Электрификация и автоматизация цеха кальцинации

3. Находят плановую потерю напряжения в рассчитываемой линии U%.

4. Рассчитывают активную составляющую потери напряжения

Ua% = Uc% - а2 ХсрМr

5. Определяют коэффициент а1.

6. Определяют расчетное сечение проводника Smin = а1 Ma/Uа.

7. Принимают проводник, у которого сечение Sк Smin.

8. Проверяют принятое сечение проводника на потерю напряжения

Ua а1 Ma/Sк = Uаф или Uаф Uс.

Решение приводится в таблице 2.8

Таблица 2.7 - Определение располагаемой потери напряжения в сети низкого напряжения

Расчетные величины и формулы	Номер КТП
	ТП1 - 2 Секции	ТП1 - 3 Секции
	1	2	1	2
Расчетный ток нагрузки	36,7	37	33,7	39,3
Номинальный ток трансформатора	57,7	57,7	57,7	57,7
Коэффициент загрузки трансформатора	0,63	0,63	0,63	0,63
Параметры трансформатора	Ркз, кВт	12,2	12,2	12,2	12,2
	Sн.т, кВА	1000	1000	1000	1000
	Uкз%, %	5,5	5,5	5,5	5,5
Потеря напряжения в трансформаторе	Uа% = 100Ркз/Sнт, %	1,22	1,22	1,22	1,22
		5,3	5,3	5,3	5,3
		5,15	5,15	5,15	5,15
Располагаемая потеря напряжения в сети	Uс% = 10% - Uт%	4,85	4,85	4,85	4,85
	Uс% = 7,5% - Uт%	3,2	3,2	3,2	3,2

Таблица 2.8 - Проверка сечений выбираемых проводников по условиям потери напряжения

Исходные данные	Расчетные величины и формулы	Принят кабель
Номер участка сети	Наименование ЭП или групп ЭП	Напряжение Uн, кВ	Длина участка сети L, км	cos	Среднее индуктивное со-противление участка Хср	Расчетные коэффициен-ты	Расчетная мощность ЭП или групп ЭП	Расчетный ток Iр, А	Моменты нагрузок	Потери напряжения в участке сети	Расчетное сечение	Проверка сечения
													Мар-ка	Количество и сечение жил
						а1	а2	Рр, кВт	Qр, квар	Sр, кВА		Активные Ма=PL квар км	Реактивные Мр = = QL квар км	План Uс,%	Величина а2 ср Мр, %	Активное Uа,%	Smin мм	Sк мм	Uоф,%	Uсф Uc,%
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23
ТП 1 - 2 секция № 1
Н11-1	Главный привод 4АНК355S8УЗ	0,38	0,114	0,95	0,06	21,9	0,69	160	51,2	168	243	2,4	0,71	0,3	0,029	0,271	194	370	0,251	0,28<0,3	АВВГ	3(370+135)
Н13-1	Вспомогательный привод 4А160М6УЗ	0,38	0,012	0,6	0,06	21,9	0,69	15	19,5	24	35,6	0,18	0,234	0,3	0,009	0,295	13,5	16	0,242	0,251<0,3	АВВГ	316+110
Н23-1 Н25-1	Маслонасос 4А80В4УЗ	0,38	0,013	0,8	0,06	21,9	0,69	1,5	1,125	1,88	2,7	0,015	0,014	0,3	0,0005	0,299	1,09	2,5	0,131	0,1315<0,3	АВВГ	32,5
НЩУП1-1	Щит ЩУП1	0,38	0,035	0,8	0,06	21,9	0,69	160	120	200	289,8	5,6	4,2	0,45	0,17	0,28	431,6	3150	0,26	0,43<0,45	АВВГ	3(3150+170)
Н49-1	Конвейер ЧА280S6УЗ	0,38	0,045	0,7	0,06	21,9	0,69	75	76,5	107	155,2	3,3	3,4	0,3	0,14	0,165	441,03	3150	0,16	0,3=0,3	АВВГ	3(3150+170)
Н31-1-1	Шнековый питатель ЧА132М4УЗ	0,38	0,035	0,75	0,06	21,9	0,69	11	8,8	14	20,1	0,385	0,3	0,3	0,012	0,28	29,3	35	0,24	0,25<0,3	АВВГ	335+116
Н1ЩС46-1	Щит 1ЩСУ6	0,38	0,100	0,72	0,06	21,9	0,69	75	67,5	100	146	7,5	6,75	0,6	0,27	0,33	432	3150	0,3	0,57<0,6	АВВГ	3(3150+170)
Н41-8-1	Механизм встряхивания ЧА100L6УЗ	0,38	0,029	0,75	0,06	21,9	0,69	2,2	1,76	2,8	4,08	0,019	0,015	0,3	0,0006	0,2994	1,38	2,5	0,16	0,16<0,3	АВВГ	32,5
Н41-1-1	Механизм встряхивания ЧА100L6УЗ	0,38	0,044	0,75	0,06	21,9	0,69	2,2	1,76	2,8	4,08	0,06	0,05	0,3	0,002	0,297	1,38	2,5	0,28	0,3=0,3	АВВГ	32,5
Н1-1-1	Агрегат питания АТФ600	0,38	0,007	0,75	0,06	21,9	0,69	30	24	38,4	55,6	0,21	0,168	0,3	0,006	0,294	15,6	16	0,287	0,29<0,3	АВВГ	316+110
Н2-2-1	Агрегат питания АТФ600	0,38	0,014	0,75	0,06	21,9	0,69	30	24	38,4	55,6	0,42	0,33	0,3	0,013	0,28	15,6	16	0,26	0,27<0,3	АВВГ	316+110
Н1ЩСУГО-1	Щит 1ЩСУГО	0,38	0,160	0,75	0,06	21,9	0,69	80	64	102	148,4	12,8	10,2	0,92	0,42	0,48	584	4150	0,467	0,88<0,92	АВВГ	4(3150+170)
НОЗ4-1	Освещение загру-зочной части цеха	0,38	0,200	0,8	0,06	21,9	0,69	54,5	50	74	85	5,4	5	0,2	0,18	0,02	340	3120	0,019	0,199<0,2	АВВГ	3(3120+150)
Н1ЩСУ8-1	Щит 1ЩСУ8	0,38	0,110	0,85	0,06	21,9	0,69	150	90	174	236	16,5	9,9	1	0,4	0,6	593	4150	0,58	0,98<1	АВВГ	4(3150+170)
ТП - 1 - 2 секция № 2
Н12-1	Главный привод ЧАНК355S8УЗ	0,38	0,014	0,95	0,06	21,9	0,69	160	51,2	168	243	2,4	0,71	0,3	0,029	0,271	194	370	0,251	0,28<0,3	АВВГ	3(370+135)
Н14-1	Вспомогательный привод ЧА160М6УЗ	0,38	0,012	0,6	0,06	21,9	0,69	15	19,5	24	35,6	0,18	0,234	0,3	0,009	0,295	13,5	16	0,242	0,251<0,3	АВВГ	316+110
Н24-1	Маслонасос ЧА80В4УЗ	0,38	0,013	0,8	0,06	21,9	0,69	1,5	1,125	1,88	2,7	0,015	0,014	0,3	0,0005	0,299	1,09	2,5	0,131	0,1315<0,3	АВВГ	32,5
Н26-1	Маслонасос ЧА80В4УЗ	0,38	0,013	0,8	0,06	21,9	0,69	1,5	1,125	1,88	2,7	0,019	0,015	0,3	0,0006	0,299	1,37	2,5	0,131	0,1316<0,3	АВВГ	32,5
НЩУП2-1	Щит ЩУП2	0,38	0,070	0,8	0,06	21,9	0,69	160	120	200	289,1	11,2	8,4	0,45	0,34	0,102	445	3150	0,26	0,43<0,45	АВВГ	3(3150+170)
Н32-2-1	Шнековый питатель ЧА132М4УЗ	0,38	0,044	0,75	0,06	21,9	0,69	11	8,8	14	20,1	0,385	0,3	0,3	0,012	0,28	29,3	35	0,24	0,25<0,3	АВВГ	335+116
Н2ЩСУ61	Щит 2ЩСУ6	0,38	0,110	0,72	0,06	21,9	0,69	75	67,5	100	146	7,5	6,75	0,6	0,27	0,33	432	3150	0,3	0,57<0,6	АВВГ	3(3150+170)
Н42-8-1	Механизм встряхивания ЧА100L6УЗ	0,38	0,044	0,75	0,06	21,9	0,69	2,2	1,76	2,8	4,08	0,019	0,015	0,3	0,0006	0,2994	1,38	2,5	0,16	0,16<0,3	АВВГ	32,5
Н3-1-1	Агрегат питания АТФ600	0,38	0,014	0,75	0,06	21,9	0,69	30	24	38,4	55,6	0,21	0,168	0,3	0,006	0,294	15,6	16	0,287	0,29<0,3	АВВГ	316+110
Н2ЩСУ10-1	Щит 2ЩСУГО	0,38	0,160	0,75	0,06	21,9	0,69	80	64	102	148,4	12,8	10,2	0,92	0,42	0,48	584	4150	0,467	0,88<0,92	АВВГ	4(3150+170)
Н1-2РП-1	Пункт 1-2РП	0,38	0,005	0,75	0,06	21,9	0,69	860	688	1101	1596	4,3	3,4	0,17	0,14	0,06	1596,5	1600	0,05	0,11<0,2	ШМА	4 - 3200

