ChSTU repository
ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
Learn More
Please use this identifier to cite or link to this item:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/5741| Title: | Система електропостачання підприємства з виготовлення базових станцій мобільного зв’язку |
| Authors: | Кисельов, Владлен Борисович Новохатній, Назарій Ігорович |
| Keywords: | електропостачання;розрахунок електричних навантажень;компенсація реактивної потужності;релейний захист та автоматика |
| Issue Date: | Jun-2025 |
| Abstract: | У випускній кваліфікаційній роботі бакалавра детально розглянуті питання проектування електропостачання підприємства з виготовлення базових станцій мобільного зв’язку. Було проведено: розрахунок електричних навантажень, вибір схеми живлення підприємства та розрахунок живлячої мережі, вибір трансформаторів і засобів компенсації реактивної потужності, вибір схеми внутрішньозаводського електропостачання, розрахунок струмів к.з., вибір типу трансформаторної підстанції для ГПП та високовольтної апаратури, перевірки кабельних ліній, розрахунок системи електропостачання цеху. В індивідуальному завданні розроблено схему мікропроцесорного пристрою контролю процесом сушки лакофарбних покриттів. В економічному розділі пояснювальної записки визначено економічну ефективність від впровадження схеми мікропроцесорного пристрою контролю процесом сушки лакофарбних покриттів. В розділі з охорони праці зроблено систему кондиціонування і розрахунок потужності кондиціонера технічної лабораторії. |
| URI: | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/5741 |
| Appears in Collections: | 141 Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка (Електротехнічні системи електроспоживання) |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| ВКРБ_Новохатній.pdf Restricted Access | 6.94 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Extracted text
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
(назва факультету)
Кафедра електротехнічних систем
(повна назва кафедри)
«До захисту допущено»
Завідувач кафедри ЕТС
Олександр СИТНИК
______________________
“_____” __________2025 р.
ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
до кваліфікаційної роботи
б а к а л а в р
(освітньо-кваліфікаційний рівень)
ЧДТУ А1 23234 63/03-03
на тему:
«Система електропостачання підприємства з виготовлення
базових станцій мобільного зв’язку»
(назва теми згідно з наказом)
Виконав: здобувач вищої освіти 4 курсу,
групи ЕСЕ – 12ск2
Спеціальності:
141 «Електроенергетика, електротехніка та
електромеханіка»
(шифр і назва спеціальності)
Новохатній Назарій Ігорович
(прізвище, ім’я, по батькові здобувача вищої освіти)
Керівник _____________ Владлен КИСЕЛЬОВ
(Власне ім’я ПРІЗВИЩЕ)
Рецензент ____________ _____________________
(Власне ім’я ПРІЗВИЩЕ)
Засвідчую, що у цій кваліфікаційній роботі немає запозичень з праць інших авторів
без відповідних посилань
Здобувач вищої освіти ______________
(підпис)
Черкаси 2025 року
Черкаський державний технологічний університет
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
(повна назва)
Кафедра електротехнічних систем
(повна назва)
Спеціальність: 141 «Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка»
ЗАТВЕРДЖУЮ
Завідувач кафедри ЕТС
Олександр СИТНИК
______________________
“_____” __________2025 р.
З А В Д А Н Н Я
НА КВАЛІФІКАЦІЙНУ РОБОТУ
Новохатньому Назарію Ігоревичу
(прізвище, ім’я, по батькові здобувача вищої освіти)
1. Тема кваліфікаційної роботи
«Система електропостачання підприємства з виготовлення базових
станцій мобільного зв’язку»
Керівник кваліфікаційної роботи Кисельов Владлен Борисович, к.т.н., доцент
(прізвище, ім’я, по батькові, науковий ступінь, вчене звання)
Затверджені наказом Черкаського державного технологічного університету від
« 05 » березня 2025 року № 63/03-03
2. Строк подання кваліфікаційної роботи здобувачем вищої освіти ____________________
3. Вихідні дані до кваліфікаційної роботи: 1. Тип системи електропостачання –
централізована; 2. Клас напруги ГПП – 110/10 кВ; 3. Встановлена потужність підприємства –
6027,6 кВт; 4. Потужність КЗ на шинах енергосистеми – 1600 МВА; 5. Розміри цеху – 60×60×6 м;
6. Кількість електроприймачів цеху – 59 шт; 7. Встановлена потужність силових
електроприймачів цеху – 735,9 кВт; 8. Індивідуальне завдання – Розробка схеми
мікропроцесорного пристрою контролю процесом сушки лакофарбних покриттів; 9. Техніко-
економічні розрахунки – Визначення економічної ефективності від впровадження схеми
мікропроцесорного пристрою контролю процесом сушки лакофарбних покриттів; 10. Охорона
праці – Кондиціонування і розрахунок потужності кондиціонера технічної лабораторії.
4. Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань, що їх належить
розробити)
1 Умови проектування
2 Розрахунок електричних навантажень
3 Вибір і обґрунтування схеми живлення підприємства. Розрахунок живлячої мережі
4 Вибір трансформаторів і засобів компенсації реактивної потужності
5 Вибір схеми внутрішньозаводського електропостачання напругою 10 кВ
6 Розрахунок струмів короткого замикання в мережах вище 1000 В
7 Вибір типу трансформаторної підстанції для ГПП. Вибір високовольтної апаратури.
Перевірка кабельних ліній
8 Розрахунок системи електропостачання цеху
9 Індивідуальне завдання – Розробка схеми мікропроцесорного пристрою контролю
процесом сушки лакофарбних покриттів
10 Техніко-економічні розрахунки – Визначення економічної ефективності від
впровадження схеми мікропроцесорного пристрою контролю процесом сушки
лакофарбних покриттів
11 Охорона праці.
5. Перелік графічного матеріалу (з точним зазначенням обов’язкових креслень,
плакатів)
1 Генплан підприємства
2 Однолінійна схема ГПП 110/10 кВ
3 План ГПП 110/10 кВ
4 Однолінійна схема електропостачання цеху
5 План живлячих та розподільчих мереж цеху
6 Однолінійна схема КТП
7 Вид та план КТП 10/0,4 кВ
6. Консультанти розділів кваліфікаційної роботи
Прізвище, ініціали та посада Підпис, дата
Розділ
консультанта завдання видав завдання прийняв
Охорона праці ст. викл. Олексій КОЖЕМ´ЯКІН
7. Дата видачі завдання до кваліфікаційної роботи 06 березня 2025 року
КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН
Строк виконання
№ Назва етапів виконання кваліфікаційної роботи
етапів кваліфікаційної Примітка
з/п
роботи
1 Умови проектування 06.03.25 – 07.03.25
2 Розрахунок електричних навантажень 08.03.25 –12.03.25
Вибір і обґрунтування схеми живлення
3 13.03.25 – 17.03.25
підприємства. Розрахунок живлячої мережі
Вибір трансформаторів і засобів компенсації
4 18.03.25 – 20.03.25
реактивної потужності
Вибір схеми внутрішньозаводського
5 21.03.25 – 22.03.25
електропостачання напругою 10 (6) кВ
Розрахунок струмів короткого замикання в
6 24.03.25 – 31.03.25
мережах вище 1000 В
Вибір типу трансформаторної підстанції для ГПП.
7 Вибір високовольтної апаратури. Перевірка 01.04.25 – 04.04.25
кабельних ліній.
8 Розрахунок системи електропостачання цеху 07.04.25 – 21.04.25
9 Індивідуальне завдання 22.04.25 – 28.04.25
Техніко-економічні розрахунки елементів СЕП
10 28.04.25 – 30.04.25
промислового підприємства
11 Охорона праці 01.05.25 – 07.05.25
12 Виконання креслень графічної частини роботи 08.05.25 – 03.06.25
Підготовка доповіді та супровідних документів, 04.06.25 – 06.06.25
13
збір необхідних підписів
Здобувач вищої освіти-дипломник ________________ Назарій НОВОХАТНІЙ
(підпис) (Власне ім’я ПРІЗВИЩЕ)
Керівник кваліфікаційної роботи ________________ Владлен КИСЕЛЬОВ .
(підпис) (Власне ім’я ПРІЗВИЩЕ)
ЗМІСТ
1 УМОВИ ПРОЄКТУВАННЯ ............................................................................... 6
1.1 Характеристика об’єкта проєктування ....................................................... 7
1.2 Характеристика споживачів електричної енергії цеху виготовлення
стаціонарних мачт ............................................................................................. 10
1.3 Характеристика цехів об’єкту, особливості їх електропостачання ....... 12
1.4 Характеристика джерела живлення .......................................................... 12
2. РОЗРАХУНОК ЕЛЕКТРИЧНИХ НАВАНТАЖЕНЬ .................................... 14
2.1 Розрахунок цехових навантажень від силових електроприймачів ........ 15
2.2 Особливості визначення розрахункових електричних навантажень від
однофазних електроприймачів ........................................................................ 26
2.3 Визначення розрахункових електричних навантажень від
освітлювальних систем ..................................................................................... 30
2.4 Розрахунок електричних навантажень на шинах 0,4 кВ цехової
підстанції ............................................................................................................ 31
2.5 Визначення електричних навантажень на вищих рівнях системи
електропостачання ............................................................................................ 33
2.6 Картограма та положення центру електричних навантажень цеху та
підприємства. Вибір місця розташування трансформаторних підстанцій . 35
2.6.1 Центр електричних навантажень підприємства і цеху .................... 35
2.6.2 Картограма електричних навантажень підприємства ...................... 41
2.6.3 Вибір місця розташування ГПП, ТП (КТП) ...................................... 43
3 ВИБІР І ОБҐРУНТУВАННЯ СХЕМИ ЖИВЛЕННЯ ПІДПРИЄМСТВА.
РОЗРАХУНОК ЖИВЛЯЧОЇ МЕРЕЖІ ............................................................... 45
3.1 Вибір і обґрунтування схеми живлення підприємства ........................... 45
3.2 Розрахунок перерізу живлячої мережі ...................................................... 48
3.3 Визначення втрат напруги від системи до ГПП ...................................... 51
4 ВИБІР ТРАНСФОРМАТОРІВ І ЗАСОБІВ КОМПЕНСАЦІЇ РЕАКТИВНОЇ
ПОТУЖНОСТІ ...................................................................................................... 57
4.1 Вибір трансформаторів ГПП ...................................................................... 57
4.2 Вибір числа та потужності цехових трансформаторів з врахуванням
компенсації реактивної потужності ................................................................ 61
4.3 Компенсація реактивної потужності на підприємстві ............................ 64
5 ВИБІР СХЕМИ ВНУТРІШНЬОЗАВОДСЬКОГО ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ
НАПРУГОЮ 10 кВ ............................................................................................... 69
5.1 Вибір і обґрунтування схеми і конструкції внутрішньозаводської
мережі ................................................................................................................. 69
5.2 Розрахунок перерізу розподільчих мереж ................................................ 70
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Новохатній Н.І. Система електропостачання Літ. Арк. Аркушів
Перевір. Кисельов В.Б. підприємства з виготовлення 3 154
Реценз. базових станцій мобільного
Н. Контр. Ключка К.М. зв’язку ФЕТАМ, ЕСЕ-12ск2
Затверд. Ситник О.О.
