Электроснабжение цеха промышленного предприятия

 

2.9 Расчет тока короткого замыкания

 

При проектировании СЭС  учитываются не только нормальные, продолжительные режимы работы ЭУ, но и их аварийные режимы. Одним из аварийных режимов является короткое замыкание.

Коротким замыканием (КЗ) называют всякое случайное или  преднамеренное, не предусмотренное нормальным режимом работы, электрическое соединение различных точек ЭУ между собой или землей, при котором токи в ветвях ЭУ резко возрастают, превышая наибольший допустимый ток продолжительного режима.

В системе трехфазного  переменного тока могут возникать  замыкания между тремя фазами – трехфазные КЗ, между двумя  фазами – двухфазное КЗ. Чаще всего  возникают однофазные КЗ (60 – 92% от общего числа КЗ).

Как правило, трехфазные КЗ вызывают в поврежденной цепи наибольшие токи, поэтому при выборе аппаратуры обычно за расчетный ток КЗ принимают ток трехфазного КЗ.

Причинами коротких замыканий  могут быть механические повреждения изоляции, падение опор воздушных линий, старение изоляции, увлажнение изоляции и др.

Короткие замыкания  могут быть устойчивыми и неустойчивыми, если причина КЗ само ликвидируется  в течении без токовой паузы  коммутационного аппарата.

Последствием КЗ являются резкое увеличение тока в короткозамкнутой цепи и снижение напряжения в отдельных точках системы. Дуга, возникшая в месте КЗ, приводит к частичному или полному разрушению аппаратов, машин и других устройств. Увеличение тока в ветвях электроустановки, примыкающих к месту КЗ, приводит к значительным механическим воздействиям на токоведущие части и изоляторы, на обмотки электрических машин. Прохождение больших токов вызывает повышенный нагрев токоведущих частей и изоляции, что может привести к пожару.

Снижение напряжения приводит к нарушению нормальной работы механизмов, при напряжении ниже 70% номинального напряжения двигателя затормаживаются, работа механизмов прекращается.

Для уменьшения последствий КЗ необходимо как можно быстрее отключить  поврежденный участок, что достигается применением быстродействующих выключателей и релейной защиты с минимальной выдержкой времени.

Рассмотрим несколько случаев  КЗ:

1. На большом расстоянии от ЦТП;
2. На малом расстоянии от ЦТП.

Схема к расчету токов КЗ в сети промышленного предприятия представлена в приложении (Лист 1)

1. Предположим, что КЗ произошло на зажимах алмазно-расточного станка, мощностью 5 кВт, находящийся в станочном отделении – К1.

Справочные данные элементов схемы  следующие:

• Силовой трансформатор

• Найдем по справочникам сопротивление токовой катушки автомата и переходное сопротивление контактов для автоматического выключателя типа АВМ-10Н:

• Определим сопротивление магистрального шинопровода от выключателя до ответвления распределительного шинопровода механического отделения. Общая длина этого участка ШМА . Тогда:

 

, ;

;

.

 

Определим сопротивление распределительного шинопровода до РП отделения. Длина  участка ШРА  . Используя уже известные формулы, получим:

 

, ;

;

.

 

• Определим сопротивление токовой катушки автомата и переходное сопротивление контактов для автоматического выключателя ВА 52-35-3 (I_ном=250А):

• Определим сопротивление кабеля от распределительно щита до точки КЗ. Длина участка  Используя уже известные формулы получим:

 

, ,

, .

 

Определяем относительное активное сопротивление трансформатора:

 

 

Определяем относительное индуктивное  сопротивление трансформатора:

 

 

Далее рассчитаем сопротивление трансформатора:

 

 

Схема замещения цепи для КЗ состоит из ряда последовательно включенных сопротивлений. Суммарное сопротивление цепи КЗ составляет:

 

 

Полное сопротивление:

 

 

Определим ударный ток КЗ от системы.

По расчетной кривой на рис. 4-12 [1] при  , находим ( - ударный коэффициент).

Учитывая, что действующее значение тока КЗ будет равен:

 

 

находим ударный ток КЗ в соответствии с формулой:

 

 

2. Предположим, что КЗ произошло в магистральном шинопроводе (ШМА) – К2.

Справочные данные элементов схемы  следующие:

• Силовой трансформатор

• Автоматический выключатель типа АВМ-10Н

• Шины

;

, ;

 

; .

 

Определяем относительное активное сопротивление трансформатора:

 

 

Определяем относительное индуктивное  сопротивление трансформатора:

 

 

Далее рассчитаем сопротивление трансформатора:

 

 

Схема замещения цепи для КЗ состоит из ряда последовательно включенных сопротивлений. Суммарное сопротивление цепи КЗ составляет:

 

 

Полное сопротивление:

 

 

Определим ударный ток КЗ от системы.

По расчетной кривой на рис. 4-12 [1] при  , находим 1,0 ( - ударный коэффициент).

Учитывая, что действующее значение тока КЗ будет равен:

 

 

находим ударный ток КЗ в соответствии с формулой:

 

 

Проверим выключатель ВА 52-35-3 (I_ном=250А) на отключающую способность, как самый отдаленный от ЦТП:

Автомат при КЗ отключается не разрушаясь.

