Расчет электроснабжения учебной мастерской

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Электроэнергия это неотъемлемая часть нашей жизни. Она играет важную роль в быту современного человека, сопровождая его повсюду. Каждый из нас пользуется лифтами, бытовой техникой, банкоматами, компьютерами -- все эти и многие другие привычные каждому вещи, облегчающие нашу жизнь, не способны функционировать без постоянного электроснабжения. При этом количество электроприборов, окружающих нас, не становится меньше, оно постоянно увеличивается из года в год. Электрический свет, тепло, горячая вода, столь необходимые для полноценного уюта и комфорта в доме, также поступают к нам благодаря электроэнергии. Потребности в ней увеличиваются с каждым годом.

Для надежного и качественного электроснабжения используются источники резервного электропитания, такие как генераторы и электростанции. Они обеспечивают нуждающиеся в качественном электроснабжении объекты, где бы те не находились. Электроснабжение является сложной, многоуровневой задачей, которая при каждом случае имеет ряд уникальных особенностей. Качественно подготовленный проект электроснабжения и профессионально проведенные электромонтажные работы - это, в первую очередь, безопасность людей, находящихся в помещении, а не только исправная работа электросети. На профессионалов, которые создают проекты электроснабжения, возлагают целый ряд важнейших задач.

Промышленность потребляет около двух третей всей вырабатываемой в нашей стране электроэнергии. Возрастают мощности, потребляемые предприятиями и отдельными электроприемниками. В связи с этим усложняются задачи рационального построения схем распределения электроэнергии. Повышаются требования к надежности, экономичности, к удобству и безопасности эксплуатации и к качеству электроэнергии.

В целом систему электроснабжения можно представить в виде многоуровневой сложной иерархической системы. Энергия сыграла решающую роль в развитии цивилизации. Потребление энергии и накопление информации имеет примерно одинаковый характер изменения во времени, тесна связь между расходом энергии и объемом выпускаемой продукции. Рост потребления энергии поразительно высок. Но именно благодаря ему человек значительную часть своей жизни может посвятить досугу, образованию, созидательной деятельности, добился теперешней высокой продолжительности жизни.

Целью моего курсового проектирования является желание научиться рассчитать электроснабжение учебной мастерской. И уже исходя из проведенных расчетов, перед нами возникает задача выбора питающего трансформатора, аппаратов защиты сети и проводников электроэнергии. Затем их последующая проверка на соответствие параметрам сети.

ток замыкание трансформатор электрооборудование

1. Общая часть

1.1 Характеристика объекта

Учебные мастерские предназначены для практической подготовки обучаемых. Они являются неотъемлемой частью учебно-материальной базы предприятия. Кроме того, учебные мастерские можно использовать для выполнения несложных заказов силами учащихся нуждающимся организациям.

В учебных мастерских предусматривается наличие производственных, учебных, служебных и бытовых помещений.

Электроснабжение мастерских осуществляется от трансформаторной подстанции, расположенной на расстоянии 50 метров от здания. Трансформаторная подстанция подключена к подстанции глубокого ввода, установленной в 4 километрах от неё, напряжение 10 кВ. Потребители электроэнергии относятся к 2 и 3 категории надежности электроснабжения. Учебно-подготовительный процесс - односменный. Основные потребители электроэнергии - станки различного назначения.

Грунт в районе цеха - супесь с температурой +20 ^? С. Каркас здания и трансформаторная подстанция сооружен из блоков-секций длиной 8 и 6 метров каждый.

Размеры цеха АЧВЧН=40Ч30Ч9 метров, все помещения двухэтажные высотой 4 метра.

Перечень электрооборудования учебных мастерских дан в таблице 1.

Таблица 1 - Перечень электрооборудования.

№ на плане	Наименование	Мощность эл. привода, кВт	Примечание
1 - 3	Деревообрабатывающие станки	3,5
4 - 7	Заточные станки	3,2	Однофазные
8 - 11	Сверлильные станки	4,2
12	Вентилятор вытяжной	3,2
13	Вентилятор приточный	4,5
14 - 17	Сварочные агрегаты	16 кВ•А	Однофазные ПВ=60%
18 - 21	Токарные станки	5,7
22 - 25	Круглошлифовальные станки	6,5
26 - 28	Фрезерные станки	4,8
29 - 33	Болтонарезные станки	2,5
34 - 38	Резьбонарезные станки	4,2

Мощность электропотребления указана для одного электроприемника.

Расположение основного электрооборудования учебных мастерских показано на плане 1.

1.2 Классификация помещений по взрыво- пожаро- и электробезопасности.

Для выбора класса безопасности помещений воспользуемся необходимой литературой. Используя ПУЭ, для следующих помещений, мы выбрали классы их безопасности.

Таблица 2 - Классификация помещений.