2.7 Расчет токов короткого замыкания в сетях низкого напряжения

2.7.1 Общие положения

По расчетным величинам токов КЗ в сетях переменного тока напряжением до 1000В выбирается электрооборудование по отключающей способности, условием термической и динамической устойчивости, определяются уставки срабатывания защит и защитных аппаратов, установленных в сети.

При расчетах токов КЗ в сети напряжением до 1000 В необходимо учитывать:

Индуктивные сопротивления всех элементов короткозамкнутой цепи, включая силовые трансформаторы, проводники, трансформаторы тока, реакторы, токовые катушки автоматических выключателей.

Активные сопротивления короткозамкнутой цепи.

Активные сопротивления контактов и контактных соединений, токоограничивающее влияние электрической дуги.

При расчетах токов КЗ рекомендуется учитывать изменения активных сопротивлений проводников короткозамкнутой цепи вследствие их нагрева при КЗ.

При расчетах токов КЗ допускается не учитывать:

Влияние асинхронных электродвигателей на ток КЗ, если их суммарный номинальный ток не превышает 10% значения периодической составляющей тока КЗ в месте КЗ рассчитанного без влияния электродвигателей.

Ток намагничивания трансформаторов.

Сопротивление внешней энергосистемы при расчете токов металлического КЗ в силовых сборках, а так же за отходящими от сборок и шин кабелями.

Сопротивление внешней энергосистемы при расчете всех видов дугового КЗ; влияние асинхронных электродвигателей при расчетах всех видов дуговых КЗ.

Основой для выполнения расчетов является принципиальная схема электрической сети, по которой составляется эквивалентная схема замещения. Активные и индуктивные сопротивления всех элементов схемы замещения выражаются в милиомах (мОм).

2.7.2 Пример расчета токов КЗ в сети низкого напряжения

Расчетная проверка для схемы.

Исходные данные.

Система Sкз min = 74,4 мВА,

Sкз max = 95,2 мВА, UсрВН = 10кВ

Трансформатор Т: ТМЗ 1000/10-0,4,

Схема соединения обмоток Y/Y0

Uкз = 5,5%; Pкз = 12,2%; Sт = 1000 кВА;

Xот = 60,6 мОм. Rот = 19,1мОм

Шинопровод Ш1: ШМА-4-3200; l = 5м;

R1Ш1 = 0,010 мОм/м; X1Ш1 = 0,005 мОм/м;

RОШ1 = 0,064 мОм/м; XОШ1 = 0,035 мОм/м.

Кабельные линии:

КЛ1 АВВГ 3(3150 + 170), l = 70м

R1 = 0,256 мОм/м, X1 = 0,063 мОм/м;

R0 = 0,276 мОм/м, X0 = 0,43 мОм/м.

