Расчет электрических нагрузок

- трёхфазные (симметричные) – когда три фазы соединяются  между собой без соединения  с землей;

- однофазные – одна фаза соединяется с нейтралью источника через землю;

- двухфазные – две  фазы соединяются между собой  без соединения с землей;

- двойное замыкание на  землю – две фазы соединяются  между собой и с землей.

Для предотвращения коротких замыканий необходимо правильно вычислить величины токов КЗ и по ним выбирать необходимую  аппаратуру, защиту и средства для ограничения токов КЗ.

Для вычисления токов КЗ составляют расчётную схему, соответствующую нормальному режиму работы системы электроснабжения при параллельном включении источников питания. В расчётной схеме учитывают сопротивление питающих трансформаторов, высоковольтных линий, реакторов. По расчётной схеме составляют схему замещения, в которой указывают сопротивление всех источников и потребителей и намечают вероятные точки для расчёта токов КЗ. Точки КЗ выбираются на ступенях распределения и на конечном электроприёмнике, точки КЗ нумеруются сверху вниз, начиняя от источника.

      При отсутствии  данных r0 можно определить расчётным путём:

 

          r0 = ,                                                                                   (24)

где S – сечение проводника, мм2

      γ – удельная  проводимость металла, м/Ом∙мм2

        Принимается: γ= 30 м/Ом∙мм2 для алюминия;                      [5, стр. 73]

                      γ= 50 м/Ом∙мм2 для меди

                      γ= 30 м/Ом∙мм2 для стали

          При отсутствии данных х0 можно принять равным           [5, стр. 73]

х0 = 0,4 м/Ом∙мм2 – для воздушных линий;

х0 = 0,06 м/Ом∙мм2 – для кабельных линий

х0 пр = 0,09 м/Ом∙мм2 – для проводов;

х0 = 0,15 м/Ом∙мм2 – для шинопроводов

          При расчёте 1-о фазных токов  КЗ значение удельных индуктивных  сопротивлений петли «фаза-нуль»  принимается равным:

х0 = 0,15 м/Ом∙мм2 для кабельных линий до 1 кВ и проводов в трубах;

х0 = 0,6 м/Ом∙мм2 для воздушных линий до 1 кВ;

          Удельное активное сопротивление  петли «фаза-нуль» определяется  для любых линий по формуле:

         rоп = 2 r0                                                                                            (25)

 

 

Производим расчет токов короткого замыкания:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ШМА

50*5

 

 

 

Iн=578А       

 

 

 

 

 

 

ШРА

30*4

Iн =335 А

 

 

 

Iн=335А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок-1  Схема электроснабжения  расчетная 

 

    Для наружной                                               [2, стр. 624 , табл. П3,7]

 

 Наружная ВЛ АС 16/2,7  Iн.доп=111A

 

                                                                      

х0 =0,4∙4=1,6 Oм      (26)

 

х'с = х0 • Lс = 1,6*1,4=2,24                (27)

 

r0 = Ом/км             (28)

 

R'с = r0 • Lс = 2,1∙4=8,4  мOм             (29)

 

Сопротивления приводятся к НН

    Rс = R'с • ( мОм   (30)

 

хс = х'с • ( мОм   (31)

 

Для трансформатора ТМ 1600-10/0,4

 

Rт=1 м Oм         Xт=5,4м Ом          Zт=5,4м Ом                        (32)

 

Для автоматов

 

1SF     R1SF=0,06	X1SF=0,07	Rл1SF=0,07
1SF     RSF1=0,12	XSF1=0,13	RлSF1=0,25
1SF     RSF1=0,4	XSF=0,5	RлSF=0,6

 

 

Для кабельных линий

Так как в схеме 3 параллельных кабеля то;

 

       r0=(1/3)  r0=(1/3)0,625=0,21 м Ом/м

 

КЛ1: Rкл1 = r0 • Lкл1 =0,21∙32=6,7 м Ом         (33)

хкл1 = хо • Lкл1 =0,0625∙32=2 м Ом                      (34)

 

r0=0,447м Ом/м           X0=0,0612 м Ом/м

Rкл1=0,447∙28=12,5 м Ом

Для шинопровода ШРА

r0=0,1 м Ом/м                     X0=0,13 м Ом/м

r0N=0,2 м Ом/м                   X0N=0,26 м Ом/м

Для ступеней распределений

Rс1 = 15 мОм;       Rс2 = 20 мОм

 

3. Упрощается схема замещения, вычисляются эквивалентные сопротивления 

на участок между точками КЗ и наносятся на схему (рисунок 4)

 

 

Rэ1 = Rc+ Rт + R1SF + Rп1SF + Rс1 =0,013+1+0,06+0,07+15=16, (35)

 

хэ1 = Хс +  хт + х1SF =0,003+5,4+0,07=5,5   мОм                        (36)

 