Наименование помещения	Категории	Примечание
	Взрывоопасности	Пожароопасности	Электробезопасности
Буфет	-	-	БПО
Столярная	-	П-II	БПО
Заточная	В-II	П-II	БПО
Сверлильная	В-IIА	-	БПО
Вентиляторная	-	-	БПО
Сварочная	В-IIА	П-I	БПО
Щитовая	-	-	БПО
Кладовая	-	-	БПО
Резьбонарезная	-	-	БПО
Болтонарезная	-	-	БПО
Фрезерная	-	-	БПО
Шлифовальная	-	П-II	БПО
Токарная	-	П-II	БПО

2. Специальная часть

2.1 Расчет электрических нагрузок и выбор трансформатора

Первым этапом проектирования электроснабжения является определение электрических нагрузок. По их значению выбирают и проверяют электрооборудование системы электроснабжения, определяют потери мощности и электроэнергии. От правильной оценки ожидаемых нагрузок зависят капитальные затраты на систему электроснабжения, эксплуатационные расходы, надежность работы электрооборудования.

Методом коэффициента максимума (упорядоченных диаграмм) рассчитываем электрические нагрузки и заполняем таблицу 4 «Сводная ведомость нагрузок».

Приводим мощности трехфазных электроприемников к длительному режиму.

Для электроприемников с длительным режимом:

P_н=P_п; (1)

Где P_н - номинальная мощность электроприемника, кВт;

P_п - приведенная мощность электроприемника, кВт.

Для электроприемников с повторно-кратковременным режимом:

P_н=P_пvПВ; (2)

Где ПВ - продолжительность включения, отн. ед.

Например, для сварочных агрегатов:

P_н=P_пvПВ=6,4*v0,6=4,96 кВт.

Нагрузка однофазного приемника повторно-кратковременного режима включенного на линейное напряжение приводится к длительному режиму и к условной трехфазной мощности:

P_н=S_н*cos?; (3)

где S_н - полная паспортная мощность, кВт;

cos? - коэффициент активной мощности.

Например, для заточных станков:

P_н=S_н*cos?=3,2*0,5=1,6 кВт.

Распределение нагрузки по распределительным пунктам (РП) выполнено в таблице 3.

Таблица 3 - Распределение приемников по РП.

Наименование	Количество	Нагрузка, кВт
		Установленная	Приведенная
РП1
Деревообрабатывающие станки	3	10,5	10,5
РП2
Заточные станки	4	12,8	6,4
РП3
Сверлильные станки	4	16,8	16,8
Вентилятор вытяжной	1	3,2	3,2
Вентилятор приточный	1	4,5	4,5
РП4
Сварочные агрегаты	4	64 кВ•А	19,84
РП5
Токарные станки	4	22,8	22,8
Круглошлифовальные станки	4	26	26
РП6
Фрезерные станки	3	14,4	14,4
Резьбонарезные станки	5	21	21
РП7
Болтонарезные станки	5	12,5	12,5

Далее необходимо определить силовой показатель сборки в группе

m=P_н.нб/P_н.нм; (4)

где P_н.нб и P_н.нм - номинальные приведенные к длительному режиму активные мощности электроприемников наибольшего и наименьшего в группе, кВт.

Например, для РП 3 силовой показатель сборки в группе будет следующим

m=P_н.нб/P_н.нм=4,5/3,2=1,41.

Теперь необходимо определить средние нагрузки за смену на каждом распределительном пункте. Среднюю активную мощность за наиболее загруженную смену находим по формуле:

Р_см=К_и*?Р_н; (5)

Где К_и - коэффициент использования электроприемников;

?Р_н - номинальная активная групповая мощность, кВт.

Например, на РП 1 средняя активная нагрузка за смену будет равна:

Р_см=К_и* ?Р_н=0,14*10,5=1,47 кВт.

Среднюю реактивную мощность за наиболее загруженную смену определяем по формуле:

Q_см=P_см*tg?; (6)

Где P_см - средняя активная мощность за наиболее загруженную смену, кВт;

tg? - коэффициент реактивной мощности.

Например, на РП 1 средняя реактивная нагрузка за смену равна:

Q_см=P_см*tg?=1,47*1,73=2,54 кВт.

Теперь зная средние активную и реактивную мощность за наиболее загруженную смену можно найти среднюю полную нагрузку:

S_см=vP²_см*Q²_см; (7)

где Q_см - средняя реактивная мощность за наиболее загруженную смену, кВт.

Например, на РП 1 средняя полная нагрузка будет:

S_см=vP²_см*Q²_см=v1,47²+2,54²=2,937 кВ*А.

Далее необходимо определить в РП с различными видами станков эффективное количество электроприемников n_э. Это можно сделать с помощью специальных таблиц с вариантами определения, например на РП 3 n_э=n=6 электроприемников.

Теперь зная эффективное число электроприемников необходимо определить коэффициент максимума активной нагрузки К_м. Его также определяют с помощью таблиц с зависимостью. Например, для РП 3 К_м=1,88.

Далее необходимо найти коэффициент максимума реактивной нагрузки К'_м. В соответствии с практикой проектирования принимается К'_м=1,1 при n_э<10.

Определяем максимальные расчетные нагрузки группы электроприемников. Сначала необходимо найти максимальную активную нагрузку Р_м, кВт:

Р_м=К_м*Р_см; (8)

Где К_м - коэффициент максимума активной нагрузки.

Например, для РП 3 максимальная активная нагрузка будет равна:

Р_м=К_м*Р_см=1,88*7,36=13,8 кВт.

Теперь находим максимальную реактивную нагрузку Q_м, кВар:

Q_м= К'_м*Q_см; (9)

Где К'_м - коэффициент максимума реактивной нагрузки.

