Проектирование схемы внутреннего электроснабжения



 

Распределение нагрузки между цеховыми трансформаторами

 

После выбора числа и мощности цеховых трансформаторов (см. п. 2.2.7) равномерно распределяют активные нагрузки цехов между ними. Активная нагрузка, приходящаяся на один цеховой трансформатор, может быть определена как

,

где – суммарная низковольтная нагрузка завода с учетом освещения (см. итоговую строку табл. 2.9); NТ – количество цеховых трансформаторов.

Число трансформаторов Ni, которое следует установить в том или ином цехе, определяется делением нагрузки этого цеха  на P1:

.

Если получается дробное число, то объединяют нагрузки близлежащих цехов. Цеховые подстанции обычно устанавливают одно- или двухтрансформаторные в зависимости от необходимой надежности электроснабжения.

 

Разработка схемы внутризаводской сети

 

На генплане предприятия обозначают места расположения цеховых ТП и намечают схему их питания от ГПП (рис. 2.3−2.4). Необходимо составить 2−3 варианта схем внутризаводской сети. Окончательный вариант схемы выбирается путем технико-экономического сравнения составленных вариантов. Варианты считаются равноценными, если разница в приведенных затратах не превышает 10−15 %. В этом случае выбирается вариант с лучшими технико-экономическими показателями (например, вариант с наименьшими потерями электроэнергии).

Трансформаторы цеховых ТП могут быть запитаны по радиальной схеме или 2−3 трансформатора разных близко расположенных подстанций в одну цепочку.

Трансформаторы двухтрансформаторной подстанции должны быть запитаны от разных секций РУ 6−10 кВ ГПП или ЦРП.

Трансформаторные подстанции должны размещаться как можно ближе к центру электрических нагрузок. Для этого должны применяться внутрицеховые ТП, а также встроенные в здание цеха или пристроенные к нему ТП, питающие отдельные цеха или части их.

ТП должны размещаться вне цеха только при невозможности размещения внутри его или при расположении части нагрузок вне цеха.

Применение внешних отдельно стоящих цеховых ТП целесообразно в следующих случаях:

– при питании от одной ТП нескольких цехов;

– при наличии в цехах взрывоопасных производств;

– при невозможности расположения ТП внутри цеха по соображениям производственного характера.

Радиальное питание небольшой мощности однотрансформаторных ТП (до 630 кВА) производится по одиночной радиальной линии без резервирования по высокому напряжению при отсутствии потребителей I категории. Взаимное резервирование в объеме 25−30% на однотрансформаторных ТП следует осуществлять перемычками напряжением до 1 кВ (при схеме «трансформатор – магистраль») для отдельных ТП, где резервирование необходимо.

Радиальные схемы цеховых двухтрансформаторных бесшинных ТП следует осуществлять от разных секций РП, питая каждый трансформатор отдельной линией. Каждую линию и трансформатор рассчитывают на покрытие нагрузок I категории и основных нагрузок II категории при аварийном режиме. При отсутствии данных о характере нагрузок каждая линия и каждый трансформатор цеховой ТП выбирается предварительно из расчета: мощность трансформатора должна составлять 80−90 % от расчетной мощности нагрузок, подключаемых к ТП.

 

 

Рис. 2.3. Генплан завода с намеченным распределением цеховых подстанций (показаны кружочками) и трасс кабельных линий. Стрелками показано,
что цех питается от данной подстанции на низком натяжении.
Цифры указывают номера подстанций

 

 

Рис. 2.4. Один из возможных вариантов схемы питания цеховых подстанций
(в данном случае смешанный – радиально-магистральный). Кабели U = 10 кВ прокладываются в траншеях

 

Магистральные схемы питания ТП должны применяться:

– при линейном расположении ТП, обеспечивающего прямое прохождение магистралей от источника питания до потребителей. Число трансформаторов, присоединенных к одной магистрали, должно быть 2−3 при мощности трансформатора 1600−2500 кВА и 4−5 при мощности 250−630 кВА;

– при необходимости резервирования ТП от другого ИП в случае планового или аварийного выхода из работы основного питающего пункта;

– во всех других случаях, когда магистральные схемы имеют технико-экономические преимущества по сравнению с другими схемами.

Комплектные трансформаторные подстанции (КТП) и цеховые трансформаторы должны размещаться с наибольшим приближением к центру питаемой ими нагрузки, предпочтительно с некоторым смещением в сторону источника питания.

