

 Основные понятия в отношении токов короткого замыкания.

 В электрических установках могут возникать различные виды коротких замыканий, сопровождающихся резким увеличением тока. Поэтому электрооборудование, должно быть устойчивым к током короткого замыкания и выбирается с учетом величин этих токов.

 Различают следующие виды коротких замыканий:

Трехфазное или симметричное, - три фазы соединяются между бабой;

Двухфазное, - две фазы соединяются между собой без соединения землей;

Однофазное, - одна фаза соединяется с нейтралью источника через землю;

Двойное замыкание на землю, - две фазы соединяются между собой и с землей.

 Основными причинами возникновения коротких замыканий в сети могут быть:

Повреждение изоляции отдельных частей электроустановки;

Неправильные действия обслуживающего персонала;

Перекрытия токоведущих частей электроустановки.

 Короткое замыкание в сети может сопроваждатся :

Прекращением питания потребителя, присоединенного к точкам, в которых прошло короткое замыкание.

Нарушением нормальной работы других потребителей, подключенных к неповрежденным участкам сети, вследствие понижения напряжения на этих участках.

Нарушением нормального режима работы энергетической системы.

 Для предотвращения коротких замыканий и уменьшения их последствий необходимо:

Устранить причины, вызывающие короткие замыкания;

Уменьшить время действия засчиту, действующей при коротких замыканиях;

Применить быстродействующие выключатели;

Применить АРН для быстрого восстановления напряжения генераторов;

Правильно вычисть величины токов короткого замыкания и по ним выбрать необходимую аппаратуру, засчиту и средства для ограничения токов короткого замыкания.

Существует несколько способов расчета токов короткого замыкания.

Расчет токов короткого замыкания в относительных единицах;

Расчет токов короткого замыкания в именованных единицах;

Расчет токов короткого замыкания от источника неограниченной мощности;

Расчет токов короткого замыкания по расчетным кривым и т.д.

 Мы рассматриваем первый способ.

Расчет токов короткого замыкания в относительных единицах:

 При этом методе все расчетные данные подводим к базисному напряжению и базисной мощности. За базисное напряжение равно U_б = 6.3 кВ.

 Базисная мощность равна S_б = 100 МВА.

 Составляем расчетную и схему замещения.

Однолинейная схема электроснабжения.

 Схема замещения.

 Рассчитываем реактивное и активное напряжение кабельной линии от ГПП до ЦТП.

 а) реактивное сопротивление:

X₁ = X₀ L

 где,

 X₁ – индуктивное сопротивление первой кабельной линии.

 X₀ – удельное индуктивное сопротивление кабельной линии.

 L – длина кабельной линии от ГТП до ЦТП.

Х₁ = 0.35  0.08 = 0.028 Ом.

 б) активное сопротивление:

r_n = r_o L

 где,

 r_n – активное сопротивление первой кабельной линии.

 r_о – удельное активное сопротивление кабельной линии.

 L – длина кабельной линии от ГПП до ЦТП.

r =0.21  0.35 = 0.0735 Ом.

 Рассчитываем индуктивное сопротивление трансформатора.

Х_тр =

 где,

 Х_тр – активное сопротивление трансформатора.

 U_к – напряжение короткого замыкания.

 S_б – полная нагрузка цеха.

 S_ном – номинальная мощность трансформатора.

Х_тр = = 0.0946 Ом.

 Рассчитаем реактивное и активное сопротивление кабельной линии от ЦТП до цеха.

 а) реактивное сопротивление:

Х₃ = Х₀ L

 где,

 Х₃ – индуктивное сопротивление второй кабельной линии.

 Х₀ – удельное индуктивное сопротивление К.Л.

 L – длина кабельной линии.

Х₃ = 0,08  0.1 = 0.021 Ом.

 б) активное сопротивление:

r₃ = r₀ L

 где,

 r₃ – активное сопротивление второй кабельной линии.

 r₀ – удельное активное сопротивление кабельной линии.

 L – длина кабельной линии.

r₃ = 0.21  0.1 = 0.021 Ом.

 Рассчитываем базисные токи.

I_б1 = S_б / Ö 3  U_б1

 где,

 I – базисные токи.

 S – базисная мощность.

 U_б1 – базисное напряжение.

I_б = 100 / Ö 3 6.3 = 9.1 кА.

 Рассчитываем токи короткого замыкания:

 1) В точки К₁

I_к1 = I_б / Ö x₁² + r₁²

где,

 I_к1 – токи короткого замыкания

 I_б – базисный ток

 x₁² – удельное индуктивное сопротивление К.Л.

 r₁² – удельное активное сопротивление К.Л.

I_к1 = 9.1 / Ö0.08 ²+ 0.21²= 40.6 кА.

 

 Рассчитываем ударный ток для точки К₁ .

i_у1 = Ö2k_уI_к1

 где,

 i_у1 – ударный ток короткого замыкания в точке К1

 k_у – ударный коэффициент

 I_к1 – ток короткого замыкания в точке К1

I_у1 = ·Ö2 + 1,8  40.6 = 130.4 кА.

 

S_k1 = I_k1 U₁

 где,

 S_k1 – мощность короткого замыкания первой точки.

 U₁ – напряжение на кабельной линии.

S_к1 = 40.6 6 = 243.6 кВА.

2) В точки К₂.

I_к2 = 9.1 / Ö ( 0.08 + 0.0946 )² + 0.21² = 33.7 кА

i_у2 = 108.3 кА.

S_к2 = 108.3 6 =649 кВА

3) В точки К_3.

I_к3 = I_б / Ö ( x₁ + x₂ + x₃ )² + ( r₁ + r₃ )²

I_к3 = 9.1 / Ö ( 0.08 + 0.094 + 0.021 )² + ( 0.21+ 0.021)² = 30.3 кА

i_у3 = 97.3 кА

S_к3 = 97.3  6 = 584.3 кВА

Выбор токоведущих частей.

 Провода и кабели выбирают по экономической плотности тока.

 При выборе сечения кабеля необходимо учесть допустимую перегрузку на период ликвидации после аварийного режима, величина которой зависит от вида прокладки кабеля, длительности максимума и предварительной нагрузки.

 Определить сечение кабелей для присоединения цеховой подстанции мощностью Р_н = 4300 кВА. Кабели проложены под землёй на расстоянии 100 м. Время действия, основной релейной зашиты 1.2 с., полное время отключения выключателя 0.12 с.

 Определяем токи продолжительного режима.

I_н = S_н / nÖ3U_н

 где,

 I_н – ток номинальный.

 S_н – номинальная мощность.

 n – число линий.

 U_н – номинальное напряжение.

I_н = 4300 / 2 Ö36 = 207 А.

 

 Определяем ток максимальный.

I_мах=S_н / ( n-1 )Ö3U_н

где,

 I_мах – ток максимальный.

 

I_мах= 4300 / ( 2 - 1 )Ö36 = 413,8 А.

 Определяем экономическое сечение кабеля.

F_э =I_н / j_э

 где,

 F_э – экономичное сечение кабеля, мм²

 j_э – плотность тока, А/мм²

F_э = 207 / 1.2 = 172.5 мм²

 Принимаем два кабеля сечением ( 3  185 ) при допустимом токе I_доп=440 А. Так как I_мах=413.8 А., то выбранный кабель подходит по длительному перегреву.