Например, для РП 3 максимальная реактивная нагрузка будет равна:

Q_м= К'_м*Q_см=1,1*7,82=8,605 кВар.

Далее зная максимальные активную и реактивную нагрузки можно найти максимальную полную нагрузку S_м, кВ*А:

S_м=vP²_м+Q²_м; (10)

Например, для РП 3 максимальная полная нагрузка будет равна:

S_м=vP²_м+Q²_м=v13,8²+8,605²=16,3 кВар.

Зная полную максимальную нагрузку можно определить ток на РП I_м, А:

I_м= S_м/v3*U_л; (11)

Например, для РП 3 ток будет равен:

I_м= S_м/v3*U_л=16,3/v3*0,38=24,7 А.

После того как для каждого распределительного пункта рассчитаны все параметры заносим данные в таблицу 4 «Сводная ведомость нагрузок».

Расчет и выбор компенсирующего устройства.

Для выбора компенсирующего устройства (КУ) необходимо знать:

Расчетную реактивную мощность КУ;

Тип компенсирующего устройства;

Напряжение КУ.

Расчетную реактивную мощность КУ можно определить из соотношения

Q_к.р=?Р_м(tg? - tg?_к); (12)

Таблица 4 - Сводная ведомость нагрузок.

Наименование РУ и электроприемников	Нагрузка установленная	Нагрузка средняя за смену	Нагрузка максимальная
	Pн, кВт	n	Pп?, кВт	Kи	cos ?	tg ?	m	Pсм, кВт	Qсм, кВар	Sсм, кВ*А	nэ	Kм	K'м	Pм, кВт	Qм, кВар	Sм, кВ*А	Iм, А
РП1
Деревообрабатывающие станки	3,5	3	10,5	0,14	0,5	1,73	-	1,47	2,54	2,94	-	-	-	1,47	2,54	2,94	4,45
РП2
Заточные станки (Однофазные)	1,6	4	6,4	0,14	0,5	1,73	-	0,9	1,55	1,79	-	-	-	0,9	1,55	1,79	2,71
РП3			24,5	0,3		1,06		7,36	7,82	10,7
Сверлильные станки	4,2	4	16,8	0,14	0,5	1,73	<3	2,35	4,07	4,7	6	1,88	1,1	13,8	8,605	16,29	24,7
Вентилятор вытяжной	3,2	1	3,2	0,65	0,8	0,75		2,08	1,56	2,6
Вентилятор приточный	4,5	1	4,5	0,65	0,8	0,75		2,93	2,19	3,66
РП4
Сварочные агрегаты (Однофазные ПВ=60%)	4,96	4	19,84	0,2	0,4	2,29	-	3,97	9,09	9,92	-	-	-	3,97	9,09	9,92	15
РП5			48,8	0,14		1,73		6,83	11,8	13,65
Токарные станки	5,7	4	22,8	0,14	0,5	1,73	<3	3,19	5,52	6,38	-	-	-	43,9	10,64	45,19	68,5
Круглошлифовальные станки	6,5	4	26	0,14	0,5	1,73		3,64	6,3	7,27
РП6			35,4	0,14		1,73		4,96	8,57	9,91
Фрезерные станки	4,8	3	14,4	0,14	0,5	1,73	<3	2,02	3,49	4,03	-	-	-	31,9	7,716	32,78	49,7
Резьбонарезные станки	4,2	5	21	0,14	0,5	1,73		2,94	5,09	5,88
РП7
Болтонарезные станки	2,5	5	12,5	0,14	0,5	1,73	-	1,75	3,03	3,497	-	-	-	1,75	3,03	3,49	5,29
ЩО	12	1	12	0,9	0,95	0,33	-	10,8	3,56	11,37	-	-	-	10,8	3,56	11,37	17,2
Всего на НН без КУ						1,26		38	48	63,81	-	-	-	109	46,73	123,8	-
КУ															80		-
Всего на НН с КУ					0,92	0,44								109	-33,3	114	-
Потери														2,48	12,38	12,62	-
Потери с КУ														2,28	11,4	11,62	-
Всего на ВН с КУ														111	-21,9	113,4	-

Где Q_к.р - расчетная мощность КУ, кВар;

? - коэффициент, учитывающий повышение cos? естественным способом, принимается =0,9;

tg?, tg?_к - коэффициенты реактивной мощности до и после компенсации.

Например,

Определяем расчетную мощность

Q_к.р=?Р_м(tg? - tg?_к)=0,9*109(1,26-0,33)=91,54 кВ*А.

Из полученных результатов по таблице выбираем компенсирующее устройство УК - 0,38 -I.

Далее определяем фактические значения tg?_ф и cos?_ф после компенсации реактивной мощности:

tg?_ф= tg?-(Q_к.ст./ ?Р_м)=1,26-(80/0,9*109)=1,26-0,82=0,44; cos?_ф=0,92.

Результаты заносим в сводную таблицу 4.

Также необходимо определить потери в трансформаторе по следующим формулам:

ДР_т=0,02* S_м; (13)

ДQ_т=0,1* S_м; (14)

ДS_т=vДР²_т+vДQ²_т; (15)

Например, для выбранной схемы потери будут составлять:

ДР_т=0,02*114=2,28 кВт;

ДQ_т=0,1*114=11,4 кВар;

ДS_т=v2,28²*v11,4² кВ*А.