6 РОЗРАХУНОК СТРУМІВ КОРОТКОГО ЗАМИКАННЯ В МЕРЕЖАХ
ВИЩЕ 1000 В ........................................................................................................ 74
6.1 Вихідні дані для розрахунків ..................................................................... 75
6.2 Розрахунок струмів трифазного короткого замикання в характерних
точках ................................................................................................................. 79
6.3 Розрахунок струму однофазного короткого замикання в мережі 110 кВ
............................................................................................................................. 82
7 ВИБІР ТИПУ ТРАНСФОРМАТОРНОЇ ПІДСТАНЦІЇ ДЛЯ ГПП. ВИБІР
ВИСОКОВОЛЬТНОЇ АПАРАТУРИ. ПЕРЕВІРКА КАБЕЛЬНИХ ЛІНІЙ ..... 85
7.1 Вибір типу трансформаторної підстанції для ГПП ................................. 85
7.2 Вибір високовольтних апаратів РУВН ..................................................... 86
7.3 Вибір апаратів розподільчої установки РУНН ........................................ 88
7.4 Вибір трансформаторів струму .................................................................. 89
7.5 Вибір трансформаторів напруги ................................................................ 91
7.6 Перевірка кабелів на термічну стійкість................................................... 92
8 РОЗРАХУНОК СИСТЕМИ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ ЦЕХУ .................... 94
8.1 Вибір схеми і конструкції системи електропостачання цеху ................. 94
8.2 Розрахунок внутрішньоцехових освітлювальних систем ....................... 95
8.2.1 Загальні відомості ................................................................................ 95
8.2.2 Розрахунок освітленості ...................................................................... 96
8.2.3 Електропостачання освітлювальних установок ................................ 99
8.3 Розрахунок цехової електричної мережі по умовам нагріву ................ 108
8.3.1 Особливості розрахунку цехових електричних мереж .................. 110
8.3.2 Розрахунок електричної мережі напругою до 1 кВ за умовами
нагріву та захисту ........................................................................................ 111
8.3.3 Розрахунок електричної мережі за втратами напруги ................... 114
8.3.4 Вибір низьковольтних комплектних установок НКУ .................... 117
8.4 Розрахунок струмів короткого замикання в мережі до 1000 В ............ 119
8.4.1 Розрахунок начального значення періодичної складової струму
трифазного КЗ .............................................................................................. 122
8.4.2 Розрахунок струму однофазного КЗ ................................................ 129
8.5 Захист цехових електричних мереж ........................................................ 130
8.5.1 Вибір апаратів захисту ....................................................................... 130
8.5.2 Перевірка мережі на захищеність ..................................................... 133
8.6 Вибір відпайок трансформатора цехової трансформаторної підстанції
........................................................................................................................... 133
8.7 Вибір типу, конструкції та компоновки трансформаторної підстанції135
9 ІНДИВІДУАЛЬНЕ ЗАВДАННЯ - Розробка схеми мікропроцесорного
пристрою контролю процесом сушки лакофарбних покриттів ..................... 139
10 ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНІ РОЗРАХУНКИ ЕЛЕМЕНТІВ СЕП
ПРОМИСЛОВОГО ПІДПРИЄМСТВА – Визначення економічної
ефективності від впровадження схеми мікропроцесорного пристрою
контролю процесом сушки лакофарбних покриттів ....................................... 144
11 ОХОРОНА ПРАЦІ ......................................................................................... 146
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 4
11.1 Аналіз небезпек та шкідливостей, що впливають на співробітника
технічної лабораторії ...................................................................................... 146
11.2 Кондиціонування і розрахунок потужності кондиціонера ................. 149
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ ........................................................... 153
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 5
1 УМОВИ ПРОЄКТУВАННЯ
Системою електропостачання називають сукупність взаємопов'язаних
електроустановок, призначених для забезпечення споживачів електричною
енергією.
Раціонально виконана сучасна система електропостачання
промислового підприємства повинна задовольняти технічним і економічним
вимогам [1, 2, 3], а саме:
• надійність електропостачання;
• якість електроенергії, що задовольняє вимогам діючим державним
стандартам;
• економічність;
• можливість частих перебудов технології виробництва і розвитку
підприємства;
• забезпечення безпеки робіт як для електротехнічного персоналу, так і
не електротехнічного;
• відсутність шкідливого впливу на навколишнє середовище.
Ці вимоги повинні забезпечуються при проєктуванні і експлуатації
системи електропостачання промислового підприємства СЕП ПП.
СЕП ПП – частина енергосистеми і в енергетичному плані більш
проста (більш низькі напруги, менша потужність і протяжність ліній,
відсутність замкнутих контурів тощо) і більш складна в плані використання
та перетворення електроенергії в технологічних цілях промислового
виробництва. Електроприймачі, як електрична частина технологічних
агрегатів, входять невід'ємними елементами в СЕП ПП і багато в чому
визначають роботу цієї системи і її параметри.
Системою електропостачання називають сукупність взаємопов'язаних
електроустановок, призначених для забезпечення споживачів електричною
енергією. Споживачі згідно ДСТУ 3440-96, де викладені терміни та
визначення енергетики і електрифікації, – підприємства, організації,
територіально відокремлені цехи, будівельні майданчики, квартири, у яких
приймачі електроенергії приєднані і використовують електроенергію. За
правилами улаштування електроустановок споживачем електроенергії
називається електроприймач або їх група, об'єднані технологічним процесом
і розміщуються на певній території.
Приймачем електроенергії називають пристрій (апарат, агрегат,
механізм), в якому відбувається перетворення електричної енергії в інший
вид енергії для її використання. За технологічним призначенням приймачі
електроенергії класифікуються по виду енергії, в який даний електроприймач
перетворює електроенергію, а саме: електродвигуни приводів машин і
механізмів, електротермічні, електрохімічні і електросилові установки,
установки електроосвітлення, установки електростатичного та
електромагнітного поля і ін.
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 6
Електроустановками називають сукупність машин, апаратів, ліній і
допоміжного обладнання, призначених для виробництва, перетворення,
передачі, накопичення, розподілу електроенергії та перетворення її в інші
види енергії. Електроустановка – комплекс взаємопов'язаного обладнання та
споруд. Приклади електроустановок: електрична підстанція, лінія
електропередачі, розподільна підстанція, конденсаторна батарея і ін.
1.1 Характеристика об’єкта проєктування
Система електропостачання промислового підприємства складається з
мереж напругою до 1 кВ та вище, головної понижуючої підстанції,
розподільчих пунктів, трансформаторних підстанцій та силових пунктів у
цехах. Призначена система для забезпечення вимог виробництва в передачі
електроенергії від джерела живлення до місця споживання її у відповідній
кількості та якості.
Як відомо [3], системи електропостачання промислових підприємств
можна умовно поділити на три типи: ізольовані, централізовані та
комбіновані. Згідно з завданням на дипломне проєктування система
електропостачання промислового підприємства має бути централізованою.
Основними чинниками при проєктуванні системи електроспоживання є
характеристики джерел живлення та споживачів електроенергії, в першу
чергу безперебійність електропостачання з урахуванням можливості
забезпечення резервування, а також вимоги електробезпеки. Але незважаючи
на те, що ці особливості та характеристики є головними чинниками при
проєктуванні системи електропостачання, вагомий внесок в ідеологію
побудови раціональної СЕП вносять загальні вимоги до системи
електропостачання, основні з яких приведемо нижче.
Проєктування системи електропостачання промислових підприємств
слід проводити згідно з [1, 4, 9] та інших нормативних документів.
Основними чинниками при проєктуванні мають бути характеристики
джерел живлення та споживачів електричної енергії, в першу чергу вимоги
до безперебійності електропостачання з урахуванням можливості
забезпечення резервування в технологічної частині проєкту, вимоги
електробезпеки.
Схеми електропостачання промислових підприємств мають бути
розробляться з урахуванням наступних основних принципів [4, 9]:
а) Джерела живлення мають бути максимально наближені до
споживачів електричної енергії.
б) Число ступенів трансформації і розподілу електроенергії на кожної
напрузі має бути мінімально можливим.
в) Розподіл електроенергії рекомендується здійснювати по
магістральних схемах. Радіальні схеми можуть бути застосовувати у
обґрунтованих випадках.
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 7
г) Схеми електропостачання і електричних з’єднань підстанцій мають
бути виконано таким чином, щоб належній рівень надійності і резервування
було забезпечено найменшою кількістю електрообладнання та провідників.
д) Схеми електропостачання повинні виконуватися по блочному
принципу з урахуванням технологічної схеми підприємства. Живлення
електроприймачів паралельних технологічних ліній слід здійснювати від
різних секцій шин підстанцій, взаємозв’язані технологічні агрегати повинні
живитися від однієї секції шин.
Живлення вторинних ланцюгів не повинно порушуватися при будь-
яких перемиканнях силових ланцюгів паралельних технологічних потоків.
е) При побудові схеми електропостачання підприємства,
електроприймачі якого вимагають резервування живлення, повинно
проводитися секціонування шин у всіх ланцюгах системи розподілу
електричної енергії, включаючи шини низької напруги цехових
двохтрансформаторних підстанцій.
є) Усі елементи електричної мережі повинні, як правило, знаходитися
під навантаженням. Наявність резервних непрацюючих елементів мережі має
бути обґрунтовано.
ж) Потрібно застосовувати (вживати) , як правило, роздільну роботу
ліній, трансформаторів. У обґрунтованих випадках може бути допущена
паралельна робота елементів електропостачання.
Вибір типу, потужності та інших параметрів підстанції, а також її
місцезнаходження повинні обумовлюватися значеннями і характером
навантаження та розміщенням їх на генеральному плану підприємства. При
цьому повинні ураховуватися також архітектурно-будівельні і експлуатаційні
вимоги, розміщення технологічного обладнання, умови оточуючого
середовища, вимоги вибухопожежної та екологічної безпеки.
Система електропостачання промислового підприємства повинна
враховувати черговість його спорудження. Подальше будівництво не
повинно порушувати чи знижувати надійність електропостачання діючих
виробництв.
При проєктуванні системи електропостачання промислового
підприємства належить враховувати потребу у електроенергії сторонніх
близько розташованих споживачів.
У об’єктах електропостачання повинні, як правило, застосовувати
комплектне крупноблочне електротехнічне обладнання.
Схемні та конструктивні рішення повинні бути максимально
уніфіковані.
Категорії електроприймачів (ЕП) по надійності електропостачання
повинні відповідати ПУЕ. При цьому не слід допускати необґрунтованого
віднесення ЕП до більш високої категорії, а саме:
– ЕП, які працюють на склади, проміжні нагромаджувачі, що
виконують допоміжні технологічні операції, частину обладнання
інженерного забезпечення будівлі, слід відносити до ІІІ категорії. Віднесення
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 8
вказаних електроприймачів до ІІ категорії приводе до необґрунтованого
завищення не тільки потужності встановлених трансформаторів, але і вимог
до резервування живлення споживачів.
До ІІ категорії слід відносити тільки таке технологічне та інше
обладнання, без якого неможливе продовження роботи основного
виробництва на час після аварійного режиму.