КЛ2 АВВГ 3(370 + 135), l = 14м

R1 = 0,549 мОм/м, X1 = 0,065 мОм/м;

R0 = 2,039 мОм/м, X0 = 0,741 мОм/м.

КЛ3 АВВГ (316 + 110), l = 12м

R1 = 2,4 мОм/м, X1 = 0,084 мОм/м;

R0 = 4,09 мОм/м, X0 = 4,09 мОм/м.

2.7.3 Расчет токов трехфазного КЗ

Определим ток трехфазного металлического КЗ в точке К1

где: Uср нм - среднее номинальное напряжение в сети, в которой произошло короткое замыкание, В.

- полное сопротивление цепи при трехфазном коротком замыкании, Ом

R1,Х1 - реактивное и реактивное сопротивление цепи, мОм.

,

где Кс - снижающий коэффициент, определяемый по Кс = f(Zкз).

При определении тока дугового замыкания в начальный момент замыкания tкз < 0,05с, при установившемся - tкз > 0,05с; значение ударного тока в точке К1

,

где Куд - ударный коэффициент, определяем по кривой Куд = f(X/n).

При двухфазном металлическом замыкании

, мОм

При начально действующем значении периодической составляющей тока однофазного металлического короткого замыкания полное.

КЛ4 АВВГ (32,5), l = 13м

R1 = 9,61 мОм/м, X1 = 0,092 мОм/м;

R0 = 11,7 мОм/м, X0 = 2,31 мОм/м.

КЛ5 АВВГ (32,5), l = 13,5м

R1 = 9,61 мОм/м, X1 = 0,092 мОм/м;

R0 = 11,7 мОм/м, X0 = 2,31 мОм/м.

Автоматические выключатели:

QF1 ВА55-43: Iном = 2500А, Rкв = 0,13 мОм, Xкв = 0,07 мОм;

QF2 ВА51-37: Iном = 400А, Rкв = 0,65 мОм, Xкв = 0,17 мОм;

QF3 АЕ7368: Iном = 250А, Rкв = 1,1 мОм, Xкв = 0,5 мОм;

QF4 АЕ2056 М100УЗ-Б: Iном = 40А, Rкв = 7 мОм, Xкв = 4,5 мОм;

QF5 АЕ2026 10НУ3-Б: Iном = 4А, Rкв = 2 мОм, Xкв = 0,5 мОм;

QF6 АЕ2026 10НУ3-Б: Iном = 4А, Rкв = 2 мОм, Xкв = 0,5 мОм.

Асинхронные электродвигатели:

Д1 УАНК355S843: Pн = 160кВт, In/Iн = 5,5, Uн = 380В, Iн = 245А, Mmax/Мном=1,9, cos=0,95, nc=740об/мин, ном=740%, Мпуск/Мном=1,2, Мmin/Мном=1.

Д2 УА 160 М6УЗ: Pн=15кВт, In/Iн=6, Uн=380В,Iн=36,08А, Mmax/Мном=2, cos=0,6, nc=975об/мин, ном=87,5%, Мпуск/Мном=1,2; Мmin/Мном=1.

Д2, Д4 УА 280 S6УЗ: Pн=1,5кВт, In/Iн=5, Uн=380В,Iн=2,70А, Mmax/Мном=2, cos=0,8, nc=1500об/мин, ном=93%, Мпуск/Мном=1,2, Мmin/Мном=1.

Расчет параметров схемы замещения, элементов схемы.

Сопротивление внешней системы электроснабжения X0 включает в себя сопротивление всех элементов энергосистемы на стороне высокого напряжения от источника питания до силового трансформатора. Сопротивление X0, приведенное к стороне низкого напряжения силового трансформатора определяется по формуле:



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

Sкз - мощность короткого замыкания у вывода обмотки высшего напряжения трансформатора, МВА.

Активное (Rт) и индуктивное (Хт) сопротивление трансформаторов (в милиомах), приведенные к ступени низшего напряжения трансформаторов, определяется по формулам:

мОм;

где Uкз - напряжение короткого замыкания трансформатора, %;

Ркз - потери короткого замыкания в трансформаторе, кВт;

Uнн.н - номинальное напряжение обмотки низшего напряжения трансформатора, кВ;

Sтн - номинальная мощность трансформатора, кВ*А.

Активное и индуктивное сопротивление шинопровода:

Ш1 R1Ш1 = 0,010·5 = 0,05Ом;

R0Ш1 = 0,064·5 = 0,32мОм;

X1Ш1 = 0,005·5 = 0,025мОм;

X0Ш1 = 0,035·5 = 0,175мОм.

Активное и индуктивное сопротивление кабельных линий:

КЛ1 R1К1 = 0,256·70/3 = 5,9мОм;

X1К1 = 0,063·70/3 = 1,4мОм;

R0К1 = 0,276·70/3 = 6,4мОм;

X0К1 = 0,43·70/3 = 10мОм;

КЛ2 R1К2 = 0,549·14/3 = 2,5мОм;

X1К2 = 0,065·14/3 = 0,3мОм;

R0К2 = 2,039·14/3 = 9,5мОм:

X0К2 = 0,741·14/3 = 3,4мОм;

КЛ3 R1К3 = 2,4·12 = 28,8мОм;

X1К3 = 0,084·12 = 1,008мОм;

R0К3 = 4,09·12 = 49,08мОм;

X0К3 = 4,09·12 = 49,08мОм;

КЛ4 R1К4 = 9,61·13,5 = 129,7мОм;

X1К4 = 0,092·13,5 = 12,4мОм;

R0К4 = 11,7·13,5 = 157,95мОм;

X0К4 = 2,31·13,5= 31,185мОм.

Сопротивление цепи при однофазном коротком замыкании:

где R0, X0 - соответственно суммарное активное и индуктивное сопротивление , мОм.

Определим ток трехфазного металлического КЗ в точке К1:

Ri = 1,9 + 0,05 + 0,13 = 2,08мОм;

Xi = 1,68 + 8,5 + 0,025 + 0,07 = 10,2мОм;

при tКЗ 0,05КС = 0,64;

при tКЗ 0,05КС = 0,55.



Определим значение КУД по КУД=f(X/R), для Х1/R1=4,9;

КУД= 1,58.

