Максимальная токовая защита 2 страница

Суммарная мощность батарей ниже 1 кВ для данной группы трансформаторов

Q_НК1 = Q_р – Q_Т, кВАр,

где Q_р– суммарная расчетная реактивная нагрузка ниже 1 кВ за наиболее нагруженную смену, кВАр.

Если окажется, что Q_НК1 < 0, то по первому этапу расчета установка низковольтных компенсирующих устройств не требуется и Q_НК1 принимается равным нулю.

Мощность батарей конденсаторов в целях оптимального снижения потерь в трансформаторах Q_НК2 определяется по формуле:

Q_НК2 = Q_р - Q_НК1 – γ N S_Т, кВАр,

где γ – расчетный коэффициент, определяемый в зависимости от показателей К₁, К₂ схемы питания цеховой подстанции.

Если окажется, что Q_НК2 < 0, то для данной группы трансформаторов реактивная мощность Q_НК2 принимается равной нулю и в дальнейшем расчете не учитывается.

Q_ККУ = , кВАр.

Полученную величину мощности округляем до ближайшей стандартной мощности ККУ и в зависимости от средневзвешенного коэффициента мощности определяем оптимальную мощность компенсирующих устройств.

Величина суммарной мощности компенсирующих устройств в сетях предприятия определяется по формуле:

Q_ККУ = Р_ср(tgφ₁ – tgφ₂), кВАр,

где Р_ср – средняя нагрузка предприятия за год, кВт,
tgφ₁ – тангенс угла сдвига фаз тока и напряжения, отвечающий естественному
средневзвешенному коэффициенту мощности за год,
tgφ₂ – тангенс угла сдвига фаз, отвечающий нормативному, или заданному,
значению коэффициента мощности.

Защита батарей выбирается с учетом отстройки от токов включения и разряда конденсаторов. При защите батарей предохранителями ток плавкой вставки I_пв определяется по формуле:

, А.

При защите автоматическим выключателем последний должен иметь комбинированный расцепитель, обеспечивающий защиту с плавной регулировкой уставки тока. Уставка тока I_У, выбираемая исходя из перегрузочной способности конденсаторов, не должна превышать 130%. Она определяется так:

, А.

При наличии в сетях высших гармоник проверяется вероятность перегрузки конденсаторов по току в резонансных или близких к ним режимах и предусматриваются мероприятия по предотвращению резонансных явлений.

Для быстрого разряда конденсаторов после их отключения применяются индуктивные или активные разрядные сопротивления R, Ом, подключаемые параллельно конденсаторной батарее:

, Ом,

где U_Ф – фазное напряжение сети, кВ,
Q_ККУ – номинальная мощность конденсаторной батареи, кВАр.

6 Выбор схемы и расчет цеховых сетей низкого напряжения

6.1 Схемы цеховых сетей

Цеховые сети подразделяются на силовые и осветительные, а также на питающие и распределительные. Цеховые сети низкого напряжения проектируются по радиальным, магистральным и смешанным схемам.

Радиальные схемы (рисунки 6.1 и 6.2) наиболее часто используются для питания отдельных сосредоточенных потребителей (крупные электродвигатели, печи, компрессорные, насосные, вентиляционные и т.д.), кроме того, они предпочтительнее для взрывоопасных, пожароопасных и пыльных помещений. Они также применяются при разбросанном расположении силового оборудования (ремонтные мастерские, отдельные участки с непоточным производством и т.п.). К преимуще-

ствам радиальных схем относятся: высокая надежность питания и легкая приспособляемость к автоматизации переключений и защиты.

При выполнении радиальных схем приходится сооружать распределительные щиты (пункты) с большим количеством защитных автоматов и большой щит низкого напряжения в ТП. Применение в радиальных сетях проводки, выполненной кабелем или проводом в трубах, ограничивает возможность перемещения оборудования при перестройке или реконструкции производства.

Магистральные схемы, отличающиеся простотой и экономичностью, используются при нагрузке, равномерно распределенной по площади цеха (рисунки 6.3 и 6.4).

Применение магистральных схем позволяет отказаться от развитого распределительного щита в ТП и выполнить сеть в виде блока "трансформатор - магистраль".