Теперь рассчитав потери и зная максимальную полную нагрузку можно определить расчётную мощность трансформатора и по ней выбрать сам трансформатор:

S_т ? S_р=0,8*S_м; (16)

Например, в нашем случае получается:

S_т ? S_р=0,8*S_м=0,8*125,6=100,48 кВ*А

Исходя из полученных результатов, по специальному приложению, выбираем трансформатор ТС3 - 160/0,66. Номинальная мощность данного трансформатора 160 кВ*А. Сочетание напряжений, кВ на высшем напряжении (ВН): 0,38; 0,5; 0,66 и низшем напряжении (НН): 0,23; 0,4. Потери трансформатора, Вт; холостого хода на уровне А и Б соответственно: 570 и 710, а также потери короткого замыкания 2060. Напряжение короткого замыкания, %: 4,5. Ток холостого хода, %: 2,3. Габариты выбранного трансформатора, мм; длина, ширина и высота соответственно: 1150, 680 и 1150. Масса трансформатора в килограммах 880.

2.2 Расчет и выбор аппаратов защиты и линии электроснабжения.

Для выбора аппаратов защиты необходимо знать ток в линии, где он установлен, его тип и число фаз. Токи в линии определяются по следующим формулам:

I_рп= S_м.рп/v3*U_ном.рп; (17)

Где I_рп - ток в линии к РП, А;

S_м.рп - максимальная расчетная мощность РП, кВ*А;

U_ном.рп - номинальное напряжение РП, кВ. Принимается U_ном.рп=0,38 кВ.

Например, для распределительного пункта 5 ток в линии к РП будет равен:

I_рп= S_м.рп/v3*U_ном.рп=45,2/0,66=68 А.

Для нахождения тока в линии к электроприемникам переменного тока воспользуемся следующей формулой:

I_н=Р_н/v3*U_ном.эп*з_эп*cos?_эп; (18)

Где Р_н - мощность электроприемника (ЭП) переменного тока, кВт;

U_ном.эп - номинальное напряжение электроприемника, кВ;

з_эп - коэффициент полезного действия (КПД) ЭП, отн. ед.

Например, в РП 1 ток в линии к электроприемникам будет равен:

I_н=Р_н/v3*U_ном.эп*з_эп*cos?_эп=3,5/1,73*0,38*0,9*0,92=6,4 А.

Исходя из полученных результатов можем осуществить выбор аппарата защиты на распределительный пункт и в линию к ЭП переменного тока. Аппараты выбираем согласно следующего условия:

I_н.р?1,25*I_н; (19)

Например, аппарат защиты для РП 5 будет:

I_н.р ?1,25*I_н ?1,25*68=85 А.

Из полученного результата на РП 5 выбираем автоматический выключатель серии ВА-51-31-1 с номинальным током расцепителя 100 А. Характеристики выключателя серии ВА-51-31-1:

U_н.а =380 В;

I_н.а =100 А;

I_н.р =100А;

К_у(п) =1,35;

К_у(кз) =7.

Теперь также необходимо выбрать аппарат защиты в линию к ЭП переменного тока. Например, для РП 1 следует выбрать:

I_н.р ?1,25*I_н ?1,25*6,4=8 А.

Из полученного результата для каждого из станков на РП 1 следует выбрать автоматические выключатели серии ВА-51-25 с номинальным током расцепителя 8 А.

Характеристики выключателя серии ВА-51-25:

U_н.а =380 В;

I_н.а =25 А;

Таблица 5 - Сводная ведомость электроснабжения электроприемников.

РП	Электроприемники	Аппараты защиты	Линия ЭСН
Название	Iн, А	№ позиции	Наименование	n	Рн, кВт	Iн, А	Тип	Iн.а, А	Iн.р, А	Ку (п)	Ку (кз)	Марка	Iдоп, А	L, м
РП 1	16						ВА-51-25	25	20	1,35	10	ВВГ 4х2,5	25	43
		1 - 3	Деревообрабатывающие станки	3	3,5	6,4	ВА-51-25	25	8	1,35	7	ВВГ 4х1,5	19	15
РП 2	9,7						ВА-51-25	25	12,5	1,35	10	ВВГ 4х1,5	19	33
		4 - 7	Заточные станки	4	1,6	2,93	ВА-51-25	25	4	1,2	14	ВВГ 4х1,5	19	21
РП 3	37						ВА-51-31	100	50	1,35	7	ВВГ 4х10	55	30
		8 - 11	Сверлильные станки	4	4,2	7,69	ВА-51-25	25	10	1,35	7	ВВГ 4х1,5	19	58
		12	Вентилятор вытяжной	1	3,2	5,86	ВА-51-25	25	8	1,35	7	ВВГ 4х1,5	19	6,5
		13	Вентилятор приточный	1	4,5	8,23	ВА-51-25	25	12,5	1,35	7	ВВГ 4х1,5	19	7
РП 4	30						ВА-51-31	100	40	1,35	7	ВВГ 4х6	42	23
		14 - 17	Сварочные агрегаты	4	5	9,15	ВА-51-25	25	12,5	1,35	7	ВВГ 4х1,5	19	24
РП 5	68						ВА-51-31	100	100	1,35	7	ВВГ 4х35	120	40
		18 - 21	Токарные станки	4	5,7	10,4	ВА-51-25	25	16	1,35	7	ВВГ 4х1,5	19	59
		22 - 25	Круглошлифовальные станки	4	6,5	11,9	ВА-51-25	25	16	1,35	7	ВВГ 4х1,5	19	59
РП 6	50						ВА-51-31	100	63	1,35	7	ВВГ 4х16	75	19
		26 - 28	Фрезерные станки	3	4,8	8,78	ВА-51-25	25	12,5	1,35	7	ВВГ 4х1,5	19	58
		34 - 38	Резьбонарезные станки	5	4,2	7,69	ВА-51-25	25	10	1,35	7	ВВГ 4х1,5	19	50
РП 7	19						ВА-51-25	25	25	1,35	10	ВВГ 4х2,5	25	37
		29 - 33	Болтонарезные станки	5	2,5	4,57	ВА-51-25	25	6,3	1,35	7	ВВГ 4х2,5	25	31

