внутрицеховое электроснабжение - Северо

ВНУТРИЦЕХОВОЕ
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
НА НАПРЯЖЕНИИ ДО 1000 В.
ЦЕХОВЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЕТИ
Учебное пособие
для студентов, обучающихся по направлению
140400 «Электроэнергетика и электротехника»
Составитель Д. С. Чумбуридзе
Владикавказ 2013
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ГОРНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
Кафедра «Электроснабжение промышленных предприятий»
ВНУТРИЦЕХОВОЕ
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
НА НАПРЯЖЕНИИ ДО 1000 В.
ЦЕХОВЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЕТИ
Учебное пособие
для студентов, обучающихся по направлению
140400 «Электроэнергетика и электротехника»
Составитель Д. С. Чумбуридзе
Допущено редакционно-издательским советом
Северо-Кавказского горно-металлургического
института (государственного технологического
университета)
Владикавказ 2013
1
УДК 621.31
ББК 31.29-5
Ч 90
Рецензент:
доктор технических наук, профессор СКГМИ (ГТУ)
Петров Ю. С.
Ч 90
Внутрицеховое электроснабжение: Учебное пособие для
студентов направления 140400 «Электроэнергетика и электротехника» / Сост. Д. С. Чумбуридзе; Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет). – Владикавказ: Северо-Кавказский горно-металлургический
институт (государственный технологический университет). Изд-во
«Терек», 2013. – 107 с.
УДК
ББК
621.31
31.29-5
Редактор Мисикова И. А.
Компьютерная верстка Кравчук Т. А.
 Составление. Северо-Кавказский горно-металлургический
институт (государственный технологический университет),
2013
 Чумбуридзе Д. С., составление, 2013
Подписано в печать 25.12.13. Формат бумаги 60х84 1/16. Бумага офсетная.
Гарнитура «Таймс». Печать на ризографе. Усл. п.л. 6,22. Тираж 40 экз. Заказ № ____.
Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный
технологический университет). Изд-во «Терек».
Отпечатано в отделе оперативной полиграфии СКГМИ (ГТУ).
362021, г. Владикавказ, ул. Николаева, 44.
2
Содержание
1. Напряжения электроустановок и системы электросетей
с глухозаземленной и изолированной нейтралью .........................5
1.1. Напряжения электроустановок до 1000 В ..................................1.2. Режимы работы нейтрали в электросетях напряжением
до 1000 В .........................................................................................6
2. Классификация цеховых электроприемников .............................8
2.1. Способы преобразования электроэнергии и режимы
работы электроприемников ..........................................................2.2. Электроприемники трехфазного тока напряжением до 1000 В,
частотой 50 Гц ...............................................................................10
2.3. Электроприемники трехфазного тока напряжением выше
1000 В, частотой 50 Гц ..................................................................14
2.4. Электроприемники однофазного тока напряжением
до 1000 В, частотой 50 Гц .............................................................16
2.5. Электроприемники, работающие с частотой,
отличающейся от 50 Гц .................................................................18
2.6. Электроприемники постоянного тока .........................................20
2.7. Электротермические электроприемники ....................................3. Определение расчётных электрических нагрузок .........................24
3.1. Определение расчётных электрических нагрузок трёхфазных
электроприёмников методом коэффициента использования ....3.2. Определение расчётных электрических нагрузок однофазных
электроприёмников .......................................................................37
3.3. Определение расчётных электрических нагрузок при числе
эффективных электроприёмников меньше четырёх ..................39
3.4. Определение расчётных электрических нагрузок
электроприёмников с практически постоянным графиком
нагрузки ..........................................................................................40
4. Расчет трехфазных электрических нагрузок механического цеха ..... 43
4.1. Характеристики электроприемников механического цеха ........44
4.2. Определение расчетных электрических нагрузок
механического цеха методом коэффициента использования ....5. Определение центра электрических нагрузок механического
цеха..........................................................................................................50
6. Определение числа и мощности трансформаторов ЦТП .............51
7. Распределение электрической энергии на напряжении до 1000 В...... 53
7.1. Цеховые электрические сети ........................................................7.2. Схемы и конструкции цеховых электросетей .............................8. Расчет распределительных электросетей ........................................68
8.1. Выбор сечений проводников по условию нагревания ...............3
8.2. Выбор параметров предохранителей для защиты линий
к электроприемникам ....................................................................72
8.3. Проверка на соответствие выбранного по нагреву сечения
параметрам максимальной токовой защиты ...............................75
8.4. Выбор коммутационной аппаратуры для управления
электроприемниками .....................................................................77
8.5. Проверка распределительных электросетей по потере
напряжения .....................................................................................82
8.6. Определение расчетных электрических нагрузок РП ................88
8.7. Выбор конструктивного исполнения и параметров
элетрооборудования комплектной трансформаторной
подстанции (КТП) ..........................................................................91
8.8. Проверка условий срабатывания защитных аппаратов
при однофазных замыканиях в сетях < 1000 В,
с глухозаземленной нейтралью ....................................................99
8.9. Расчет токов трехфазного короткого замыкания
в электросетях 𝑈 < 1000 В ...........................................................102
8.10. Построение карты селективности участка электросети
напряжением до 1000 В ...............................................................104
Литература ..................................................................................................107
4
1. НАПРЯЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК
И СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСЕТЕЙ С ГЛУХОЗАЗЕМЛЕННОЙ
И ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ
1.1. Напряжения электроустановок до 1000 В
Номинальные напряжения источников питания, преобразователей, электросетей и электроприемников, указанные в ГОСТе 21128-83,
приведены в табл. 1.1.1
Таблица 1.1.1
Номинальные напряжения электроустановок
Номинальное напряжение, В
Вид тока
источников
электросетей
и преобразователей
и электроприемников
6; 12; 28,5; 48; 62; 115; 230; 460 6; 12; 27; 48; 60; 110; 220; 440
Постоянный
Переменный:
однофазный 6; 12; 28.5; 42; 62; 115; 230;
трехфазный 42; 62; 230; 400; 690
6; 12; 27; 40; 60; 110; 220
40; 60; 220; 380; 660
Напряжение источников и преобразователей на 5 % выше номинальных напряжений электросетей и электроприемников с целью
компенсации потерь напряжения в электросетях.
Передача и распределение электроэнергии в цеховых электросетях производится в основном трехфазным переменным током частотой 50 Гц, стандартные междуфазные напряжения которого приведены в табл. 1.1.1.
Электроустановки напряжением до 1000 В могут выполняться с
глухозаземленной нейтралью и образованием при этом трехфазной
четырехпроводной системы токов напряжением 380/220 и 660/380 В.
Трехфазная система 380/220 В является основной на предприятиях.
Она допускает совместное питание от одного трансформатора ЦТП
трех- и однофазных силовых электроприемников и электрического
освещения. Глухое заземление нейтрали и прокладка нулевого рабочего
проводника обеспечивают поддержание симметрии фазных напряжений и величину потенциала фаз относительно земли не выше 250 В.
Электрические сети напряжением 660 В также включаются по
трех- и четырехпроводной схеме.
Система с изолированной нейтралью применяется на горных
предприятиях и в других отраслях промышленности с особыми тре5
бованиями по технике безопасности. К трехфазным трехпроводным
электросетям этой системы подключаются трехфазные электродвигатели и другие трехфазные симметричные электроприемники.
Напряжение 660 В по сравнению с U = 380 В имеет плюсы:
1) уменьшение расхода проводникового материала и снижение
потерь электроэнергии;
2) сокращение числа ЦТП;
3) снижение токов к.з. и облегчение условий электродинамической и термической устойчивости элементов систем электроснабжения (СЭС)
и минусы: необходимость установки дополнительного трансформатора для питания электрического освещения и электродвигателей небольшой мощности.
1.2. Режимы работы нейтрали
в электросетях напряжением до 1000 В
Электроустановки напряжением до 1000 В в зависимости от режима работы нейтрали разделяются на группы [1]:
1) электроустановки с глухозаземленной или эффективно заземленной нейтралью;
2) электроустановки с незаземленной или изолированной нейтралью.
Для этих электроустановок приняты обозначения TN, TT, IT. Первая буква указывает режим работы нейтрали источника питания, а
вторая – режим нейтрали металлических корпусов электрооборудования. В обозначениях используются начальные буквы французских
слов: T (terre – заземлено; N (neutre) – присоединено к нейтрали источника (занулено); I (isole) – изолированно. ГОСТ Р50571.2 рассматривает три системы сетей: TN– нейтраль источника заземлена, а корпуса электроприемников занулены; TT– нейтраль источника и корпуса
электроприемников заземлены (эти заземления могут быть раздельными); IT – нейтраль источника изолирована, а корпуса электроприемников заземлены.
Система TN может быть трех видов:
TN-C – система TN, в которой нулевой защитный и нулевой рабочий проводники совмещены в одном проводнике на всем ее протяжении. Нулевой защитный проводник обозначается буквами PE ( Protective earth – защитная земля ), нулевой рабочий N. Совмещенные нулевой защитный и нулевой рабочий проводники образуют PENпроводник. В обозначении системы буква C от французского слова
combine – комбинация, функции совмещены;
6
TN-S – система TN, в которой нулевой защитный и нулевой рабочий проводники разделены на всем ее протяжении. Буква S также от
французского слова separe – сепарация, функции разделены;
TN-C-S – система TN, в которой функции нулевого защитного и
нулевого рабочего проводников на головных участках сети объединены в PEN – проводник, а далее разделены на проводники PE и N.
Графически рассмотренные системы показаны на рисунке 1.2.1.
L1
L2
L3
PEN
N
PE
Сеть TN-C
(четырехпроводная)
Сеть TN-S
(пятипроводная)
PEN
N
PE
Сеть TN-C-S (четырех- и пятипроводная)
Сеть IT
(нейтраль изолирована)
Сеть TT
(заземления разделены)
1.2.1.систем
Схемы
систем с глухозаземленной
Рис. Рис.
1.2.1. Схемы
с глухозаземленной
и изолированной нейтралью
и изолированной нейтралью.
7
2. КЛАССИФИКАЦИЯ ЦЕХОВЫХ ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКОВ
2.1. Способы преобразования электроэнергии
и режимы работы электроприемников
Электроприемником называется электрическая часть производственной установки, получающая электроэнергию от источника питания (ИП) и преобразующая ее в механическую (электродвигателями),
тепловую (электротермическими установками (ЭТУ)), химическую
(электролизными установками), энергию электростатического поля
(электрофильтрами), световую (источниками света).
Электродвигатели производственных механизмов, как правило,
поставляются комплектно с технологическим оборудованием. Выбор
мощности двигателя производится при разработке технологического
оборудования с учетом статического момента инерции и графика
нагрузки механизма. Отдельные производственные механизмы могут
быть оборудованы несколькими электродвигателями. Такой электропривод называется многодвигательным. В многодвигательном электроприводе несколько электродвигателей работают совместно на один
исполнительный орган или вал. Технологическое оборудование и
электроприемники изображаются на плане цеха принятыми условными графическими обозначениями, как на рис. 2.1.1.
Числитель дроби на рис. 2.1.1 указывает номер механизма и электроприеника, знаменатель – мощность одного или суммарную нескольких электроприемников.
На рис. 2.1.1: №1 – токарно-винторезный станок, №19 – вертикально-фрезерный консольный станок, №73 – пресс однокривошипный, №75, 78 – камерные электропечи сопротивления, №81 – трансформатор дуговой сварки, №83 – мостовой кран, В84 – вентилятор.
ГОСТом предусмотрено восемь номинальных режимов, которые
обозначаются S1-S8. Основными являются:
1) продолжительный режим (условное обозначение S1);
2) кратковременный режим (S2). Установленная ГОСТом длительность периодов работы в данном режиме 10; 30; 60 и 90 мин. Она указывается в условном обозначении режима S2 – 30 мин; S2 – 60 мин;
3) повторно-кратковременный режим (S3). Стандартные значения
продолжительности включения (ПВ) равны 15; 25; 40 и 60 % (S3 –
25 %; S3 – 40 %). Продолжительность времени работы и паузы (цикла)
в повторно-кратковременном режиме (ПКР) не должна превышать
10 мин.
8
9
А
Б
В
6000
6000
12000
6000
1
11
2
78
14
В84
5.5
19
11
3
24000
73
12
Ст. 25х4
81
32
4
83
23.7
Рис. 2.1.1. План
цеха
расположением
производственного
Рис.
2.1.1.сПлан
цеха с расположением
производственногооборудования,
оборудования,
электроприемников
и разводкой
силовой
сети.
электроприемников
и разводкой
силовой
сети
1
От ЦТП
РП №1
75
58
ШТМ 73У3
План на отм. ± 0.00, М. 1:100
6000
5
2.2. Электроприемники трехфазного тока
напряжением до 1000 В, частотой 50 Гц
Номинальные междуфазные напряжения электроприемников 220,
380, 660 В.
Наиболее распространенными в группе являются общепромышленные электродвигатели различных типов, например, асинхронные
двигатели с короткозамкнутым (к.з.) ротором серии 4А [2]. В зависимости от рабочих и пусковых характеристик, условий эксплуатации
серия асинхронных двигателей 4А включает основное исполнение и
ряд модификаций. Электродвигатели основного исполнения соответствуют общим требованиям и нормальным условиям эксплуатации.
Они предназначены для работы в продолжительном режиме с достаточно высокой неизменной или малоизменяющейся нагрузкой и используются в качестве электроприводов вентиляторов, насосов, компрессоров, механизмов непрерывного транспорта и т. п. В продолжительном режиме, но с переменной нагрузкой и кратковременными отключениями, за время которых электродвигатель не успевает охладиться до температуры окружающей среды, а длительность циклов
превышает 10 мин, работают электродвигатели станков холодной обработки металлов, деревообрабатывающие станки, молоты, прессы и
ковочные машины кузнечно-прессовых цехов.
Типы электродвигателей общего назначения 4А; 4АН; 4АА
В серии 4А принята система обозначений:
4А80А2У3
4АН280S6У3
4 – порядковый номер серии;
А – асинхронные;
Н – обозначение двигателей защищенного исполнения; отсутствие буквы означает закрытое обдуваемое исполнение;
80; 280 – высота оси вращения, мм;
А, В – длина сердечника статора;
S, M, L – установочный размер по длине станины;
2; 6 – число полюсов;
У – климатическое исполнение двигателя;
3 – категория размещения.
К модификациям асинхронных двигателей серии 4А относятся
электродвигатели с повышенным пусковым моментом (тип 4АР), по10
вышенным скольжением 4АС, многоскоростные и с фазным ротором
4АК, 4АНК.
Электродвигатели с повышенным пусковым моментом применяются для привода механизмов с тяжелыми условиями пуска или имеющие сравнительно стабильную нагрузку при номинальной частоте
вращения. Указанные режимы характерны для компрессоров, конвейеров, шлифовальных станков, молотковых мельниц, дробилок, шнеков
и т. д.
Электродвигатели с повышенным скольжением применяются для
привода механизмов с большими маховыми массами и неравномерным ударным графиком нагрузки (молоты, ножницы, прессы, штамповочные станки, кузнечно-ковочные машины и т. п.), работающие с
пульсирующей нагрузкой (поршневые компрессоры) и с большой частотой пусков и реверсов в час (мостовые краны, тельферы и другие
подъемно-транспортные установки).
Электродвигатели с повышенным скольжением производятся на
базе стандартных общепромышленных электродвигателей с обмоткой
ротора, залитой алюминиевым сплавом повышенного сопротивления.
Многоскоростные электродвигатели предназначены для привода
механизмов, требующих ступенчатого регулирования частоты вращения, например, для приводов металлорежущих станков, лифтов, механизмов подъема сборочных, монтажных, строительных кранов, в текстильной промышленности. В обозначении многоскоростных двигателей указывают все числа полюсов, на которые переключаются обмотки (4АА56А4/2У3 – двухскоростной двигатель с числом полюсов
2р = 4 и 2).
Асинхронные двигатели с фазным ротором осуществляют работу
электроприводов в условиях тяжелых пусков, или когда необходимо
плавное регулирование частоты вращения вниз от синхронной. Значительные пусковые моменты требуются для электроприводов центрифуг, сепараторов, а регулирование скорости – для лебедок и волочильных станов.
Серия электродвигателей общего назначения 4А включает и электродвигатели общего назначения серии 4АМ, являющиеся модернизированным вариантом электродвигателей серии 4А – на что указывает
буква М. Модернизированные двигатели имеют улучшенные техникоэкономические показатели и более низкий уровень шума. Режим работы асинхронных двигателей серии 4АМ продолжительный. Типы
электродвигателей серии 4АМ основного исполнения и их технические данные приведены в [3].
11
Перечень электродвигателей для общепромышленных механизмов должен быть дополнен асинхронными двигателями широкого
применения серии АИ. Двигатели этой серии являются новой, разработанной совместно со странами Интерэлектро унифицированной
серией асинхронных двигателей, отвечающих перспективному уровню развития мирового электромашиностроения. Двигатели серии АИ
должны полностью заменить асинхронные двигатели серии 4А, ее модификации и электродвигатели модернизированной серии 4АМ.
Структура обозначения типоразмеров асинхронных двигателей
серии АИ аналогична структуре обозначений асинхронных двигателей
серии 4А и отличается первыми тремя буквами:
две первые буквы (АИ) обозначают вид двигателя (асинхронные)
новой серии стран Интерэлектро;
третья буква обозначает вариант привязки мощностей к установочным соответствует размерам:
Р – соответствующий внутрироссийским стандартам (АИР);
С – евростандартам (АИС), CENELEC (DIN).
Электродвигатели серии АИ в отличие от двигателей серии 4А
имеют улучшенные энергетические показатели и пусковые характеристики. Они требуют меньшего расхода активных и конструкционных
материалов, характеризуются лучшими показателями надежности.
Двигатели серии АИР основного исполнения включают модификации:
электродвигатели с повышенным скольжением типа АИРС для работы
в режиме S3 с ПВ=40% и многоскоростные, например, АИР160S6/4/2.
Технические данные электродвигателей приведены в [3].
Новые серии 5А, 6А, RA (российские асинхронные) явились результатом развития научно-исследовательских разработок, заложенных в
конструкции электродвигателей 4А и АИР. Электродвигатели общепромышленного назначения, исполнение имеют защищенное и закрытое,
режим работы S1. Данные серии электродвигателей приведены в [3].
Для привода крановых механизмов общепромышленного назначения и других агрегатов, работающих в режимах S2, S3 с большими
кратностями перегрузок, рекомендуются к применению (наряду с модификациями 4АС, АИРС) крановые электродвигатели серий MTF,
MTKF. Электродвигатели MTН, MTKН предназначены для приводов
металлургической отрасли или приводов других производств, работающих при повышенных температурах окружающей среды. Номинальным является ПКР с ПВ = 40 %. Крановые электродвигатели имеют
классы нагревостойкости изоляции F(155 оС), металлургические –
Н(180 оС).
12
Номинальные данные крановых и металлургических двигателей
приведены в [3].
В первую группу электроприемников могут быть также включены
преобразовательные установки, осуществляющие преобразование
трехфазного тока f = 50 Гц в постоянный ток, или переменный непромышленной частоты. В качестве преобразовательных устройств используют полупроводниковые (вентильные) и электромашинные
(вращающиеся) преобразователи. Наибольшее распространение получили тиристорные преобразователи постоянного и переменного тока.
Тиристорные преобразователи тока в установках силового электрооборудования применяют для питания двигателей постоянного тока, зарядных устройств для аккумуляторов, ванн для гальванического
покрытия металлов, магнитных столов и т. д. Замена электромашинных преобразователей тиристорными уменьшает габариты и вес,
улучшает энергетические показатели, повышает надежность работы и
снижает стоимость. Создается возможность более широкого применения регулируемых приводов постоянного тока не только в станках с
программным управлением и автоматизированных станках, но и
обычных металлорежущих станках.
Разработка и внедрение статических преобразователей частоты
расширяют применение асинхронного привода, обеспечивая возможность регулирования частоты вращения по сравнению с приводом постоянного тока. Распространение получили два вида статических преобразователей частоты: автономный инвертор со звеном постоянного
тока, выходная частота которого может достигать нескольких тысяч
герц, и преобразователь с непосредственной связью, выходная частота
которого обычно ниже частоты сети. Автономный инвертор в основном применяют для индукционного нагрева, плавки металлов, закалки, кузнечного нагрева и ультразвуковых устройств. Преобразователь
с непосредственной связью используют для тиристорного асинхронного электропривода станков, машин, инструмента. Тиристорный
преобразователь частоты осуществляет плавное изменение амплитуды и частоты напряжения, что позволяет изменять частоту вращения
нереверсируемых электроприводов в диапазоне 1:12 при постоянном
моменте.
В цветной металлургии и других отраслях промышленности применяются электростатические методы очистки газов электрофильтрами.
Очищаемый газ пропускается через камеру электрофильтра, в которой создано электрическое поле высокой напряженности. Взвешенные частицы, находящиеся в газе, ионизируются и осаждаются на
13
электродах. При этом газ уходит из камеры почти полностью освобожденным от взвешенных частиц. Периодическим встряхиванием
электродов частицы осыпаются в бункер.
2.3. Электроприемники трехфазного тока
напряжением выше 1000 В, частотой 50 Гц
Номинальные стандартные междуфазные напряжения электроприемников 6; 10 кВ. Группу электроприемников составляют, в основном, асинхронные и синхронные двигатели (АД, СД), дуговые
электропечи для плавки металлов, вентильные преобразователи для
электролизных и электрохимических производств.
Асинхронные двигатели с к.з. ротором серии АН-2 предназначены для электропривода механизмов общепромышленного назначения,
не требующих регулирования частоты вращения. Двигатели с фазным
ротором серии АКН-2 осуществляют электропривод механизмов с тяжелыми условиями пуска и эксплуатации.
Электропривод производственных механизмов (вентиляторов,
насосов, компрессоров, мельниц и др.), не требующих регулирования
частоты вращения, выполняется и синхронными двигателями, являющимися предпочтительными в сравнении с асинхронными. Серии
синхронных двигателей общепромышленного назначения СД, СДН (Н
– нормальные), СДНЗ (З – закрытые), СТД (Т,Д – трехфазные двигатели), СТДП (П – продуваемые) и др. Достоинством СД является возможность работы с коэффициентом мощности 𝑐𝑜𝑠 𝜑 = 1, не потребляя из сети реактивной мощности, или опережающим коэффициентом
мощности, генерируя в сеть реактивную мощность. СД общепромышленного назначения изготовляются с опережающим 𝑐𝑜𝑠 𝜑 = 0,9, независимо от величины реактивной мощности, используемой предприятием. При 𝑐𝑜𝑠 𝜑опер = 0,9 синхронный двигатель вырабатывает реактивную мощность, примерно равную 50 % номинальной мощности.
Генерируемая СД реактивная мощность определяется коэффициентом
загрузки по активной мощности, напряжением сети и его техническими данными. СД имеют более высокий к.п.д., характеризуются меньшей зависимостью вращающего момента от напряжения сети, независимостью частоты вращения от нагрузки на валу, возможностью регулирования напряжения в узле нагрузки.
Технические данные синхронных двигателей приведены в [3].
Дуговые электропечи представляют мощные и энергоемкие электроприемники низкого напряжения (110–750 В), подключаемые через
14
специальные электропечные трансформаторы. Плавка металлов производится электрической дугой, возникающей между двумя электродами, одним из которых является шихта, содержащая выплавляемый
металл. Необходимая для плавки высокая температура дуги обеспечивается протеканием значительных токов, в связи с чем графитовые
электроды выполняют массивными. Протекание токов сопровождается большой потерей напряжения. По этой причине насколько возможно приближают трансформатор к печи, а короткую сеть выполняют из
гибких мощных токопроводов. При опускании электродов в шихту
создается эксплуатационное короткое замыкание, а после поднятия
зажигается дуга. Для устойчивого горения дуги последовательно с
электродами включают большое индуктивное сопротивление (реактор). Реактор встраивают в электропечной трансформатор, что увеличивает его напряжение короткого замыкания и потребление реактивной мощности.