– електроприймачі, відключення яких приводе до масового
недовідпуску продукції , нерідко відносять не до ІІ категорії, а до І категорії,
що мотивується тім, що наносяться "значні збитки народному господарству”.
Зазначимо, що поняття “значні збитки народному господарству” слід
відносити до групи виробництв, регіону, галузі, але не до одного
підприємства.
Поняття “категорія електроприймача по надійності електропостачання”
не слід відносити до споживача в цілому, у тому числи до цехів, дільниць,
корпусів і т. п. Це поняття правомірно тільки по відношенню до
індивідуального ЕП. Для споживача характерно лише поєднання в різних
пропорціях електроприймачів категорій І, ІІ та ІІІ.
Структура підприємства приведена на генплану (лист №1) і включає як
цеха основного виробництва, так і допоміжні приміщення та підрозділи.
При проєктуванні системи електропостачання було враховано рельєф
місцевості, характер та вид ґрунту, характеристики приймачів електричної
енергії окремих цехів та споруд, особливості технологічних процесів на
підприємстві, характеристику оточуючого середовища.
Головна понижуюча підстанція (ГПП) підприємства розташована з
врахуванням місця знаходження теоретичного центру електричного
навантаження. При цьому було враховано домінуючий напрямок вітру.
Основним високовольтним обладнанням підприємства є цехові
трансформаторні підстанції.
При розробці системи електропостачання підприємства враховувалося,
що всі підстанції заводу будуть телемеханізовані і будуть працювати без
чергового персоналу.
Підприємство з виготовлення базових станцій мобільного зв’язку має
споживачів І, ІІ та ІІІ категорії.
Проєктування електропостачання цехів неможливе без урахування
особливості виробничого середовища приміщень, у яких вони
розташовуються. При цьому ми повинні виконувати всі вимоги ПУЕ у цієї
частини.
Електроустановки підприємства, електропостачання якого ми
проєктуємо, розміщені всередині будівель, тобто є закритими (внутрішніми).
До відкритих, або зовнішніх електроустановок відноситься кран
козловий. Приміщення цехів підприємства відносяться до так званих
нормальних, тобто є сухими приміщеннями, в яких вологість повітря не
перевищує 60 % та відсутні умови, наведені у п. 1.1.10 – 1.1.12 ПУЕ.
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 9
До запилених приміщень, в яких за умовами виробництва виділяється
технологічний пил у такій кількості, що він може осідати на проводах,
проникати всередину машин, апаратів, відноситься ремонтно-механічний цех
підприємства. Але цей цех відноситься до приміщень з не струмопровідним
пилом.
Запилені приміщення, як зі струмопровідним пилом, так і приміщення з
неструмопровідним пилом, відсутні.
Також на підприємстві відсутні приміщення з хімічно активним або
органічним середовищем, в яких постійно або протягом тривалого часу
містяться агресивні пари, гази, рідини, утворюються відкладення або цвіль,
що руйнують ізоляцію і струмові дні частини електроустаткування.
1.2 Характеристика споживачів електричної енергії цеху
виготовлення стаціонарних мачт
Силові електроприймачі цеху живляться трифазним змінним струмом
промислової частоти 50 Гц номінальною напругою 380 В. Однофазне
обладнання складається з 6 установок, що включені на фазну (220 В) або
лінійну напругу (380 В). Вищих гармоніки при функціонуванні обладнання
не виникає. Встановлена потужність та інші характеристики приведено у
таблиці 1.1.
Таблиця 1.1 – Відомості про електричні навантаження цеху
№
Встановлена
поз. Кількість,
Найменування електроприймачів потужність, cos
на шт.
кВт
плані
1 2 3 4 5
Силові трифазні електроприймачі напругою 380 В
1 Тельфер 5 17 0,6
2 Пила маятникова 3 7,8 0,6
3 Вирубний прес 3 21 0,7
4 Конвеєр 3 13,2 0,8
5 Свердлильний верстат 3 7,5 0,7
6 Різьбонарізний верстат 3 14,2 0,5
7 Зварювальний апарат 3 21 0,4
8 Зварювальний маніпулятор 6 18 0,7
9 Обертовий маніпулятор 3 18,4 0,7
10 Фарбувальний маніпулятор 4 4,7 0,5
11 Теловентилятор 4 16,7 0,5
12 Компресор 2 14 0,6
13 Нагнітаючий вентилятор 3 5,5 0,6
14 Витяжний вентилятор 3 22 0,7
15 Насос гарячої води 1 7,5 0,8
16 Вентилятор витяжний стельовий 10 3 0,8
17 Тельфер 5 17 0,6
59
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 10
Продовж. табл. 1.1
1 2 3 4 5
Однофазні електроприймачі
1 Свердлильний верстат 3 6,5 0,77
2 Промислова паяльна станція 3 8,2 0,65
6
В цеху на рівні технологічних зв’язків здійснюється відповідне
резервування.
Основне обладнання цеху відноситься до ІІ категорії. Як відомо [1], до
ІІ категорії слід відносити тільки таке технологічне та інше обладнання, без
якого неможливе продовження роботі основного виробництва на час після
аварійного режиму.
Обладнання цеху розташовано з урахуванням технологічних
особливостей виробничих процесів.
Групи верстатів утворюють окремі відділення, електропостачання яких
доцільно виконувати від власних розподільчих пунктів.
План цеху та розташування обладнання приведено на листі 5графічної
частини, а також на рисунку 1.1.
Рисунок 1.1 – План цеху та розташування обладнання
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 11
Особливостями розташування обладнання у приміщенні цеху є такі, що
потребують практично рівномірну освітленість приміщення.
Проєктом передбачається: загальне робоче освітлення 380/220 В;
аварійне освітлення 220 В.
Розміри цеху виготовлення стаціонарних мачт, електропостачання
якого розглядається окремо, складають ABH 6060 6 .
1.3 Характеристика цехів об’єкту, особливості їх
електропостачання
Проєктування електропостачання цехів неможливе без урахування
особливості виробничого середовища приміщень, у яких вони
розташовуються. При цьому ми повинні виконувати всі вимоги ПУЕ у цієї
частини.
Електроустановки підприємства, електропостачання якого ми
проєктуємо, розміщені всередині будівель, тобто є закритими (внутрішніми).
До відкритих, або зовнішніх електроустановок відноситься кран
козловий. Приміщення цехів підприємства відносяться до так званих
нормальних, тобто є сухими приміщеннями, в яких вологість повітря не
перевищує 60 % та відсутні умови, наведені у п. 1.1.10 – 1.1.12 ПУЕ.
До запилених приміщень, в яких за умовами виробництва виділяється
технологічний пил у такій кількості, що він може осідати на проводах,
проникати всередину машин, апаратів, відноситься ремонтно-механічний цех
підприємства. Але цей цех відноситься до приміщень з не струмопровідним
пилом.
Запилені приміщення, як зі струмопровідним пилом, так і приміщення з
неструмопровідним пилом, відсутні.
Також на підприємстві відсутні приміщення з хімічно активним або
органічним середовищем, в яких постійно або протягом тривалого часу
містяться агресивні пари, гази, рідини, утворюються відкладення або цвіль,
що руйнують ізоляцію і струмові дні частини електроустаткування.
1.4 Характеристика джерела живлення
Живлення даного підприємства може здійснюватися від районної
підстанції (РПС) енергосистеми 110 та 220 кВ).
Додатковими вихідними даними до розрахунку струмів КЗ є:
– обрана номінальна напруга енергосистеми UC =110 кВ ;
– потужність КЗ на шинах районної підстанції SКЗ =1600 МВ А ;
– довжина повітряної лінії lПЛ = 34 км .
Економічна узгоджена реактивна потужність з енергосистемою на
границі балансової приналежності Qек = 517,2 квар в часи її максимуму
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 12
навантаження.
Рівень напруги на шинах підстанції підтримується в допустимих межах
110 кВ 5 %, що дає змогу нормально працювати електрообладнанню.
Оплата за спожиту активну електроенергію здійснюється згідно
договору про споживання електроенергії, який укладається з усіма
підприємствами промислового району і енергопостачальною організацією.
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 13
2. РОЗРАХУНОК ЕЛЕКТРИЧНИХ НАВАНТАЖЕНЬ
Знання електричних навантажень необхідне для вибору і перевірки
провідників (шин, кабелів та ін.) і трансформаторів по пропускній
спроможності і економічної густині струму, а також для розрахунку втрат і
відхилення напруги, вибору апаратів захисту та засобів компенсації
реактивної потужності.
Правильне визначення електричних навантажень при проєктуванні є
основою для раціонального рішення всього комплексу питань
електропостачання сучасного промислового підприємства, у тому числі,
окремого цеху.
Поняття «розрахункове навантаження» витікає з визначення
розрахункового струму Іроз , за величиною якого вибирають всі елементи
мережі і електрообладнання системи електропостачання.
В найпростішому випадку, коли навантаження постійне в часу
І const Іроз .
При змінному навантаженні, коли його графік має випадкових
характер, використовується співвідношення
t
1
I(t) I(t) dt ,
t
де – тривалість інтервалу осереднення ( t T - ), що приймається
для графіків навантаження, практично незмінних у часі, рівної 3 T0 (у
решті випадків – 3 T0 );
T – інтервал реалізації випадкового процесу;
T0 – постійна часу нагріву провідника до максимальної допустимої
температури (за час, рівний 3 T0 , провідник нагрівається до 95 % сталого
рівня).
Умовно приймають T0 10 хв., 30 хв. незалежно від перетину
провідника, відкіля і витікає поняття «півгодинний максимум».
З приведеного вище співвідношення вводять поняття «розрахунковий
струм» Іроз – це такий струм, що приводе до такого ж максимального
нагріву провідника або визиває такий же тепловий знос, що й початкове
змінне навантаження I(t) .
Значення Іроз звичайно визначають з виразу
Ppоз 3 Uном Ipоз cos . (2.1)
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 14
В якості розрахункового навантаження приймають середнє
навантаження P по активної потужності за час
t
1
P P(t)dt .
t
Активне розрахункове навантаження Ppоз аналогічне поняттю
«розрахунковий максимум» Pmax або «максимального навантаження»
Imax Iроз , тобто найбільшому значенню струму зі середніх у 30-хвилиних
інтервалах осереднення.
2.1 Розрахунок цехових навантажень від силових
електроприймачів
Визначення розрахункових електричних навантажень необхідно
проводити згідно методики [5], яка поширюється на всі галузі господарства,
адаптована до сучасних умов та містить суттєві уточнення попередніх
методів розрахунку.
Визначення електричних навантажень цеху є складовою розрахунку
електричних навантажень промислового підприємства в цілому. При таких
розрахунках враховують ступень (рівень) системи електропостачання, так як
розрахунки на кожної із них мають свою специфіку. На підприємствах
середньої та великої потужності таких рівній нараховують шість
(рисунок 2.1).
Кінцевим результатом таких розрахунків має стати величина
розрахункової потужності (Ppоз, цеху ) як окремих цехів, так і підприємства
( Ppоз, підпр ) у цілому. Розрахункова потужність Ppоз – це така потужність, при
якій термін службі елементів системи електропостачання дорівнює
розрахунковому. Величина Ppоз відноситься до сукупності вихідних даних на
проєктування системи електропостачання.
