Методические указания по выполнению задачи 2

 

Выбор марки кабеля выполняется с учетом условий окружающей среды по [16, табл.27].

Для выбора количества жил кабелей необходимо вспомнить режим работы нейтралей для сетей напряжением 6 – 10 кВ.

Выбор кабелей напряжением выше 1кВ производится по следующим условиям:

1. по экономической плотности тока;

2. по нагреву рабочим током;

3. по термической стойкости при протекании тока КЗ;

4. по допустимому отклонению напряжения.

Сечения питающих линий напряжением выше 1 кВ должны выбираться по экономической плотности тока в нормальном режиме.

Экономически целесообразное сечение определяется по формуле:

 

,

 

где I_p – расчетный ток в часы максимума энергосистемы, А;

j_эк – нормированное значение экономической плотности тока для заданных условий работы, А/мм² (таблица 14).

 

Таблица 14 – Экономическая плотность тока

Проводники	Экономическая плотность тока, А/мм^2
более 1000 до 3000	более 3000 до 5000	более 5000
Неизолированные провода и шины: медные алюминиевые	2,5 1,3	2,1 1,1	1,8 1,0
Кабели с бумажной и провода с резиновой и поливинилхлоридной изоляцией с жилами: медными алюминиевыми	3,0 1,6	2,5 1,4	2,0 1,2
Кабели с резиновой и пластмассовой изоляцией с жилами: медными алюминиевыми	3,5 1,9	3,1 1,7	2,7 1,6

 

Расчетный ток питающей линии зависит от схемы электроснабжения:

1. для одиночной радиальной линии в нормальном и послеаварийном режимах

 

,

 

где S_р – полная расчетная мощность передаваемая по линии, кВА;

U_ном – номинальное напряжение линии, кВ.

 

2. для нескольких параллельных линий в нормальном режиме

 

 

где n – количество параллельных линий;

в послеаварийном режиме

 

.

 

Полученное сечение округляется до ближайшего стандартного значения (разрешается в меньшую сторону).

Принятое экономически целесообразное сечение кабеля проверяется по нагреву рабочим током в послеаварийном режиме (например, после отключения одной из параллельных линий) по условию:

,

 

где к_п1 – поправочный температурный коэффициент (таблица 15) для t_расч.=t_факт.15^оС,

t_жилы=65^оС (для кабелей с бумажной пропитанной изоляцией 6 кВ),

t_жилы=60^оС (для кабелей с бумажной пропитанной изоляцией 10 кВ);

к_п2 – поправочный коэффициент на число кабелей, лежащих рядом (таблица 16).

I_д.д. – допустимый длительный ток кабеля, А.

 

Таблица 15 – Поправочные коэффициенты на температуру земли и воздуха для нагрузок кабелей, голых и изолированных проводов

Исходная температура, ºС	Фактическая температура среды, ºС
среды (расчетная)	жил (допустимая)	-5		+5	+10	+15	+20	+25	+30	+35	+40	+45	+50
		1,14	1,11	1,08	1,04	1,00	0,96	0,92	0,88	0,83	0,78	0,73	0,68
		1,24	1,20	1,17	1,13	1,09	1,04	1,00	0,95	0,90	0,85	0,80	0,74
		1,29	1,24	1,20	1,15	1,11	1,05	1,00	0,94	0,88	0,81	0,74	0,67
		1,18	1,14	1,11	1,05	1,00	0,95	0,89	0,84	0,77	0,71	0,63	0,55
		1,32	1,27	1,22	1,17	1,12	1,06	1,00	0,94	0,87	0,79	0,71	0,61
		1,20	1,15	1,12	1,06	1,00	0,94	0,88	0,82	0,75	0,67	0,57	0,47
		1,36	1,31	1,25	1,20	1,13	1,07	1,00	0,93	0,85	0,76	0,66	0,54
		1,22	1,17	1,12	1,07	1,00	0,93	0,86	0,79	0,71	0,61	0,50	0,36
		1,41	1,35	1,29	1,23	1,15	1,08	1,00	0,91	0,81	0,71	0,58	0,41
		1,25	1,20	1,14	1,07	1,00	0,93	0,84	0,76	0,66	0,54	0,37	—
		1,48	1,41	1,34	1,26	1,18	1,09	1,00	0,89	0,78	0,63	0,45	—

