Для защиты распределительных линий и электроприемников, подключенных к ним, используются автоматические выключатели и плавкие предохранители. Эти аппараты устанавливаются в силовых распределительных шкафах или в распределительных шинопроводах.
В настоящее время электротехнической промышленностью выцпускаются шкафы с автоматическими выключателями серии ПР 8501 и ПР 8701.
Эти шкафы укомплектовываются выключателями ВА 51 с токовыми уставками 16, 25, 31,5, 40, 50, 63, 80, 100, 250 (А).
Шкафы с предохранителями выпускаются серии ШРС и могут быть укомплектованными предохранителями типа ПН 2, НПН 2. В качестве вводного аппарата в шкафах с предохранителями используются трехполюсные рубилники.
Шинопроводы позволяют установку и автоматов, и предохранителей. Автоматический выключатель имеет тепловой, электромагнитный и комбинированнный расцепители.
При наличии теплового расцепителя автомат осуществляет защиту от перегрузки. Электромагнитный расцепитель обеспечивает защиту от короткого замыкания. Комбинированный расцепитель выполняет защиту в линиии и электроприемниках от перегрузки и короткого замыкания. Предохранители предназначены для только от короткого замыкания.
Для надежного срабатывания защиты в условиях однофазного короткого замыкания в четырех проводных сетях напряжением до тысячи вольт должно соблюдаться условие IK(1)>=KIз.
Расчет питающих линий напряжением до 1 кВ
Для выбора сечения проводов или кабелей должны быть известны нагрузки в узлах (силовых шкафов, шинопроводов). Для примера рассмотрим расчет линий проложенных от ЦТП до ШР - 1 и ШР – 2. Распределительные шкафы от ЦТП могут быть запитаны по магистральной или радиальной схемам.
Магистральная схема – питающая сеть, проложенная в одном направлении по сопутствующим строительным конструкциям.
Радиальная схема – распределительные шкафы от ЦТП запитаны по отдельным линиям.
Радиальные схемы обладают повышенной надежностью по сравнению с магистральными, так как при повреждении одной линии вторая линия остается в работе. При магистральной схеме при повреждении магистрали в начале линии обе сборки остаются без напряжения, но магистральные схемы более экономичны за счет меньшего расхода проводов и кабелей. По магистральной схеме рекомендуется запитывать электроприемники одного технологического потока.
Сечение линий выбирают из следующих условий:
1. Длительно допустимый нагрев максимальным расчетным током. На участке от ЦТП до ШР – 1 расчетная нагрузка 236,7 кВт.
Iрасч. = Smax/( 3*Uном)=320,3/0,66=485,8 А.
По справочным таблицам ПУЭ в приложении 7 выбираем сечение провода S=240мм2, Iдл.доп=276 А. В качестве нулевых защитных проводов а ПУЭ разрешается использовать стальные трубы электропроводок, если нагрузка симметрична. В данном случае к ШР – 1 и ШР – 2 подключены только трехфазные электроприемники, и нулевой провод в этом случае является только защитным. При наличии однофазных приемников схема будет с несимметричной нагрузкой, в нулевом проводе будет протекать ток, и в этом случае нулевой провод будет рабочим и защитным, а питающая сеть должна быть четырехпроводной. Для обеспечения надежной защиты от короткого замыкания допускается на всех участках магистрали применять одинарное сечение, соответствующее нагрузке всей магистрали, то есть такой же, как в начале линии
2. Условия надежного срабатывания защиты при однофазном коротком замыкании.
Для проверки выбранного сечения на надежное срабатывание защиты необходимо определить уставки защитных аппаратов. Для ШР –1 на вводе предусматривается автоматический выключатель с номинальным током 500 А.
Согласно таблице 3.9 [2,160] для линий к группам электроприемников.
Iср.тепл.расц = 1,1* Iр.
1,1* - повышающий коэффициент, если защитный аппарат установлен вне шкафа.
Выбираем защитные аппараты.
ВА 51-37 630/500
Iном>=Iр
500>=485.8 - условие выполняется.
Под перегрузкой понимают увеличение тока в линии свыше длительно допустимого.
Если линии неответственные и небольшой протяженности, от для проверки условия достаточно сравнить длительно допустимый ток с током срабатывания защиты и не рассчитывать ток короткого замыкания.
3. Условия нормативных отключения напряжения потребителя.
Отключение напряжения потребителей не должно превышать допустимых значений и расчетная потеря напряжения в линии не должна превышать допустимую.
Потеря напряжения в линии определяется как разность действующих значений напряжения в линии в начале и в конце.
U= U1-U2 (В).
Относительная потеря напряжения U%= ((U1-U2)/ U1)*100%.
Для компенсации потерь напряжения в линии рядом стандартных номинальных напряжений предусматривается превышение напряжения источника питания на 5%, в сравнений с номинальным напряжением потребителя. Поэтому допустимую потерю напряжения питающих сетей принимают равной 5%.
Uдоп=5%.
