Материал: Проектування трансформаторної підстанції механічного цеху

Розрахунок і вибір автоматичних вимикачів на шинах 0,4-0,23 кВ починається з визначення схеми живлення розподільчих шаф, що підключаються до даної шини трансформаторної підстанції.

За радіальною схемою живлення кожна розподільча шафа живиться за окремою лінією, тому автоматичний вимикач кожної лінії вибирається за сумарним номінальним струмом всіх споживачів підключених до даної шафи.

Якщо схема живлення магістральна і за однією лінією живляться декілька РШ, то автоматичний вимикач вибирається за сумарним номінальним струмом усіх споживачів підключених до всіх розподільчих шаф, які живляться даною лінією.

Для вибору захисної апаратури, що захищає РШ від струмів короткого замикання та від перевантаження необхідно знати номінальний струм всіх споживачів, що живляться від даної шафи.

І_ном = Р_ном /  × U_ном × cosφ × η, (4.6.1)

де І_ном - номінальний струм всіх споживачів кожної розподільчої шафи, А;

Р_ном - номінальна потужність всіх споживачів кожної розподільчої шафи, кВт;

U_ном - номінальна напруга розподільчої шафи, кВ;

Cos φ - коефіцієнт потужності;

η - коефіцієнт корисної дії

Проводимо розрахунок для РП1

І_ном = 18 /  × 0,38 × 0,65 × 0,88 = 47,87 А.

Розраховуємо струм розчіплювана автоматичного вимикача:

І_роз. = І_ном./ k_поп, (4.6.2)

де І_роз. - струм розчіплювача автоматичного вимикача, А;

І_ном - номінальний струм всіх споживачів РП, А;

К_поп - тепловий коефіцієнт поправки 0,85

Проводимо розрахунок для РП1

І_роз. =47,87 / 0,85 = 56,31 А.

Вибираємо за струмом розчіплювача автоматичний вимикач, так щоб виконувалась нерівність:

Вибираємо вимикач типу ВА88-33 з І_{роз.ном} =63А.

І_роз ≤ І_{роз .ном} (4.6.3)

де І_{роз .ном} - струм розчіплювача вибраного за каталогом вимикача, А.

,31 ≤ 63

Встановлюємо неможливість спрацювання автоматичного вимикача в процесі запуску електроприводу споживача з максимальною потужністю, підключеного до даної РП.

Визначаємо пусковий короткочасний струм споживача з максимальною потужністю, підключеного до даної РП:

І_пус. = k_пус×І_ном, (4.6.4)

де k_пус - коефіцієнт пуску споживача з максимальною потужністю

І_ном - номінальний струм споживача з максимальною потужністю, підключеного до даної РП, А.

Проводимо розрахунок для РП1

І_пус. = 6 × 47,87 = 287

Визначаємо струм миттєвого спрацьовування автоматичного вимикача, А:

І_ср.ел. = k_н × І_кор, (4.6.5)

де І_кор - короткочасний струм споживачів, підключених до даної РП, А;

k_н - коефіцієнт неточності спрацьовування відсічки, k_н =1,25;

Проводимо розрахунок для РП1

І_ср.ел. = 1,25 × 287 = 358 А.

Перевіряємо вибраний автоматичний вимикач, на неможливість спрацювання в процесі запуску електроприводу споживача з максимальною потужністю, підключеного до даної РП. Повинна виконуватись нерівність:

І_ср.ел ≤ І_{ср.ел .ном.}, (4.6.6)

де І_{ср.ел .ном} - струм миттєвого спрацьовування вибраного за каталогом вимикача, А; 358 ≤ 1600

Перевіряємо вибраний автоматичний вимикач, на спрацювання при короткому замиканні на шині трансформаторної підстанції. Повинна виконуватись невірність:

І_к.з ≥ І_{ср.ел .ном.}, (4.6.7)

де І_{ср.ел .ном} - струм миттєвого спрацьовування вибраного за каталогом вимикача, кА;

І_к.з - струм короткого замикання низької сторони підстанції, розрахований в розділі 5.4.7, кА;

≥ 1600

Вибираємо запобіжник для захисту трансформатора на підстанції.

ПН2 - 400 U_ном=380 В, струм плавкої вставки І_ном = 400А.

Визначаємо струм плавкої вставки запобіжника:

І_вс ≥ І_кор, (4.6.8)

де І_кор - короткочасний струм споживачів , підключених до всіх РП трансформаторної підстанції, А;

а - коефіцієнт зниження пускового струму, для легкого пуску а = 2,5.

