2.6 Расчет токов короткого замыкания
Короткое замыкание возникает только в электрических установках и в электрических сетях. Оно проявляет себя резким увеличением тока в сети и обычно возникает вследствие повреждения изоляции отдельных частей электроустановок и электрических сетей, обрыва проводов, схлестывания проводов, механических повреждения кабельных линий и ошибках при оперативных переключениях и т.д.
Короткое замыкание сопровождается: прекращением электроснабжения потребителей, нарушением нормальной работы электроустановок. Необходимо производить расчет токов короткого замыкания для того, чтобы электрооборудование, устанавливаемое в сетях электроснабжения, было устойчивым к токам короткого замыкания.
Рисунок 1 Расчетная схема Рисунок 2 Схема замещения
Трансформатор -
Магистральный шинопровод - ШМА 60×8мм;
Автомат А1 -
Кабель - AСБ 3×2,5мм2;
Распределительный шинопровод - ШРА 50×5мм;
Кабель - АСБ 3×2,5мм2;
Автомат А2 -
По расчетной схеме составляется схема замещения ( Рисунок 1). В схеме замещения указываются все сопротивления, которыми обладают элементы, расчетной схемы.
Определяется величина среднего напряжения:
Определяется величина результирующего сопротивления до точки короткого замыкания:
[4]
где, - индуктивное сопротивление цепи в именованных единицах,
- активное сопротивление цепи в именованных единицах,
Определяется активное сопротивление цепи в именованных единицах:
где, - активное сопротивление элемента,
Определяется индуктивное сопротивление цепи в именованных единицах:
где, - индуктивное сопротивление элемента,
Определяется полное сопротивление трансформатора в относительных единицах:
[4]
Определяется активное сопротивление трансформатора в относительных единицах:
[4]
Определяется индуктивное сопротивление трансформатора в относительных единицах:
[4]
Перевод из относительных единиц в именованные единицы:
[4]
[4]
Определяется активное сопротивление магистрального шинопровода:
где, - определяется по справочным материалам [10],
Определяется индуктивное сопротивление магистрального шинопровода:
Определяется среднегеометрическое расстояние между фазами:
[4]
Определяется активное сопротивление автомата А1:
Определяется индуктивное сопротивление автомата А1:
Определяется переходное сопротивление контактов автомата А1:
Определяется активное сопротивление кабеля АСБ:
Определяется индуктивное сопротивление кабеля АСБ:
Определяется активное сопротивление распределительного шинопровода:
Определяется индуктивное сопротивление распределительного шинопровода:
Определяется среднегеометрическое расстояние между фазами:
[4]
Определяется активное сопротивление кабеля АСБ:
Определяется индуктивное сопротивление кабеля АСБ:
Определяется активное сопротивление автомата А2:
Определяется индуктивное сопротивление автомата А2:
Определяется переходное сопротивление контактов автомата А2:
Определяется величина тока короткого замыкания:
[4]
Определяется мгновенное значение ударного тока короткого замыкания:
[4]
где, – ударный коэффициент;
т.к. то
Определяется действующее значение тока короткого замыкания в установившемся режиме:
[4]
Определяется мощность короткого замыкания:
[4]
2.7 Выбор схемы электроснабжения
Система электроснабжения - это совокупность электроустановок, предназначенных для обеспечения потребителей электрической энергией. Схемы электроснабжения промышленных предприятий делятся на схемы внешнего и внутреннего электроснабжения.
В данном цехе выбрана схема электроснабжения блок «трансформатор - магистраль», т.к. она более подходит из технико-экономических соображений. Блок «трансформатор - магистраль» - смешанная схема электроснабжения, в ней присутствуют элементы радиальной и магистральной схемы. Крупные и ответственные потребители питаются по радиальной схеме, а средние и мелкие потребители - по магистральной.
На предприятии установлена главная понизительная подстанция, на напряжение 35кВ, которая понижает напряжение до величины 6кВ. В метизном цехе установлена комплектная трансформаторная подстанция КТП-6/0,4-2×1000 с трансформаторами ТМ-1000/6.