Внутрицеховые подстанции должны применяться в многопролетных цехах большой ширины с расположением их преимущественно у колонн или возле постоянных внутрицеховых помещений так, чтобы не занимать площадей, обслуживаемых кранами. При шаге колонн, недостаточном для размещения между ними подстанций, допускается такое размещение их на площади цеха, при котором одна из колонн основного здания находится в пределах периметра помещения подстанций. При равномерном распределении и большой плотности нагрузки и при загруженности цеха технологическим оборудованием целесообразно выделять специальный пролет для размещения подстанций.

Встроенные в цех или пристроенные к цеху закрытые трансформаторные подстанции или подстанции с открытой установкой трансформаторов возле наружной стены цеха должны предусматриваться, как правило, при недопустимости или затруднительности размещения внутрицеховых подстанций.

Преимущественное применение должны найти цеховые КТП с наружной установкой трансформаторов возле цехов в случаях, когда этому не препятствуют требования архитектурного оформления цехов или обеспечения необходимых проездов и разрывов между зданиями, а также агрессивности среды.

 

Выбор сечения линий

 

Сечение воздушных и кабельных линий выбирается по экономической плотности тока [3, 4]. Экономически целесообразное сечение F, мм2, определяется из выражения:

,

где Iр – расчетный ток установки, А; jэк – нормированное значение экономической плотности тока, А/мм2, принимается по справочным данным.

Полученное сечение округляется до ближайшего стандартного сечения. Расчетный ток должен соответствовать условиям нормальной работы, при его определении не следует учитывать увеличение тока при аварийных ситуациях и ремонтах сети. Расчетным током линии для питания цеховых трансформаторов, преобразователей, высоковольтных электродвигателей и трансформаторов электропечей является их номинальный ток, независимо от фактической загрузки.

Полученное по jэк сечение кабеля или провода проверяется по нагреву расчетным током Iм

,

где Iдоп – допустимый ПУЭ длительный ток для проводов и кабелей; kпрокл учитывает условия прокладки: температуру окружающей среды и число параллельно проложенных кабелей [3, 4].

При питании подстанции двумя линиями при отключении одной из них оставшаяся в работе должна быть проверена на допустимый нагрев с учетом возможной послеаварийной перегрузки линии Iм.авар:

,

где kперегр – коэффициент допустимой ПУЭ послеаварийной перегрузки. Он зависит от предварительной загрузки кабеля в нормальном режиме  и длительности максимума нагрузки в часах в сутки.

Если условия охлаждения неодинаковы на разных участках кабельной трассы, то допустимую нагрузку надо принимать исходя из наихудших условий, но только в том случае, если длина такого участка превышает 10 м. В этих случаях рекомендуется применение вставок кабеля с большим сечением.

Полученное по jэк сечение кабеля необходимо проверить на термическую стойкость при КЗ в начале линии. Термически стойкое сечение равно:

,

где Bk в случае системы неизменного напряжения при времени действия тока КЗ (tкз.расч), большем постоянной времени затухания апериодической составляющей Tа, равен

,

где In0 − начальное значение периодической составляющей тока КЗ, А.

Значение Gт равно для кабелей до 10 кВ с медными жилами 141, а с алюминиевыми − 85 А·с/мм2. Расчетная длительность КЗ tкз.расч согласно ПУЭ принимается равной сумме времени действия основной защиты (tрз.осн) и времени отключения выключателя соответствующей линии tвыкл, то есть

.

В отдельных случаях основная защита может отказать, поэтому целесообразно оценить термическую стойкость при действии резервной защиты.

 

Из трех полученных по расчетам сечений – по jэк, нагреву расчетным током и устойчивости токам КЗ – принимается наибольшее, как удовлетворяющее всем условиям.

2.8. Расчет токов короткого замыкания и выбор оборудования
в сети выше 1000 В

 

Расчет токов короткого замыкания (к. з.) выполняется в соответствии с [24].

Расчет должен выявить величины токов к. з. в точках расчетной схемы, где намечается установка соответствующих высоковольтных и низковольтных аппаратов и производится выбор токоведущих частей (шин и кабелей).

При проектировании системы электроснабжения токи к. з. рассчитывают:

I) от источника неограниченной мощности;

2) по расчетным кривым.