У розрахунках використовуються слідуючи позначення та
співвідношення:
– номінальна потужність, Рном ;
– паспортна потужність, Рпасп ;
– установлена потужність Ру .
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 15
Рисунок 2.1 – Рівні (ступені) системи електропостачання
У розрахунках використані загальноприйняті позначення: для груп
електроприймачів – Р , для одного електроприймача – р . При цьому для
окремого електроприймача установлена потужність дорівнює:
1) для електродвигунів, які працюють у довготривалому режимі:
pу pном pпасп ;
2) для електродвигунів, які працюють у повторно-короткочасному
режимі:
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 16
pу pном pпасп ТВ ,
де ТВ – тривалість включення у долях одиниці (задається у паспорті, як
правило, у відсотках).
Групова номінальна (встановлена) активна потужність – це алгебрична
сума номінальних активних потужностей електроприймачів, що входять у
групу ЕП
n
Рном рном , (2.2)
1
де n – кількість електроприймачів у групі.
Групова номінальна реактивна потужність – це алгебрична сума
номінальних реактивних потужностей електроприймачів, що входять у групу
n n
Qном qном рном tg , (2.3)
1 1
де tg – паспортне або довідкове значення коефіцієнта реактивної
потужності.
Розрахункова активна потужність вузла живлення визначається
розрахунковою величиною Кв Рном , що відповідає значенню Кр , за
співвідношенням:
Рроз Кp Кв Рном , (2.4)
де Кр f Kв , nе , Ta – коефіцієнт розрахункової потужності, який залежить
від коефіцієнту використання Кв та ефективної кількості електроприймачів
nе та сталою часу нагріву мережі, для якої розраховують електричні
навантаження.
Згідно [5] прийняти наступні сталі часу нагріву:
– Ta 10 хв. – для мережі напругою до 10 кВ, що живлять розподільчі
шинопроводи, пункти, щити. Значення Кр для таких мереж приймають за
номограмою (рисунок 2.2) або згідно таблиці 2.1;
– Ta 2,05 год – для магістральних шинопроводів і цехових
трансформаторів. Для таких випадків значення Кр приймають згідно
таблиці 2.2;
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 17
– Ta 30 хв. – для кабелів напругою 6 кВ і вище, що живлять цехові
трансформаторні підстанції та розподільчі установки. Розрахункова
потужність для цих елементів визначається за умовою Кр 1.
Відмітимо, що добуток Кв Рном є проміжною допоміжною
розрахунковою величиною, але не середнім значенням очікуваного
навантаження, як це вважалося раніше.
У загальному випадку величину ефективної кількості
електроприймачів nе визначають за співвідношенням:
n 2
Pном
nе
1 .
n
n р2
ном
1
Реально для типових електроприймачів, що встановлено нашому цеху,
величину nе можна визначати з необхідною точністю за спрощеним
співвідношенням:
2
n pном
е . (2.5)
pном max
Якщо знайдене за співвідношенням (2.5) число ne буде більше за n ( n
– дійсне число ЕП), тоді слід прийняти n nе . Якщо рном max / pном min 3 ,
де pном min – номінальна потужність найменшого електроприймача групи,
тоді також приймаємо ne n .
Значення коефіцієнту використання кв по кожному окремому
електроприймачу визначаємо по довідковими даними.
Груповий коефіцієнт використання Кв електроприймачів з різними ne
знаходимо за формулою
n
кв і рном і
К 1
в . (2.6)
n
рном і
1
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 18
Рисунок 2.2 – Графіки коефіцієнта розрахункового навантаження Кр
для різних Кв в залежності від nе
Таблиця 2.1 – Значення коефіцієнта розрахункового навантаження Кр
для різних Кв в залежності від nе для живлячих мереж напругою до
1000 В
Коефіцієнт використання К
n в
е 0,1 0,15 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
1 8,00 5,33 4,00 2,67 2,00 1,60 1,33 1,14 1,0
2 6,22 4,33 3,39 2,45 1,98 1,60 1,33 1,14 1,0
3 4,05 2,89 2,31 1,74 1,45 1,34 1,22 1,14 1,0
4 3,24 2,35 1,91 1,47 1,25 1,21 1,12 1,06 1,0
5 2,84 2,09 1,72 1,35 1,16 1,16 1,08 1,03 1,0
6 2,64 1,96 1,62 1,28 1,11 1,13 1,06 1,01 1,0
7 2,49 1,86 1,54 1,23 1,12 1,10 1,04 1,0 1,0
8 2,37 1,78 1,48 1,19 1,10 1,08 1,02 1,0 1,0
9 2,27 1,71 1,43 1,16 1,09 1,07 1,01 1,0 1,0
10 2,18 1,65 1,39 1,13 1,07 1,05 1,0 1,0 1,0
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 19
11 2,11 1,61 1,35 1,1 1,06 1,04 1,0 1,0 1,0
12 2,04 1,56 1,32 1,08 1,05 1,03 1,0 1,0 1,0
13 1,99 1,52 1,29 1,06 1,04 1,01 1,0 1,0 1,0
14 1,94 1,49 1,27 1,05 1,02 1,0 1,0 1,0 1,0
15 1,89 1,46 1,25 1,03 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
16 1,85 1,43 1,23 1,02 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
17 1,81 1,41 1,21 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
18 1,78 1,39 1,19 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
19 1,75 1,36 1,17 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
20 1,72 1,35 1,16 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
21 1,69 1,33 1,15 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
22 1,67 1,31 1,13 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
23 1,64 1,30 1,12 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
24 1,62 1,28 1,11 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
25 1,6 1,27 1,1 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
30 1,51 1,21 1,05 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
35 1,44 1,16 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
40 1,4 1,13 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
45 1,35 1,1 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
50 1,3 1,07 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
60 1,25 1,03 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
70 1,2 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
80 1,16 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
90 1,13 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
100 1,1 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
Таблиця 2.2 – Значення коефіцієнта розрахункового навантаження Кр
для різних Кв в залежності від nе на НН цехових трансформаторів і для
магістральних шино проводів напругою до 1000 В
Коефіцієнт використання Кв
nе 0,7 і
0,1 0,15 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
більше
1 8,00 5,33 4,00 2,67 2,00 1,60 1,33 1,14
2 5,01 3,44 2,69 1,9 1,52 1,24 1,11 1,0
3 2,94 2,17 1,8 1,42 1,23 1,14 1,08 1,0
4 2,28 1,73 1,46 1,19 1,06 1,04 1,0 0,97
5 1,31 1,12 1,02 1,0 0,98 0,96 0,94 0,93
6–8 1,2 1,0 0,96 0,95 0,94 0,93 0,92 0,91
9–10 1,1 0,97 0,91 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9
10–25 0,8 0,8 0,8 0,85 0,85 0,85 0,9 0,9
25–50 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,8 0,85 0,85
Більше 50 0,65 0,65 0,65 0,7 0,7 0,75 0,8 0,8
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 20
Груповий коефіцієнт використання по цеху у цілому
(середньовиважений коефіцієнт) дорівнює
п
Кв, і Рном і
К 1
в, цеху . (2.7)
п
Рном і
1
З урахуванням (2.7) співвідношення (2.3) для визначення розрахункової
активної потужності прийме вид
п
Рроз цеху Кр Кв, цеху Рном Кр Кв, i Рном і . (2.8)
1
Реактивна потужність по цеху, на шинах ТП, розраховується за
співвідношенням
Qроз цеху Кр Кв,і Рном,і tgі . (2.9)
і
До розрахункової активної та реактивної потужності силових
електроприймачів напругої до 1 кВ повинні бути добавлено освітлювальне
навантаження Pроз. оc , Qроз. оc .
Повна розрахункова потужність Sроз силових електроприймачів
напругої до 1 кВ визначається формулою
2 2
Sроз цеху Рроз цеху Qроз цеху . (2.10)
Використовуючи вихідні дані таблиці 2.3, співвідношення (2.1) – (2.9) та
графік (рисунок 2.2 ), таблиці 2.1 і 2.2, розраховуємо величину
розрахункового активної та реактивної потужності цеха.
Результати розрахунків заносимо у відповідні графи таблиці 2.3
розрахунків електричних навантажень, виконаної по формі Ф 636–92 [5].
Враховуючи велику кількість електроприймачів, розрахунок
проводимо за допомогою електронних таблиць Excel.
Розрахунок електричного навантаження електроприймачів (ЕП)
напругою до 1000 В проводимо для кожного вузла живлення.
Дані для розрахунку (графи 1–6) заносяться на основі вихідних даних
(графи 1–4) та довідковими даними (графи 5, 6).
При цьому:
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 21
– усі ЕП групуються за характерними категоріями з однаковими Кв і
tg . У кожної строчці вказуються ЕП однакової потужності;
– резервні електроприймачі при підрахунках розрахункової потужності
не враховуються. У графах 2 і 4 вказуються тільки працюючи ЕП;
– для приводів з багатьма двигунами враховують усі одночасно
працюючи двигуни;
– при включенні однофазного ЕП на фазну напругу він враховується у
графі 2, як еквівалентний трифазний ЕП номінальною потужністю
рном 3 рном о ; qном 3 qном о ,
де рном о , qном о – активна і реактивна потужності однофазного ЕП;
– при включенні однофазного ЕП на лінійну напругу він враховується
як еквівалентний ЕП номінальною потужністю
рном 3 рном о ; qном 3 qном о ;
– при наявності групи однофазних ЕП, які розподілені по фазах з
нерівномірністю не вище 15 % по відношенню до загальної потужності
трифазних й однофазних ЕП у групі, вони можуть бути представлені у
розрахунках як еквівалентна група трифазних ЕП з той ж сумарною
номінальною потужністю. У випадку перебільшення вказаної
нерівномірності номінальна потужність еквівалентної групи приймається
рівною потрійному значенню потужності найбільш завантаженої фази.
Визначаємо номінальну групову потужність першої групи
єлектроприймачів (зварювальний маніпулятор) Рном, 8 . При цьому, так як
електроприймачі згруповані таким чином, що мають однакову величину
коефіцієнта використання Кв та номінальну потужність, групова
установлена (номінальна) активна потужність дорівнює
n
Рном =pном .
1
n
Pном,8 pном n 18 6 108 кВт.
1
Визначаємо розрахункову величину Кв Рном,1 для цієї ж групи,
використовуючи значення Кв з таблиці 2.3 (стовпчик 5); значення додатку
Кв Рном,1 заносимо у стовпчик 8 таблиці 2.3
Кв Рном,8 0,7 10875,6 кВт.
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 22
Визначаємо чергову розрахункову величину таблиці 2.3 та заносимо її
у відповідну графу таблиці 2.3.
Кв Рном,8 tgφ 0,7 108 0,4 29,9квар.
Проводимо аналогічні розрахунки для інших сформованих груп
електроприймачів та заносимо результати розрахунків у таблицю 2.3
додатку А.
У графах 8 та 9 у підсумкової строки записуємо сумарні значення
величин Кв Рном, та Кв Рном, tgφ , а саме: Кв Рном та Кв Рном tgφ .