Определим значение ударного тока в точке К1:

Определим действующее значение периодической составляющей тока двухфазного КЗ в точке К1:

Значение тока КЗ:

, при tКЗ 0,05, кС = 0,68,

при tКЗ 0,05, кС = 0,55.

Определение действующего значения периодической составляющей тока однофазного КЗ в точке К1:

R0 = 19,1 + 0,32 + 0,13 = 19,55мОм;

X0 = 60,6 + 0,175 + 0,07 = 60,84мОм;

при tКЗ 0,05, кС = 0,87,

при tКЗ 0,05, кС = 0,78.

Определим действующее значение периодической составляющей тока трехфазного металлического КЗ в точке К2:

Ri = 1.9 + 0,05 + 0,13 + 5,9 + 0,65 = 8,63мОм;

Xi = 1,68 + 8,5 + 0,025 + 0,07 + 1,4 + 0,17 = 11,84мОм;

при tКЗ 0,05, кС = 0,65, при tКЗ 0,05, кС = 0,55.

Определим действующее значение периодической составляющей тока двухфазного металлического КЗ в точке К2:

при tКЗ 0,05, кС = 0,67,

при tКЗ 0,05, кС = 0,57.

Определим действующее значение периодической составляющей тока однофазного КЗ в точке К2:

R0 = 19,1 + 0,32 + 0,13 + 6,4 + 0,65 = 26,6мОм;

X0 = 60,6 + 0,175 + 0,07 + 10 + 0,17 = 71,015мОм;



при tКЗ 0,05, кС = 0,68, при tКЗ 0,05, кС = 0,58.

Определяем действующее значение периодической составляющей тока трехфазного КЗ в точке КЗ.

Ri = 1,9 + 0,05 + 0,13 + 5,9 + 0,65 + 2,5 + 1,1 = 12,23 мОм

Хi = 1,68 + 8,5 + 0,025 + 0,07 + 1,4 + 0,17 + 0,3 + 0,5=12,6 мОм

мОм

при tКЗ 0,05, кС = 0,68,

при tКЗ 0,05, кС = 0,58.

Определяем действующее значение периодической составляющей тока двухфазного КЗ в т. КЗ.

мОм

при tКЗ 0,05, кС = 0,7,

при tКЗ 0,05, кС = 0,61.

Определяем действующее значение периодической составляющей тока однофазного КЗ в точке КЗ.

R0 = 19,1 + 0,32 + 0,13 + 6,4 + 0,65 + 9,5 + 1,1 = 37,2 мОм

Х0 = 60,6+ 0,175 + 0,07 + 10 + 0,17 + 3,4 + 0,5 = 74,9 мОм

мОм

при tКЗ 0,05, кС = 0,78,

при tКЗ 0,05, кС = 0,7.

2.8 Проверка электрических сетей по условиям пуска и самозапуска электродвигателей

2.8.1 Условия успешности пуска и самозапуска двигателей

При включении двигателя по линии проходит его пусковой ток, который накладывается на существующий ток нагрузки линии и вызывает в ней дополнительную потерю напряжения. Вследствие этого во всех точках сети напряжения мгновенно понижается. Чем дальше от источника питания находится запускаемый электродвигатель, тем больше будет изменение напряжения. Такие быстро протекающие изменения напряжения носят название колебаний напряжений. Под этим понятием подразумевается разность между начальным значением напряжения в какой либо точке сети и значением, напряжения в той же точке при внезапном изменении работы сети.

Колебания напряжения в сети при пуске двигателя определяются его пусковым током.

При нормальных условиях через короткий промежуток времени после начала пуска, измеряемый секундами, двигатель разовьет нормальную скорость и пусковой ток уменьшится до величины рабочего тока двигателя.



2.9.2 Расчет сети на колебания напряжения

Относительная величина напряжения на зажимах двигателя в момент пуска определяется по формуле:

,

где: - относительное напряжение на шинах

распределительного пункта, к которому

подключен двигатель;

Iп - пусковой ток двигателя;

Ам - расчетная величина, определяемая выражением

,

где: Rм и Хм - активное и индуктивное сопротивление сети от источника питания до пускаемого двигателя.

Uн - номинальное напряжение сети.

Расчет возможности прямого пуска электродвигателя приведен в таблице 2.9.

Таблица 2.9 - Расчет возможности прямого пуска

Наименование расчетных величин	Ед.изм.	Расчетная формула	Номер ЭП по плану, числовые значения
1.1. Мощность силового трансформатора источника	кВА	Lк1 Lк2 Lк3 Iн Cos	1000
1.2. Участок сети Н1 - 2 РП	длина марка сечение	м		5 ШМА 4 - 3200
1.3. Участок сети Н1ЩУП10-1	длина марка сечение	м		70 АВВГ 3(3150+176)
1.4. Участок сети Н11 - 1	длина марка сечение	м		14 АВВГ 3(370+135)
1.5. Приводимый механизм 1.6. Тип электродвигателя 1.7. Частота вращения 1.8. Пусковой ток 1.9. Коэффициент мощности при пуске	Об/мин А		Главный привод ЧАНК355S8УЗ 740 1342 0,29
2.1. Трансформатор	Ом мОм	Rт Xт	0,002 0,0086
2.2. Участок сети Н1 - 2 РП	Удельное Участка	Ом/км Ом/км Ом Ом	Rок1 Хок1 Rк1=Rок1Lк1/3 Хк1=Хок1Lк1/3	0,132 0,07 0,0006 0,00035
2.3. Участок сети Н10ЩУП1	Удельное Участка	Ом/км Ом/км Ом Ом	Rок2 Хок2 Rк2=Rок2Lк2/3 Хк2=Хок2Lк2/3	0,21 0,06 0,004 0,001
2.4. Участок сети Н11-1	Удельное Участка	Ом/км Ом/км Ом Ом	Rок3 Хок3 Rк3=Rок3Lк3/3 Хк3=Хок3Lк3/3	0,46 0,06 0,002 0,0002
2.5. Суммарное сопротивление	Активное Индуктивное	Ом Ом	Rм = Rт + Rм + + Rк2 + Rк3 Хм = Хт + Хм + + Хк2 + Хк3	0,0086 0,10
3.1. Потеря напряжения до шин ЩУП1 в элементах сети	трансформаторе В кабелеН1-2РП В кабеле НЩУП1 Суммарная	% % % %	Uт% Uн12РП% Uщуп1% Uн10щ + Uт% + + Uн12РП	5,15 0,2 0,45 5,8
3.2. Относительное напряжение на шинах ЩУП1 3.3. Расчетная величина 3.4. Относительное напряжение на зажимах двигателя при пуске	Отн.ед. Ом/В Отн.ед.	U щуп1 = =1,05 - 0,058 Ам	0,992 0,92
4.1. Кратность пускового момента	Двигателя Механизма	Отн.ед. Отн.ед.	mn mnмех	1,1 0,3
4.2. Условие успешности запуска двигателя № 1	Отн.ед.		0,94 > 0,33 Выполняется