Rэ2 = RSF1 + RпSF1 + Rкл1 =0,12+0,25+6,7+0,2+20=27,3   мОм   (37)

 

хэ2 = хSF1 + хкл1 =0,13+2+0,26=2,4  мОм                                      (38)

 

Rэ3 = RSF + RпSF + Rкл2 = 0,4+0,6+12,5=13,5  мОм                      (39)

 

хэ3 = хSF + хкл2 =0,5+1,7=2,2  мОм                                               (40)

 

4. Вычисляются сопротивления  для каждой точки КЗ и заносятся  в «Сводную ведомость»

 

                              Rк1=Rэ=16,14 м Ом   Xк1=Хэ=5,5 м Ом ;  (41)

 

Zк1=√Rк12 +Хк12=√16,142+5,52=17,1 м Ом (42)

 

Rк2=Rэ1+Rэ2=16,14+27,3=43,4 м Ом         (43)

 

     Xк2=Xэ1+Xэ2=5,5+2,4=7,9 м Ом             (44) 

  

 

Zк2=√Rк22 +Хк22=√43,42+7,92=44,1 м Ом       (45)

 

Rк3+Rэ3=43,4+13,5=56,9 м Ом                        (46)

 

Xк3=Xк2+Хэ3=7,9+2,2=10,1 м Ом                   (47)

 

Zк3=√Rк32+Xк32=√56,92+10,12=57,8 м Ом     (48)

 

Rк1/Xк1=16,14/5,5=2,9                   (49)

 

Rк2/Xк2=43,4/7,9=5,5                      (50)

 

Rк3/Xк3=56,9/10,1=5,6                     (51)

 

Определяю коэффициенты Ку и q

 

Кy1=F(RК1/XК1)=F(2,9)=1 Kу2=F(RК2/XК2)=F(5,5)=1 Ку3=F(RК3/XК3)=F(5,6)=1

 

Q1=   (52)

 

q1=√1+2(KУ1-1) 2=1   q2= q3=1    (53)

 

5. Определяются 3-х фазные  и 2-х фазные токи КЗ по формуле 

IК1(3) =UК1/√3ZK1=0,4∙103/1,73∙17,1=13,5кА      (54)

 

IК2(3) =UК2/√3ZK2=0,38∙103/1,73∙44,1=5кА       (55)

 

IК3(3) =UК3/√3ZK3=0,38∙103/1,73∙57,8=3,8кА       (56)

 

 

IУ1(3) = q1 IК1(3) =13,5KA  IУ2(3) =5 кA    (57)

 

IУ3(3) =3,8кА                                           (58)

 

iy1=√2Ky1 IК1(3) =1,41∙1∙13,5=19 кA      ( 59)

 

iy2=1,41∙5=7,1 кA                                  (60)

 

iy3=1,41∙3,8=5,4 кА                                 (61)

 

IК1(2) =(√3/2)                                           (62)

IК1(3) =0,87∙13,5=11,8кA                  (63)

 

IК2(2) =0,87∙5=4,4кA                        (64)

 

IК3(2) =0,87∙3,8=3,3кA                     (65) 

 

Схема замещения для расчёта 1-фазных токов КЗ

•Для кабельных линий: 

 

Xлк1=ХолLкл1=0,13∙32=4,2 м Ом                (66)

 

Rлк1=2rо Lкл1=2∙0,1∙32=6,4 м Ом               (67)

 

Rлш=roПШLШ=0,2∙2=0,4 м Ом                        (68)

 

Хпш=ХоПШLш=0,26∙2=0,52 м Ом                  (69)

 

Rпкл2=2roLкл2=2∙0,1∙28=5,6м Ом                (70)

 

Xпкл2=XопLкл2=0,13∙28=3,64 м Ом           (71)

 

Zn1=15 м Ом

 

Rп2=Rc1+Rпкл1+Rпш+Rc2=15+6,4+0,4+20=41,8 м Ом  (72)

 

Xпк2=Хпкл1+Хпш=4,2+0,52=4,72 м Ом          (73)

 

Zп2=√Rп22+Xп22=√41,82+4,722=42,1 м Ом        (74)

 

Rп3=Rп2+Rпкл2=41,8+5,6=47,4 м Ом              (75)

 

Xп3=Xп2+Xпкл2=4,72+3,64=8,4 м Ом              (76)

 

Zп3=√Rп32+Xп32=√47,42+8,42=48,1 м Ом             (77)

 

IК1(1) =Uкф/Zп1+Zт(1) /3=0,23∙103/15+0,95/3=15,6кA        (78)

 

         IК21) =Uкф/Zп2Zт(1) /3=0,22103/42,1+0,95/3=5,6кA               (79)

 

IК31) =Uкф/Zп3Zт(1) /3=0,22103/48,1+0,95/3=5кA   (80)

 

