Методические указания

Форма

Ф СО ПГУ 7.18.2/05

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова

Кафедра Электроэнергетики

МЕТОДИЧЕСКИЕ

Целью расчётно-графической работы по курсу «Специальные вопросы электрической части станций» является приобретение навыков:

- по выбору питающих кабелей в сетях 0,4 кВ;

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

- по выполнению расчёта токов короткого замыкания в сетях до 1000 В;

- по выбору коммутационной аппаратуры и ее уставок срабатывания;

- по проверке чувствительности и селективности действия коммутационной аппаратуры.

Задачи, которые ставятся при выполнении работы, связаны с особенностями расчёта токов КЗ в сетях 0,4 кВ как трёхфазного, так и однофазного, а также с особенностями выбора кабелей и их проверки в цепи электродвигателя и защитной коммутационной аппаратуры – предохранителей, магнитных пускателей, автоматических выключателей. Необходимо обращать внимание на особенности выбора защитной аппаратуры в цепи электродвигателя и на питающей линии, а также на необходимость проверки их по условию селективности.

Темой расчётно-графической работы является выбор коммутационной защитной аппаратуры на участке электрической сети 0,4 кВ, получающей питание через трансформатор соответствующей мощности, к шинам которого подключены двигатели разной мощности.

Вариант задания на расчетно-графическую работу студенты выбирают по порядковому номеру в журнале преподавателя и последней цифре зачетной книжки. Варианты заданий приведены в

2 Выбор кабелей в цепи электродвигателей и проверка их по падению напряжения

Для присоединения электродвигателей к шинам 0,4 кВ используются различные марки кабелей. Эти кабели прокладываются в кабельных полуэтажах, в кабельных туннелях, на металлических лотках, укрепленных на стенах и конструкциях зданий.

Температура нагрева кабеля в нормальном режиме не должна превышать допустимого значения. Для этого выбор сечений кабелей производят по таблицам ПУЭ, в которых приводятся значения сечений и соответствующие им допустимые токи нагрузки для кабелей различных конструкций. Значения допустимых длительных токов указаны для определенных условий работы кабелей и способов их прокладки.

При отклонении условий работы кабелей от нормальных значение допустимых длительных токов, приведенных в ПУЭ, должны быть умножены на поправочные коэффициенты. Поправочные коэффициенты учитывают характер нагрузки, отклонение температуры окружающей среды от нормированной температуры, которая принята для окружающего воздуха , а для земли , и количество совместно проложенных кабелей.

Условие выбора кабелей по допустимому току имеет вид

, (2.1)

где - допустимый ток кабеля, А;

- поправочный коэффициент на количество работающих кабелей, проложенных рядом в земле (в трубах или без труб), значения, которого приведены в [5];

- поправочный коэффициент на ток кабеля в зависимости от температуры окружающей среды (земли или воздуха), значения которого приведены в [5];

- коэффициент, учитывающий допустимую кратковременную перегрузку кабелей.

Сечения кабелей должны быть проверены по экономической плотности тока. Экономически целесообразное сечение определяется по формуле

, (2.2)

где - наибольший ток нормального режима, ;

- экономическая плотность тока.

Полученное в результате расчета сечение кабеля округляется до стандартного ближайшего значения.

В нормальном режиме работы сечение и длина кабеля должны обеспечивать:

- отклонение напряжения на зажимах электродвигателя не более . Падение напряжения в кабеле определяется по выражению:

, (2.3)

где - длина кабеля, м;

- угол нагрузки;

- удельные активное и индуктивное сопротивления кабелей, мОм/м.

- нормальный пуск электродвигателя. Пусковой ток создает увеличенную по сравнению с нормальным режимом работы потерю напряжения в питающем кабеле, в результате чего напряжение на зажимах электродвигателя снижается.

Возможность разворота электродвигателя определяется значением остаточного напряжения на его зажимах. Считается, что пуск электродвигателей с легкими условиями пуска, длительность пуска (0,5-5,0) с, обеспечивается при значении напряжения . Это условие выполняется, если

где - ток трехфазного металлического КЗ на зажимах электродвигателя при минимальном режиме работы питающей системы;

- пусковой ток электродвигателя.

Пуск электродвигателя с тяжелыми условиями пуска, длительность пуска 5-10 с, обеспечивается при напряжении . Это условие выполняется, если .

Выбранные кабели должны быть проверены на термическую стойкость при КЗ в начале кабеля. Проверка кабеля на термическую стойкость выполняется по формуле

, (2.4)

где - постоянная, которая принимается по [2];

- расчетный ток КЗ, А, для металлических КЗ , а для КЗ через переходное сопротивление ;

- время отключения КЗ, с;

- время срабатывания отсечки селективного автоматического выключателя, с;

- время гашения дуги, которое составляет для автоматического выключателя серии А3,01 с, для автоматических выключателей серии АВМ и Электрон – 0,06 с;

- усредненное значение времени затухания свободных токов КЗ, равное 0,03 с.