2.9 Расчет релейной защиты электрических сетей высокого напряжения

2.9.1 Общие сведения

При проектировании релейной защиты должны учитываться:

Схема первичных соединений сетей и подстанций цеха и проектируемого узла нагрузки, необходимый уровень надежности электроснабжения электроприемников, их режимы работы, включая переходные.

Технические требования, предъявляемые к защите электрооборудования и сетей.

Виды и уставки устройств релейной защиты и автоматики на смежных с проектируемыми участках сети.

2.9.2 Релейная защита от междуфазных коротких замыканий

Наиболее распространенным видом защиты является максимальная токовая защита (МТЗ). От междуфазных замыканий такую защиту рекомендуется выполнять в двухфазном исполнении. В зависимости от требований чувствительности защита может быть выполнена одно-, двух- или трехрелейной. Ток срабатывания МТЗ определяется по формуле

Iсз = Котс Кр Iм/Кв

где: Котс - коэффициент отстройки, учитывающий погрешность реле, неточности расчета и принимаемый равным 1,1 - 1,2;

Кр - коэффициент максимального тока, учитывающий возможность увеличения тока в защищаемой линии вследствие самозапуска электродвигателей при восстановлении напряжения после отключения КЗ, Кр = 2,5 - 3;

Кв - коэффициент возврата токового реле, равный 0,8 - 0,85.

Ток срабатывания реле определяется из выражения

Iср = Iсз Кск/Ктт,

где: Кск - коэффициент схемы, зависящий от схемы соединения ТТ и реле;

Ктт - коэффициент трансформации ТТ.

Выбранная защита должна быть проверена по чувствительности

или

где: - минимальное значение тока трехфазного короткого замыкания при КЗ в основной зоне действия защиты, А;

- максимальное значение тока трехфазного короткого замыкания при трехфазном коротком замыкании за трансформатором, А;

К041 и К042 - коэффициенты для определения чувствительности МТЗ при двухфазном коротком замыкании.

Чувствительность защиты считается достаточной, если при КЗ в конце защищаемого участка Кч 1,5, а при КЗ в конце резервируемого участка Кч 1,2.

Избирательность защиты обеспечивается выбором выдержки времени по условию t2 = t1 + t, с,

где: t2 - выдержка времени защиты, расположенной ближе к источнику питания по сравнению с защитой, имеющей меньшую выдержку времени t1;

t - ступень избирательности, в расчетах принимается равной 0,6 - 1 с для защиты с ограниченно зависимой от тока КЗ характеристикой времени срабатывания и 0,3 - 0,6 для защит с независимой характеристикой времени срабатывания.

2.10 Расчет заземляющих устройств

2.10.1 Общие положения

В промышленных электроустановках должны быть заземлены корпуса электрооборудования и все металлические объекты, нормально не находящиеся под напряжением, но могущие оказаться под напряжением в случае пробоя изоляции фаз электрических сетей.

В качестве заземлителей должны быть в первую очередь использованы трубопроводы и оборудование, имеющие надежное соединение с землей (естественные заземлители), металлические конструкции, арматура железобетонных конструкций в случаях, допущенных ПУЭ 1.7.70. Использование естественных заземлителей дает значительную экономию средств. Если сопротивления естественных заземлителей Rе больше требующихся по нормам сопротивлений заземлителей Rз, то устраиваются искусственные заземлители Rи:

Rи = (Rе Rз)/(Rе - Rз), Ом.

Для электроустановок напряжением 1000 В с большими токами замыкания на землю сопротивления заземляющего устройства должно быть не более 0,5 Ом; для электроустановок напряжением выше 1000 В с малыми токами замыкания на землю сопротивление должно удовлетворять следующему условию

Rз U/Iз,



где: U - напряжение принимаемое 250В, если заземляющее устройство используют только для установок напряжением выше 1000В и 125В, если заземляющее устройство одновременно используют и для установок до 1000В;

Iз - расчетный ток замыкания на землю, А.

При этом сопротивление заземляющего устройства не должно превышать 10 Ом.

Для электроустановок напряжением до 1000В с глухим заземлением нейтрали согласно ПУЭ, 1.7.60 - 1.7.64, сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединены нейтрали генераторов и трансформаторов, должно быть не более 4 Ом.

2.10.2 Использование строительных конструкций производственных зданий в качестве естественных заземлителей

Сопротивление растеканию железобетонных фундаментов производственного здания:

Ом

где: S - площадь, ограниченная периметром здания, ;

Рэк - эквивалентное удельное электрическое сопротивление земли, Ом·м.

где: Р1 и Р2 - удельное электрическое сопротивление верхнего слоя земли и нижнего Омм;

h - мощность (толщина) верхнего слоя земли;

- безразмерные коэффициенты, зависящие от соотношения удельных электрических сопротивлений слоев земли:

если Р1 > Р2, то = 3,6, = 0,1;

если Р1 < Р2, то = 110, = 30.

Многослойную структурную группу приводим к эквивалентной двухслойной модели:

Предварительно определяют тип климатической зоны по величине средней высшей и низшей температуры, количеству осадков, продолжительности замерзания вод.

Определяют условную толщину слоя сезонных изменений hс и коэффициент сезонности .

hс = 2,2 = 4,0.

Принимают толщину верхнего слоя эквивалентной модели h1 = hc.