Такие схемы отличаются универсальностью и приспособляемостью к перемещению цехового оборудования. С помощью нормально разомкнутых перемычек между магистралями разных ТП в местах их сближения можно обеспечить надежное питание потребителей 2 и даже 1 категории.

К недостаткам магистральных схем относятся: снижение надежности питания (по сравнению с радиальными схемами) и перерасход проводникового материала, который, однако, быстро окупается.

Наибольшее распространение в цеховых сетях получили смешанные схемы, конфигурация которых меняется в зависимости от характера производственных помещений (рисунок 6.5).

В местах расположения токоприемников с определенной последовательностью размещения применяются распределительные токопроводы, которые присоединяются к магистральным токопроводам через автоматический выключатель, разъединитель или наглухо. Токоприемники с помощью отдельных распределительных линий (ответвлений) подсоединяются к распределительному шинопроводу через автоматический выключатель или предохранитель.

В тех отделениях цеха, где по характеру расположения оборудования прокладка шинопровода нецелесообразна, для питания приемников устанавливаются распределительные щиты (пункты), которые подключаются к ближайшему распределительному или магистральному шинопроводу, или щиту низкого напряжения ТП.

Группы менее ответственных электроприемников, удаленные от распределительного пункта или шинопровода, запитываются цепочкой. В цепочку не рекомендуется соединять электроприемники различных технологических потоков или различного технологического назначения. Не рекомендуется также соединять в цепочки более трех-четырех приемников.

Питание электродвигателей цеховых подъемно-транспортных механизмов (кранов, кран-балок и т.д.) производится с помощью неизолированных проводников – троллеев. В зависимости от расчетной нагрузки троллейные линии питаются от щита ТП или от распределительного пункта, либо от магистрального или распределительного шинопровода. В начале или в конце ответвления к троллейной линии устанавливается рубильник или блок рубильник – предохранитель (рисунок 6.6).

Для удобства эксплуатации при наличии двух и более кранов производится секционирование троллейных линий. Подвод питания лучше осуществлять к средней части секции троллея. Допустимо подводить питание к любой точке троллея, если это не противоречит условиям потери напряжения и рационально с точки зрения конструкции сети.

Питание осветительной нагрузки, как правило, производится от тех же ТП, которые питают силовую нагрузку, на напряжении 380/220 В с глухозаземленной нейтралью сети. Если номинальное напряжение силовой сети отличается от 380 В, для питания осветительной нагрузки применяют трансформаторы со вторичным напряжением 220/127 В, к которым подводится питание от цеховых силовых сетей или от распределительной сети 6 – 10 кВ.

Линии питания освещения не связывают с силовыми линиями и обычно подсоединяют к щиту низкого напряжения ТП при радиальной схеме или к головному участку магистрального шинопровода. В осветительных сетях для питания групп светильников наибольшее применение находят радиальные схемы. Распределительная сеть освещения выполняется по магистральным и смешанным схемам (рисунок 6.7).

Выбор напряжения для питания силовых и осветительных электро-приемников осуществляется взаимосвязано. Наиболее часто применяют напряжение 380/220 В с питанием от трансформаторов, общих для силовой и осветительной нагрузки. Напряжение 220/127 В целесообразно в схемах освещения при силовой сети 660 В. применение напряжения 660 В позволяет сократить расход проводникового материала, число цеховых трансформаторных подстанций и потери энергии в сети. Напряжение 660 В дает возможность увеличить мощность цеховых трансформаторов до 1800 и 2500 кВ•А, что очень важно при высокой удельной плотности нагрузки и большой протяженности сетей низкого напряжения. Такое положение наиболее характерно для предприятий угольной, нефтяной, химической промышленности. согласно ПУЭ установки и сети трехфазного тока 660 В должны работать с изолированной нейтралью.

6.2 Конструктивное выполнение цеховых сетей и подстанций

Радиальные цеховые сети выполняются, как правило, проводами или кабелями с медными жилами, проложенными в стальных тонкостенных трубах по стенам и конструкциям (открытая прокладка), либо в бетонной подготовке пола (скрытая прокладка). В помещениях со взрывоопасной средой используются провода и кабели с медными жилами. Распределительные щиты (пункты) устанавливаются в местах, удобных для обслуживания, возможно ближе к центру нагрузок присоединенных приемников. Конструктивно щиты могут быть размещены на полу, у стенок, колонн, на стенках, в нишах. Типы выпускаемых щитов приведены в справочниках и каталогах.

