64137

Электроснабжение кузнечного цеха завода экскаваторов

Дипломная

Энергетика

Цель курсового проекта является проектирование системы электроснабжения цеха кузнечного завода экскаваторов. Курсовой проект состоит из пяти частей Расчёт электрических нагрузок Расчёт распределительной сети цеха Расчёт КТП Расчёт токов КЗ...

Русский

2014-07-01

4.02 MB

31 чел.

red255;;;;;;;МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Юго-Западный государственный университет»

Кафедра ________________«Электроснабжение»________________________

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА БАКАЛАВРА

на соискание квалификации (степени) бакалавра техники и технологии

«Электроснабжение кузнечного цеха завода экскаваторов »

                                                              (наименование темы)

Специальность      140400.62               «Электроэнергетика и электротехника»

                                                                                                                        (код, наименование)

Автор проекта ________________________________ А.И. Сидельников____

                                                                   (подпись, дата)                           (инициалы, фамилия)

Группа_ЭС-02          В

Руководитель проекта ____________________________ Д.В. Куделина______

                                                                  (подпись, дата)                              (инициалы, фамилия)

Нормоконтроль ___________________________________________________

                                                                  (подпись, дата)                              (инициалы, фамилия)                

Проект допущен к защите

Заведующий кафедрой _____________________________С. А. Сергеев_____

                                                                (подпись, дата)                               (инициалы, фамилия)        

Оценка__________________ Протокол ГЭК №_________ от _____________                             

                            

Председатель ГАК__________________________________________________

                                                               (подпись, дата)                               (инициалы, фамилия)

Курск, 2014г.

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Юго-Западный государственный университет»

Кафедра _______________«Электроснабжение»_________________________

УТВЕРЖДАЮ:

Заведующий кафедрой

_________________________

                                                       (подпись, инициалы, фамилия)

«____»____________20____г. 

ЗАДАНИЕ НА ВЫПУСКНУЮ КВАЛИФИКАЦИОННУЮ РАБОТУ БАКАЛАВРА

Студент   Сидельников А.И.    шифр    06105      группа      ЭС

             (фамилия, инициалы)

  1.  Тема  «Электроснабжение кузнечного цеха завода экскаваторов»

утверждена приказом по ЮЗГУ «____» __________ 20____г. №____________

  1.  Срок представления проекта к защите «_____» ______________ 20_____г.          
  2.  Исходные данные:

Кузнечный цех

на плане

Наименование электроприемников

Рн, кВт

1,45

Краны мостовые

55

2-9

Токарные полуавтоматы

15,8

10,11

Круглошлифовальные станки

7

12-18

Алмазно-расточные станки

3,3

19,20

Абразивные станки

19

21,22

Вентиляторы

1,9

23-30

Сверлильные станки

4,5

31-38

Фрезерные станки

26

39-42

Агрегатные станки

16

43,44

Закалочные установки

62

  1.  Содержание пояснительной записки проекта (по разделам): 4.1. Реферат; 4.2. Содержание; 4.3. Перечень принятых сокращений; 4.4. Введение; 4.5. Расчет электрических нагрузок; 4.6. Расчет распределительной сети цеха; 4.7. Расчет КТП; 4.8. Расчет токов КЗ; 4.9. Заключение; 4.10. Список использованных источников; 4.11. Приложения (при необходимости).        
  2.  Перечень графического материала.
  3.  Схема сварочного цеха завода горного оборудования;        
  4.  Схема замещения и время токовые характеристики в точках КЗ;
  5.  Распределительная и питающая сеть цеха;
  6.  Однолинейная схема и план КТП.

Руководитель проекта ______________________________ Д.В. Куделина

                                                                        (подпись, дата)                          (инициалы, фамилия)                

Задание принял к исполнению ______________________А.И. Сидельников

                                                                        (подпись, дата)                          (инициалы, фамилия)                

Реферат


Объем работы составляет 55 страниц, 5 таблиц, 11 иллюстраций, 2 приложения, 4 чертежа формата А1, для её выполнения использовалось 10 источников.
Объектом проектирования является цех кузнечный завода экскаваторов. 
Цель курсового проекта является проектирование системы электроснабжения цеха
 кузнечного завода экскаваторов.
Курсовой проект состоит из пяти частей 
1) Расчёт электрических нагрузок
2) Расчёт распределительной сети цеха
3) Расчёт КТП
4) Расчёт токов КЗ
Проектируемая система электроснабжения разработана в соответствии с действующими нормами и правилами


Оглавление

Список принятых сокращений 6

Введение 7

1. Расчет электрических нагрузок 8

1.1  Расчет силовой нагрузки 8

1.2. Расчет нагрузки цеха 14

2. Расчет распределительной сети цеха 17

2.1. Определение конструкций распределительной сеть и выбор защитных аппаратов. 17

2.2. Выбор кабеля от ПС до ШМА 31

2.3.  Выбор головного выключателя 34

3. Расчет КТП 43

3.1. Расчет цехового трансформатора. 43

3.2. Выбор высоковольтного кабеля 47

3.3. Выбор вводного выключателя 49

4. Расчет токов КЗ 50

Заключение 57

Список литературы 58

Список принятых сокращений

ЭП - электроприемник;
ШРА–распределительный шинопровод
;
ШМА–магистральный шинопровод
;
КТП–комплектная трансформаторная подстанция
;
КЗ
короткое замыкание;
ПС
подстанция.


Введение

Передача, распределение и потребление электроэнергии на промышленных предприятиях должны производиться с высокой экономичностью, надежностью и требуемым качеством электроэнергии.

В цеховых электрических сетях используется огромное количество проводникового материала и электрической аппаратуры, поэтому выбор питания определяется не только качество и особенности работы электрооборудования, но и технико-экономические показатели всей системы электроснабжения.

В цеховых сетях различают питающую и распределительную сети. Линии сети, отходящие от цеховой трансформаторной подстанции или вводного устройства, образуют питающую сеть, а линии, непосредственно подводящие электроэнергию к потребителямраспределительную сеть.

Основной целью расчета цехового электроснабжения является разработка схемы внутрицеховой сети, имеющий наилучшие показатели надежности электроснабжения, качества электроэнергии и экономичности.

1. Расчет электрических нагрузок

1.1  Расчет силовой нагрузки

Цель расчета: определение электрических параметров и расчетных нагрузок электроприемников цеха.

Расчет силовых электрических нагрузок производим по методу коэффициента использования Ки и коэффициенту расчетной нагрузки Кр, приведенному в [2]. Применяем схему с одним магистральным шинопроводом типа ШМА и с тремя распределительными шинопроводами типа ШРА в качестве источников питания. На плане цеха намечаем места расположения источников и прокладываем трассы прохождения проводов, питающих электроприемников (ЭП).

        Шинопровод - это жесткий токопровод на напряжение до 1 кВ  заводского изготовления, поставляемый комплектными секциями.

        В цехах предприятий, где стайки и механизмы расположены по всей площади рядами и часто перемещаются вследствие изменения технологического процесса производства, в качестве питающих магистральных линий и распределительной сети применяют магистральные и распределительные закрытые шинопроводы.

Достоинства шинопроводов.

       Основными достоинствами шинопроводов являются:

а) экономия цветных металлов в магистральной и распределительной сети,

б) скоростной монтаж,

в) гибкость в эксплуатации,

г) простота и надежность осмотра в условиях эксплуатации.

Классификация шинопроводов.

По конструктивному исполнению шинопроводы могут быть открытыми, защищенными и закрытыми.

Открытые шинопроводы применяют для магистральных сетей в помещениях с нормальной средой. К шинопроводам открытого типа относятся шинные 

магистрали и открытые крановые троллеи.

Их выполняют алюминиевыми шинами, прокладываемыми по изоляторам, прикрепленным к фермам и колоннам цеха, при этом должны соблюдаться нормы минимальных высот и наименьших расстоянии до трубопроводов и технологического оборудования. В производственных помещениях шинопроводы прокладывают на высоте не менее 3,5 м от уровня пола и не менее 2,5 м от настила мостового крана. Проход открытых шинопроводов через перекрытия, стены и перегородки выполняют в проемах или изоляционных плитах. В местах, опасных по условиям возможности прикосновения, открытые шинопроводы закрывают металлическими сетками или коробами.

Защищенные и закрытые шинопроводы являются основным видом сетей , применяемых для внутрицехового распределения электроэнергии.

У защищенных шинопроводов шины ограждены сеткой, коробом из перфорированных листов и т. п., предотвращающими случайное прикосновение к шинам и попадание на них посторонних предметов. У закрытых шинопроводов шины закрыты сплошным коробом.

Шинопроводы в защищенном исполнении устанавливают на высоте не менее 2,5 м от пола. Закрытые шинопроводы устанавливают на любой высоте. Это представляет большие удобства при монтаже цеховых электросетей, так как шинопровод можно прокладывать вдоль линии станков на высоте 0,5 - 1 м. Это уменьшает длину ответвлений от шинопровода к станку.

