Расчет освещенности автодороги (ж.д.тупика) точечным методом 2 страница

Окончательно принимаем большое расчетное сечение ЛЭП. При этом учитывать условие механической прочности по /1, табл. 6.4/

2.8.3. Определяем сечение ЛЭП для запитки низковольтных электроприемников (буровых станков, водоотлива и т.п.)

q Определяем расчетный ток нагрузки с низкой стороны

I_расч.н/в = , А

По этому расчетному току I_расч.н/в принимаем по /2, т.18/ гибкий кабель КРПТН с I_доп При этом должно соблюдаться условие

I_расч н/в ≤ I_доп

q Определяем расчетный ток нагрузки с высокой стороны

I_расч в/б = , А,

где К_т – коэффициент трансформации, К_т = .

По I_расч.в/в и условиям механической прочности принимаем провод марки А или АС по /2, табл. 15/ для отпайки к буровому станку или др.. Должно соблюдаться условие, что I_расч.в/в ≤ I_доп.

2.8.4. Определяем сечение ВЛ от которой запитываются все потребители участка (фидерная линия)

I_расч.ф. = I_{Л1 расч} + I_Л2расч + … + I_Лnрасч , А,

I_расч.ф =

По I_расч.ф., механической прочности принимаем провод по /2, т. 15/ с условием, что I_расч.ф.≤ I_доп. выбранное сечение проверим по экономической точности тока

S_min = , мм². /1, с. 262/

где j_ж – экономическая плотность тока, А/мм, принимаем по /2, табл.23-24/

Окончательно принимаем провод большего сечения. При выборе сечения ВЛ и гибкого кабеля необходимо учитывать условия механической прочности минимального сечения по /1, табл. 6.4/

2.8.5. Проверка выбранных сечений ЛЭП по допустимой потере напряжения

Параметры сети должны быть выбраны так, чтобы обеспечивался подвод к двигателям номинального напряжения в номинальном и пусковом режимах.

При нормальном и пусковом режимах разрешается проверить фактическое направление на зажимах наиболее удаленного мощного потребителя. Если напряжение у данного потребителя будет в пределах допустимого, то у других потребителей оно также будет в пределах допустимых значений /1, с. 263/

2.8.5.1. Нормальный режим

Фактическое напряжение на зажимах двигателя в нормальном режиме работы определяется следующим образом:

U₂ = U - ∆U, В /1, с. 263/

где U₁ – напряжение в начале участка сети, В,

∆U – потеря напряжения, В.

На каждом отдельном участке потеря напряжения определяется током нагрузки и сопротивлением этого участка.

За расчетную величину потери напряжения принимается сумма потерь напряжения во всех элементах сети от источника питания до самого удаленного электроприемника:

∆U_расч = ∆U_т + ∆U_вл + ∆U_кл, В /1, с. 265/

При расчете ВЛ и КЛ на потерю напряжения необходимо соблюдать следующие условия, что

∆U_расч ≤ ∆U_доп. ; ∆U_расч % ≤ ∆U_доп. %

∆U% =

1) Потери напряжения в силовом трансформаторе

∆U_Т = , В /2, с. 153/

где R_Т = - активное сопротивление вторичной обмотки

трансформатора, Ом /2, с. 154/

Х_Т = - индуктивное сопротивление вторичной обмотки
трансформатора, Ом /2, с. 154/

∆Р_к – потери в обмотках трансформатора при к.з., кВт;

∆U_к% - напряжение к.з. трансформатора;

U_н – номинальное напряжение вторичной обмотки трансформатора, кВ;

I_расч.т – расчетный ток на участке трансформатора, А;

Сosφ_т – средневзвешенный коэффициент мощности на участке.

Можно потери напряжения в трансформаторе определить и так:

∆U_к% = β (∆U_а% · cosφ + ∆U_p% · sinφ) \1, с. 265\

где β – коэффициент нагрузки трансформатора β= ;

∆U_a% = - активная составляющая потерь напряжения при
номинальной нагрузке трансформатора;

∆U_p% = - реактивная составляющая потери
напряжения в трансформаторе при номинальной нагрузке

Суммарные потери напряжения в номинальном режиме до самого мощного и удаленного электродвигателя не должны превышать допустимых, т.е. ∆U_расч ≤ ∆U_доп, или в % выражении: ∆U_расч.% ≤ ∆ U_доп.%; ∆ U_доп% ≤ U_н в нормальном режиме /2, табл. 25/

2) Потери напряжения в ЛЭП, нагрузка которой сосредоточена в конце:

∆U_ЛЭП = , В, /1, с. 265/

где l – длина КП или ВЛ, или отдельного ее участка, км;

r_o – удельное индуктивное сопротивление ЛЭП, Ом/км;

I_расч – расчетный ток, проходящий по данному участку, А;

Cos φ – коэффициент мощности приемника, принимаем по /2, табл. 21/;

r_o, x_o – принимаем согласно выбранному проводу и гибкому кабелю
/п.9.2; 9.3/ по /2, табл. 1, 2, 3, 4/

2.8.5.2. Пусковой режим

Для проверки параметров сети в пусковом режиме принимаем условно такие состояния, когда наиболее мощный электродвигатель на участке линии запускается, а остальные уже работают в нормальном режиме.

В этом случае фактическое напряжение на зажимах запускаемого электродвигателя должно быть не менее минимально допустимого, т.е.

U_дв ≥ U_{доп. мин}

Величина минимально-допускаемого напряжения при пуске зависит от типа электродвигателя и его параметров. Если учитывать кратковременность пускового режима, остаточное напряжение на зажимах источника питания должно быть не менее следующих значений:

1. при совместном питании силовых и осветительных сетей – от общих трансформаторов при частных или затяжных пусках не ниже 0,9 U_н (∆U ≤ 0,1 U_н)

при редких и незатяжных пусках 0,8 U_н (∆U ≤ 0,1 U_н)

2. при раздельном питании силовых и осветительных сетей – не ниже

0,8 U_н (∆U_доп ≤ 0,2 U_н) независимо от частоты и длительности пусков.

Фактическое напряжение на зажимах АД; СД в момент пуска определяется по формуле:

U_n = U₁ – (∆U_n + Σ∆U_ост), В /2, с. 96/

где U_n – напряжение на зажимах двигателя и момент пуска, В;

U₁ – напряжение на шинах питающего центра, к которому подключен
двигатель, В;

∆U_n – дополнительная потеря напряжения от источника питания до зажимов
двигателя от пускового тока, В;

Σ∆U_ост – потери напряжения при нормальной работе оставшихся
потребителей, В.

Потери напряжения от пускового тока определяются по формуле:

∆U_n = , В,

где I_n = (5÷7) – пусковой ток электродвигателя с короткозамкнутым ротором, А;

ΣR_n; ΣX_n – сумма активных и индуктивных сопротивлений от источника
питания до пускового двигателя, Ом;

Cos φ_n, Sinφ_n – значения, соответствующие пусковому режиму, принимаются по /2, табл. 32/. Если назначения неизвестны для АД и СД (с асинхронным запуском), то среднее значение их можно принимать равным Сosφ_n = 0,35; Sin φ_n = 0,94.

Сопротивления цепи от источников питания (шин ГПП или ПКТП) до ввода двигателя при его запуске определяем таким образом:

ΣR_n = R_тр + R_вл + R_кл, Ом,

R_тр = , Ом

R_вл = r_o · l_вл; Ом; R_кл = , Ом

ΣX_n = X_тр + Х_вл + Х_кл, Ом.

Х_тр = , Ом; х = х_о · l; Ом.

Если на данном фидере кроме запускаемого эл.двигателя имеются другие электроприемники, то потерю напряжения определяем по выражению (без расчетного тока запускаемого двигателя)

∆U_ост = , В

После этого определяем суммарную величину потерь напряжения. Если она получится меньше допустимого значения, то к установке принимают сечения кабелей, выбранные по токовой нагрузке. В противном случае увеличивают сечения кабелей и проводов, исходя из допустимой потери напряжения в сети.

Величина минимально допустимого напряжения на зажимах электродвигателя

U_min = , В

где - перегрузочная способность по моменту (берется из
справочника)

фактическое напряжение на зажимах сетевого экскаватора

U_ф.н. = 6000 – (∆U_n + U_ост), В

Условие надежной работы эл. двигателя при расчетной потере

U_ф.н. > U_min.

Расчеты обычно ведутся по самому длинному фидеру и нагруженному. Если электроснабжение по этому фидеру мы рассчитываем под существующие нормы, то другие короткие фидеры также должны отвечать нормам потерь напряжения и нормам заземления. Расчеты можно сократить, рассчитывая электроснабжение до самого мощного и удаленного электроприемника.