≥ 164

Розрахунком інших обчислень для розподільчих пунктів проводимо аналогічно і результати завдань зводяться в таблицю 4.5.1

Таблиця 4.5.1

.7 Розрахунок і вибір вимірювальних трансформаторів

Вибір та перевірка вимірювальних трансформаторів струму на шинах 0,4-0,23 кВ

Обираємо трансформатор типу ТПЛ-10.Струм первинної обмотки 200 А,термічна стійкість 45 кА, час проходження струму термічної стійкості за каталогом 3с, динамічна стійкість 175 кА,вимір обмоток S_ном = 10 кВ.

Вибір вимірювальних трансформаторів струму виконується за умов:

в залежності від місця встановлення ( внутрішнє або зовнішнє);

за номінальною напругою:

U_ном ≥ U_роб (4.7.1)

де U_ном - номінальна напруга трансформатора за каталогом, кВ;

U_роб - робоча напруга приєднання, де буде встановлено трансформатор струму, кВ; 10 ≥ 0,4

- за номінальним струмом:

І_ном ≤ І_{роб.макс}, (4.7.2)

де І_ном - номінальний струм трансформатора за каталогом, А;

І_{роб.макс.} - робочий максимальний струм приєднання, де буде встановлено трансформатор струму, кА.

≤ 200

135 ≤ 200

Перевірка вибраного трансформатора струму на динамічну стійкість здійснюється за умов:

І_дин ≥ і_у, (4.7.3)

де І_дин - амплітудне значення струму динамічної стійкості, вибраного трансформатора струму за каталогом, кА;

і_у - миттєве значення струму короткого замикання в точці приєднання, де буде встановлено трансформатор струм,кА;

Перевірка на термічну стійкість виконується за умови:

I²t*t_t ≥ B_k, (4.7.4)

де I²_t - струм термічної стійкості вибраного трансформатора струму за каталогом, кА²;

t_t - час проходження струму термічної стійкості за каталогом, с;

В_к - тепловий імпульс струму К.З. для відповідного приєднання за розрахунком, кА²*С; 6075 ≥ 675

Знаходимо номінальне навантаження вторинної обмотки у заданому класі точності,Ом:

Z_н2 = U_ном / I_ном, (4.7.5)

де U_ном - номінальна потужність ,кВ

І_ном- номінальний струм вибраний за каталогом,А

10000 / 200 = 50

Перевірка виконується для одного приєднання за вказівкою викладача.

Для розрахунку значення Z₂ спочатку слід скласти схеми підключення приладів до вторинної обмотки трансформаторів струму, потім визначити опір обмоток приладів, реле, проводів і контактів.

Навантаження на вторинну обмотку трансформаторів струму розраховується за формулою:

Z₂ = Z_прил + Z_пров + Z_к, (4.7.6)

де Z_прил - сумма опорів приладів підключена до вторинної обмотки, Ом; опір токових обмоток приладів та реле:

Z_пров - опір з’єднувальних проводів між трансформатором струму та приладами,Ом.

для лічильників активної енергії Z_ла = 0,04 Ом

для лічильників реактивної енергії Z_лр = 0,02 Ом

для амперметра Z_а = 0,07 Ом

для реле струму Z_рст = 0,02 Ом

для реле диференційного захисту Z_рдз = 0,4 Ом

для реле напряму потужності Z_рнп = 0,4 Ом

Опір з’єднувальних проводів визначається за формулою:

Z_пров = , (4.7.7)

де L_pоз - розрахункова довжина з’єднувальних проводів (рекомендується для РУ - 10 кВ приймати L_pоз = 3-4 м)

γ - питома провідність матеріалу проводу ( для міді γ = 58 м/Ом мм²)

g - площа перерізу проводу, мм²

Z_к - опір перехідних контактів, який приймається 0,1 Ом.

Z_пров =  = 0,02 Ом

Під час перевірки трансформаторів струму за класом точності повинна виконуватись умова:

Z_н2 ≥ Z₂, (4.7.8)

де Z_н2 - номінальне навантаження вторинної обмотки у заданому класі точності, Ом;

Z₂ - навантаження на вторинну обмотку, яке складають підключені до неї прилади, реле, з’єднувальні проводи та контакти, Ом.; 50 ≥ 1,97

Вибір та перевірка вимірювальних трансформаторів напруги на шинах 6-10кВ.

Вибір вимірювальних трансформаторів напруги виконується за умови:

в залежності від місця встановлення ( внутрішнє або зовнішнє);

за номінальною напругою:

U_ном ≥ U_роб, (4.7.9)

де U_ном - номінальна напруга трансформатора за каталогом, кВ;

U_роб - робоча напруга приєднання, де буде встановлено трансформатор напруги, кВ.; 10 ≥ 10

Вибраний трансформатор повинен бути перевірений за роботою в класі точності «0,5», тому, що до його вторинної обмотки підключені лічильники грошового розрахунку. Повинна виконуватись умова:

S_н2 ≥ S₂, (4.7.10)

де S_н2 - номінальна потужність трансформатора в класі точності «0,5», ВА;₂ - потужність, яку споживають прилади та реле, підключені до вторинної обмотки трансформатора, ВА; 640 ≥ 400

5. РОЗРАХУНОК ЗАХИСНОГО ЗАЗЕМЛЕННЯ

Виконуючи розрахунок заземлення трансформаторної підстанції напруг 6-10/0,4 кВ, необхідно визначити кількість електродів заземлення, що приварюються до сталевої полоси заземлення. Треба враховувати, що на стороні високої напруги нейтраль ізольована, на стороні низької напруги нейтраль глухо заземлена.