Визначаємо величину ефективної кількості електроприймачів nе за
спрощеним співвідношенням (2.5):
2p
n ном 2 735,9
е 66,9 шт.
pном м ax 22
Для розрахунку групового середньовиваженого коефіцієнту
використання по цеху в цілому використовуємо формулу (2.7)
n
Кв, і Рном і
К 1 463
в, цеху 0,63 .
n
Р 735,9
ном і
1
По графіку (рисунок 2.2) для визначених величин nе 42 та
Кв, цеху = 0,72 знаходимо коефіцієнт розрахункової потужності Кр, цеху
який дорівнює
Кр, цеху = 1,09 .
За співвідношенням (2.8) знаходимо розрахункову активну потужність
цеху
Рроз цеху 1,09 463 504,7 кВт.
Розрахункова реактивна потужність (графа 12) визначається наступним
чином:
– для живлячих мереж напругою до 1 кВ у залежності від nе :
при nе 10 Qроз 1,1Кв Рном tg ;
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 23
при nе 10 Qроз Кв Рном tg .
Так, як величина ефективної кількості електроприймвчів nе 10 ,
реактивна потужність силових електроприймачів напругою до 1 кВ по цеху
визначається співвідношенням (2.9), тобто являє собою число підсумкової
строки графи 9:
Qроз цеху 1295,1 295,1квар.
Повну розрахункова потужність Sроз силових електроприймачів
напругою до 1 кВ по цеху визначається формулою (2.10)
Sроз 504,72 295,12 584,6 кВ∙А.
Таким чином, нами виконано розрахунок повної потужності силових
електроприймачів напругою до 1 кВ цеху.
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 24
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 25
2.2 Особливості визначення розрахункових електричних
навантажень від однофазних електроприймачів
Електричні навантаження ЕП однофазного струму повинні бути
розподілені рівномірно по фазах.
Однофазні ЕП, що включені на фазні і лінійні напруги та розподілені
по фазах з нерівномірністю не вище 15 % по відношенню до загальної
потужності трифазних і однофазних електроприймачів у групі, враховують
як трифазні ЕП тієї ж сумарної потужності [6, 17]. Якщо нерівномірність
перевищує 15 %, умовна трифазна номінальна потужність приймається рівної
потроєної величині навантаження найбільш завантаженої фази.
При кількості однофазних ЕП до трьох з достатньою для практичних цілей
точністю умовна трифазна номінальна потужність Рном у (кВт) визначається
наступним чином:
– при включенні ЕП на фазну напругу за формулою
Рном, у 3 Рном.max ф або Рном, у 3 Sпасп ТВ cosпасп ,
де Рном. max ф – номінальна потужність максимально навантаженої фази, кВт;
Sпасп – паспортна потужність, кВ А ,
ТВ – відносна тривалість включення в долях одиниці;
– при включенні однофазних ЕП на лінійну напругу умовна
трифазна номінальна потужність Рном у при кількості електроприймачів від
одного до трьох, включених по можливості рівномірно в різні плечі
трифазної системи, визначаються за формулами:
при одному електроприймачу
Рном, у 3 Рном. ;
при двох або трьох електроприймачах
Рном, у 3 Рном.max ф . (2.11)
Якщо кількість однофазних електроприймачів з різними Кв і cos
більш трьох і при включенні їх на фазну і лінійну напругу вони
розподіляються по фазах по можливості рівномірно, то визначаються середні
навантаження за найбільш завантажену зміну по кожної фазі.
Загальне середнє навантаження окремих фаз визначається складанням
середніх однофазних навантажень даної фази (фаза – нуль) і однофазних
навантажень, що включені на лінійну напругу з відповідним зведенням
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 26
останніх до навантажень однієї фази та фазної напруги з використанням
таблиці.
Наприклад, для фази а маємо
P(a) Кв Раb (аb)а Кв Рac (аc)а Кв Рао ; (2.12)
Q(a) Кв Раb q(аb)а Кв Раc q(аc)а Кв Qао , (2.13)
де Pab, Pac – навантаження, що включені на лінійну напругу відповідно між
фазами аb і ас;
Pao , Qao – навантаження, що приєднані на напругу фази а (між фазним та
нульовим проводами);
(аb)а , (ас)а , q(аb)а , q(ас)а – коефіцієнти зведення навантажень(таблиця
2.4), що включені на лінійну напругу до фази а;
Кв , Кв – коефіцієнти використання однофазних ЕП різного режиму
роботи.
Аналогічно визначаються середні однофазні навантаження для фаз b і
с, знаходиться найбільш завантажена фаза по активної потужності,
наприклад фаза с, а потім еквівалентне трифазне навантаження мережі від
однофазних електроприймачів.
Р 3 Р(с) і Q 3 Q(c) .
Таблиця 2.4 – Коефіцієнти зведення навантажень
Коефіцієнти Коефіцієнт потужності навантаження
зведення 0,3 0,4 0,5 0,6 0,65 0,7 0,8 0,9 1,0
(аb)а, , (bс)b , (са)с 1,4 1,17 1,0 0,89 0,84 0,8 0,72 0,64 0,5
(аb)b,, (bс)с , (са)а –0,4 –0,17 0 0,11 0,16 0,2 0,28 0,36 0,5
q(аb)а, , q(bс)b , q(са)с 1,26 0,86 0,58 0,38 0,3 0,22 0,09 – –
0,05 0,29
q(аb)b,, q(bс)с , q(са)а 2,45 1,44 1,16 0,96 0,88 0,8 0,67 0,53 0,29
Однофазними електроприймачами в цеху є наступні установки:
- Свердлильний верстат – 3 шт;
- Промислова паяльна станція – 3 шт.
Розрахуємо умовну трифазну номінальну потужність Pу для групи
однофазних електроприймачів, потужність яких приведена до ТВ=100 %, що
підключені наступним чином:
- Свердлильний верстат: напруга фазна Uф 220В ; рф,0 6,5 кВт ;
cos 0,77 ; Кв,a0 0,45;
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 27
- Промислова паяльна станція: напруга лінійна UЛ 380В ;
рЛ 8,2 кВт ; cos 0,65 ; Кв 0,5 .
Визначаємо загальне середнє навантаження окремих фаз (А, В, С) згідно
співвідношень (2.12, 2.13), які записано для більш загального випадку:
P(a) Кв,i Раb,i (аb)а,i Кв,i Рac,i (аc)а,i Кв,i Рао,i
P(b) Кв,i Раb,i (аb)b,i Кв,i Рbc,i (bc)b,i Кв,i Рbо,i
P(c) Кв,i Раc,i (аc)c,i Кв,i Рbc,i (bc)c,i Кв,i Рcо,i
Q(a) Кв,i Раb,i q(аb)а,i Кв,i Раc,i q(аc)а,i Кв,i Qао,i
Q(b) Кв,i Раb,i q(аb)b,i Кв,i Рbc,i q(bc)b,i Кв,i Qbо,i
Q(c) Кв,i Раc,i q(аc)c,i Кв,i Рbc,i q(bc)c,i Кв,i Qcо,i
Визначимо навантаження фаз, використовуючи відповідні коефіцієнти
зведення навантажень з таблиці 2.4.
P(a) P(b) P(c) 0,5 8,2 0,84 0,5 8,2 0,84 0,65 6,5 11,1кВт .
Середнє реактивне навантаження, віднесене до фаз А,В,С дорівнює
відповідно:
Q(a) Q(b) Q(c) 0,5 8,2 0,3 0,5 8,2 0,3 0,45 6,5 1,16 5,85 квар
Для кожної фази
Q
tgф (ф) .
P(ф)
5,85 (квар)
tg(a) tg(b) tg(c) 0,53
11,1(кВт)
Нерівномірність навантаження по фазах:
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 28
p
p ном.max .ф pном.min .ф .
pном.min .ф
p 0 , тобто фази завантажено рівномірно.
Середньовиважене значення коефіцієнту навантаження
Кв(а) Кв(b) Кв(c) Кв(ф) для фази
На приклади фази (b)
Р
К (b)
в(b) ,
Рab Рbc Р
2 b,0
11,1
Кв(b) 0,755 .
8,2 8,2 6,5
2
Середньовиважене значення коефіцієнту навантаження Кв(а) для найбільш
навантаженої фази
Умовна трифазна номінальна потужність Рном у однофазного
навантаження складає
Ру 3 P(ф) ; Ру 3 11,1 33,3 кВт .
Qу Pу tg(b) ; Qу 33,3 0,5317,6 квар .
Ефективну кількість однофазних електроприймачів визначаємо по
співвідношенню:
2 P
n (o)
e(o) .
3 pmax.(o)
P(ф) 3 11,1 33,3 кВт ,
2 33,3
ne(o) 2 .
3 11,1
За таблиці 2.1 при ne(o) 2 та Кв(ф) 0,755 отримаємо Кр 1,14 .
Рроз у Кр Кв(ф) Ру
Рроз у 1,14 0,755 33,3 28,6 кВт .
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 29
Розрахункова реактивна потужність визначається наступним чином:
– для живлячих мереж напругою до 1 кВ у залежності від nе :
при nе 10 Qроз 1,1Кв Рном tg ;
при nе 10 Qроз Кв Рном tg .
Qроз у 1,1Кр Кв(b) Ру,і tgі
і
Qроз у 1,10,755 33,3 0,53 14,6 квар .
і
Повна умовна розрахункова потужність S роз у силових однофазних
електроприймачів напругої до 1 кВ визначається формулою
Sроз у P2
роз у Q2
роз у ,
3 2 2
Sроз у 28,6 10 14,6 103 32,1кВ А .
2.3 Визначення розрахункових електричних навантажень від
освітлювальних систем
Електричне освітлення виробничих приміщень є, як правило,
загальним рівномірним освітленням.
Для визначення ЕН освітлювальних установок використовується
метод питомої потужності.
Для знаходження питомої фактичної потужності ЕН освітлювальних
установок
Е
Р ф кз.ф
п.о.ф =Рп.о.табл кр ,
100 кз.табл
використовуються слідуючи дані: тип світильника, коефіцієнт запасу кз ,
освітленість Еф , значення розрахункової висоти H, площа освітлювального
приміщення S. По обраному типу світильника, площі освітлювального
приміщення та висоті підвісу світильників згідно [6, 7] визначаємо питому
потужність загального рівномірного освітлення необхідну для забезпечення
необхідного значення норми освітленості.
На етапі визначення величини загальної розрахункової потужності
цеху активну потужність освітлювальних установок Pmax оc . з достатньою
точністю визначається співвідношенням:
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 30
Pmax оc Рп.о.ф S , (2.14)
де S – площа приміщення, м2 ;
– питома потужність освітлювальних установок, Вт / м2 .
Максимальна реактивна потужність для газорозрядних ламп
визначається співвідношенням:
Qmax оc Pmax оc tg0 , (2.15)
де tg0 – відповідно cos0 для кожного типу ламп.
Використовуючи співвідношення (2.14 і 2.15), а також довідкові дані з
[6, 7], визначимо активну та реактивну потужності освітлювальних установок
200 1,8
Рп.о.ф 14,6 0,3 9,78 Вт/м2,
100 1,6
(0,95 9,7 3600)
Pmax оc 25,1Вт,
1000
Qроз, ос =21,10,2 5 квар.