В цехе от комплектной трансформаторной подстанции проложен магистральный шинопровод (ШМА) на номинальный ток 1000 А. От него отходят кабельные линии для питания распределительных шинопроводов (ШРА) в количестве четырёх штук. Затем от ШРА запитываются конкретные электроприемники. Выбранное сечение проводов и кабелей составляет от 2,5 до 4мм2. ШРА-1питает первую группу электроприёмников, в которую входят:
токарно-револьверные, токарно-винторезные, фрезерные, профиленакатные, сверлильные и электро-эррозионные станки. ШРА-2 питает вторую группу электроприемников, состоящую из: плоско-шлифовального, заточных и полировальных станков. ШРА-3 питает третью группу электроприёмников в которую входят: токарные, автоматические, резьбо-накатные и сверлильные станки. ШРА-4 питает четвёртую группу электроприёмников которая состоит из: шлифовальных, фрезерных, резьбо-накатных, профиленакатных, сверлильных, автоматических и токарных станков.
Защита от токов короткого замыкания выполнена автоматическими выключателями с электромагнитными расцепителями. Защита от токов перегрузки выполнена магнитными пускателями со встроенным тепловым реле.
Для повышения коэффициента мощности и компенсации реактивной мощности применяется компенсирующее устройство УК-0,38-54ОН.
2.8 Выбор электрооборудования для схемы электроснабжения
Выбор всех токоведущих частей и аппаратов защиты, такие как выключатели, для схемы электроснабжения выбираются в соответствии с вычислительными расчетными величинами. Ими могут быть ток, напряжение или мощность.
Выбираются кабель марки АСБ (кабель с алюминиевыми жилами, с изоляцией из пропитанной бумаги, в свинцовой оболочке, бронированный двумя стальными лентами, с наружным покровом), для питания распределительных шинопроводов:
Таблица 2.8.1 Технические данные кабелей:
|
№ШРА |
Число и сечение жил |
Допустимая нагрузка |
Марка кабеля |
|
|
- |
А |
мм2 |
А |
- |
|
1 |
140 |
3×45 |
250 |
АСБ |
|
2 |
19,2 |
3×15 |
100 |
АСБ |
|
3 |
300 |
3×95 |
400 |
АСБ |
|
4 |
134 |
3×45 |
250 |
АСБ |
Выбираются вводные автоматические выключатели с комбинированными расцепителями для распределительных шинопроводов, для защиты цепи от токов короткого замыкания и токов перегрузок.
Таблица 2.8.2 Технические данные автоматических выключателей:
|
№ ШРА |
Тип автомата |
||
|
1 |
ВА 51-33 |
160 |
160 |
|
2 |
ВА 51-25 |
25 |
25 |
|
3 |
ВА 51-37 |
400 |
320 |
|
4 |
ВА 51-33 |
160 |
160 |
2.9 Расчёт заземляющих устройств
Расчёт заземляющих устройств состоит в выборе типа заземления, в определении числа и типа заземлителей и в проверке выбранного заземляющего контура по величине сопротивления.
Грунт, окружающий заземлители, не является однородным. Наличие в нем песка, строительного мусора и грунтовых вод оказывает большое влияние на сопротивление грунта. Поэтому ПУЭ рекомендуют определять удельное сопротивление грунта путём непосредственных измерений в том месте, где будут размещаться заземлители.
Удельное сопротивление грунта, полученное путём замеров является важнейшей величиной, определяющей сопротивление заземляющего устройства. Но при этом учитываются все сезонные изменения удельного сопротивления грунта.
Проводится расчёт заземляющего устройства если известно:
Грунт - суглинок;
вертикальный заземлитель - труба и длиной
горизонтальный заземлитель - полоса
расстояние вертикальных заземлителей друг от друга
заземляющий контур заглубляется в землю на глубину .
Устанавливается необходимое по ПУЭ допустимое сопротивление заземляющего устройства:
Определяется расчётное удельное сопротивление грунта с учётом коэффициентов учитывающих высыхания грунта летом и промерзание зимой:
Выбираются значения коэффициентов учитывающих высыхание грунта летом и промерзания зимой:
По справочным данным выбирается удельное сопротивления грунта - суглинок
[4]
где, - коэффициент высыхания грунта летом.
Определяется сопротивление растеканию одного вертикального электрода:
Рисунок 3 Схема расположения заземлителя
[4]
где, - длина вертикального электрода,
- расстояние от поверхности земли до середины электрода,
[4]
Определяются примерное число вертикальных заземлителей при предварительно принятом коэффициенте использования:
[4]
где, = , так как - коэффициент использования.
