ХД = 50,5 м и YД =37,5 м.
Для уменьшения потерь электроэнергии в низковольтной сети питающая подстанция должна быть максимально приближена к центру нагрузок, однако для удешевления проекта при реконструкции системы электроснабжения сохраним существующую подстанцию в отдельном кирпичном строении и расположенную на расстоянии 0,1 км от ввода низковольтных кабелей в помещения депо со стороны кернового отделения. Следовательно, место расположения ТП Депо смещено от центра нагрузок депо на 138,0 м.
Таблица 1.3 - Координаты центра нагрузок и места установки силовых пунктов групп электроприёмников, в метрах
Координаты | СП-9 | СП-10 | СП-11 | СП-12 | СП-13 | СП-14 | |
ХЦН | 13,8 | 45,5 | 73,2 | 88,0 | 17,4 | 49,7 | |
YЦН | 31,5 | 32,4 | 36,8 | 26,4 | 19,0 | 16,5 | |
ХСП | 16,0 | 38,0 | 73,0 | 94,6 | 15,2 | 52,0 | |
YСП | 17,5 | 17,5 | 37,0 | 31,2 | 16.5 | 17,5 |
Схема магистральной низковольтной сети приведена на рисунке 1.3.
Ввод питающей сети на ТП Депо выполнен на напряжении 6 кВ. В зависимости от типа линии и класса напряжения сечение проводников питающей сети выбирается в соответствие с ПУЭ /4/ по допустимому длительному току и проверяется по:
- динамическому и термическому действию токов короткого замыкания;
- допустимой экономической плотности тока по формуле
, [1.13]
где SПР - площадь поперечного сечения фазной жилы проводника, мм2;
IM - ток в час максимума, А;
JЭК - нормированное значение экономической плотности тока, А/мм2.
Поведём выбор проводников высоковольтных кабельных линий питающих ТП Депо. Максимальная мощность нагрузки депо согласно данных расчёта в таблице 1.2 составляет: SМ = 1083,7 кВ·А. Максимальный ток при напряжении сети 0,4 кВ составляет: IM = 1647 А. по формуле [1.11] для питающей сети с напряжением 6 кВ - IM = 104 А.
При односменной работе предприятия и числе использования максимума нагрузки до 3000 час. в год экономическая плотность тока для высоковольтных проводов с изоляцией из полиэтилена и алюминиевыми жилами составляет:
JЭК = 1,6 А/мм2 /4/.
Следовательно, сечение провода кабельной линии питания предприятия должно быть:
SКЛ ? 104,0/1,6 ? 65,0 мм2.
Сечение жил кабеля основного питания марки ААШВ 3Ч120, трёхжильного алюминиевого кабеля в алюминиевой оболочке составляет 120 мм2, а кабеля для резервного питания марки ААБ 3Ч70, трёхжильного алюминиевого кабеля в свинцовой оболочке и с бумажной изоляцией - 70 мм2. Следовательно, существующие высоковольтные кабели позволяют выполнить электроснабжение ТП Депо в соответствие с действующими нормативами. При этом по кабелю основного питания имеется запас для транзита электроэнергии на КТП питания дистанции пути.
Сечения проводников высоковольтной сети и питающих группы низковольтных электроприемников, выбираем по длительно - допустимому току /4/ исходя из условия
IРАСЧ ? IДЛ. ДОП., [1.14]
где IРАСЧ - расчетный ток, А;
IДЛ. ДОП - длительно - допустимый ток по нагреву для проводника, А.
Рисунок 1.2 - Схема деповской понижающей подстанции
Рисунок 1.3 - Схема деповской низковольтной распределительной сети
Например, в вынужденных режимах электроснабжения кабель марки ААБ 3Ч70 позволяет пропускать длительно-допустимый ток до IДЛ. ДОП = 175 А.
Низковольтные сети выполняются по системе TN-C-S четырёхжильными кабелями, проложенными в коробах и кабельных каналах. При прокладке нескольких кабелей в расчёт вводятся коэффициенты согласно ПУЭ /4/. Например, для четырёхжильных кабелей вводится коэффициент 0,92 по сравнению с длительно допустимым током для трёхжильных.