Удельные сопротивления слоев или части слоев земли, попадающих в верхний слой эквивалентной модели увеличивают в раз.

Определяют расчетные сопротивления верхнего Р1р и нижнего Р2р слоев земли эквивалентной модели:

Где индексы от 1 до k означают номера слоев, вошедших в верхний, а от (к + 1) до n - вошедших в нижний слой двухслойной модели земли.



2.10.3 Расчет заземлителя

Расчет заземлителей, расположенных в пределах территории цехов, представляет большую трудность из-за сложности его формы и многослойности структуры грунта. Рекомендуется расчет заземлителей выполнять по методу наведенных потенциалов. Сущность метода заключается в следующем:

По предварительной схеме заземлителя определяется:

площадь территории, занимаемой заземлителем S = 10638 ;

суммарная длина горизонтальных электродов Lr = 1150 м;

количество вертикальных электродов n = 20;

их суммарная длина: Lв = n lа = 450.

Составляется условная расчетная модель заземлителя.

Вычисляют:

длину одной стороны модели, ;

количество ячеек m по одной стороне модели

;

длина стороны ячейки в модели

;

расстояние между электродами

;

суммарная длина вертикальных электродов La = n la = 450;

относительную глубину погружения в землю вертикальных электродов

;

относительная длина верхней части вертикального заземлителя, находящейся в верхнем слое земли толщиной

hс ;

расчетное эквивалентное удельное сопротивление земли

;

,

при 1 Р1Р/Р2Р 10.

Вычисляем расчетное сопротивление

;

где

А = 0,385 - 0,25tОТ = 0,33 при 0,1 tОТ 0,5.



3. Электропривод промышленных установок и технологических комплексов цеха кальцинации ОАО “АГК”

3.1 Электропривод вращения печи кальцинации

кальцинация трансформаторный подстанция замыкание

Несмотря на разнообразие механического оборудования цеха и электроприводов, обеспечивающих движение рабочих органов механического оборудования, ограничимся рассмотрением главного привода вращения печи кальцинации. Так как высоковольтные двигатели вентиляторов ВМ-75 и дымососов являются унифицированным оборудованием, то имеются специальные рекомендации по совершенствованию, модернизации и техническому перевооружению электропривода этих установок [23].

Головным оборудованием цеха кальцинации, определяющим объем выпуска глинозема, его ассортимент и качество, являются печи кальцинации. Вращение печи кальцинации осуществляется электродвигателем главного привода через редуктор главного привода.

В настоящее время электропривод вращения печи является нерегулируемым. Электродвигатели главного привода были разработаны фирмой «Дессау», введены в строй в 1965-1966 годах. Физическое и моральное старение электрооборудования определили острую необходимость опережающего технического перевооружения электроприводов вращения печи кальцинации. Электродвигатель главного привода для печей №1, 3, 4 типа ДSUо фирмы «Дессау», для печи №2 используется асинхронный двигатель с фазным ротором типа АК-113-814. Для пуска асинхронных двигателей используются роторные станции, то есть пуск производится с введением сопротивлений в цепь ротора для ограничения пускового тока.

Рассмотрим пуск двигателя АК-113-814 с номинальными данными:

- номинальное напряжение Uн = 380в;

- номинальная мощность P2н = 200квт;

- синхронная скорость По = 750 об/мин;

- номинальная скорость Пн = 730 об/мин;

- номинальный ток статора I1н = 380А;

- номинальное напряжение ротора Vрн = 398В;

- номинальный ток ротора Iрн = 314А.

Для двигателя выбрано 7 ступеней пусковых сопротивления. Пусковой реостат чешского исполнения ДRK VII/400 Sd 160квт, 188А, 512В.

Мощность, которую реостат потребляет при пуске определим из выражения:

Рп ===188,9кВт

При подборе пускового реостата мощность, потребляемая при пуске должна удерживаться в пределах Р2н 5%. Данный реостат удовлетворяет предъявляемым требованиям.

Однако, если данный реостат использовать для регулирования скорости вращения двигателя в установившихся режимах работы, то получится неэкономичное и неэффективное регулирование, причем невозможно получить регулирование скорости вверх от номинальной.

Исходя из технологии прокалки глинозёма определены основные требования к электроприводу печей:

- диапазон регулирования частоты вращения печи в пределах 0,2-4об\мин;

- точность поддержания заданной скорости вращения печи не ниже 2-5%.

Указанные требования дают возможность выбора, как двигателя постоянного тока, так и двигателя переменного тока. Поэтому для электропривода вращения печи кальцинации следует выбирать наиболее простой двигатель по устройству и управлению, надёжный в эксплуатации, имеющий наименьшие массу, габариты и стоимость.

Данным требованием наиболее полно удовлетворяет асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.

Предлагаем регулирование скорости вращения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором путем изменения частоты питающего напряжения. Данный способ регулирования сам по себе является экономичным и эффективным, а развитие преобразовательной техники позволяет использовать тиристорные преобразователи частоты большой мощности, что увеличивает коэффициент полезного действия электропривода в целом.

При частотном регулировании скорости скольжение машины независимо от диапазона регулирования, поддерживается сравнительно небольшим, и потери в двигателе невелики. В этом случае асинхронный электропривод не уступает электроприводу постоянного тока, ни по статистическим, ни по динамическим свойствам. Если при этом учесть, что асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором в 1,5-2 раза легче и в 3 раза дешевле, чем аналогичный двигатель постоянного тока, то становится очевидной перспективность использования асинхронных электроприводов с частотным управлением.

В настоящее время для частотного регулирования скорости асинхронного двигателя используются, главным образом, полупроводниковые преобразователи частоты, которые можно разделить на три группы:

- преобразователи со звеном постоянного тока;

- преобразователи с непосредственной связью;

- преобразователи со звеном повышенной частоты.

Преобразователи с непосредственной связью имеют максимальную выходную частоту при питании от сети с частотой 50 Гц, для трехфазных схем 10-12 Гц, для шестифазных 15-20 Гц. Так регулирование частоты необходимо как вниз от номинальной, так и вверх, то использование преобразователя частоты с непосредственной связью нецелесообразно. В преобразователях частоты с промежуточным звеном постоянного тока переменное напряжение питающей сети выпрямляются и через фильтр подается на автономный инвертор, который в свою очередь преобразует постоянное напряжение в переменное с регулируемой частотой.