I_н.р =8 А;

К_у(п) =1,35;

К_у(кз) =7.

Теперь необходимо выбрать линии электроснабжения (ЭСН) с учетом соответствия аппаратам защиты согласно условию:

I_доп.?1,25*I_н.р; (20)

Например, для РП 1 условие выполняется следующим образом:

I_доп.?1,25*I_н.р ?1,25*20=25 А.

По специальным приложениям для скрытой прокладки на РП 1 в помещениях с нормальной зоной опасности и отсутствии механических повреждений выбираем кабель марки ВВГ 4х2,5.

После того как осуществлен расчет всех аппаратов защиты на распределительные пункты и к каждому электроприемнику, выбраны провода и их сечения, все расчётные данные заносим в таблицу 5 «Сводная ведомость электроснабжения электроприемников».

2.3 Расчет токов короткого замыкания

Рассчитать токи короткого замыкания (КЗ) - это значит:

ѕ по расчетной схеме составить схему замещения, выбрать точки короткого замыкания;

ѕ рассчитать все сопротивления;

ѕ определить в каждой выбранной точке 3-фазные, 2-фазные и 1-фазные точки короткого замыкания, затем заполнить «Сводную ведомость токов короткого замыкания».

Схема замещения представляет собой вариант расчетной схемы, в которой все элементы заменены сопротивлениями, а магнитные связи - электрическими. Точки короткого замыкания выбираются на ступенях распределения и на конечном электроприемнике.

Перед началом расчетов составляем расчетную схему, схему замещения, схему замещения упрощенную и наносим на них точки КЗ.

Теперь необходимо вычислить все сопротивления и нанести их на схему замещения. Сначала находим сопротивления для выбранной нами ВЛ марки АС 4х70/11 длиной L_с=4 км, I_доп=265 А:

Для выбранного провода принимаем удельное индуктивное сопротивление x₀=0,4 Ом/км;

Для определения емкостного сопротивления воспользуемся формулой:

X_с'= x₀*L_с; (21)

Например, в нашем случае емкостное реактивное сопротивление будет равным

X_с'=0,4*4=1,6 Ом;

При нахождении удельного активного сопротивления необходимо воспользоваться следующей формулой:

r₀=10³/?*S; (22)

где: ? - удельная проводимость материала.

Например, для нашей сети удельное активное сопротивление будет

r₀=10³/30*70=0,48 Ом/км;

Для нахождения емкостного активного сопротивления воспользуемся следующим равенством:

R_с= r₀* L_с; (23)

Например, для выбранной линии ВЛ оно составит

R_с'=0,48*4=1,92 Ом.



Рисунок 1 - схема сети: а) Расчетная схема электроснабжения; б) Схема замещения; в) Схема замещения упрощенная.

Теперь найденные нами сопротивления необходимо привести к НН, для этого воспользуемся следующими формулами:

R_с= R_с'*(U_нн/ U_вн)²; (24)

X_с= X_с'*(U_нн/ U_вн)²; (25)

Приведем полученные нами сопротивления и получим следующие результаты

R_с=1,92*(0,4/10)²=0,0031*10³=3,1 мОм;

X_с=1,6*(0,4/10)²*10³=2,56 мОм.

Далее необходимо выбрать из справочных данных сопротивления для трансформатора, в нашем случае они будут следующими:

R_т=16,6 мОм; X_т=41,7 мОм; Z_т⁽¹⁾=487 мОм.

После того как сопротивления для трансформатора выбраны, необходимо аналогичным образом из справочных данных найти сопротивления для выбранных аппаратов защиты, в моем варианте это следующие данные:

Для 1QF: R_1QF=0,5 мОм; X_1QF=0,63 мОм; R_п1QF=0,75 мОм.

Для 7QF: R_7QF=1,3 мОм; X_7QF=1,2 мОм; R_п7QF=0,75 мОм.

Для QF22: R_QF22=1,76 мОм; X_QF22=1,44 мОм; R_пQF22=0,42 мОм.

