Расчет электрических нагрузок, выбор главных схем и оборудования промышленных предприятий (стр. 4 )

Потребители 3-й категории могут получать питание от однотрансфор­маторной подстанции при наличии складского трансформаторного резерва.

При выборе мощности трансформаторов следует добиваться как эконо­мически целесообразного режима работы, так и соответствующего обеспе­чения резервирования питания приемников при отключении одного из трансформаторов, причем нагрузка трансформатора не должна (по нагреву) вызывать сокращение естественного срока его службы.

Определение мощности трансформаторов целесообразно проводить с учетом их перегрузочной способности. Если не принимать во внимание перегрузочную способность трансформатора, то можно без достаточного основания завысить его установленную мощность.

Число и мощность трансформаторов в цеховых трансформаторных под­станциях определяется, как было указано, общей мощностью Sм цеха (цехов), требованиями надежности электроснабжения, а также удельной плотностью

нагрузки Sуд, кВ × А/м2 ;

Если плотность электрической нагрузки не превышает

0,2 кВ × А/м2, то при любой мощности цеха мощность трансформаторов не должна быть более 1000 кВ × А. Если удельная плотность нагрузки находится в пределах 0,2 – 0,3 кВ × А/м2, то единичную мощность трансформаторов можно принять равной 1600 кВ × А. Если удельная плотность нагрузки более 0,3 кВ × А/м2, то на цеховой подстанции можно устанавливать трансформаторы 2500 кВ × А. Количество трансформаторов, устанавливаемых в цехе, можно определить из выра­жения

Согласно СН 174-75 для трансформаторов цеховых подстанций следует, как правило, принимать следующие коэффициенты загрузки:

для цехов с преобладающей нагрузкой 1-й категории при двухтрансформаторных подстанциях 0,65 – 0,7;

-  для цехов с преобладающей нагрузкой 2-й категории при о нотрансформаторных подстанциях с взаимным резервированием

0,7 – 0,8;

- для цехов с преобладающей нагрузкой 2-й категории при использовании централизованного резерва трансформаторов и цехов с нагрузкой 3-й категории 0,9 – 0,95.

Расчеты по определению числа КТП и мощности их трансформаторов сводятся в табл. 5.1.

После проведенного выбора трансформаторов производим оконча­тельный (в гл. 2 при расчете максимальной нагрузки цеха учитывали приблизительные потери в трансформаторах) расчет потерь мощности в них. Для этого определим потери активной и реактивной мощностей.

где DРхх - мощность потерь холостого хода трансформатора; DРкз – мощность потерь короткого замыкания (справочные данные); Кз. н – коэффициент загрузки в нормальном режиме: Кз. н = Sм / Sз. н..

Здесь Sм – расчетная максимальная нагрузка цеха, кВ × А; Sн. т – номиналь­ная мощность трансформатора, кВ × А;

где .

Таблица 5.1

№

Sм

Sуд

Число и мощ. ТП

Кз. н.

Кз. пар

Ixx

Uк

DРхх

DРкз

DQхх

DQкз

DРт

DQт

1

2

5.5. Выбор сечения и марки проводников системы распределения

В промышленных распределительных электрических сетях выше 1000 В в качестве основных способов канализации электроэнергии применяются кабельные линии электропередачи (КЛ) и токопроводы 6 – 10 кВ.

Проектирование и сооружение КЛ должны производиться с учетом разви­тия сети, ответственности и назначения линий, характера трассы, способа прокладки, конструкций кабелей. Трассы кабельных линий следует прокла­дывать по возможности в грунтах, не агрессивных по отношению к метал­лическим оболочкам кабелей.

При выборе трассы КЛ стараются достичь наименьшего расхода кабеля и обеспечить его защиту от механических повреждений, коррозии. Сечение жил кабеля должно соответствовать допустимой токовой нагрузке для участка трассы с наихудшими условиями охлаждения. Каждая КЛ должна иметь свой номер или наименование.

В промышленных предприятиях черной и цветной металлургии, хими­ческих и других энергоемких производств встречается необходимость переда­вать в одном направлении токи порядка А и более. Передача таких токов при помощи кабельных сетей становится затруднительной технически и нерациональной экономически. В этих случаях для передачи электрической энергии на относительно небольшие расстояния (до 1 – 2 км) становится целесообразным применение шинопроводов высокого напряжения.

Шинопроводы высокого напряжения прокладываются в подземных и над­земных туннелях и коридорах. Предпочтение чаще всего отдается надземному варианту исполнения, так как в этом случае обеспечивается лучшая венти­ляция, сокращаются земляные работы, отпадает необходимость установки для откачки грунтовых вод и т. п.