Принципиальная возможность регулирования угловой скорости асинхронного двигателя изменением частоты вытекает из формулы:

W= 2п f1(1-S) / P,

где W - угловая скорость двигателя, рад/с;

f1 - частота питающей сети, Гц

S - скольжение двигателя;

Р - число полюсов двигателя.

При регулировании частоты также возникает необходимость регулирования амплитуды напряжения источника, что следует из выражения V1=Е1=kФf1, где Ф - магнитный поток машины.

При регулировании угловой скорости изменением частоты необходимо регулировать напряжение одновременно в функции частоты и нагрузки, что реализуемо только в замкнутых системах электропривода.

Структурная схема преобразователя частоты с промежуточным звеном постоянного тока приведена на рисунке 3.1



U=cons t

V=var U=var

f₁=const f₂=var

Рисунок 3.1 Структурная схема частотного управления асинхронным двигателем

Преобразователь состоит из двух силовых элементов управляемого выпрямителя УВ и инвертора И. На вход УВ подается нерегулируемое напряжение переменного тока промышленной частоты, с выхода УВ постоянное регулируемое напряжение подается на инвертор И, который преобразует постоянное напряжение в переменное регулируемой амплитуды и частоты. Кроме двух силовых элементов преобразователь содержит еще систему управления, состоящую из блока управления выпрямителем БУВ и блока управления инвертором БУИ. Выходная частота регулируется в широких пределах и определяется частотой коммутации тиристоров инвертора, которая задается блоком управления инвертора БУИ. В такой схеме производится раздельное регулирование амплитуды и частоты выходного напряжения, что позволяет осуществлять при помощи блока задания скорости БЗС требуемое соотношение между действующим значением напряжения и частотой на зажимах асинхронного двигателя. Обязательными элементами всякой системы являются устройства защиты УЗ. Датчик скорости ДС позволяет осуществить обратную связь в контуре регулирования скорости.

Преобразователь с промежуточным звеном постоянного тока позволяет регулировать частоту как вверх, так и вниз от частоты питающей сети; он отличается высоким КПД (около 96%), значительным быстродействием, малыми габаритами, сравнительно высокой надежностью и бесшумен в работе.

3.2 Тиристорный преобразователь частоты с автономным инвертором напряжения

Привод печи кальцинации является нереверсивным, работает в установившихся двигательных режимах с медленно меняющейся или постоянной нагрузкой, диапазон регулирования скорости не более 20:1. Для таких приводов применяются тиристорные преобразователи частоты с автономным инвертором напряжения (ТПЧ с АИН) с амплитудным регулированием напряжения.

Характерными особенностями АИН являются:

1) питание от источника напряжения, в связи, с чем входное напряжение можно считать неизменным. Для придания реальным источникам напряжения практически всегда вход инвертора шунтируют конденсатором С достаточно большой мощности.

2) импульсный характер выходного напряжения; в связи с этим АИН не может работать на нагрузку, шунтированную емкостью;

3) необходимо использовать запираемые вентили (запираемые тиристоры), либо незапираемые тиристоры, применение тех или иных коммутационных аппаратов. Таким образом, плечи вентильного коммутатора в АИН имеют двухстороннюю проводимость и через

них осуществляется энергообмен между цепью нагрузки, если последняя имеет реактивный характер, и цепью источника питания, в которой основную роль имеет конденсатор С.

Достоинствами АИН являются: жесткая внешняя характеристика, независимость формы кривой выходного напряжения от характера нагрузки, возможность работы при переменной частоте и, в частности, при низких и сверхнизких частотах. К числу недостатков следует отнести: несинусоидальность выходного напряжения и необходимость применения в тиристорных АИН коммутационных узлов.

Идеальный АИН имеет нулевое внутреннее сопротивление и линейную зависимость выходного напряжения от входного. Наиболее близок к идеальному АИН реальный инвертор, у которого интервал открытого состояния тиристоров Qк=, в цепи протекания тока нагрузки через преобразователь нет резисторов и реакторов и который работает при достаточно высоких напряжениях, когда Uн>> Uв, где Uн - входное напряжение инвертора; Uв - падение напряжения на вентильных элементах.

Электромагнитные процессы в АИН могут быть разделены на рабочие и коммутационные. Рабочие процессы связаны с протеканием в элементах АИН тока нагрузки и могут рассматриваться в идеализированной схеме, выполненной на полностью управляемых ключевых элементах. Коммутационные процессы связаны с наличием в схеме элементов, необходимых для закрывания тиристоров (конденсаторов, реакторов, дополнительных тиристоров, источников напряжения). Абсолютное время протекания коммутационных процессов tк зависит от выбранной схемы коммутирующих контуров и динамических свойств тиристоров.

При частотах выходного напряжения, меньших 1000-2000 Гц, расчёт рабочих процессов не зависит от коммутационных процессов, а при анализе схем коммутирующих контуров, рабочие процессы влияют на начальные и конечные условия.

Анализ электромагнитных процессов в АИН будет проведён при следующих допущениях:

1).сопротивления вентилей в открытом состоянии и проводимости в закрытом состоянии равен нулю;

2).пульсации напряжения на входе АИН равны нулю;

3).момент включения тиристора совпадает с моментом появления управляющего импульса;

4).характер нагрузки активно-индуктивный.

Рассмотрение рабочих процессов целесообразно начать с нахождения зависимости выходного напряжения АИН от нагрузки, закона переключения тиристоров и входного напряжения.

На рис.3.2. приведена схема трехфазного мостового инвертора, выполненного на двухоперационных тиристорах Т1-Т6 и диодах Д1-Д6. Порядок включения тиристоров соответствует их номерам Т1, Т2,.....Т6.

Iн iн

iиn

Т1 D1 Т3 D3 Т5 D5

Uн D3

с + iт

- -

iq

Т4 D4 Т6 D6 Т2 D2

is а в с

Рисунок 3.2 Автономный инвертор напряжения

Зависимость выходного напряжения Us от входного можно получить с помощью коммутационной функции АИН, которая учитывает дискретный характер изменения проводимости вентильных элементов.

