Расчет электрических нагрузок, выбор главных схем и оборудования промышленных предприятий (стр. 9 )

5. Выбор и проверка трансформаторов тока и трансформаторов напряжения

Для контроля за режимом работы электроприемников, а также осущест­вления коммерческого расчета с энергоснабжающей организацией применя­ют контрольно-измерительные приборы на подстанциях, присоединяемые к цепям высокого напряжения через измерительные трансформаторы тока и напряжения.

Трансформаторы тока выбираются по номинальному напряжению, номи­нальному первичному току и проверяются по электродинамической и терми­ческой стойкостям к токам КЗ. Особенностью подбора трансформаторов тока является выбор по классу точности и проверка на допустимую нагрузку вторичной цепи. Трансформаторы тока для присоединения счетчиков, по которым ведутся коммерческие расчеты, должны иметь класс точности 0,5. Для технического учета допускается применение трансформаторов тока класса точности 1, для включения указывающих электроизмерительных приборов - не ниже 3, для релейной защиты - класс 10(Р), чтобы погрешность трансформатора тока не превысила допустимую для данного класса точности, вторичная расчетная нагрузка z2р не должна превышать номинальную z2ном, задаваемую в каталогах.

Индуктивное сопротивление токовых цепей невелико, поэтому принимают z2р = r2р.торичная нагрузка состоит из сопротивления приборов, соедини­тельных проводов и переходного сопротивления контактов:

r2 = rпри. б + rпр + rк

Для определения сопротивления приборов, питающихся от трансфор­маторов тока, необходимо составить таблицу - перечень электроизме­рительных приборов, устанавливаемых в данном присоединении. Суммарное сопротивление приборов рассчитывается по суммарной мощности, Ом:

;

где S2 - суммарная мощность, потребляемая приборами, В × А; I2ном - номиналь­ный ток вторичной обмотки трансформатора, А. В распределительных устрой­ствах 6-10 кВ применяются трансформаторы с I2ном = 5А, в РУ кВ -1 А или5А.

Сопротивление контактов гк принимают 0,05 Ом при двух-трех и 0,1 - при большем количестве приборов. Сопротивление проводов рассчитывается по их сечению и длине. Для алюминиевых проводов минимальное сечение соста­вляет 4 мм2, для медных - 2,5 мм2. Расчетная длина провода lр м, зависящая от схемы соединения трансформатора тока и расстояния l от трансформатора до приборов

- при включении трансформаторов тока в неполную звезду;

2l – при включении всех приборов в одну фазу; l – при включении трансформа­торов тока в полную звезду.

При этом длина l может быть принята ориентировочно для РУ 6-10 кВ при установке приборов в шкафах КРУ: l =4 - б м; на щите управления l =м;

для РУ 35 кВ l =м; для РУ кВ l =м.

Если при принятом сечении провода вторичное сопротивление цепи трансформаторов тока окажется больше z2ном для заданного класса точности, то необходимо определить требуемое сечение проводов с учетом допустимого сопротивления вторичной цепи:

гпр. треб. =z2ном – rприб – гк

Требуемое сечение провода, мм2:

Полученное сечение округляется до большего стандартного сечения контрольных кабелей: 2,5; 4; 6; 10 мм2.

Условия выбора трансформатора тока сведены в табл. 6.8. Дополнительно

Могут быть заданы kдин = Iт. дин / - кратность тока динамической стойкос­ти трансформатора тока; kт = Iт/I1ном – кратность тока термической стойкости I1ном - номинальный ток первичной обмотки трансформатора тока.