Пример расчета потери напряжения

Рассчитывать потерю напряжения до удаленного и мощного электроприемника ЭШ-10/70. Схема и данные приведены ниже

ТМ-1000-35/6 ПКПТ-6/0,4

U_к% = 5,5% ТМ-400

Р_кз = 15 кВт U_к% = 4,5%

Р_к.з. = 4 кВт

ЭШ-10/70: Р_АВСД = 1250 кВт, S_тсн = 250 кВт Cosφ_АВ = 0,92 /опер/

η_В = 0,9

2СБШ-200: Р_АВ = 320 кВт, Cosφ_АВ = 0,92 η = 0,9

Решение:

1. Определяем потерю напряжения в нормальном режиме до ЭШ-10/70

1.1. Определим потери напряжения в силовом трансформаторе на ГПП:

∆U_тр = ; В

где I_ф = I_ЭШ = I_б.ст – общий расчетный ток фидера, А.

Определим расчетные токи I_ЭШ и I_б.ст по п. 2.9.2.

I_эш = , А

I_а.дв = , А

I_а.т. = = 11,8, А

I_р.дв. = I_а.дв · tgφ_дв ; tgφ_дв = - 0,4245, для cosφ_дв = 0,92; φ_дв = 23°

а · tg 23° = - 0,4245, т.к. cosφ – опережающий

I_р.т. = I_а.т. · tgφ_T = 11,8 · 1,018 = 12,0 А, tgφ_T – по cosφ_т = 0,7;

φ_т = 45°30’ tg 45°30’ = 1,018

I_ЭШ = = 98 А.

Определяем расчетный ток бурового станка с низковольтной стороны:

= 302 А

Определяем расчетный ток б/ст с высоковольтной стороны

где К_т = - коэффициент трансформации

Расчетный ток фидера I_ф = 98 + 20,1 = 118,1 А

Определим сопротивления трансформатора

где Cosφ_T = 0,9 Sinφ_T = 0,42 – принимать при расчетах /2, с. 10/

1.2. Определим потерю напряжения на ЛЭП

∆U₁ = √3 · I_ф · l₁ (r₀ · cosφ + x₀ · sin φ), В

где r₀ = 0, 46 Ом/км; х₀ = 0,315 Ом/км для провода А 70 по /2, табл.1.2/

∆U₁ = √3 · 118,1 · 0,7 · (0,46 · 0,9 + 0,315 · 0,42) = 77,8 В.

∆U₂ = √3 · I_ЭШ · l₂ (r₀ ·Cos φ + x₀ · sin φ) =

= √3 · 98 · 0,4 (0,46 · 0,9 + 0,315 · 0,42) = 92,2 В.

1.3. Определим потерю напряжения в кабеле марки КРЭ при помощи которого записывается ЭШ

∆U_кл = √3 · I_ЭШ · l_кл (r_0кл · cos φ + x_{0 кл} · sin φ), В

где r_{0 кл} = 0,37 Ом/км; х_{0 кл} = 0,083 Ом/км, для кабеля марки КРЭ

3 х 50 + 1 х 16 по /2, табл. 3,4/

∆U_кл = √3 · 98 · 0,3 (0,37 · 0,9 + 0,083 · 0,42) = 18,5 В

1.4. Суммарная потеря напряжения определится

∆U_норм = 99,7 + 77,8 + 92,2 + 18,5 = 287,3 В

∆U_норм% = ,

что соответствует требованиям ПТБ и ПТЭ

2. Определить потерю напряжения в момент запуска ЭШ-10/70А, остальные электроприемники в это время работают в нормальном режиме.

U_n = U_H – (∆U_n + Σ∆U_ост), В.

Определим потерю напряжения от пускового тока

∆U_n = √3 · I_n (ΣR_n · Cosφ_n + Σх_n · Sin φ_n);

Пусковой ток сетевого электродвигателя ЭШ-10/70 с асинхронным запуском определим по выражению:

I_n = 5 · I_H, А

Номинальный ток сетевого двигателя ЭШ-10/70

I_Н = , А

I_n = 5 · 145,4 = 727,0 А

Сопротивление цепи при пуске ЭШ-10/70 А

ΣR_n = R_тр + R_вл1 + R_вл2 + R_кл, Ом

R_т.1 = 0,54 Ом

R_вл1 = V₀ · l_вл1 = 0,46 · 0,7 = 0,322 Ом; R_вл2 = 0,46 · 0,4 = 0,181 Ом;

R_кл = V_0кл · l_кл = 0,32 · 0,3 = 0,111 Ом

ΣR_л = 0,322 + 0,181 + 0,111 = 0,614 Ом

ΣХ_n = X_тр + Х_вл1 + Х_вл2 + Х_кл , Ом

Х_тр = , Ом

Х_вл1 = Х₀ ·l_вл = 0,315 · 0,7 = 0,2205 Ом;

Х_вл2 = 0,315 · 0,4 = 0,126 Ом

Х_кл = 0,083 · 0,3 = 0,0249 Ом.