По своему назначению шинопроводы бывают магистральными и распределительными.

Магистральные шинопроводы.

Магистральные рассчитаны на большие токи (1600 - 4000 А) и на несколько присоединений к ним ответвлений для питания потребителей (два места на каждые 6 м).

Распределительные шинопроводы.

Распределительные шинопроводы  рассчитаны на токи до 630 А и большое 

количество мест (3 - 6) на трехметровой секции для подключения электропри-

емников.

В цехах промышленных предприятий широко используют закрытые распределительные шинопроводы. Их изготовляют на заводах и поставляют в виде комплекта из прямых участковсекций (длина прямой секции 3 м), снабженных переходными элементами для последовательного соединения ряда секций, устройства ответвлений (ответвительные коробки), а также вводных коробок, присоединяющих шинопроводы к питающей сети.

Ответвительные коробки шинопроводов.

Ответвительные коробки шинопроводов предназначены для подключения станков и механизмов. В них устанавливают автоматы или предохранители. Подключаются электроприемиики к шинопроводу с помощью ответвительных коробок со штепсельными контактами (без снятия напряжения с шинопровода) или болтовыми соединениями. Соответственно шинопроводы называют штепсельными или шинопроводами с глухими отпайками. Наибольшее распространение получили штепсельные шинопроводы.

Ответвление от шинопроводов к производственным механизмам выполняется в стальных тонкостенных трубах. Шинопроводы крепят к фермам, подвешивают на подвесках к строительным конструкциям цеха или устанавливают на стойках.

Типовые комплектные магистральные шинопроводы серии ШМА-73 выпускают на поминальные токи 1600, 2500 и 4000 А напряжением до - 1000 В, а распределительные штепсельные шинопроводы серии ШРА-73на токи 250, 400 и 630 А напряжением до 380 В.

Осветительные шинопроводы ШОС.

Осветительные шинопроводы на 25 А, 380/220 В типа ШОС - четырехпроводные, с круглыми изолированными проводниками 6 мм2. Длина секций шинопровода ШОС - 3 м. Секция имеет шесть штепсельных однофазных присоединений (фаза - нуль) через каждые 0,5 м. В комплекте с шинопроводами ШОС идут штепсельные вилки на 10 А, прямые секции угловые , гибкие и вводные. С помощью набора этих элементов подбирают комплектный шинопровод для трасс любой сложности. Смежные секции шинопровода соединяют стыком с дополнительным закреплением двумя винтами.

Светильники подвешивают непосредственно к шинопроводу ШОС с помощью хомута с крючком и присоединяют к любому штепсельному соединению. Максимальное расстояние между точками крепления 2 м. В тех случаях, когда светильники не устанавливаются на коробках шинопроводов, шаг крепления шинопроводов ШОС67 может быть увеличен до 3 м.

Распределительные шинопроводы ШРА.

Распределительные шинопроводы ШРА состоят из прямых секций длиной 3 м и угловых секций.

Рисунок 1.  ШРА-73

Элементы (секции) распределительного шинопровода 1заглушка, закрывающая место резервною присоединения, 2ответвительная коробка с предохранителями, 3ответвительная коробка с автоматическим выключателем (видна рукоятка автоматическим выключателем), 4коробка с сигнальными лампами, указывающими наличие напряжения, 5вводная коробка

На рисунке показан общий вид распределительного штепсельного шинопровода серии ШРА-73 (четырехпроводного).

Все четыре шины (три фазовых проводника и нулевой) изготовлены из неизолированных алюминиевых шин прямоугольного сечения. Сечение фазовых и нулевого проводников одинаково. Шины секций шинопровода соединяют болтами. Каждая прямая трехметровая секция имеет восемь штепсельных окон для присоединения ответвительных коробок. Расстояние между ответвительными коробками 1 м. В ответвительной коробке устанавливаются автомат АЕ20 или А37 или предохранители ПН2 на номинальный ток 100 А.

Существуют также распределительные четырехпроводные шинопроводы ШРМ с медными шинами на 100 А переменного тока напряжением 380/220 В. Шинопроводы ШРМ обеспечивают присоединения как трехфазных, так и однофазных электроприемников, в том числе мощных светильников.

Шинопроводы распределительные типа ШРА73 предназначены для выполнения электрических сетей переменного тока частотой 50 и 60 Гц, напряжением до 660 В. Шинопроводы трехфазные с нулевым рабочим проводником на нормальные токи 250, 400, 630А с ответвительными коробками на ток 100, 160, 250А.

Степень защиты - IP 32 по ГОСТ 14254-96.

Климатическое исполнение - УЗ по ГОСТ 15150-69.

Шинопровод состоит из типовых элементов: секций прямых на 2 и 4 ответвления, прямых прогоночных, угловых вертикальных, угловых горизонтальных, вводных, для вертикальной прокладки, ответвительных коробок, торцовых заглушек, муфт переходных и конструкций для крепления (подвесов, кронштейнов, стоек).

Соединение секций - сборно-разборное.

Выступающие из секции концы шин снабжены болтами и гайками, с помощью которых шины соединяются.

Шинопровод устанавливается на конструкциях крепления, расположенных по трассе с шагом 3-4 м.

Шинопровод в рабочем положении (при горизонтальной прокладке) выдерживает сосредоточенную нагрузку в вертикальной и горизонтальной плоскостях не менее 450Н, приложенную в середине трехметрового пролета. Величина остаточной деформации в вертикальной и горизонтальной плоскостях не превышает 3 мм на один метр длины пролета.

Шинопровод ШРА-73 - четырехпроводный нулевой (N) провод замкнут на защитный металлический кожух и образует совмещенный PEN - проводник в системе с глухозаземленной нейтралью.[4]

Произведем расчет нагрузок для распределительного шинопровода ШРА-1. От ШРА-1 питаются 20 ЭП:1-11, 21, 23-30. На основании приложений к методическим указаниям заполним данные для расчетов, из [1] выбираем Ки, tgφ. Для каждого ЭП определим КиPн и для всей группыКиi,Pнi.

ЭП1  n=1шт,     рн=55 кВт,    Рн=1*55=55 кВт,    Ки=0,2,    tgφ=1,73.

Определяем расчетные величины

КиРн=0,2*55=11.                                                                   (1.1)

КиРнtgφ=0,2*55*1,73=19,03.                                               (1.2)

где  nколичество ЭП,

Кикоэффициент использования, 

Рнноминальная мощность, кВт.

Для остальных ЭП расчет проводим аналогично, результаты расчета приведены в таблице 1.

Далее для всего шинопровода:

Рн=55+126,4+14+1,9+36=233,3кВт.                                 (1.3)

∑КиРн=11+21,48+2,24+1,23+5,76=41,72кВт.                   (1.4)

∑КиРнtgφ=19,03+28,58+2,98+0,93+7,89=59,4кВАр.         (1.5)

npн2=3025+1997,12+98+3,61+162=5285,73                     (1.6)

Групповой коэффициент использования:

Ки=(∑КиРн)/(Рн)=41,72/233,3=0,178.                               (1.7)

Эффективное число ЭП:

Nэ=Рн2/npн2=233,32/5285,73=10,29                               (1.8)

Округляем до ближайшего меньшего,  nэ=10. 

По [1]  находим Кр=f(nэи), для nэ=10, Ки=0,178, Кр=1,5.                     (1.9)

Находим расчетную активную нагрузку:

Рр=KиРнр=41,72*1,5=62,58кВт.                                 (1.10)

Находим расчетную реактивную нагрузку:

Qр=1.1КиРнtgφ=1,1*59,4=65,34кВАр.                            (1.11)

где  1,1расчетный коэффициент, учитывается если nэ10

Полная нагрузка шинопровода и расчетный ток:

Sр=.           (1.12)

Iр=Sр/(*Up)=90,48/(*0.38)=137,47А.                        (1.13)

Аналогичным образом определяем расчетные нагрузки для ЭП, подключенных к ШРА-2 и ШРА-3, результаты расчетов занесены в таблицу 1.

1.2. Расчет нагрузки цеха

Цель расчета: расчет суммарной активной и реактивную нагрузки по всем источникам питания и расчетный ток всего цеха:

Рр=62,58+152,83+46,86=262,27кВт.                               (1.14)

Qр=65,34+57,97+36,52=159,85кВАр.                              (1.15)

Sр=90,48+163,46+59,41=313,35кВА.                              (1.16)

Iр=137,47+248,35+90,27=476,1А.                                    (1.17)

2. Расчет распределительной сети цеха

2.1. Определение конструкций распределительной сеть и выбор защитных аппаратов.

Цель расчета: определение подходящего питающего кабеля и защитного аппарата каждого электроприемника, расположенного в помещении.

