Расчёт электрической сети постоянного тока

Классифика­ция электрических сетей осуществляется по различным признакам: величине напряжения, роду тока, числу фаз, числу каналов резерви­рования, конфигурации и т. п.

По роду тока электрические сети делятся на сети переменного и постоянного тока. В основном используются трёхфазные сети переменного тока промышленной частоты (50 Гц). Это позволяет осуществлять преобразование электроэнергии и передачу её на бальшие расстояния. В сетях переменного тока применяют однофазные ответвления к однофазным электроприёмникам. Для питания телекоммуникационного оборудования необходим постоянный ток, который получают из переменного тока с помощью выпрямительных устройств.

По уровню напряжения электрические сети делятся на сети с напряжением до 1000 В (низкого напряжения, низковольтные) и выше 1000 В (высокого напряжения, высоковольтные). В электрических внутренних сетях предприятий, как правило, используются напряжения до 1000 В (380/220, 660 и 1140 В). В системе внешнего электроснабжения предприятий наиболее распространёнными являются напряжения 6, 10 и 20 кВ [1].

По конструктивным признакам линии электропередач делят на воздушные, кабельные и токопроводы.

По режиму нейтрали электроустановки и электрические сети в системах электроснабжения могут быть с заземленной или изолированной нейтралью.

По структуре построения все сети подразделяются на радиальные, магистральные и радиально – магистральные (рисунок 2.6).

а) радиальная; б) магистральная; в) радиально-магистральная;

1 – распределительный пункт; 2 – магистральный токовод; 3 – распределительный токовод (рядовая проводка); 4 – автоматич. выключатели

Рисунок 2.6 – Структурные схемы сетей

Магистральная сеть осуществляет передачу энер­гии от источника к распределительным пунктам, а радиальная сеть – от пунктов распределения к потребителям.

По способу распределе­ния электроэнергии сети делят на централизованные и децентрализованные. При централизованном способе все источники подключены на общую шину центрального распределительного устройства (ЦРУ), как показано на рис. 2.7, а. От общей шины питание к потребите­лям передается по фидерам.

При выходе из строя одного из источ­ников потребители продолжают получать электроэнергию за счёт продолжающих работу источников. При наличии нескольких ис­точников, работающих на общую шину, надёжность

а) б)

Рисунок 2.7 – Способы распределения энергии

а) централизованный; б) децентрализованный

питания по­требителей достаточно высока. Преимущества централизованной схемы определяются концентрацией запаса мощности и ёмкости аккумуляторной батареи. Такая система менее чувствительна к локальным перегрузкам и даже выдерживает короткие замыкания, переходное сопротивление которых превышает некоторую величину, определяемую запасом выходной мощности системы электропитания. Увеличение времени автономности достигается простым отключением менее ответственных потребителей. Другим преимуществом централизованной схемы, построенной на базе мощных трёхфазных выпрямительных устройств, является исключение перегрузок нейтрального проводника на входе системы электропитания, что повышает надёжность всей сети электропитания, и, что существенно, не требует проведения работ по перекладке кабельных линий, по которым осуществляется энергоснабжение инженерного здания. Недостатком такой системы является более высокая по сравнению с децентрализованной системой вероятность локального отказа, выражающегося в отключении РЭА из–за неисправности разветвлённой выходной сети электропитания или выхода из строя одного из потребителей. Стоимость аппаратных средств централизованной системы при равной мощности и одинаковых схемотехнических решениях отдельных узлов, естественно, ниже по сравнению с децентрализованной системой. Однако, при выборе данной структуры необходимо учитывать стоимость возможной переделки сети электропитания в случае реконструкции действующей системы, а также необходимость выделения специального помещения и квалифицированного персонала. В децентрализованной системе каждый источник (И) подключается к одному ЦРУ_i (рисунок 2.2, б), от которого могут питаться и другие распределительные устройства. Для повышения надёжности предусматривается возможность соединения шин РУ между со­бой через контактор K. В случае выхода из строя одного из источников происходит соединение шин ЦРУ_i и все потребители получают питание за счет резерва мощности источника, продолжающего работу. Разновиднос­тью децентрализованного способа является раздельный способ, ког­да каждый источник питает лишь свою группу потребителей, подо­бранных по ряду параметров электропитания, например точности стабилизации напряжения. Возможности резервирования в данном случае резко ограничиваются. Наконец, радиально – магистральный способ предполагает совместное ис­пользование и централизованного, и децентрализованного спосо­бов распределения электроэнергии, когда часть источников работа­ет на общие шины, а другая часть – на собственные шины. При радиально – магистральном способе удается наилучшим образом использо­вать преимущество двух основных способов: централизованного и децентрализованного.