Усложнение электроснабжения ЭТУ заключается в резкопеременном характере нагрузки, нелинейности вольт-амперной характеристики дуги и электропечного трансформатора, неравномерности
нагрузки по фазам, вызывающей несимметрию токов и напряжений в
питающей сети. Уровень высших гармоник при работе дуговых электропечей невелик, изменение носит случайный характер и не поддается аналитическому определению.
Преобразовательные агрегаты предназначены для питания электролизных и электрохимических установок. Агрегат состоит из
трансформатора и выпрямительных блоков. В качестве преобразователей переменного тока в постоянный используются кремневые неуправляемые диоды и управляемые тиристоры. Несмотря на эффективность силовая полупроводниковая преобразовательная техника
ухудшает качество электроэнергии и снижает естественный коэффициент мощности в сетях промышленного электроснабжения. Вентильные преобразователи относятся к элементам СЭС с нелинейной вольтамперной характеристикой. Характерной особенностью этих
устройств является потребление ими из сети несинусоидальных токов
при подведении к их зажимам синусоидального напряжения. Разложение кривых первичных токов в ряд Фурье показывает, что амплитуда и фазы высших гармонических зависят от углов коммутации и регулирования преобразователей. Токи высших гармоник, протекая по
элементам сети, вызывают падения напряжения в сопротивлениях
этих элементов, которые, накладываясь на основную синусоиду
напряжения, приводят к искажению формы кривой напряжения.
15
Вентильные преобразователи постоянного тока являются потребителями реактивной мощности, так как основная гармоника тока отстает
от напряжения. Угол сдвига между основными гармониками напряжения
и тока определяется в основном глубиной регулирования выпрямленного
напряжения. При повышении напряжения в сети угол регулирования автоматически увеличивается, а при понижении напряжения уменьшается.
Повышение напряжения приводит к ухудшению коэффициента мощности. Так, 1 %-ое повышение напряжения приводит к увеличению потребления реактивной мощности преобразователем примерно на 1–1,4 %.
Протекание значительной реактивной мощности отражается на всех показателях качества электроэнергии по напряжению. Компенсация реактивной мощности преобразователей может производиться установкой
фильтрокомпенсирующих устройств (ФКУ), осуществляющих одновременно компенсацию дефицита реактивной мощности и фильтрацию
высших гармонических. Эффективным способом компенсации реактивной мощности выпрямительных агрегатов явилось создание компенсационного преобразовательного агрегата с искусственной коммутацией. За
счет электромагнитной энергии конденсаторов, вводимой в контур коммутации, происходит принудительный сдвиг тока в сторону опережения,
в результате чего преобразователь может работать с 𝑐𝑜𝑠 𝜑 = 1, не потребляя реактивной мощности, или с опережающим коэффициентом
мощности в качестве компенсатора.
2.4. Электроприемники однофазного тока
напряжением до 1000 В, частотой 50 Гц
Потребителями электроэнергии являются:
1) электрическое освещение;
2) электросварочное оборудование;
3) индукционные печи промышленной частоты;
4) электропечи сопротивления небольшой мощности.
Характеристики источников света и область применения ламп
накаливания и газоразрядных ламп для электрического освещения
производственных и административных помещений приведены в [4].
Напряжение источников света 220 В, за исключением ламп ДРЛ
мощностью 2000 Вт, которое равно 380 В.
Газоразрядные источники света из-за наличия в схеме дросселя
имеют нелинейную вольт-амперную характеристику. При синусоидальном напряжении сети кривая тока газоразрядных ламп несинусоидальная. В спектре выделяется третья гармоника.
16
Токи третьей гармоники равны по величине и имеют одинаковое
направление в фазах. Суммируясь в нулевом проводе, они составляют
значительную часть тока нагрузки газоразрядных ламп, что необходимо учитывать при выборе сечения нулевого провода.
Наличие индуктивности в схеме пускорегулирующей аппаратуры
газоразрядных ламп приводит к потреблению из сети реактивной
мощности.
Электроосветительная нагрузка является неравномерной. Часть
времени суток освещение отключено, затем включается и работает с
постоянной нагрузкой.
Электросварка разделяется на дуговую и контактную (сварку сопротивлением). При дуговой электросварке тепловая энергия выделяется в дуговом разряде в непосредственной близости от места соприкосновения свариваемых деталей. При контактной сварке тепловая
энергия выделяется в месте соприкосновения свариваемых деталей
при прохождении через них электрического тока.
Для сварки сопротивлением применяются трансформаторы с напряжением в несколько вольт, но на весьма значительные токи до 10–20 кА.
Сварочными электроаппаратами являются сухие трансформаторы. Сварочные трансформаторы преобразуют напряжение сети в 60 −
70 В, необходимое для зажигания и горения дуги. Электрическая дуга
обладает неустойчивой характеристикой. Напряжение на зажимах
вторичной обмотки трансформатора изменяется от 60 − 70 В при холостом ходе до нуля в момент касания электродом детали. Для стабилизации дуги и ограничения тока короткого замыкания во вторичную
обмотку сварочного трансформатора включают дроссель. Регулирование сварочного тока производится изменением воздушного зазора
магнитопровода или числа витков дросселя.
Электросварочные
установки
работают
в
повторнократковременном режиме с резкопеременной нагрузкой. Она имеет
несимметричный, нестабильный характер, потребляет значительную
реактивную мощность. Коэффициент мощности аппаратов дуговой
сварки 0,3 − 0,35, контактной – 0,2 − 0,6. Резкопеременный характер
нагрузки от холостого хода до короткого замыкания сопровождается
колебаниями напряжения. Нелинейность вольт-амперной характеристики дуги обуславливает присутствие высших гармонических в
напряжении питающей сети.
Индукционный метод термической обработки металлов основан
на использовании магнитных полей для нагревания и расплавления
металлов индуцированными токами.
17
В зависимости от частоты определенную группу составляют индукционные канальные печи, работающие на промышленной частоте,
подключаемые к сети через понижающий трансформатор, первичной
обмоткой которого является индуктор, смонтированный на сердечнике магнитопровода, а вторичной – футерованный кольцевой канал с
жидким металлом. Назначением канальных печей является плавка
цветных металлов и их сплавов, подогревание жидкого чугуна или
стали.
Напряжение питания электропечей сопротивления небольшой
мощности 220 и 380 В.
Метод нагрева сопротивлением применяется при электронагреве
нагревательными элементами различных пресс-форм при производстве деталей из пластмасс, горячей вулканизации резиновых изделий
и т. п.
2.5. Электроприемники, работающие с частотой,
отличающейся от 50 Гц
Преобразование переменного тока частотой 50 Гц в переменный
ток нестандартной частоты необходимо для питания индукционных
печей, установок диэлектрического нагрева, электроприводов с частотным управлением.
Индукционные печи для плавки металлов работают на повышенной (0,8 − 10 кГц) и высокой (66 − 440 кГц) частоте. Источником
повышенной частоты являются электромашинные и тиристорные преобразователи, а высокой – ламповые генераторы. Ввиду большой частоты тока эти индукционные печи не имеют сердечника и называются тигельными. Расплавленный металл находится в керамическом тигле, который помещен внутрь индуктора. Индукционные печи выполняются открытыми для плавки в атмосфере воздуха и герметически
закрытыми для плавки в вакууме или в атмосфере нейтральных газов.
Тигельные печи применяются для плавки высококачественных марок
сталей, чугуна, цветных металлов (никеля, меди, магния и др.).
На примере индукционного нагрева работают индукционные
нагревательные установки сквозного нагрева для горячей деформации
металла, глубинной закалки, отпуска и отжига стальных деталей,
упрочнения поверхностного слоя стальных и чугунных деталей.
Создание сильных магнитных полей сопровождается потреблением значительной реактивной мощности; коэффициент мощности индукционных печей и установок изменяется от 0,1 до 0,4–0,6. Для ком18
пенсации реактивной мощности и повышения 𝑐𝑜𝑠 𝜑 до 0,95–1 устанавливаются индивидуальные конденсаторные батареи. Индукционные печи и установки выполняются однофазными. Они создают неравномерную и несимметричную нагрузку фаз. Трехфазное симметричное исполнения этих электротехнологических установок нецелесообразно по технико-экономическим соображениям.
Установки диэлектрического нагрева служат для нагрева диэлектриков за счет токов смещения в переменном электрическом поле
между двумя электродами, являющимися обкладками конденсатора
высокой частоты. Они применяются для нагрева пластмасс, бумаги,
дерева, фарфора, текстолита и других неметаллических предметов.
Источниками высокой частоты являются ламповые генераторы. Питание установок диэлектрического нагрева производится трехфазным
током промышленной частоты.
Для диэлектрического нагрева применяют высокочастотные установки с ламповым генератором типа ВЧД.
Деревообрабатывающие станки применяются для первичной обработки древесины. Они работают в длительном режиме, но с очень
неравномерной нагрузкой вследствие неоднородности материала
(сучки) и зависимости сопротивления резанию от состояния его влажности. Электропривод станков выполнен трехфазными асинхронными
двигателями с к.з. ротором напряжением 380 В, частотой вращения до
20000 об/мин. Источником питания являются индивидуальные и
групповые преобразователи частоты.
Электроинструмент применяется при выполнении строительномонтажных, отделочных, сборочных и других работ. Распространение
получили сверлильные, шлифовальные, резьбозавертывающие, деревообрабатывающие и машины ударного действия. Преобразование
энергии производится электродвигателями и электромагнитами. На
электроинструменте устанавливаются однофазные коллекторные двигатели, а также трехфазные асинхронные электродвигатели с к.з. ротором частотой 50 и 200 (400) Гц.
Источником питания электроинструмента являются трансформаторы серии ТСЗИ (трехфазные сухие защищенные для электроинструмента), мощностью до 4 кВ ∙ А с первичным напряжением 220;
380 и 660 В и вторичным 12; 36; 42; 127; 220 и 380 В.
В установках интенсивного использования ручного электроинструмента (на сборочных конвейерах автомобильных и авиационных
заводов) для уменьшения его массы применяется частота 200 Гц,
источником которой являются электромашинные преобразователи.
19
Переносный электроинструмент требует специальных электросетей в виде разветвленной системы штепсельных розеток или специального закрытого троллейного шинопровода, в котором передвигается токосъемная тележка с подвешенным к ней электроинструментом.
Электроинструмент работает в повторно-кратковременном и
кратковременном режиме.
2.6. Электроприемники постоянного тока
Стандартные напряжения потребителей постоянного тока приведены в табл. 1.1.1.
Электроприводы с двигателями постоянного тока применяются
при необходимости широкого регулирования частоты вращения, осуществления частых пусков, реверсов, ускорений, замедления, торможения, точных остановок при ползучей скорости и т.п.
Потребителями электроэнергии постоянного тока являются:
1. Двигатели постоянного тока, работающие на стандартном
напряжении, предназначенные для электроприводов внутризаводского
электрифицированного транспорта, подъемно-транспортных установок, вспомогательных механизмов прокатных станов и т.п. Источником для питания этих электроприводов являются преобразовательные
подстанции.
2. Электролизные установки цветной, черной и электрохимической промышленности, питающиеся от преобразователей на нестандартном напряжении.
3. Электроприводы металлорежущих станков, лифтов, установок
металлопокрытий, электроснабжение которых осуществляется комплектными тиристорными преобразователями.
Электроприводы постоянного тока выполнены с использованием
электродвигателей постоянного тока серии 2П, заменившей серию П.
Электродвигатели этой серии предназначены в основном для тиристорных электроприводов с большим диапазоном регулирования частоты вращения. Серия 2П относится к электродвигателям постоянного тока общепромышленного назначения, которые выпускаются в различных исполнениях по способу защиты и охлаждения. Технические
данные электродвигателей серии 2П приведены в [3].
2.7. Электротермические электроприемники
20
Значительное место в группе цеховых электроприемников 𝑈 <
1000 В частотой 50 Гц занимают электротермические установки, преобразующие электрическую энергию в тепловую. По способу преобразования электроэнергии ЭТУ подразделяются на электрические печи сопротивления, электродуговые, индукционные и электронные.
Наиболее распространенным видом ЭТУ являются электропечи
сопротивления и устройства, работающие на этом принципе.
Различают электропечи сопротивления косвенного действия, в
которых необходимое тепло выделяется специальными нагревательными элементами (активными сопротивлениями), присоединенными к
питающей сети. Передача тепла нагреваемым изделиям производится
лучеиспусканием и частично конвекцией. Нагревательные элементы
выполняются металлическими из вольфрама, молибдена, нихрома и
неметаллическими из карборунда, графита, угля.
В электропечах сопротивления прямого действия электрическая
энергия преобразуется в тепловую в самих нагреваемых изделиях,
включаемых в качестве активных сопротивлений в питающую сеть
низкого напряжения.
Целесообразно для электропечей сопротивления косвенного
нагрева применение металлических нагревателей большого сечения,
поскольку повреждаемость нагревателей небольшого сечения из-за
окисления при температуре 2000 ℃ и более выше.
Экономически оптимальное напряжение на нагревательных элементах составляет 18 − 190 В.
Электропечи сопротивления прямого нагрева выполняются с
напряжением на изделии 100 В и ниже.
Режим работы электропечей сопротивления продолжительный.
Установки электропечей сопротивления косвенного нагрева
включают элементы:
1) собственно электропечь сопротивления;
2) вспомогательные механизмы печи с электро-, гидро- или пневмоприводом, обеспечивающие загрузку в рабочее пространство и выгрузку нагреваемого изделия, либо перемещение его в рабочем пространстве;
3) комплектующее электрооборудование – щиты, пульты и панели
управления для автоматического регулирования температурного режима электропечи, управления приводами вспомогательных механизмов, а
также электропечные трансформаторы и автотрансформаторы.
21
Для электропривода вспомогательных механизмов электропечей
применяются трехфазные асинхронные двигатели общепромышленного назначения.
Основными параметрами электропечей сопротивления являются:
номинальная мощность, количество и мощность тепловых зон, число
фаз и напряжение на нагревательных элементах.
Тепловая зона печи сопротивления представляет участок электропечи с независимым питанием, аппаратурой для включения,
управления и регулирования температуры.
На рис. 2.7.1 а – г обозначения и схема питания электротермической установки.
г
От ЦТП
в
а
а)
б
б)
ИР, ИЗР, ИЗРП
1а
10
1б
10
1в
10
1
30
QF
г)
VS
в)
ИР, ИЗР, ИЗРП
1
30
От ЦТП
1а
10
1б
10
1в
10
Рис.Рис.
2.7.1.
установки
2.7.1Электрические
а-г. Электрические
установки сопротивления:
сопротивления
а) электропечь сопротивления, б) электронагреватель сопротивления
(калорифер), в) электропечь с тремя тепловыми зонами, г) схема питания.
Управление электрическими печами осуществляется однозонными щитами серий ИР, ИЗР, ИЗРП, предназначенными для дистанционного включения нагревателей, контроля и регулирования температуры одной тепловой зоны. В обозначении щитов: И – измерение температуры, З – запись показаний температуры на диаграммной бумаге
(при отсутствии прибора записи температуры буква З исключается), Р
– регулирование температуры, П – наличие приборов контроля тока и
напряжения. Силовое электрооборудование щита состоит из трехполюсного автоматического выключателя с комбинированным расцепителем, тиристорного переключателя (или контактора). В контрольнорегулирующую часть щита входят прибор теплового контроля (ПТК),
22
переключатель для включения нагревателей на ручной или автоматический режим работы и т.д.
Номинальное напряжение электропечей сопротивления 380 В.
При отличии напряжения нагревательных элементов электропечей
сопротивления от напряжения питающей сети применяют трансформаторы и автотрансформаторы. Использование трансформаторов и
автотрансформа- торов экономически выгодно для питания электропечей с металлическими нагревательными элементами, поскольку дает возможность применять нагреватели значительного сечения, имеющие больший срок службы.
В установках электропечей и электротермических устройств сопротивления для питания нагревателей на пониженном и ступенчаторегулируемом напряжении (с переключателем ступеней напряжения без
нагрузки) применяются специальные трехфазные электропечные трансформаторы ТПТ и автотрансформаторы АПТ. Для плавного регулирования используются регулировочные однофазные трансформаторы серии
РОТ (сухие) и РОТМ (масляные), а также трехфазные РТТ и РТТМ.
В качестве исполнительных устройств в системах непрерывного
регулирования температуры или мощности электропечей сопротивления используются управляемые бесконтактные источники питания с
тиристорами. Тиристорный источник питания в печах сопротивления
устанавливается в первичной цепи печного трансформатора. Включение тиристоров производится по встречно-параллельной схеме.
По принципу работы тиристорные источники питания разделяются на две группы: тиристорные управляемые источники питания непрерывного действия (ТУИП) типа РНТТ (регулятор напряжения тиристорный трехфазный) и тиристорные переключатели релейного
принципа действия (ТПТ). Тиристорные переключатели по сравнению
с пускателями и контакторами характеризуются большей допустимой
частотой переключений, отличаются бесшумностью в работе, простотой эксплуатации, большим сроком службы. Однако стоимость тиристорных переключателей выше стоимости пускателей и контакторов.
Коэффициент полезного действия электропечей сопротивления
равен 𝜂 = 100 % , а коэффициент мощности составляет:
1) при включении в первичную цепь ЭТУ трансформаторов (ТПТ,
ТПО), автотрансформаторов (АПТ) с плавным или ступенчатым регулированием напряжения 𝑐𝑜𝑠 𝜑 = 0,95 − 0,98.
2) тиристорных регуляторов напряжения (РТТ, РТТМ)
𝑐𝑜𝑠 𝜑 = 0,7 − 0,9.
23
3) тиристорных переключателей (ТПТ), контакторов, или питании
нагревателей непосредственно от сети 𝑐𝑜𝑠 𝜑 = 1,0.
Технические характеристики некоторых электропечей сопротивления приведены в [5].
24
3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЁТНЫХ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК
3.1. Определение расчётных электрических нагрузок трёхфазных
электроприёмников методом коэффициента использования
Определение расчётных электрических нагрузок является первым
этапом проектирования системы электроснабжения предприятия. Различают нагрузки по активной, реактивной, полной мощности и току.
Значения электрических нагрузок определяют стоимость электроустановок и объёмы меди, алюминия, трансформаторных сталей, изоляционных материалов и других ресурсов. Ошибки при расчёте нагрузок в
большую сторону приводят к излишним затратам и недоиспользованию электрооборудования, а в меньшую сторону - к недоиспользованию технологического оборудования и недоотпуску продукции.
Определение электрических нагрузок согласно схеме электроснабжения на рис. 3.1.1. может производиться:
1) для одного электроприёмника, нагрузка 1,
2) для группы электроприёмников, нагрузка 2,
3) на шинах НН ЦТП, нагрузка 3,
4) на шинах НН ГПП, нагрузка 4.
Определение электрических нагрузок на различных ступенях системы электроснабжения необходимо для выбора:
1) сечений распределительных и питающих линий,
2) параметров защитной и коммутационной аппаратуры,
3) числа и мощности трансформаторов ЦТП и ГПП,
4) мощности компенсирующих устройств (КУ).
Проектирование электроснабжения предприятий выполняется в
две стадии. Первой является разработка проектного задания для
определения потребляемой мощности, годового расхода электроэнергии и ориентировочно капиталовложений. Вторая представляет рабочее проектирование, когда разрабатываются рабочие чертежи для
производства электромонтажных работ и изготовления электроконструкций.
На стадии рабочего проектирования определение электрических
нагрузок производится ”Методом упорядоченных диаграмм”, положенным в основу руководящих “Указаний по определению электрических нагрузок в промышленных установках” [6]. Указанный метод
называют также методом коэффициента использования.
25
ИП
35-110 кВ
W
ГПП
T
РУ ВН
6-10 кВ
4
Т
ЦТП
0.38/0.22 кВ
РУ НН
3
2
2
РП
ШРА
1
1
2
M
M
M
M
M
Рис. 3.1.1. Схема для определения электрических нагрузок
в системе электроснабжения предприятия.
Определение электрических нагрузок методом коэффициента использования производится в табличной форме путём заполнения нижеприведённой табл. 3.1.1.
В таблице, наряду с заданной номинальной, фигурируют понятия
средней и расчётной мощности.
Номинальной (установленной) называется мощность, указанная
на заводской табличке или в паспорте электродвигателя, силового или
специального трансформатора, цоколе или колбе источника света,
других электроприёмников.
26
27
2
3
4
39,3
3
5,5
3 6,5-0,8
1
16,5
11,8
39,3
-
-
-
0,6
0,1
0,2
0,8
0,75
0,5
1,73
0,53
1,6
Электроосветительная
нагрузка
15
14.4
338,2
9,9
1,18
7,9
182,6
0,95
0,33
0,8
-
8
136,6
7
0,5
1,73
6
- 0,14
5
0,73
Итого силовой нагрузки на
85 58-0,8 1271,6 >3 0,26
шинах U<1000 В ЦТП
0,94
5. Вентиляторы
4. Мостовой кран
3. Трансформаторы дуговой сварки
U<1000 В
74 16,1-7,6 975,8
1. Металлорежущие станки
(разные)
2. Электротермические
4 58-15 228,2
установки
1
Наименование групп электроприёмников
10 11 12
13
14
15 16 17
6.9
14.4 6.9
318,5 58 1,2 1,0 406 318,5 516 785 963
7,4
2,0
12,6
60,2
236,3
9
Таблица 3.1.1
Таблица
по
расчёту
электрических
нагрузок
Установленная
мощность, приСредняя мощРасчётная
cos φ
ведённая к
ность
мощность
𝐼р 𝐼пик
n
m Ки
𝑛э Км К′м
tg φ
ПВ=100%
Рр 𝑄р 𝑆р
𝑝н
𝑃н
𝑃см
𝑄см
28
Всего электросиловой,
осветительной и сторонней нагрузки на шинах
U < 1000 В ЦТП
Сторонняя электрическая нагрузка
Итого электросиловой и
осветительной нагрузки
на шинах U < 1000 В
ЦТП
1
2
3
5
7
0,8 0,75
0,88
6
9
200
176
352,6 325,4
8
1536,6 >3 0,36 0,74 552,6 501,4
0,91
250
1286,6
4
14
15 16 17
620,4 501,4 798 1214 1392
200 176
420,4 325,4 532 809 987
10 11 12 13
Окончание таблицы 3.1.1
Для электродвигателей она представляет мощность, развиваемую
на валу. Потребляемая из сети определяется по формуле 𝑃1н = 𝑃2н /𝜂.
С целью упрощения принимают допущение 𝑃н2 ≈ 𝑃н1 . Мощность
выражается в кВт.
Номинальной мощностью плавильных электропечей и сварочных
машин является мощность питающих их трансформаторов, выраженная в кВ∙А.
Установленной мощностью для электропечей сопротивления,
электролизных ванн, источников света является мощность, потребляемая этими установками из сети, в кВт.
За номинальную мощность двигатель-генераторов, выпрямительных преобразователей и преобразователей частоты принимается номинальная мощность генератора, выпрямителя и преобразователя на
вторичной стороне в кВт или кВ ∙ А.
Под номинальной реактивной мощностью электроприёмника понимается реактивная мощность, потребляемая им из сети (со знаком
”плюс”) или отдаваемая в сеть (со знаком ”минус”) при номинальной
активной мощности и номинальном напряжении, а для синхронных
двигателей и при номинальном токе возбуждения или номинальном
коэффициенте мощности.