Проверим на отключающую способность  выключатель, который расположен ближе  к ЦТП - АВМ-10Н:

Автомат при КЗ отключается не разрушаясь.

Проверка остальных выключателей не производится, т.к. они будут так  же удовлетворять условиям отключения.

Проверяем кабели на термическую устойчивость:

 

,

 

α=11-для алюминия, =0,1 с– приведенное время действия тока КЗ.

АВВГ 3х6+1х4: ;

АВВГ 3х10+1х6: ;

АВВГ 3х25+1х16: ;

АВВГ 3х70+1х25: .

По термической стойкости кабельные  линии удовлетворяют.

Проверка ШМА на термическую устойчивость:

 

 

ШМА термически устойчив.

Проверка ШМА на динамическую устойчивость:

 

 

 

ШМА динамически устойчив.

Проверка ШРА на термическую  устойчивость:

 

 

ШРА термически устойчив.

Проверка ШРА на динамическую устойчивость:

 

 

ШРА динамически устойчив.

 

2.10 Определение расхода энергии в элементах цеховой сети за год

 

Для рационализации потребления электроэнергии необходимо составление и анализ электробалансов промпредприятий. Электробаланс отражает «приход» энергии  от энергоснабжающей организации и «расход» этой энергии. Расход энергии разбивается на ряд статей: технологическая нагрузка; электропривод технологических механизмов; электротехнология; потребление электроэнергии на вспомогательные устройства; электрическое освещение и различные потери энергии.

В зависимости от цели расчета расход активной электроэнергии наиболее часто  определяется за год, месяц или за смену.

Расчетная нагрузка цеховой сети была вычислена ранее и равна:

Годовое число часов рабочего времени  при двухсменном режиме работы, при продолжительности смены 8 часов (по [1.1.] стр.62.) равна 4500 часов. Тогда за год расходуется:

Если стоимость электроэнергии, покупаемой предприятием, равной 1,5 рубля, тогда затраты на электроэнергию в год на данный цех составят:

 

2.11 Определение потерь энергии за год в элементах цеховой сети

 

В данном пункте рассчитаем потери энергии  в трансформаторе, магистральном  и распределительных шинопроводах. В виду большого объема расчетов пренебрежем  потерями в кабельных линиях цеха.

• Потери энергии в трансформаторе.

Мощность потерь в трансформаторах  определяется как сумма: потери трансформатора при холостом умноженные на 2, т.к. потери при холостом ходе не завися от мощности; и мощность потерь короткого замыкания  умноженные на 0,5:

 

 

• Потери энергии в магистральном шинопроводе.

 

;

;

;

 

• Потери энергии в распределительных шинопроводах.

 

;

 

Потери мощности каждого распределительного шинопровода определяются по формуле:

 

.

 

Просуммируем:

 

 

Потери мощности в кабеле найдем как:

 

 

Общие потери в каждом типе кабеля найдем как:

 

 

 

просуммируем:

 

 

Для определения расчетных потерь необходимо рассчитать средний коэффициент  спроса цеха и умножить его на сумму  потерь, рассчитанных ранее.

Коэффициент спроса равен:

 

 

Расчетные потери цеха соответственно равны:

 

 

Годовые потери энергии при этом составят:

Найдем процентное соотношение  потерь энергии от расхода:

 

2.12 Расчет и выбор элементов релейной защиты цехового трансформатора

 

Выбираем токовые трансформаторы

Определяем ток в линии ЭСН

 

 

Принимаем к установке в  РЗ трансформаторы тока типа ТПЛ-10 с I₁=10 A и I₂=5 А в количестве 2 штук.

Определяем коэффициент трансформации

 

 

Выбираем реле тока ТО типа РТМ.

Определяем ток срабатывания реле

 

 

Выбираем РТМ-IV, I_ср=100А

Определяем K_ч(то) и надежность срабатывания ТО при наименьшем (2-фазном) токе КЗ в начале линии ЭСН:

 

 

Условие надежности К_ч≥1,2 выполнено, следовательно, ТО срабатывает надежно.

Выбираем реле МТЗ типа РТВ.

 

 

Выбираем РТВ-I, I_ср=5А

 

Заключение

 

Схема электроснабжения цеха, предложенная в курсовой работе, выполнена в  соответствии с ПУЭ, СНиП и другой нормативной документацией. Система  электроснабжения выполнена так, чтобы  в нормальном режиме все элементы системы находились под нагрузкой  с максимально возможным использованием их нагрузочной способности.

 

 

 

Список используемых источников

 

1. Электротехнический справочник в четырех томах. т. 2 “Электротехнические изделия и устройства”. Под общей редакцией В.Г. Герасимова, А.Ф. Дьякова и др., М., Издательство МЭИ, 1998 г.
2. Федоров А.А., Каменева В.В. Основы электроснабжения промышленных предприятий", М. "Энергия", 1979
3. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий. Ч. 1 и 2, под ред. Федорова А.А. Сербиновского Г.В., "Энергия", 1973.
4. Правило устройства электроустановок, С.-Петербург, изд “Деан”, 1999 г.
5. Пособие для изучения правил технической эксплуатации электрических станций и сетей, М. “Издательство НЦ ЭНАС”, 2000 г.
6. Электротехнический справочник, И.И.Алиев, М., издательское предприятие “РадиоСофт”, 2000 г.