По конфигурации электрические сети делятся на разомкнутые, замкнутые и комбинированные. Разомкнутые сети характеризуются тем, что каждое РУi получает питание только от одного ЦРУ или РУ. Здесь возможны два варианта: РУ_i подключены параллельно к ЦРУ; РУ_I подключены последовательно к ЦРУ. Первый вариант соответствует радиальной разомкнутой схеме сети (рис. 2.8, а), а второй – магистральной разомкнутой схеме (рис. 2.8, б). В радиальных разомкнутых сетях легко осуществлять резервирование и селективность защиты.

а) б)

Рисунок 2.8 – Схемы разомкнутых сетей: а – радиальные, б – магистральные

В замкнутых сетях РУ получают питание одновременно от двух и более ЦРУ. Замкнутые сети, так же как и разомкнутые, могут быть радиальные и магистральные (рисунок 2.9). Замкнутые сети характеризуются большей надёжностью, чем разом­кнутые, особенно замкнутые магистральные. Однако замкнутые сети более сложны как по построению, так и по технической реализации.

а) б)

Рисунок 2.9 – Схемы замкнутых сетей: а – радиальные, б – магистральные

Комбинированные сети во многих случаях сочетают преимущество ра­зомкнутых и замкнутых сетей. Число каналов резервирования и на­дёжность сети в целом, кроме конфигурации, определяются также количеством источников и преобразователей электроэнергии. Наибольшее практическое применение получили разомкнутые радиальные и радиально – магистральные сети, которые просты по схемным реализациям и, в то же время, способны обеспечить требуемую надёжность при наличии каналов резервирования.

Обобщённая структурная схема магистральной проводки от ВУ представлена на рисунке 2.10.

Рисунок 2.10 – Схема магистральной проводки буферной схемы питания

Исходными данными для расчёта токораспределительной сети являются:

Ø – номинальное напряжение питающего оборудования;

Ø ёмкость АБ [ А·ч];

Ø напряжение на одном элементе аккумуляторной батареи (АБ);

Ø нагрузки отдельных питающих токопроводов, прокладываемых в линейном аппаратном цехе (ЛАЦ) от ВУ:

§ – ток основных цепей;

§ – ток цепей сигнализации;

§ – суммарный ток наиболее нагруженного ряда ЛАЦ; – максимальная нагрузка стойки ЛАЦ.

Дополнительными данными для размещения оборудования в производственных помещениях являются:

Ø длина проводки от выпрямителей до распределительного устройства (РУ);

Ø длина проводки от выхода РУ до точки ввода в ЛАЦ;

Ø длина проводки по ЛАЦ от точки ввода до дальнего ряда;

Ø длина проводки от аккумуляторной батареи до распределительного устройства;

Ø длина плюсовой рядовой шины;

Ø длина минусового провода до самой дальней стойки в ряду;

Ø падение напряжения в плюсовой рядовой шине.

Все длины даются для одного полюса питающей проводки. Расстояние между магистральными токопроводами должно быть не менее 50 мм [3, 4].

Для расчёта токораспределительной сети принимаем самый удалённый ряд от ВУ с максимальным током . Расчёт выполняется по алгоритму, схема которого приведена на рисунке 2.11.

Исходные данные выбираются из таблиц 1.1. и 1.2, кроме напряжения на одном элементе АБ (U_ЭЛ, В) и емкости АБ ( , А·ч), которые являются результатами расчета п.2.2.

Рисунок 2.11 – Алгоритм расчёта электрической сети

Блок 1. По заданному в таблице 1.1 значению суммарного тока ряда как ближайшее большее значение из таблицы 2.4 определяется сечение плюсовой шины рядовой проводки . Выпишите из таблицы все данные выбранной шины.