Понятие средней нагрузки введено для характеристики реально
изменяющейся нагрузки за определённый промежуток времени. Суммарная средняя нагрузка всех электроприёмников позволяет приблизительно оценить нижний предел возможных значений расчётной
нагрузки. Различают средние нагрузки по активной и реактивной
мощности за максимально загруженную смену (𝑃см , 𝑄 см ) и среднегодовые (𝑃ср.г , 𝑄ср.г ). Среднесменные служат для определения расчётных
нагрузок, среднегодовые - потерь электроэнергии.
Нагрузка изменяется по графику. В определённые промежутки
времени значения P, Q, S или I представляют собой наибольшие из
соответствующих средних значений. Также нагрузки называют максимальными. В зависимости от продолжительности различают два
вида максимальных нагрузок:
а) максимальные длительные нагрузки продолжительностью 10;
15; 30; 60 и 120 мин;
б) максимальные кратковременные нагрузки, называемые пиковыми, длительностью 1–2 с.
Вероятностная максимальная нагрузка за 30-минутный интервал
принята за расчётную нагрузку по допустимому нагреву. Расчётная
29
нагрузка по допустимому нагреву может быть активной 𝑃р , реактивной 𝑄р , полной 𝑆р или токовой 𝐼р. Значения расчётной нагрузки необходимы для выбора элементов системы электроснабжения по нагреву.
Принятый 30-минутный интервал наиболее близок к постоянным
времени нагрева проводников малых и средних сечений. Если постоянная времени нагрева превышает 30 мин, то полученный максимум
пересчитывают на другую продолжительность по формуле
𝐾Mt = 1 +
𝐾M − 1
√2𝑡
,
где 𝐾M – коэффициент максимума продолжительностью 0,5 ч.
Постоянная времени нагрева превышает принятый 30-минутный
интервал для проводников сечением, превышающим 150 мм2 .
Прежде чем заполнить табл. 3.1.1, производят классификацию
электроприёмников цеха (отделения) по режимам работы, напряжению, роду тока, частоте. Электроприёмники, сгруппированные с учётом перечисленных признаков, поочерёдно записываются в графу 1
табл. 3.1.1. Например: № 1 – металлорежущие станки (разные), № 2 –
электрические печи сопротивления, № 3 – мостовые краны, № 4 – сварочные трансформаторы, № 5 – вентиляторы.
Таблица 3.1.1 заполняется для трёхфазных электроприёмников,
мощность которых приведена к ПВ = 100 %.
Применительно к агрегатам с многодвигательным приводом,
кроме крановых установок, под понятием электроприёмник следует
иметь в виду агрегат в целом, а под номинальной мощностью – сумму
номинальных мощностей всех двигателей агрегата. Для крановых
установок под термином электроприёмник следует понимать электропривод каждого механизма, включая приводимые двумя двигателями, мощности которых складываются.
В графе 2 указывают фактическое число электроприёмников отдельных групп.
Графы 3, 4 – значения мощностей электроприёмников, работающих в повторно-кратковременном режиме, приводятся к ПВ = 100 %
по формулам:
для электродвигателей
𝑃н = 𝑃п √ПВп,
сварочных и трансформаторов электропечей
30
𝑃н = 𝑆п cos φп √ПВп ,
где 𝑃п , 𝑆п , ПВп , cos φп – паспортные значения мощности, продолжительности включения и коэффициента мощности.
В графу 3 записывают наибольшую и наименьшую мощности
электроприёмников отдельных групп, а в графу 4 – их суммарные номинальные мощности.
Графа 5 для отдельных групп электроприёмников не заполняется.
Графа 6. Коэффициент использования, характеризует загрузку
электроприёмников по активной мощности. Коэффициент одного и
группы электроприёмников обозначаются соответственно ки и Ки и
представляют отношения
ки =
𝑝см
,
𝑝н
Ки =
𝑃см
.
𝑃н
Для электроприёмников одинакового режима работы значения
индивидуального и группового коэффициентов использования совпадают. Значение коэффициента использования для группы электроприёмников с различными режимами работы определяются по формуле:
Ки
∑𝑛𝑖=1 𝑃смi ∑𝑛𝑖=1 ки 𝑝нi
=
.
∑𝑛𝑖=1 𝑃нi
𝑝нi
(3.1.1)
Значения коэффициента использования (графа 6) и коэффициента
мощности (графа 7) для различных групп электроприёмников принимаются по табл. 3.1.2.
Тогда для среднесменной активной и реактивной мощности за
наиболее загруженную смену для отдельных групп электроприёмников в графах 8 и 9 получаем:
𝑃см = Ки 𝑃н ;
𝑄см = 𝑃см tgφ.
(3.1.2)
На этом заканчивается заполнение граф для отдельных групп
электроприёмников и переходят к определению итоговых показателей
электросиловой нагрузки на шинах напряжением до 1000 В.
В графу 2 записывается общее число электроприёмников цеха
(отделения). Наибольшая и наименьшая номинальные мощности из
всех электроприёмников записываются в графу 3, а в графу 4 – суммарная номинальная мощность электроприёмников отдельных групп.
31
При определении отношения
𝑚=
𝑃н.наиб
𝑃н.наим
в графе 5 исключаются маломощные электроприёмники, суммарная
мощность которых не превышает 5 % мощности всей группы приёмников.
Если отношение больше трёх, в графу записывают «> 3».
Таблица 3.1.2
Значения расчётных коэффициентов для различных групп механизмов
Коэффициент
испольмощности
спроса
зования Ки
cos φ
Кс
1
2
3
4
Металлургические заводы и цехи черной и цветной металлургии
Насосы, вентиляторы, компрессоры
Насосы водяные
0,7 – 0,8
0,8 – 0,85
0,8
Вентиляторы принудительного дутья
0,5 – 0,7
0,7 – 0,8
0,6 – 0,8
Компрессоры
0,65
0,8
0,8
Механизмы непрерывного транспорта
Конвейеры
0,35
0,7
0,55
Термические и сварочные электроприёмники
Печи сопротивления с непрерывной
0,8
1,0
0,85
загрузкой
Печи сопротивления с периодической
0,6
1,0
0,7
загрузкой
Дуговые печи для цветных металлов
0,7
0,75
0,78
Сушильные шкафы
0,8
1,0
–
Мелкие нагревательные приборы
0,6
1,0
0,7
Сварочные трансформаторы для дуго0,2
0,4
0,3
вой электросварки
Машиностроительная и металлообрабатывающая отрасли промышленности
Металлорежущие станки мелкосерийного производства с нормальным режимом работы - мелкие токарные,
строгальные, долбёжные, фрезерные,
сверлильные, карусельные, точильные 0,12 – 0,14 0,4 – 0,5 0,14 – 0,16
и т.п.
Наименование механизмов
и аппаратов
32
Окончание табл. 3.1.2
1
То же при крупносерийном производстве
То же при тяжёлом режиме работы:
штамповочные прессы, автоматы,
револьверные, зуборезные, а также
крупные токарные, строгальные,
фрезерные, карусельные, расточные
станки
Переносной электроинструмент
Вентиляторы, эксгаустеры, санитарно- гигиеническая вентиляция
Насосы, компрессоры, дизельгенераторы
Краны, тельферы при ПВ = 25 %
То же при ПВ = 40 %
Элеваторы, транспортёры, шнеки,
конвейеры
Сварочные трансформаторы дуговой
электросварки
Печи сопротивления, сушильные
шкафы, нагревательные приборы
Печи сопротивления с неавтоматической загрузкой изделий
Индукционные печи низкой частоты
Ламповые генераторы индукционных печей высокой частоты
2
3
4
0,16
0,5 – 0,6
0,2
0,17
0,65
0,25
0,06
0,5
0,1
0,6 – 0,65
0,8
0,65 – 0,7
0,7
0,85
0,75
0,1
0,2
0,2
0,5
0,5
0,32
0,4
0,75
0,5
0,2
0,4
0,3
0,75 – 0,8
0,95
0,75 – 0,9
0,5
0,95
0,8
–
0,35
0,8
–
0,65
0,8
Затем по формулам (3.1.2) подсчитывают в графах (8; 9) суммарные среднесменные значения активной и реактивной мощности, используемые далее для определения групповых коэффициентов использования (графа 6) и коэффициента мощности (графа 7). При этом
вначале находим tgφ = ∑ 𝑄см / ∑ 𝑃см , а потом cos φ.
Эффективное число электроприёмников (графа 10) представляет такое число однородных электроприёмников одинаковой мощности и режима работы, которое даёт ту же величину расчётной нагрузки, что и
группа электроприёмников, различных по мощности и режимам работы.
При определении эффективного числа электроприёмников для
многодвигательных приводов принимаются в расчёт все электродвигатели данного привода. Если в числе этих электродвигателей имеют33
ся одновременно включаемые и отключаемые, то они учитываются
как один электроприёмник с номинальной мощностью, равной сумме
их номинальных мощностей.
Наиболее точно эффективное число электроприёмников рассчитывается по формуле:
2
(∑𝑛𝑖=1 𝑝нi )
𝑛э =
,
(3.1.3)
2
∑𝑛𝑖=1 𝑝нi
которой рекомендуют пользоваться при числе электроприёмников
𝑛 ≤5. При большем числе электроприёмников применяются следующие методы определения 𝑛э :
1. При четырёх и более фактических электроприёмников в группе
допускается принимать 𝑛э = 𝑛, если выполняется условие 𝑚 ≤ 3.
2. Если отношение m > 3 и групповой коэффициент использования Ки ≥ 2 эффективное число электроприёмников может быть определено по формуле
2𝑃н
𝑛э =
.
(3.1.4)
𝑝н.наиб
3. Определение эффективного числа электроприёмников производится по данным табл. 3.1.3, составленной по уравнению
𝑛э∗ =
где Р1∗ =
𝑛э
0,95
≈ 2
,
𝑛
𝑃1∗ (1 − 𝑃1∗ )2
𝑛1∗ + 1 − 𝑛1∗
Рн1
𝑛1
; 𝑛1∗ = .
Рн
𝑛
Здесь 𝑛э∗ – относительное число эффективных электроприёмников; 𝑛1 -число электроприёмников в группе, мощность каждого из которых не менее половины мощности наиболее мощного электроприёмника; 𝑃н1 – суммарная номинальная мощность 𝑛1 электроприёмников; n и 𝑃н – принимают по графе итоговых показателей электросиловой нагрузки табл. 3.1.1.
Порядок определения 𝑛э в этом случае следующий:
а) подсчитываем число наибольших электроприёмников 𝑛1 и
определяем их суммарную номинальную мощность 𝑃н1 ;
б) принимаем из таблицы 3.1.1 значения n и 𝑃н ;
в) находим отношения 𝑃1∗ и 𝑛1∗ и далее по табл. 3.1.3 находим
𝑛э1 = 𝑛э ⁄𝑛, откуда 𝑛э = 𝑛э∗ 𝑛, которое записываем в графу 10.
34
35
Относительные значения эффективного числа электроприемников 𝒏э∗ =
𝒏
𝒏э
в зависимости от 𝒏𝟏∗ =
𝒏
𝒏𝟏
и 𝑷𝟏∗ =
𝑷н
𝑷н𝟏
Таблица 3.1.3
Коэффициенты максимума активной КМ и реактивной мощности
К′М в графах 11; 12 служат для перехода от среднесменной к расчётной
мощности. Они определяются в зависимости от группового коэффициента использования и эффективного числа электроприёмников.
Значение коэффициента максимума активной мощности принимаем
по табл. 3.1.4, а коэффициент максимума реактивной мощности по
табл. 3.1.5
Таблица 3.1.4
Коэффициенты максимума активной мощности в зависимости
от коэффициента использования и эффективного числа электроприёмников
𝑛э
4
5
6
7
8
9
10
12
14
16
18
20
25
30
35
40
45
50
60
70
80
90
100
120
140
160
180
200
0,1
3,43
3,23
3,04
2,89
2,72
2,56
2,42
2,24
2,10
1,99
1,91
1,84
1,71
1,62
1,56
1,50
1,45
1,40
1,32
1,27
1,25
1,23
1,21
1,19
1,17
1,16
1,16
1,15
0,15
3,11
2,87
2,64
2,49
2,31
2,20
2,10
1,96
1,85
1,77
1,70
1,65
1,55
1,46
1,41
1,37
1,33
1,30
1,25
1,22
1,20
1,18
1,17
1,16
1,15
1,13
1,12
1,12
0,2
2,64
2,42
2,24
2,10
1,99
1,90
1,84
1,75
1,67
1,61
1,55
1,50
1,40
1,34
1,30
1,27
1,25
1,23
1,19
1,17
1,15
1,13
1,12
1,12
1,11
1,10
1,10
1,09
Значения КМ при КИ
0,3
0,4
0,5
2,14
1,87
1,65
2,0
1,76
1,57
1,88
1,66
1,51
1,80
1,58
1,45
1,72
1,52
1,40
1,65
1,47
1,37
1,60
1,43
1,34
1,52
1,36
1,28
1,45
1,32
1,25
1,41
1,28
1,23
1,37
1,26
1,21
1,34
1,24
1,20
1,28
1,21
1,17
1,24
1,19
1,16
1,21
1,17
1,15
1,19
1,15
1,13
1,17
1,14
1,12
1,16
1,13
1,11
1,14
1,12
1,11
1,12
1,10
1,10
1,11
1,10
1,10
1,10
1,09
1,09
1,10
1,08
1,08
1,09
1,07
1,07
1,08
1,06
1,06
1,08
1,05
1,05
1,08
1,05
1,05
1,07
1,05
1,05
36
0,6
1,46
1,41
1,37
1,33
1,30
1,28
1,26
1,23
1,20
1,18
1,16
1,15
1,14
1,13
1,12
1,12
1,11
1,10
1,09
1,09
1,09
1,09
1,07
1,07
1,06
1,05
1,05
1,05
0,7
1,29
1,26
1,23
1,21
1,20
1,18
1,16
1,15
1,13
1,12
1,11
1,11
1,10
1,10
1,09
1,09
1,08
1,08
1,07
1,06
1,06
1,05
1,05
1,05
1,05
1,04
1,04
1,04
0,8
1,14
1,12
1,10
1,09
1,08
1,08
1,07
1,07
1,07
1,07
1,06
1,06
1,06
1,05
1,05
1,05
1,04
1,04
1,03
1,03
1,03
1,02
1,02
1,02
1,02
1,02
1,01
1,01
Таблица 3.1.5
Коэффициенты максимума реактивной мощности в зависимости
от коэффициента использования и эффективного числа электроприёмников
КИ
𝑛э
К′М
≤ 0,2
> 0,2
≤10
1,1
> 10
1,0
>100
1,0
≤ 100
1,1
Расчётные значения активной, реактивной, полной мощности и
тока определяются по формулам
𝑃р = КМ 𝑃см ,
графа 13
𝑄р = К′М 𝑄см ,
графа 14
𝑆р = √𝑃р2 + 𝑄р2 ,
графа 15
𝐼р =
𝑆р
,
графа 16
√3𝑈н
Пиковый ток представляет максимальный ток в сети, длительностью 1–2 с. Максимальный кратковременный ток необходим для
определения параметров автоматических выключателей, предохранителей, тока трогания релейной защиты, а также проверки колебаний
напряжения в сети. Он определяется из условия, что работают все
электроприёмники цеха и производится включение одного или, если
возможно по технологии, нескольких электродвигателей, обладающих
наибольшим пусковым током. Формула для определения пикового
тока имеет вид:
𝐼пик = 𝐼пуск.нб.дв. + 𝐼р − кз 𝐼н.нб.дв. ,
где
графа 17
𝐼пуск.нб.дв , 𝐼н.нб.дв – наибольший пусковой и номинальный ток
включаемого двигателя;
кз – коэффициент загрузки электродвигателей. Для электроприёмников продолжительного режима работы принимается равным
0,9, повторно-кратковременного 0,75.
Наряду с электросиловой учитывается и электроосветительная
нагрузка.
Установленная мощность осветительной нагрузки определяется
светотехническим расчётом и представляет сумму мощностей ламп
данной установки
37
𝑃н.осв = 𝑁𝑃л ,
графа 4
Здесь N - число ламп, 𝑃л – мощность одной лампы.
Расчётная активная и реактивная мощность осветительной установки определяется по формулам
𝑃р.осв = КПРА кс 𝑃н.осв ,
графа 8
𝑄р.осв = 𝑃р.осв tgφ ,
графа 9
где КПРА -коэффициент, учитывающий потери активной мощности в
пускорегулирующей аппаратуре (ПРА) газоразрядных ламп,
кс – коэффициент спроса осветительной нагрузки. Учитывает
число одновременно включенных ламп, tgφ-коэффициент реактивной мощности. Определяется в зависимости от коэффициента
мощности (cos φ) принятых к установке газоразрядных источников света.
Полученные значения расчётных мощностей переносятся в графы
13; 14, после чего производится подсчёт суммарной электросиловой и
осветительной нагрузки.
3.2. Определение расчётных электрических нагрузок
однофазных электроприёмников
Однофазные электроприёмники, включённые на фазное и на междуфазное напряжения и распределённые по фазам с неравномерностью, не превышающей 15 % общей мощности трёхфазных и однофазных электроприёмников, учитываются как трёхфазные, такой же
суммарной мощности. В случае превышения указанной неравномерности расчётная нагрузка принимается равной утроенному значению
нагрузки наиболее загруженной фазы.
При числе однофазных электроприёмников до трёх условная
трёхфазная номинальная мощность 𝑃н.у определяется следующим образом:
1. При включении электроприёмников на фазное напряжение
220 В в системе 380/220 В:
𝑃н.у = 3𝑃н.у.ф или 𝑃н.у = 3𝑆п √ПВп cos φп = 3𝑃н.м.ф ,
где 𝑃н.м.ф – номинальная мощность максимально загруженной фазы, кВт;
38
𝑆п – паспортная мощность, кВ∙А.
2. При включении на линейное напряжение:
одного электроприёмника
𝑃н.у = √3𝑃н ,
двух или трёх
𝑃н.у = 3𝑃н.м.ф .
Пример № 1. В термическом отделении установлены две электропечи сопротивления. Каждая из электропечей имеет по пять однофазных тепловых зон, включенных на фазное напряжение. Мощность одной тепловой зоны 10 кВт. Определить 𝑃н.у.
Распределяем десять тепловых зон по фазам и получаем три эквивалентных трёхфазных электроприёмника общей мощностью 90 кВт.
Условная трёхфазная номинальная мощность нераспределённой тепловой зоны равна 𝑃н.у = 3 ∙ 10 = 30 кВт. Окончательно получаем n = 4, 𝑃н.у = 120 кВт.
Пример № 2. Два сварочных трансформатора с паспортными
данными:
𝑆п1 = 80 кВ ∙ А , ПВп1 = 40% , cos φп1 = 0,5,
𝑆п2 = 30 кВ ∙ А , ПВп2 = 60% , cos φп2 = 0,65
включены в фазы АВ и ВС. Определить значения 𝑃н.у.
Определим номинальные мощности трансформаторов
ПВ = 100 %
𝑃н.1 = 𝑆п1 √ПВп1 cos φп1 = 80 ∙ √0,4 ∙ 0,5 = 25 кВт,
𝑃н.1 = 30 ∙ √0,6 ∙ 0,65 = 15 кВт.
Нагрузки по фазам составляют:
𝑃А = 25⁄2 = 12.5 кВт , 𝑃В = (25 + 15)⁄2 = 20 кВт ,
𝑃С = 15⁄2
т. е. наиболее загруженной является фаза В.
Тогда получаем 𝑃н.у = 3 ∙ 20 = 60 кВт.
39
при
3.3. Определение расчётных электрических нагрузок
при числе эффективных электроприёмников меньше четырёх
Методом коэффициента использования рассчитываются нагрузки
для значений эффективного числа электроприёмников четыре и более.
Согласно указаниям [7] расчётная нагрузка одного, двух и трёх
электроприёмников принимается равной сумме номинальных мощностей этих электроприёмников.
Тогда для расчётной активной и реактивной мощности получаем:
𝑃р = 𝑝н1 + 𝑝н2 + 𝑝н3 ,
𝑄р = 𝑞н1 + 𝑞н2 + 𝑞н3 ,
где 𝑞н = 𝑝н tgφ/η– реактивная мощность отдельных электроприёмников; tgφ (cos φ); η – их паспортные данные.
При числе электроприёмников в группе или многодвигательном
приводе больше трёх, но при эффективном их числе меньше четырёх
расчётная нагрузка принимается, как для группы приёмников с 𝑛э =
4, однако должна быть не менее суммы номинальных мощностей трёх
наиболее мощных электроприёмников.
Пример № 1. К РП подключено пять металлорежущих станков,
мощностью
𝑝н = 2.2 ; 3 ; 4 ; 5.5 и 15 кВт , общей мощностью
𝑃н = 29,7 кВт.
При числе электроприёмников n > 3, но эффективном числе электроприёмников по формуле (3.1.3)
𝑛э =
2,2 + 3 + 4 + 5,5 + 15
= 3,1
2,22 + 32 + 42 + 5,52 + 152
меньше четырех, расчет выполняется как для группы электроприемников с nэ = 4.
Принимаем по табл. 3.1.2 для металлорежущих станков значения
коэффициентов КИ = 0,14, cos φ = 0,5 (tgφ = 1,73).
Тогда, учитывая, что 𝑃н = 29,7 кВт, находим по формулам (3.1.2)
для среднесменной активной и реактивной мощности
𝑃см = 0,14 ∙ 29,7 = 4,2 кВт
𝑄см = 4,2 ∙ 1,73 = 7,2 квар.,
а по табл. 3.1.4 и 3.1.5 в зависимости от КИ = 0,14 и 𝑛э = 4 значения
коэффициентов КМ = 3,2 и К′М = 1.1.
40
Получаем в результате для расчётной активной мощности: 𝑃р =
3,2 ∙ 4,2 = 13,4 кВт, которая должна быть не менее суммы 𝑃р = 15 +
5,5 + 4 = 24,5 кВт и поэтому согласно условию принимаем 𝑃р =
24,5 кВт.
3.4. Определение расчётных электрических нагрузок
электроприёмников с практически постоянным
графиком нагрузки
Электроприёмники длительного режима работы, характеризуемые значениями коэффициентов использования КИ ≥ 0,6, включения
КВ = 1 и заполнения суточного графика нагрузки КЗ ≥ 0,9, относятся
к электроприёмникам с практически постоянным графиком нагрузки.
Коэффициент максимума активной мощности таких электроприёмников может быть принят равным единице, что позволяет для расчётной
мощности написать
𝑃р = КМ 𝑃см = КМ КИ 𝑃н = КИ 𝑃н .
К электроприёмникам с практически постоянным графиком
нагрузки относятся электродвигатели насосов водоснабжения, вентиляторов, нерегулируемые дымососы и электропечи сопротивления,
некоторые транспортёры и конвейеры и т.д. Выявление таких групп
электроприёмников производится по данным обследования или эксплуатации. В случае отсутствия таких данных все электроприёмники
должны быть отнесены к электроприёмникам с переменным графиком
нагрузки.
При наличии в узле нагрузки электроприёмников как с переменным, так и с постоянным графиком работы определение расчётных
нагрузок этих групп электроприёмников производится отдельно, а
суммарные нагрузки получаются сложением, т.е.:
𝑃р = 𝑃р1 + 𝑃р2 = КМ 𝑃см1 + 𝑃см2 ,
𝑄р = 𝑄р1 + 𝑄р2 = К′М 𝑄см1 + 𝑄см2,
где индексами «1» и «2» обозначены расчётные и средние нагрузки
электроприёмников с переменным и постоянным графиком нагрузки.
В случае, когда мощность электроприёмников с практически постоянным графиком нагрузки составляет менее 25% суммарной мощ41
ности всех электроприёмников, общую расчётную нагрузку определяют как для электроприёмников с переменным графиком нагрузки.
