Расчет отклонения напряжения и выбор отпайки трансформатора

Расчет отклонения напряжения проводится для определения уровня напряжения на зажимах электроприемников и соответствия ГОСТ. Проверяется отклонение напряжения до самого ближайшего и самого удаленного электроприемника в максимальном и минимальном режимах.

Рассматривается путь до самого удаленного электроприемника, где ожидаются самые большие потери напряжения.

Потери напряжения на участке сети определяются по формуле

Пример

На рис. 11 самый удаленный от ТП ЭП №1. Схема питания представлена на рис. 18.

Рис. 18. Схема для расчета потерь напряжения (над участками показаны мощности, под – сопротивления соответствующих участков)

Сопротивления участков:

- ШР1, длиной 41,5 м, при расчете сопротивления учитывается приведенная длина, при равномерно распределенной нагрузке на шинопроводеl/2.

.

- кабель от ШМ к ШР1 длиной 3,5 м

.

-суммарное сопротивление кабеля и ШР1

.

- сопротивление ШМ длиной 36,5 м

.

- сопротивление трансформатора (рассчитано выше) R_т=3,06 мОм; Х_т=13,64 мОм.

- сопротивление высоковольтного кабеля длиной 0,5 км R_т=0,447 Ом; Х_т=0,0475≈0,05 Ом (см. выше).

Расчетные мощности по участкам

- ШР1+кабель _рШР1=55,74+j40,48 кВА (по табл. 13 – определение расчетной мощности ШР и СП);

- ШМ – расчетная мощность всего цеха _рШМ=496,7+j494,68 кВА(табл. 5);

- трансформатор _{р т} =S_рШМ – jQ_{НКБ ст}=496,7+j(494,68-400)=496,7 + j94,68 кВА, где Q_{НКБ ст} – мощность стандартной НКБ;

- высоковольтный кабель _вк= _{р т} +Δ _т, где Δ _т –потери мощности в трансформаторе

_вк=496,7+j94,68+5,89+j25,58=502,59+j120,26кВА.

Расчет потерь напряжения приведен в табл. 17, где Δu_min=0,25Δu_max.

Суммарные потери до удаленного ЭП в максимальном режиме

Δu_max=0,23+1,76+0,29+0,4=2,68%.

Суммарные потери до ближайшего ЭП в минимальном режиме

Δu_min=0,06+0,44=0,5%.

Отклонение напряжения на зажимах электроприемника

V_ЭП=V_ЦП – Δu+D,

где V_ЦП – отклонение напряжения в центре питания (на шинах РП); D–добавка напряжения, соответствующая отпайки трансформатора.

Добавка напряжения определяется по минимальному режиму по условию D=V_ЭП –V_ЦП + Δu_min.

Отклонение напряжения на ближайшем ЭП принимается максимальной для нормального режима +5%, отклонение на шинах РП задано 3%

D=5 – 3+ 0,5=2,5%.

Принимается добавка напряжения 0% (возможные добавки –5%; 0; +5% - для трехпозиционных ПБВ).

Таблица 17

Потери напряжения по участкам сети

Наименование участка	Параметр	Значение	Δumax, %	Δumin,%
Высоковольтный кабель	Рвк, кВт	502,59	0,23	0,06
Qвк, кВАр	120,26
Rвк, Ом	0,447
Xвк, Ом	0,05
Трансформатор	Рт, кВт	496,7	1,76	0,44
Qт, кВАр	94,68
Rт, мОм	3,06
Xт, мОм	13,64
Магистральный шинопровод ШМ	РШМ, кВт	496,7	0,29	0,07
QШМ, кВАр	494,68
RШМ, мОм	0,6
XШМ, мОм	0,33
Распределительный шинопровод и кабель	РШР1+к, кВт	55,74	0,4	0,1
QШР1+к, кВАр	40,48
RШР1+к, мОм	8,42
XШР1+к, мОм	4,25
Итого			2,68	0,5

Отклонение напряжение на зажимах ближайшего ЭП в минимальном режиме

V_ЭП= 3 – 0,5+0=2,5%.

Отклонение напряжение на зажимах удаленного ЭП в максимальном режиме

V_ЭП= -1 – 2,68+0=-3,68%.

Потери напряжения от источника питания до удаленного электроприемника соответствуютгост р 50571.5.52-2011 не более 5%.