За расчетную схему принимают схему длительного режима при условии, что включены все рабочие и резервные источники питания, и с учетом подпитки места к. з. от высоковольтных двигателей двух секций при включенном секционном выключателе. Не следует рассматривать параллельный режим работы трансформаторов, если он создается в момент оперативных переключений. В расчетных схемах электроустановок напряжением выше 1000 В обычно принимают во внимание только индуктивные сопротивления электрических машин, силовых трансформаторов, реакторов, воздушных и кабельных линий, токопроводов. Активные сопротивления кабельных линий и цеховых трансформаторов учитывают для удаленных точек к. з., когда суммарное результирующее активное сопротивление составляет более 0,3 от суммарного индуктивного.

В схеме замещения результирующее сопротивление отдельных элементов цепи к. з. выражают в омах, мегаомах или в относительных единицах, приведенных к базисному напряжению или базисной мощности. За базисные принимают напряжения 6,3; 10,5; 37; 115; 230 кВ; за базисную мощность – мощность, равную единице. Например, можно принимать мощность системы, генераторов станций, трансформаторов подстанций или число, удобное для расчета, кратное 10 (10, 100, 1000 MBА).

Все электрические аппараты, токоведущие части и изоляторы схемы электроснабжения выбирают по условию нормального режима и проверяют на устойчивость при действии токов к. з. При этом определение токов к. з. необходимо для следующих целей:

проверки элементов системы электроснабжения на динамическую устойчивость (расчет ударного тока к. з. iуи наибольшего значения тока к. з. за первый период Iп0);

– проверки элементов системы электроснабжения на термическую устойчивость (расчет действующего значения установившегося тока к. з. I¥ и приведенного времени tп, соответствующего полному току к.з.);

– проверки выключателей по отключающей способности (расчетдействующего значения периодической составляющей тока к. з. It для t = 0,2 с – времени отключения выключателя).

Таким образом, результатом расчета токов к. з. является определение следующих величин: iу, I, I¥, tп, I0,2.

Значение токов к. з. на шинах напряжением 6−10 кВ подстанций промышленного предприятия, как правило, должно быть ограничено величиной, позволяющей применять КРУ серийного промышленного производства. При этом оптимальное значение расчетного тока к. з. должно определяться с учетом двух факторов:

а)обеспечения возможности применения электрических аппаратов с более легкими параметрами и проводников возможно меньших сечений;

б) ограничения отклонений и колебаний напряжения при резко-переменных толчковых нагрузках.

Параметры, по которым производится выбор и проверка электрических аппаратов, указаны в табл. 2.18.

Таблица 2.18

Факторы, учитываемые при выборе электрических аппаратов
и устройств

Тип аппарата
или устройства

Номинальное напряжение

Номинальный ток

Устойчивость
при к.з.

Нагрузка вторичных цепей

Коммутационная
способность

Характеристика
токоограничения

Потеря напряжения
в нормальном режиме

электродинамическая термическая
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Выключатель + + + + +
Разъединители + + + + (+)
Короткозамыкатель + + +
Отделитель + + + + (+)
Предохранитель + + + +

 

Окончание табл. 2.18

 

1 2 3 4 5 6 7 8 9
Выключатель нагрузки + + + + +
Разрядник + +
Трансфокатор тока + + + + +
Трансформатор напряжения + +
Опорный изолятор + + +
Проходной изолятор + + +
Реактор + + + + +
Автомат + + (+) + +
Контактор + + +
Магнитный пускатель + + +
Рубильник + + + + +

 

Примечание. Факторы, отмеченные знаком (+), учитываются в частных случаях.

 

Исходная схема для расчета и выбор точек короткого замыкания. Определение месторасположения и числа точек короткого замыкания производится в схеме электроснабжения, на которой должны быть указаны: параметры системы и связь с ней; схемы ГПП и РП; внутризаводская сеть и все потребители напряжением выше 1000 В. Точки короткого замыкания должны быть взяты на всех напряжениях в таких местах схемы, в которых при коротких замыканиях токи короткого замыкания будут иметь наибольшие значения (сборные шины ГПП трансформаторных подстанций напряжением 6−10 кВ и т. п.).

В том случае, когда питание предприятия осуществляется кабельными линиями, следует взять дополнительные точки короткого замыкания в начале питающих линий.