В общем ГОСТом предусматривается, что отклонение напряжения потребителей в меньшую сторону от допустимой потери напряжения.
Наибольшие располагаемые потери напряжения от шин трансформаторных подстанции до наиболее удаленных электроприемников силовой сети с учетом потерь в трансформаторе можно определить по справочным таблицам литературы [2] и [8].
Расчетные потери напряжения в сетях напряжением до 1 кВ определяются по формуле:
Uрасч.%=(Рр*l)/(С*F), в (%), где
Рр- максимальная расчетная нагрузка в линии (кВт).
l - длина линии (м).
F- сечение токоведущих жил (мм2).
С – коэффициент, учитывающий конструкцию сетей, приводится в справочной литературе таблиц [2], [8], [4].
Произведение расчетной нагрузки на длину линии называют моментом нагрузки.
Мр=Рр*l, кВт*м.
Значение расчетных моментов может проставляться на расчетных схемах. В справочных таблицах литературы [2], [4], [8] приводятся расчетные потери напряжения в зависимости от момента нагрузки. Для питающих линий нагрузка в основном бывает сосредоточено в конце линии или участка. Поэтому для линий с распределенной нагрузкой шинопроводов расчет потери напряжения рассмотрен в литературе [2, стр.170], [4], [8].
4. Проверка на термическую стойкость при сквозных однофазных коротких замыканий.
Проверку выполняют для питающих линий, выполненных проводами и кабелями с пластмассовой изоляцией.
Минимальное сечение, удовлетворяющее условию термической стойкости.
Fmin= Bк/Ст=Iк.з(1)* t расч.к.з./Ст, мм2.
Вк – тепловой импульс, А2*с.
Вк=I2*t.
Iк.з – ток однофазного короткого замыкания,
tрасч.к.з. – расчетное время короткого замыкания в секундах, зависит от времени срабатывания защитного аппарата.
Время срабатывания в зависимости от тока короткого замыкания определяют по время - токовой характеристике защитного аппарата.
Ст - термический коэффициент, считывающий разность температур нагрева токоведущих жил при нормальном режиме и в условиях короткого замыкания. Этот коэффициент приводится в таблице литературы [2] и [9].
Ток однофазного короткого замыкания определяется при коротком замыкании в конце линии после расчета однофазного короткого замыкания.
Выбранное сечение проводов или кабелей должно быть больше, чем сечение минимально допустимое по условию термической стойкости
Расчет заземления
В сетях напряжением до 1000 В, работающих с изолированной нейтралью, а также в сетях выше 1 кВ, обязательной защитной мерой является заземление металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением при пробое изоляции, такое заземление называется защитным.
В сетях напряжением до 1000 В заземление нейтралей источника питания называется рабочим, так как с землей соединяются токоведущие части, находящиеся под напряжением в нормальном режиме. Рабочее заземление обеспечивает возможность выполнения трехфазных четырех проводных сетей (с глухозаземленной нейтралью). Сопротивление глухозаземляющих устройств (рабочего напряжения защитного заземления) нормируется в ПУЭ. Так при линейном напряжении 380 В сопротивление нейтрали трансформатора в трехфазных четырех проводных сетях должно быть не больше 4 Ом. В сетях с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В при линейном напряжении 380
В сопротивление заземляющего устройства не должно превышать 4 Ом.
Rз<=125/Iз не > 4 Ом.
Допускается сопротивление заземляющего устройства в таких сетях до 10 Ом если мощность трансформатора или трансформаторов, работающих параллельно, не превышает 100 кВА. В сетях напряжением больше 1кВ с изолированной нейтралью сопротивление заземляющего устройства с учетом сопротивления естественного заземлителя должно быть не больше 10 Ом.
Rз <= 250/Iз.
Iз – расчетный ток замыкания на землю или измерений тока в режиме короткого замыкания на землю.
Iз берется минимальным из всех замеров и измеряется в то время года, при котором сопротивление будет иметь максимальное значение.
Для обеспечения надежной связи с землей в конструкции заземляющих устройств используются вертикальные электроды из круглой, прямоугольной, угловой стали, а также применяется сталецинковая. Вид заземлителя, то есть профиль поперечного сечения выбирается в зависимости от приспособлений, которые располагаются в организации. Длина заземлителя должна быть не меньше 3-5м, расстояние между вертикальными электродами должно быть не менее их длины.
Для установки вертикальных электродов сначала копают ров на глубине 0,7м и вкручивают вертикальные электроды так, чтобы верхний конец оставался под дном рва 0,2м. После этого вертикальные электроды соединяют между собой горизонтальными электродами (заземлителями). Горизонтальные электроды соединяют с магистралью заземления внутри здания не менее, чем в двух местах и тем же профилем которым выполнен горизонтальный электрод.
Наружное заземляющее устройства бывают контурные и выносные.
Контурные размещаются вокруг производственного здания. Для здания заземления часто размещают в котловане вдоль фундамента при его установке.
Выносные заземляющие устройства могут выполняться в ряд или по контуру.