Расчет заземления

Согласно ПУЭ в электроустановках с глухозаземленнойнейтральюнейтраль трансформатора должна быть присоединена к заземлителю при помощи заземляющего проводника.

Искусственный заземлитель должен быть расположен вблизи трансформатора. Для внутрицеховых подстанций допускается располагать заземлитель около стены здания.

Если фундамент здания, в котором размещается подстанция, используется в качестве естественных заземлителей, нейтраль трансформатора следует заземлять путем присоединения не менее чем к двум металлическим колоннам или к закладным деталям, приваренным к арматуре не менее двух железобетонных фундаментов.

При расположении встроенных подстанций на разных этажах многоэтажного здания заземление нейтрали трансформаторов таких подстанций должно быть выполнено при помощи специально проложенного заземляющего проводника. В этом случае заземляющий проводник должен быть дополнительно присоединен к колонне здания, ближайшей к трансформатору, а его сопротивление учтено при определении сопротивления растеканию заземляющего устройства, к которому присоединенанейтраль трансформатора.

Во всех случаях должны быть приняты меры по обеспечению непрерывности цепи заземления и защите заземляющего проводника от механических повреждений[9].

Сопротивление заземляющего устройства в любое время года для линейного напряжения 380 В должно быть не менее 4 Ом.

На рис. 19 представлена схема продольного разреза вертикального заземлителядля расчёта электрода одиночного, треугольного, в ряд или контурного заземления, где t(м) — в общем случае глубина траншеи, допускается 0,5 -0,8 м., длина стержня электрода (L) рекомендуется 1,5 — 3 м, Н — толщина верхнего слоя грунта. Самые распространенные схемы расположения вертикальных искусственных заземлителей, представлены на рис. 20.

Рис. 19 Стандартная схема продольного разреза вертикального заземлителя

Рис. 20. Расположение вертикальных электродов

Методика расчета заземляющего устройства (ЗУ) [19].

1. В соответствии с ПУЭ устанавливается допустимое сопротивление заземляющего устройства R_з. Если заземляющее устройство является общим для установок на различное напряжение, то за расчетное сопротивление ЗУ принимают наименьшее из допустимых.

2. Предварительно с учетом территории намечают расположение заземлителей – в ряд, по контуру и т.п.

3. Определяют необходимое сопротивление искусственного заземлителя с учетом использования естественного заземлителя, включенного параллельно

где R_з – допустимое сопротивление заземляющего устройства, R_и – сопротивление искусственного заземлителя; R_е – сопротивление естественного заземлителя.

4. Определяют расчетное удельное сопротивление грунта ρ_р для горизонтальных и вертикальных электродов с учетом повышающего коэффициента К_п, учитывающего высыхание грунта летом и промерзания зимой. При отсутствии данных о грунте можно воспользоваться табл. П.11.1, значение повышающих коэффициентов по табл. П11.2.

5. Определяют сопротивление растеканию одного вертикального электрода по формулам табл. П11.3. Формулы приведены для стержневых электродов из круглой стали или труб. Если в качестве вертикальных электродов используют уголок, то диаметр уголка определяют по формуле

d=0,95b,

b – ширина сторон уголка.

Рекомендуемые электроды приведены в табл. П11.6.

6. Ориентировочно определяется число вертикальных заземлителей при предварительно принятом коэффициенте использования К_и.в (табл. П11.4, П11.5)

где R_о.в.э – сопротивление растеканию одного вертикального электрода, определенного в п. 5; R_и – сопротивление искусственного заземлителя, определенного в п. 3.

7. Определяется расчетное сопротивление растеканию горизонтальных электродов

где R_г.э – сопротивление горизонтальных электродов (табл. П11.3); К_и.г.э – коэффициент использования горизонтальных электродов (табл. П11.4, П11.5).

8. Уточняется необходимое сопротивление вертикальных электродов с учетом проводимости горизонтальных соединительных электродов

9. Определяется число вертикальных электродов с учетом уточненного коэффициента использования К_и.в.у

10. Принимается окончательное число вертикальных электродов из условия размещения.

Пример. Рассчитать заземление подстанции с одним трансформатором 10/0,4кВ мощностью 630 кВА со следующими данными: грунт в месте сооружения – глина полутвердая; климатическая зона (Самарская область) – II.