Исходная (расчетная) схема получается из схемы электроснабжения после исключения из нее тех линий и подстанций, по которым не будут протекать токи от источников питания к выбранным точкам короткого замыкания. В расчетной схеме указываются все источники питания иэлементы схемы электроснабжения между источниками питания и точками короткого замыкания, а также высоковольтные электродвигатели и компенсаторы, от которых может происходить подпитка точек короткого замыкания. На схеме приводятся основные параметры оборудования, которые потребуются для последующего расчета (мощности, напряжения короткого замыкания трансформаторов, длины и сечения линий и т. д.). На расчетную схему наносятся точки короткого замыкания. Нумерация точек короткого замыкания ведется в направлении их удаления от питающего центра.

Составление схемы замещения и вычисление сопротивлений. В схеме замещения все элементы расчетной схемы заменяются сопротивлениями, приведенными к базисным условиям. Базисная мощность Sб принимается равной 100 MBА или мощности одного трансформатора ГПП.

Вычисление сопротивлений, приведенных к базисным условиям, производится по следующим формулам.

Энергосистема:

,

где SH – номинальная мощность системы, MBА.

Двухобмоточные трансформаторы:

где ик%напряжение короткого замыкания, %; Sн – номинальная мощность трансформатора, MB А.

Трансформатор с расщепленной обмоткой низшего напряжения (схема замещения состоит из двух лучей), сопротивление каждого луча

где Sн – номинальная мощность трансформатора (обмотки высшего напряжения), MBА.

Схемы замещения и формулы для трансформаторов с более сложными схемами приведены в [24].

Реакторы (обыкновенные):

,

где хр – номинальное сопротивление реактора, %; Iн – номинальный ток реактора, кА; Uнноминальное напряжение реактора, кВ; – базисное напряжение ступени, на которой установлен реактор (6,3; 10,5 и т. д.), кВ; Ib – базисный ток ступени, на которой установлен реактор, кА.

Воздушные и кабельные линии:

– реактивное сопротивление:

где х0 —сопротивление на 1 км линии, Ом/км (средние значения х0 воздушных линий – 0,4Ом/км, кабельных напряжением 6-10 кВ – 0,08 Ом/км); l – длина линии» км; Uср – среднее напряжение линии (6,3; 10,5; 37; 115 и т. д.), кВ;

– активное сопротивление:

где  − сопротивление 1 км линии, Ом/км; g – удельная проводимость, м/Ом·мм2; s – сечение, мм2.

Синхронные электродвигатели и компенсаторы вводятся в схему замещения своими сопротивлениями х" и э. д. с. :

где х" – сверхпереходное сопротивление в относительных единицах. При отсутствии каталожных данных можно принимать следующие средние значения: для синхронных электродвигателей х" = 0,2; = 1,1, для синхронных компенсаторов х" = 0,2; = 1,2.

Асинхронные электродвигатели учитываются сопротивлениями х" и э. д. с. Е0":

где  – относительное значение пускового тока; х" – сверхпереходное сопротивление, средние значения х" = 0,2; Ео" = 0,9; Рн номинальная мощность электродвигателя, MBА.

Определение сопротивления системы по заданному току короткого замыкания. В тех случаях, когда параметры энергосистемы не заданы, но известны точки короткого замыкания или тип выключателя на питающей подстанции, сопротивление энергосистемы (до источника неограниченной мощности) определяется следующими способами.

1. Известен ток короткого замыкания I" на шинах питающей подстанции. Сопротивление между источником неограниченной мощности и данной точкой короткого замыкания

.

Если кроме I" известны I¥ или ,то сопротивление системы определяется по расчетным кривым  [24], а мощность системы определяется по формуле .

2. Известен тип выключателя. По каталогу определяем мощность Sоткл или ток отключения Iоткл этого выключателя. Сопротивление между источником неограниченной мощности и точкой, в которой ток и мощность короткого замыкания не превысят соответствующих параметров выключателя, определяется по формуле

Преобразование схемы замещения. Схема замещения путем различных преобразований приводится к такому виду, чтобы между каждым источником питания и точкой короткого замыкания находилось только одно результирующее сопротивление XS. Обычными приемами преобразования схемы являются последовательное и параллельное сложение сопротивлений, преобразование треугольника в звезду и т. п. Кроме того, допускается объединение однотипных источников питания, находящихся в примерно одинаковых условиях, т. е. при

Недопустимо объединять генераторы, подключенные непосредственно к точке короткого замыкания (или через очень малое сопротивление), с удаленными источниками, а также систему неограниченной мощности с источниками, параметры которых заданы. В этих случаях преобразование производят по методу коэффициентов распределения.