Таблица 2.4 – Индуктивность погонного метра рядовой проводки

шина, мм

Блок 2. Для выбранного сечения определяем величину индуктивности , где табличное значение (таблицы 2.4).

Блок 3. Рассчитываем длину магистрали по исходным данным таблицы 1.2:

.

Рассчитываем ориентировочную величину индуктивности магистральной проводки на участке от АБ до дальнего ряда ЛАЦ, приняв :

.

Из таблицы 2.5 определяем величину индуктивности подключений к автоматам (АВ) и к батарее (АБ):

; ; .

Таблица 2.5 – Индуктивности подключений

Индуктивность подключений	Обозначение	Величина, мкГн
- к батарейному автомату   - к нагрузочному автомату   - к аккумуляторной батарее		1,7   1,3   1,1

Определяем индуктивность АБ по таблице 2.6 в соответствие с напряжением на одном элементе (см. расчетное значение п.2.2).

Таблица 2.6 – Индуктивность АБ

Ёмкость АБ (С10), А·ч	Индуктивность, мкГн
UЭЛ = 2 В	UЭЛ = 6 В	UЭЛ = 12 В
менее 200	0,16	0,48	0,96
	0,186	0,558	1,116
	0,17	0,51	1,02
	0,154	0,462	0,924
	0,148	0,44	0,81
более 800	0,132	0,434	0,79

Рассчитывается число последовательных элементов АБ: и далее суммарная индуктивность:

Блок 4. Находим суммарную индуктивность токораспределительной сети:

.

Блок 5. Рассчитываем предельное значение тока короткого замыкания:

Если он превышает 1000 А , то ограничиваем его на этом уровне – 1000 А. Для дальнейших расчётов принимаем . [А]

Блок 6. Рассчитываем сопротивление цепи ”короткого замыкания”

Принимаем

Блок 7. Определяем сечение минусового провода от места подключения его к устройству защиты до последней стойки ряда:

,

где проводимость алюминия

исходное значение из таблицы 1.2.

Блоки 8,…,10. Если полученное значение (блок 8) то принимаем (блок 9), а необходимое сопротивление обеспечивается за счёт увеличения длины провода ( дополнительное сопротивление R_Д - блок 10).

Блок 11. Рассчитывается величина падения напряжения в минусовом проводе ряда для стойки с максимальной нагрузкой (исходные данные таблицы 1.1):

Блок 12. Рассчитываем число элементов АБ: и буферное напряжение, приняв : .

Рассчитываем потери в электрической сети: .

Определяем максимальные значения падений напряжения в устройствах коммутации по таблице 2.7 :

.

Таблица 2.7 – Максимальные значения падений напряжения в устройствах коммутации

Наименование коммутационной аппаратуры	Максимальное падение напряжения (при 100% нагрузке), В
Щит защиты	0,5
Шкаф водно-распределительный	0,5
Автоматические выключатели	0,15

Падение напряжения в плюсовой рядовой проводке принимается равным 0,1 В.

Далее рассчитываем допустимое падение напряжения в магистральной проводке:

.

Блок 13. Рассчитываем удельные потери ( на 1 погонный метр): .

Проверяем выполнение условия:

Блок 14. Рассчитываются моменты токов на один полюс и их сумма:

.

Рассчитывается падение напряжения в проводке на один полюс:

.

Далее производится расчёт сечений магистральной питающей проводки от ВУ по формуле:

.

По значениям выбирается ближайшее большее сечение шин по таблице П8 и выписывают его обозначение или кабель по справочной литературе [2].

Для выбранных шин находится индуктивность из таблицы П8. При одинаковых сечениях плюсовой и минусовой шин она считывается с диагонали таблицы иначе - выбирается на пересечении строки и столбца для каждой пары шин, для кабеля индуктивность рассчитывается по выражениям таблицы П8.

Уточняем фактическое падение напряжения на участке ВУ – шины ”– нагрузки”:

Рассчитываем остаток падения напряжения в одном полюсе:

Определяем сечение шин основной проводки ЛАЦ на участке от шины ” – нагрузки ” до дальнего ряда ЛАЦ: .