По ПУЭ п. 1.7.98 для подстанции напряжением 6-10/0,4 кВ должно быть выполнено одно общее ЗУ, к которому присоединяются:

1) нейтраль трансформатора на стороне напряжением до 1 кВ;

2) корпус трансформатора;

3) металлические оболочки и броня кабелей напряжением до 1 кВ и выше;

4) открытые проводящие части электроустановок напряжением до 1 кВ и выше;

5) сторонние проводящие части.

Вокруг площади, занимаемой подстанцией, на глубине не менее 0,5 м и на расстоянии не более 1 м от края фундамента здания подстанции или от края фундаментов открыто установленного оборудования должен быть проложен замкнутый горизонтальный заземлитель (контур), присоединенный к заземляющему устройству[9].

Предполагается сооружение заземлителя с внешней стороны здания, к которому примыкает подстанция, с расположением вертикальных электродов в один ряд (рис. 20) длиной 35 м (от ТП до угла здания цеха), материал – круглая сталь диаметром 16 мм и длиной 2,5 м, метод погружения – ввертывание, верхние концы вертикальных стержней, погружены на глубину 0,7 м, приварены к горизонтальному электроду – стальной полосе40×4.

1.Для стороны 10 кВ в соответствии с ПУЭ сопротивление заземляющего устройства определяется по формуле

где U_р – расчетное напряжение заземлителей, при общем заземлении установок 6 – 10 кВ и 0,4 кВ – 125 В;I_з – расчетный ток замыкания на землю

где U_н – номинальное линейное напряжения сети, кВ; L_кл, L_вл – длина кабельных и воздушных электрически связанных линий, км.

Заземляемая подстанция удалена от РП на 0,5 км, питание осуществляется кабельной линией, тогда ток замыкания на землю

По ПУЭ п.1.7.96 принимается 10 Ом.

Для сети 0,4 кВ минимальное сопротивление ЗУ 4 Ом. Из двух сопротивлений принимается наименьшее, следовательно,R_з=4 Ом.

2.Предварительно намечается расположение электродов в ряд на расстоянии 5 м, с учетом длины 7 электродов.

3.Сопротивление искусственного заземлителя при отсутствии естественных принимается допустимому R_и=R_з=4 Ом.

4.Удельное сопротивление грунта для вертикальных и горизонтальных электродов.

Удельное сопротивление глины (табл. П11.1) – 60 Ом∙м.

Повышающие коэффициенты:К_п.в=1,5, К_п.г=3,5 (табл. П11.2).

Удельное сопротивление грунта

ρ_р.в=ρ_уд∙К_п.в=60∙1,5=90Ом∙м;

ρ_р.г=ρ_уд∙К_п.г=60∙3,5=210Ом∙м.

5.Сопротивление растеканию одного вертикального электрода стержневого типа (табл. П11.3)

6.Определяется примерное число вертикальных заземлителей при К_и.в=0,77 по табл. П11.4 (отношение расстояния между электродами к их длине 5/2,5=2, ориентировочное число электродов N_предв=7)

7.Расчетное сопротивление растеканию горизонтальных электродов по формуле табл. П11.3с учетом коэффициента использования (длина определятся исходя из количества вертикальных электродов и расстояния между ними:L_г =N_предвa=5∙7=35 м)

8.Уточняется необходимое сопротивление вертикальных электродов

9.Число вертикальных электродов с учетом горизонтальных при коэффициенте использованияК_и.в=0,59 по табл. П11.4 (ближайшее значение к 12 электродам и a/l=(p/12/2,5=35/12/2,5≈0,7, где р=35 – периметр контура расположения электродов)

Принимается окончательно 12 вертикальных электродов установленных в ряд вдоль стены ТП и цеха на расстоянии 35/12=2,9≈3 м (рис. 21).

Проверяется сопротивление ЗУ

Рис. 21. Расположение ЗУ.

План расположения электрооборудования и прокладки электрических сетей цеха

План цеха вычерчивается на формате А1 в масштабе 1:100, если не предусмотрено иного.

На чертеже показываются все электроприемники, электрооборудование и электропроводки согласно ГОСТ 21.210 – 2014 и ГОСТ 21.613 – 2014, Обозначение инженерных сетей согласно ГОСТ 21.204 – 93.