ΣХ_n = 0,2205 + 0,126 + 0,0249 = 0,3714 Ом.

Подставляя все найденные значения в формулу ∆U_n, находим

∆U_n = √3 · 727,0 (0,614 · 0,35 + 0,3714 · 0,94) = 709 В.

Определим потерю напряжения оставшихся электроприемников 2СБШ-200

∆U_ост = √3 · I_бс (ΣR_ост · Cos φ + ΣX_ост · Sin φ), В I_{бс вв} = 20,1

ΣR_ост = R_тр1 + R_вл1 + R_вл3 + R_тр2, Ом

R_тр = 0,54 Ом, R_вл1 = r₀ · l_вл1 = 0,46 · 0,7 = 0,322 Ом, R_вл3 = 0,46 · 0,1 = 0,046 Ом

= 0,90 м

Σ Р_ост = 0,54 + 0,322 + 0,046 + 0,9 = 1,806 Ом,

ΣХ_ост = Х_тр1 + Х_вл1 + Х_вл3 + Х_тр2, Ом

Х_тр1 = 0,198 Ом; Х_вл1 = Х_о · l_вл1 = 0,315 · 0,7 = 0,2205 Ом

Х_вл2 = 0,315 · 0,1 = 0,0315 Ом;

Х_тр2 = 0,405 Ом

ΣХ_ост = 0,198 + 0,2205 + 0,0315 + 0,405 = 0,855

Подставляя все значения в формулу ∆U_ост, находим

∆U_ост = √3 · 20,1 (1,806 · 0,9 + 0,855 · 0,42) = 69 В.

Определим потерю мощности в момент запуска сетевого электродвигателя ЭШ-10/70

U_n = 6300 – (709 + 69) = 5522 В.

что допустимо требованиями ПТБ и ПТЭ.

Определим величину минимально допустимого напряжения на зажимах сетевого эл.двигателя ЭШ

В

= 3 по справочнику Светличного

Фактическое напряжение на зажимах сетевика

U_ф.н. = 6000 – (709 + 69) = 5222 В.

Должно быть так, чтобы U_ф.н. ≥ U_min, у нас 5222 > 3640 В, что также допустимо.

2.9. Расчет токов короткого замыкания

Вычисление токов короткого замыкания производим для:

· сопоставления и выбора наиболее рационального варианта построения схемы электроснабжения;

· определения условий работы потребителей при аварийных режимах;

· выбор и проверка электрических аппаратов, шин, изоляторов, силовых кабелей и т.д.

· проектирования и настройки устройств релейной защиты и автоматики;

· проектирования защитных заземлений;

· выбора средств ограничения т.к.з.

· анализа происходящих аварий

2.9.1. Расчет токов к.з. высоковольтных сетей.

В проектной эксплуатационной практике общепринятым является расчет токов к.з. методом относительных единиц (или процентный метод).

При расчетах токов к.з. в сетях, питающихся от источника тока неограниченной (бесконечной) мощности, таковы наши энергосистемы активными емкостными сопротивлениями пренебрегают, а учитывают только индуктивные сопротивления отдельных элементов коротко замкнутой цепи, если Х_рез ≥ 1/3 r_рез /1, с.135/

Порядок расчета токов к.з.

1. Вычерчивается расчетная схема электроснабжения участка согласно п. 4 + 7, на схеме наносится мощность источников питания, базисные напряжения V_б1, V_б2, V_б3, Р_к, V_к 3 % силовых трансформаторов длина воздушных ЛЭП и гибких кабелей; предоставляются наиболее вероятные точки к.з.

1.1. Точки к.з. представляемые перед приключательными типа ЯКНО-6 и РВНО-6 и ПКТП – необходимы для выбора в оборудовании данных ЯКНО-6 и ПКТП.

1.2. Точки к.з. проставляемые перед электроприемниками необходимы для настройки и проверки максимально-токовых защит длинных ЯКНО-6 и ПКТП (после ЯКНО и ПКТП)

2. Составляющая схема замещения, где каждый элемент расчетной схемы заменяется элементом сопротивления, с проставлением точек к

3. Выбирают или задаются безопасными условиями.

4. Определяют относительные сопротивления, приведенные к базисным условиям, отдельных элементов схемы замещения.

5. Определяют результирующее (суммарное) относительное сопротивление до какой-то расчетной точки к.з.

6. Определяют токи и мощность в точке к.з.

2.9.1.1. Определение относительных сопротивлений элементов схемы.