Когда же мощность электроприёмников с переменным графиком
нагрузки менее 25% мощности всех электроприёмников, суммарная
расчётная нагрузка определяется как для электроприёмников с постоянным графиком нагрузки.
Пример № 1. Определить расчётную нагрузку отделения пылеулавливания цеха окиси цинка ОАО ”Электроцинк”, в котором установлены дымососы и шнеки фильтров с электроприводом от асинхронных двигателей:
1) дымососы в количестве n = 7, каждый мощностью
𝑃Н = 110 кВт . Принимаем для этой группы электроприёмников по
табл. 3.1.2 значения КИ = 0,7 , cos φ = 0,8 (tgφ = 0,75);
2) шнеки фильтров
n = 22, 𝑃Н = 2,8 кВт,
n = 5, 𝑃Н = 4,5 кВт, КИ = 0,35 , cos φ = 0,7 (tgφ = 1,02).
Тогда получаем
𝑃Н = 7 ∙ 110 + 22 ∙ 2,8 + 5 ∙ 4,5 = 854 кВт ,
𝑃см = 0,7 ∙ 770 + 0,35 ∙ 84 = 568,4 кВт ,
𝑄см = 539 ∙ 0,75 + 29,4 ∙ 1,02 = 434 квар .
Дымососы могут быть отнесены к электроприёмникам с практически постоянным графиком нагрузки, т. е. КМ = 1. Нагрузка шнеков,
которые относятся к электроприёмникам с переменным графиком
нагрузки, составляет ≈ 10 % , что < 25 % и поэтому 𝑃р = 𝑃см =
= 568,4 кВт , 𝑄р = 𝑄см = 434 квар , 𝑆р = 715кВ ∙ А.
При использовании методики, изложенной в [7], получаем:
для группового коэффициента использования по формуле (3.1.1)
КИ 
868,4
 0,66 ,
954
для эффективного числа электроприёмников по точной формуле
(3.1.3)
8542
𝑛э = 7∙1102 +22∙2,82 +5∙4,52 = 8,6.
42
Учитывая, что КИ = 0,66 и 𝑛э = 8,6 по табл. 3.1.4 и 3.1.5, находим коэффициенты КМ = 1,25 , К′М = 1,1 и тогда получаем:
𝑃р = 1,25 ∙ 568,4 = 710 кВт,
𝑄р = 1,1 ∙ 434 = 477 квар, 𝑆р = 855 кВ ∙ А,
откуда видно, что нагрузка, полученная в соответствии с методикой
[7], превышает найденную на 19 %.
43
4. РАСЧЕТ ТРЕХФАЗНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК
МЕХАНИЧЕСКОГО ЦЕХА
4.1. Характеристики электроприемников механического цеха
Крупные токарные, карусельные, зубофрезерные, продольнострогательные станки работают в длительном режиме с переменной
нагрузкой, а небольшие токарные, фрезерные, сверлильные и другие в
цехах мелкосерийного производства также в длительном режиме, но с
малоизменяющейся нагрузкой. На металлорежущих станках устанавливают один двигатель для привода всех механизмов, либо несколько
двигателей для отдельных узлов и механизмов. Чаще применяют одно-, двух-, трех- и четырехскоростные трехфазные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором напряжением 380/220 В.
Электродвигатели постоянного тока используют в станках как с программным, так и с ручным управлением.
Вентиляторы производственной и санитарно-гигиенической вентиляции работают в длительном режиме при постоянной нагрузке.
Электропривод металлорежущих станков и вентиляторов выполним асинхронными двигателями серии RA и АИР.
Термообработка металлов производится в камерных электропечах
с воздушной атмосферой. По способу преобразования электроэнергии
в тепловую камерная печь представляет электропечь сопротивления
косвенного действия с металлическими нагревателями. Установки работают по заданному циклу, в который входят периоды загрузки и
выгрузки. Режим работы продолжительный.
Технические характеристики электропечей сопротивления:
1. Камерная печь различного назначения типа СНО-6.12.4/10. В
обозначении: С – сопротивления, Н – камерная, О – окислительная;
цифры в числителе размеры рабочего пространства в дециметрах,
знаменателе – максимальная температура печи в сотнях градусов
Цельсия. Электропечь трехфазная с одной тепловой зоной, напряжение на нагревателях 103 В, номинальная мощность 58 кВт. Подключение к сети через электропечной трансформатор типа ТПТ-63/150ПК,
мощностью 63 к В ∙ А. Первичное напряжение 380 В, вторичное при
соединении обмоток треугольником 156 В, звездой 270 В. Имеет восемь ступеней трансформации.
2. То же СНО-3.6.2/20, m = 1, с одной тепловой зоной, напряжение на нагревателях 72 В, 𝑃н = 14 кВт. Электропечной трансформатор
44
ТПО-25/80/160ПК, 𝑆н.тр = 25 кВ ∙ А, 𝑈н1 = 380 В, вторичное при параллельном
и
последовательном
соединении
обмоток
𝑈𝑥 = 80 и 160 В. Предусмотрено восемь ступеней трансформации.
Электрокалориферы преобразуют электрическую энергию в тепловую. Тип электрокалориферов СФО-16/1Т. В обозначении: С – метод нагрева сопротивлением, Ф – заводское обозначение изделия, О –
отопительный. Цифры: в числителе мощность, знаменателе – максимальная температура выходящего из калорифера воздуха в сотнях ℃.
Т – тип нагревателя – трубчатый. Режим работы калориферов длительный, исполнение трехфазное, напряжение 380 В.
Трансформаторы для дуговой сварки типа ТД-500У2. Исполнение
однофазное, первичное напряжение 380 В, режим работы повторнократковременный с ПВ = 60%.
Мостовой кран среднего режима работы грузоподъемностью 5 т.
Электропривод крановых механизмов выполнен асинхронными электродвигателями с фазным ротором серии MTF, работающими с
ПВ=25%.
Технические характеристики перечисленных электроприемников
приведены в табл. 4.1.1.
4.2. Определение расчетных электрических нагрузок
механического цеха методом коэффициента использования
Рассмотрим пример характерных групп электроприемников механического цеха.
Электроприемники, объединенные с учетом перечисленных выше
признаков, поочередно записываются в графу 1 табл. 3.1.1.
Например:
1. Металлорежущие станки (разные). Количество n = 74,
наибольшая и наименьшая мощности 16,1 ÷ 7,6 кВт, суммарная номинальная мощность
𝑃н = 975,8 кВт. Принимаем по табл. 3.1.2 для данной группы
электроприемников значения коэффициента использования 𝐾и = 0,14
и коэффициента мощности cos φ⁄tgφ = 0,5/1,73.
Тогда для среднесменной активной и реактивной мощности за
наиболее загруженную смену получаем
𝑃см = 0,14 ∙ 975,8 = 136,6 кВт,
𝑄см = 136,6 ∙ 1,73 = 236,3 квар.
45
Таблица 4.1.1
Название механизмов.
Тип электроприемников
Номер электроприемн. на плане
Кол-во
𝑃н , кВт
𝑈н , В
𝐼н , А
n, об/мин
𝜂%
cos 
Iпуск / Iн
Технические данные электроприемников
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1–18
18
1. Токарно-винторезные станки
модели 1К62.
Тип электродвигателей:
главного движения
RA160М4
электронасоса охлаждения
ПА22
2. Вертикально-фрезерные консольные станки модели 6М13П.
Тип электродвигателей:
главного движения
RA160М4
привода подач
RA100LB4
11,0
380 22 1460 88,5 0,86 6,5
0,12
19–37 19
11,0
3,0
380 22 1460 88,5 0,86 6,5
“
7,3 1395 78,0 0,80 5,5
14,0
3. Универсальные консольнофрезерные станки модели 6М83.
Тип электродвигателей:
главного движения
RA160М4
привода подач
RA100LB4
38–55 18
11,0
3,0
380 22 1460 88,5 0,86 6,5
“
7,3 1395 78,0 0,80 5,5
14,0
4. Токарно-револьверные станки
модели 1П365.
Тип электродвигателей:
главного движения
RA160L4
ускоренного перемещения суппорта
RA90S4
56–65 10
15,0
1,1
16,1
46
380 29,2 1460 90,0 0,87 7,0
“
2,7 1420 77,0 0,80 5,5
Окончание табл. 4.1.1.
1
5. Вертикально-сверлильные одношпиндельные станки модели
2А150
Тип электродвигателей:
главного движения
RA132М4
электронасоса охлаждения
ПА22
2
3
4
5
6
7
8
9
10
66–72 7
7,5
380 15,6 1455 88,0 0,83 7,0
0,12
2800
7,6
6. Пресс однокривошипный усилием 160 тс модели КБ262.
Тип электродвигателя
АИРС160 S6, ПВ = 40%
73–74 2
7. Камерные электропечи сопротивления типа СНО-6.12.4/10.
Электропечной трансформатор
ТПТ-63/150ПК
75–77 3
8. То же типа
СНО-3.6.2/20.
Электропечной трансформатор
ТПО-25/80/160ПК
12
78
1
2
10. Трансформаторы дуговой
сварки
ТД-500У2, ПВ = 60%
81; 82
2
83
1
-
100 0,95 -
-
100 0,95 -
-
100 0,95 -
-
86,0 0,53 3
14
25 кВА 380 38,8
79; 80
910 82,5 0,82 5,5
58
63 кВА 380 93
9. Электрокалориферы типа
СФО-16/1Т
11. Мостовой кран грузоподъемностью 5 тс.
Типы электродвигателей:
механизма главного подъема
MTF311-6, ПВ=25%
механизмов передвижения:
тележки
MTF011-6, ПВ=25%
крана
MTF211-6, ПВ=25%
380 27
15
380 24
32 кВА 380 84,2
13
380 34,7 935
77 0,74 2,5
1,7
“
6
850
9,0
“
24
915 77,0 0,74 2,5
60 0,72 2,5
23,7
12. Вентиляторы
RA132S4
84–86 3
5,5
47
380 11,3 1450 87,0 0,85 7,5
2. Электротермические установки. Наряду с трехфазными камерными печами и калориферами в механическом цехе установлена однофазная электропечь сопротивления, включенная на междуфазное
напряжение. Условная трехфазная номинальная мощность одной однофазной электропечи, включенной на 𝑈 = 380 В определяется по
формуле
𝑃н.у = √3 ∙ 14 = 24,2 кВт.
Тогда для этой группы электроприемников получаем: n = 4, 58 ÷
15 кВт, 𝑃н = 3 ∙ 58 + 24,2 + 30 = 228,2 кВт. Принимаем 𝐾и = 0,8,
cos φ⁄tgφ = 0,95/0,33 и находим
𝑃см = 182,6 кВт, 𝑄см ==
60,2 квар.
3. Трансформаторы дуговой сварки, 𝑆п = 32 к В ∙ А, cos 𝜑п = 0,53,
ПВп = 60%. Номинальная мощность трансформаторов дуговой сварки, приведенная к ПВ = 100 % рассчитывается по формуле:
𝑃н = 32 ∙ 0,53√0,6 = 13,1 кВт.
При включении двух однофазных электроприемников на междуфазное напряжение условная трехфазная номинальная мощность
равна:
𝑃н.у 3 ∙ 13,1 = 39,3 кВт.
Тогда
n = 1, 𝑃н = 39,3 кВт, 𝐾и = 0,2, cos 𝜑⁄tg𝜑 = 0,53/1,6.
4. Мостовой кран. Мощность мостового крана, приведенная к
ПВ = 100 %:
𝑃н = (13 + 1,7 + 9)√0,25 = 11,8 кВт.
Тогда для мостового крана n = 3, 𝑃н = 11,8 кВт, 𝐾и = 0,1,
cos φ⁄tgφ = 0,5/1,73.
Результаты расчета нагрузки для вентиляторов приведены в табл.
3.1.1.
Произведем определение итоговых показателей для электросиловой нагрузки на шинах 𝑈 < 1000 В ЦТП.
Всего силовых электроприемников n = 85, отношение 𝑚 > 3,
установленная мощность 𝑃н = 1271,6 кВт. Суммарное значение среднесменной активной и реактивной мощности 𝑃см = 338,2 кВт,
𝑄см = 318,5 квар.
48
Результирующие значения коэффициентов использования и мощности
𝐾и =
338,2
= 0,26,
1271,6
tgφ =
318,5
= 0,94
338,2
(cos φ = 0,73).
Определение эффективного числа электроприемников произведем
упрощенным методом в следующем порядке:
1) выбираем наибольший по номинальной мощности электроприемник рассматриваемого узла нагрузки, 𝑃н.наиб = 58 кВт;
2) выбираем наиболее мощные электроприемники, номинальная
мощность которых равна или более половины мощности наибольшего
электроприемника и подсчитываем их число, т. е. 58/2 = 29 кВт. Тогда
𝑛1 = 3;
3) определяем суммарную мощность 𝑛1 электроприемников
𝑃н1 = 3 ∙ 58 = 174 кВт;
4) принимаем из табл. 3.1.1 значения n = 85, 𝑃н = 1271,6 кВт;
5) находим отношения
𝑛1∗ =
3
= 0,035,
85
𝑃1∗ =
174
= 0,14.
1271.6
По полученным значениям 𝑛1∗ = 0,035, 𝑃1∗ = 0,14 находим из
табл. 3.1.3 𝑛э∗ = 0,68 и тогда для эффективного числа электроприемников получаем 𝑛э = 𝑛э∗ 𝑛 = 0,68 ∙ 85 = 58.
Значения коэффициентов максимума активной и реактивной
мощности находим по табл. 3.1.4 и табл. 3.1.5 в зависимости от 𝐾и и
𝑛э , т. е. 𝐾м = 1,2, 𝐾м′ = 1,0.
Тогда для расчетных активной, реактивной, полной мощности и
тока получаем
𝑃р = 1,2 ∙ 338,2 = 406 кВт,
𝑄р = 318,5 квар, 𝑆р = 516 кВ ∙ А, 𝐼р = 785 А.
Определение пикового тока произведем из условия, что работают
все электроприемники механического цеха и производится включение
49
электродвигателя главного движения токарно-револьверного станка.
Параметры двигателя:
𝑃н = 15 кВт,
𝐼н = 29,2 А,
𝐾𝐼 = 7,0,
𝐼пуск = 𝐾𝐼 𝐼н = 7 ∙ 29,2 = 204,4 А.
Тогда для пикового тока получаем
𝐼пик = 204,4 + 785 − 0,9 ∙ 29,2 = 963 А.
При определении нагрузки на шинах напряжением 𝑈 < 1000 В
ЦТП наряду с электросиловой учитываем и электроосветительную
нагрузку, значения которой, полученные при расчете электрического освещения составляют 𝑃н.осв = 15 кВт, 𝑃р.осв = 1,2 ∙ 0,8 ∙ 15 =
= 14,4 кВт,
𝑄р.осв = 14,4 ∙ 0,48 = 6,9 квар.
Для сторонней силовой нагрузки принимаем 𝑃н = 250 кВт, 𝐾и =
0,8, cos φ⁄tgφ = 0,75/0,88.
Произведя сложение силовой, осветительной и нагрузки сторонних потребителей получаем суммарную нагрузку на шинах напряжением 𝑈 < 1000 В ЦТП.
50
5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЦЕНТРА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК
МЕХАНИЧЕСКОГО ЦЕХА
При проектировании цехового электроснабжения важное место
занимает вопрос определения центра электрических нагрузок, т.е. выбора рационального месторасположения ЦТП. Последнее обстоятельство обуславливает снижение протяженности цеховой сети, а следовательно расхода проводникового материала, потерь мощности, отклонений и колебаний напряжения.
Для определения центра электрических нагрузок на план помещения механического цеха произвольно наносим систему координат
x, y. Нахождение центра электрических нагрузок производится по
формулам
∑𝑛𝑖=1 𝑃н𝑖 𝑥𝑖
∑𝑛𝑖=1 𝑃н𝑖 𝑦𝑖
𝑋ЦТП = 𝑛
,
𝑌ЦТП = 𝑛
,
∑𝑖=1 𝑃н𝑖
∑𝑖=1 𝑃н𝑖
где 𝑃н𝑖 – номинальные мощности отдельных электроприемников;
𝑥𝑖 , 𝑦𝑖 – координаты месторасположения электроприемников на
плане цеха.
Исходные данные для определения центра электрических нагрузок приведены в табл. 5.1.
Таблица 5.1
Таблица для определения центра электрических нагрузок
Номер электроприемника
на плане цеха
Номинальная
мощность
𝑃н , кВт
1
2
Координаты
электроприемника
x, м
y, м
3
4
51
Момент
Момент
нагрузки, нагрузки,
𝑃н𝑖 𝑥𝑖
𝑃н𝑖 𝑦𝑖
кВт ∙ м
кВт ∙ м
5
6
6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА
И МОЩНОСТИ ТРАНСФОРМАТОРОВ ЦТП
Выбор мощности трансформаторов ЦТП производится по среднесменной активной и реактивной мощности за наиболее загруженную
смену, значения которых принимаем по табл. 3.1.1.
При выборе мощности трансформаторов наряду с электросиловой
и осветительной нагрузкой учитываются потери мощности в трансформаторе, которые определяются по формулам:
∆𝑃тр ≈ 0,02 Σ𝑆см ,
∆𝑄тр ≈ 0,1 Σ𝑆см ,
где ΣSсм – полная среднесменная мощность на шинах НН ЦТП.
Число трансформаторов определяется по формуле:
𝑁=
Σ𝑆см
𝑆н.тр β
откуда
𝑆н.тр =
Σ𝑆см
,
𝑁β
где β – коэффициент загрузки трансформаторов. При установке одного трансформатора принимается равным 0,9 − 0,95, двух – 0,7.
Следует стремиться к уменьшению числа трансформаторов ЦТП,
что достигается компенсацией реактивной мощности на стороне
НН ЦТП и позволяет написать
2
√(Σ𝑃см + Δ𝑃тр )2 + Δ𝑄тр
𝑆тр =
𝑁β
.
По полученному расчетному значению выбираем стандартную
мощность трансформатора 𝑆н.тр .
Величина реактивной мощности, передаваемая из сети
𝑈 > 1000 В в сеть до 1000 В, определяется по формуле:
𝑄т = √(𝑁 β 𝑆н.тр )2 − (Σ𝑃см + Δ𝑃тр )2 .
Мощность компенсирующего устройства определяется из условия
баланса реактивной мощности в узле нагрузки на шинах НН ЦТП, т. е.
𝑄ку = Σ𝑄см − 𝑄т − ΔQ тр .
52
Пример № 1. Значения среднесменной активной, реактивной и
полной мощности согласно данным табл. 3.1.1 равны
Σ𝑃см = 552,6 кВт,
Σ𝑄см = 501,4 квар,
Σ𝑆см = 746 кВ ∙ А.
Тогда получаем:
для потерь
∆𝑃тр ≈ 0,02 ∙ 746 = 15 кВт,
∆𝑄тр ≈ 0,1 ∙ 746 = 74,6 квар,
расчетной мощности трансформатора
𝑆тр =
√552,6 + 15)2 + 74,62
= 603 кВ ∙ А,
0,95
выбираем стандартную 𝑆н.тр = 630 кВ ∙ А.
Для реактивной мощности, передаваемой из сети напряжением
𝑈 > 1000 В в сеть напряжением до 1000 В
𝑄т = √(0,95 ∙ 630)2 − (552,6 + 15)2 = 190 квар,
мощности компенсирующего устройства
𝑄ку = 501,4 − 190 + 74,6 = 386 квар.
Выбираем комплектную конденсаторную установку 2УК-200 У3,
мощностью 𝑄БК = 400 квар.
53
7. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
НА НАПРЯЖЕНИИ ДО 1000 В
7.1. Цеховые электрические сети
Источником для питания цеховых электроприемников является
распределительное устройство низкого напряжения (РУ НН) одноили двухтрансформаторных ЦТП, в последнем случае состоящее из
двух секций шин, связанных устройством АВР.
Схемы цеховых электросетей определяются технологическим
процессом производства, единичной установленной мощностью электроприемников и месторасположением ЦТП. Схема цеховой электросети должна быть простой, безопасной и удобной в эксплуатации,
экономичной, удовлетворять требованиям окружающей среды, характеризоваться гибкостью и возможностью применения индустриальных
методов монтажа, обеспечивать поддержание на зажимах потребителей электроэнергии надлежащего качества.
Должны быть удовлетворены условия выбора сечений проводников по нагреву, экономической плотности тока, термической устойчивости токам к.з. Изоляция проводников должна быть стойкой воздействию окружающей среды и механическим повреждениям.
При проектировании цеховой электросети комплексно решают
вопросы выбора схемы и конструкции сети, возможного увеличения
числа и мощности электроприемников, изменения их месторасположения. Развитие электросети должно происходить без коренного переустройства и с минимальным перерывом (или без перерыва) питания электроприемников.
Линии цеховой сети, отходящие от ЦТП к распределительным
пунктам и шинопроводам называются питающими, а линии, подводящие электроэнергию к электроприемникам – распределительными.
Схемы цеховых сетей выполняются радиальными, магистральными, смешанными и троллейными.
7.2. Схемы и конструкции цеховых электросетей
Радиальные схемы
Радиальными называются схемы, осуществляющие передачу
электроэнергии от источника питания непосредственно к электроприемникам без ответвлений для подключения других потребителей. Вы54
полняются одноступенчатыми, когда электроприемники подключаются непосредственно к ЦТП, и двухступенчатыми, когда через промежуточный РП, как показано на рис. 7.2.1.
Рис. 7.2.1. Схема радиальной сети.
Для внутрицехового электроснабжения следует избегать применения многоступенчатых схем. Радиальные схемы применяются для
питания сосредоточенных нагрузок большой мощности и при неравномерном расположении электроприемников по площади помещения.
Они прокладываются изолированными проводами в трубах и кабелями.
Достоинства радиальных схем: достаточная надежность электроснабжения, легко выполнимое согласование защитных характеристик
на карте селективности, возможность автоматизации, простота конструкции и эксплуатации; недостатки – расход проводникового материала и труб, потребность в большем количестве коммутационной и
защитной аппаратуры, ограниченная гибкость перестроения сети при
изменении технологического процесса.
55
Магистральные схемы
Магистральные схемы – представляют схемы, допускающие подключение электроприемников в любой точке по длине электросети.
Схема магистральной сети, выполненная проводами и кабелями, показана на рис. 7.2.2.
6-10 кВ
6-10 кВ
Т
ЦТП
Т
ЦТП
0.38/0.22 кВ
0.38/0.22 кВ
ШРА
РП №3
РП № 1
РП №2
а)
в)
б)
М
~
М
~
М
~
М
~
М
~
Рис. 7.2.2. Схема магистральной сети,
М
~
М
~
М
~
Рис. 7.2.3. Схема магистральной сети
Рис.
7.2.2. Схема
магистральной
выполненная
проводами
и кабелями
сети, выполненная проводами
и кабелями.
Рис. 7.2.3.
Схема магистральной
с использованием
сети
с
использованием
распределительного
шинопровода
распределительного шинопровода.
На рис. 7.2.2а приведена схема магистральной сети для подключения РП, на рис. 7.2.2б – схема прокладки магистрали с установкой
ответвительных коробок для подключения электроприемников. Схема
питания одной линией нескольких силовых шкафов или электроприемников на рис. 7.2.2а, в называется «цепочкой». «Цепочка» применяется для питания неответственных потребителей. К «цепочке» обычно
подключаются 2–3 электроприемника, мощностью не более 7,5 кВт.
Областью применения «цепочки» являются производства со стабильно расположенным оборудованием.
В цехах машиностроения и металлообработки магистральные сети
выполняются с использованием шинопроводов как на рис. 7.2.3. Электросети с шинопроводами обладают гибкостью и допускают перестроение
56
при изменении технологического процесса или перестановки оборудования. Их применяют в цехах с периодически обновляющимся станочным
парком и при упорядоченно расположенном оборудовании.