Габаритные размеры КТП, КУ зависят от завода изготовителя и указываются в технической документации, в случае отсутствия таковой можно воспользоваться усредненными размерами приведенными в приложении П 12. ,

Приложение 1

Значения коэффициентов расчетной нагрузки К_рна шинах НН цеховых трансформаторов и для магистральных шинопроводов напряжением до 1 кВ

nэ	Коэффициент использования Ки
0,1	0,15	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7 и более
	8,00	5,33	4,00	2,67	2,00	1,60	1,33	1,14
	5,01	3,44	2,69	1,9	1,52	1,24	1,11	1,0
	2,94	2,17	1,8	1,42	1,23	1,14	1,08	1,0
	2,28	1,73	1,46	1,19	1,06	1,04	1,0	0,97
	1,31	1,12	1,02	1,0	0,98	0,96	0,94	0,93
6-8	1,2	1,0	0,96	0,95	0,94	0,93	0,92	0,91
9-10	1,1	0,97	0,91	0,9	0,9	0,9	0,9	0,9
10-25	0,8	0,8	0,8	0,85	0,85	0,85	0,9	0,9
25-50	0,75	0,75	0,75	0,75	0,75	0,8	0,85	0,85
Более 50	0,65	0,65	0,65	0,7	0,7	0,75	0,8	0,8

Приложение 2

Значения коэффициентов расчетной нагрузки К_рдля питающих сетей напряжением до 1000 В

nэ	Коэффициент использования Ки
0,1	0,15	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8
	8,00	5,33	4,00	2,67	2,00	1,60	1,33	1,14	1,0
	6,22	4,33	3,39	2,45	1,98	1,60	1,33	1,14	1,0
	4,05	2,89	2,31	1,74	1,45	1,34	1,22	1,14	1,0
	3,24	2,35	1,91	1,47	1,25	1,21	1,12	1,06	1,0
	2,84	2,09	1,72	1,35	1,16	1,16	1,08	1,03	1,0
	2,64	1,96	1,62	1,28	1,11	1,13	1,06	1,01	1,0
	2,49	1,86	1,54	1,23	1,12	1,10	1,04	1,0	1,0
	2,37	1,78	1,48	1,19	1,10	1,08	1,02	1,0	1,0
	2,27	1,71	1,43	1,16	1,09	1,07	1,01	1,0	1,0
	2,18	1,65	1,39	1,13	1,07	1,05	1,0	1,0	1,0
	2,11	1,61	1,35	1,1	1,06	1,04	1,0	1,0	1,0
	2,04	1,56	1,32	1,08	1,05	1,03	1,0	1,0	1,0
	1,99	1,52	1,29	1,06	1,04	1,01	1,0	1,0	1,0
	1,94	1,49	1,27	1,05	1,02	1,0	1,0	1,0	1,0
	1,89	1,46	1,25	1,03	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
	1,85	1,43	1,23	1,02	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
	1,81	1,41	1,21	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
	1,78	1,39	1,19	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
	1,75	1,36	1,17	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
	1,72	1,35	1,16	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
	1,69	1,33	1,15	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
	1,67	1,31	1,13	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
	1,64	1,30	1,12	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
	1,62	1,28	1,11	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
	1,6	1,27	1,1	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
	1,51	1,21	1,05	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
	1,44	1,16	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
	1,4	1,13	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
	1,35	1,1	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
	1,3	1,07	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
	1,25	1,03	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
	1,2	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
	1,16	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
	1,13	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
	1,1	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0

Рис. П1. Кривые коэффициента расчетных нагрузок Кр для различных коэффициентов использования Ки в зависимости от nэ (для постоянной времени нагрева То = 10 мин)

Приложение 3

Цены и технические характеристики силовых трансформаторов производственно-коммерческой группы «РусТранс» (http://trans-ktp.ru/catalog/trans)

Трансформаторы масляные серии ТМ - трехфазные двухобмоточные с естественным масляным охлаждением, включаемые в сеть переменного тока частотой 50 Гц, предназначены для преобразования электрической энергии (понижения или повышения напряжения) в сетях энергосистем и потребителей электроэнергии.

Маслорасширитель, установленный на крышке бака, имеет вентиляционные отверстия, соединенный с воздухом, давление масла в трансформаторе остается постоянным и не зависит от температуры.

Трансформаторы предназначены для длительной работы при стационарной установке на высоте не более 1000 м над уровнем моря в климатических условиях У1, УХЛ1.