Анализ рабочих процессов в трёхфазном мостовом АИН можно провести, воспользовавшись схемой на рис.3.2. Цель анализа состоит в получении мгновенных значений токов в нагрузке и элементах АИН. Знание токов в элементах АИН (рабочие составляющие) может быть использовано для окончательного выбора этих элементов в низкочастотных инверторах, а в высокочастотных - для предварительного выбора с последующим уточнением при учёте коммутационных составляющих.

Среднее значение тока тиристора, диода и тока, потребляемого от источника, получим, интегрируя ток нагрузки, в пределах, соответствующих интервалам проводимости.

В режиме прерывистого тока о = /2 - Оо, поэтому

Iт =I,m / ·cos /6·cos(,-/6);

Iд= I,m / ·sin(/3 - Oo) / 2·sin, - ( /3-Oo)/2.

В режиме непрерывного тока о=/6 + Од; Оо=0

Iт = I,m / ·cosOд/2 ·cos(,s -Oд/2);

Iд= I,m/ ·sinОд/2·sin,s - Oд/2)

Iи = 3/ I,m/ ·cos ,.

В большинстве случаев расчет средних токов в элементах АИН можно провести по 1-й гармонике, что обеспечивает точность не хуже 5%.

Задаваясь допустимыми пульсациями напряжения на входе инвертора g=Uн /Uи (обычно g 0,05), можно определить ёмкость входного конденсатора АИН.

С= I1m · sin1, / 48 Uн ·fsg

Анализ коммутационных процессов может быть проведён только в полной схеме АИН, так как расчётные контуры образуются не только коммутирующими, но и рабочими элементами. Выбор коммутирующих элементов АИН определяется током, протекающим в тиристоре к моменту его коммутации, Io и динамическими параметрами применённых тиристоров, основные из которых: допустимое время включения tв,д, критическая скорость нарастания прямого напряжения (du/dt)кр, критическая скорость нарастания тока (di/dt)кр, мощность потерь при переключении рт.

Значение тока Io определяется для Wst = 7/6:

Io = I1m · sin1, + I5m · sin5, + I7m · sin7,,

где для режима прерывистого тока 1 =1s +1u

5,= 5s +55u; 7,= 7s +77u

1u определяется по графикам, а для режима непрерывного тока 1u=0

Для выключения тиристора используется, как правило, энергия, запасенная в конденсаторе, который в момент to (момент начала коммутации) подключается к выключаемому тиристору Т ключом К (рисунок 3.3)

а) б)

Рисунок 3.3 Эквивалентная схема коммутирующего контура: а) - параллельного; б) - последовательного

В практических схемах АИН роль ключа К выполняет или другой рабочий тиристор, или специальный коммутирующий тиристор. Для формирования коммутационных процессов контур содержит основной коммутирующий реактор L.

Если реактор L включен в цепь рабочего тока тиристора (рисунок3.3,а), то к началу коммутации ito =iLo=Io. При t >to тиристор Т закрыт, диод Д открыт. Токи и напряжения (диаграмма на рисунке 3.4,а) можно представить в виде:

Io = const

iL= ic=Io

Uo=Uco

iд= ic=Io



Ic,Uc

to

iт

А Б

Рисунок 3.4 Диаграмма токов и напряжений при коммутации тиристора

А - в параллельном контуре; Б - в последовательном контуре.

Uc=Uco(1-cosWkt)+IoL/C sinWkt, где Wk = 1/L/C

Диод Д открыт, конденсатор С и реактор L образуют колебательный контур с собственной круговой частотой Wk, а закрывшийся тиристор включен параллельно конденсатору С, то есть Ut=Uc

Время, представляемое тиристору для выключения

(интервал t1-to, когда Ut< 0)

tв= t1-to=L/C frctg UcoC / Io L

достигает максимального значения в режимах холостого хода АИН (Io=0):



tв,m=LC / 2

Скорость нарастания прямого напряжения на тиристоре в момент t= t1 равна:

dUt / dt = (Uco/L + Io/C) L / LI+CUco

Скорость нарастания тока в открывающемся тиристоре (ключ К на рис.3.4.а,б)

dIt / dt=

Реактор L может быть выведен из цепи рабочего тока тиристора (схема на рис.3.3.б) В момент to замыкания ключа ito=Io; iLo= ico=0. Колебательный контур также образуется реактором L, конденсатором С, но выключаемый тиристор включен в него последовательно.

При t>to (см.рис.3.4.б)

Io=const

iL= ic=UcoC/L sin Wkt

it=Io-ic

Uc=Uco(1-cosWkt)

Ток в тиристоре уменьшается до нуля в момент t1, когда Io=ic. При t> t1, характер процессов в контуре не изменяется, так как открыт диод Д. На этом интервале (t2-t1, пока icIo) к выключающемуся тиристору приложено обратное напряжение, равное Uд.

Время, представляемое тиристору для выключения (интервал t2-t1),



tв= t2-t1=CL(-2arcsin IoL / UcoC

достигает максимального значения при Io=0

tв,m=CL

Скорость изменения тока в тиристоре Т и ключе К в момент t= to

dit / dt = Uco / L

Скорость нарастания прямого напряжения в момент выключения диода Д (момент t2)

dUt / dt =

Для уменьшения скорости нарастания прямого напряжения параллельно тиристору включается RСД - цепочка.

Выбор конкретной схемы АИН обычно основывается на качественном анализе физических процессов в АИН и заканчивается выделением контуров для протекания рабочих и коммутационных токов и определением временных границ коммутационных интервалов.

АИН с общей коммутацией.

В инверторах этого типа, коммутирующие, конденсатор и реактор, являются общими для коммутации, либо всех рабочих тиристоров, либо для тиристоров одной группы (анодной или катодной). Основной коммутирующий реактор, как правило, вынесен из контура рабочего тока. Главная схемная особенность заключается в отделении контура коммутации от контура рабочих токов не коммутирующих фаз. С этой целью используются либо вспомогательные тиристоры, либо токоограничивающие реактор...