Например, максимальный ток СП-11 составляет IМ = 61 А. Следовательно, при прокладке по помещениям цехов в воздухе на желобах и по кабельной каналам можно выбрать кабель типа АВВГ 4Ч25 с алюминиевыми жилами и длительно допустимым током 69 А.
Данные по магистральной питающей сети приведены в таблице 1.4.
Таблица 1.4 - Кабели питающей низковольтной сети
Путь питающей сети | Ток группы ЭП, IМ, А | Тип кабеля | Сечение кабеля, мм2 | Допустимый ток кабеля, IДЛ. ДОП, А | |
ТП - СП-9 | 98 | АВВГ | 3Ч50 + 1Ч25 | 101 | |
ТП - СП 10 | 88 | АВВГ | 4Ч16 | 55 | |
ТП - СП-11 | 61 | АВВГ | 4Ч25 | 69 | |
ТП - СП-12 | 114 | АВВГ | 3Ч70 + 1Ч50 | 128 | |
ТП - СП-13 | 61 | АВВГ | 4Ч25 | 69 | |
ТП - СП-14 | 94 | АВВГ | 3Ч50 + 1Ч25 | 101 |
Распределительная низковольтная сеть состоит из присоединений отдельных электроприемников к силовым пунктам (СП).
Она выполняется в виде электропроводок в пластмассовых или тонкостенных водо- газопроводных стальных трубах изолированными одножильными проводами или четырёхжильными кабелями /3/.
Расчетные токи для различных электроприемников определяются в зависимости от типа оборудования.
Для сварочных трансформаторов
. [1.15]
Для электрических приемников повторно - кратковременного режима сечение питающих проводов должно выбираться по ПУЭ /4/. Если в результате выбора сечение алюминиевых проводов получается S ? 10 мм2, то провод выбирают по номинальному току электроприемника, IРАСЧ = IПАСП и к ПВ = 100% не приводится, а если S ? 16 мм2 то расчетный ток определяется по формуле, А
. [1.16]
Этим учитывается тепловая инерция проводников больших сечений.
Для приводов с асинхронными двигателями номинальный ток определится, А
[1.17]
Например, для приводов колёсно-токарных станков питаемых отдельными линиями прямо от шин 0,4 кВ КТП с рН = 80, 0 кВт IН = 160 А. Следовательно необходимо выбрать кабель с сечением фазных алюминиевых жил 120 мм2 и нулевой жилой 70 мм2 имеющий IДЛ. ДОП 184 А. Для пресса в электромашинном отделениис рН = 3, 0 кВт IН = 6 А. Следовательно необходимо выбрать четырехжильный алюминиевых провод марки АПРТО с сечением жил по 2,5 мм2 и имеющий IДЛ. ДОП = 19 А /4/.
Расчет и выбор силовых распределительных шкафов проводится по среднему току групп электроприёмников /3/. Выбираются типовые конструкции выпускаемые в настоящее время промышленностью.
Основными потребителями электрической энергии на предприятиях обычно являются асинхронные электродвигатели и трансформаторы. В некоторых режимах они потребляют значительную реактивную мощность. Для компенсации реактивной мощности могут применяться компенсирующие устройства: батареи статических конденсаторов, синхронные компенсаторы, синхронные двигатели.
Конденсаторные батареи могут использоваться практически в любом диапазоне мощностей. Преимуществом конденсаторной установки является простота, небольшая стоимость, малые удельные собственные потери активной мощности, отсутствие движущихся частей. К недостаткам относятся невозможность плавного регулирования реактивной мощности, пожароопасность, наличие остаточного заряда.
Выбор мощности конденсаторных батарей осуществляют по расчетам электрических нагрузок подстанции и заданному входному tg цВХ, с помощью которого определяется входная мощность, компенсацию которой берет на себя энергетическая система. Из расчета электрических нагрузок определяется средняя активная мощность за наиболее загруженную смену PСМ и вычисляется реактивная мощность QК , кВ·А р которую необходимо компенсировать по формуле
QК =PСМ ( tg ц -- tg ц вх ). [1.18]
где tg ц - фактическое значение коэффициента мощности предприятия;
tg ц вх = 0,33, нормированное значение коэффицинта мощности.