Не допускается эксплуатация трансформатора в средах, содержащих едкие пары и газы в концентрациях, разрушающих металлы и изоляцию, а также в среде, насыщенной токопроводящей пылью.

Не допускается эксплуатация трансформатора в местах, подверженных сильной тряске, вибрациям, ударам.

Рис. П3.1. Внешний вид и вид сверху масляных трансформаторов типа ТМ

Трансформаторы масляные серии ТМГ–трехфазные двухобмоточные герметичные с масляным охлаждением, включаемые в сеть переменного тока частотой 50 Гц.

Трансформаторы этого типа выполнены в герметичном исполнении с полным заполнением маслом. Температурные изменения объема масла компенсируются изменением объема гофрированных стенок бака за счет пластичной их деформации. Преимуществом герметичных трансформаторов является то, что масло не имеет непосредственного контакта с атмосферой, исключая поглощения влаги из окружающей среды.

Трансформаторы предназначены для длительной работы при стационарной установке на высоте не более 1000 м над уровнем моря в климатических условиях У1, УХЛ1.

Не допускается эксплуатация трансформатора в средах, содержащих едкие пары и газы в концентрациях, разрушающих металлы и изоляцию, а также в среде, насыщенной токопроводящей пылью.

Не допускается эксплуатация трансформатора в местах, подверженных сильной тряске, вибрациям, ударам.

Трансформаторы масляные серии ТМЗ–трехфазные двухобмоточные герметичные с газовой защитой, с азотной подушкой, с масляным охлаждением, включаемые в сеть переменного тока частотой 50 Гц. Азотная подушка обеспечивает защиту масла от окисления и компенсирует температурные колебания объема масла.

Трансформаторы предназначены для длительной работы при стационарной установке на высоте не более 1000 м над уровнем моря в климатических условиях У1, УХЛ1.

Не допускается эксплуатация трансформатора в средах, содержащих едкие пары и газы в концентрациях, разрушающих металлы и изоляцию, а также в среде, насыщенной токопроводящей пылью.

Не допускается эксплуатация трансформатора в местах, подверженных сильной тряске, вибрациям, ударам.

Трансформаторы сухие серии ТСЛ– трехфазные двухобмоточные сухие с литой изоляцией предназначены для преобразования электрической энергии в электросетях трехфазного переменного тока частотой 50Гц. Устанавливаются в промышленных помещениях и общественных зданиях, к которым предъявляют повышенные требования в части пожаробезопасности, взрывозащищенности, экологической чистоты.

Обмотки низшего напряжения изготавливаются из алюминиевой фольги с изоляцией из стеклотканиевогопрепрега. Обмотки высшего напряжения заливаются эпоксидной смолой.

Трансформаторы выпускаются в исполнении со степенью защиты IP00. Против перегрева трансформаторы защищены тепловой позисторной защитой, встроенной в обмотку низшего напряжения и выведенной на клеммы теплового реле.

Трансформаторы не предназначены для работы в условиях тряски, вибрации, ударов, в химически активной, взрывоопасной, содержащей пыль окружающей среде.Схема и группа соединения - У/Ун-0, Д/Ун-11. Климатическое исполнение - У, УХЛ, Т. Категория размещения – 3. Режим работы – длительный. Высота установки над уровнем моря - не более 1000м.

Трансформаторы сухие серии ТСЗ – трехфазные двухобмоточные сухие в кожухе предназначены для преобразования электрической энергии в электросетях трехфазного переменного тока частотой 50Гц. Устанавливаются в промышленных помещениях и общественных зданиях, к которым предъявляют повышенные требования в части пожаробезопасности, взрывозащищенности, экологической чистоты.

Трансформаторы выпускаются в исполнении со степенью защиты IP21. Против перегрева трансформаторы защищены тепловой позисторной защитой, встроенной в обмотку низшего напряжения и выведенной на клеммы теплового реле.

Трансформаторы не предназначены для работы в условиях тряски, вибрации, ударов, в химически активной, взрывоопасной, содержащей пыль окружающей среде.Схема и группа соединения - У/Ун-0, Д/Ун-11. Климатическое исполнение - У, УХЛ, Т. Категория размещения – 3. Режим работы – длительный. Высота установки над уровнем моря - не более 1000м.

Таблица П3.1