Теперь для кабельной линии (ВВГ 4х35 длиной 40 м.), идущей от трансформатора к распределительному пункту, находим по справочным данным необходимые нам сопротивления:

Для КЛ1 r₀'=0,53 мОм/м; x₀=0,088 мОм/м.

Так как в схеме три параллельных кабеля, то удельное активное сопротивление будет рассчитываться по формуле:

r₀=1/3* r₀' ; (26)

Например, для нашей кабельной линии сопротивление будет

r₀=1/3*0,53=0,18 мОм/м.

Узнав данные сопротивления можно рассчитать активное и реактивное сопротивления по следующим формулам соответственно:

R_кл1= r₀*L_кл1; (27)

X_кл1= x₀*L_кл1; (28)

где L_кл1 - длина кабельной линии от трансформатора до распределительного пункта.

Для нашей линии данные сопротивления равны следующим значениям:

R_кл1=0,18*40= 7,2 мОм;

X_кл1=0,088*40=3,52 мОм.

Для кабельной линии (ВВГ 4х1,5 длиной L_кл2=59 м.), идущей от распределительного пункта к электроприемнику, аналогичным образом вычисляем сопротивления, принимая r₀=12,3 мОм/м и x₀=0,126 мОм/м.

R_кл2=12,3*59=725 мОм;

X_кл2=0,126*59=7,44 мОм.

Далее необходимо по справочным данным выбрать сопротивления для ступеней распределения:

R_с1=15 мОм и R_с2=20 мОм.

Теперь упрощаем схему замещения вычисляя эквивалентные сопротивления на участках между точками КЗ и наносим их на схему.

Эквивалентные сопротивления вычисляются по следующим формулам:

R_э1= R_с+ R_т + R_1QF+ R_п1QF+ R_с1; (29)

X_э1= X_с+ X_т+ X_1QF; (30)

В нашем случае эквивалентные сопротивления до точки КЗ1 будут равны:

R_э1=3,1+16,6+0,5+0,75+15=35,95 мОм;

X_э1=2,56+41,7+0,63=44,89 мОм.

Аналогичным образом рассчитываем эквивалентные сопротивления для двух оставшихся частей:

R_э2=29,25 мОм и R_э3=727,2 мОм;

X_э2=4,72 мОм и X_э3=8,88 мОм.

Далее необходимо вычислить сопротивления до каждой точки КЗ и занести их в «Сводную ведомость токов КЗ», это делается по следующим формулам:

R_к1= R_э1; (31)

X_к1= X_э1; (32)

Z_к1=v( R_к1+ X_к1). (33)

где Z_к - полное сопротивление до точки КЗ.

Например, для моего варианта получается следующие значения сопротивлений:

R_к1=35,95 мОм; X_к1=44,89 мОм;

Z_к1=v(35,95²+44,89²)=57,53 мОм.

Для двух оставшихся точек аналогичным образом определяем данные сопротивления:

R_к2= R_э1+ R_э2=35,95+29,25=65,2 мОм;

X_к2= X_э1+ X_э2=44,89+4,72=49,61 мОм;

Z_к2=v(65,2²+49,61²)=81,9 мОм;

R_к3=65,2+727,2=792,4 мОм;

X_к3=49,61+8,88=58,5 мОм;

Z_к3=v(792,4²+58,5²)=794,6 мОм;

R_к1/ X_к1=0,82; R_к2/ X_к2=1,34; R_к3/ X_к3=13,5.

С помощью зависимости определяем ударный коэффициент К_у и коэффициент действующего значения ударного тока q:

К_у=F(R_к/ X_к); (34)

q=v(1+2(К_у-1)²); (35)

На моем примере ударные коэффициенты равны следующим значениям:

К_у1=F(0,82)=1,07;

К_у2=F(1,3)=1;

К_у3=F(13,5);

q₁=v(1+2(1,07-1)²)=1,0049; q₂= q₃=1.

Теперь зная полное сопротивление можно определить значения 3-фазных и 2-фазных токов короткого замыкания.

Для определения токов короткого замыкания используются следующие формулы:

а) Для определения 3-фазного тока КЗ, кА;

I_к⁽³⁾=U_к/v3*Z_к; (36)

Где U_к - линейное напряжение в точке КЗ, кВ;

Z_к - полное сопротивление до точки КЗ.

Например, в моем случае для распределительного пункта 5 для которого и велись расчеты 3-фазный ток короткого замыкания в первой точке будет равен:

I_к1⁽³⁾=(0,38*10³)/(1,73*57,53)=3,82 кА.

Аналогичным образом можем посчитать ток короткого замыкания для двух оставшихся точек:

I_к2⁽³⁾=(0,38*10³)/(1,73*81,9)=2,68 кА;

I_к3⁽³⁾=(0,38*10³)/(1,73*794,6)=0,28 кА.

б) Для определения 2-фазного тока КЗ, кА; воспользуемся следующей формулой:

I_к⁽²⁾=( v3/2)*I_к⁽³⁾; (37)

Например, для данного варианта 2-фазный ток короткого замыкания в первой точке КЗ будет равен:

I_к1⁽²⁾=0,87*3,82=3,32 кА.

По данной формуле определяем также 2-фазный ток короткого замыкания для двух оставшихся точек:

I_к2⁽²⁾=0,87*2,68=2,33 кА;

I_к3⁽²⁾=0,87*0,28=0,24 кА.