При преобразованиях схема сворачивается к точке, ближайшей к источникам питания.

После вычисления токов короткого замыкания в одной точке схема сворачивается к следующей точке и т. д.

Вычисление токов трехфазного короткого замыкания. После сворачивания (преобразования) схема должна состоять из нескольких ветвей. В каждой ветви источник питания отделен от точки короткого замыкания своим результирующим сопротивлением хSили zS. Если активное сопротивление rSне превышает , то его можно исключить из последующего расчета.

В зависимости от параметров источника вычисление токов трехфазного короткого замыкания осуществляют одним из следующих способов.

1. Источники известного типа (отдельные генераторы и электростанции). При малом удалении источников от точки короткого замыкания храсч < 3 и вычисление токов ведется по расчетным кривым (рис. 2.5−2.6). Так как расчетные кривые показывают зависимость тока короткого замыкания от сопротивления, приведенного к номинальной мощности источника, определяем расчетное сопротивление ветви:

,

где SH – номинальная мощность источника, MBА.

По расчетным кривым находим относительные значения токов I" при t = 0 и  при t = ¥.

Рис. 2.5. Расчетные кривые тока короткого замыкания
при питании энергосистемы от турбогенераторов с АРН для различных
отрезков времени от начала короткого замыкания (0−¥)

 

 

Рис. 2.6. Расчетные кривые тока короткого замыкания
при питании энергосистемы от гидрогенераторов с АРН
для различных отрезков времени от начала короткого замыкания (0−¥)

 

Вычисляем токи ветви, кА:

; ,

где  – номинальный ток источника для ступени напряжения Uн, на которой находится точка короткого замыкания, кА; Sн– мощность источника, MBА.

Если храсч > 3, то токи короткого замыкания определяются без кривых:

или

Мощность короткого замыкания

.

Ударный ток короткого замыкания

,

где , если активные сопротивления при вычислении тока короткого замыкания не учитывались и ударный коэффициент kу= 1,8.

В том случае, когда токи короткого замыкания определяются с учетом активного сопротивления кабелей

,

где

Ударный коэффициент может быть определен по кривым, приведенным на рис. 2.7.

Действующее значение полного тока короткого замыкания за период , при kу = 1,8; .

 

 

Рис. 2.7. Кривая для определения ударного коэффициента kу

 

 

2. Энергосистема с преимущественно тепловыми электростанциями. Вычисление токов короткого замыкания ведется так же, как в предыдущем случае.

3. Энергосистема неограниченной мощности:

.

SK, iуи Iу вычисляют так же, как в случае питания точки короткого замыкания от генераторов.

4. Электродвигатели и синхронные компенсаторы (каждый тип двигателей и компенсаторов должен быть представлен отдельными ветвями со своими ):

; .

Если электродвигатель (компенсатор) присоединен непосредственно к точке короткого замыкания, то подпитка в начальный момент короткого замыкания определяется по формуле

 

Ударный ток от электродвигателей

Ударный коэффициент принимается в пределах 1,6−1,8 по кривым рис. 2.8.

Рис. 2.8. Значение ударного коэффициента
для асинхронных электродвигателей

 

Установившийся ток от асинхронных электродвигателей равен нулю, а от синхронных двигателей и компенсаторов (для проверки термической устойчивости) может быть приравнен к сверхпереходному.

5. Общие токи в точке короткого замыкания определяются путем арифметического суммирования соответствующих токов отдельных источников. Если точка короткого замыкания расположена на участке схемы, имеющем питание с двух сторон, то суммирование токов производится для каждой стороны отдельно.

Результаты вычисления токов трехфазного короткого замыкания следует привести в таблицах, составленных для каждой точки короткого замыкания, по форме таблицы 2.19.


Таблица 2.19

 

Результаты расчета токов короткого замыкания в точках …

Источник

SН,

MBA

IН(Iб), кА

хS

храсч

Относительные токи

Токи, кА

kу

iу,

кА

Iу,

кА

SК,

MBA

I" I¥
                         
                         
                         

Суммарные значения

     

 


Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 535; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:






Мы поможем в написании ваших работ!