Для распределения электроэнергии по цеху используются два распределительных шинопровода (ШРА). Количество присоединений на каждый ШРА:

ШРА-1присоединений;

ШРА-2 присоединений,

ШРА-3 присоединений,

        Электроснабжение выбранных источников питания осуществляется по кабельным линиям от РУ НН цеховой подстанции. Произведем расчет сети для ЭП. Выбираем распределительный шинопровод типа ШРА73 с номинальным током 250А.

Выберем провод для ЭП2, у которого Pн=15,8 кВт, cosφ=0,6. 

Определяем расчетный ток Iн:

Iн=Рн/(*Uн*cosφ)=15,8/(*0,38*0,6)=40,05А.             (2.1)

где  Рнноминальная мощность двигателя;

Uнноминальное напряжение сети.

Выбираем четырехжильный провод АПВ. По таблице длительно допустимых токов [1] выбираем провод сечением 4х16 мм2 с длительно допустимым током 55 А, удельные сопротивления которого  rуд=2,07мОм/м;    худ=0,07 мОм/м.

Проверяем по условию допустимости нагрева:

Iдоп.пров>Iр,   55 А>40,05А.

Проверяем по допустимости потери напряжения, длину линии определяем с плана цеха и принимаем L=0,428м:

U=*Ip*L*(rудcosφ+xудsinφ)*10-3*100%/Uн,                  (2.2)

U=*40,05*0,428*(2,07*0,6+0,07*0,8)*10-3*100%/380=0,01%.   

Оба условия выполняются, поэтому для ЭП2 окончательно принимаем провод АПВ 4х16 мм2.

Для защиты питающей линии и ЭП применяем предохранители и выбираем их по следующим условиям.

)Несрабатывание при максимальном рабочем токе:

Iн пр Iр

2)при защите одиночного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором - несрабатывание при его пуске:

Iн пв Iпуск/kп;

где kпкоэффициент для защиты электродвигателя с короткозамкнутым ротором при легком пуске, равный 2,5.

Выбираем предохранитель ПР2-100, у которого Iн пр=100А., т.к. ПР2-60 не проходит по номинальному току плавкой вставки.

Проверяем по номинальному току:  100А40,05А.

Проверяем плавкую вставку по условию несрабатывания предохранителя при пуске электродвигателя:

IнпвIпуск/kп=240,3/2,5=96,12А.                                            (2.3)

Iпуск=6*Iнпр=6*40,05=240,3А.                                               (2.4)

Выбираем плавкую вставку с номинальным током 100 А.

Для остальных ЭП  выбор производится аналогично. Результаты выбора приведены в таблице.2, 3, 4.




Описание и технические характеристики провода АПВ

Силовые провода АПВ распределяют электрическую энергию в различных сетях осветительного и электрического характера, при этом, они могут отлично функционировать при напряжении в четыреста пятьдесят вольт и частоте до четырехсот герц, или при постоянном напряжении в одну тысячу вольт. При помощи кабеля АПВ, электричеством могут быть оснащены различные машины, аппараты и станки. Провод может быть алюминиевым однопроволочным, а так же многопроволочным, но второй тип весьма ограничен в гибкости. Поливинилхлоридный пластик изолирует силовой провод, пластик может иметь разнообразную расцветку.

Существуют ограничения для эксплуатации силового провода АПВэто минус пятьдесят градусов и плюс семьдесят, если влажность составляет сто процентов. Лучше всего производить монтаж провода при температуре, которая не достигаетминус пятнадцати градусов. По своей сути провода АПВ очень гибкие и легко гнуться на девяносто градусов. Этот вид провода стойко переносит грибковые атаки. Не получают воздействия от различных вибраций, перепадов напряжения, всех видов шумов и стойко переносят изгибы.

Провод распространяется оптом и в розницу и, обычно, имеет двухлетнюю гарантию и срок годности не превышающую пятнадцати лет. Условия прокладки  и эксплуатации провода, не имеют особых ограничений, они отлично функционируют в помещениях и на улице. Благодаря широкому температурному диапазону использования, провода АПВ могут применяться даже на судах дальнего плавания. Они часто используются потребителями для подключения дачных домов, для временной проводки и подключения строительных городков и бытовок, гаражей в том числе металлических гаражей, в которых не выполнена теплоизоляция. Мы сталкивались даже с одним не очень обычным использованием АПВ. Наши клиенты приобретали у нас АПВ  2,5 для подключения елочных гирлянд на новогодних елках. Причем после праздника елки утилизировались вмести с проводом. Т.е. основное преимущество АПВ это низкая цена и не большой вес

Расшифровка аббревиатуры кабеля АПВ: Буква «А» —обозначает алюминиевую жилу, которая и проводит ток. Буква «П» —обозначает сам провод, а последняя буква «В» —обозначает, ни что иное, как виниловую изоляцию.

Техника безопасности

При покупке провода стоит обратить внимание на толщину и целостность поливинилхлоридной изоляции, ведь именно от ее качества зависит безопасность в целом. Не стоит закрывать глаза и на безопасность при прокладке провода АПВ, ведь неправильно зафиксированный или утопленный в землю/штукатурку провод может стать причиной большой опасности. Например, если в доме присутствуют домашние животные, которые могут разгрызть ПВХ изоляцию, или, если в доме есть ребёнок, который во время игры, может не заметить оголённый провод. Пренебрежение техникой безопасности может привести к летальному исходу, поэтому стоит тщательно проконтролировать качество приобретаемого провода и правильность его прокладки.

Необходимо учитывать, что удара током в результате пробоя изоляции провода на корпус эл. машин и механизмов, а также труб, металлорукавов и лотков в которых проложены провода, можно избежать, благодаря использованию техники заземления и устройств защитного отключения (УЗО). Работа системы заземления базируется на том, чтобы все металлические конструкции, которые и составляют основную угрозу, были снабжены штырями (или подключены к штырям)  из того же металла, которые глубоко забиваются в землю, куда и направляется ток, при перепадах напряжения.

Техника безопасности обязывает всех потребителей использовать эту систему. Заземляющий провод невозможно провести наугад, нужно хорошо просчитать и посоветоваться с профессиональными электриками. Проводник заземления, который считается основным в системе обеспечения электробезопасности потребителя, обязан иметь определённое сечение и желто-зеленую расцветку. Если дом, в котором потребитель собирается прокладывать кабель, стоит на большом фундаменте, установка заземляющий приспособлений может не понадобиться. Если фундамент не достаточно большой, или есть другие минусы в сооружении, позволяющие току причинить вред людям, нужно сооружать заземляющую систему. Для больших домов существует особое правило, при котором происходит устройство этой системы. Металлические пруты или штыри, посаженные в землю должны соединяться лентой из стали. Только выполнение всех правил ПУЭ при монтаже и покупка только качественных проводов и материалов, позволит потребителю спокойно пользоваться всеми электрическими приборами, а  провода будут служить долгие годы.

Массогабаритные параметры провода АПВ

Ориентировочные массы наиболее распространенных сечений проводов для целей упаковки и транспортировки приведены в таблице 5. Приведенные значения могут отличаться для проводов различных партий и производителей на 10% в меньшую или большую сторону.

Таблица5 .

Сечение

Значение массы для целей упаковки и транспортировки, кг/км

2,5

,5

4

6

10

16

25

35

50

Доступные методы контроля качества провода АПВ

Приведены методы контроля, которые, не являясь строго соответствующими ГОСТ, позволяют сделать предварительные выводы о качестве провода, если измеренные значения существенно отличаются от регламентированных. Окончательное заключение о соответствии провода ГОСТ может быть сделано только после проведения испытаний провода в специализированной лаборатории по строгим методикам и в объемах, указанных в ГОСТ.

Визуальный осмотр

Могут быть проверены: маркировка, число проволок в жиле, расцветка и целостность изоляции.  

Измерение конструкционных размеров 

Могут быть проверены с помощью подходящих измерительных инструментов толщина изоляции и наружный диаметр. Измерение диаметра проволоки dпр и расчет сечения жилы по формуле 0,785dпр2 N (где N число проволок в жиле) не является строгим методом контроля сечения жил, т.к. подтверждением соответствия сечения является электрическое сопротивление, однако существенное отклонение рассчитанного сечения от номинального (более, чем на 10%) может служить основанием для сомнений в качестве.