Подбираем стандартное сечение шин из таблицы П8.

Рассчитываем сечение шины на участке от шины ” – нагрузки ” до дальнего ряда ЛАЦ: .

Подбираем стандартное сечение шин из таблицы П8 или кабель по справочной литературе [2].

Определяем фактическое падение напряжения на участке от шин ” – нагрузки” до дальнего ряда ЛАЦ:

Проверяем ограничение падения напряжения в магистральной части ТРС : Где рассчитано в 3 – ем блоке. Если, условие не выполняется, то возвращаемся в блок 7.

Сечение шин в каждом полюсе на участке АБ до РУ принимаем равным сечения питающей проводки на участке от выпрямительных устройств до ” + ”, ” – ” нагрузки

Блок 15. Из таблицы П8 по сечению шин на пересечении горизонтальной и вертикальной колонок определяем на один погонный метр.

Рассчитываем индуктивность проводки на участке от АБ до РУ:

;

Из таблицы П8 определяем на один погонный метр на пересечении строки и столбца и рассчитываем индуктивность проводки на участке от шины нагрузки ВУ в выпрямительной до точки ввода в ЛАЦ: и индуктивность магистральной шины проводки по ЛАЦ: .

Другие индуктивности определены ранее: в блоке 2, ; ; и - в блоке 3.

Тогда суммарная индуктивность рассчитывается по формуле:

Блок 16. Проверяется выполнение соотношения[4]:

определен в блоке 5.

На этом расчёт токораспределительной сети постоянного тока закончен.

2.7 Функциональная схема системы электропитания.

Составляем функциональную схему системы электропитания и перечень элементов с указанием типов всех, используемых устройств.

3. Литература

1. Воробьёв А.Ю.. Электроснабжение компьютерных и телекоммуникационных систем. – М.: Эко–Трендз, 2003. – 280 с.

2. Алиев И.И. Электротехнический справочник. – 4-е изд. испр. - М: ИП Радио Софт. – 2006. - 384 с. ил..

3. ВСН 332 – 93. Ведомственные строительные нормы “Инструкции по проектированию электроустановок предприятий, проводного вещания, радиовещания и телевидения”, стандарт отрасли.

4. РД 45.063–99. Установки питания и оборудование, входящее в их состав, для Взаимоувязанной сети связи России. Технические требования. – М.: Госстандарт, 2000.

5. Электропитание устройств и систем телекоммуникаций: Учебное пособие для вузов / В.М. Бушуев, В.А. Деминский, Л.Ф. Захаров и др. – М.: Горячая линия – Телеком, 2009. – 384с.

6. Справочник по проектированию электрических сетей и электрооборудования / Под ред. В.И. Круповича и др. М.: Энергоиздат, 1981.

Приложения

Рисунок П1 – Форма перечня элементов

Таблица П 1 - Электрические параметры аккумуляторов при 10 часовом режиме разряда

Изготовитель, марка	ТИП	Технология	Напряжение, В	Емкость, С10, А×ч
HAWKER, PHE BVS	6SC4	Электролит сорбирован в сепараторе
6SC10
12SC24
12SC40
HAWKER, POWER Safer	12V20	С рекомбинацией газа и предохранительным клапаном
12V57
12V80
8V100F
4V105
6V105
4V155
6V155
2V200
4V230
2V275
2V320
2V460
2V500
4V525
6V525
2V915
2V1575
2V1770
12VE50
12VE90
6VE140
2VE170
6VE180
2VE310
2VE450
2VE540
6MLTC100
6MLTC150
3MLTC200
3MLTC250
3MLTC300

Окончание таблицы П 1

Изготовитель, марка	ТИП	Технология	Напряжение, В	Емкость, С10, А×ч
HAWKER, ESPACE RG	12RG24	С микропористым сепаратором, рекомбинацией газа и предохранительным клапаном
12RG40
12RG70
6RG70
12RG85
6RG110
2RG135
6RG140
2RG200
2RG250
2RG310
2RG400
2RG450
2RG550
ESPACE HI	12HI20	Герметизированные, с рекомбинацией газа и предохранительным клапаном
12HI40
12HI60
6HI60
6HI100
2HI120
6HI130
2HI200
2HI275
2HI400
2HI500
COSLIGHT GFM (Z)	6GFM50С	Герметизированные, с рекомбинацией газа и предохранительным клапаном
6GFM80С
6GFM120С
6GFM200
GFM200Z
GFM300Z
GFM500Z
GFM800Z
GFM1300Z
GFM2000Z
GFM3000Z
GFM3900Z