Результаты вычислений заносим в таблицу- 6

Точка КЗ	Rк, мОм	хк, мОм	Zк, мОм	Rк/хк	kу	q	I , кА	iу, кА	I , кА	I , кА	Zn, мОм	I , кА
К1	16,14	5,5	17,1	2,9	1	1	13,5	19	13,5	11,8	15	15,6
К2	43,4	7,9	44,1	5,5	1	1	5	7,1	5	4,4	42,1	5,6
К3	56,9	10,1	57,8	5,6	1	1	3,8	5,4	3,8	3,3	48,1	5

 

 

7.   Выбор защитной  коммутационной аппаратуры и проводниковой продукции на стороне 0,4 кВ

Сечение проводов и напряжением до 1000 В по условию нагрева выбирается в зависимости от длительно допустимой токовой нагрузки.        Выбор сечения производится:

а) по условию нагрева длительным расчётным током

Iн.доп ≥ ;  А                        (81)

б) по условию соответствия выбранному аппарату максимальной токовой защиты

          Iн.доп ≥ ;  А                      (82)

где Iр – расчётный ток нагрузки;

      Iн.доп – длительно-допустимый ток на провода, кабели, шины;

kз – коэффициент защиты или кратности защиты;

Iз – номинальный ток или ток срабатывания защитного аппарата;

k1- поправочный коэффициент на условия прокладки проводов и кабелей;

k2 - поправочный коэффициент на число работающих кабелей, лежащих рядом в земле в трубах или без труб.

 Таблица -7   Проводниковая продукция                                          

№	Наименование Электрических приемников	Рн	Iрасч	К	Iпуск	Сечение	Iн.доп
Рп1	Вентилятор вытяжной	40	61,8	7,5	339,9	3х25+1х16	75
	Вентилятор приточный	60	142,6	7,5	855,6	3х70+1х35	145
	Электротермические установки	15	40,7	7,5	203,5	3х16+1х10	60
	Обдирочные станки типа РТ-503	21	66,5	7,5	333,5	3х25+1х16	75
	Краны мостовые	6,25	26,4	7,5	118,8	3х4+1х2,5	27
РП2	Краны мостовые	6,25	26,4	7,5	118,8	3х4+1х2,5	27
	Кривошипные КПМ	10	19	7,5	95	3х4+1х2,5	27
	Фрикционные КПМ	4,5	8,5	7,5	38,25	3х4+1х2,5	27
	Обдирочные станки типа РТ-21001	17	93,2	7,5	466	3х70+1х35	145

 

 

        Предохранитель – это коммутационный аппарат, предназначенный для отключения защищаемой цепи разрушением специально предусмотренных для этого токоведущих частей под действием тока, превышающего определенное значение.

       Высоковольтные  предохранители серии ПК обладают  токоограничивающим эффектом, полное  время отключения при токах  КЗ 0,055-0,007 с.

Выбор предохранителя производится по напряжению установки, по току, по конструкции и роду установки, по току отключения.

   Автоматы выключатели предназначены для выполнения оперативной и аварийной коммутации в системах электроснабжения и для включения и выключения отдельных электрических цепей и нагрузок.

        Выбор  автоматы выключателей производится  по номинальному напряжению и  току, конструктивному выполнению  и месту установки, отключаемым току и мощности.

Рп1

IP=Smax /√ 3∙Uc                                                                                                                                                              (83)

 

 IP=194,02 /1,73*0,38 = 295,1A

ΣIH = 6,8+39,6+47,5+42,7+129,2+48,6= 338A  

                                

Iпик  = Iр + k΄ · Iнб - Iнб · Iр  / Σ Iмах ;                                                                        (84)

Iпик = 295,1+6*142,6-142,6*295,1/338=1026,2 А

Iэл = 1.25 ∙ Iпик                                                                                                             (85)

Iэл = 1.25 ∙ 1026,2 = 1282,75A

Выбираем  автомат: АВМ10С – 1000  Iэл =1000 A

[4.стр194.табл 10.3]

Iвст = Iпик/Ŗ                                                                                                          (86)

 

Iвст =884,7/1,6 = 552,9 А

 

Выбираем предохранитель: ПП 17-39  Iвст = 630 А

 

[4.стр. ]

РП 2

IP=Smax /√3∙Uc                                                                                                                                                       (87)

 

IP=149,77/1,73*0,38 = 227,8A

 

ΣIH = 17,4+34,8+28,5+14,2+11,8+11+79,2+19,6=147,1A                                (88)   

                               

Iпик  = Iр + k΄ · Iнб - Iнб · Iр  / Σ Iмах ;                                                                          (89)

 

Iпик = 227,8+5*93,2-93,2*227,8/147,1= 549,5А

 

Iэл = 1.25 ∙ Iпик                                                                                                       (90)

 

Iэл = 1.25 ∙ 549,5= 686,8A

 

Выбираем  автомат: АВМ – 4С  Iэл =400 A