Для выбора мощности конденсаторной батареи на ТП Депо QК определяем PСМ из расчета нагрузок (таблица 1.2). На данном уровне распределения электроэнергии (цеховая подстанция) в проекте tg цВХ = 0.33.
QК = 650,6 (615,8/650,6 - 0.33) = 401,1 кВ·А р.
В качестве компенсирующего устройства в распределительном устройстве низкого напряжения выбираем ближайшую по мощности автоматическую низковольтную конденсаторную установку типа УКЛН - 0.38 - 400 - 50 У3 /3/.
1.3 Расчёт сверхтоков и выбор защитной аппаратуры
Основной причиной нарушений нормального режима работы системы электроснабжения является возникновение коротких замыканий (КЗ) в сети или в элементах электрооборудования вследствие повреждения изоляции или неправильных действий обслуживающего персонала. Для снижения ущерба, обусловленного выходом из строя электрооборудования при протекании токов КЗ, а также для быстрого восстановления нормального режима работы системы электроснабжения необходимо правильно определять токи КЗ и по ним выбирать электрооборудование, защитную аппаратуру и средства ограничения сверхтоков.
При возникновении КЗ имеет место увеличение токов в фазах системы электроснабжения или электроустановок по сравнению с их значением в нормальном режиме работы. В свою очередь, это вызывает снижение напряжений в системе, которое особенно велико вблизи места КЗ.
В трехфазной сети различают следующие виды КЗ: трехфазные, двухфазные, однофазные и двойные замыкания на землю.
Трехфазные КЗ являются симметричными, так как в этом случае все фазы находятся в одинаковых условиях. Все остальные виды КЗ являются несимметричными, поскольку при каждом их них фазы находятся не в одинаковых условиях и значения токов и напряжений в той или иной мере искажаются.
Наиболее распространенным видом КЗ являются однофазные КЗ в сетях с глухо- и эффективно заземленной нейтралью. Значительно реже возникают двойные замыкания на землю, т. е. одновременное замыкание на землю разных фаз в различных точках сети, работающей с изолированной нейтралью.
Расчетным видом КЗ для выбора или проверки параметров электрооборудования обычно считают трехфазное КЗ. Однако для выбора или проверки уставок релейной защиты и автоматики требуется определение и несимметричных токов КЗ /3/.
При проверке электрических аппаратов и жестких проводников (вместе с относящимися к ним поддерживающими и опорными конструкциями) на электродинамическую стойкость расчетным видом является трехфазное КЗ.
При проверке гибких проводников на электродинамическую стойкость (тяжение, опасное сближение и схлестывание проводников) расчетным видом КЗ является двухфазное КЗ.
При проверке проводников и электрических аппаратов на термическую стойкость расчетным видом в общем случае является трехфазное КЗ.
При проверке электрических аппаратов на коммутационную способность расчетным видом КЗ может быть трехфазное или однофазное КЗ в зависимости от того, при каком виде ток имеет наибольшее значение.
Расчет токов КЗ с учетом действительных характеристик и действительных режимов работы всех элементов системы электроснабжения сложен. Поэтому для решения большинства практических задач вводят допущения, которые не дают существенных погрешностей:
- не учитывается сдвиг по фазе ЭДС различных источников питания, входящих в расчетную схему;
- трехфазная сеть принимается симметричной;
- не учитываются токи нагрузки;
- не учитываются емкости, а следовательно, и емкостные токи в воздушной и кабельной сетях;
- не учитывается насыщение магнитных систем, что позволяет считать постоянными и не зависящими от тока индуктивные сопротивления всех элементов короткозамкнутой цепи;
- не учитываются токи намагничивания трансформаторов /3/.