Таблица П 2 – Технические характеристики выпрямительных устройств

Тип, изготовитель	Модель	Количество параллельно работающих модулей в одном ВУ	Напряжение, В	Максимальный выходной ток, А (ток одного модуля)
MPSU “OLDAM” h³91% d£1% cosj=0,98	MPSU 4000 цифровой контроль	1…4		148(37)
	83(21)
	66(17)
PRS “OLDAM” h³91% d£1% cosj=0,98	PRS I цифровой контроль	1…7		260(37)
	144(21)
	116(17)
PRS II цифровой контроль	1…14		520(37)
	288(21)
	232(17)
PRS III цифровой контроль	1…21		780(37)
	432(21)
	348(17)
ИБП “Связь инжиниринг” d£1%	ИБП-1 аналоговая аппаратура контроля	3,4,6,7		308(44)
2,3,4,8,9,12		264(22)
2,3,4,6,8,9		171(19)
ИБП “Связь инжиниринг” d£1%	ИБП-3 цифровой контроль h»88% cosj=0,8	3,4,9		396(44)
2,3,4,9,12,18,24		528(22)
3,4,7,9		171(19)
ИБП-4 цифровой контроль h»91% cosj=0,99	3,6,9,12		1200(100)
3,6,9,12		600(50)
3,6,9,12		480(40)
ИБП-5 цифровой контроль h»88% cosj=0,8	4,6		132(22)
4,6		66(11)
4,6		54(9)

Окончание таблицы П 2

Тип, изготовитель	Модель	Количество параллельно работающих модулей в одном выпрямителе	Напряжение, В	Максимальный выходной ток, А (ток одного модуля)
УЭПС, СУЭП ОАО “Юрьев-Польский завод “Промсвязь” h»85% cosj=0,95 d=2%	УЭПС - 2	1…4		60(15)
1…4		80(20)
1…6		120(20)
1…3		60(20)
1…3		120(40)
1…5		200(40)
1…10		400(40)
СУЭП - 2	1…12		300(25)
1…8		200(25)
1…12		360(30)
1…8		240(30)
1…4		120(30)

Примечание

Выходные напряжения промышленных выпрямителей могут регулироваться в пределах не менее чем на ±10% от номинального U_НОМ.

Таблица П 3 – Допустимые токовые нагрузки медных четырёхжильных кабелей на напряжение до 1 кВ

Сечение основной жилы, мм2	Сопротивление одной жилы постоянному току, Ом/км	Допустимый ток, А
Кабели в свинцовой или аллюминиевой оболочке, прокладываемые в земле ВБбШВ ; ВБбШП СБВ	Кабели в свинцовой оболочке, прокладываемые на воздухе СБШВ ; СБГ СБ2Л;СРБГ
	4,7
	3,11
	1,84
	1,16
	0,734
	0,529
	0,391
	0,27
	0,195
	0,154
	0,126
	0,100

Таблица П 4 – Типовые шинопроводы

Тип шинопроводы	Номинальный ток, А	Сопротивление на фазу, Ом/км	Тип шинопроводы	Номинальный ток, А	Сопротивление на фазу, Ом/км
ШМА 73		0,031	ШРА У		0,085
ШМА 68Н		0,027	ШРА 73		0,2
	0,013	ШРМ 75		0,75
ШРА 74		0,15	ШЗМ 16		0,018
	0,14

Примечание. Широкое применение в системах электроснабжения находят четырёхжильные силовые кабели, которые имеют сечение токопроводящих жил от 4 до 185 мм² и изготавливаются на напряжения до 1 кВ. Четвёртая жила является заземляющей или зануляющей. Она может иметь одинаковые с фазным жилами сечение для кабелей сечением до 120мм² или уменьшенное сечение. На рис. П2 изображено сечение четырехжильного кабеля с секторными жилами.