2.4 Розрахунок електричних навантажень на шинах 0,4 кВ цехової
підстанції
Сумарні активна та реактивна розрахункові потужності на шинах
0,4 кВ визначаються за виразами
Р0,4 цеху Рроз, цеху Рроз, ос, цеху
Р0,4 цеху 504,7 25,1 529,8 кВт ,
Q0,4 цеху Qроз, цеху Qроз, ос, цеху ,
Q0,4 цеху 295,1 5 300,1 квар.
Одночасно розраховуємо приблизне навантаження на шинах цехової
підстанції за виразом
2 2
S ТП Р0,4 цеху Q0,4 цеху , (2.16)
S ТП 7332 405,62 795,9 кВА.
Дані розрахунків навантаження цехової підстанції S ТП за формулою
(2.16) по усім цехам заносимо у таблицю 2.5.
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 31
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 32
2.5 Визначення електричних навантажень на вищих рівнях
системи електропостачання
На вищих рівнях системи електропостачання підприємства
розрахункове (максимальне) навантаження визначаємо шляхом додавання
розрахункових навантажень окремих груп електроприймачів, що живляться
від вузла мережі, що розглядається з урахуванням коефіцієнта одночасності
збігання максимумів навантаження Ko .
Так як однофазне навантаження має місце в окремому цеху, причому
S роз у 32,1 кВА, у таблицю 2.5 дані по однофазним навантаженням не
вносимо.
Коефіцієнта одночасності Ko залежить від кількості приєднань на
шинах ГПП та середньовиваженого коефіцієнту використання Kв і
визначається по даним [5].
Приблизну потужність Sпр підприємства (для нашого випадку вона
дорівнює потужності на шина низької напруги SНН ГПП ) визначаємо за
формулою
N 2 N 2
SНН ГПП Ко P0,4 цеху і Q0,4 цеху і , (2.17)
i i
SНН ГПП 0,9 6567,92 3900,52 7638,8 кВ А .
Таким чином, нами з використанням нормативної методики, виконано
розрахунок електричних навантажень по заводу, а приблизна розрахункова
потужність має значення SНН ГПП = 7638,8 кВ А (таблиця 2.5).
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 33
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 34
2.6 Картограма та положення центру електричних навантажень
цеху та підприємства. Вибір місця розташування трансформаторних
підстанцій
Одна з умов раціонального розташування підстанцій вимагає, щоб вони
знаходилися поблизу центру їх центру електричних навантажень, що
скорочує протяжність, а отже, вартість і витрати в живильних та
розподільчих мережах.
2.6.1 Центр електричних навантажень підприємства і цеху
Центр електричних навантажень підприємства.
Теоретичний центр електричних навантажень (ЦЕН) визначаємо як
точку з координатами
n
Р0,4 цеху xi
Х = i = 1
ЦЕН підпр , (2.18)
n
Р0,4 цеху
i = 1
n
Р0,4 цеху yi
Y = i = 1
ЦЕН підпр . (2.19)
n
Р0,4 цеху
i = 1
Дані, необхідні для розрахунку координат ЦЕН згідно виразів заносимо
у відповідні графи таблиці 2.6.
Визначаємо координати ЦЕН по формулам (2.18 – 2.19):
Х 1340106
ЦЕН підпр = 204 м ,
6567,9
Y 1221740
ЦЕН підпр = 196 м .
6567,9
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 35
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 36
Центр електричних навантажень цеху.
Цехові ТП з метою економії метала і електроенергії рекомендується
встановлювати в умовному центрі електричних навантажень (ЦЕН).
Встановлення трансформаторних підстанцій у вказаних центрах
дозволяє:
а) приблизити високу напругу до центрів споживання електричної
енергії;
б) зменшити витрати провідникового матеріалу;
в) мінімізувати втрати електричної енергії або сумарних зведених
річних витрат.
У багато прогінних цехах великої ширини ТП розміщуються
переважно біля колон, між колонами або у внутрішньоцехових приміщеннях
з таким розрахунком, щоб не займати площу цеху, яка обслуговується
кранами. Якщо відстань між колонами недостатня для того, щоб розмістити
між ними підстанцію, то допускається її розташування на площі цеху так,
щоб одна з колон знаходилась у межах периметра розміщення ПС.
ТП розташовують поза межами цеху лише у випадках неможливості
встановлення їх у приміщенні цеху. Для цього використовують, як правило,
прибудовані та вбудовані підстанції.
У цехах з вибухонебезпечним середовищем цехові підстанції
виносяться за їх межі.
Для визначення умовного центру електричних навантажень існують
декілька методів. Враховуючи наявність впливу декілька факторів на вибір
місця розташування ТП, доцільно використовувати достатньо точний метод
(погрішність 5–10 %), суть якого полягає в наступному. Координати
обчислюють ЦЕН по формулах:
– для активної потужності:
п
Рроз х
i i
Х i1
ЦЕН цеху(Р) , (2.20)
п
Рроз i
i1
п
Рроз у
i i
У i1
ЦЕН цеху(Р) ; (2.21)
п
Рроз i
i1
– для реактивної потужності:
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 37
п
Qроз х
i i
Х i1
ЦЕН цеху(Q) ,
п
Qроз i
i1
п
Qроз у
i i
У i1
ЦЕН цеху(Q) ,
п
Qроз i
i1
де Pроз і Qроз – номінальна активна і реактивна потужності
і і
електроприймачів,
xi , yi – координати відповідного споживача.
Встановлення ТП у точці, координати якої розраховують за формулами
(2.20) та (2.21) дозволяє суттєво зменшити використання кольорового металу
за рахунок оптимізації довжини кабелів з врахуванням їх перерізу.
Для кожного споживача заносимо його встановлену потужність та
координати ( у міліметрах згідно рисунку 3.1.) у відповідні стовбці таблиці
2.7. Координати ЦЕН отримаємо також в міліметрах після того, як у таблицю
2.7 буде внесено останній споживач.
Таблиця 2.7 – Розрахунок центру електричних навантажень
Pi,
Найменування Xi, Yi,
кВт P
м i∙Xi Pi∙Yм i Хцен Yцен
1 2 3 4 5 6 7 8
Тельфер 17 1 17 59 1003
Тельфер 17 24 408 42 714
Тельфер 17 23 391 30 510
Тельфер 17 23 391 12 204
Тельфер 17 23 391 5 85
Пила маятникова 7,8 5 39 41 319,8
Пила маятникова 7,8 5 39 29 226,2
Пила маятникова 7,8 5 39 12 93,6
Вирубний прес 21 12 252 40 840
Вирубний прес 21 12 252 25 525
Вирубний прес 21 12 252 9 189
Конвеєр 13,2 12 158,4 43 567,6
Конвеєр 13,2 12 158,4 30 396
Конвеєр 13,2 12 158,4 12 158,4
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 38
Продовж. табл. 2.7
1 2 3 4 5 6 7 8
Свердлильний верстат 7,5 18 135 42 315
Свердлильний верстат 7,5 18 135 28 210
Свердлильний верстат 7,5 18 135 10 75
Різьбонарізний верстат 14,2 20 284 42 596,4
Різьбонарізний верстат 14,2 20 284 28 397,6
Різьбонарізний верстат 14,2 20 284 10 142
Зварювальний апарат 21 26 546 42 882
Зварювальний апарат 21 26 546 28 588
Зварювальний апарат 21 26 546 10 210
Зварювальний маніпулятор 18 33 594 39 702
Зварювальний маніпулятор 18 37 666 39 702
Зварювальний маніпулятор 18 33 594 24 432
Зварювальний маніпулятор 18 37 666 24 432
Зварювальний маніпулятор 18 33 594 8 144
Зварювальний маніпулятор 18 37 666 8 144
Обертовий маніпулятор 18,4 34 625,6 45 828
Обертовий маніпулятор 18,4 34 625,6 30 552
Обертовий маніпулятор 18,4 34 625,6 12 220,8
Фарбувальний маніпулятор 4,7 50 235 40 188
Фарбувальний маніпулятор 4,7 50 235 39 183,3
Фарбувальний маніпулятор 4,7 50 235 20 94
Фарбувальний маніпулятор 4,7 50 235 16 75,2
Теловентилятор 16,7 48 801,6 31 517,7
Теловентилятор 16,7 49 818,3 31 517,7
Теловентилятор 16,7 50 835 31 517,7
Теловентилятор 16,7 51 851,7 31 517,7
Компресор 14 46 644 50 700
Компресор 14 47 658 50 700
Нагнітаючий вентилятор 5,5 49 269,5 55 302,5
Нагнітаючий вентилятор 5,5 51 280,5 55 302,5
Нагнітаючий вентилятор 5,5 52 286 55 302,5
Витяжний вентилятор 22 53 1166 55 1210
Витяжний вентилятор 22 54 1188 55 1210
Витяжний вентилятор 22 55 1210 55 1210
Насос гарячої води 7,5 58 435 55 412,5
Вентилятор витяжний
3 3 9 34 102
стельовий
Вентилятор витяжний
3 11 33 34 102
стельовий
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 39
Продовж. табл. 2.7
1 2 3 4 5 6 7 8
Вентилятор витяжний
3 19 57 34 102
стельовий
Вентилятор витяжний
3 28 84 34 102
стельовий
Вентилятор витяжний
3 36 108 34 102
стельовий
Вентилятор витяжний
3 3 9 19 57
стельовий
Вентилятор витяжний
3 11 33 19 57
стельовий
Вентилятор витяжний
3 19 57 19 57
стельовий
Вентилятор витяжний
3 28 84 19 57
стельовий
Вентилятор витяжний
3 36 108 19 57
стельовий
Разом 735,9 22463,6 23160,7 30,5 31,5
Розрахунок координат ЦЕН реактивного навантаження цеху має сенс у
тому випадку, коли компенсацію реактивної потужності здійснюють в місцях
концентрації таких споживачів, або в цеху встановлено високовольтні
двигуни, які є джерелами реактивної потужності.
Розрахунок координат ЦЕН реактивного навантаження цеху має сенс у
тому випадку, коли компенсацію реактивної потужності здійснюють в місцях
концентрації таких споживачів, або в цеху встановлено високовольтні
двигуни, які є джерелами реактивної потужності.
Так як компенсацію реактивної потужності здійснювати будемо
безпосередньо на шинах ТП, координати ЦЕН реактивного навантаження
цеху не розраховуємо.
Розрахункові координати ЦЕН (на рис.1.1) складають:
Х ЦЕН 30,5 мм ; YЦЕН 31,5 мм.
З урахуванням розрахованих координат обираємо місця
розташування цехової трансформаторної підстанції, враховуючи наступні
міркування. Цехові трансформаторні підстанції повинні розташовуватися
поза межами цеху тільки при неможливості розміщення її на території цеху,
або у випадку, коли частина навантаженню розташована поза межами цеху.
Застосування цехових ТП, що розташовуються поза межами цеху,
доцільно у наступних випадках:
- при живленні від однієї підстанції декілька цехів;
- при наявності у цеху вибухонебезпечних виробництв;
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 40
- при неможливості розміщення підстанцій на території цеху за
міркуванням виробничого характеру.