В магистральных и распределительных сетях применяются открытые шинопроводы, которые прокладываются не ниже 3,5 м от уровня пола, а в крановых пролетах – не ниже 2,5 м от уровня настила мостового крана. Закрытые шинопроводы прокладываются не ниже 2,5 м от пола. Шинопроводы крепятся к стенам, колоннам и фермам.

Присоединение приемников к шинопроводу производится с помощью ответвлений, выполненных кабелями или проводами, проложенными в трубах. В головной части ответвления устанавливаются ответвительные коробки с предохранителями или автоматическими выключателями. Распределительные шинопроводы подключаются к магистральным с помощью вводных коробок. Магистральные шинопроводы подключаются к распределительному щиту ТП через автоматические выключатели или разъединители. При блочных схемах типа "трансформатор - магистраль" магистральный токопровод может подключаться к трансформатору наглухо.

В цехах промышленных предприятий обычно устанавливаются комплектные трансформаторные подстанции с одним или двумя трансформаторами. КТП состоят из распределительного устройства или вводного шкафа высокого напряжения, трансформатора и шкафов низкого напряжения. При радиальных схемах трансформатор подсоединяют без защитной аппаратуры на стороне 6 – 10 кВ.

Распределительное устройство низкого напряжения для КТП комплектуется из шкафов ШН, ШД, панелей типа ЩО – 59 и др. В них устанавливаются вводные, секционные и линейные автоматические выключатели, а также плавкие предохранители с рубильниками или блоки предохранитель – выключатель, предназначенные для отключения и защиты линий и АВР секций. При установке трансформаторов снаружи здания цеха распределительное устройство низкого напряжения соединяется с ним закрытым шинопроводом, проходящим сквозь стену.

6.3 Расчет цеховых сетей

Сечения проводников цеховых сетей выбираются по расчетному току, исходя из условия, чтобы проводники при работе в длительном режиме при нормальной температуре окружающей среды (воздух, земля) не перегревались сверх допустимой температуры. Выбранные по этому условию проводники проверяются по потере напряжения. Если число часов использования максимума превышает 5000, сечение проводников, проверяется по экономической плотности тока.

Величина расчетного тока для начала участка сети определяется по формулам:

, А (для недвигательной нагрузки),

, А (для двигательной нагрузки),

, А (постоянный ток),

где S_Р, Р_Р – расчетная полная и активная мощности в начале линии, кВ•А и кВт,

U_Н – номинальное напряжение, кВ.

Сечение проводников должно выбираться по таблицам допустимой нагрузки ПУЭ из условия:

I_Р ≤ I_ДОП,

где I_ДОП – длительно допустимый ток на провода, кабели и шины данного сечения, А.

Расчет сетей на потерю напряжения должен обеспечить необходимый уровень напряжения на зажимах электроприемников как в максимальном, так и минимальном режиме нагрузки (п.1.2. 2 – 1.2.24 ПУЭ) и необходимую величину моментов вращения электродвигателей при сниженном напряжении в момент пика нагрузки.

Уровни и отклонения напряжения регламентируются п.п.1.2.23 и 5.3.55, 5.3.58 ПУЭ. Указаниями по проектированию силового электрооборудования промышленных предприятий установлены следующие допустимые отклонения от номинального эксплуатационного напряжения U_Н на зажимах электроприемников (таблица 6.1).