Наиболее совершенной из магистральных схем является схема
блока «трансформатор – магистраль», показанная на рис. 7.2.4.
Т
М
~
ШРА
ШМА
6-10 кВ
ЦТП
РП
7.2.4.
Схемаблока
блока«трансформатор-магистраль».
«трансформатор-магистраль»
Рис.Рис.
7.2.4.
Схема
К магистральному шинопроводу ШМА подключаются мощные
электроприемники, силовые РП, распределительные шинопроводы
ШРА. Достоинством схемы является отсутствие на ЦТП РУ НН, что
упрощает и удешевляет ее сооружение.
Разновидностью магистральных схем являются модульные проводки. Магистрали модульных электросетей выполняются изолированными проводами, прокладываемыми в трубах или коробах скрытно
в полу с установкой на расстоянии 3–6 м (модуле) ответвительных
коробок. К ответвительным коробкам крепятся стояки, на которых
устанавливается коммутационная и защитная аппаратура. Подключение электроприемников проводом в трубах или металлорукавах. Для
модульных проводок используют стальные или пластмассовые трубы
диаметром 1 ½’’, сечением
50 мм2 , в которых прокладываются алюминиевые провода сечением 25 или 35 мм2 . Пропускная способность магистрали на превышает 100 А.
Для подключения электроприемника ответвительная коробка разбирается, устанавливаются стояк, коммутационная и защитная аппаратура, прокладывается электросеть. При необходимости перестановки электроприемника производится демонтаж электросети, после чего
ответвительная коробка закрывается крышкой.
Модульные проводки применяются в цехах, где нежелательна
установка распределительных шинопроводов. Областью применения
57
модульных проводок являются производства, требующие особой чистоты помещений. План модульной электросети показан на рис. 7.2.5
магистраль №1
РП
№2
Места установки
ответвительных
коробок
№3
3–6м
От ЦТП
Рис. 7.2.5.
электросети
Рис.План
7.2.5.модульной
План модульной
электросети.
Магистральные сети экономичнее радиальных из-за уменьшения
расхода проводникового материала, затрат на электрооборудование.
При использовании шинопроводов к достоинствам относят также скоростной монтаж и возможность перестроения схемы при изменении
технологии.
Недостатком магистральных схем является снижение надежности
электроснабжения, так как при повреждении магистрали отключаются
все подключенные к ней потребители.
Особенностями магистральных сетей является снижение потерь
напряжения и увеличение токов к.з.
Смешанные схемы
Сочетание радиальных и магистральных схем является наиболее
распространенным в системе цехового распределения энергии, удовлетворяющим требованиям надежности и экономичности электроснабжения, простоты конструкции и эксплуатации. Эти схемы применяются на предприятиях машиностроительной, цветной, черной и
других отраслях промышленности.
Троллейные линии
Предназначены для питания электродвигателей цеховых подъемно-транспортных установок – мостовых кранов, кран-балок, электро58
тельферов. В качестве троллеев используют угловую и полосовую
сталь, голые круглые или профилированные стальные либо медные
проводники, гибкий кабель и троллейные шинопроводы. Применение
троллейных линий обеспечивает достаточную надежность электроснабжения, быструю устраняемость повреждений при авариях, экономичность по расходу цветных металлов и дешевизну эксплуатации.
Питание троллейной сети может производиться от ЦТП, РП или
шинопроводов. При несекционированной троллейной линии подвод
питания чаще производится к средней части троллея, однако допускается и к любой точке линии, если выполняется требование проверки
по потере напряжения.
Ремонтные секции не предусматриваются при подключении к
троллейной линии одного крана. Они сооружаются по концам троллейной линии при наличии двух кранов. Подключение ремонтных
секций к троллейной линии производится с помощью рубильников.
Сечение троллейных линий выбирается по нагреву с проверкой
по потере напряжения. В месте подвода электросети к троллейной линии устанавливается рубильник.
Конструкции цеховых сетей
Определяются выбранной схемой распределения электроэнергии,
затратами на сооружение и эксплуатацию, условиями окружающей
среды. Факторами окружающей среды, влияющими на конструкцию
электросети и марку проводов, являются: влажность, температура,
наличие паров и газов, возможность образования взрывоопасных смесей.
В цеховых сетях применяют следующие виды электропроводок:
1) изолированными проводами и кабелями, 2) комплектными шинопроводами.
Электропроводки изолированными проводами и кабелями разделяются на следующие виды:
1. Открытая электропроводка, проложенная на поверхности стен,
потолков, по фермам и другим строительным элементам зданий и сооружений, по опорам и т. п.
При открытой электропроводке провода и кабели прокладываются по стенам, потолкам и т. п., на тросах, изоляторах, в трубах, коробах, гибких металлических рукавах, на лотках и т. п.
2. Скрытая электропроводка, проложенная внутри стен, в полах,
фундаментах, перекрытиях, в подготовке пола и т. п.
59
При скрытой электропроводке провода и кабели прокладываются
в трубах, гибких металлических рукавах, коробах, пустотах строительных конструкций, под штукатуркой и т.п.
Для открытых и скрытых электропроводок применяются стальные трубы. Стальные тонкостенные трубы применяют для защиты
проводов и кабелей от механических повреждений, а стальные водогазопроводные для электропроводок в пожаро- и взрывоопасных помещений.
С целью экономии целесообразна замена стальных труб пластмассовыми. Для электропроводок применяются винипластовые, полиэтиленовые и полипропиленовые трубы. Получили распространение
винипластовые трубы, обладающие наибольшей механической прочностью.
Выбор диаметра труб производится по табл. 7.2.1.
Таблица 7.2.1
Условный проход стальных и пластмассовых труб, мм,
в зависимости от числа, марки и сечения проводников
Сечение, мм2
Одножильные провода
ПРТО – АПРТО, ПВ – АПВ
ПР – АПР, ПРВ – АПРВ
при числе проводов, равном
1.5
2.5
4
6
10
16
25
35
50
70
95
120
150
185
2
15
15
15
15
20
25
3232
4050
7070
70
80-
3
15
15
15
15+
20+
25+
32
32+
40+
50
7070
70+
80+
4
15
15+
15+
20
25+
3232+
40+
50
7070+
8080+
100-
5
15+
2020
20+
3232
40+
5050+
70
6
2020
20
20+
3232+
5050
7070+
7
20
20
20+
25
32+
40+
50
50+
70
80-
Кабели АВВГ
Кабели АВВГ
с однопроволочными жидо 16 мм2
2
лами 25 мм
и ВВГ при числе
и выше при
жил, равном
числе жил, равном
2
3
4
2
3
4
8
20
20+
2525+
32+
40+
50+ 40+ 50+ 7070- 50- 70- 7070+
70+
80+
70+
80+
100-
60
2525+
25+
3232+
32+
32+
25+
25+
25+
32+
32+
32+
40+
25+
3232+
4040+
40+
50+
50+
7070
70+
Трассы участков трубных прокладок условно делятся на три степени сложности в зависимости от их длины и числа углов, как указано
в табл. 7.2.2.
Примечание. В табл. 7.2.1 указаны условные проходы труб для
трасс средней сложности: знак «+» обозначает необходимость выбора
ближайшего большего условного прохода при сложных трассах, знак «-»
– ближайшего меньшего условного прохода при простых трассах.
Таблица 7.2.2
Степени сложности участков трубных прокладок
Характеристика трассы
Прямая или слабо искривленная
С одним прямым или двумя
тупыми углами
С двумя прямыми углами
Примерная длина участков, м
средних
сложных
простых
75
100
50
50
75
30
30
50
20
Рациональными являются электропроводки в коробах и на лотках.
Короб представляет закрытую полую конструкцию прямоугольного или другого сечения, обеспечивающую защиту проводов и кабелей от механических повреждений, грязи и пыли окружающей среды.
Применение коробов вместо стальных труб снижает стоимость сетей,
их металлоемкость и трудоемкость монтажа. Короба могут закрепляться непосредственно на технологическом оборудовании, а также
конструктивных элементах сооружений.
Лотком называется открытая конструкция для прокладки на ней
проводов и кабелей. Наиболее распространено крепление лотков на
полках кабельных конструкций. Лотки применяются как для горизонтальной, так и вертикальной прокладок. Кабели на лотках укладывают
в один ряд. Лотки не обеспечивают защиту проводников от механических повреждений.
Внутри зданий кабели прокладывают по стенам и потолкам. Разрешается также прокладка кабелей в трубах, каналах в полу, междуэтажных перекрытиях, где они могут быть легко заменены в случае
повреждения. Для горизонтальной прокладки по стенам применяются
специальные опорные металлические конструкции, настенные полки и
профили с кабельными закладными подвесами.
При необходимости скрытой прокладки большого количества (1015) параллельных кабелей в полу помещения сооружается канал, в
61
котором кабели укладываются либо по дну, либо по стенкам на конструкциях. Сверху каналы на отметке пола перекрываются железобетонными плитами или стальными рифлеными листами.
Электропроводки комплектными шинопроводами. Шинопроводы представляют комплектную электрическую сеть, состоящую из
отдельных секций, соединенных сваркой или болтовым соединением.
Подразделяются на распределительные и магистральные, выполняются открытыми, защищенными и закрытыми. Проводниковый материал
– алюминий.
Конструктивно шинопровод типа ШРА выполнен в виде короба
из двух половин, в котором на изоляторах закреплены три фазные и
нулевая неизолированные шины одинакового сечения. Для подключения электроприемников на шинопроводе устанавливаются ответвительные коробки, присоединение которых штепсельное. Подвод питания к шинопроводу осуществляется с помощью вводных секций, которые могут устанавливаться как вдоль шинопровода, так и по его
торцам. Вводная секция не имеет коммутационных аппаратов. Стандартная линейная секция имеет длину 3 м и допускает установку
восьми ответвительных коробок по четыре с каждой стороны. Распределительные шинопроводы комплектуются ответвительными коробками типов:
КПШ – с предохранителями типа ПН2 на ток 100 А;
КАШ – с автоматическими выключателями ВА 51-31, ВА 51-33,
ВА 51-35 соответственно на токи 100; 160; 250 А;
ККШ – коммутационная с разъединителем, 𝐼н = 250; 400 А,
условное обозначение которых показано на рис. 7.2.6.
КПШ
КАШ
ККШ
Рис. 7.2.6. Типы ответвительных коммутационных штепсельных коробок
Рис. 7.2.6. Типы ответвительных коммутационных штепсельных коробок.
Параметры распределительных шинопроводов приведены в табл.
7.2.3.
62
Таблица 7.2.3
Основные технические данные распределительных шинопроводов
Показатель
ШРА4-10044-1У3
Номинальный ток, А
Номинальное напряжение, В
Электродинамическая стойкость ударному току к.з., кА
Сопротивление на фазу, Ом/км
Активное
Индуктивное
Полное
Линейная потеря напряжения
на 100 м при равномерно распределенной нагрузке и
cos 𝜑 = 0,8, В
Сечение шин, мм
100
380/220
7
Шинопровод
ШРА4- ШРА425040032-1У3 32-1У3
250
400
660
660
15
25
ШРА463032-1У3
630
660
35
-
0,21
0,21
0,24
6,5
0,15
0,17
0,16
8,0
0,1
0,13
0,11
8,5
3,55 × 11,2
35 × 5
50 × 5
80 × 5
Магистральные шинопроводы имеют расщепленные фазные шины.
Такая конструкция при соединении шин по схеме спаренных фаз обеспечивает компенсацию магнитных полей и снижение индуктивного сопротивления. У шинопроводов типа ШМА функции нулевого проводника
выполняют опорные алюминиевые уголки. Подключение к магистральному шинопроводу электросетей и электроприемников производится при
помощи ответвительных коробок. При длине ответвления до 3 м оно может быть глухим и тогда для присоединения используются ответвительные коробки без коммутационных аппаратов (𝐼н = 630 А). В случае превышения указанного расстояния в месте ответвления устанавливаются
автоматические выключатели или ящики с рубильником и предохранителями. Ответвительные коробки комплектуются селективными ВА55-37
(𝐼н.а = 400 А), ВА55-39 (𝐼н.а = 630 А) и токоограничивающими ВА53-37
(𝐼н.а = 400 А), ВА53-39 (𝐼н.а = 630 А) автоматическими выключателями.
Шкала номинальных токов шинопроводов типа ШМА соответствует шкале номинальных токов трансформаторов. Шинопроводы на
токи 𝐼н = 1600; 2500; 4000 А подключаются к трансформаторам
мощностью 𝑆н.тр = 1000; 1600; 2500 кВ ∙ А, номинальные токи которых 𝐼н.тр = 1445; 2312; 3613 А.
63
Параметры магистральных шинопроводов приведены в табл. 7.2.4
Таблица 7.2.4
Основные технические данные магистральных шинопроводов
Показатель
Номинальный ток, А
1250
Номинальное напряжение, В
660
Электродинамическая стой70
кость (амплитудное значение), кА
Сопротивление на фазу,
Ом/км
Активное
0,0338
Индуктивное
0,0163
Полное
0,0419
Полное сопротивление петли 0,0862
«фаза-нуль», Ом/км
Линейная потеря напряже8,93
ния на 100 м при номинальном токе (нагрузка сосредоточена в конце линии,
cos 𝜑 = 0,8), В
Количество и размеры (мм)
1(8140)
шин на фазу
Количество и площадь сечения нулевых проводников,
мм2
Шинопровод
ШМА 4
1600
2500
660
660
70
70
4000
660
100
0,0297
0,0143
0,033
0,0872
0,0169
0,0082
0,021
0,0822
0,013
0,015
-
9,13
9,7
16,5
1(8160)
2(8140)
2(12160)
2 × 710
2 × 640
-
Троллейные электропроводки. Троллейные линии выполняются
преимущественно из стали различных профилей. При малых токах
нагрузки применяется круглая или полосовая сталь, а при больших
токах угловая сталь размером 50505 до 75758. Если по расчетным условиям требуется большее сечение угловой стали, применяют
систему с дополнительной линией питания. В этом случае основную
троллейную линию выполняют из угловой стали 50505 мм, а линию
подпитки из алюминиевой полосы сечением 320 мм или шины 680
мм, проложенной вдоль троллея. Троллейные секции из угловой стали
заводского изготовления имеют длину 6 м. Опорные троллейные конструкции и троллейные секции легко соединяются и крепятся, что
обеспечивает высокий уровень индустриализации монтажных работ.
64
Помимо жестких конструкций применяются комплектные троллейные шинопроводы заводского изготовления. Представляют стальной короб с нижней или боковой щелью для токосъема. В коробе
устанавливаются три медных троллея на фарфоровых изоляторах, токосъем осуществляется специальной тележкой с токосъемниками.
Троллейный шинопровод типа ШТМ72 на 400 А обеспечивает
питание мостовых кранов грузоподъемностью до 75 тс.
Серии троллейных шинопроводов с медными шинами ШТМ,
алюминиевыми – ШТА.
Параметры троллейных шинопроводов приведены в табл. 7.2.5.
Таблица 7.2.5
Основные технические данные троллейных шинопроводов
Показатель
Шинопровод
ШТМ73У3
ШТМ72У3
ШТА75У3
Номинальный ток, А
250
400
250
400
Номинальное напряжение, В
660
660
660
660
Электродинамическая стойкость (амплитудное значение), кА
10
15
10
15
токосъемной каретки
25
100
25
100
спаренной токосъемной
каретки
50
200
50
200
0,315
0,180
0,3
0,197
0,120
0,230
0,474
0,150
0,496
0,217
0,170
0,254
Номинальный ток, А
Сопротивление фазы, Ом/км
активное
индуктивное
полное
В производственных помещениях шинопроводы крепятся к
подвесам (рис. 7.2.7а), кронштейнам (рис. 7.2.7б) или устанавливаются на стойках (рис. 7.2.7в) как на рисунках
а)
б)
Рис. 7.2.7.
7.2.7. Способы
Способы установки
установкишинопроводов.
шинопроводов
65
в)
Распределительные пункты. Для приема и распределения электроэнергии, а также защиты цеховых электросетей применяют силовые распределительные пункты, иначе называемые сборками.
Силовые распределительные шкафы первого ШРС-1 и второго
ШРС-2 габаритов на токи 𝐼н = 250 и 400 А имеют на вводе выключатель-разъединитель ВР-32, а на отходящих линиях предохранители
ПН2 и ППНИ.
Технические данные шкафов ШРС приведены в табл. 7.2.6.
Таблица 7.2.6
Шкафы силовые распределительные серии ШРС
с плавкими предохранителями
Тип шкафа
Рубильник
на вводе
Тип
ШРС-1 20У3
ШРС-1 21У3
ШРС-1 22У3
ВР-32
Количество
отходящих линий.
Номинальный ток
предохранителей
Ном-й
63 А 100 А 250 А
ток, А
250
250
250
5
3
5
2
Принципиальная
схема
первичных
соединений
-
1
ШРС-2 26У3
ШРС-2 23У3
ШРС-2 24У3
ШРС-2 25У3
ШРС-2 27У3
ШРС-2 28У3
ШРС-2 29У3
400
400
400
400
400
400
400
8
4
2
-
8
4
5
4
4
5
2
2
4
1
2
2
3
3
4
4
5
6
5
7
N
PE
8
N
PE
Основные технические данные и принципиальные схемы первичных соединений силовых РП с автоматическими выключателями приведены в табл. 7.2.7 и показаны на рис. 7.2.8.
66
Таблица 7.2.7
Силовые распределительные пункты
с автоматическими выключателями серии ПР
Тип шкафа
1
ПР11-3046
ПР11-3048
ПР11-3050
ПР11-3052
ПР11-3054
ПР11-3056
ПР11-3058
ПР11-3060
ПР11-3062
ПР11-3064
ПР11-3066
ПР11-3068
ПР11-3070
ПР11-3072
ПР11-3074
ПР11-3076
ПР11-3078
ПР11-3080
ПР11-3082
ПР11-3084
ПР11-3086
ПР11-3088
ПР11-3090
ПР11-3092
ПР11-3094
ПР11-3096
ПР11-3098
ПР11-3100
ПР11-3102
ПР11-3104
ПР11-3106
ПР11-3108
Вводной
выключатель
НомиТип
нальный
ток
2
3
ВА88-33
160
ВА88-33
160
ВА88-33
160
ВА88-35
250
ВА88-35
250
ВА88-35
250
ВА88-35
250
ВА88-35
250
ВА88-35
250
ВА88-35
250
ВА88-35
250
ВА88-35
250
ВА88-35
250
ВА88-35
250
ВА88-35
250
ВА88-35
250
ВА88-35
250
ВА88-35
250
ВА88-35
250
ВА88-35
250
ВА88-35
250
ВА88-37
400
ВА88-37
400
ВА88-37
400
ВА88-37
400
ВА88-37
400
ВА88-37
400
ВА88-37
400
ВА88-37
400
ВА88-37
400
ВА88-37
400
ВА88-37
400
Выключатели отходящих линий
однополюсные
КолТип
во
4
5
ВА47-100
9
ВА47-100
ВА47-100
3
12
ВА47-100
ВА47-100
6
18
ВА47-100
ВА47-100
ВА47-100
12
6
24
ВА47-100
ВА47-100
ВА47-100
ВА47-100
18
12
6
30
ВА47-100
ВА47-100
ВА47-100
ВА47-100
ВА47-100
24
18
12
6
18
ВА47-100
ВА47-100
ВА47-100
12
6
24
ВА47-100
ВА47-100
ВА47-100
ВА47-100
18
12
6
30
67
трехполюсные
Тип
Кол-во
6
7
ВА47-100
ВА47-100
3
3
ВА47-100
ВА47-100
4
2
ВА47-100
ВА47-100
ВА47-100
6
2
4
ВА47-100
ВА47-100
ВА47-100
ВА47-100
8
2
4
6
ВА47-100
ВА47-100
ВА47-100
ВА47-100
ВА47-100
10
2
4
6
8
ВА47-100
ВА47-100
ВА47-100
6
2
4
ВА47-100
ВА47-100
ВА47-100
ВА47-100
8
2
4
6
ВА47-100
10
Окончание табл. 7.2.7
1
ПР11-3110
ПР11-3112
ПР11-3114
ПР11-3116
ПР11-3118
ПР11-3120
ПР11-3122
ПР11-3124
2
ВА88-37
ВА88-37
ВА88-37
ВА88-37
ВА88-37
ВА88-37
ВА88-40
ВА88-40
3
400
400
400
400
400
400
630
630
4
ВА47-100
ВА47-100
ВА47-100
ВА47-100
5
24
18
12
6
6
ВА47-100
ВА47-100
ВА47-100
ВА47-100
ВА47-100
ВА47-100
ВА47-100
ВА47-100
7
2
4
6
8
4
6
8
12
Рис.
7.2.8. Принципиальная
первичных
электрических
Рис. 7.2.8.
Принципиальная
схема схема
первичных
электрических
соединений
соединений распределительных пунктов серии ПР
распределительных пунктов серии ПР.
Распределительные пункты с выключателями на вводе серии ПР
устанавливаются только при отсутствии в начале питающей линии
автоматов с максимальными расцепителями.
68
8. РАСЧЕТ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОСЕТЕЙ
8.1. Выбор сечений проводников по условию нагревания
Выбор производится с использованием соотношения
𝐼д = 𝐾п 𝐼н.д ,
(8.1.1)
где 𝐼д – допустимая токовая нагрузка на провод, кабель или шину;
𝐼н.д – допустимая длительная токовая нагрузка на провод, кабель
или шину при нормальных условиях прокладки. Значение этого
тока приведены в таблицах [1];
𝐾п – поправочный коэффициент, учитывающий изменение условий прокладки проводов и кабелей. Представляет произведение
отдельных поправочных коэффициентов, т.е.
𝐾п = 𝐾1 𝐾2 𝐾3 … 𝐾10 ,
(8.1.2)
которые учитывают:
𝐾1 – фактическую температуру окружающей среды. Нормальной
при открытой прокладке проводов и кабелей считается температура окружающей среды (воздуха), равная 25 ℃, а температура
земли, при прокладке кабеля в траншее на глубине 0,7 м от поверхности, +15℃. Коэффициентом 𝐾1 пользуются при значительном отклонении температуры от нормальной, например, в районах вечной мерзлоты и тропиков:
𝐾2 – число проложенных в траншее кабелей. За исходное принимается число кабелей равное одному;
𝐾3 – условия кратковременного или повторно-кратковременного
режима работы электроприемников. Поправка на указанные режимы учитывается коэффициентом
𝐾3 =
0,875
√ПВ
,
(8.1.3)
𝐾8 – поправку на число проводников в трубе, коробе и лотке.
Нормальной считается прокладка в трубе, коробе и лотке не более четырех проводников. Для пяти-шести одновременно нагруженных проводников в трубе, коробе и пучками на лотках коэффициент 𝐾8 = 0,68, для семи-девяти 𝐾8 = 0,63.
69
О назначении остальных коэффициентов 𝐾4 − 𝐾7 , 𝐾9 − 𝐾10 указано в [1].
Тогда для условия выбора сечений проводников по нагреву можно написать:
𝐾п 𝐼н.д ≥ 𝐼р ,
(8.1.4)
где 𝐼р – расчетный ток линии.
Выражение (8.1.4) является исходным для выбора сечений фазных проводников. Сечения нулевого защитного и нулевого рабочего
проводников выбираются согласно указаниям табл. 8.1.1.
Таблица 8.1.1
Наименьшие сечения защитных проводников
Сечение фазных проводников, мм2
Наименьшее сечение защитных
проводников, мм2
𝑆 ≤ 16
𝑆
16 < 𝑆 ≤ 35
16
𝑆 > 35
𝑆/2
Сечение проводов к электроприемникам, работающим в кратковременном и повторно-кратковременном режимах с продолжительностью включения ПВ ≤ 40 % выбирается по расчетному току, приведенному к длительному режиму. При этом:
1) для проводников из меди сечением до 6 мм2 и алюминиевых
сечением до 10 мм2 ток принимается как для электроприемников с
длительным режимом работы;
2) для проводников из меди сечением более 6 мм2 и алюминиевых сечением более 10 мм2 ток определяется умножением допустимого длительного тока (𝐼н.д) на коэффициент 𝐾3 .
При определении допустимых нагрузок на провода, прокладываемые в одной трубе, нулевой рабочий или заземляющий провод четырехпроводной системы трехфазного тока в расчет не принимается.
Расположение электроприемников на плане электросиловой сети
показано на рис. 2.1.1.
Технические данные электроприемников приведены в табл. 4.1.1.
Электроприемник № В84, вентилятор, 𝑃н = 5,5 кВт.
Номинальный ток электродвигателя равен:
70
𝐼н =
𝑃н
√3𝑈н η cos φ
=
5,5
= 11,3 А.
√3 ∙ 0,38 ∙ 0,87 ∙ 0,85
Линию к электродвигателю выполним проводом марки АПВ,
проложенным в стальной трубе в полу. Сечение проводов по нагреву
выбираем согласно выражению (8.1.4), условный проход стальной
тонкостенной трубы принимаем по табл. 7.1.1. Тогда для электропроводки к электроприемнику № В84 можно написать АПВ-0,45-4(1х2,5)
т.т.15,
𝐼н.д = 19 А.
Электроприемник №1, токарно-винторезный станок, 𝑃н = 11 кВт.
Расчетный ток электродвигателя равен:
𝐼н =
𝑃н 𝐾з
√3𝑈н 𝜂 cos 𝜑
=
11 ∙ 0,9
√3 ∙ 0,38 ∙ 0,885 ∙ 0,86
= 19,8 А.
Аналогично получаем АПВ-0,45-4(1х4)т.т.15, 𝐼н.д = 28 А.
Электроприемник №19, вертикально-фрезерный консольный станок, 𝑃н1 = 11 кВт, 𝑃н2 = 3 кВт.
Для расчетных нагрузок получаем:
𝑃р = 11 + 3 = 14 кВт;
𝑄р =
𝑆р = √142 + 10,22 = 17 кВ ∙ А;
11 ∙ 0,59 3 ∙ 0,75
+
= 10,2 квар;
0,885
0,78
𝐼р =
17
√3 ∙ 0,38
= 26,4 А.
Выбираем провод АПВ-0,45-4(1х4)т.т.15, 𝐼н.д = 28 А.
Электроприемник №73, пресс однокривошипный, 𝑃н(ПВ=40%) =
= 12 кВт.
Сечение проводников к электроприемникам, работающим в повторно-кратковременном режиме работы, как следует из указаний п.
1.3.3 [1], производится по току длительного режима работы. Для проводников из алюминия сечением ≤ 10 мм2 расчетный ток принимается как для установок с длительным режимом, а сечением > 10 мм2
ток 𝐼н.д умножается на коэффициент 𝐾3 . Тогда для токов получаем:
71
𝐼н(ПВ=40%) =
12
√3 ∙ 0,38 ∙ 0,825 ∙ 0,82
= 27 А;
𝐼н(ПВ=100%) = 17 А −
который и принимается за ток длительного режима.
Выбираем провод АПВ-0,45-4(1х2,5)т.т.15, 𝐼н.д = 19 А.
Электроприемник №75, камерная электропечь сопротивления,
𝑃н = 58 кВт.
Первичный ток электропечи сопротивления определяется по
формуле:
𝐼н =
𝑃н
√3𝑈н 𝜂 cos 𝜑
=
58
√3 ∙ 0,38 ∙ 0,95
= 93 А.
Выбираем провод АПВ-0,45-[3(1х35)+1х16]т.т.40, 𝐼н.д = 95 А.
Электроприемник №78, камерная электропечь сопротивления,
𝑃н = 14 кВт. Для однофазной электропечи для тока получаем:
14
𝐼н = 0,38∙0,95 = 38,8 А.
Выбираем провод АПВ-0,45-3(1х10)т.т.20, 𝐼н.д = 50 А.
Электроприемник №81, трансформатор дуговой сварки,
𝑆п = 32 кВ ∙ А, ПВ = 60%. Для токов трансформатора дуговой сварки
можно написать
𝑆п
32
𝑆п 𝐾з 32 ∙ 0,75
=
= 84,2 А; 𝐼р =
=
= 63,1 А.
𝑈н 0,38
𝑈н
0,38
Выбираем провод АПРТО-0,66-(3х25)т.т.32, 𝐼н.д = 85 А.
Электроприемник №83, мостовой кран. Мощности электродвигателей: механизма главного подъема 𝑃н1 = 13 кВт, механизмов передвижения тележки 𝑃н2 = 1,7 кВт и крана 𝑃н3 = 9 кВт, ПВ = 25 %.
Тогда для расчетных нагрузок получаем:
𝐼н(ПВ=60%) =
𝑃р = 11,8 кВт; 𝑄р =
6,5 ∙ 0,91 0,85 ∙ 0,96 4,5 ∙ 0,91
+
+
= 28,7 квар;
0,77
0,6
0,77
𝑆р = 18,5 кВ ∙ А;
𝐼р = 28,2 А.
Выбираем провод АПВ-0,45-4(1х6)т.т.20, 𝐼н.д = 32 А.
72
8.2. Выбор параметров предохранителей
для защиты линий к электроприемникам
Выбор этих параметров заключается в определении номинального
тока плавкой вставки, что производится исходя из двух условий:
1) плавкая вставка должна выдерживать длительное протекание
тока нагрузки
𝐼в ≥ 𝐼р ,
(8.2.1)
2) плавкая вставка не должна перегорать при кратковременном
протекании пусковых и пиковых токов электроприемников
𝐼в ≥
𝐼пик
,
𝐾
(8.2.2)
где 𝐼в – номинальный ток плавкой вставки;
𝐼пик – кратковременный, длительностью 1-2 с, максимальный ток
линии, к которой подключено несколько электроприемников.
Для линии к одному электродвигателю 𝐼пик = 𝐼пуск . Определение
пикового тока для группы цеховых электроприемников приведено в
разделах 3.1 и 4.2, а для линии, питающей многодвигательный привод
(станок, кран-балку) производится по формуле:
𝐼пик = 𝐼пуск.нб + Σ𝐼н.
Здесь 𝐼пуск.нб – наибольший из пусковых токов электроприемников в группе; Σ𝐼н – суммарный номинальный ток остальных электроприемников.
Пусковой ток электродвигателей равен 𝐼пуск = 𝐾𝐼 𝐼н, где 𝐾𝐼 – кратность пускового тока. Значения кратности приведены в табл. 4.1.1.
При отсутствии данных о величине кратности пускового тока значения пускового тока принимаются равными:
1) пятикратному от номинального для синхронных и асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором;
2) не ниже 2,5-кратного от номинального для двигателей постоянного тока и с фазным ротором;
3) не менее трехкратного номинального (без приведения к
ПВ = 100 %) для печных и сварочных трансформаторов.
73
В формуле (8.2.2) коэффициент 𝐾 учитывает особенности пусковых режимов электродвигателей. Все электродвигатели по времени и
частоте пусков разделены на две группы. Двигателями с легким пуском считаются электродвигатели вентиляторов, насосов, металлорежущих станков и т.п. Они характеризуются нечастыми пусками (менее 15 раз в 1 ч) и длительностью пускового периода не превышающей 2–2,5 с. Для этой группы коэффициент 𝐾 = 2,5. Вторая группа
включает электродвигатели с тяжелым пуском для привода подъемных кранов, центрифуг, дробилок и т.п. Пусковой период для этих
двигателей составляет более 10 с, а коэффициент 𝐾 принимается равным 1,6–2,0.
Номинальный ток плавкой вставки для защиты линии к сварочному трансформатору выбирается из соотношения
𝐼в ≥ 1,2𝐼н √ПВ,
(8.2.3)
где 𝐼н – номинальный ток сварочного аппарата при номинальной
продолжительности включения.
Распределительные шкафы комплектуем плавкими предохранителями типа ППНИ-33. Эти предохранители имеют меньшие габариты и
потери мощности в сравнении с предохранителями типа ПН-2.
Электроприемник № В84, вентилятор, 𝐼пуск = 7 ∙ 11,3 = 79,1 А.
Тогда из условия (8.2.2)
79,1
= 31,6 А.
2,5
Выбираем предохранитель ППНИ-33 и стандартную плавкую
вставку 𝐼в = 32 А.
Электроприемник №1, токарно-винторезный станок, 𝐼пуск = 6,5 ∙
22 = 143 А.
Аналогично получаем 𝐼в = 57,2 А, ППНИ-33, 𝐼в = 63 А.
Электроприемник №19, вертикально-фрезерный консольный станок. Параметры электродвигателей:
𝐼в ≥
𝑃н1 = 11 кВт, 𝐼н = 22 А, 𝐾𝐼 = 6,5, 𝐼пуск1 = 6,5 ∙ 22 = 143 А,
𝑃н2 = 3 кВт, 𝐼н = 7,3 А, 𝐾𝐼 = 5,5, 𝐼пуск2 = 5,5 ∙ 7,3 = 40,1 А.
Пиковый ток линии к электродвигателям 𝐼пик = 143 + 7,3 =
= 150,3 А.
74
Аналогично получаем 𝐼в = 60,1 А, ППНИ-33, 𝐼в = 63 А.
Электроприемник №73, пресс однокривошипный, 𝐼пуск = 5,5 ∙ 27 ==
148,5 А.
Тогда
𝐼в =
148,5
= 82,5 А.
1,8
Выбираем ППНИ-33, 𝐼в = 100 А.
Электроприемник №75, камерная электропечь сопротивления,
𝐼н = 93 А.
Выбираем предохранитель ППНИ-33 и исходя из условия (8.2.1)
плавкую вставку 𝐼в = 100 А.
Электроприемник №78, камерная электропечь сопротивления,
𝐼н = 38,8 А.
Выбираем предохранитель ППНИ-33 и плавкую вставку
𝐼в = 40 А.
Электроприемник №81, трансформатор дуговой сварки,
𝐼н(ПВ=60%) = 84,2 А.
Тогда в соответствии с условием (8.2.3)
𝐼в ≥ 1,2 ∙ 84,2 ∙ √0,6 = 78,3 А.
Выбираем предохранитель ППНИ-33 и плавкую вставку
𝐼в = 80 А.
Электроприемник №83, мостовой кран. Параметры электродвигателей:
механизма главного подъема 𝑃н1 = 13 кВт, 𝐼н = 34,7 А,
𝐾𝐼 = 2,5, 𝐼пуск1 = 2,5 ∙ 34,7 = 86,7 А;
механизма передвижения тележки 𝑃н2 = 1,7 кВт, 𝐼н = 6 А,
𝐾𝐼 = 2,5, 𝐼пуск2 = 2,5 ∙ 6 = 15 А;
механизма передвижения крана 𝑃н3 = 9 кВт, 𝐼н = 24 А,
𝐾𝐼 = 2,5, 𝐼пуск3 = 2,5 ∙ 24 = 60 А.
Тогда для пикового тока получаем 𝐼пик = 86,7 + 6 + 24 =
116,7 А.
Расчетное значение плавкой вставки
𝐼в ≥
116,7
= 64,8 А.
1,8
75
Выбираем
𝐼в = 80 А.
предохранитель
ППНИ-33
и
плавкую
вставку
8.3. Проверка на соответствие выбранного
по нагреву сечения параметрам максимальной токовой защиты
Проверка производится из условия:
𝐼н.д ≥ 𝐾з 𝐼з ,
(8.3.1)
где 𝐾з – кратность длительно допустимого тока по отношению к току
защитного аппарата.
Цеховые электросети делятся на две группы: требующие защиты
от перегрузки и токов к.з. и защищаемые только от токов к.з. Кратность тока определяется отмеченными требованиями, типом и параметрами защитных аппаратов. В выражении (8.3.1) Iз – ток защитного
аппарата. Для предохранителей он равен номинальному току плавкой
вставки (𝐼в ), нерегулируемых и регулируемых автоматических выключателей соответственно номинальному току расцепителя (𝐼н.р) или
току срабатывания полупроводникового расцепителя (𝐼ср.пер ).
Характер производственного процесса в механическом цехе исключает возможность длительной технологической перегрузки электроприемников и электросетей. В этом случае при использовании в
качестве защитных аппаратов предохранителей принимаем, что 𝐼з = 𝐼в
и по табл. 8.3.1 кратность тока 𝐾з = 0,33.
Условие проверки для электроприемников:
№ В84 вентилятора, 𝐼н.д = 19 А, 𝐼в = 32 А,
19А > 0,33 ∙ 32А = 10,6А – выполняется.
№1 токарно-винторезного станка, 𝐼н.д = 28 А, 𝐼в = 63 А,
28А > 0,33 ∙ 63А = 20,8А – выполняется.
№19 вертикально-фрезерного консольного станка, 𝐼н.д = 28 А,
𝐼в = 63 А,
28А > 0,33 ∙ 63А = 20,8А – выполняется.
76
Таблица 8.3.1
Невзрыво- и непожароопасные
производственные помещения
промышленных предприятий
Номинальный ток плавкой вставки предохранителей
Ток уставки автоматического выключателя,
имеющего только максимальный мгновенно действующий расцепитель
Номинальный ток расцепителя автоматического выключателя с нерегулируемой обратнозависи-мой от тока характеристикой
(независимого от наличия или отсутствия
отсечки)
Ток трогания расцепителя автоматического
вы-ключателя с регулируемой обратнозависимой от тока характеристикой (при
наличии на автома-тическом выключателе
отсечки кратность тока ее не ограничивается)
1,25
1,0
1,0 0,33
1,25
1,0
1,0 0,22
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
0,8 0,66
77
Кабели с бумажной изоляцией
Значение тока
защитного аппарата, 𝐼з
Взрыво- и пожароопасные помещения, жилые, торговые
и т.п.
Кратность допустимых
длительных токов, 𝐾з
Сети для которых защита
от перегрузки обязательна
Проводники с резиновой и аналогичной
по тепловым характеристикам изоляцией
Сети, не требующие защиты от перегрузки
Максимальные кратности допустимых токовых нагрузок на провода
и кабели по отношению к номинальным токам, токам трогания
или токам уставки защитных аппаратов
1,0
№73 пресса однокривошипного, 𝐼н.д = 19 А, 𝐼в = 100 А,
19А < 0,33 ∙ 100А = 33А – не выполняется
и поэтому для прокладки принимаем сечение АПВ-0,45-4(1х10)т.т.25
𝐼н.д = 47 А для которого условие соответствия
47А > 0,33 ∙ 100А = 33А – выполняется.
№75 камерной электропечи сопротивления, 𝐼н.д = 95 А, 𝐼в = 100 А,
95А > 0,33 ∙ 100А = 33А – выполняется.
№78 камерной электропечи сопротивления, 𝐼н.д = 50 А, 𝐼в = 80 А
50А > 0,33 ∙ 80А = 26,4А – выполняется.
№81 трансформатора дуговой сварки, 𝐼н.д = 85 А, 𝐼в = 80 А
85А > 0,33 ∙ 80А = 26,4А – выполняется.
№83 мостового крана, 𝐼н.д = 32 А, 𝐼в = 80 А
32А > 0,33 ∙ 80А = 26,4А – выполняется.
8.4. Выбор коммутационной аппаратуры
для управления электроприемниками
Для управления электродвигателями выбираем электромагнитные
пускатели серии ПМЛ. Магнитные пускатели предназначены для
включения и отключения электродвигателей, защиты от перегрузки и
«потери фазы». В провода двух фаз пускателей включаются нагревательные элементы тепловых реле РТЛ.
Выбор пускателей производится: 1) по напряжению установки,
2) роду и значению тока.
Структура условного обозначения ПМЛ – ХХХХ, ПМЛ – серия
Х – величина пускателя по номинальному току, 1-10 А, 2-25 А, 340 А, 4-63 А, 5-80 А, 6-125 А, 7-200 А;
78
Х – исполнение пускателей по назначению и наличию теплового
реле, 1 – нереверсивный пускатель без теплового реле, 2 – нереверсивный пускатель с тепловым реле, 5 – реверсивный пускатель без
теплового реле с электрической и механической блокировками, 6 –
реверсивный пускатель с тепловым реле с электрической и механической блокировками;
Х – исполнение пускателей по степени защиты и наличию кнопок
(0 – IP00 без кнопок, 1 – IP54 без кнопок, 2 – IP54 с кнопками «Пуск»
и «Стоп», 3 – IP54 с кнопками «Пуск» и «Стоп» и сигнальной лампой);
Х – число контактов вспомогательной цепи, 0 – 1з (на 10-25 А),
1з+1р (на 40-63А и 80-200А) на переменном токе, 1з – 1р (на 10-25 А),
2з+2р (на 80-200 А) на переменном токе.
В обозначении степени защиты электрооборудования IP00 первая
и вторая цифры означают, что специальная защита отсутствует, а IP54
соответственно о наличии защиты от пыли и брызг.
Технические данные электромагнитных пускателей приведены в
табл. 8.4.1.
В комплектность поставки пускателей входят тепловые реле, технические данные которых приведены в табл. 8.4.2.
На основании данных табл. 8.4.1, 8.4.2 и справочной литературы
произведем выбор электрооборудования для управления электроприемниками:
№ В84 вентилятором, 𝐼н = 11,3 А. Выбираем магнитный пускатель ПМЛ-2220 и тепловое реле РТЛ-101604 с пределами регулирования тока несрабатывания 9,5-14 А; №1 токарно-винторезным станком,
𝐼н = 22 А. Выбираем ПМЛ-2220, РТЛ-102204, 18-25 А;
№73 прессом однокривошипным, 𝐼н = 27 А. Выбираем ПМЛ-3210,
РТЛ-205304, 27-32 А;
№75 электротермической установкой, 𝐼н = 93 А. Выбираем трехфазный тиристорный переключатель ТПТ-380-100, 𝐼н = 100 А;
№78 электротермической установкой, 𝐼н = 38,8 А. Выбираем однофазный тиристорный переключатель ТПО-380-63, 𝐼н = 63 А;
№81 трансформатором дуговой сварки, 𝐼н = 84,2 А. Выбираем
ящик с двухполюсным рубильником без предохранителей типа
ЯРВ21-1, 𝐼н = 100 А;
№83 мостовым краном, 𝐼н = 56,6 А. Выбираем ящик с рубильником без предохранителей типа ЯВЗ-31-1М, 𝐼н = 100 А.
79
80
10
25
40
63
80
2
3
4
5
2
1
1
Таблица 8.4.1
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
ПМЛ-521002
ПМЛ-521102
ПМЛ-521202
ПМЛ-521302
ПМЛ-521402
ПМЛ-550004
ПМЛ-550104
ПМЛ-550204
ПМЛ-550304
ПМЛ-550404
1з.+ 1р.
2з.+ 2р.
3з.+ 3р.
3з.+ 1р.
5з.+ 1р.
ПМЛ-510004
ПМЛ-510104
ПМЛ-510204
ПМЛ-510304
ПМЛ-510404
ПМЛ-421002 ПМЛ-422002 ПМЛ-423002
1з.+ 1р. ПМЛ-410004 ПМЛ-450004
–
ПМЛ-262102
–
ПМЛ-162102
ПМЛ-561002
ПМЛ-561102
ПМЛ-561202
ПМЛ-561302
ПМЛ-561402
–
–
–
–
–
ПМЛ-461002 ПМЛ-462002
ПМЛ-361002 ПМЛ-363002
ПМЛ-250104 ПМЛ-221002– ПМЛ-222002– ПМЛ-223002– ПМЛ-261102
ПМЛ-321002 ПМЛ-322002 ПМЛ-323002
ПМЛ-210004
ПМЛ-210104
1з.
1р.
ПМЛ-150104 ПМЛ-121002– ПМЛ-122002– ПМЛ-123002– ПМЛ-161102
1з.+ 1р. ПМЛ-310004 ПМЛ-350004
ПМЛ-110004
ПМЛ-110104
1з.
1р.
Число и
Тип в зависимости от исполнения степени защиты пускателя
исполнеIP00
IP54
ние контактов
С кнопками С кнопками
вспомогаБез кнопок
«Пуск» и
«Пуск» и
Без кнопок
С кнопками
тельной Без кнопок «Пуск» и «Стоп»
«Пуск» и
«Стоп»
«Стоп» и сиг«Пуск» и
«Пуск» и
цепи
«Стоп»
нальными
«Стоп»
«Стоп»
лампами
нереверсив- реверсивное
нереверсивное
реверсивное
ное
3
4
5
6
7
Пускатели магнитные, трехфазные серии ПМЛ
81
7
6
1
4
5
6
ПМЛПМЛПМЛ–
–
610004
650004
621002
–
–
ПМЛПМЛПМЛ–
–
610104
650104
621102
–
–
ПМЛПМЛПМЛ–
–
610204
650204
621202
200 1з.+ 1р. ПМЛПМЛПМЛ–
–
2з.+ 2р. 710004
750004
721002
–
–
610304
650304
621302
3з.+ 3р. ПМЛПМЛПМЛ–
–
3з.+ 1р. 710104
750104
721102
–
–
610404
650404
621402
5з.+ 1р. ПМЛПМЛПМЛ–
–
710204
750204
721202
ПМЛПМЛПМЛПримечание: все
не имеют встроенных тепловых реле.
пускатели в исполнении
710304
750304 IP00721302
ПМЛПМЛПМЛ710404
750404
721402
3
125 1з.+ 1р.
2з.+ 2р.
3з.+ 3р.
3з.+ 1р.
5з.+ 1р.
2
ПМЛ661002
ПМЛ661102
ПМЛ661202
ПМЛ761002
661302
ПМЛ761102
661402
ПМЛ761202
ПМЛ761302
ПМЛ761402
7
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
Продолжение табл. 8.4.1
Таблица 8.4.2
Данные тепловых реле, встраиваемых в пускатели серии ПМЛ
Номинальный ток
пускателя,
А
10
25
40
63
80
125
200
Тип реле
РТЛ-100104
РТЛ-100204
РТЛ-100304
РТЛ-100404
РТЛ-100504
РТЛ-100604
РТЛ-100704
РТЛ-100804
РТЛ-101004
РТЛ-101204
РТЛ-101404
РТЛ-101404
РТЛ-101604
РТЛ-102104
РТЛ-102204
РТЛ-205104
РТЛ-205304
РТЛ-205504
РТЛ-205504
РТЛ-205704
РТЛ-205904
РТЛ-206104
РТЛ-206104
РТЛ-206304
РТЛ-206304
РТЛ-310504
РТЛ-312504
РТЛ-312504
РТЛ-316004
РТЛ-320004
Среднее
Номизначение
Пределы
нальный
тока
регулирования
ток реле, теплового тока несрабатыА
элемента,
вания, А
А
25
0.14
0.1-0.17
0.21
0.16-0.26
0.32
0.24-0.4
0.52
0.38-0.65
0.8
0.61-1.0
1.3
0.95-1.6
2.0
1.5-2.6
3.2
2.4-4.0
5.0
3.8-6.0
6.8
5.5-8.0
8.5
7.0-10
8.5
7.0-10
12
9.5-14
16
13-19
21.5
18-25
80
21.5
18-25
27
23-32
35
30-40
35
30-40
44
38-50
52
47-57
60
54-66
60
54-66
71.5
63-80
71.5
63-80
200
90
75-105
110
95-125
110
95-125
140
120-160
175
150-200
82
8.5. Проверка распределительных электросетей
по потере напряжения
Выбранные по нагреву сечения проводников должны быть проверены по потере напряжения от источника питания до удаленного
электроприемника. Потерей напряжения на участке электросети называется алгебраическая разность напряжений в начале и конце линии.