Рисунок П 2 – Сечение четырёхжильного кабеля

Буквенные обозначения в маркировке кабелей с медными жилами приведены ниже. Они определяются конструкцией брони, изоляцией и защитными покровами.

Б – броня из двух спальных лент с антикоррозионным защитным покровом;

Б_Н – тоже с негорючим защитным покровом;

Г – отсутствие защитных покровов поверх брони или оболочки;

Л(2Л) – в подушке под бронёй имеется слой (два слоя) из пластмассовых лент;

В(П) – в подушке под бронёй имеется шланг из поливинилхлорида (полиэтилена);

Ш_В (Ш_п) – защитный покров в виде шланга (оболочки) из поливинилхлорида (полиэтилена);

К – броня из круглых оцинкованных стальных проволок, поверх которых наложен защитный покров;

Н – не горючий покров;

П – броня из оцинкованных плоских проволок, поверх которых наложен защитный покров;

C – свинцовая оболочка;

В – изоляция или оболочка из поливинилхлорида;

П – изоляция или оболочка из полиэтилена;

Бб – броня из профилированной стальной ленты;

Р – резиновая изоляция.

Шинопроводы магистральные марки ШМА собраны из прямоугольных алюминиевых шин, изолированных друг от друга, расположенных вертикально и зажатых между специальными изоляторами внутри перфорированного корпуса. Число шин – 3,4 или 6. Они предназначены для четырёхпроводных сетей с глухозаземлённой нейтралью. Шинопроводы распределительные марок ШРА и ШРМ используются для передачи и распределения электроэнергии с возможностью непосредсвенного присоединения к ним электроприёмников в системах с глухозаземленной нейтралью при напряжении 220/380 В. Шинопровод типа ШРМ выполнен медными шинами.

Таблица П 5 – Характеристики автоматических выключателей

Тип	Номинальный ток, А	Количество полюсов, шт.	Номинальное рабочее напряжение, 50/60 Гц, В	Замыкающая способность, кА	Число переключений при номинальной нагрузке
ВА 69-29 (ГОСТ50345-99)	2,4,6,10,16 20,25,32,40
50,63
ВА 69-100 (ГОСТ50345-99)			230/400		_
DPX – 125 (фирма Legrand)	16,25,40,63,100	1,3,4	500 В ~ 250 В =		8500 механ. 4500 электр.
DPX 160	25,40,63,100	3,4	500 В ~ 250 В =
DPX 250	25,40,63,100 160,250	3,4	690 В ~ 250 В =
DPX 400	250,320,400	3,4	690 В ~ 250 В =
DPX 630	160,250,400,630	3,4	690 В ~
DPX 1250	500,630,800 1000,1250	3,4	690 В ~ 250 В =		_
DPX 1600	630,800,1250,	3,4	690 В ~		_

Таблица П6 - Формулы для расчёта индуктивности

Схема поперечного сечения	Формула	Примечание
		Индуктивность прямолинейного провода кругового сечения. Провод обратного направления проложен по другой трассе на значительном расстоянии.
		Индуктивность прямолинейного провода прямоугольного сечения. Провод обратного направления проложен по другой трассе на значительном расстоянии.
		Индуктивность проводки для системы шина-кабель.
	Значения f приведены в таблице П2. При по формуле:	Индуктивность проводки для системы из двух шин одинаковых размеров при любых соотношениях параметров шин и расстояния между ними.
		Индуктивность проводки для системы из двух шин разных размеров.
	Наши рекомендации Электрической цепи постоянного тока Задача № 2.Расчёт разветвленной линейной электрической цепи постоянного тока с несколькими источниками Задача №1. Расчёт линейной электрической цепи постоянного тока Расчет линейной электрической цепи постоянного тока Методические рекомендации. Расчет электрической цепи постоянного тока состоит в определении неизвестных токов в Расчет электрической цепи пОСТОЯнного тока Расчет электрической цепи постоянного тока Расчет электрической цепи постоянного тока Исследование электрической машины постоянного тока Расчет линейной электрической цепи постоянного тока ← Предыдущая страница | Следующая страница →