Таким чином, розміщуємо нашу ТП однозначно в цеху.
Обрана підстанція повинна займати мінімум корисної площі цеху,
відповідати вимогам електричної та пожарної безпеки, та не створювати
перешкод виробничому процесу.
З урахуванням приведених вище вимог, наявності транспортного
проїзду поблизу розрахованого ЦЕН, функціонування 3 тельферів, а також
необхідність зміщення ТП в бік найбільш потужних електроприймачів
(широкоуніверсальний фрезерний верстат), обираємо місця встановлення
КТП у куту поблизу до розрахованого ЦЕН та найбільш потужних
споживачів (рисунок 1.1).
2.6.2 Картограма електричних навантажень підприємства
Головні знижувальні підстанції також з метою економії електроенергії і
металу рекомендується розміщувати Для встановлення ГПП поблизу центру
електричних навантажень (ЦЕН) підприємства часто існують обмеження, що
накладаються технологічними особливостями, умовами генплану тощо.
Перше уявлення про характер розподілу навантажень по території об'єкта
отримують за допомогою картограми навантажень. Картограму
навантажень будують як на плані розташування приймачів електроенергії в
цехах, так і на генеральному плані всього промислового підприємства. В
останньому випадку в якості приймачів електроенергії розглядаються самі
цехи.
Геометричні зображення середньої інтенсивності розподілу
навантажень на картограмі виконують різними способами. Найбільш простий
з них полягає в зображенні ступеня інтенсивності розподілу навантажень
приймачів за допомогою кіл. Він полягає в наступному. В якості центру кола
вибирають центр електричного навантаження приймача електроенергії, а
радіус кола пов'язують з розрахунковою потужністю приймача; значення
його знаходять з умови рівності розрахункової потужності в деякому
масштабі площі кола:
P 2
роз і r m ,
де Pроз i – максимальне електричне навантаження i-ого підрозділу;
r – радіус кола;
m – масштаб.
Кожне коло може бути розділено на сектори, площі яких дорівнюють
відповідно силовому та освітлювальному навантаженні. В цьому випадку
картограма дає уявлення не тільки про значеннях навантажень, але і про їх
структуру.
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 41
Оскільки при проєктуванні систем промислового електропостачання
вирішують і завдання визначення розташування джерел живлення для
реактивних навантажень, рекомендується мати дві картограми: одну для
активних, іншу для реактивних навантажень.
Побудова картограм реактивних навантажень проводиться аналогічним
способом. Реактивні навантаження можуть живитися від конденсаторних
установок, які розташовуються в місцях споживання реактивної потужності,
а також від синхронних компенсаторів і синхронних електродвигунів. У
зв'язку з цим, в загальному випадку, для відшукання оптимальних умов і
місць установки джерел реактивної потужності потрібно знаходити окремо
центри споживання реактивної потужності підприємства.
У кожному з отриманих кіл виділяємо сектори, що відповідають
силовому, а також освітлювальному навантаженням
360 P
роз цеху
с.н ; (2.22)
Р0,4 цеху
360 P
роз ос. цеху
оc.н . (2.23)
Р0,4 цеху
Розраховуємо на прикладі вибраного цеху вказані параметри
картограми електричних навантажень.
P
ri = pоз 0,4 цеху i . (2.24)
π m
Розраховані за формулами (2.2 – -2.24) значення заносимо в таблицю 2.8
Таблиця 2.8 – Дані для побудови картограми ЕН
Найменування Pроз цеху , Pроз ос. цеху Ppоз 0,4 цеху m , r ,
2 с.н оc.н
кВт кВт кВт кВт/мм мм
1 2 3 4 5 6 7 8
Цех мобільних мачт.
1032,6 56,8 1089,4 0,23 341 19 39,7
Котельня Склад
Цех стаціонарних мачт 504,7 25,1 529,8 0,23 343 17 27,7
Цех телескопічних мачт.
677,2 84,4 761,6 0,23 320 40 33,2
Склади
Цех розвітлювачів,
спліттерів та дільників
421,7 48,6 470,3 0,23 323 37 26,1
потужності. Цех репітерів
GSM
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 42
Продовж. табл. 2.8
1 2 3 4 5 6 7 8
Цех високочастотних
1003,5 27,8 1031,3 0,23 350 10 38,6
кабелів. Насосна станція
Цех блоків безперервного
живлення. Цех 1255,6 78,3 1333,9 0,23 339 21 43,9
редукторних сполучень
Цех антенних підсилювачів.
342,4 137,2 479,6 0,23 257 103 26,3
Будівля управління
Цех конекторів. Склад
електролітів. 789,9 82,1 872 0,23 326 34 35,5
Поліграфічний цех
2.6.3 Вибір місця розташування ГПП, ТП (КТП)
При виборі місця розташування ГПП враховують характер розподілу
навантаження по території об’єкту, умови оточуючого середовища, наявність
зон з підвищеним забрудненням, а також архітектурно-будівельні
обмеження[4, 9].
Слід уважно вибирати зону і місце розташування відкритих підстанцій
і трас ПЛ з урахуванням рози вітрів і переважного їх напрямку.
Одна з умов раціонального розташування підстанцій вимагає, щоб вони
знаходилися поблизу центру їх центру електричних навантажень, що
скорочує протяжність, а отже, вартість і витрати в живильних та
розподільчих мережах.
При виборі місця розташуванні цехової трансформаторної підстанції
потрібно вказати у якої мірі враховуються, зокрема, вимоги щодо зворотних
потоків енергії до джерела живлення, розташування відносно розрахованого
ЦЕН та інші фактори, врахування яких вимагають діючі нормативи.
При розташуванні цехової трансформаторної підстанції враховують,
зокрема, наступні вимоги:
а) максимальне приближення до центру електричних навантажень;
б) зведення до можливого мінімуму зворотних потоків енергії до
джерела живлення;
в) бажано, щоб трансформатори розташовувалися на відкритому
повітрі.
г) цехові підстанції повинні займати як можна меншу корисну площу
цеху;
д) ТП не повинні створювати перешкод виробничому процесу;
е) виконання вимог електричної та пожежної безпеки.
Цехові трансформаторні підстанції повинні розташовуватися поза межами
цеху тільки при неможливості розміщення її на території цеху, або у випадку,
коли частина навантаженню розташована поза межами цеху.
Застосування цехових ТП, що розташовуються поза межами цеху,
доцільно у наступних випадках:
- при живленні від однієї підстанції декілька цехів;
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 43
- при наявності у цеху вибухонебезпечних виробництв;
- при неможливості розміщення підстанцій на території цеху за
міркуванням виробничого характеру.
Таким чином, розміщуємо нашу ТП однозначно в цеху.
Обрана підстанція повинна займати мінімум корисної площі цеху,
відповідати вимогам електричної та пожарної безпеки, та не створювати
перешкод виробничому процесу.
З урахуванням приведених вище вимог, наявності транспортного
проїзду поблизу розрахованого ЦЕН, а також необхідність зміщення ТП в бік
найбільш потужних електроприймачів , обираємо місця встановлення КТП
поблизу до розрахованого ЦЕН та найбільш потужних споживачів (лист 5
графічної частини).
Обираємо місце розташування відкритої підстанції і трас ПЛ з
урахуванням рози вітрів і переважного їх напрямку (лист 3 графічної
частини).
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 44
3 ВИБІР І ОБҐРУНТУВАННЯ СХЕМИ ЖИВЛЕННЯ ПІДПРИЄМСТВА.
РОЗРАХУНОК ЖИВЛЯЧОЇ МЕРЕЖІ
3.1 Вибір і обґрунтування схеми живлення підприємства
Схема електропостачання показує зв'язок між джерелом живлення та
споживачами електроенергії підприємства
Для підприємств з електричним навантаженням десятки мегават,
прийомними пунктами можуть бути головні понижуючі підстанції (ГПП),
підстанції глибокого вводу (ПГВ) [4, 9].
Для великих енергоємних підприємств з електричним навантаженням
близько 100 – 150 МВт і вище в якості прийомних пунктів можуть бути
використані вузлові розподільчі підстанції (ВРП) з первинною напругою 220
– 500 кВ.
Живлення ГПП, ПГВ, ВРП від мереж енергосистеми повинно
виконуватися не менше ніж по двох лініях, підключеним до незалежних
джерел живлення.
При виході з ладу однієї з живильних ліній, лінії , що залишилися в
роботі, повинні забезпечити все навантаження підприємства. При виході з
ладу одного незалежного джерела живлення, джерело, що залишилися в
роботі, повинне забезпечити живлення всіх електроприймачів I і II категорії,
які необхідні для функціонування основних виробництв.
Вибір конкретної схеми здійснюється за результатом всебічного
аналізу вимог до системи електропостачання, величині, характеру та
особливостей навантаження підприємства, надійності електропостачання,
місцевих умов та інших факторів. Вибір розпочинається с розгляду
можливості застосування різних схем із діючих типових [8], починаючи від
найпростіших «блочних» до більш складних «спрощених» та схем «містків».
Остаточний вибір проводиться на основі техніко-економічного аналізу
порівнянних варіантів.
При виборі головної схеми електропостачання промислового
підприємства основними чинниками є характеристики джерел живлення та
споживачів електроенергії, в першу чергу вимоги до безперебійності
електропостачання з урахуванням можливості забезпечення резервування у
технологічної частині проєкту, вимоги електробезпеки [4].
Вибір типу, потужності та інших параметрів підстанції, а також її
місцезнаходження повинні обумовлюватися значеннями і характером
навантаження та розміщенням їх на генеральному плану підприємства. При
цьому повинні ураховуватися також архітектурно-будівельні і експлуатаційні
вимоги, розміщення технологічного обладнання, умови навколишнього
середовища, вимоги вибухопожежної та екологічної безпеки.
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 45
Схеми електричних з’єднань підстанцій і розподільчих установок
повинні вибиратися виходячи з загальної схеми електропостачання
підприємства і задовольняти наступним вимогам:
– забезпечувати надійність електропостачання споживачів і
перетікання потужності по магістральним зв’язкам у нормальному і після
аварійному режимах;
– ураховувати перспективу розвитку;
– допускати можливість поетапного розширення;
– широко застосовувати елементи автоматизації і вимоги
протиаварійної автоматики;
– забезпечувати можливість проведення ремонтних і експлуатаційних
робіт на окремих елементах схеми без відключення сусідніх приєднаній.
Система електропостачання промислового підприємства повинна
враховувати черговість його спорудження. Подальше будівництво не
повинно порушувати чи знижувати надійність електропостачання діючих
виробництв.
При проєктуванні системи електропостачання промислового
підприємства належить враховувати потребу у електроенергії сторонніх
близько розташованих споживачів.
У об’єктах електропостачання повинні, як правило, застосовувати
комплектне крупноблочне електротехнічне обладнання.
Схемні та конструктивні рішення повинні бути максимально
уніфіковані.
В якості прикладу на рисунках нижче приведені схема РУВН “місток з
вимикачами в колах ліній” (рисунок 3.1) та схема РУВН “місток з
вимикачами в колах трансформаторів і ремонтною перемичкою з боку
трансформаторів” (рисунок 3.2) [1, 8].