Тогда согласно схеме на рисунке получаем:
∆𝑈 = 𝑈1 − 𝑈2 ,
(8.5.1)
может быть в вольтах или процентах.
При проверке электросетей по потере напряжения вводят понятие
допустимой и расчетной потери напряжения. Первая определяется из
установленных пределов регулирования напряжения на зажимах
вторичной обмотки цеховых трансформаторов и отклонений
напряжения на зажимах электроприемников, вторая определяется
расчетным путем.
Напряжение в точке присоединения электросети к трансформатору известно. При установке переключателя числа витков
первичной обмотки трансформатора в нулевое положение напряжение
на зажимах вторичной обмотки в режиме холостого хода на 5% выше
номинального напряжения электроприемников и оно равно 𝑈1 = 𝑈х =
= 1,05𝑈н .
Отклонение напряжения на зажимах силовых электроприемников
в соответствии с указаниями [1] составляет ±5% и должно быть не
ниже 0,95𝑈н в период максимальных нагрузок и не выше 1,05𝑈н в
период минимальных, т. е. 𝑈2 = 𝑈откл.
Тогда для допустимой потери напряжения в соответствии с (8.5.1)
можно написать:
∆𝑈д = 𝑈х − 𝑈откл ,
или с учетом потерь напряжения в трансформаторе:
83
∆𝑈д = 𝑈х − 𝑈откл − ∆𝑈тр ,
(8.5.2)
где ∆𝑈тр – потеря напряжения в обмотках трансформатора. Рассчитывается по формуле:
∆𝑈тр = β(𝑢ка cos φ + 𝑢кр sin φ)
или принимается по табл. 8.5.1 в зависимости от 𝑆н.тр, коэффициента
мощности нагрузки и коэффициента загрузки трансформатора. Значения ∆𝑈тр в табл. 8.5.1 приведены для коэффициента загрузки трансформатора β = 1.
Таблица 8.5.1
Потеря напряжения, % в понижающих трансформаторах
6-35/0,4-0,23 кВ при номинальной нагрузке
НоминальНоминальная
ное напряПри коэффициенте мощности
мощность
жение обтрансформамотки ВН,
тора, кВ  А
0,7 0,75 0,8 0,85 0,88 0,9 0,92 0,94 0,96 0,98 1,0
кВ
25
6 – 10
4,39 4,31 4,20 4,04 3,92 3,82 3,70 3,55 3,37 3,11 2,40
40
6 – 10
4,34 4,24 4,11 3,94 3,80 3,69 3,56 3,41 3,21 2,94 2,20
63
6 – 10
4,29 4,18 4,04 3,84 3,70 3,58 3,44 3,28 3,08 2,80 2,03
100
6 – 10
4,27 4,15 4,01 3,81 3,66 3,54 3,40 3,23 3,02 2,74 1,97
160
6 – 10
4,16 4,02 3,85 3,62 3,46 3,32 3,17 2,99 2,77 2,46 1,66
250
6 – 10
4,07 3,92 3,73 3,50 3,32 3,18 3,03 2,84 2,61 2,30 1,48
400
6 – 10
4,02 3,86 3,67 3,42 3,24 3,10 2,94 2,75 2,52 2,20 1,38
400
20 – 35
5,51 5,24 4,92 4,52 4,23 4,01 3,76 3,46 3,10 2,61 1,37
630
6 – 10
4,67 4,45 4,18 3,85 3,61 3,42 3,21 2,96 2,66 2,25 1,20
630
20 – 35
5,40 5,12 4,79 4,39 4,09 3,87 3,61 3,31 2,94 2,45 1,21
1000
6 – 10
4,68 4,46 4,19 3,86 3,62 3,44 3,22 2,97 2,67 2,26 1,22
1000
20 – 35
5,41 5,13 4,80 4,40 4,10 3,88 3,62 3,32 2,96 2,46 1,22
1600
6 – 10
4,62 4,39 4,12 3,78 3,54 3,55 3,14 2,89 2,58 2,17 1,12
1600
20 – 35
5,36 5,07 4,74 4,33 4,03 3,80 3,54 3,24 2,87 2,38 1,12
Расчетную потерю напряжения определим в линии трехфазной
электросети с учетом индуктивного сопротивления. Расчетная и схема
замещения участка электросети показана на рис. 8.5.1.
84
Z
Т
ИП
I, l
U1, cosφ1
М
~
U2 , cosφ 2
R
Uф1 , cosφ1
X
I
Нагрузка
Uф2 , cosφ 2
Рис 8.5.1.
Расчетная
и схема
замещения
участкаэлектросети.
электросети
Рис. 8.5.1.
Расчетная
и схема
замещения
участка
Параметры электросети: R, X, Z – активное, индуктивное и полное
сопротивление, 𝑈1 , 𝑈2 – напряжение в начале и конце линии, l – длина
линии, I – ток нагрузки.
Принимаем, что нагрузка равномерно распределена по фазам и
линия выполнена проводом одного сечения. Допущения позволяют
выполнение расчетов для одной фазы при фазном напряжении сети.
Задача заключается в определении напряжения на зажимах источника
питания при известном напряжении на зажимах нагрузки. Опуская
элементы построения векторной диаграммы получаем в итоге, что
фактическая потеря напряжения изображается отрезком ае (∆𝑈ф′ ), а с
учетом допущений – отрезком ad, как на векторной диаграмме, т. е.
𝑎𝑑 = 𝑎𝑓 + 𝑓𝑑 = 𝑎𝑓 + 𝑏𝑞 = ∆𝑈ф
и так как 𝑎𝑓 = 𝐼𝑅 cos φ2 и 𝑏𝑞 = 𝐼𝑋 sin φ2 , получаем для потери
напряжения в фазе
∆𝑈ф = 𝐼𝑅 cos φ2 + 𝐼𝑋 sin φ2 .
Учитывая отличие линейных и фазных напряжений в √3 раз,
можно написать:
∆𝑈 = √3∆𝑈ф = √3(𝐼𝑅 cos φ2 + 𝐼𝑋 sin φ2 ).
Так как 𝑅 = 𝑟0 𝑙, 𝑋 = 𝑥0 𝑙 для потери напряжения в процентах получаем
√3 ∙ 100
(𝐼𝑟0 𝑙 cos φ2 + 𝐼𝑥0 𝑙 sin φ2 ).
∆𝑈 =
𝑈н
В формуле выше 𝑟0 , 𝑥0 – удельные активное и индуктивное сопротивления, Ом/км.
85
Uф1
φ1
α
o
Uф2
φ2
φ2
a
f
d
b
q
φ2
I
e
h
Uф
Uф
Рис. 8.5.2. Векторная диаграмма для определения
расчетной
потери напряжения
в электросети.
Рис. 8.5.2.
Векторная
диаграмма
для определения
расчетной потери напряжения в электросети
Принимая во внимание, что
𝐼 cos φ2 =
𝑃
√3𝑈н
,
𝐼 sin φ2 =
𝑄
√3𝑈н
,
𝑀а = 𝑃𝑙, кВт ∙ км; 𝑀р = 𝑄𝑙, квар ∙ км – моменты активной и реактивной нагрузки. Тогда получаем:
∆𝑈 =
Здесь
1
10 𝑈н2
1
(𝑀 𝑟 + 𝑀р 𝑥0 ).
10𝑈н2 а 0
= 𝛼2 – коэффициент, зависящий от системы тока и
принятых единиц измерения, равный
𝛼2 =
1
= 0,69.
10 ∙ 0,382
Тогда окончательно
∆𝑈 = 𝛼2 (𝑀а 𝑟0 + 𝑀р 𝑥0 ).
86
(8.5.3)
Формулу для потери напряжения можно упростить, если пренебречь индуктивным сопротивлением электросети.
Тогда можно написать:
∆𝑈 =
1
1 𝑀а
𝑀а
𝑀а 𝑟0 =
= α1 ,
2
2
10𝑈н
10𝑈н 𝛾𝐴𝑙 𝑆
𝑆
(8.5.4)
где 𝛾𝐴𝑙 – электропроводность алюминия, равная 31,7 м/Ом ∙ мм2 ,
α1 – коэффициент, равный
𝛼1 =
1
= 0,0219.
10 ∙ 0,382 ∙ 31,7
На первой ступени
цеховой сети электроприемник – РП, ШРА, ШСУ
целесообразно использование формулы (8.5.4),
второй ступени сети РП,
ШРА, ШСУ – ЦТП формулой (8.5.3).
При проверке электросетей по потере напряжения должно выполняться условие, например, для
схемы на рис. 8.5.3.
∆𝑈1 + ∆𝑈2′ + ∆𝑈2′′ ≤ ∆𝑈д ,
Рис. 8.5.3. Схема цеховой электросети
для определения расчетных потерь
напряжения.
87
при невыполнении которого увеличивают сечение
или изменяют схему сети.
Проверим
ранее
найденные по нагреву сечения распределительных
сетей по потере напряжения.
Допустимая
потеря
напряжения определяется
по формуле (8.5.2), где ∆𝑈тр – потеря напряжения в трансформаторе,
определяемая по табл. 8.5.1. Тогда, если 𝑆н.тр = 630 кВ ∙ А, коэффициент мощности нагрузки cos φ = 0,74, коэффициент загрузки трансформатора β = 1,0, получаем для потери напряжения ∆𝑈тр = 4,45 %, а
с учетом фактической загрузки трансформатора ∆𝑈тр.факт = 4,45 ∙
0,95 = 4,2 %.
Окончательно
∆𝑈д = 5 + 5 − 4,2 = 5,8 %.
Расчетная потеря напряжения для участков электросети электроприемник – РП №1 по формуле (8.5.4) составляет:
для электроприемника № В84, 𝑃н = 5,5 кВт, АПВ-2,5 мм2 , 𝑙 =
18 м,
5,5 ∙ 18
∆𝑈1 = 0,0219 ∙
= 0,87 %,
2,5
электроприемника №1, 𝑃н = 11 кВт, АПВ-4 мм2 , 𝑙 = 11 м, ∆𝑈1 =
0,66 %,
электроприемника №19, Σ𝑃н = 14 кВт, АПВ-4 мм2 , 𝑙 = 16 м,
∆𝑈1 = 1,23 %,
электроприемника №73, 𝑃н = 12 кВт, АПВ-10 мм2 , 𝑙 = 22 м,
∆𝑈1 = 0,58 %,
электроприемника №75, 𝑃н = 58 кВт, АПВ-35 мм2 , 𝑙 = 9 м,
∆𝑈1 = 0,33 %,
электроприемника №78, 𝑃н = 14 кВт, АПВ-10 мм2 , 𝑙 = 11 м,
∆𝑈1 = 0,0437 ∙
14 ∙ 11
= 0,67 %,
10
электроприемника №81, 𝑆н = 14 кВ ∙ А, АПРТО-25 мм2 , 𝑙 = 23 м,
∆𝑈1 = 0,0437 ∙
32 ∙ 0,53 ∙ 23
= 0,68 %,
25
электроприемника №83, Σ𝑃н = 23,7 кВт, АПВ-6 мм2 , 𝑙 = 13 м,
∆𝑈1 = 1,12 %.
88
ААШпУ-1-3х185+1х50
65
М
В84
1
19
Тип
электроприемника
RA132
S4
RA160
M4
RA160
M4
Номинальная
мощность
5.5
11
11
Условное
обозначение
электроприемника
Номинальный ток
Пусковой ток
Название
механизма
11.3
79.1
Вентилятор
23
13
100 А
ЯВЗ-31-1М
100 А
АПВ-0.45-4(1х6)т.т.20
100
80
АПРТО-0.66-(3х25)т.т.32
11
АПВ-0.45-4(1х10)т.т.25
63 А
ТПО-380-63
9
АПВ-0.45-[3(1х35)+1х16]т.т.40
ТПТ-380-100
100 А
22
100
80
М
~
22
РТЛ-205304
16
ПМЛ-3210
М
100
40
100
100
АПВ-0.45-4(1х10)т.т.25
100
100
АПВ-0.45-4(1х4)т.т.15
11
АПВ-0.45-4(1х4)т.т.15
100
63
РТЛ-102204
18
АПВ-0.45-4(1х2.5)т.т.15
РТЛ-101604
ПМЛ-2220
Распределительная сеть
100
63
~
Электроприемник
Pн =154.8 кВт
Pр =127 кВт
I р =205 А
I пик =329 А
РП №1
ШРС-2-24 У3
8х100, ППНИ-33
100
32
Тип РП,
защитных
аппаратов.
Марка, сечение
длина
электросети.
Способ
прокладки
Коммутационная
аппаратура
От ЦТП
ЯВЗ-21-1
Марка, сечение,
длина
электросети.
Способ
прокладки
ПМЛ-2220
Питающая сеть
Результаты расчета распределительных электросетей приведены
на схеме РП №1 на рис. 8.5.4.
~
26.4
143
150.3
Токарно
винт. ст
Вертик.
фрез. ст
73
75
АИРС160
СНОS6
6.12.4/10
12
27
148.5
Пресс
однокрив
58
93
-
81
78
ТДMTF311-6
500 У2
СНО3.6.2/80
14
32
38.8
84.2
-
-
Электротермические
установки
83
Трансф.
дуг. свар.
23.7
56.6
116.7
Мостовой
кран
Рис. 8.5.4. Схема-таблица электросиловой сети РП № 1.
Рис. 8.5.4. Схема-таблица электросиловой сети РП №1
8.6. Определение расчетных электрических нагрузок РП
89
Необходимо для выбора сечений питающих электросетей, типов
РП, параметров защитной аппаратуры на ЦТП.
К РП №1 подключены электроприемники:
1) вентилятор, 𝑛 = 1, 𝑃н = 5,5 кВт. Значения коэффициента использования и коэффициента мощности 𝐾и = 0,6, cos φ/ tgφ = 0,8/0,75.
Для среднесменной активной и реактивной мощности можно
написать:
𝑃см = 0,6 ∙ 5,5 = 3,3 кВт,
𝑄см = 3,3 ∙ 0,75 = 2,5 квар,
2) металлорежущие станки,
𝑛 = 3, 𝑃н = 11 + 14 + 12 ∙ √0,4 = 32,6 кВт, 𝐾и = 0,14,
cos 𝜑/ tg𝜑 = 0,5/1,73, 𝑃см = 4,6 кВт, 𝑄см = 7,9 квар,
3) электротермические установки,
𝑛 = 2, 𝑃н = 58 + √3 ∙ 14 = 82,2 кВт, 𝐾и = 0,8,
cos 𝜑/ tg𝜑 = 0,95/0,33, 𝑃см = 65,8 кВт, 𝑄см = 21,7 квар,
4) трансформатор дуговой сварки,
𝑛 = 1, 𝑃н = 32 ∙ 0,53 ∙ √0,6 ∙ √3 = 27,2 кВт,
𝑃см = 4,5 кВт, 𝑄см = 7,2 квар,
5) мостовой кран, 𝑛 = 3, 𝑃н = (13 + 1,7 + 9)√0,25 = 11,8 кВт,
𝑃см = 1,2 кВт, 𝑄см = 2 квар,
Всего к РП подключено 𝑛 = 10 электроприемников, их установленная мощность 𝑃н = 154,8 кВт.
Суммарная среднесменная активная и реактивная мощность
Σ𝑃см = 79,4 кВт,
Σ𝑄см = 41,3 квар,
групповые значения коэффициента использования и мощности
𝐾и =
79,4
= 0,5,
154,8
tgφ =
41,3
= 0,52,
79,4
cos φ = 0,88.
Эффективное число электроприемников по точной формуле 𝑛э =
4,8.
Коэффициенты максимума активной и реактивной мощности
𝐾м = 1,6, К′м = 1,1.
Тогда для расчетных значений мощности и тока получаем:
𝑃р = 1,6 ∙ 79,4 = 127 кВт,
𝑄р = 1,1 ∙ 41,3 = 45,5 квар,
90
𝑆р = 135 кВ ∙ А,
𝐼р =
135
√3 ∙ 0,38
= 205 А.
Пиковый ток равен:
𝐼пик = 22 ∙ 6,5 + 205 − 22 ∙ 0,9 = 329 А.
Для приема, распределения электроэнергии и защиты электросетей устанавливаем силовой РП с рубильником на вводе и предохранителями типа ППНИ-33. По расчетному току выбираем РП типа ШРС2-24У3 на восемь отходящих линий. Номинальный ток РП равен
400 А.
Для подключения РП к ЦТП выбираем кабель марки ААШпУ.
Исходя из расчетного тока 𝐼р = 205 А выбираем по нагреву кабель
сечением ААШпУ-1-3х150+1х50, 𝐼н.д = 230 А. Проводимость алюминиевой оболочки и нулевой жилы совместно составляют более 50%
проводимости фазной жилы.
Определим параметры автоматического выключателя для защиты
участка электросети ЦТП-РП№1. Защиту выполним нерегулируемым
автоматическим выключателем с комбинированным расцепителем
типа ВА51-35. Расчетный ток линии 𝐼р = 205 А.
Согласно условиям выбора в табл. 3.6.2 [8] находим для автомата
ВА51-35:
𝐼н.а = 250 А,
𝐼н.р = 250 А,
𝐼ср.т ≥ 1,25𝐼н.р = 1,25 ∙ 250 = 312,5 А,
𝐼ср.э = 12𝐼н.р = 12 ∙ 250 = 3000 А.
Проверку на защищаемость выполним по формуле (8.3.1). Кратность токов принимаем по табл. 8.3.1. Для автоматических выключателей с нерегулируемой обратнозависимой от тока характеристикой
кратность токов по табл. 8.3.1 равна 𝐾з = 1,0. Условие проверки на
защищаемость 230А < 1,0А ∙ 250А – не выполняется и поэтому для
прокладки принимаем кабель ААШпУ-1-3х185+1х50, 𝐼н.д = 260 А,
для которого условие проверки 260А > 1,0А ∙ 250А – выполняется.
Проверку по потере напряжения произведем по формуле (8.5.3).
Параметры РП№1 и питающей линии: расчетные нагрузки РП№1 равны 𝑃р = 127 кВт, 𝑄р = 45,4 квар. Активное и индуктивное сопротивление линии сечением ААШпУ-185 мм2 𝑟0 = 0,17 Ом/км ,
𝑥0 = 0,06 Ом/км, длину принимаем 𝑙 = 65 м.
Тогда получаем:
91
∆𝑈2 = 0,69 ∙ 0,065(127 ∙ 0,17 + 45,4 ∙ 0,06) = 1,1%.
92
8.7. Выбор конструктивного исполнения
и параметров электрооборудования комплектной
трансформаторной подстанции (КТП)
Подстанция называется комплектной, если она изготавливается
на специализированных заводах и поставляется заказчику в собранном или в подготовленном для сборки виде. Достоинством комплектных подстанций является индустриализация монтажа, транспортабельность, возможность приближения непосредственно к центрам
электрических нагрузок. В зависимости от характера производства
комплектные подстанции могут размещаться в отдельных помещениях, непосредственно в цехе, либо выполняться наружной установки с
легким сетчатым ограждением. Коммутационная и защитная аппаратура имеет обычное исполнение. Из-за отсутствия коридоров и проходов для обслуживания размеры КТП меньше размеров обычных подстанций с одинаковыми мощностями трансформаторов и схемами
присоединений. КТП впускаются однорядными и двухрядными, со
щитом низкого напряжения, расположенным между трансформаторами. При двухрядном исполнении КТП ряды соединяются шинным мостом, представляющим металлический короб с шинами и проводами,
обеспечивающими электрическую связь двух рядов.
Структура условного обозначения комплектной подстанции
Х КТП Х – Х/Х – ХХ
Х – количество трансформаторов (при одном трансформаторе не
указывается),
К – комплектная,
Т – трансформаторная,
П – подстанция,
Х – номинальная мощность трансформатора, кВ ∙ А,
Х – номинальное напряжение обмотки ВН, кВ,
Х – климатическое исполнение,
Х – категория исполнения в зависимости от места размещения.
Например КТП-1000/10-У3, 2КТПН-1600/10-У3.
Подключение КТП осуществляется только кабельными линиями,
КТПН – кабельными и воздушными.
КТП состоит из устройства ввода на стороне высшего напряжения (УВН), силового трансформатора (Т) и распределительного
устройства на стороне низшего напряжения (РУ НН).
УВН служит для приема электроэнергии и передачи ее по цепям,
обусловленным схемой коммутации на стороне ВН трансформатора.
93
Цеховые трансформаторные подстанции не имеют распределительного устройства на стороне ВН. Подключение питающего кабеля
к трансформатору производится непосредственно, через разъединитель (QS) или выключатель нагрузки (QW) как показано на рис. 8.7.1.
Необходимость в коммутационных аппаратах 6–10 кВ возникает при
магистральной схеме питания в «цепочку» нескольких трансформаторов от одного выключателя.
Т
Т
QS
а)
Т
QW
б)
в)
6-10 кВ
8.7.1.питания
Схемы питания
цеховых
трансформаторныхподстанций
Рис. 8.7.1.Рис.
Схемы
цеховых
трансформаторных
подстанций
на
напряжении
на напряжении 6–106-10
кВ.кВ
Глухое присоединение кабеля к трансформатору применяется в радиальных схемах. Разъединители на вводе в схемах ЦТП устанавливаются при мощности трансформаторов 𝑆н.тр ≤ 630 кВ ∙ А, а выключатели нагрузки – при 𝑆н.тр ≥ 1000 кВ ∙ А. Причина в том, что разъединителями не допускается отключение тока холостого хода трансформаторов большей мощности.
Конструктивно УВН имеет два исполнения: ВВ-1 – металлический шкаф без коммутационных аппаратов, укрепленный на баке
трансформатора и ВВ-2 – шкаф со встроенным выключателем нагрузки ВНРУП − 10/400 − 10ЗП − 3У3 с приводами ПРА-17, ПР-10 и
предохранителями типа ПКТ. В выключателе нагрузки имеются стационарные ножи для заземления главных контактов.
В типе выключателя нагрузки: ВНР – выключатель нагрузки с
ручным приводом, у – с усиленной контактной системой, п – со встроенными предохранителями, цифры 10/400 – в числителе номинальное
напряжение, кВ, в знаменателе – номинальный ток, А, третье число –
номинальное значение периодической составляющей сквозного тока
короткого замыкания, кА, з – с заземляющими ножами, п – располо94
жением заземляющих ножей за предохранителями, З – наличие
устройства для подачи команды на отключение при перегорании
предохранителя. Буква У – для районов с умеренным климатом, цифра
3 – для работы в закрытых помещениях с естественной вентиляцией.
На ЦТП устанавливаются трехфазные трансформаторы с первичным напряжением 6–10 кВ с естественным охлаждением, заполненные
маслом (М), негорючей жидкостью (Н), называемой совтолом или сухой изоляцией (С). Шкала номинальных мощностей трансформаторов
ЦТП составляет 250, 400, 630, 1000, 1600, 2500 кВ ∙ А, вторичное
напряжение 0,4 кВ. На модифицированных подстанциях КТПМ с
трансформаторами 1600 и 2500 кВ ∙ А вторичное напряжение 0,69 кВ.
Установлено, что при плотности нагрузки 0,2 кВ ∙ А/м2 и выше целесообразно устанавливать трансформаторы мощностью 1600 кВ ∙ А
вместо 1000 кВ ∙ А, а при плотности 0,3–0,35 кВ ∙ А/м2 – 2500 кВ ∙ А.
Трансформаторы выполняются открытого типа с открытыми изоляторами и расширителем для масла для установки в специальных камерах
и на открытом воздухе, а также закрытого типа с токоведущими частями и изоляторами, закрытыми кожухом для комплектных подстанций. Трансформаторы закрытого исполнения не имеют расширительного бака, в них масло или совтол не сообщается с внешней средой.