3 Расчет параметров элементов сети 0,4 кВ и токов короткого замыкания

В зависимости от цели расчёта учитывают различные режимы работы электрической схемы. При выборе аппаратуры расчётным считается максимальный режим, при котором токи КЗ имеют максимальные значения. При проверке чувствительности защит расчётным является минимальный режим, при котором токи КЗ имеют минимальные значения.

При расчётах металлических КЗ определяют следующие значения токов:

- – максимальный ток трёхфазного металлического КЗ при максимальном режиме работы питающей энергосистемы, используется для выбора аппаратуры и защит, проверки селективности их действия;

- – минимальный ток двухфазного металлического КЗ при минимальном режиме работы энергосистемы, используется для проверки чувствительности защит;

- – минимальный ток однофазного металлического КЗ, определяется для проверки чувствительности и селективности действия защит.

Все расчёты токов выполняются обычно для металлического КЗ, т. е. когда токоведущие части фаз соприкасаются между собой или заземлённым токопроводящим предметом (корпус электродвигателя, нулевой провод) непосредственно, без учёта переходного сопротивления. Принято это вследствие трудности определения значения переходного сопротивления, хотя все переходные сопротивления уменьшают ток КЗ, что учитывается введением определённых запасов по чувствительности защиты.

В четырёхпроводных сетях 0,4 кВ с заземлённым нулём приходится выполнять расчёт токов как трёхфазного, так и однофазного КЗ. Вызвано это тем, что ток однофазного КЗ в таких сетях очень сильно зависит от схемы соединения обмоток питающего трансформатора.

Расчет токов КЗ удобнее вести в именованных единицах, поскольку все данные в справочниках приводятся в именованных единицах, расчётные уравнения также приводятся в именованных единицах.

Для расчёта токов КЗ составляют схему замещения, в которую входят все сопротивления цепи КЗ. Значения этих сопротивлений выражают в миллиомах (мОм). При расчётах токов КЗ в электроустановках до 1000 В в общем случае необходимо учитывать активные и индуктивные сопротивления всех элементов короткозамкнутой цепи, в том числе:

а) активное и индуктивное сопротивление питающей энергосистемы. Для практических расчётов допустимо не учитывать активное сопротивление энергосистемы, а индуктивное сопротивление принимать равным полному сопротивлению энергосистемы, определяя его значение по известному току КЗ, кА, или мощности КЗ, МВА, на зажимах высокого напряжения понижающего трансформатора (6/0,4 или 10/0,4 кВ):

, (3.1)

где – напряжение энергосистемы со стороны высокого напряжения трансформатора, при котором определялись ток и мощность КЗ системы, кВ

Сопротивление системы должно быть приведено к стороне низшего напряжения по выражению [1,2]:

, (3.2)

где – индуктивное сопротивление энергосистемы, приведённое к стороне низкого напряжения трансформатора, мОм;

– соответственно номинальные напряжения обмоток низкого и высокого напряжений понижающего трансформатора, кВ.

б) активное и индуктивное сопротивления понижающего трансформатора, приведённые к стороне низкого напряжения:

, (3.3)

, (3.4)

, (3.5)

где – номинальная мощность трансформатора, кВА;

– номинальное линейное напряжение обмотки НН, кВ;

– мощность потерь КЗ в трансформаторе, кВт;

– напряжение КЗ трансформатора, %.

в) активное и индуктивное сопротивление кабелей определяют по выражениям:

, (3.6)

где – соответственно индуктивное и активное удельные сопротивления кабелей, мОм/м;

– длина кабеля, м.

Активные сопротивления кабелей условно принимаются при температуре +20оС, поскольку невозможно учесть изменение сопротивления от окружающей температуры, времени года, времени суток, нагрева током нагрузки, током КЗ.

При расчете минимального значения тока КЗ в произвольный момент времени необходимо учитывать увеличение активного сопротивления кабеля вследствие его нагрева током КЗ. В соответствии с [2] величина активного сопротивления кабеля с учетом его температуры рассчитывается по формуле

, (3.7)

где - активное сопротивление кабеля при начальной температуре, мОм;

- коэффициент увеличения активного сопротивления кабеля.

Активное сопротивление кабеля при начальной температуре определяется по формуле

, (3.8)

где - активное удельное сопротивление кабеля при нормированной температуре , мОм/м;

- длина кабеля до места КЗ, м;

- условная температура, равная: для меди , для алюминия .

Начальная температура кабеля, т. е. температура кабеля до КЗ, определяется по формуле:

, (3.9)

где - расчетный ток нормального режима, А;

- допустимый ток продолжительного режима для кабеля данного сечения, А;

- соответственно допустимая температура кабеля в продолжительном режиме и нормированная температура окружающей среды, ;

- температура окружающей среды, .

Коэффициент увеличения активного сопротивления кабеля в соответствии с [2] определяется по формуле

, (3.10)

где - конечная температура кабеля.

Расчет нагрева кабелей с учетом теплоотдачи в изоляцию согласно [2,11] необходимо выполнять, если . Критическая продолжительность КЗ определяется по формулам: