Электродинамическую стойкость трансформаторов тока характеризуют номинальным током динамической стойкости Iм.дин. или отношением kдин = Термическая стойкость определяется номинальным током термической стойкости Iт или отношением kт= Iт / I1ном и допустимым временем действия тока термической стойкости tт.



3. Расчет КТП

3.1 Расчет цехового трансформатора

Цель расчета: определение подходящего по мощности трансформатора для питания проектируемого цеха.

Комплектная трансформаторная подстанция (КТП) - это электрическая установка, предназначенная для приема, преобразования и распределения электроэнергии трехфазного тока. Она состоит из одного или двух трансформаторов, устройства высшего напряжения УВН) с коммутационной аппаратурой, комплектного РУ со стороны низшего напряжения (РУНН) и служит для распределения энергии между отдельными электроприемниками или группами электроприемников в цехе.

Условное обозначение комплектной трансформаторной подстанции КТП-Х/10//0,4-81-У1 расшифровывается так: К - комплектная, Т - трансформаторная , П - подстанция, Х - мощность силового трансформатора (25, 40, 63, 100, 160), кВА, 10 - класс напряжения в кВ, 0,4 -номинальное напряжение на стороне НН, 81 - год разработки, У1 - вид климатического исполнения.

3.2 Условия эксплуатации комплектных трансформаторных подстанций

Высота установки трансформатора над уровнем моря не более 1000 м.

Температура окружающего воздуха от -40 до +40 гр С.

Отсутствие тряски, вибрации, ударов.

Окружающая среда - невзрывоопасная, химически неактивная.

Гарантийный срок - три года со дня ввода КТП в эксплуатацию.

Защита КТП от многофазных коротких замыканий отходящих линий осуществляется выключателями со встроенными электромагнитными и тепловыми расцепителями.

Подключение комплектной трансформаторной подстанции при радиальной схеме питания. При радиальном питании КТП кабельными линиями от распределительного пункта 6 - 10 кВ по схеме блок - линия - трансформатор допускается глухое присоединение к трансформатору.

Подключение комплектной трансформаторной подстанции при магистральной схеме питания. Установка шкафа УВН с отключающей и заземляющей аппаратурой перед трансформатором КТП при магистральной схеме питания обязательна.

При мощности трансформаторов 1000 - 1600 кВА к одной магистрали следует присоединять две-три КТП, при меньшей мощностях - три-четыре.

Подключение комплектных трансформаторных подстанций мощностью 2500 кВА

КТП с трансформаторами мощностью 2500 кВА необходимо питать по радиальной схеме так как при магистральной схеме с двумя трансформаторами трудно выполнить селективную защиту на питающей линии.

Размещение внутрицеховых КТП. Внутрицеховые комплектные трансформаторные подстанции, как правило, размещают на первом этаже в основных и вспомогательных помещениях производств.

При техническом обслуживании комплектных трансформаторных подстанций (КТП) основным оборудованием, за которым нужно вести регулярное наблюдение и уход, являются силовые трансформаторы и коммутационная аппаратура распределительных щитов.

Завод изготовитель несет ответственность за работу КТП в течении 12 месяцев со дня ввода их в эксплуатацию, но не более 24 месяцев со дня отгрузки при условии соблюдения правил хранения, транспортировки и обслуживания.

Токи нагрузок при нормальной эксплуатации не должны превышать значений, указанных в заводских инструкциях. В подстанциях с двумя резервирующих друг друга трансформаторами, эксплуатационная нагрузка не должна превышать 80% номинальной. При аварийном режиме допускается перегрузка линий, отходящих от распределительных щитов, КТП, при защите их автоматами с комбинированными расцепителями.

Кроме показаний приборов, о нагрузке герметизированных трансформаторов типов ТНЗ и ТМЗ судят по давлению внутри бака, которое при нормальной нагрузке не должно превышать 50 кПа по показанию мановакумметра. При давлении 60 кПа срабатывает реле давления, выдавливая стеклянную диафрагму, давление при этом понижается до нуля. Резкое снижение внутреннего давления происходит и при потере герметичности трансформатора.

Если давление упало до нуля, проверяют целостность диафрагмы. Если она разбита, трансформатор отключают, и выясняют причину, приведшую к срабатыванию реле давления, и при отсутствии повреждения (т.е. реле сработало от перегрузки) устанавливают новую диафрагму и включают трансформатор под пониженную нагрузку. На герметизированных трансформаторах для контроля температуры в верхних слоях масла установлены термометрические сигнализаторы с действием на световой или звуковой сигнал при перегреве.

У трансформаторов, снабженных термосифонными фильтрами, во время эксплуатации контролируют нормальную циркуляцию масла через фильтр по нагреву верхней части кожуха. Если в пробе масла обнаруживают загрязненность, фильтр перезаряжают. Для этого фильтр разбирают, очищают внутреннюю поверхность от грязи, шлама и промывают чистым сухим маслом. При необходимости заменяют сорбент. Сорбент, полученный в герметической таре, можно применять без сушки.

Контроль за осушителем сводится к наблюдению за цветом индикаторного силикагеля. Если большая часть его окрашивается в розовый цвет, весь силикагель осушителя заменяют или восстанавливают нагревом его при 450 - 500 гр С в течение 2 ч, а индикаторный силикагель - нагревом при 120 гр С до тех пор, пока вся масса не окрасится в голубой цвет (приблизительно через 15 ч).

Удаление шлама и оксидной пленки с контактной системы переключателя ступеней, рекомендуется производить не реже 1 раза в год прокручиванием переключателя до 15 - 20 раз по часовой и против часовой стрелки.

Периодичность осмотров КТП устанавливается службой главного энергетика. Осмотр КТП производится при полном снятии напряжении на вводе и отходящих линиях.

Выбираем мощность трансформатора по следующей формуле:

S_т=Р_р/в*N=267,62/0,9*1=297,35кВА (3.1)

где Р_р - расчетная мощность цеха, равная 267,62 кВт;

в - коэффициент загрузки трансформатора, в=0,9;

N - число трансформаторов, N=1.

Выбираем трансформатор ТМ - 400/10 со следующими параметрами

S_н= 400кВА, U_вн=10кВ, U_нн=0,4кВ, ?Р_к=5,7кВт, U_к=4,5%.

Найдем максимальную реактивную мощность, которую можно пропустить через трансформатор:

Q_Т=. (3.2)

Q_Т=квар.

Определяем мощность компенсирующих устройств:

Q_кн=Q_р-Q_т=156,53-395,67=-239,14кВАр. (3.3)

где Q_р - расчетная реактивная нагрузка цеха, Q_р=156,53:

Так как Q_кн<0, то компенсация не требуется.

3.3 Выбор высоковольтного кабеля

Цель расчета: выбор питающего кабеля подключенного к трансформатору со стороны высокого напряжения.

I_р=S_н/(*U_вн)=400/(*10)=30,77А. (3.4)

Выбираем кабель с учетом экономической плотности тока

F_эк=I_р/j_эк=30.77/1,4=21,97мм². (3.5)

где j_эк - экономическая плотность тока [3], j_эк=1,4А/мм².

Выбираем кабель ААШву 3х25 мм².

Расшифровка кабеля ААШву:

А - Алюминиевая токопроводящая жила

А - Алюминиевая оболочка

Шв - Защитный покров в виде шланга из поливинилхлоридного пластиката

У - Была временно введена изменением № 3 в ГОСТ 18410-73 для выделения группы кабелей с повышенной температурой нагрева токопроводящей жилы по сравнению с ранее выпускаемыми кабелями.

В настоящее время кабель марки ААШвУ соответствует кабелю марки ААШв. (В 1996 году буква "У" из всех марок была исключена как лишняя и не несущая смысловой нагрузки, при этом конструкции, технические и эксплуатационные параметры не затрагивались)

Элементы конструкции кабеля ААШвУ:

1. Алюминиевая токопроводящая жила:

- однопроволочная (класс 1) сечением 25-240 кв. мм.,

- многопроволочная (класс 1 и 2) сечением 50-800 кв. мм.;

2. Фазная бумажная изоляция, пропитанная вязким или нестекающим изоляционным пропиточным составом

маркировка жил:

- цифровая: 1, 2, 3, 4,

- цветовая: белая или жёлтая, синяя или зеленая, красная или малиновая, коричневая или чёрная;

3. Заполнение из бумажных жгутов;

4. Поясная бумажная изоляция, пропитанная вязким или нестекающим изоляционным пропиточным составом;

5. Экран из электропроводящей бумаги для кабелей на напряжение от 6 кВ и более;

6. Алюминиевая оболочка;

7. Подслой из битума и пленки ПЭТ;

8. Наружный покров из ПВХ пластиката.

Область применения кабеля ААШвУ. Кабели предназначены для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках в электрических сетях на напряжение до 35 кВ частотой 50 Гц. Кабели предназначены для эксплуатации в макроклиматических районах с умеренным и холодным климатом. Кабели предназначены для эксплуатации в земле (траншеях) с низкой и средней коррозионной активностью с наличием или отсутствием блуждающих токов, с высокой коррозионной активностью с отсутствием блуждающих токов, если в процессе эксплуатации кабели не подвергаются растягивающим усилиям. Кабели предназначены для эксплуатации на открытом воздухе, в сухих помещениях, в сырых, частично затапливаемых помещениях со слабой, средней и высокой коррозионной активностью, а также каналах, кабельных полуэтажах, шахтах, коллекторах, производственных помещениях, на технологических эстакадах, на специальных кабельных эстакадах и по мостам, при отсутствии опасности механических повреждений в ходе эксплуатации. Кабели применяются для прокладки в пожароопасных помещениях и взрывоопасных зонах класса В-Iб, В-Iг, В-II, В-IIа. Кабели не распространяют горение при одиночной прокладке (нормы МЭК 60332-1). Кабели с нестекающим изоляционным пропиточным составом (ЦААШв) предназначены для прокладки на вертикальных и наклонных участках трасс без ограничения разности уровней. Кабели могут использоваться в местах подверженных вибрации.

Срок службы кабеля ААШвУ - не менее 30 лет.

3.4 Выбор вводного выключателя

Цель расчета: выбор вводного выключателя и трансформатора тока КТП.

Выбираем АВ КТП по номинальному току:

I_р=S_н/(*U_нн)=400/(*0,4)=578,03А. (3.6)

Выбираем АВ типа ВА52-39 с номинальным током 630 А.

Вводной ТТ выбираем с номинальным током 630 А по номинальному КТП.



4. Расчет токов КЗ

Короткое замыкание (КЗ) -- электрическое соединение двух точек электрической цепи с различными значениями потенциала, не предусмотренное конструкцией устройства и нарушающее его нормальную работу. Короткое замыкание может возникать в результате нарушения изоляции токоведущих элементов или механического соприкосновения неизолированных элементов.

В трёхфазных электрических сетях различают следующие виды коротких замыканий

· однофазное (замыкание фазы на землю или нейтральный провод);

· двухфазное (замыкание двух фаз между собой);

· двухфазное на землю (две фазы между собой и одновременно на землю);

· трёхфазное (три фазы между собой)

При коротком замыкании резко и многократно возрастает сила тока, протекающего в цепи, что, согласно закону Джоуля -- Ленца приводит к значительному тепловыделению, и, как следствие, возможно расплавление электрических проводов, с последующим возникновением возгорания и распространением пожара.

Короткое замыкание в одном из элементов энергетической системы способно нарушить её функционирование в целом -- у других потребителей может снизиться питающее напряжение, что может привести к повреждению устройства; в трёхфазных сетях при коротких замыканиях возникает асимметрия напряжений, нарушающая нормальное электроснабжение. В больших энергосетях короткое замыкание может вызывать тяжёлые системные аварии.

В случае повреждения проводов воздушных линий электропередачи и замыкании их на землю в окружающем пространстве может возникнуть сильное электромагнитное поле, способное в близко расположенном оборудовании навести ЭДС, опасную для аппаратуры и работающих с ней людей.

Расчет токов КЗ производим в соответствии с ГОСТ 28249-93. В электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ расчет токов КЗ выполняют с целью проверки коммутационной аппаратуры и проводников на стойкость к токам КЗ, проверки чувствительности и селективности действия защит.

При расчете токов КЗ учитывают все активные и индуктивные сопротивления короткозамкнутой цепи, включая активные сопротивления различных контактов и контактных соединений, а также сопротивлений электрической дуги в месте КЗ. Расчет выполним для трех точек КЗ, согласно ниже приведенной схемы - рисунок 1.

Токи в первой точке КЗ используются для проверки оборудования КТП на стойкость к токам КЗ, токи второй точки КЗ - для проверки выключателя и трансформатора тока отходящей линии от КТП к ШР, токи третьей точки КЗ - для проверки предохранителя отходящей от ШР линии:



Рисунок 5. Схема замещения.

Для расчета токов КЗ составим схемы замещения отдельно для индуктивных, отдельно для индуктивных сопротивлений, для каждой из точек КЗ.

Точка К1

Рисунок 6. Схема замещения для индуктивных сопротивлений.



Рисунок 7. Схема замещения для активных сопротивлений.

Точка К2

Рисунок 8. Схема замещения для индуктивных сопротивлений.

Рисунок 9. Схема замещения для активных сопротивлений.

Точка К3

Рисунок 10. Схема замещения для индуктивных сопротивлений.



Рисунок 11. Схема замещения для активных сопротивлений.

(4.1)

где - среднее номинальное напряжение сети, подключенной к обмотке низшего напряжения, В;

- среднее номинальное напряжение сети, подключенной к обмотке высшего напряжения, В;

- номинальный ток отключения выключателя на стороне ВН, кА.

(4.2)

(4.3)

где - номинальная мощность трансформатора, кВА;

- потери короткого замыкания в трансформаторе, кВт;

- номинальное напряжение обмотки низшего напряжения, кВ;

- напряжения короткого замыкания трансформатора, %.

Сопротивления автоматических выключателей и трансформаторов тока выберем по справочным данным, исходя из их номинальных токов.

Номинальный ток выключателя QF1 равен 630 А, для этого выключателя по табл. , ; номинальный ток выключателя QF2 равен 160 А, для этого выключателя - , .

Трансформатор тока с номинальным током током 600 А имеет сопротивления , - табл; трансформатор тока отходящей линии с номинальным током 150 А имеет сопротивления ; . В эти значения включены сопротивления контактных соединений.

Сопротивление кабельной линии, идущей от КТП к ШР, сечением 4х185 мм² (удельные сопротивления , , длину линии принимаем равной 30 м).

(4.4)

(4.5)

где - удельное активное сопротивление, мОм/м;

- удельное индуктивное сопротивление, мОм/м;

l - длина линии, м.

Сопротивление дуги будем учитывать приблизительно в виде активного сопротивления и соответственно его значение будет (для трёх точек КЗ)

- 10 мОм;

- 15 мОм;

- 20 мОм.

Начальное действующее значение периодической составляющей тока трёхфазного КЗ определяем по следующей формуле

, кА,

где , - суммарное активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности цепи КЗ, мОм.

Точка К1

(4.6)

(4.7)

(4.8)

Ударный ток КЗ определяем как

, (4.9)

где -ударный коэффициент, определяемый по кривой в зависимости от отношения 15,6/16,03=0,97 и равный 1,05.

Точка К2

(4.10)

(4.11)

(4.12)

Ударный ток КЗ определяем как

,

где -ударный коэффициент, определяемый по кривой в зависимости от отношения 22,65/17,93=1,26 и равный 1,02.

Точка К3

(4.13)

(4.14)

(4.15)

Ударный ток КЗ определяем как

,

где -ударный коэффициент, определяемый по кривой в зависимости от отношения 33,05/25,43=1,3 и равный 1,01.



Заключение

В данной работе были рассмотрены основные этапы проектирования кузнечного цеха. В ходе расчетов был приобретены навыки проектирования и расчетов при помощи, которых был произведен выбор шинопроводов, аппаратов защиты, питающих кабелей и источника переменного тока в виде понижающего трансформатора.



Список принятых сокращений

ЭП - электроприемник;

ШРА-распределительный шинопровод;

ШМА-магистральный шинопровод;

КТП-комплектная трансформаторная подстанция;

КЗ - короткое замыкание;

ПС - подстанция.



Список литературы

1. Методические указания по выполнению расчетно-графической работы.

2. Электроснабжение промышленных предприятий, Кудрин Б.И. Москва, 2006г., 672 с.

3. Правила устройства электроустановок, 7-е издание.

4. http://electricalschool.info/main/elsnabg/302-magistralnye-i-raspredelitelnye.html - шинопровод

5. http://atlastpk.ru/articles/provod-apv - провод АПВ

6. http://electricalschool.info/2009/04/01/plavkie-predokhraniteli-pr-2-i-pn-2.html - предохранитель ПР-2

7. http://forca.ru/spravka/spravka/predohraniteli.html - предохранители

8. http://briefreview.ru/item/kabel-vvg-i-vvgng.html - кабель ВВГ

9. Н.В. Хорошилов, А.В. Пилюгин, В.И. Бирюлин, О.М. Ларин, Л.В. Хорошилова. Электропитающие системы и электрические сети. Старый Оскол:ТНТ ,2012.-352с.

10. Д.Л. Файбисович, справочник по проектированию электрических сетей. Издание 2-е. Москва, «Издательство НЦ ЭНАС» 2006г.



Приложение 1

Шинопроводы распределительные типа ШРА73 предназначены для выполнения электрических сетей переменного тока частотой 50 и 60 Гц, напряжением до 660 В.

Степень защиты - IP 32 по ГОСТ 14254-96.

Климатическое исполнение - УЗ по ГОСТ 15150-69.

Рис.12 общий вид распределительного штепсельного шинопровода серии ШРА - 73

Таблица 3. Технические данные шинопровода ШРА - 73

Показатели	Для шинопровода на номинальный ток, А
	250	400	630
Электродинамическая стойкость (амплитудное значение), кА	15	25	35
Размеры шин, мм	35x5	50x5	80x5
Сопротивление на фазу. Ом/км
активное	0,21	0,15	0,10
индуктивное	0,21	0,17	0,13
Сопротивление петли фаз-нуль (полное), Ом/км	0,55	0,49	0,29
Линейная потеря напряжения на длине 100 м при равномерно распределенной нагрузке и cos ц = 0,8	8,50	7,50	8,50



Приложение 2

Провод АПВ.

А - алюминиевая токопроводящая жила;

П - провод;

В - изоляция из поливинилхлоридного пластиката

Поскольку провода предназначены в основном для промышленного применения и рассчитаны на длительный срок службы, ГОСТ устанавливает жесткие требования к готовой продукции по конструкционным, электрическим и механическим параметрам. Значения отдельных параметров регламентируются также на период эксплуатации и хранения.

Диапазон выпускаемых сечений - от 2 до 150 мм².

Рис.13 провод АПВ: 1 - токопроводящая жила; 2 - ПВХ изоляция

Изоляция должна плотно прилегать к жиле и удаляться без повреждений жилы.

Таблица 4. Минимальные значения радиальной толщины изоляции и максимальный наружный диаметр для проводов АПВ сечением до 50 мм²

Номинальное сечение, мм2	Номинальная толщина изоляции, мм	Минимальная толщина изоляции, мм	Максимальный наружный диаметр, мм
2,5	0,8	0,62	3,9
4	0,8	0,62	4,4
6	0,8	0,62	4,9
10	1,0	0,8	6,4
16	1,0	0,8	8,0
25	1,2	0,98	9,8
35	1,2	0,98	11,0
50	1,4	1,16	13,0

Допускается повторение конфигурации токопроводящей жилы на поверхности изоляции в пределах допустимых отклонений.

Таблица 5. Технические характеристики провода АПВ

Предельно допустимая влажность воздуха в период эксплуатации	100%
Гарантийный период эксплуатации	24 месяца
Величина напряжения в период испытаний при частоте тока 50 Гц после 24-х часового пребывания в воде	2500 В
Минимально допустимая температура при осуществлении монтажных работ	-15о С
Величина номинального напряжения U0/U	450/750 В
Радиус изгиба кабеля	не более 10 наружных диаметров
Предельно допустимая температура воздуха при эксплуатации	+70о С
Минимально допустимая температура воздуха при эксплуатации	-50о С
Величина сопротивления изоляции	не менее 1,0 Мом/км
Срок службы	не менее 15 лет



Приложение 3

Предохранитель ПР - 2.

П - предохранитель

Р - разборный

Рис. 14 предохранитель типа ПР - 2: 1 - плавкая вставка, 2 - контактные ножи, 3- фибровый цилиндр, 4 - латунная обойма, 5 - латунный колпачок, 6 - диски.

Таблица 6. Технические характеристики предохранителя ПР - 2

Тип	Номинальный ток плавкой вставки, А	Предельный ток отключения, кА	Габариты, мм
		380 В	500 В
ПР-2-15	6; 10; 15	8	7	171 х 24,5 х 33
ПР-2-60	15; 20; 25; 35; 45; 60	4,5	3,5	173 х 30,5 х 43
ПР-2-100	60; 80; 100	-	-	247 х 43 х 56
ПР-2-200	100; 125; 160; 200	11	10	296 х 56 х 76,5
ПР-2-350	200; 225; 260; 300; 350	13	11	346 х 72 х 100
ПР-2-600	350; 430; 500; 600	23	20	442 х 142 х 154
ПР-2-1000	600; 700; 850; 1000	20	20	580 х 155 х 154



Приложение 4

Выключатель ВА52-39.

Выключатели автоматические типа ВА52-39 предназначены для эксплуатации в электрических установках с номинальным напряжением до 660В переменного тока частоты 50 Гц и до 220 В постоянного тока, проведения тока в нормальном режиме, отключения при коротких замыканиях, перегрузках и недопустимых снижениях напряжения, а также для нечастых (до 6 в сутки) оперативных включений и отключений электрических цепей. Допускается использовать выключатели для прямых пусков и защиты асинхронных электродвигателей.

ВА 5Х - серия выключателя: ВА52 - выключатели с повышенной коммутационной способностью;

ХХ - номинальный ток: 39 - 630А

Рис. 15 выключатель ВА52-39

Таблица 7. Технические характеристики выключателя ВА51-37

Номинальное напряжение электрической цепи:	до 660 В переменного тока частотой 50-60 Гц;
	до 440 В постоянного тока.
Ток	160, 250, 320, 400, 500, 630 А
Степень защиты:	выключателя - IP20;
	зажимов - IP 00.
Число полюсов	3
Дополнительные сборочные единицы:	свободный контакт;
	независимый расцепитель;
	вспомогателный контакт сигнализации
Присоединение	переднее, заднее.
Габаритные размеры:	150 х 112 х 225 мм.
Масса	7 кг.



Приложение 5

Трансформатор ТМ - 400/10. Трансформаторы трехфазные с естественным масляным охлаждением предназначены для преобразования электрической энергии в сетях энергосистем, а так же для питания различных потребителей в сетях переменного тока частотой 50 Гц.

Рис.16. Трансформатор ТМ

Таблица 8. Технические характеристики трансформатора ТМ - 400/10

Серия трансформатора	ТМ
Регион производства	Россия
Вид системы охлаждения	Масляный
Номинальное напряжение (ВН, первичное), кВ	10
Номинальное напряжение (НН, вторичное), кВ	0,4; 0,69
Номинальная мощность, кВА	400
Назначение трансформатора	Электрические сети общего назначения

Размещено на Allbest.ru

...