Измерение электрического сопротивления токопроводящих жил 

Может быть проведено на готовом проводе омметром с подходящим пределом измерения (при небольшом сечении и нормальной длине провода в бухте или на барабане может составлять несколько Ом) и пересчитано на длину 1км. Особое внимание следует уделять хорошему контакту с измерительными проводами.[5]

Предохранители - это электрические аппараты, предназначенные для защиты электрических цепей от токов короткого замыкания и токов перегрузки. Преимущественно предохранители используются для защиты от токов короткого замыкания, а для защиты от токов перегрузки в большинстве случаев предпочтение отдается тепловым реле и автоматическим выключателям.
Основной элемент предохранителя - плавкая вставка постоянного или переменного сечения, которая при токах срабатывания сгорает (плавится с последующим возникновением и гашением электрической дуги), отключая электрическую цепь.
По конструктивному исполнению предохранители условно можно разделить на открытые (вставка не защищена патроном или размещена в трубке, открытой с торцов), закрытые (вставка расположена в закрытом патроне) и засыпные (вставка находится в патроне, полностью заполненном мелкозернистым наполнителем, например, кварцевым песком).
Наиболее распространенные материалы плавких вставок - медь, цинк, алюминий, свинец и серебро. Медь подвержена сравнительно интенсивному окислению, что может привести к увеличению сопротивления медной вставки и, следовательно, к изменению защитной характеристики предохранителя. Поэтому медные вставки подвергаются лужению (покрываются слоем олова).
В засыпных предохранителях наиболее распространенным наполнителем является кварцевый песок с содержанием оксида кремния SiО2 не менее 99%. Наиболее лучшим наполнителем по своим дугогасящим свойствам является мел (СаСО3), который после перегорания вставки в отличие от песка не образует остаточных токопроводящих путей и пригоден для многократного использования. Но мел значительно дороже песка и это ограничивает его широкое применение. Для лучшего использования наполнителя как теплоотводящей и дугогасящей среды в засыпном предохранителе обычно размещены несколько параллельно соединенных вставок, суммарное сечение которых эквивалентно сечению одной вставки предохранителя на тот же рабочий ток.
Помимо перечисленных предохранителей традиционного исполнения в особую группу можно выделить жидкометаллические предохранители и предохранители инерционного типа. В жидкометаллическом предохранителе в качестве плавкого элемента применяется жидкий металл (галлий, сплав галлий/ивдий/олово и др.), которым заполняется канал расчетного по рабочему току сечения в герметизированном и вакуумированием патроне. Предохранитель электрически (последовательно) и механически связан с защитным аппаратом, например, автоматическим выключателем. При срабатывании такого предохранителя металл из жидкого состояния переходит в парообразное. Возникающее при этом в патроне давление через специальный шток воздействует на расцепитель автоматического выключателя, который и осуществляет отключение электрической цепи. Сразу же после этого пары металла вновь переходят в жидкое состояние (через 0,5-2 мс) и предохранитель готов к повторному срабатыванию. Инерционные предохранители от обычных отличаются наличием двух вставок разного сечения и исполнения, которые обеспечивают защиту потребителя (наиболее часто - асинхронные двигатели) как при значительных токах короткого замыкания, так и при сравнительно небольших токах перегрузки.
Следует подчеркнуть, что в настоящее время (и скорее всего в обозримом будущем эта тенденция сохранится) предохранитель чаще всего применяется либо как аппарат защиты от токов короткого замыкания, либо как аппарат защиты от предельно больших токов короткого замыкания при совместном действии с автоматическим выключателем (по схеме: предвключенный предохранитель с автоматическим выключателем).

Рисунок 2. Времятоковая характеристика предохранителя.

Рабочая (защитная) времятоковая характеристика предохранителя дана на рис. 2, где Iном - номинальный ток, указывается на плавкой вставке, а Iп - пограничный ток (ток, при котором плавкая вставка перегорает за время не менее одного часа), в большинстве случаев принимается за исходный при расчетах. В зависимости от материала вставки пограничный ток может превышать номинальный на 10-70 %. Меньшие значения относятся к материалам с более стабильной защитной характеристикой (менее подверженным внешним атмосферным условиям и режимам эксплуатации электрооборудования), например, серебро, большие - к нестабильным в указанном отношении материалам (например, алюминий).[7]

Основные требования, предъявляемые к плавким предохранителям

К предохранителям предъявляются следующие требования:

. Времятоковая характеристика предохранителя должна проходить ниже, но возможно ближе к времятоковой характеристике защищаемого объекта.

. При коротком замыкании предохранители должны работать селективно.

.Время срабатывания предохранителя при коротком замыкании должно быть минимально возможным, особенно при защите полупроводниковых приборов. Предохранители должны работать с токоограничением.

. Характеристики предохранителя должны быть стабильными. Разброс параметров из-за производственных отклонений не должен нарушать защитные свойства предохранителя.

. В связи с возросшей мощностью установок предохранители должны иметь высокую отключающую способность.

. Замена сгоревшего предохранителя или плавкой вставки не должна требовать много времени.

Плавкие предохранители с гашением дуги в закрытом объеме ПР-2

Устройство предохранителей ПР-2

Предохранители ПР-2 на токи от 15 до 60 А имеют упрощенную конструкцию. Плавкая вставка 1 прижимается к латунной обойме 4 колпачком 5, который является выходным контактом. Плавкая вставка 1 штампуется из цинка, являющегося легкоплавким и стойким к коррозии материалом. Указанная форма вставки позволяет получить благоприятную времятоковую (защитную) характеристику. В предохранителях на токи более 60 А плавкая вставка 1 присоединяется к контактным ножам 2 с помощью болтов.

Вставка предохранителя ПР-2 располагается в герметичном трубчатом патроне, который состоит из фибрового цилиндра 3, латунной обоймы 4 и латунного колпачка 5.

Принцип действия предохранителей ПР-2

Процесс гашения дуги в плавком предохранителе ПР-2 происходит следующим образом. При отключении сгорают суженные перешейки плавкой вставки, после чего возникает дуга. Под действием высокой температуры дуги фибровые стенки патрона выделяют газ, в результате чего давление в патроне за доли полупериода поднимается до 4МПа. За счет увеличения давления поднимается вольт-амперная характеристика дуги, что способствует ее быстрому гашению.

Плавкая вставка предохранителя ПР-2 может иметь от одного до четырех сужений в зависимости от номинального напряжения. Суженные участки вставки способствуют быстрому ее плавлению при коротком замыкании и создают эффект токоограничения.

Рисунок 3. Предохранитель типа ПР-2

Поскольку гашение дуги в плавком предохранителе ПР-2 происходит очень быстро (0,002 с), можно считать, что уширенные части вставки в процессе гашения остаются неподвижными.

Давление внутри патрона плавкого предохранителя пропорционально квадрату тока в момент плавления вставки и может достигать больших значений. Поэтому фибровый цилиндр должен обладать высокой механической прочностью, для чего на его концах установлены латунные обоймы 4. Диски 6, жестко связанные с контактными ножами 2, крепятся к обойме патрона 4 с помощью колпачков 5.

Предохранители ПР-2 работают бесшумно, практически без выброса пламени и газов, что позволяет устанавливать их на близком расстояния друг от друга. Плавкие предохранители ПР-2 выпускаются двух осевых размеровкороткие и длинные. Короткие предохранители ПР-2 предназначены для работы на переменном напряжении не выше 380 В. Они имеют меньшую отключающую способность, чем длинные, рассчитанные на работу в сети с напряжением до 500 В.

Технические характеристики предохранителей ПР-2

В зависимости от номинального тока выпускается шесть габаритов патронов различных диаметров. В патроне каждого габарита могут устанавливаться вставки на различные номинальные токи. Так, в патроне на номинальный ток 15 А могут быть установлены вставки на ток 6, 10 и 15 А.

Различают нижнее и верхнее значения испытательного тока. Нижнее значение испытательного токаэто максимальный ток, который, протекая в течение 1 ч, не приводит к перегоранию предохранителя. Верхнее значение испытательного токаэто минимальный ток, который, проходя в течение 1 ч, плавит вставку предохранителя. С достаточной точностью можно принять пограничный ток равным среднеарифметическому испытательных токов.[6]

2.2. Выбор кабеля от ПС до ШМА

Цель расчета: определение подходящего питающего кабеля от цеховой подстанции до магистрального шинопровода.

Определяем расчетный ток IH:

                                IH=IШРА1+ IШРА2+ IШРА3                                                (2.5)   

IH=137,47+222,02+125,74=485,24 А

Для питания ШМА от КТП предварительно выбираем два параллельных кабеля ВВГ 4*185мм2.

Проверяем по условию допустимости нагрева

Iдоп.пров > Iр,  496,8 А > 485,24 А.

Проверяем по допустимости потери напряжения,

U=*Ip*L*(rудcosφ+xудsinφ)*10-3*100%/Uн,                          (2.5)

где  Lдлина кабеля, L=30м;

       rуд, худудельные активное и реактивное сопротивления, Ом/м;

rуд=0,18мОм/м;    худ=0,21 мОм/м.

U=*485,24*30*(0,18*0,84+0,21*0,54)*10-3*100%/380=1,75%

Оба условия выполняются, поэтому для ШМА  окончательно принимаем кабель ВВГ 4х185 мм2.