Для теплового расширения жидкого диэлектрика во время работы
трансформатора в верхней части бака имеется пространство, заполненное газом (азотом).
В типе трансформатора: Т – трехфазный, М – с естественным
масляным охлаждением, З – закрытый (герметизированный).
Трансформаторы ТМЗ, ТНЗ имеют герметичный бак повышенной
прочности, рассчитанный на избыточное давление 20 ∙ 104 Па (0,8
ати) и вакуум 0,45 ∙ 105 Па. Давление в баке при работе трансформатора не должно превышать 16,2 ∙ 104 Па (0,65 ати). Повышение давления свыше 16,2 ∙ 104 Па обычно связано с чрезмерным нагревом
трансформатора в результате его перегрузки или повреждения. На
трансформаторах закрытого типа устанавливается предохранительный
клапан, состоящий из реле давления, диафрагмы из закаленного стекла и защитного колпака. Реле с ударником смонтировано на внутренней стороне крышки бака. При давлении свыше 17,2 ∙ 104 Па (0,75
ати) реле срабатывает. Ударник реле разбивает стеклянную диафрагму
и газы выходят наружу.
Для контроля внутреннего давления и сигнализации о предельно допустимых величинах давления на трансформаторах типа ТМЗ, ТНЗ уста95
навливаются электроконтактные мановакуумметры. Прибор при помощи
трубопровода соединяется с верхней частью бака. При понижении или
повышении давления в баке стрелка прибора замыкает соответствующий
контакт сигнализации. Измерение температуры верхних слоев масла или
совтола производится термометрическим сигнализатором, имеющим
контакты, замыкающиеся при чрезмерном повышении температуры.
Термометрические сигнализаторы устанавливаются на трансформаторах
закрытого исполнения, начиная с мощности 630 кВ ∙ А.
Во время работы трансформаторы КТП в зависимости от нагрузки
и температуры окружающего воздуха могут находиться как под избыточным давлением, так и под небольшим вакуумом.
Ограничения на установку масляных трансформаторов связаны с
обеспечением пожарной и взрывобезопасности.
В электроэнергетике промышленных предприятий для повышения пожарной и взрывобезопасности трансформаторных подстанций
ранее использовались и продолжают эксплуатироваться трансформаторы с негорючим жидким диэлектриком – совтолом. Применение
совтола, взамен трансформаторного масла позволило значительно
уменьшить стоимость строительной части электротехнических помещений, повысить пожарную безопасность и снизить затраты на эксплуатацию электрооборудования.
Совтол – жидкость, по своим изоляционным свойствам и охлаждающей способности близкая к трансформаторному маслу, но не
окисляющаяся и химически устойчивая.
Электрооборудование с совтоловым заполнением ввиду высокой
токсичности для человека и окружающей среды, а также трудностей
утилизации снято с производства с 1985 г. и запрещено к применению.
Мощность трансформаторов с совтоловым заполнением до 2500
кВ ∙ А, напряжением 6–10/0,4 кВ.
Когда недопустимо использование масляных трансформаторов по
пожарной опасности, а совтоловых из-за токсичности применяют сухие трансформаторы. Изготовляются такой же мощности, как совтоловые. Сухие трансформаторы защищенного исполнения типа ТСЗ
имеют защитные кожухи с отверстиями, закрытыми сетками. Так как
в сухих трансформаторах охлаждающей средой является воздух, исключается старение масла и необходимость его периодической чистки
и замены. Однако воздух является менее эффективной изолирующей и
охлаждающей средой из-за чего размеры изоляционных промежутков
и вентиляционных каналов в сухих трансформаторах больше, чем в
масляных. Плотность тока и магнитная индукция в сухих трансформато96
рах ниже, чем в масляных, что приводит к увеличению сечения проводов
обмоток и магнитопровода. По этим причинам вес и стоимость активных
материалов сухих трансформаторов больше, чем у масляных.
Из-за соприкосновения обмоток сухих трансформаторов с воздухом и увлажнения сухие трансформаторы устанавливаются только в
сухих закрытых помещениях. Для уменьшения гигроскопичности обмотки пропитывают специальными лаками, что позволяет увеличить
электромагнитные нагрузки и снизить стоимость активных материалов.
Цеховые трансформаторы допускают регулирование напряжения
для чего на обмотках ВН предусмотрены регулировочные ответвления. Переключение с одного ответвления на другое производят только
после отключения трансформатора от первичной и вторичной сети.
Изменение числа витков осуществляют поворотом рукоятки переключателя, расположенной на крышке бака трансформатора. Регулирование напряжения является сезонным, дважды в году – в начале весенне-летнего и осенне-зимнего сезона.
Используемый в цеховых трансформаторах способ регулирования
напряжения называется переключением числа витков без возбуждения
(ПБВ).
По условиям надежности действия защиты от однофазных замыканий в сетях напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью следует применять трансформаторы со схемой соединения обмоток «звезда-зигзаг» при мощности до 250 кВ ∙ А включительно и со схемой «треугольник-звезда» (
– 11) при мощности 400 кВ ∙ А и выше.
Напряжение 6–10 кВ подводится к устройству УВН, далее оно
трансформатором преобразуется в напряжение 0,4 кВ и передается на
сборные шины РУ НН. РУ НН представляет набор шкафов со встроенными в них электрическими аппаратами, приборами измерения, релейной защиты, автоматики, сигнализации, управления, ошиновкой и
проводами.
Шкафы РУ НН по функциональному назначению разделяются на
вводные типа ШНВ (шкаф низковольтный вводной), линейные ШНЛ,
секционные ШНС.
Шкафы ввода предназначены для приема электроэнергии 0,4 кВ и
передачи ее по силовым цепям РУ НН. Состоят из автоматического
выключателя ввода, релейного и шинного отсеков и автоматов отходящих линий. Линейные шкафы предназначены для подключения отходящих линий. Состоят из шинного и отсека линейных автоматов.
Секционный шкаф осуществляет электрическую связь секции шин РУ
97
НН, состоит из шинного отсека и отсека, в котором расположены секционный и автоматы отходящих линий. Ток секционного автомата
принимается 0,6–0,7 тока автомата ввода.
В качестве силовой защитно-коммутационной аппаратуры используют регулируемые и нерегулируемые автоматические выключатели серии ВА.
Шкафы ввода имеют исполнение с выходом шин вверх для подключения магистральных шинопроводов.
Однотрансформаторная КТП состоит из УВН, силового трансформатора, РУ НН. Двухтрансформаторная КТП состоит из двух однотрансформаторных подстанций и секционного шкафа. Двухтрансформаторные КТП имеют устройство для автоматического включения
резерва на стороне НН при отключении одного из силовых трансформаторов. В нормальном режиме работы секционный выключатель отключен, каждая секция питается от своего ввода. При исчезновении
напряжения на любом из вводов при помощи устройства АВР включается секционный выключатель и питание КТП осуществляется от
оставшегося в работе ввода.
Защита сборных шин РУ НН от коротких замыканий со стороны
низшего напряжения осуществляется автоматическим выключателем
ввода. Линейные автоматы предназначены для нечастых коммутаций
и защиты отходящих линий от перегрузки и к.з.
На вводе РУ НН после вводного выключателя (по направлению потока мощности) установлены три трансформатора тока типа ТНШЛ0,66 для измерения и учета электроэнергии. На отходящих линиях для
измерения тока установлен один трансформатор тока типа ТШ-20.
Схема главных цепей шкафов РУ НН КТП с заземленной нейтралью приведена на рис. 8.7.2.
Технические данные шкафов РУ НН приведены в табл. 8.7.1.
Параметры принятого к установке трансформатора ТМЗ-630/10-У3
𝑆н.тр = 630 кВ ∙ А, 𝑈ВН = 6; 10 кВ, 𝑈НН = 0,4 кВ,
𝑃х = 1310 Вт, 𝑃к = 7600 Вт, 𝑢к = 5,5%, 𝐼х = 1,8 %.
Произведем выбор параметров автомата ввода. Учитывая, что
𝐼н.тр = 910 А к установке принимаем автоматический выключатель
ВА55-41, 𝐼н.а = 1000 А. Выключатель имеет полупроводниковый максимальный расцепитель и допускает регулирование параметров по
току и времени.
98
1
2
3
4
5
6
7
8.7.2. Схемы цепей шкафов РУ НН КТП с
Рис .Рис.
8.7.2.
Схемы цепей шкафов РУ НН КТП
заземленной нейтралью
с заземленной нейтралью.
99
100
5
6
ШНЛ-3У3
ШНЛ-4У3
7
4
ШНС-3У3
ШНЛ-6У3
3
2
1
ШНС-2У3
ШНВ-3У3
ШНВ-2У3
Тип шкафа
600х1050х2200
600х1050х2200
600х1050х2200
600х1050х2200
600х1050х2200
Габаритные
размеры
600х1050х2200
Линей- 600х1050х2200
ный
Секционный
Вводной
НаимеНомер схеновамы главных
ние
цепей
шкафа
ВА55-41
ВА55-41
ВА5543
ВА55-41
ВА51-39
ВА52-39
ВА52-35
ВА51-39
ВА52-39
-
-
-
-
ВА51-39
ВА52-39
1500/5
1000/5
на
вводе
-
ВА52-35
Таблица 8.7.1
600/5
400/5
300/5
200/5
300/5
200/5
600/5
400/5
600/5
400/5
300/5
200/5
600/5
400/5
600/5
400/5
600/5
400/5
-
-
800
800
на отходяна нуле
щей линии
Номинальный ток
трансформатора тока
ВА51-39
ВА52-39
ВА51-39
ВА52-39
ВА51-39
ВА52-39
вводной или отходящих
секционный
линий
Тип выключателя
Технические данные шкафов РУ НН
Номинальные токи и токи уставок автоматического выключателя
определяются из условий:
𝐼н.а ≥ 𝐼р , 𝐼н.р = 0,63; 0,8; 1,0 𝐼н.а ,
𝐼ср.пер = 1,25 𝐼н.р ; 𝐼ср.к.з. = 2; 3; 5; 7; 10 𝐼н.р .
Принимаем уставку по току срабатывания в зоне токов к.з., равной пяти.
Тогда, для параметров автомата ввода получаем:
𝐼н.а = 1000 А,
𝐼н.р = 1,0 ∙ 1000 = 1000 А
𝐼ср.пер = 1,25 ∙ 1000 = 1250 А,
𝐼ср.к.з. = 5 ∙ 1000 = 5000А.
Уставку по времени срабатывания в независимой части защитной
характеристики принимаем равной 0,1с.
8.8. Проверка условий срабатывания защитных аппаратов
при однофазных замыканиях в сетях напряжением < 1000 В
с глухозаземленной нейтралью
Заключается в установлении соотношений между сечениями
электросетей и параметрами защитной аппаратуры. Исходным условием, обеспечивающим надежное отключение тока однофазного к.з.,
является выполнение соотношения
(1)
𝐾з1 𝐼з ≥ 𝐼к ,
(8.8.1)
где 𝐾з1 – допустимая кратность минимального тока к.з. по отношению к току защитного аппарата. Для предохранителей ток защитного аппарата принимается равным 𝐼з = 𝐼в ; для нерегулируемых
автоматических выключателей 𝐼з = 𝐼н.р, для регулируемых 𝐼з =
𝐼ср.пер ;
(1)
𝐼к – наименьшая величина однофазного тока к.з.
Согласно [9] допустимая кратность минимального тока к.з. должна быть не менее 3 по отношению к указанным токам.
Ток однофазного к.з. рассчитывается по формуле:
(1)
𝐼к
=
101
𝑈ф
,
𝑍к
где 𝑈ф – фазное напряжение, равное 220 В,
𝑍к – полное сопротивление цепи однофазного к.з. от нейтрали питающего трансформатора до места повреждения, равное:
𝑍к = 𝑍т + 𝑍п .
Здесь 𝑍т – полное сопротивление трансформатора. Принимается
по табл. 8.8.1, 𝑍п – полное сопротивление петли «фаза-нуль» до
наиболее удаленной точки сети. Значения этого сопротивления приведены в табл. 7-3, 7-5 [9].
Для надежного срабатывания защиты допустимая кратность минимального тока к.з. должно быть не менее 3 по отношению к номинальному току плавкой вставки (𝐼в ), номинальному току нерегулируемых автоматов ( 𝐼н.р) и регулируемых (𝐼ср.пер ).
Таблица 8.8.1
Полное расчетное сопротивление масляных трансформаторов
с вторичным напряжением 400/230 В
Номинальная
мощность трансформатора, кВ ∙ А
25
40
63
100
160
250
400
630
1000
1600
Номинальное
напряжение обмотки ВН, кВ
6–10
6–10
6–10
6–10
6–10
6–10
6–10
6–10
6–10
20–35
6–10
6–10
20–35
20
6–10
6–10
20–35
20
Схема
соединения
обмоток
Полное расчетное
сопротивление
𝑍т , Ом
3,110
1,949
1,237
0,779
0,487
0,312
0,195
0,129
0,042
0,121
0,081
0,027
0,077
0,032
0,054
0,0165
0,051
0,0195
Примечание: для получения полного сопротивления одной фазы трансформатора, приведенные в табл. Значения сопротивления 𝑍т надо разделить на три.
102
Проверим условия срабатывания защитных аппаратов в случае
однофазного к.з. для наиболее удаленного электроприемника №73 на
плане электросиловой сети на рис. 2.1.1. Расчетная схема участка
электросиловой сети приведена на рис. 8.8.1.
К3
ЦТП
6 кВ
630 кВ А
Zт=0,014 Ом
250
250
312,5
3000
1000
1000
1250
5000
ААШпУ-1-3х185+1х50
65
Z 2=0,37 Ом/км
К2
РП №1
100
100
АПВ-0,45-4(1х10)т.т.25
22
Z1=6,32 Ом/км
73
12
К1
М
~
Рис. 8.8.1.схема
Расчетная
схема для определения
Рис. 8.8.1. Расчетная
для определения
токов однофазного к.з.
токов однофазного к.з.
Токи однофазного к.з. в расчетных точках сети и условие проверки:
1) короткое замыкание в точке К3:
(1)
𝐼К3 =
(1)
𝐼К3
𝐼ср.пер
=
220
= 15714 А,
0,014
15714
= 12,6 > 3 − условие выполняется.
1250
2) короткое замыкание в точке К2. Результирующее сопротивление цепи к.з. относительно точки К2:
𝑍рез.К2 = 𝑍тр + 𝑍2 = 0,014 + 0,37 ∙ 0,065 = 0,038 Ом.
103
Тогда получаем:
(1)
𝐼К2 =
(1)
220
= 5789 А,
0,038
𝐼К2
5789
=
= 23 > 1 − условие выполняется.
𝐼н.р
250
3) короткое замыкание в точке К1
𝑍рез.К1 = 𝑍рез.К2 + 𝑍1 = 0,038 + 6,32 ∙ 0,022 = 0,18 Ом.
(1)
(1)
𝐼К1
220
𝐼
1222
=
= 1222 А, К1 =
= 122,2
0,18
𝐼в
100
> 3 − условие выполняется.
8.9. Расчет токов трехфазного короткого замыкания
в электросетях напряжением U < 1000 В
Расчетная схема для вычисления токов трехфазного к.з. показана
на рис. 8.9.1.
К3
ЦТП
6 кВ
630 кВ А
Pк=7,6 кВт
uк=5,5%
250
250
312,5
3000
1000
1000
1250
5000
0.1 с
ААШпУ-1-3х185+1х50
65
r0=0,17 Ом/км, x0=0,06 Ом/км
К2
РП №1
Iр РП=205 А
Iпик РП=329 А
100
100
АПВ-0,45-4(1х10)т.т.25
22
r0=3,16 Ом/км, x0=0,08 Ом/км
Iн=27 А
Iпуск=148,5 А
К1
М
~
73
12
Рис. 8.9.1. Расчетная
схема участка
сети для
определения
Рис. 8.9.1. Расчетная
схема участка
электросети
для токов
определениязамыкания
токов трехфазного
короткогокарты
замыкания
и
трехфазного короткого
и построения
селективности.
построения карты селективности
104
Параметры трансформатора ТМЗ-630/10-У3:
относительные активное и индуктивное сопротивления
𝑟∗тр =
𝑃к
7,6
=
= 0,012,
𝑆н.тр 630
𝑢к% 2
5,5 2
2 = √(
𝑥∗тр = √(
) − 𝑟∗тр
) − 0,0122 = 0,053
100
100
или же в именованных единицах
𝑟тр = 𝑟∗тр
𝑥тр = 𝑥∗тр
2
𝑈ср
4002
= 0,012 ∙
= 3 мОм,
𝑆н.тр
630
2
𝑈ср
4002
= 0,053 ∙
= 13,5 мОм.
𝑆н.тр
630
Полное сопротивление трансформатора:
𝑍тр = √𝑟тр 2 + 𝑥тр 2 = √32 + 13,52 = 13,8 мОм.
Короткое замыкание в точке К3:
𝐼К3 =
𝑈ср
√3 𝑍тр
=
400
√3 ∙ 13,8
= 16755 А.
Короткое замыкание в точке К2. Активное и индуктивное сопротивления
кабеля
ААШпУ-185
мм2 ,
𝑟0 = 0,17 Ом/км,
𝑥0 = 0,06 Ом/км. длина кабельной линии 𝑙 = 65 м.
Тогда для результирующего сопротивления относительно точки
К2 получаем:
𝑍рез К2 = √(𝑟тр + 𝑟0 𝑙)2 + (𝑥тр + 𝑥0 𝑙)2 =
= √(3 + 0,17 ∙ 65)2 + (13,5 + 0,06 ∙ 65)2 = 22,3 мОм.
105
Ток к.з., притекающий в точку К2
𝐼К2 =
𝑈ср
√3 𝑍рез К2
=
400
√3 ∙ 22,3
= 10368 А.
Короткое замыкание в точке К1. Активное и индуктивное сопротивление линии АПВ-10 мм2 , 𝑟0 = 3,16 Ом/км, 𝑥0 = 0,08 Ом/км,
𝑙 = 22 м,
𝑍рез К1 = √(14 + 3,16 ∙ 22)2 + (17,4 + 0,08 ∙ 22)2 = 85,6 мОм,
𝐼К1 =
400
√3 ∙ 85,6
= 2701 А.
8.10. Построение карты селективности участка электросети
напряжением до 1000 В
При проектировании электроснабжения правильный выбор типа и
параметров защитных аппаратов обеспечивают надежное и бесперебойное питание потребителей электроэнергией. Одним из условий
правильности выбора защитных аппаратов является селективность их
действия.
Селективностью или избирательностью называется способность
защиты отключать при к.з. или перегрузке ближайший к месту повреждения защитный аппарат. Следует стремиться к уменьшению времени отключения с целью ограничения размеров повреждения.
Обеспечение селективности связано с необходимостью ступенчатого подбора выдержек времени на различных ступенях схемы цеховой сети. При этом выдержки времени увеличиваются по направлению от электроприемника к источнику питания. Число ступеней не
должно превышать 2–3 при радиальной и 3–4 при магистральной схеме цеховой сети. С уменьшением числа ступеней упрощается защита
и облегчается согласование защитных характеристик на карте селективности. Для уменьшения размеров чертежа карта селективности
строится в логарифмическом масштабе. По оси абсцисс и оси ординат
вместо действительных значений тока и времени откладываются десятичные логарифмы этих чисел. Масштаб выбираем по оси абсцисс
lg50 = 1,7, а оси ординат lg0,005 = 2,3. Полученные логарифмы значений тока и времени откладываем на графике отрезками, длину кото106
рых принимаем 55 и 100 мм. За начало отсчета по оси ординат принимаем точку lg1 = 0.
На график на рис. 8.10.1 для построения карты селективности
наносим токи электроприемника, РП №1 и к.з. в исходных точках
𝐼н = 27 А,
𝐼пуск = 148,5 А,
𝐼р РП №1 = 205 А,
𝐼пик РП №1 = 329 А,
𝐼К1 = 2701 А,
𝐼К2 = 10368 А,
𝐼К3 = 16755 А,
lg27 = 1,43,
lg148,5 = 2,17,
lg205 = 2,31,
lg329 = 2,52,
lg2701 = 3,43,
lg10368 = 4,
lg16755 = 4,22,
46 мм,
70 мм,
75 мм,
81,3 мм
111 мм,
130 мм,
136,4 мм.
Характер изменения тока электроприемника №73 на рис. 8.10.1
соответствует форме пусковой характеристики тока асинхронного
электродвигателя с к.з. ротором. Длительность пускового периода
электродвигателей с легким пуском составляет 2–2,5 с, с тяжелыми
условиями 8–12 с. Токи к.з. изображаются в виде прямых линий.
Форму защитных характеристик предохранителя и автоматических
выключателей принимаем согласно рис. 2.23, 2.26, 2.30 [9]. Из семейства защитных характеристик предохранителей на рис. 2.23 [9] выбираем защитную характеристику предохранителя с током плавкой
вставки 𝐼в = 100 А и переносим ее по точкам на рис. 8.10.1. Для построения защитных характеристик автоматических выключателей
определим уставки токов и времени срабатывания:
автомата отходящей линии к РП №1, ВА51-35
𝐼ср.т = 312,5 А,
𝐼ср.э = 3000 А,
𝑡откл = 0,015 𝑐,
lg312,5 = 2,5,
lg3000 = 3,5,
lg0,015 = 1,82,
81 мм,
112 мм,
79 мм,
автомата ввода, ВА55-41
𝐼ср.пер = 1250 А,
𝐼ср.к.з. = 5000 А,
𝑡откл = 0,1 𝑐,
lg1250 = 3,1,
lg5000 = 3,7,
lg0,1 = 1,
100 мм,
119 мм,
43,5 мм,
которые далее использованы для построения защитных характеристик
автоматических выключателей на карте селективности на рис. 8.10.1.
107
t, c
I РП №1
Iэл.дв
IK2
IK1
IK3
60
50
10
5
2
1.0
0.5
3
0.2
1
0.1
0.05
0.02
0.01
I, A
0.005
0
50
100
200
500
1000
2000
5000
10000 20000
Рис. Рис.
8.10.1.8.10.1.
Карта селективности
защиты участка
электросети
напряжением
до 1000 В
Карта селективности
защиты
участка
электросети
1 – защитная характеристика предохранителя с током плавкой вставки Iв=100 А
напряжением до 1000 В:
2 – защитная характеристика автоматического выключателя отходящей линии ВА51-35
1 – защитная
характеристика
предохранителя
3 – защитная
характеристика автомата
ввода ВА55-41с током плавкой вставки
Iв = 100 А, 2 – защитная характеристика автоматического выключателя
отходящей линии ВА51-35, 3 – защитная характеристика автомата ввода
ВА55-41.
108
Литература
1. Правила устройства электроустановок. М.: Кнорус, 2011. 365 с.
2. Справочник по электрическим машинам (в двух томах). Под ред. Копылова И.П. Том 1. М.: Энергоатомиздат, 1980. 340 с.
3. Кацман М. М. Справочник по электрическим машинам. М.: Академия,
2005. 408 с.
4. Электрооборудование и автоматика электротермических установок.
Под ред. Альтгаузена А. П. М.: Энергия, 1972 304 с.
5. Инструктивные указания по проектированию электротехнических
промышленных установок. М.: Энергия, 1988. 17 с.
6. Инструкция по проектированию силового и осветительного электрооборудования промышленных предприятий. СН 357 94. М.: Стройиздат,
1994. 93 с.
7. Волобринский С. Д. Электрические нагрузки промышленных предприятий. Л.: Энергия, 1971. 204 с.
8. Карпов Ф. Ф., Козлов В. Н. Справочник по расчету проводов и кабелей. М.: Энергия, 1969. 264 с.
9. Справочник по проектированию электрических сетей и электрооборудования. Под ред. Барыбина Ю. Г. М.: Энергоатомиздат, 1991. 464 с.
109