Количество вертикальных электродов определяется при расчете заземляющего устройства так, чтобы расчетное сопротивление заземлителя было меньше нормируемого. При проектировании электроустановок необходимо в первую очередь рассматривать возможность использование естественных заземлителей. Внутри здания прокладываются магистральные заземления, от которых выполняют ответвления к отдельным электроприемникам и электрооборудованию сетей.
Расчет токов однофазного короткого замыкания
Определение однофазного тока короткого замыкания необходимо для проверки надежного срабатывания защиты и термической стойкости питающей линии выполненных кабелем с пластмассовой изоляцией. Ток однофазного короткого замыкания протекает в короткозамкнутой петле « фаза – нуль » и называется расчетным занулением.
Согласно ПУЭ 1.7.79 в электроустановках до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью с целью обеспечения надежного автоматического отключения аварийного участка проводимость фазных и нулевых защитных проводников должна быть выбрана такой, чтобы при замыкании на корпус или на нулевой защитный проводник возникал ток короткого замыкания, превышал не менее, чем в 3 раза номинальный ток плавкой вставки предохранителя, в 3 раза номинальный ток теплового расцепителя автоматического выключателя.
Iкз(1) >=1.4 Iэл.расц.
Автоматический выключатель свыше 100 А.
Iкз(1) >=1.25 Iэл.расц.
Iкз(1)= U/Z «ф-0», где
Z «ф-0» - сопротивление петли « фаза – нуль », в которую входит полное сопротивление одной обмотки трансформатора фазного и нулевого провода, сопротивление контактов защитного аппарата, контактных соединений, сопротивление корпуса оборудования.
При расчетах, согласно руководящих указаний, по расчету короткого замыкания и выбору проверки аппаратов и проводников, по условиям короткого замыкания учитывают только сопротивление проводов и обмотки трансформатора.
Iкз(1)= Uф/(Zп+Zт/3).
Для расчета применяют упрощенную методику определения тока однофазного короткого замыкания, она основана на использовании потери напряжения и расчетного тока нагрузки. При этом допущение составляет +- 5% как в сторону снижения, так и увеличения тока короткого замыкания. Поэтому используемые выражения являются достаточно точными без технических расчетов в проектной практике. В результате преобразований получается расчетная формула:
Iкз(1) =1/(К Ua/100Imax)+(Zт’/3Uф), А
Для сети, состоящей из участков n, формула имеет вид
Iкз(1) =1/ (К ’ Ua/100Imax)+(Zт’/3Uф), А ,где
Ua= (Umax*rф.о. *L*cos *100)/Uф –активная составляющая потери напряжения %.
Umax – максимальный расчетный ток(А).
rф.о - активное сопротивление 1 км провода (Ом/км).
L – длина участка (км).
Uф- фазное напряжение (В).
K' – коэффициент, учитывающий сечение проводов, способ их прокладки, cos .
Zт’/3Uф – для силовых трансформаторов приводится в таблице 15.3 [11,246].
Расчитаем ток однофазного короткого замыкания в нашем примере считая, что в ЦТП установлен трансформатор ТМ – 400, то есть 400 кВА с группой соединения Y/Yн.
U=0,06%, S=150мм2
Iмах=Iр=207,1 А.
Iк.з(1)=1/((5,1*0,06)/(100*207,1)+(0,29*10-3))=3278,7 А.
Проверяем второе условие выбора питающих проводов.
Iк.з(1) >=3*Iпл.вст.
3278,7>=3*250 – условие выплоняется.
По четвертому условию расчитываем минимальное сечение или проверяем сечение на термическую стойкость
Fmin= (Вк/Ст)= (Iк.з(1) * tрасч.)/Ст =(3278,7* 1,22)/62=64,8мм2 – оставляем сечение 150мм2. Определили из рисунка 31.4 [2,140] tрасч.=1,5сек.
Ст=62 [2,280].
Заключение
Вданном курсовом проекте был рассмотрен расчет сети электроснабжения на примере ЭСН и ЭО механического цеха тяжелого машиностроения. Были рассмотрены основные вопросы электрического снабжения.
Для правильного расчета необходимо было определить назначение проектируемого объекта, характер его нагрузки, количество электроприемников и их категория для правильного выбора количества трансформаторов на ЦТП, охарактеризовать помещение по категориям безопасности.
Также была рассмотрена система электрического освещения. Вся осветительная система запитана от щита ЩО, который получает питание от ЦТП.
Была построена картограмма нагрузок и определен центр нагрузок, характеризующийся тем, что при максимальном приближении ЦТП к нему нагрузки будут наименьшими.
В соответствии с нагрузкой цеха была выбрана мощность трансформатора.
В заключении был произведен расчет заземление нейтрали обмотки низшего напряжения трансформаторов ЦТП.
Все расчитанные параметры системы электроснабжения удовлетворяют всем требованиям, поэтому система может считаться пригодной для применения на производстве с высокой гибкостью, экономичностью и надежностью.
Библиография