Силовой кабель ВВГ имеет в своей структуре медные жилы по ним происходит передача электрической энергии. ВВГ делится по номинальному напряжению на 0,66 кВ и 1,0 кВ. Кабель ВВГ имеет широкое применение и используется во всех промышленных, бытовых, офисных и других видов зданий. Его используют при подключении промышленных приборов, уличного освещения, при укладке домашней электросети. Укладывать кабель рекомендуют при температуре не ниже -15 градусов. Укладывая кабель ВВГ в земле необходимо позаботится об использовании кабель каналов или труб ПВХ, все это необходимо для защиты кабеля от механических повреждений.

Считается что использование кабеля ВВГ наиболее выгодное и безопасное. Так как кабель имеет улучшенную защиту по сравнению с обычными проводами. Сейчас в каждом строящемся доме используют именно кабель ввг, на розетки используют трех жильный кабель сечением на 2,5 мм2. На освещение идет ВВГ 3х1,5 правда как показывает практика на осветительных приборах редко кто использует заземление, будем наедятся что в ближайшее время это отношение изменится. Для электроплит используют более мощный кабель как правило это ввг 3х4. Такого кабеля вполне достаточно чтоб выдержать среднюю варочную поверхность и духовку. Для расчета площади сечения медного кабеля можно воспользоватся простой формулой, 1мм2 способен выдержать 2 кВт нагрузки. Мощность электроприбора можно посмотреть в его паспортных данных.

Кабель ВВГ полное название Винил Винил Гибкийдругими словами медный силовой гибкий кабель с виниловой оболочкой и изоляцией.

Структура кабеля ВВГ

Кабель ввг состоит двух, трех или четырех жил, так же бывает с наличием заземляющие и нулевой жилы. Для удобства подключения жилы кабеля ввг окрашены в различные цвета. Следует знать, что СИНИЙ или ГОЛУБОЙ цвет означает, что жила является нулевой, а ЖЕЛТО-ЗЕЛЕНАЯ жила означает заземление. При укладке проводки следует учитывать это!

Технические характеристики кабеля ВВГ

  •  Вид климатического исполнения кабелей УХЛ и Т, категорий размещения 1 и 5 по ГОСТ 15150-69
  •  Диапазон температур эксплуатации: от -50°С до +50°С
  •  Относительная влажность воздуха при температуре до +35°С: до 98%
  •  Прокладка и монтаж кабелей без предварительного подогрева производится при температуре не ниже: -15°С

Минимальный радиус изгиба при прокладке кабелей одножильных марки ВВГ - 10 наружных диаметров, кабелей одножильных марки ВВГнг - 15 наружных диаметров, кабелей многожильных - 7.5 наружных диаметров.

Номинальная частота кабеля силового ВВГ: 50 Гц Испытательное переменное напряжение частотой 50 Гц:

  •         на напряжение 0,66 кВ - 3 кВ
  •         на напряжение 1 кВ - 3.5 кВ

Длительно допустимая температура нагрева жил кабелей при эксплуатации: +70°С Строительная длина кабелей для сечений основных жил:

  •  1.5 - 16 мм2 - 450 м
  •  25 - 70 мм2 - 300 м
  •  95 мм2 и выше - 200 м

Гарантийный срок эксплуатации: 5 лет с даты ввода кабелей в эксплуатацию

Срок службы: 30 лет(8)

2.3.  Выбор головного выключателя

Цель расчета: определение подходящего защитного аппарата для магистрального шинопровода и всех электроприемников запитанных от ШРА.

Для защиты кабеля и ШМА применяем автоматический выключатель.

Автоматический выключатель (автомат) служит для нечастых включений и отключений электрических цепей и защиты электроустановок от перегрузки и коротких замыканий, а также недопустимого снижения напряжения. По сравнению сплавкими предохранителями автоматический выключатель обеспечивает более эффективную защиту, особенно в трёхфазных цепях, так как в случае, например, короткого замыкания производится отключение всех фаз сети. Предохранители в этом случае, как правило, отключают одну или две фазы, что создаёт неполнофазный режим, который также является аварийным.

Автоматический выключатель (рис. 1) состоит из следующих элементов: корпуса, дугогасительных камер, механизма управления, коммутирующего устройства, расцепителей.

Рис. 4. Автоматический выключатель, серия ВА 04-36.

Устройство выключателя: 1- основание, 2- камера дугогасительная, 3, 4-пластины искрогасительные, 5-крышка, 6-пластины. 7-звено, 8-звено, 9-рукоятка, 10-рычаг опорный, 11-защелка, 12- рейка отключающая, 13- пластина термобиметаллическая, 14-расцепитель элетромагнитный, проводник гибкий, 16-токопровод, 17- контактодержатель, 18-контакты подвижные

Для включения автоматического выключателя, находящегося в расцепленном положении (положение «Отключено автоматически»), механизм должен быть взведен путем перемещения рукоятки 9 выключателя в направлении знака «О» до упора. При этом происходит зацепление рычага 10 с защелкой 11, а защелкис отключающей рейкой 12. Последующее включение осуществляется перемещением рукоятки 9 в направление знака «1» до упора. Провал контактов и контактное сжатие при включении обеспечивается за счет смещения подвижных контактов 18 относительно контактодержателя 17.

Автоматическое отключение автомата происходит при повороте отключающей рейки 12 любым расцепителем независимо от положения рукоятки 9 выключателя. При этом рукоятка занимает промежуточное положение между знаками «О» и «1», указывая, что выключатель отключен автоматически. Дугогасительные камеры 2 установлены в каждом полюсе выключателя и представляют собой деионные решетки, состоящие из ряда стальных пластин 6.

Искрогасители, содержащие искрогасительные пластины 3 и 4, закреплены в крышке 5 выключателя перед отверстиями для выхода газов в каждом полюсе автоматического выключателя. Если в защищаемой цепи, хотя бы одного полюса ток достигает величины равной или превышающей значение уставки по току, срабатывает соответствующий расцепитель и выключатель отключает защищаемую цепь независимо от того, удерживается ли рукоятка во включенном положении или нет. Электромагнитный максимальный расцепитель тока 14 устанавливается в каждом полюсе выключателя. Расцепитель выполняет функцию мгновенной защиты от короткого замыкания.

Дугогасительные устройства необходимы в электрических аппаратах, коммутирующих большие токи, так как возникающая при разрыве токаэлектрическая дуга вызывает подгорание контактов. 

Механизм управления предназначен для обеспечения ручного включения и выключения аппарата при помощи кнопок или рукоятки.

Коммутирующее устройство автоматического выключателя состоит из подвижных и неподвижных контактов (силовых и вспомогательных). Пара контактов (подвижный и неподвижный) образуют полюс автоматического выключателя, количество полюсов бывает от 1 до 4. Каждый полюс комплектуется отдельной дугогасительной камерой.

Механизм, который отключает автоматический выключатель при аварийных режимах, называется расцепителем. Различают следующие виды расцепителей:

- электромагнитный максимального тока (для защиты электроустановок от токов короткого замыкания),

- тепловой (для защиты от перегрузок),

- комбинированный, имеющий электромагнитный и тепловой элементы,

- минимального напряжения (для защиты от недопустимого снижения напряжения),

- независимый (для дистанционного управления автоматическим выключателем),

- специальный (для реализации сложных алгоритмов защиты).

Электромагнитный расцепитель автоматического выключателя представляет собой небольшую катушку с обмоткой из медного изолированного провода и сердечником. Обмотка включается в цепь последовательно с контактами, то есть по ней проходит ток нагрузки. 

В случае возникновения короткого замыкания ток в цепи резко возрастает, в результате создаваемое катушкой магнитное поле вызывает перемещение сердечника (втягивание в катушку или выталкивание из неё). Сердечник при перемещении действует на отключающий механизм, который вызывает размыкание силовых контактов автоматического выключателя. Существуют автоматические выключатели с полупроводниковыми расцепителями, реагирующими на максимальный ток. 

Тепловой расцепитель автоматического выкючателя представляет собой биметаллическую пластину, изготовленную из двух металлов с различными коэффициентами линейного расширения, жестко соединенных между собой. Пластина не является сплавом металлов, их соединение производится обычно прессованием. Биметаллическая пластина включается в электрическую цепь последовательно с нагрузкой и нагревается электрическим током.

В результате нагрева происходит изгибание пластины в сторону металла с меньшим коэффициентом линейного расширения. В случае возникновения перегрузки, то есть при небольшом (в несколько раз) увеличении тока в цепи по сравнению с номинальным, биметаллическая пластина, изгибаясь, вызывает отключение автоматического выключателя.

Время срабатывания теплового расцепителя автоматического выключателя зависит не только от величины тока, но и от температуры окружающей среды, поэтому в ряде конструкций предусмотрена температурная компенсация, которая обеспечивает корректировку времени срабатывания в соответствии с температурой воздуха.

Независимый расцепитель минимального напряжения по конструкции аналогичны электромагнитному и отличаются от него условиями срабатывания. В частности, независимый расцепитель обеспечивает отключение автомата при подаче напряжения на расцепитель независимо от наличия аварийных режимов. 