Теперь необходимо воспользоваться формулой для нахождения действующего значения ударного тока, которая имеет следующий вид:

I_ук=q* I_к⁽³⁾; (38)

В нашем примере значение действующего ударного тока в первой точке короткого замыкания имеет следующий вид:

I_ук1=1,0049*3,82=3,84 кА.

Для остальных точек этот параметр рассчитывается аналогично и равен:

I_ук2=1*2,68=2,68 кА;

I_ук3=1*0,28=0,28 кА.

Также необходимо рассчитать ударный ток в точках короткого замыкания, для этого воспользуемся следующей формулой:

i_у=v2*К_у*I_к⁽³⁾; (39)

Например, для нашей линии ударный ток в первой точке короткого замыкания будет равен:

i_у1=v2*1,07*3,82=5,8 кА.

Теперь в данной линии мы имеем возможность аналогичным образом рассчитать значения ударного тока для двух оставшихся точек короткого замыкания:

i_у2=1,41*1*2,68=3,8 кА;

i_у3=1,41*1*0,28=0,4 кА.

Для расчета 1-фазных токов короткого замыкания составляем схему замещения и определяем сопротивления.

Рисунок 2 - схема замещения для расчета 1-фазных токов КЗ.

Далее необходимо рассчитать сопротивления в кабельной линии, это можно выполнить с помощью следующих формул:

R_пкл=2r₀*L_кл; (40)

X_пкл=х₀*L_кл; (41)

Например, соответственно в моем случае данные сопротивления в первом участке кабельной линии равны:

R_пкл1=2*0,18*40=14,4 мОм;

X_пкл1=0,15*40=6 мОм.

Аналогично можно вычислить данные сопротивления на втором участке кабельной линии:

R_пкл2=2*12,3*59=1450 мОм;

X_пкл2=0,15*59=8,85 мОм.

Также теперь необходимо вычислить эквивалентные сопротивления, их можно рассчитать по формуле (29) и (30) соответственно.

Например, для моей кабельной линии данные сопротивления будут равны:

R_п2=15+14,4+0+20=49,4 мОм;

X_п2=6+0=6 мОм;

R_п3=49,4+1450=1499,4 мОм;

X_п3=6+8,85=14,85 мОм.

Далее можно рассчитать полные сопротивления по приведенной формуле:

Z_п=v( R_п²+ X_п²); (42)

Например, используя данную формулу находим полные сопротивления на всех трех участках короткого замыкания:

Z_п1=15 мОм;

Z_п2=v(49,4²+6²)=49,8 мОм;

Z_п3=v(1499,4²+14,85²)=1499,5 мОм.

Исходя из полученных данных, теперь можно используя формулу рассчитать 1-фазные токи короткого замыкания:

I_к⁽¹⁾=U_кф/Z_п+ (Z_т⁽¹⁾/3); (43)

Где U_кф - фазное напряжение в точке КЗ, кВ.

Теперь рассчитаем 1-фазные токи короткого замыкания в каждой из точек:

I_к1⁽¹⁾=(0,22*10³)/15+162,3=1,24 кА;

I_к2⁽¹⁾=(0,22*10³)/49,4+162,3=1,04 кА;

I_к3⁽¹⁾=(0,22*10³)/1499,4+162,3=0,14 кА.

Все рассчитанные результаты заносим в таблицу 6 - Сводная ведомость токов короткого замыкания.

Таблица 6 - Сводная ведомость токов короткого замыкания.

Точка КЗ	Rк, мОм	Xк, мОм	Zк, мОм	Rк/Xк	Kу	q	Iк(3), кА	iу, кА	I?(3), кА	Iк(2), кА	Zп, мОм	Iк(1), кА
К1	35,95	44,89	57,53	0,82	1,07	1,0049	3,82	5,8	3,84	3,32	15	1,24
К2	65,2	49,61	81,9	1,3	1	1	2,68	3,8	2,68	2,33	83,3	0,9
К3	792,4	58,5	794,6	13,5	1	1	0,28	0,4	0,28	0,24	1533,1	0,13

2.4 Проверка элементов цеховой сети

Проверка элементов цеховой сети включает в себя такие пункты как: проверка аппаратов защиты и проводников по токам короткого замыкания.

Согласно следующим условиям по токам короткого замыкания аппараты защиты проверяются:

- на надежность срабатывания

I_к⁽¹⁾?3*I_н.р.; (44)

В нашем случае согласно данному условию будут проверяться следующие аппараты защиты: 1QF; 7QF; QF22.

1QF: I_к1⁽¹⁾?3*I_н.р1QF; 1,24?0,75 - условие выполнено;

7QF: I_к2⁽¹⁾?3*I_н.р7QF; 1,04?0,3 - условие выполнено;

QF22: I_к3⁽¹⁾?3*I_н.рQF22; 0,14?0,048 - условие выполнено.

Исходя, из выполненных условий делаем вывод, что надежность срабатывания аппаратов защиты обеспечена;

- на отключающую способность

I_откл.?v2*I_ук⁽³⁾; (45)

Рассмотрим это условие на примере следующих аппаратов защиты: 1QF; 7QF; QF22.