 

Таблица 16 – Поправочные коэффициенты на число работающих кабелей, лежащих рядом в земле (в трубах и без труб)

 

Расстояние в свету, мм	Число кабелей
	1,00	0,90	0,85	0,80	0,78	0,75
	1,00	0,92	0,87	0,84	0,82	0,81
	1,00	0,93	0,90	0,87	0,86	0,85

 

Если принятое экономически целесообразное сечение кабеля не подходит по нагреву рабочим током, то необходимо увеличить сечение кабеля.

 

Расчет токов КЗ в системе электроснабжения промышленных предприятий производится упрощенным способом с рядом допущений:

· трехфазная система является симметричной;

· индуктивные сопротивления в процессе КЗ не изменяются;

· фазы всех ЭДС источников не изменяются в процессе КЗ;

· напряжение на шинах источника принимают неизменным, т.к. точки КЗ обычно удалены от источника;

· апериодическая составляющая тока КЗ не подсчитывается, т.к. длительность КЗ в удаленных точках превышает 0,15 с (апериодическая составляющая тока КЗ за это время затухает).

Для расчета токов КЗ составляется расчетная схема – упрощенная однолинейная схема электроустановки, в которой учитываются:

· все источники питания (генераторы, синхронные компенсаторы, энергосистемы);

· трансформаторы;

· воздушные и кабельные линии;

· реакторы.

По расчетной схеме составляется схема замещения, в которой указываются сопротивления всех элементов и намечаются точки для расчета токов КЗ.

При проверке кабелей на термическую стойкость расчетной точкой КЗ является:

· для одиночных кабелей одной строительной длины – точка КЗ в начале кабеля;

· для одиночных кабелей со ступенчатым соединением по длине – точка КЗ в начале каждого участка нового сечения кабеля;

· для двух и более параллельно включенных кабелей одной кабельной линии – в начале каждого кабеля.

Кабельные линии напряжением 6 – 10 кВ, трансформаторы мощностью 1600 кВА и менее в схеме замещения представляются индуктивными и активными сопротивлениями.

Все сопротивления подсчитываются в относительных единицах.

Для расчета сопротивлений задаются базовыми величинами:

· базовым напряжением U_б;

· базовой мощностью S_б.

За базовое напряжение принимают среднее номинальное напряжение той ступени, где происходит расчет токов КЗ (таблица 17).

 

Таблица 17 – Номинальные и средние напряжения системы электроснабжения

 

Номинальное напряжение Uном, кВ	Среднее напряжение Uср, кВ	Номинальное напряжение Uном, кВ	Среднее напряжение Uср, кВ
0,22	0,23		10,5
0,38	0,4
0,66	0,69
	6,3

 

За базовую мощность для удобства подсчетов принимают 100 или 1000 МВА.

Расчетные формулы для определения сопротивлений элементов схем электроустановок приведены в таблице 18. Пользуясь этой таблицей, следует обратить внимание на примечания. Исходные параметры элементов схемы U_к%, Р_к, х₀, r₀ определяются по таблицам 13 и 19.

Преобразование схемы замещения позволяет определить результирующее сопротивление от источника до точки КЗ. Для преобразования схемы замещения используйте простейшее преобразование: последовательное соединение двух или более сопротивлений.

Преобразования схемы выполняются в направлении от источника к точке КЗ. В ходе преобразования схемы находят результирующие сопротивления от источника до точки КЗ.

 

Таблица 18 – Расчетные формулы для определения сопротивлений

 

Элемент электроустановки и исходные параметры	Расчетные формулы
именованные единицы, Ом	относительные единицы
Генератор хd%
Энергосистема Iотк.ном, кА Sк, Sном, МВА х*с.ном
Двухобмоточный трансформатор Sном, МВА Uк%, Рк, кВт
с учетом активного сопротивления
Трехфазный трансформатор с расщепленной обмоткой НН Sном, МВА uк В-Н%
Реактор хр, Ом
Сдвоенный реактор хр, Ом kсв
Линия х0, Ом/км r0, Ом/км l, км

Примечание: S_б – базовая мощность, МВА;

U_б – базовое напряжение, кВ;

U_ср – среднее напряжение в месте установки данного элемента, кВ.