Выбор сечения кабельных линий ЛЭП производится в соответствии с тре­бованиями ПУЭ с учетом нормальных и послеаварийных режимов работы электрической сети и перегрузочной способности кабелей различной конструкции. При прокладке кабельных линий в земле допустимая токовая нагрузка на жилу кабеля в нормальном и ПАР режимах определяется по выражению

;

где К1 – поправочный коэффициент, учитывающий фактическую температуру окружающей среды; К2 – поправочный коэффициент на количество работающих кабелей, лежащих рядом в земле (в трубах и без таковых); К3 – коэффициент допустимой перегрузки, который зависит от вида изоляции, Iт – допустимая токовая нагрузка на жилу кабеля по таблицам ПУЭ (или справочника) для различных марок кабеля (для различной изоляции кабеля).

При прокладке кабельных линий в воздухе поправочные коэффициенты не применяются. При больших нагрузках кабельная линия может состоять из нескольких (не более четырех) кабелей.

При проверке сечения кабеля по условиям послеаварийного режима для кабельных линий напряжением до 10 кВ необходимо учитывать допускаемую в течение пяти суток на время ликвидации аварии перегрузку в зависимости от вида изоляции:

для кабелей с полиэтиленовой изоляцией допускается перегрузка до 10%;

для кабелей с поливинилхлоридной изоляцией допускается перегрузка до 15% номинальной;

для кабелей с бумажной изоляцией - 30%.

Расчеты по выбору кабельных ЛЭП и токопроводов сводим в табл. 5.2.

Таблица 5.2

№	Линия между…	Sм	Ip	Fэк	Fст	К1	К2	Iдоп	Кол-во кабелей
н. р.	ПАР	н. р.	ПАР
1
2

6. РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

При выполнении курсовых и дипломных проектов расчеты токов КЗ и остаточных напряжений проводятся для выбора аппаратов, проводников, проектирования и настройки релейной защиты и автоматики.

В электроустановках переменного тока свыше 1 кВ расчет токов КЗ должен проводиться согласно [9].

Расчет токов КЗ можно проводить различными методами.

6.1. Расчет токов короткого замыкания методом эквивалентных ЭДС

При учебном проектировании будем применять метод эквивалентных ЭДС. Он используется для расчета токов трехфазного короткого замыкания и токов прямой последовательности несимметричных КЗ. Наиболее часто определяются токи в начальный момент короткого замыкания.

Расчет производят, исходя из следующих положений. Все источники, участвующие в питании рассматриваемой точки, работают с номинальной нагрузкой. Синхронные машины имеют автоматические регуляторы напряжения и устройства быстродействующей форсировки возбуждения. Короткое замыкание наступает в такой момент времени, при котором ток КЗ имеет наибольшее значение. Электродвижущие силы всех источников питания совпадают по фазе. Расчетное напряжение каждой ступени принимают на 5% выше номинального напряжения сети (среднее номинальное напряжение), а именно: 515;340; 230; 154; 115;37;24; 18; 15,75; 13,8; 10,5; 6,3; 3,15; 0,69; 0,525; 0,4; 0,23; 0,133 кВ.

Учитывают влияние на токи КЗ присоединенных к данной сети синхронных компенсаторов, синхронных и асинхронных электродвигателей. Влияние асинхронных электродвигателей на токи КЗ не учитывают при единичной мощности АД до 100 кВт, если электродвигатели отдалены от места КЗ одной ступенью трансформации, а также при любой мощности, если они отделены от места КЗ двумя и более ступенями трансформации.

В электроустановках напряжением выше 1 кВ учитывают индуктивные сопротивления электрических машин, силовых трансформаторов и автотран­сформаторов, реакторов, воздушных и кабельных линий, токопроводов. Активные сопротивления следует учитывать только для воздушных линий с проводами малых площадей сечений и стальными проводами, а также для протяженных кабельных сетей малых сечений с большим активным сопротивлением при условии RS ³ 0,3 × XS.

В электроустановках напряжением до 1 кВ учитывают индуктивные и активные сопротивления всех элементов короткозамкнутой цепи (переход­ные контакты аппаратов, токовые катушки, переходные сопротивления и т. д.). При этом следует отметить, что влияние сопротивления энергосистемы на результаты расчета токов КЗ на стороне до 1 кВ невелико.