Таблица 6.1 - Допустимые отклонения напряжения на зажимах приемников

Приемники и режим их работы	Снижение в % от UН	Повышение в % от UН
Электродвигатели
длительная работа в установившемся режиме – нормальная расчетная величина
длительная работа в установившемся режиме для отдельных особо удаленных электродвигателей в нормальных условиях	8 – 10
то же, но в аварийных условиях	10 – 12
Кратковременная работа в установившемся режиме при пуске соседнего крупного двигателя	20 – 30
на зажимах пускаемого электродвигателя:
при частом пуске
при редком пуске
Печи сопротивления
в условиях длительной работы, нормальная расчетная величина
Индукционные печи; получающие питание от преобразователя	как электродвигатели
Дуговые печи
длительная работа
Кратковременная работа	не лимитируется

Продолжение таблицы 6.1

Приемники и режим их работы	Снижение в % от UН	Повышение в % от UН
Сварочные аппараты	8 –10
Краны
на переменном токе	8 – 9
на постоянном токе	11 – 12

Для определения допустимого отклонения напряжения на зажимах электроприемника низкого напряжения следует учесть потерю напряжения в питающем нагрузку трансформаторе, предполагая при этом, что напряжение холостого хода трансформатора на 5% выше эксплуатационного напряжения (400 В против 380 В). Потеря напряжения (%) в трансформаторе определяется по формуле

, В,

что соответствует потере напряжения.

, В,

где U_ХХ – напряжение холостого хода, В.

Напряжение на зажимах удаленного от трансформатора электродвигателя:

, В,

где U_СЕТИ – потеря напряжения в сети низкого напряжения, В.

6.4 Расчет сети трехфазного тока

Расчет ведется в зависимости от схемы по формулам:

- для линии с одним приемником на конце:

, В.

- для магистрали с несколькими нагрузками:

, В,

, В.

При одинаковом сечении проводов по длине

, В.

6.5 Расчет троллейных линий

Для троллейных линий из стали

, кВт,

где R_а – активное сопротивление, Ом,

X_внутр и X_внеш – внутреннее и внешнее сопротивления стального проводника, Ом.

Таблица 6.2 - Длительно допустимые нагрузки для стальных троллеев в амперах

	Переменный ток, I	Постоянный ток, I
∟40 × 40 × 4
∟50 × 50 × 5
∟60 × 60 × 6
∟75 × 75 × 8

Если сечение стали окажется недостаточным по потере напряжения, применяют индукционную (из алюминиевой полосы) и безындукционную (из проводов или кабеля) подпитки.

Коэффициент мощности при пиковом токе для кранов малой грузоподъемности рекомендуется принимать равным 0,5, для кранов большой грузоподъемности – 0,6.

Теоретически наивыгоднейшее сечение питающей линии для троллея определяется из соотношения:

,

а значение К для линий, выполненных проводами и кабелями с алюминиевыми жилами, при cos φ = 0,6 и U_Н = 380 В принимается равным:

Таблица 6.3 – Значения К для линий, выполненных проводами и кабелями с алюминиевыми
жилами

Сечение, мм2	К	Сечение, мм2	К
	0,603		0,126
	0,348		0,105
	0,292		0,090
	0,213		0,077
	0,160		0,066

7 Выбор защитной аппаратуры в сетях низкого напряжения

В эксплуатации электросетей возможны следующие ненормальные по току режимы работы:

- увеличение длительно протекающего тока сверх допустимого, не связанное с характером технологического процесса (например, естественное возрастание нагрузки в жилом доме со старой подводкой за счет включения новых электроприемников),

- кратковременное протекание тока перегрузки I_пер, связанное с нормальным технологическим процессом (например, пуск асинхронных двигателей и т.п.),

- протекание тока короткого замыкания, значительно превышающего длительно допустимый ток нагрузки проводника.

Токи ненормальных режимов, значительно превышающие допустимые, чрезмерно нагревают проводники сети, что приводит к преждевременному износу изоляции, повреждениям отдельных участков сети, пожарам и т.п. Для предупреждения этого применяют защитные устройства – плавкие предохранители, автоматические воздушные выключатели (автоматы), магнитные пускатели.

Плавкие предохранители и автоматы должны обеспечить:

- надежную работу сети при протекании как максимальных рабочих токов I_мах, так и возможных максимальных токов кратковременных перегрузок I_пер, обусловленных нормальным технологическим процессом (пик тока при кратковременных технологических перегрузках, пусковой ток электродвигателя),

- отключение токов короткого замыкания и допустимых длительных токов перегрузки, не связанных с характером технологического процесса; при этом отключение должно происходить тем быстрее, чем больше ток ненормального режима превышает допустимый.

Отключение токов короткого замыкания должно быть по возможности селективным, т.е. при коротком замыкании должен отключаться только поврежденный участок сети, а остальные неповрежденные линии сети должны оставаться в работе.