Розрахунок починаємо з визначення струму однофазного замикання на землю в мережі 6-10 кВ:

І₃= U_ном × (35 × L_каб + L_п), (5.1.1)

де U_ном - номінальна напруга високої сторони, кВ;

L_каб - довжина кабельної лінії, км;

L_п - довжина повітряної лінії, км.

 × (35 × 0,2 + 0) = 70 А.

Визначаємо опір заземлюючого пристрою для високовольтної мережі при загальному заземлені:

R₃ = U_ном / І₃, (5.1.2)

де U_ном - номінальна напруга високої сторони, кВ;

І₃ - струму однофазного замикання на землю в мережі 6-10 кВ, А.

 / 70 = 0,14 Ом.

В електроустановках з напругою до 1000 В з ізольованою і глухо заземленою нейтраллю опір заземлюючого устрою не повинен бути більш ні R ₃ = 4 Ом. Приймаємо менший опір заземлюючого пристрою при загальному заземлені.

Визначаємо величину питомого опору ґрунту, на якому стоїть трансформаторна підстанція:

ҏ_опр = Р_зад × ψ, (5.1.3)

де ҏ_зад - питомий опір ґрунту, Ом*см;

ψ - коефіцієнт підвищення опору 1,4.

× 1,4 = 140 Ом.

Для заземлювачів вибирається прутковий електрод d = 12 мм і довжиною 5м, опір одного заземлювача, його опір:

R_опр = 0,00227 × ҏ_опр (5.1.4)

де η - коефіцієнт екранування (при відстані між електродами 10 м η = 0,8)

R₃ - опір заземлюючого пристрою, Ом;

R_опр - опір одного заземлювача, Ом.

,00227 × 140 = 0.31 Ом.

Кількість вертикальних електродів заземлення визначається за формулою:

n = R_onp / η × R₃, (5.1.5)

де η - коефіцієнт екранування (при відстані між електродами 10 м η = 0,8)

R₃ - опір заземлюючого пристрою, Ом;

R_опр - опір одного заземлювача, Ом.

0,31 / 0,8 × 0,14 = 2,76 ≈ 3 шт.

Мінімальна кількість електродів заземлення три штуки.

ВИСНОВОК

Втрати електроенергії на підприємстві виникають за рахунок неправильно вибраних типів і потужностей силових трансформаторів на підстанції. Якщо потужність силових трансформаторів завищена, то трансформатори будуть працювати в недовантаженому режимі при цьому частина електроенергії буде втрачатись. Тому трансформатори підстанцій вибирають так, щоб коефіцієнт навантаження був не менше 0,6. Також для втрат електроенергії вибирають найбільш сучасні типи трансформаторів.

Зменшення витрат електроенергії при роботі верстатів досягаються тим, що двигуни верстатів не працюють в режимі холостого ходу для цього необхідно вимикати верстати коли робітники йдуть на перерву або не має навантаження для даного верстату.

Збереження електроенергії за рахунок зменшення робочих годин мережі освітлення, для цього необхідно підтримувати у чистому стані вікна та використовувати сучасні схеми включення і виключення мереж освітлення з фотоелементами, які автоматично вмикають освітлення при зниженні загальної освітленості цеху і відключають освітлення при збільшенні загальної освітленості цеху. Дані шафи дозволяють вмикати і вимикати освітлення в режимі ручного управління.

Зменшення споживання електроенергії підприємствами також відбувається при використанні різних видів компенсуючи пристроїв, для цього на трансформаторних підстанціях встановлюють комплексуючи або використовують асинхронні двигуни, що працюють в режимі холостого ходу.

ЛІТЕРАТУРА

1. Василева П.О. Електропостачання. Суми: Університетська книга, 2008

. Конюхов Е.А. Электроснабжение объектов. - М: Мастерство, 2009.

. Мазепа С.С, Марущак Я.Ю. Електрообладнання промислових підприємств. - Львів: Магнолія плюс, 2010

. Рудницький В.Г. Внутрішньоцехове електропостачання.- Суми: Університетська книга, 2009

. Ванін В.В., Блок А.В. Оформлення конструкторської документації. - Навч. П. ДБН Державні будівельні норми - К.: Державний комітет України з будівництва та архітектури, 2011