 

Таблица 19 – Удельные активные и индуктивные сопротивления трехжильных кабелей

 

Номинальное сечение жилы мм^2	Активное сопротивление жил при +20^0С, Ом/км	Индуктивное сопротивление, Ом/км, при номинальном напряжении кабеля, кВ
Алюминиевых	Медных
	1,94	1,15	0,102	0,113
	1,24	0,74	0,091	0,099
	0,89	0,52	0,087	0,095
	0,62	0,37	0,083	0,090
	0,443	0,26	0,080	0,086
	0,326	0,194	0,078	0,083
	0,258	0,153	0,076	0,081
	0,206	0,122	0,074	0,079
	0,167	0,099	0,073	0,077
	0,129	0,077	0,071	0,075

 

При расчете сопротивлений в относительных единицах ток трехфазного симметричного КЗ , кА, определяется по формуле:

 

или ,

 

где I_б – базовый ток на ступени напряжения точки КЗ, кА.

 

.

 

Кабель, выбранный по допустимому длительному нагреву, проверяется по термической стойкости к действию трехфазного симметричного КЗ.

Минимальное сечение по термической стойкости рассчитывается по формуле:

 

,

 

где В_к – тепловой импульс тока КЗ, А²×с;

С_т – коэффициент, зависящий от материала проводника, его изоляции (таблица 20).

Тепловой импульс тока КЗ определяется по формуле:

 

,

 

где Т_а – постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ (таблица 13), с;

t_р.з. – время действия релейной защиты, с (таблица 13);

t_в – полное время отключения выключателя, с (таблица 13).

Полученное сечение округляется до ближайшего стандартного в большую сторону.

Таблица 20 – Значение параметра С_т для кабелей

 

Характеристика кабелей	Значение Ст
Кабели до 10 кВ: с медными жилами с алюминиевыми жилами
Кабели 20 – 30 кВ: с медными жилами с алюминиевыми жилами
Кабели и изолированные провода с поливинилхлоридной или резиновой изоляцией: с медными жилами с алюминиевыми жилами
Кабели и изолированные провода с полиэтиленовой изоляцией: с медными жилами с алюминиевыми жилами

 

Кабель, принятый для монтажа, не может иметь сечение меньшее значения S_min.

По результатам проверки кабеля на термическую стойкость к действию токов трехфазного симметричного короткого замыкания определить необходимость установки реактора. Если реактор необходим, то следует рассчитать токи короткого замыкания с его учетом.

Выбранное сечение проверяют по потере напряжения.

Ориентировочно можно считать допустимыми следующие потери напряжения на участках электросети:

· линии напряжением 6 – 10 кВ внутри предприятия – 5 %;

· линии напряжением 10 – 220 кВ, питающие ГПП предприятия – 10 %.

Потерю напряжения в линиях напряжением до 35 кВ определяют по формуле:

 

,

 

где I_p –расчетный ток линии, А;

r_уд – активное удельное сопротивление линии, Ом/км;

х_уд – индуктивное удельное сопротивление линии, Ом/км;

cos , sin - коэффициенты мощности соответствуют tg в конце линии.

Значения удельных сопротивлений для кабельных линий приведены в таблице 20.

После расчета потерь напряжения в кабельной линии сделайте вывод о соответствии

линии требованиям ГОСТ 13109 – 97 «Электрическая энергия. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения».

Задача 3

 

Дайте ответы на вопросы, указанные в таблице 21, приведя необходимые формулы, схемы, графики и пояснения для них.