По режиму работы энергосистемы, соединительной ЛЭП, вплоть до шин ГПП может быть учтено как сопротивление системы – Х_с. Для его определения необходимо одну из трех величин

1. Мощность к.з. на шинах ГПП – S_к.з., МВ·А;

2. Действующее значение устанавливающегося т.к.з. – I ∞, кА;

3. Индуктивное сопротивление системы – Х_с.

Чаще берут установившийся ток к.з. I∞, который принимается по данным энергослужбы на стороне 37 кВ на наших ГПП.

1. Определяем относительное сопротивление всей системы

, /2, с. 15/

где S_б – базисная мощность, мВа

S_к.з.­ – мощность к.з. на шинах ГПП-37 кВ, по данным энергослужбы, мВа

Базисная мощность, величина которой принимается за условную единицу. За базисную мощность принимают удобную для расчета величину 100, 1000 мВа или номинальную мощность одного из источников питания (системы, электростанции или питающего трансформатора).

Мощность к.з. определяется по выражению

S_к.з. = √3 · V_б · I∞, мВа,

где V_б – базисное напряжение в точке к.з., кВ.

Базисное (расчетное) напряжение каждой ступени согласно ПУЭ принимается на 5% выше номинального по следующей шкале: 0,23; 0,4; 0,69; 6,3; 10,5; 20,0; 37; 115; 154; 230 кВ.

2. трансформатор двухобмоточный

,

где V_к.з.% - напряжение к.з. силового трансформатора, %;

S_н – номинальная мощность силового трансформатора, мВа

Если S_н < 630 кВа, то с учетом активного сопротивления приведенное к базисным условиям индуктивное сопротивление определяют:

, /2, с. 10/

где V_к^* = 0,01 · V_к.з.%

R_тр^* = ∆Р_м - активное сопротивление обмоток трансформатора отнесенное к номинальной мощности;

∆Р_м - потери в обмотках, кВт, принимаются по справочнику /6, табл. 6.20/

3. реакторы

, /2, с. 13/

где Х_р – реактивное сопротивление реактора в процентах от номинальных
условий /6, с. 245/

I_H; V_H - номинальный ток и напряжение реактора, кА, А.

4. Линии электропередач

Индуктивное и активное сопротивление ЛЭП, приведенные к базисным условиям определяют по формулам:

, /2, с. 14/

где Х_о – удельное реактивное сопротивление линии, Ом/км;

l_б - длина линии ЛЭП, км.

2.9.1.2. Расчет токов и мощности к.з.

1/ Определяем базисный ток

I_б = , кА /2, с. 18/

2/ Определяем установившееся значение токов к.з.

I∞ = I_к⁽³⁾ = , кА

где ΣХ_к^* - суммарное относительное реактивное сопротивление до той точки, в

которой определяем ток к.з.

По этому току проверяют аппараты, шины, проводники, бронированных кабелей на термическую устойчивость.

3/ определяем двухфазный ток к.з.

, кА

По этому току определяют надежность защитной аппаратуры (релейной защиты)

4/ определяем ударный ток к.з.

I_у = К_у · √2 · I ∞, кА,

где К_у – ударный коэффициент

Для карьерных распределительных сетей К_у = 1,8 при R = 0 /2, с.18/

По этому току проверяют аппараты, шины на динамическую устойчивость.

5/ действующее значение токов к.з.

I_д = 1,52 · I∞, кА

6/ определяем мощность к.з.

S_к = √3 · V_б · ∞, мВ·А

Подобным образом ведем расчет т.к.з. в остальных расчетных точках к.з., только изменяя суммарное расчетное относительное сопротивление, приведенное к базисным условиям. Результаты расчета сводим в таблицу 3.

2.9.2. Расчет т.к.з. в низковольтных сетях.

Методика расчета токов к.з. в низковольтных сетях несколько отличается от расчетов токов к.з. в высоковольтных сетях. Расчет т.к.з. удобнее вести в именованных величинах, выражая напряжение в киловольтах, ток в килоамперах, мощность в килоамперах, сопротивление в миллиомах (10 м = 1000мОм).

Расчет т.к.з. начинают с вычерчивания однолинейной схемы и схемы замещения электрической цепи от шин высокого напряжения до точек к.з. Далее определяют активные и индуктивные сопротивления отдельных элементов к.з. цепи в миллиомах, результирующие сопротивления ΣR_рез и ΣХ_рез до нужной точки к.з.

2.9.2.1.Определение сопротивлений элементов схемы

1/ Сопротивление питающей системы

, мОм /2, с. 21/