Таблица 6.8

Расчетный параметр цепи	Каталожные данные трансформатора тока	Условия выбора и проверки
Uуст	Uном	Uном ³ Uуст
Iраб.max	I1ном	I1ном ³ Iраб.max
iу	Im.дин или kдин	Im.дин ³ iу или kдин I1ном ³ iу
Вк	Iт; tT или kT; I1ном	Вк £ I2Т × tT или Вк £ (kT × I1ном)2 × tT
z2	z2ном	z2ном ³ z2

6. Условия выбора и проверки ТН

Трансформаторы напряжения, предназначенные для питания катушек напряжения измерительных приборов и реле, устанавливают на каждой секции сборных шин. Их выбирают по исполнению, конструкции и схеме соединения обмоток, номинальному напряжению, классу точности и вторичной нагрузке.

Условия выбора трансформаторов напряжения: конструкция, схема соеди­нения; Uс. ном = U1ном , где Uс. ном - номинальное напряжение сети, к которой присоединяется трансформатор напряжения, кВ; U1ном - номинальное напря­жение первичной обмотки трансформатора, кВ; класс точности; S2ном >. S2расч - где S2расч - расчетная мощность, потребляемая вторичной цепью, B × A – S2ном – номинальная мощность вторичной цепи трансформатора напряжения, обеспечивающая его работу в заданном классе точности, В × А.

Для однофазных трансформаторов, соединенных в звезду, в качестве S2ном необходимо взять суммарную мощность всех трех фаз, а для соединенных по схеме неполного открытого треугольника - удвоенную мощность одного трансформатора. В выбранном классе точности, если нагрузка (вторичная) превышает номинальную мощность, часть приборов подключают к допол­нительно установленному трансформатору напряжения. Вторичная нагрузка ТН - это мощность приборов и реле, подключенных к ТН. Для упрощения расчетов расчетную нагрузку можно не разделять по фазам, тогда

При определении вторичной нагрузки сопротивление соединительных проводов не учитывается, так как оно мало. Однако ПУЭ требует оценить по­терю напряжения, которая в проводах от трансформаторов к счетчикам не должна превышать 0,5%, а в проводах к щитовым измерительным приборам - 3%. Сечение провода, выбранное по механической прочности, отвечает, как правило, требованиям потерь напряжения.

Выбор типа трансформатора напряжения определяется его назначением Если от ТН получают питание расчетные счетчики, то целесообразно исполь­зовать на напряжениях 6, 10, 35 кВ два однофазных трансформатора типа НОМ или НОЛ, соединенных по схеме открытого неполного треугольника

Два однофазных ТН обладают большей мощностью, чем один трехфазный а на напряжения 6 и 10 кВ по стоимости они примерно равноценны Если одновременно с измерением необходимо производить контроль изоляции в сетях 6-10 кВ, то устанавливают трехфазные трехобмоточные пятистержневые трансформаторы напряжения серии НАМИ или группу из трех однофазных трансформаторов серии ЗНОМ или ЗНОУТ, если мощность НАМИ недостаточна. При использовании трех однофазных трансформаторов, соединенных в звезду, нейтральная точка обмотки высокого напряжения ТН должна быть заземлена для правильной работы приборов контроля состояния изоляции.

Для напряжения 110 кВ и выше применяют каскадные трансформаторы НКФ.

6.3. Проверка кабельных линий

по термической стойкости

Поскольку процесс КЗ кратковременный, то можно считать, что все тепло, выделяемое в проводнике кабеля, идет на его нагрев.

Максимально допустимые кратковременные повышения температуры при КЗ для силовых кабелей с бумажной пропитанной изоляцией до 10 кВ с медными и алюминиевыми жилами принимаются - 200°С; то же на напряжении 20-35 кВ с медными жилами -175°С.

Проверка сечения кабеля на термическую стойкость к токам КЗ прово­дится по выражению

,

где Вк - тепловой импульс; С = Акон – Анач - коэффициент, соответствующий разности выделенного тепла в проводнике после короткого замыкания и до него, . Для кабелей напряжением 6 – 10 кВ с бумажной изоляцией и медными жилами С = 141, с алюминиевыми жилами С = 85; для кабелей с поливинилхлоридной или резиновой изоляцией с медными жилами С = 123, с алюминиевыми жилами

С = 75. Приведенное время длительности КЗ tп = tрз + tов + Та; Iк = I¥

6.4. Выбор и проверка коммутационных аппаратов 0,4 кВ

К аппаратам, устанавливаемым в сетях низкого напряжения, относятся рубильники, предохранители, автоматы, трансформаторы тока и напряжения.