Условия эксплуатации

Автоматические выключатели выпускаются в исполнениях с разной степенью защиты от прикосновений и внешних воздействий (IPOO, IP20, IP30, IP54). При этом степень защиты зажимов для присоединения внешних проводников может быть ниже степени защиты оболочки выключателя.

Выключатели изготавливают в 5-ти климатических исполнениях и 5-ти категорий размещения, что кодируется буквами У, УХЛ, Т, М, ОМ и цифрами 1,2,3,4,5.

Выключатели рассчитаны для работы в продолжительном режиме в следующих условиях:

  •  установка на высоте не более 1000 м над уровнем моря (выключатели серии АП50 и АЕ1000 - на высоте не более 2000 м над уровнем моря);
  •  температура окружающего воздуха от - 40 (без выпадения росы и инея) до +40°С (для выключателей серии АЕ1000 - от +5 до +40°С);
  •  относительная влажность окружающей среды не более 90% при 20°С и не более 50% при 40°С; 
  •  окружающая среда - невзрывоопасная, не содержащая пыли (в том числе токопроводящей) в количестве, нарушающем работу выключателя, и агрессивных газов и паров в концентрациях, разрушающих металлы и изоляцию;
  •  место установки выключателя - защищенное от попадания воды, масла, эмульсии и т.п.;
  •  отсутствие непосредственного воздействия солнечной и радиоактивной радиации;
  •  отсутствие резких толчков (ударов) и сильной тряски; допускается вибрация мест крепления выключателей с частотой до 100 Гц при ускорении не более 0,7 g.

Эксплуатация в нерабочем состоянии (хранение и транспортирование при перерывах в работе) соответствует ГОСТ 15543-70 и ГОСТ 15150-69.

  1.  Выбор по условиям нормального режима.

Номинальному напряжению выключателя Uвн;

UвнUн,

Расчетному току защищаемой линии;

IнвIр,

  1.  Выбор по условиям защиты от перегрузки и КЗ.

Для защиты от перегрузки служат максимальные расцепители ( с выдержкой времени);

Iн рIр.

Для защиты от КЗ служат мгновенные расцепители ( без выдержки времени);

Iмгн р1,25*Iпик.

Предварительно выбираем автоматический выключатель типа ВА51-33 с номинальными данными Uвн=380В,  Iнв=160А.

  1.  Выбираем по условиям нормального режима:

UвнUн,       380В=380В.

IнвIр,          160А>137,47А.

Выбираем максимальный расцепитель с током срабатывания 160А:

Iн рIр,          160А>137,47А.

Найдем значение пикового тока для выбора мгновенного расцепителя:

Iпик=Iри*Iнмах+Iпмах,А.                                                         (2.6)

где  Iррасчетный ток линии, А;

Ки и Iн мах –коэффициент использования и номинальный ток самого мощного ЭП, входящего в рассматриваемую группу;

      Iп мах –пусковой ток самого мощного ЭП, входящего в рассматриваемую группу.

Iпик=137,47-0,2*167,3+1004=1108А.                            (2.7)         

Из ЭП, подключенных к ШРА1, наибольшую мощность имеет ЭП1 с номинальной мощностью 55 кВт, Ки=0,2, cosφ=0,5. Номинальный ток ЭП1

Iн мах=167,3 А.

Пусковой ток ЭП43

Iп мах=1004 А.

Ток срабатывания мгновенного расцепителя

Iмгнр1,25*1108=1385А.                                              (2.8)         

С учетом найденного тока по таблице находим кратность (отношение) тока срабатывания мгновенного расцепителя к току срабатывания максимального расцепителя.

Ток срабатывания мгновенного расцепителя:

Iмгнр=10*Iнр=10*160=1600А.                                                (2.9)         

1600А1385 А.

Окончательно принимаем выключатель ВА51-33 с номинальным током Iн=160 А, током срабатывания максимального расцепителя Iн.р=160 А и током срабатывания мгновенного расцепителя Iмгн р=1600 А.

Трансформатор тока отходящей лини выбираем по условию

Iн вIp,

Согласно этого условия, выбираем ТТ с номинальным током 150 А.

Технические характеристики трансформаторов тока

Номинальный первичный и вторичный ток трансформаторов тока

Трансформаторы тока характеризуются номинальным первичным током Iном1 (стандартная шкала номинальных первичных токов содержит значения от 1 до 40000 А) и номинальным вторичным током Iном2, который принят равным 5 или 1 А. Отношение номинального первичного к номинальному вторичному току представляет собой коэффициент трансформации КТА= Iном1/ Iном2

Токовая погрешность трансформаторов тока

Трансформаторы тока характеризуются токовой погрешностьюI=(I2K-I1)*100/I1 (в процентах) и угловой погрешностью (в минутах). В зависимости от токовой погрешности измерительные трансформаторы тока разделены на пять классов точности: 0,2; 0,5; 1; 3; 10. Наименование класса точности соответствует предельной токовой погрешности трансформатора тока при первичном токе, равном 1,2 номинального. Для лабораторных измерений предназначены трансформаторы тока класса точности 0,2, для присоединений счетчиков электроэнергиитрансформаторы тока класса 0,5, для присоединения щитовых измерительных приборов -классов 1 и 3.

Нагрузка трансформаторов тока

Нагрузка трансформатора токаэто полное сопротивление внешней цепи Z2, выраженное в омах. Сопротивления r2 и х2 представляют собой сопротивление приборов, проводов и контактов. Нагрузку трансформатора можно также характеризовать кажущейся мощностью S2 В*А. Под номинальной нагрузкой трансформатора тока Z2ном понимают нагрузку, при которой погрешности не выходят за пределы, установленные для трансформаторов данного класса точности. Значение Z2ном дается в каталогах.

Электродинамическая стойкость трансформаторов тока

Электродинамическую стойкость трансформаторов тока характеризуют номинальным током динамической стойкости Iм.дин. или отношением kдин = Термическая стойкость определяется номинальным током термической стойкости Iт или отношением kт=  / I1ном и допустимым временем действия тока термической стойкости tт.

3. Расчет КТП

3.1. Расчет цехового трансформатора.

Цель расчета: определение подходящего по мощности трансформатора для питания проектируемого цеха.

Комплектная трансформаторная подстанция (КТП) это электрическая установка, предназначенная для приема, преобразования и распределения электроэнергии трехфазного тока. Она состоит из одного или двух трансформаторов, устройства высшего напряжения УВН) с коммутационной аппаратурой, комплектного РУ со стороны низшего напряжения (РУНН) и служит для распределения энергии между отдельными электроприемниками или группами электроприемников в цехе.

Условное обозначение комплектной трансформаторной подстанции КТП-Х/10//0,4-81-У1 расшифровывается так: Ккомплектная, Ттрансформаторная , Пподстанция, Хмощность силового трансформатора (25, 40, 63, 100, 160), кВА, 10класс напряжения в кВ, 0,4номинальное напряжение на стороне НН, 81год разработки, У1вид климатического исполнения.

Условия эксплуатации комплектных трансформаторных подстанций

Высота установки трансформатора над уровнем моря не более 1000 м.

Температура окружающего воздуха от -40 до +40 гр С.

Отсутствие тряски, вибрации, ударов.

Окружающая среданевзрывоопасная, химически неактивная.

Гарантийный сроктри года со дня ввода КТП в эксплуатацию.

Защита комплектных трансформаторных подстанций от коротких замыканий

Защита КТП от многофазных коротких замыканий отходящих линий осуществляется выключателями со встроенными электромагнитными и тепловыми расцепителями.

Подключение комплектной трансформаторной подстанции при радиальной схеме питания

При радиальном питании КТП кабельными линиями от распределительного пункта 6кВ по схеме блоклиниятрансформатор допускается глухое присоединение к трансформатору.

Подключение комплектной трансформаторной подстанции при магистральной схеме питания

Установка шкафа УВН с отключающей и заземляющей аппаратурой перед трансформатором КТП при магистральной схеме питания обязательна.

При мощности трансформаторов 1000кВА к одной магистрали следует присоединять две-три КТП, при меньшей мощностяхтри-четыре.

Подключение комплектных трансформаторных подстанций мощностью 2500 кВА

КТП с трансформаторами мощностью 2500 кВА необходимо питать по радиальной схеме так как при магистральной схеме с двумя трансформаторами трудно выполнить селективную защиту на питающей линии.

Размещение внутрицеховых КТП

Внутрицеховые комплектные трансформаторные подстанции, как правило, размещают на первом этаже в основных и вспомогательных помещениях производств.

Техническое обслуживание комплектных трансформаторных подстанций

При техническом обслуживании комплектных трансформаторных подстанций (КТП) основным оборудованием, за которым нужно вести регулярное наблюдение и уход, являются силовые трансформаторы и коммутационная аппаратура распределительных щитов.