Расчетная схема для определения токов КЗ представляет собой схему в однолинейном исполнении, в которую введены генераторы, компенсаторы, синхронные и асинхронные двигатели, оказывающие влияние на ток КЗ, а также элементы системы электроснабжения (линии, трансформаторы, реак­торы), связывающие источники электроэнергии с местом КЗ. По расчетной схеме составляют схему замещения. Элементы системы электроснабжения, связывающие источники электроэнергии с местом КЗ, вводят в схему замещения сопротивлениями, а источники электроэнергии - сопротив­лениями и ЭДС. Сопротивления и ЭДС схемы замещения должны быть приведены к одной ступени напряжения (основная ступень). В практических расчетах за основную ступень удобно принимать ступень, где определяются токи КЗ. Параметры элементов схемы замещения можно выражать в имено­ванных или относительных единицах.

Алгоритм расчета следующий:

1. Составить схему замещения сверхпереходного режима.

2. Привести сопротивления элементов и ЭДС к одной ступени напряжения и одинаковым базисным условиям.

. Свернуть схему относительно места КЗ. Определить суммарные ЭДС и сопротивление в начальный момент времени.

4. Найти начальный сверхпереходный ток в месте КЗ.

5. Распределить ток КЗ по ветвям схемы и определить остаточные напряжения.

Рассмотрим каждый пункт алгоритма.

1. Схема замещения составляется только для особой фазы, т. е. фазы, находя щейся в условиях, отличных от других фаз. Так при замыкании фазы А на землю особой будет фаза А, а при замыкании между собой фаз А и В осо­бой будет фаза С.

Все источники (генераторы, крупные компенсаторы, синхронные и асинхронные двигатели мощностью 100 кВт и выше, а также обобщенная нагрузка) вводятся в схему замещения своими сверхпереходными параметрами - Е" и х". Фазная сверхпереходная ЭДС

Е"ф = Uф0 ± I0 × х" × sin j0,

где Uф0, I0, j0 – фазное напряжение, ток и угол сдвига между ними в предшествующем режиме (для синхронных генераторов, двигателей и пере­возбужденных синхронных компенсаторов берется знак «+», для асинхронных двигателей и недовозбужденных синхронных двигателей - «-»).

Для упрощения расчетов принимают, что сверхпереходные индуктивные сопротивления по продольной (х"d) и поперечной (х"q ) осям одинаковы и равны х"d.

Если требуется определить ток только в месте КЗ, то принимают следующие допущения: учитываются только двигательные нагрузки, расположенные в месте короткого замыкания; генераторы, имеющие нагрузку на генераторном напряжении, вводятся в схему замещения ЭДС: Е"=1 (соответствует эквива­лентной ЭДС нагруженного генератора и обобщенной нагрузке). Если нет полных данных о действительных значениях сверхпереходных сопротивлений, нагрузке и других параметрах источников, то можно принимать средние значения х" и Е" (табл.6.1).

В современных энергосистемах имеются достаточно мощные источники (крупные электростанции или энергосистемы), электрически удаленные от места КЗ или ветви, в которой определяется ток. Напряжение в месте подклю­чения такого источника неограниченной мощности практически остается неизменным, и его ЭДС в относительных единицах принимают равным единице, в именованных - номинальному напряжению, а сопротивление -равным нулю.

Для более близко расположенных источников иногда отсутствуют данные о сопротивлениях, но известны ток 1k или мощность S"k короткого замыкания в сети. В этом случае сопротивление находят по выражениям из табл. 6.2.

Таблица 6.1

Средние значения параметров*

Наименование источника	X"	Е'
Источник неограниченной мощности	0	1,00
Турбогенератор до 100 МВт	0,13	1,08
Турбогенератор МВт	0,20	1,13
Гидрогенератор с демпферной обмоткой	0,20	1,13
Гидрогенератор без демпферной обмотки	0,27	1,10
Синхронный компенсатор	0,20	1,20
Синхронный двигатель	0,20	1,10
Асинхронный двигатель	0,20	0,90
Обобщенная нагрузка	0,55	0,85

* в относительных единицах при номинальных условиях

Таблица 6.2

Определение величины сопротивлений элементов цепи.

Наименование элемента	В именованных единицах	В относительных единицах
Любая синхронная или асинхронная машина, обобщенная нагрузка
Трансформатор
Реактор
Воздушная или кабельная линии
Система при известном токе КЗ
Система при известной мощности КЗ

Iк - заданный ток КЗ энергосистемы; хр - номинальное реактивное сопро­тивление реактора; хо - среднее сопротивление 1 км линии; l - длина линии.