1QF: I_откл1QF.?v2*I_ук1⁽³⁾; 15?5,44 - условие выполнено;

7QF: I_откл7QF.?v2*I_ук2⁽³⁾; 7?3,78 - условие выполнено;

QF22: I_{отклQF22.}?v2*I_ук3⁽³⁾; 3?0,39 - условие выполнено.

Так как все условия выполняются, значит, аппараты защиты при коротком замыкании отключаются не разрушаясь;

- на отстройку от пусковых токов. Учтено при выборе К₀ для I_у(кз) каждого аппарата защиты:

I_у(кз) ? I_п - для электроприемника;

I_у(кз) ? I_пик - для распределительного пункта.

Теперь необходимо проверить по токам короткого замыкания проводники, используемые в сети, это можно выполнить по следующим условиям. Они проверяются на:

- термическую стойкость

S_кл? S_кл.тс; (46)

S_кл.тс=б* I_к⁽³⁾ *vt_пр(1); (47)

где б - термический коэффициент, для меди принимается равный 6;

t_пр(1) - приведенное время действия тока короткого замыкания, выбирается по справочным материалам.

Рассмотрим данную проверку на двух кабельных линиях:

КЛ1 (ВВГ 4х35):

S_кл.тс=6*2,68*v3,5=30,06 мм².

4х35?30,06 мм² - условие выполнено.

КЛ2 (ВВГ 4х1,5):

S_кл.тс=6*0,14*v1,7=1,09 мм².

4х1,5?1,09 мм² - условие выполнено.

Исходя из того что все условия выполнены, делаем вывод что по термической стойкости кабельные линии удовлетворяют;

- на соответствие выбранному аппарату защиты. Учтено при выборе сечения проводника

I_доп.?К_зщI_у(п).

Выполненные проверки элементов электроснабжения показали их пригодность на всех режимах работы.

2.5 Расчет заземляющего устройства

Рассчитать заземляющее устройство (ЗУ) в электроустановках с изолированной нейтралью (ИН) - это значит:

- определить расчетный ток замыкания на землю (I_з) и сопротивление заземляющего устройства (R_зу);

I_з=(U_лэп*35*L_кл)/350; (48)

R_зу?125/ I_з; (49)

- выбрать электроды и рассчитать их сопротивление;

-уточнить число вертикальных электродов.

Определяем расчетное сопротивление одного вертикального электрода:

r_в=0,3*с*К_сез.в.; (50)

где К_сез.в - коэффициент сезонности, определяется по справочным данным.

с - удельное сопротивление грунта.

В моем случае сопротивление одного вертикального электрода будет, коэффициент сезонности принимается равным 1,3, а удельное сопротивление супеси равным 300 Ом*м:

r_в=0,3*300*1,3=117 Ом.

Теперь необходимо определить сопротивление заземляющего устройства и расчетный ток замыкания на землю, по формулам (49) и (48) соответственно:

I_з=(10*35*4)/350=4 А;

R_зу1?125/4=31,25 Ом.

Требуемое по НН R_зу2? 4 Ом на НН. Принимается R_зу2=4 Ом.

Но так как удельное сопротивление грунта с?100 Ом*м, то для расчета принимается

R_зу?4*(с/100); (51)

В нашем случае сопротивление заземляющего устройства будет

R_зу?4*(300/100)=12 Ом.

Далее необходимо определить количество вертикальных электродов:

- без учета экранирования (расчетное)

N'_в.р.= r_в/R_зу; (52)

На моем примере количество вертикальных электродов будет равно следующему значению

N'_в.р.=117/12=9,75. Принимаем N'_в.р.=10;

- с учетом экранирования

N_в.р.= N'_в.р./з_в; (53)

Где з_в - значение коэффициента использования электродов, выбирается по справочным материалам. В моем примере принимается равным 0,69.

N_в.р.=10/0,69=14,5. Принимаем N_в.р.=15.

Теперь необходимо разместить заземляющее устройство на плане, так как контурное заземляющее устройство закладывается на расстоянии не менее 1 м, то длина закладки по периметру равна следующему значению:

L_п=(А+2)*2+(В+2)*2; (54)

Периметр для закладки моего ЗУ будет иметь длину равную

L_п=(40+2)*2+(30+2)*2=148 м.

Расстояние между электродами уточняется с учетом формы объекта. По углам устанавливают по одному электроду, а оставшиеся - между ними.

Для равномерного распределения электродов окончательно принимаем N_в.р.=16, тогда

а_А=А'/n_а-1; (55)

а_В=В'/n_в-1; (56)

где а_А - расстояние между электродами по длине объекта, м;

а_В - расстояние между электродами по ширине объекта, м;

n_а - количество электродов по длине объекта;

n_в - количество электродов по ширине объекта.

В моем случае расстояния между электродами будет равно следующим значениям:

а_А=42/4=10,5 м;

а_В=32/4=8 м.

Теперь необходимо уточнить среднее значение отношения

(а/ L_в)_ср=0,5*( (а_А+ а_В)/3); (57)

Где L_в - длина электрода, м.

В моем случае уточненное значение будет равно следующему значению

(а/ L_в)_ср=0,5*( (10,5+8)/3)=3,08.

Тогда по справочным данным уточн...