Завод изготовитель несет ответственность за работу КТП в течении 12 месяцев со дня ввода их в эксплуатацию, но не более 24 месяцев со дня отгрузки при условии соблюдения правил хранения, транспортировки и обслуживания.

Токи нагрузок при нормальной эксплуатации не должны превышать значений, указанных в заводских инструкциях. В подстанциях с двумя резервирующих друг друга трансформаторами, эксплуатационная нагрузка не должна превышать 80% номинальной. При аварийном режиме допускается перегрузка линий, отходящих от распределительных щитов, КТП, при защите их автоматами с комбинированными расцепителями.

Кроме показаний приборов, о нагрузке герметизированных трансформаторов типов ТНЗ и ТМЗ судят по давлению внутри бака, которое при нормальной нагрузке не должно превышать 50 кПа по показанию мановакумметра. При давлении 60 кПа срабатывает реле давления, выдавливая стеклянную диафрагму, давление при этом понижается до нуля. Резкое снижение внутреннего давления происходит и при потере герметичности трансформатора.

Если давление упало до нуля, проверяют целостность диафрагмы. Если она разбита, трансформатор отключают, и выясняют причину, приведшую к срабатыванию реле давления, и при отсутствии повреждения (т.е. реле сработало от перегрузки) устанавливают новую диафрагму и включают трансформатор под пониженную нагрузку. На герметизированных трансформаторах для контроля температуры в верхних слоях масла установлены термометрические сигнализаторы с действием на световой или звуковой сигнал при перегреве.

У трансформаторов, снабженных термосифонными фильтрами, во время эксплуатации контролируют нормальную циркуляцию масла через фильтр по нагреву верхней части кожуха. Если в пробе масла обнаруживают загрязненность, фильтр перезаряжают. Для этого фильтр разбирают, очищают внутреннюю поверхность от грязи, шлама и промывают чистым сухим маслом. При необходимости заменяют сорбент. Сорбент, полученный в герметической таре, можно применять без сушки.

Контроль за осушителем сводится к наблюдению за цветом индикаторного силикагеля. Если большая часть его окрашивается в розовый цвет, весь силикагель осушителя заменяют или восстанавливают нагревом его при 450гр С в течение 2 ч, а индикаторный силикагельнагревом при 120 гр С до тех пор, пока вся масса не окрасится в голубой цвет (приблизительно через 15 ч).

Удаление шлама и оксидной пленки с контактной системы переключателя ступеней, рекомендуется производить не реже 1 раза в год прокручиванием переключателя до 15раз по часовой и против часовой стрелки.

Периодичность осмотров КТП устанавливается службой главного энергетика. Осмотр КТП производится при полном снятии напряжении на вводе и отходящих линиях.

Выбираем мощность трансформатора по следующей формуле:

Sт=Рр*N=267,62/0,9*1=297,35кВА.                                (3.1)         

где  Рррасчетная мощность цеха, равная 267,62 кВт;

       βкоэффициент загрузки трансформатора, β=0,9;

Nчисло трансформаторов, N=1.

Выбираем трансформатор  ТМ/10 со следующими параметрами

Sн= 400кВА,    Uвн=10кВ,    Uнн=0,4кВ,    ∆Рк=5,7кВт,    Uк=4,5%.

Найдем максимальную реактивную мощность, которую можно пропустить через трансформатор:

QТ=.                                             (3.2)         

QТ=квар.

Определяем мощность компенсирующих устройств:

Qкн=Qр-Qт=156,53-395,67=-239,14кВАр.                           (3.3)         

где Qр –расчетная реактивная нагрузка цеха, Qр=156,53:

Так как Qкн<0, то компенсация не требуется.

3.2. Выбор высоковольтного кабеля

Цель расчета: выбор питающего кабеля подключенного к трансформатору со стороны высокого напряжения.

Iр=Sн/(*Uвн)=400/(*10)=30,77А.                                 (3.4)         

Выбираем кабель с учетом экономической плотности тока

Fэк=Iр/jэк=30.77/1,4=21,97мм2.                                             (3.5)         

где    jэкэкономическая плотность тока [3],  jэк=1,4А/мм2.

Выбираем кабель ААШву 3х25 мм2.

Расшифровка кабеля ААШву:

А - Алюминиевая токопроводящая жила

А - Алюминиевая оболочка

Шв - Защитный покров в виде шланга из поливинилхлоридного пластиката

У - Была временно введена изменением3 в ГОСТ 18410-73 для выделения группы кабелей с повышенной температурой нагрева токопроводящей жилы по сравнению с ранее выпускаемыми кабелями.

В настоящее время кабель марки ААШвУ соответствует кабелю марки ААШв.  1996 году буква "У" из всех марок была исключена как лишняя и не несущая смысловой нагрузки, при этом конструкции, технические и эксплуатационные параметры не затрагивались)

Элементы конструкции кабеля ААШвУ:

1. Алюминиевая токопроводящая жила:

- однопроволочная (класс 1) сечением 25-240 кв. мм.,

- многопроволочная (класс 1 и 2) сечением 50-800 кв. мм.;

2. Фазная бумажная изоляция, пропитанная вязким или нестекающим изоляционным пропиточным составом

маркировка жил:

- цифровая: 1, 2, 3, 4,

- цветовая: белая или жёлтая, синяя или зеленая, красная или малиновая, коричневая или чёрная;

3. Заполнение из бумажных жгутов;

4. Поясная бумажная изоляция, пропитанная вязким или нестекающим изоляционным пропиточным составом;

5. Экран из электропроводящей бумаги для кабелей на напряжение от 6 кВ и более;

6. Алюминиевая оболочка;

7. Подслой из битума и пленки ПЭТ;

8. Наружный покров из ПВХ пластиката.

Область применения кабеля ААШвУ:

Кабели предназначены для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках в электрических сетях на напряжение до 35 кВ частотой 50 Гц. Кабели предназначены для эксплуатации в макроклиматических районах с умеренным и холодным климатом. Кабели предназначены для эксплуатации в земле (траншеях) с низкой и средней коррозионной активностью с наличием или отсутствием блуждающих токов, с высокой коррозионной активностью с отсутствием блуждающих токов, если в процессе эксплуатации кабели не подвергаются растягивающим усилиям. Кабели предназначены для эксплуатации на открытом воздухе, в сухих помещениях, в сырых, частично затапливаемых помещениях со слабой, средней и высокой коррозионной активностью, а также каналах, кабельных полуэтажах, шахтах, коллекторах, производственных помещениях, на технологических эстакадах, на специальных кабельных эстакадах и по мостам, при отсутствии опасности механических повреждений в ходе эксплуатации. Кабели применяются для прокладки в пожароопасных помещениях и взрывоопасных зонах класса В-Iб, В-Iг, В-II, В-IIа. Кабели не распространяют горение при одиночной прокладке (нормы МЭК 60332-1). Кабели с нестекающим изоляционным пропиточным составом (ЦААШв) предназначены для прокладки на вертикальных и наклонных участках трасс без ограничения разности уровней. Кабели могут использоваться в местах подверженных вибрации.

Срок службы кабеля ААШвУ - не менее 30 лет.

3.3. Выбор вводного выключателя

Цель расчета: выбор вводного выключателя и трансформатора тока КТП.

Выбираем АВ КТП по номинальному току:

Iр=Sн/(*Uнн)=400/(*0,4)=578,03А.                              (3.6)         

Выбираем АВ типа ВА51-39 с номинальным током 630 А.

Вводной ТТ выбираем с номинальным током 630 А по номинальному КТП.

4. Расчет токов КЗ

Короткое замыкание (КЗ) электрическое соединение двух точек электрической цепи с различными значениями потенциала, не предусмотренное конструкцией устройства и нарушающее его нормальную работу. Короткое замыкание может возникать в результате нарушения изоляции токоведущих элементов или механического соприкосновения неизолированных элементов. 

В трёхфазных электрических сетях различают следующие виды коротких замыканий

  •  однофазное (замыкание фазы на землю или нейтральный провод);
  •  двухфазное (замыкание двух фаз между собой);
  •  двухфазное на землю (две фазы между собой и одновременно на землю);
  •  трёхфазное (три фазы между собой)

При коротком замыкании резко и многократно возрастает сила тока, протекающего в цепи, что, согласно закону Джоуля — Ленца приводит к значительному тепловыделению, и, как следствие, возможно расплавление электрических проводов, с последующим возникновением возгорания и распространением пожара.

Короткое замыкание в одном из элементов энергетической системы способно нарушить её функционирование в целом у других потребителей может снизиться питающее напряжение, что может привести к повреждению устройства; в трёхфазных сетях при коротких замыканиях возникает асимметрия напряжений, нарушающая нормальное электроснабжение. В больших энергосетях короткое замыкание может вызывать тяжёлые системные аварии.

В случае повреждения проводов воздушных линий электропередачи и замыкании их на землю в окружающем пространстве может возникнуть сильное электромагнитное поле, способное в близко расположенном оборудовании навести ЭДС, опасную для аппаратуры и работающих с ней людей.