Определяется сопротивление растеканию горизонтальных электродов:
[4]
где, - ширина соединительной полосы,
если заземлитель круглый, диаметром ,то
- расстояние от поверхности земли до середины высоты соединительной полосы:
[4]
[4]
Определяется длина соединительной полосы:
[4]
где, - расстояние между забиваемыми электродами, .
Уточняется необходимое сопротивление вертикальных электродов с учетом сопротивления соединительной горизонтальной полосы:
[4]
Уточняется число вертикальных электродов с учетом сопротивления соединительной полосы:
[4]
Определяется сопротивление выбранного заземляющего контура:
[4]
Так как сопротивление заземляющего устройства соответствует требованиям ПУЭ, следовательно, расчет произведен, верно.
Заключение
В результате курсового проектирования было спроектировано электроснабжение метизного цеха.
В цехе электроснабжение выполнено по схеме блок «трансформатор-магистраль». Блок «трансформатор - магистраль» - смешанная схема электроснабжения, в ней присутствуют элементы радиальной и магистральной схемы. Крупные и ответственные потребители питаются по радиальной схеме, а средние и мелкие потребители - по магистральной. В качестве магистрального шинопровода был выбран ШМА-76 с допустимой нагрузкой 1000А. Для питания токарных, фрезерных и сверлильных станков был выбран распределительный шинопровод ШРА-1 с допустимой нагрузкой 250А. Для питания плоско-шлифовальных, заточных и полировальных станков был выбран распределительный шинопровод ШРА-2 с допустимой нагрузкой 100А. Для питания автоматических и резьбо-накатных станков был выбран распределительный шинопровод ШРА-3 с допустимой нагрузкой 400А.Для питания другой группы профиленакатных, фрезерных, автоматических и сверлильных станков был выбран распределительный шинопровод ШРА-4 с допустимой нагрузкой 250А.
Для всех станков были выбраны асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Для снижения перебоев в электроснабжении была выбрана пусковая и защитная аппаратура. Для приводов двигателей были выбраны автоматические выключатели с электромагнитным расцепителем от токов короткого замыкания и магнитные пускатели со встроенным тепловым реле от токов перегрузки. Был произведен расчет электрических нагрузок для нормального режима работы электроприемников. Выбрано компенсирующее устройство УК2-0,38-54ОН для уменьшения реактивной мощности и повышения коэффициента мощности. Выбрано число трансформаторов на подстанции. Так как цех относится к потребителям второй категории электроснабжения, то на подстанции установлено два трансформатора номинальной мощностью 1000 кВА.
Был проведен расчет токов короткого замыкания. Защита распределительных шинопроводов от токов короткого замыкания и перегрузок выполнена автоматическими выключателями с комбинированными расцепителями. Для защиты рабочих был произведен расчет заземляющих устройств.
В ходе курсового проекта построена однолинейная схема электроснабжения и план метизного цеха с распределительными сетями. В схеме был указан весь перечень электрооборудования, находящийся в предложенном цехе. Электроснабжение метизного цеха было спроектировано с учетом всех условий, необходимых для надежной и безопасной работы персонала.
Список литературы:
1. Алиев И.И. «Справочник по электрической технике и электрооборудованию». Москва, издательство «Высшая школа», 2000 г
2. Ермилов А.А. «Основы электроснабжения промышленных предприятий» Москва, издательство «Энергоатомиздат», 1983 г.
3. Кацман М.М. «Справочник по электрическим машинам». Москва, издательство «Академия», 2005 г.
4. Липкин Б.Ю. «Электроснабжение промышленных предприятий и установок». Москва, издательство «Высшая школа», 1990 г.
5. ПУЭ – Правило Устройства Электроустановок. Москва, издательство «Энергоатомиздат», 1985 г.
6. Рожкова Л.Д. «Электрооборудование электрических станций и подстанций» Москва, издательство «Академия», 2006 г.
7. Сибикин Ю.Д. «Электроснабжение промышленных и гражданских зданий» Москва, издательство «Академия», 2006 г.
8. Карвовский Г.А. и Оскороков С.П. «Справочник по асинхронным двигателям и пускорегулирующей аппаратуре». Москва, издательство «Энергия», 1976 г.
9. Федоров А.А. «Справочник по электроснабжению» 1 и 2 том. Москва, издательство «Энергия», 1974 г.
10. Федоров А.А. «Основы электроснабжения промышленных предприятий»
Москва, издательство «Энергия», 1972 г.