Время работы защитных устройств определяется по их защитным характеристикам, дающим зависимость времени отключения от кратности тока перегрузки, или тока короткого замыкания по отношению к номинальному току защитного элемента, или просто от величины протекающего тока. Защитные характеристики плавких предохранителей и автоматов приводятся в соответствующих каталогах.

Плавкие предохранителиследует выбирать с соблюдением следующих условий:

- номинальный ток плавкой вставки предохранителя I_пв для линии без электродвигателей не должен быть меньше максимального рабочего тока цепи, т.е.:

I_пв ≥ I_р.

Для электрических аппаратов и проходных изоляторов установлена следующая шкала номинальных токов:

А.

Примечание: В скобках указаны значения токов, не рекомендуемые ГОСТ к широкому применению.

- при выборе плавких предохранителей в цепях электродвигателей следует учитывать их пусковой ток. Опытом эксплуатации установлено, что при нормальных условиях пуска, т.е. сравнительно небольшой частоте пусков и при длительности их не более 8 – 10 сек, номинальный ток плавкой вставки может быть выбран из условия:

, А.

При тяжелых условиях пуска, т.е. при частых пусках и длительности пусков до 40 сек, следует исходить из условия:

, А.

В обоих случаях принимают следующие значения тока I_пуск:

_- в цепи одного электродвигателя: I_пуск = К_пуск. ´I_{н дв}, А,

- в цепи, питающей несколько электродвигателей или электродвигатели и другие электроприемники:

I_пик ≥ I_{пуск. тах} ×I_р – К_и ×I_н.тах, А,

где второйчлен правой части равенства является наибольшим током нагрузки цепи от всех электроприемников и электродвигателей, за исключением тока нагрузки того электродвигателя, который дает наибольший прирост пускового тока,

I_пуск – пусковой ток максимального электродвигателя по мощности, А,

К_и – коэффициент использования этого электродвигателя,

I_р – расчетный ток группы электроприемников, А.

Возможность одновременного пуска двух или более электродвигателей не учитывают.

Для линии к сварочному трансформатору:

, А,

где I_СВ – ток сварочного трансформатора, А.

- избирательная работа предохранителей практически выполняется, если номинальный ток плавкой вставки предохранителя на головном участке на 1 – 2 ступени стандартной шкалы токов превышает номинальный ток плавкой вставки предохранителя на ответвлениях к электроприемникам (одна ступень при малых токах в ответвлении к электроприемникам и две ступени – при больших токах). При этом учитываются обычно значения токов короткого замыкания в разветвленных сетях, питаемых трансформаторами до 1000 кВА включительно, и средние отклонения истинных параметров плавких вставок предохранителей от их типовых характеристик.

При кратности перегрузки примерно 1,6 предохранители не отключаются длительное время. При этом имеют место перегрев проводников примерно в 2,6 раза выше нормального и ускоренное старение изоляции, что недопустимо.

Для обеспечения более надежной защиты проводов от перегрузок выбирают плавкие вставки предохранителей с номинальным током по меньшей мере на 20% меньше допустимой нагрузки провода, а провода нагружают не более чем на 80% длительно допустимой для них нагрузки. Это ведет к плохому использованию материала проводов, и к такому положению прибегают лишь в тех случаях, когда сети не находятся под наблюдением квалифицированного персонала и могут быть перегружены.

Для сетей промышленных предприятий, обслуживаемых квалифицированным персоналом, для экономии материалов проводов выбирают предохранители так, чтобы они защищали сети от повреждений при токах короткого замыкания.

Таким образом, при защите сетей предохранителями сечение проводов и кабелей должно определяться не только по условию I_доп, но должно также согласовываться с номинальным током плавкой вставки предохранителя, защищающего сеть, согласно условию:

, А,

где Кз – кратность допустимого длительного тока проводника по отношению к номинальному току или току срабатывания защитного аппарата I_З.

Для промышленных сетей и силовых сетей в жилых зданиях Кз = 0,33.

- для обеспечения безопасности людей:

, А,

где I_КЗ⁽¹⁾ – ток однофазного короткого замыкания в конце защищаемого участка сети, А.