Расчет токов КЗ производим в соответствии с ГОСТ 28249-93. В электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ расчет токов КЗ выполняют с целью проверки коммутационной аппаратуры и проводников на стойкость к токам КЗ, проверки чувствительности и селективности действия защит.

При расчете токов КЗ учитывают все активные и индуктивные сопротивления короткозамкнутой цепи, включая активные сопротивления различных контактов и контактных соединений, а также сопротивлений электрической дуги в месте КЗ. Расчет выполним для трех точек КЗ, согласно ниже приведенной схемы - рисунок 1.

Токи в первой точке КЗ используются для проверки оборудования КТП на стойкость к токам КЗ, токи второй точки КЗ - для проверки выключателя и трансформатора тока отходящей линии от КТП к ШР, токи третьей точки КЗ - для проверки предохранителя отходящей от ШР линии:

Рисунок 5. Схема замещения.

Для расчета токов КЗ составим схемы замещения отдельно для индуктивных, отдельно для индуктивных сопротивлений, для каждой из точек КЗ.

Точка К1

Рисунок 6.   Схема замещения для индуктивных сопротивлений.

Рисунок 7. Схема замещения для активных сопротивлений.

Точка К2

Рисунок 8. Схема замещения для индуктивных сопротивлений.

Рисунок 9. Схема замещения для активных сопротивлений.

Точка К3

Рисунок 10. Схема замещения для индуктивных сопротивлений.

Рисунок 11. Схема замещения для активных сопротивлений.

                                         (4.1)

где  – среднее номинальное напряжение сети, подключенной к обмотке низшего напряжения, В;

– среднее номинальное напряжение сети, подключенной к обмотке высшего напряжения, В;

– номинальный ток отключения выключателя на стороне ВН, кА. 

                                 (4.2)

                                       (4.3)

Где  – номинальная мощность трансформатора, кВА;

       – потери короткого замыкания в трансформаторе, кВт;

       – номинальное напряжение обмотки низшего напряжения, кВ;

       – напряжения короткого замыкания трансформатора, %.

Сопротивления автоматических выключателей и трансформаторов тока выберем по справочным данным, исходя из их номинальных токов.

Номинальный ток выключателя QF1 равен 630 А, для этого выключателя по табл. , ; номинальный ток выключателя QF2 равен 160 А, для этого выключателя - , .

Трансформатор тока с номинальным током током 600 А имеет сопротивления ,  – табл; трансформатор тока отходящей линии с номинальным током 150 А имеет сопротивления ; . В эти значения включены сопротивления контактных соединений.

Сопротивление кабельной линии, идущей от КТП к ШР, сечением 4х185 мм2 (удельные сопротивления , , длину линии принимаем равной 30 м).

                                                          (4.4)

                                                         (4.5)

где  – удельное активное сопротивление, мОм/м;

       – удельное индуктивное сопротивление, мОм/м;

      l – длина линии, м.

Сопротивление дуги будем учитывать приблизительно в виде активного сопротивления и соответственно его значение будет (для трёх точек КЗ)

– 10 мОм;

– 15 мОм;

– 20 мОм.

Начальное действующее значение периодической составляющей тока трёхфазного КЗ определяем по следующей формуле

, кА,

Где ,  – суммарное активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности цепи КЗ, мОм.

Точка К1

(4.6)

 (4.7)                  

                                                               (4.8)

Ударный ток КЗ определяем как

,                                   (4.9)

где  -ударный коэффициент, определяемый по кривой в зависимости от отношения 15,6/16,03=0,97 и равный 1,05.

Точка К2

                       (4.10)

                    (4.11)

                                                            (4.12)   

Ударный ток КЗ определяем как

,

где  -ударный коэффициент, определяемый по кривой в зависимости от отношения 22,65/17,93=1,26 и равный 1,02.

Точка К3

             (4.13)

          (4.14)

                                                            (4.15)

Ударный ток КЗ определяем как

,

где  -ударный коэффициент, определяемый по кривой в зависимости от отношения 33,05/25,43=1,3 и равный 1,01.

Заключение

В данной расчетно-графической работе были рассмотрены основные этапы проектирования кузнечного цеха. В ходе расчетов был приобретены навыки проектирования и расчетов при помощи, которых был произведен выбор шинопроводов, аппаратов защиты, питающих кабелей и источника переменного тока в виде понижающего трансформатора.

Список литературы

  1.  Методические указания по выполнению расчетно-графической работы.
  2.  Электроснабжение промышленных  предприятий, Кудрин Б.И. Москва, 2006г.,  672 с.
  3.  Правила устройства электроустановок, 7-е издание.
  4.  http://electricalschool.info/main/elsnabg/302-magistralnye-i-raspredelitelnye.html
  5.  http://atlastpk.ru/articles/provod-apv
  6.  http://electricalschool.info/2009/04/01/plavkie-predokhraniteli-pr-2-i-pn-2.html
  7.  http://forca.ru/spravka/spravka/predohraniteli.html
  8.  http://briefreview.ru/item/kabel-vvg-i-vvgng.html
  9.  Н.В. Хорошилов, А.В. Пилюгин, В.И. Бирюлин, О.М. Ларин, Л.В. Хорошилова. Электропитающие системы и электрические сети. Старый Оскол:ТНТ ,2012.-352с.
  10.  Д.Л. Файбисович, справочник по проектированию электрических сетей. Издание 2-е. Москва, «Издательство НЦ ЭНАС» 2006г. 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

74395. ВЫБОР ПРОВОДНИКОВ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ПО УСЛОВИЮ НАГРЕВАНИЯ 223.5 KB
  Все проводники линий электропередачи должны выбираться (или проверяться) по условию нагревания. Это требование связано с тем, что для проводников воздушных и кабельных линий устанавливаются вполне определенные длительно допустимые температуры.
74396. УЧЕТ ТЕХНИЧЕСКИХ ОГРАНИЧЕНИЙ ПРИ ВЫБОРЕ ПРОВОДОВ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ И ЖИЛ КАБЕЛЕЙ 40.5 KB
  Коронирование проводов воздушных линий. Следовательно различным номинальным напряжением будут соответствовать вполне определенные минимальные диаметры проводов для которых соблюдается условие. Поскольку диаметры и площади сечения проводов в свою очередь связаны между собой то выбор проверка проводов по условию короны может быть произведен по условию где Fнм.
74397. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ 720 KB
  К таким ограничениям относятся: а предел передаваемой мощности предел линии учитывающий устойчивость параллельной работы электрических станций и узлов нагрузки...
74398. Определение оптимальной мощности компенсирующего устройства для линии 55.5 KB
  Оптимальную мощность компенсирующего устройства описывают, исходя из критерия оптимизации. В качестве которого рассмотрим приведенные затраты. Функция кривых затрат отмечена в виде
74399. Учет равномерности затрат при оптимизации развития электрической системы. Метод приведенных затрат в динамической постановке 35 KB
  Приведенные затраты в динамической постановке записываются в виде: где Θ – период год к которому приводятся разновременные инвестиции и издержки чаще всего принимают первый период или год сооружения. Выражение в скобках означает приведенные затраты на интервале Т. Если таких отраслей j то динамические приведенные затраты формулируются в следующем виде: Есть несколько вариантов наилучший вариант там где min. Практическое решение заключается в выделении одного хотя не самого лучшего доминирующего критерия например ЧДД или приведенные...
74400. Чистый дисконтированный доход (ЧДД 36.5 KB
  Под ним понимают превышение суммарных денежных поступлений над суммарными затратами с учетом неравноценности эффектов относящихся к различным моментам времени. При этом дисконтированием называют приведение разновременных значений денежных потоков денежных поступлений капиталовложений и пр.
74401. ВЫБОР ВАРИАНТА РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ С УЧЕТОМ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ И ТРЕБОВАНИЙ ЭКОЛОГИИ 901.5 KB
  При нормативном подходе опираются на требования к обеспечению надежности электроснабжения излаженные в ПУЭ. К наиболее ответственным электроприемникам I категории отнесены такие перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей повреждение дорогостоящего оборудования массовый брак продукции расстройство сложного технологического процесса нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства. К электроприемникам II категории отнесены те перерыв электроснабжения которых приводит...
74403. Строение и развитие (мегаспорогенез) зародышевого мешка 30.5 KB
  Там они делятся позднее еще два раза и на концах зародышевого мешка получается по четыре ядра. По одному ядру от каждой группы так называемые полярные ядра направляется к середине зародышевого мешка где они сливаются и образуют так называемое вторичное или центральное ядро зародышевого мешка. Вокруг трех ядер находящихся в конце зародышевого мешка ближайшем к пыльцевходу скопляется густая протоплазма и получаются три клетки голые или одетые очень тонкой белковой но не целлюлозной оболочкой.