 

Таблица 13 - Вопросы задачи 3

 

Вариант	Вопрос	Рекомендуемая литература
	1. Категории электроприемников по степени бесперебойности электроснабжения. Требования ПУЭ к источникам питания.	[8, п.1.2.17 – 1.2.21]
2. Схема АПВ с выключателем с пружинным приводом. Роль реле времени КТ в схеме.	[24, §10.1, рис.10.3]
	1. Комбинированная схема одноступенчатого автоматического регулирования мощности КБ по времени суток с коррекцией по напряжению. Принцип действие схемы при колебаниях напряжения в сети.	[24, § 5.5, рис. 5.10]
2. Требования к устройствам АВР. Схема АВР секционного выключателя с пружинным приводом в сети напряжением выше 1 кВ. Назначение двух реле напряжения включенных во вторичные цепи трансформаторов напряжения.	[24, §10.1, рис.10.1]
	1. Схема электрических соединений подстанции с двумя трансформаторами напряжением 110/10 кВ с указанием названия и типов всех аппаратов. Условия выбора каждого типа аппаратов.	[29, §11.3, рис 11,9] [24, §7.6]
2. Схема АПВ с выключателем с электромагнитным приводом. Назначение всех промежуточных реле в схеме.	[27, с.325, 326, рис 9.18]
	1. Схемы контроля изоляции в сетях переменного тока с использованием трансформатора напряжением типа НТМИ. Назначение реле включенных в схемах.	[27, с 314 – 316]
2. Назначение и принцип действия УЗО. Применение УЗО в электроустановках жилых зданий. Требования ПУЭ к установке УЗО.	[8, п.7.1.71, 7.1.75 – 7.1.77, 7.1.79 – 7.1.86] [13, приложение А]
	1. Схемы контроля изоляции в сетях переменного тока с использованием трансформатора напряжением типа НТМИ. Назначение реле включенных в схемах.	[27, с 314 – 316]
2. Виды защит силовых трансформаторов напряжением 6-10/0,4-0,23 кВ цеховых подстанций. Схема защиты трансформатора с выключателем нагрузки и предохранителями. Назначение и действие всех видов защит.	[27, с 291, 292]
	1. Схема защиты высоковольтного асинхронного электродвигателя мощностью до 2000 кВт. Виды защит; выполнение защиты в схеме.	[24, с.461 – 464]
2. Схема акустического метода определения места повреждения кабельной линии. Назначение и составные части импульсного генератора.	[1, с.497, 498]

 

 

Продолжение таблицы 13

Вариант	Вопрос	Рекомендуемая литература
	1. Назначение и область применения устройств АПВ. Требования к устройствам АПВ.	[24, с. 467 – 469]
2. Виды защит, необходимых для силовых трансформаторов главных понизительных подстанции напряжением 110-35/6-10 кВ мощностью 6300кВА. Схема защиты трансформатора. Принцип действия продольной дифференциальной защиты трансформатора.	[27, §8.2, рис.8.21]
	1. Схемы внутреннего электроснабжения на напряжении 6-10 кВ: одно- и двухступенчатые радиальные, одиночные и двойные магистральные (особенности схем, область применения, конструктивное выполнение).	[29, § 5,4]
2. Назначение, область применения и принцип построения устройств АЧР. Схема одноступенчатой АЧР. Назначение всех реле в схеме.	[24, с.471 – 474]
	1. Понятие «независимый источник питания». Требованиях ПУЭ к количеству независимых источников питания для каждой категории электроприемников по степени бесперебойности электроснабжения. Возможность перерывов электроснабжения. Ввод резерва.	[8,п.1.2.10, 1.2.18 – 1.2.20]
2. Испытания измерительных трансформаторов тока. Объем испытаний согласно ПУЭ.	[27, с 342, 343] [8, п 1.8.17]
	1. Схемы и размещение компенсирующих устройств в электрических сетях.	[30, §3.8]
2. Испытания масляных выключателей. Объем испытаний согласно ПУЭ.	27, с.343] [8, п 1.8.19]

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение..............................................
I. Тематический план учебной дисциплины...........................
II. Перечень практических и лабораторных работ.......................
III. Самостоятельная работа студентов.............................
IY. Литература..........................................
Y. Примерное содержание дисциплины............................
YI. Курсовое проектирование..................................
График выполнения курсового проекта.........................
Критерии оценки выполнения курсового проекта...................
YII. Методические указания по выполнению контрольных работ..............
Контрольная работа....................................