В зависимости от назначения расчета токов КЗ выбирают расчетную схему сети, определяют вид КЗ, местоположение точек КЗ на схеме и сопротивления элементов схемы замещения. Выбор расчетных схем различных электроустановок производят путем анализа возможных схем этих электроустановок при различных режимах их работы, включая ремонтные и послеаварийные режимы, за исключением схем при переключениях.
Для расчета тока КЗ на основании схемы электроснабжения предприятия приведённой на рисунке 1.2 составляется эквивалентная схема замещения электроснабжения депо. На рисунке 1.4 приведены расчётная схема цепи КЗ (а), схема замещения цепи КЗ-1 (б) и эквивалентные схемы замещения цепи КЗ-12 (в) и КЗ-2 (г).
Рисунок 1.4 - Схемы для расчета сверхтока при КЗ
Для выбора параметров и характеристик оборудования и уставок токовых защит необходимо определить ток КЗ в различных точках сети.
Локомотивное депо получает основное питание по высоковольтной кабельной линии 6 кВ длиной 0,9 км и выполненной кабелем марки ААШВ 3Ч120 с сечением алюминиевых жил по 120 мм2.
Расчет тока КЗ удобнее вести в именованных единицах, так как сопротивление большей части элементов цепи собственных нужд (шин, кабелей, переходных сопротивлений) задается в каталогах в Омах. Сопротивления всех элементов схемы замещения приводятся к среднему номинальному напряжению ступени КЗ UСН, которое на 5% больше номинального /3/.
Индуктивное сопротивление системы определяется из предшествующих расчетов результирующих сопротивлений всех условно объединенных источников до шин подстанции, или же вычисляется по мощность КЗ на шинах подстанции. Складываются соответствующие составляющие, определяется результирующие сопротивления цепи КЗ
.[1.19]
где r - активное, x - реактивное и z - полное сопротивления, Ом
Для упрощения расчёта активные сопротивления цепи учитываются, если они более чем на 10% влияют на конечный результат /3/. Следующим упрощением является то, что полные сопротивления цепи КЗ складываются арифметически, а не геометрически. При этом преимущественно активное сопротивление воздушных и кабельных линий арифметически складывается с преимущественно индуктивным сопротивлением трансформаторов.
Действующее значение периодической составляющей тока трёхфазного КЗ IКЗ определится, кА
, [1.20]
гдеUCH - среднее номинальное напряжение, кВ;
Z? - суммарное сопротивление цепи КЗ, Ом.
Определяется ударный ток в цепи iУ возникающий через 10 мс после образования КЗ, А
. [1.21]
Для электроустановок высокого напряжения ударный коэффициент с достаточной для практики точностью можно принять равным КУ = 1,8, а для электроустановок низкого напряжения КУ = 1,2 /3/.
Для силового трансформатора полное сопротивление определится, Ом
,[1.22]
гдеUК - напряжение опыта КЗ трансформатора, %;
ST - номинальная мощность трансформатора, кВ·А.
Погонное индуктивное и активное сопротивления кабелей и воздушных линий возьмём в справочниках /3/. Суммарное полное сопротивление питающей линии составит, Ом
ZWL = z0 · l. [1.23]
Для определения сопротивления цепи КЗ на другой ступени напряжения необходимо пересчитать полученные величины по формуле
ZНН = ZВН/КТР 2 [1.24]
где КТР - коэффициент трансформации. Ток двухфазного КЗ определится, А:
IКЗ (2) = IКЗ · 0,867. [1.25]
Каждое присоединение должно быть обеспечено коммутационной и защитной аппаратурой. Аппараты защиты следует устанавливать, как правило, в местах сети, где сечение проводника уменьшается (по направлению к месту потребления электроэнергии) или где это необходимо для обеспечения чувствительности и селективности защиты. Аппараты защиты должны устанавливаться непосредственно в местах присоединения защищаемых проводников к питающей линии /4/.
В силовой трансформатор к шинам питающей сети подключён посредством коммутационного аппарата. Для этой цели можно применить высоковольтный разъединитель, которым в сети до 20 кВ можно отключать ток намагничивания (холостого хода) трансформаторов мощностью до 630 кВ·А /4/.