При выборе аппаратов к ним должны предъявляться требования надеж­ности и безопасности в работе при наименьших затратах.

Все аппараты должны:

соответствовать условиям окружающей их среды и роду установки (сухие помещения, влажные, взрывоопасные и пожароопасные помещения и т. п.);

иметь номинальные параметры (ток, напряжение, мощность, и т. д.), удовлетворять условиям работы в нормальном режиме;

быть устойчивыми к токам КЗ (динамическая и термическая устой­чивость).

Автоматы проверяются по току отключения Iо. л. > Iк. расч , по ударному току iу. а. > iу. расч где iу. а. - допустимый ударный ток для аппарата, гарантированный заводом; i у. расч - ударный ток КЗ, iу. а. - действующее значение тока отключения, допустимое для аппарата (гарантированное заводом); Iк. расч - действующее значение тока КЗ, полученное расчетным путем.

Автоматы, имеющие выдержку времени более 1 с должны проверяться и по току термической устойчивости, причем за величину тока допустимой термической устойчивости должен приниматься ток 1^.

Трансформаторы тока напряжением до 1000В на динамическую и терми­ческую устойчивости не проверяются при присоединении их к сетям, питае­мым от трансформаторов мощностью 1000 кВ × А и ниже.

Приложение 1

Пример расчета электроснабжения предприятия

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

В состав исходных данных входит генеральный план станкострои-тельного завода (рис. П1), изображенный в соответствующем масштабе с расположе­нием и конфигурацией цехов и других объектов заводского хозяйства. Режим работы предприятия - двухсменный с двумя выходными днями. В зависимости от характера технологического процесса для каждого цеха в отдельности определяем степень надежности (категорию надежности электроснабжения электроприемников, характер окружающей среды по пожаро-взрывоопасности и поражению человека электрическим током. Эти данные, а также принятые коэффициент мощности (coscp) и коэффициент спроса для каждого цеха заносим в табл. П 1.1. Питание возможно осуществить от подстанции энергосистемы с пер­вичным напряжением 110 кВ. Мощность системы -1100 МВ-А; реактивное сопротивление системы на стороне 110 кВ, отнесенное к мощности системы - 0,8. Расстояние от подстанции энергосистемы до завода - 3 км. Стоимость электроэнергии - 0,6 руб/(кВт × ч).

Таблица П 1.1

№	Наименование цеха	Категория по надеж.	Pн кВт	cosj	Kс
1	Механический цех №1	II	1800	0,5	0,16
2	Механический цех №2	II	4850	0,6	0,23
3	Механический цех №3	II	2100	0,5	0,16
4	Термический цех № 1	II	3300	0,9	0,85
5	Термический цех №2	II	2800	0,95	0,8
6	Компрессорная Компрессорная (6кВ)	II II	300 4320	0,8 -0,9	0,85 0,8
7	Сборочный цех	II	1700	0,65	0,5
8	Механический цех №4	П	5800	0,5	0,2
9	Механический цех №5	П	3600	0,5	0,15
10	Цех окраски	II	1200	0,8	0,6
11	Литейный цех № 1 Литейный цех №1 (6кВ)	II		0,8 -0,9	0,8 0,8
12	Литейный цех №2 Литейный цех №2 (6кВ)	I I		0,7 0,8	0,6 0,8
13	Насосная № 1	I	800	0,9	0,8
14	Насосная №2	I	1200	0,8	0,8
15	Ремонтно-механи-ческий цех	III

Примечание. Освещение цехов и территории завода определить по площадям