Також, для прикладу, якщо в однієї з вказаних схем РУВН встановлено
розрядники, то в іншої – обмежувач перенапруги, що й рекомендовано при
проєктуванні підстанцій, що будуються.
Для використання в ГПП обираємо схему РУ ВН (рис.3.1) “ місток з
вимикачами в колах ліній ” як таку, що найбільш відповідає характеристикам
нашого підприємства.
Розподільча установка РУ 10 (6) кВ виконується закритого типу, має в
більшості випадків одинарну секційну систему шин (при використанні
двообмоточних трансформаторів з розщепленою вторинною обмоткою може
мати подвійну секційну систему шин) і складається з комплектних
розподільчих установок (КРУ).
До складу РУ входять ввідні КРУ, які розташовуються посередині
секції шин, трансформатора власних потреб, шиноз’єднуючого КРУ, для
відгалужень до окремих споживачів (трансформаторів), вимірювальних
трансформаторів. Передбачається встановлення розрядників на стороні
10 (6) кВ, а також резервних КРУ для відгалужень. Електричні схеми типової
розподільчої установки наведена на рисунку 3.3.
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 46
Рисунок 3.1 – Схема РУ ВН
“місток з вимикачами в колах ліній”
Рисунок 3.2 – Схема РУВН “місток з вимикачами в колах
трансформаторів і ремонтною перемичкою з боку трансформаторів”
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 47
Рисунок 3.3 – Схема РУ НН 6 (10) кВ: а) – з однією секціонованою системою шин;
б) – з двома секціонованованими система шин
3.2 Розрахунок перерізу живлячої мережі
Для живлення ГПП (напруга 35, 110 або 220 кВ) в більшості випадків
використовуються повітряні лінії. Кабельні лінії застосовують при
забрудненої атмосфері та інших випадках, передбаченими нормативними
документами.
Вказуються основні вимоги щодо ліній електропередач, яким вони
повинні відповідати згідно діючим нормативам щодо гранично допустимого
нагріву з урахуванням не тільки нормальних, а й післяаварійних режимів, а
також режимів у період ремонту і можливих нерівномірностей розподілу
струмів між лініями. Переріз, що відповідає таким вимогам, визначається
згідно ПУЕ.
Перерізи провідників мають бути перевірено за економічною густиною
струму, а при відповідної напрузі – мають бути перевіреними за умовами
утворення корони. Крім того, перерізи провідників мають бути перевірено,
при необхідності, на мінімальний переріз згідно механічної міцності.
На цьому етапі проєктування попередньо визначається переріз
живлячих ліній (у нашому випадку, повітряних ліній ПЛ). Вихідними даними
служать номінальна напруга Uном РУВН і приблизна потужність SВН ГПП на
стороні ВН ГПП.
Потужність SВН ГПП визначається за формулою (2.17) , у якої
враховано втрати потужності у силових трансформаторах ГПП6
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 48
N 2 N 2
SВН ГПП Ко P0,4 цеху і PT Q0,4 цеху і QT , (3.1)
i i
де PT іQT – втрати відповідно активної і реактивної потужності.
Розрахунковий струм однієї живлячої лінії (А) визначається згідно
виразу
S
І ВН ГПП
розПЛ = Кзав.Л , (3.2)
3 Uном
де Кзав.Л – коефіцієнт завантаження лінії, який залежить від схеми РУНН,
організації роботи ГПП в нормальному, післяаварійному і ремонтному
режимах з врахуванням забезпечення необхідного рівня надійності і
безперебійності електропостачання.
Вибраний стандартний переріз Fст лінії живлення перевіряється на
допустимий струм нагрівання в нормальному режимі, на допустимий струм
післяаварійного режиму, на мінімальний переріз згідно механічної міцності і
мінімальний переріз за умовою корони згідно наступних виразів і умов:
– на допустимий струм в нормальному режимі роботи, А;
ІрозПЛ к Ідоп ,
де Ідоп – допустимий струм вибраного стандартного перерізу, А;
к – коефіцієнт, що враховує фактичну розрахункову температуру
середовища;
– на допустимий струм в післяаварійному режимі (режим
відключення однієї з ліній живлення)
2 ІрозПЛ к кдоп Ідоп.Т ,
де кдоп – допустиме короткочасне перевантаження, кдоп 1,25 ;
– на мінімальний переріз згідно механічної міцності – згідно з
місцем розташування підприємства визначається величина стінки ожеледі за
її товщиною визначається мінімальна площа перерізу;
– на мінімальний переріз за умовою корони – згідно ПУЕ у
залежності від напруги.
Активна і реактивна складова втрат в трансформаторі визначаються за
виразом
PT 0,02 SНН ГПП ,
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 49
QT 0,1SНН ГПП ,
де SНН ГПП – приблизна повна потужність об’єкта, кВА, що визначена нами
за формулою (2.17).
Таким чином
ΔРТ = 0,02 7638,8 152,78 кВт ;
QT 0,17638,8 763,8 квар .
Загальне навантаження об’єкта становить
SВН ГПП 0,9 (6567,9 152,78)2 (3900,5 763,8)2 8180,7 кВ А .
У нашому випадку
8180,7
ІрозПЛ = 43 А .
3 110
Переріз лінії живлення (мм2) визначається виразом
І
F роз ПЛ
ек ,
jек
де jек – нормоване значення економічної густини струму jек = 1,4 А/мм2.
43,0
Fек = 30,7 мм2.
1,4
Розрахунковий економічно вигідний переріз закруглюється до
найближчого стандартного перерізу Fст .
За умовою корони – мінімальний переріз повітряної лінії 110 кВ складає
70 мм2. Таким чином, користуючись проведеними розрахунками, обираємо
для повітряної лінії провід АС-70 [1, 6], для якого Ідоп.Т(АС70) 260 А .
Вибраний переріз лінії живлення перевіряємо на:
– на допустимий струм в нормальному режимі роботи (к – коефіцієнт, що
враховує фактичну розрахункову температуру середовища к 1);
43,0 1260 А ;
– на допустимий струм в післяаварійному режимі (режим відключення
однієї з ліній живлення)
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 50
де кдоп – допустиме короткочасне перевантаження, кдоп 1,25 ;
2 43 86 А 11,25 260 292,5 А ;
– на мінімальний переріз згідно механічної міцності – згідно з місцем
розташування підприємства визначається величина стінки ожеледі за її
товщиною і по 1 визначається мінімальна площа перерізу;
– на мінімальний переріз за умовою корони – мінімальний переріз
повітряної лінії 110 кВ за умовою корони складає 70 мм2 .
Таким чином, користуючись проведеними розрахунками, остаточно
обираємо для повітряної лінії провід АС-70 [1, 6].
3.3 Визначення втрат напруги від системи до ГПП
В залежності від параметрів ЛЕП (повітряних або кабельних ліній), по
яких передається електроенергія від системи до ГПП підприємства, втрати
напруги мають істотно різну величину.
Відмітимо характерні особливості повітряних ліній різного класу
напруги. Для повітряних ліній напругою 110 кВ і вище індуктивний опір Х
повітряної лінії більше активного опору R: X R , причому для ЛЕП
напругою 220 кВ і вище справедливе співвідношення: X R .
Тому при значних довжинах таких ліній або при роботі мереж, що
містять ці елементи, з навантаженнями, близькими до проєктних, значення
кутів зрушення стають великими, як правило, близько 15 25 , зі
збільшенням до 35 55 при збільшеній протяжності ЛЕП або передачі
потужностей, близьких до нормативних по статичній стійкості. У цих
випадках врахування поперечної складової U/ / вносить уточнення в
розрахунки напруги, що істотно перевищують погрішності інформації про
параметри мережі, а тому аналіз електричних режимів повинен виконуватися
з урахуванням поперечної складової падіння напруги.
Для ділянок напругою 110 кВ і менш X R , кут невеликий (менше
2 3 ).
Зв'язок між напругою на початку (напруга джерела живлення) і кінці
ділянки лінії (напруга на РУВН ГПП) знаходиться шляхом традиційних
розрахунків з використання схеми заміщення (рисунок 3.4):
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 51
Рисунок 3.4 – Схема заміщення фази ділянки мережі
На рисунку 3.4 S1, S2 – повна потужність у началі і кінці ділянки
(комплексні значення); Rн , Хн – опір навантаження (активний і
індуктивний).
Повздовжня (по напряму U2ф ) складова падіння напруги в лінії U/
ф
дорівнює [19]:
Uф Iа R Iр X I (R cosXsin) . (3.3)
Поперечна (перпендикулярна до напряму U2ф ) складова падіння
напруги в лінії U/ /
ф
Uф Iа X Iр R I (X cosR sin) . (3.4)
Знаючи складову падіння напругу Uф , можна визначити вектор
напруги на початку ділянки [19]:
Uф1 Uф2 Uф Uф2 Uф jUф ,
Uф2 (I j
aR IpX) j(IaX IpR) Uф1 e
де модуль U1ф цієї напруги :
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 52
Uф1 (Uф2 Uф)2 (Uф )2 (3.5)
та його фаза :
U
arctg ф .
Uф2 Uф
Таким чином, визначено параметри падіння напруги Uф .
«Втрата напруги» Uф , для ділянки електричної мережі:
Uф Uф1 Uф2 (3.6)
Модуль падіння напруги Uф визначається співвідношенням
Uф (Uф)2 (Uф )2 . (3.7)
Векторна діаграма напруги і струму фази ділянки електричної мережі
має наступний вид:
Рисунок 3.5 – Векторна діаграма напруги і струму фази ділянки
електричної мережі
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 53
Враховуючі співвідношення між лінійними і фазними напругами, для
любої кількості ділянок лінії маємо
n
U 3 Uф 3 Ii ri cosi Ii xi sini .
i1
В цьому випадку з достатньою точністю (помилка менше 0,5 %) можна
вважати, що падіння напруги U1дорівнює його поздовжній складовій U/ .
Тоді втрата напруги U приблизно визначається по формулі
PіR Q X P R Q X
U U 3 (Ia R I X) і і і
p ,
Uі Uном
де потужність і напруга відповідають одному і тому ж вузлу або у формулу
підставляється номінальна напруга Uном ділянки.
Повні активний і реактивний опір визначаються за відомими
формулами.
Значення повного активного і реактивного опору для ЛЕП
визначаються за загальним виразом
П П0 L ,
де r0, x0 – значення подовжнього або поперечного параметра,
віднесеного до 1 км лінії протяжністю L, км (погонний опір).
Індуктивний опір, віднесений до 1 км лінії, визначається по емпіричній
формулі, Ом/км
D
X0 0,144 lg cp 0,0157 Х/
0 Х/ /
0 ,
rдр
де Dcp – середньогеометрична відстань між фазами;
rдр – радіус проводу;
– магнітна проникність матеріалу проводу. Для кольорових металів –
1, для сталі – 1.
Величина середньогеометричної відстані між фазними проводами Dcp ,
(жилами) залежить від розташування фазних проводів (шин) (параметра Dij і
визначається з формули
D 3
cp D12 D13 D23 , м.
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 54
Фази ПЛ можуть розташовуватися горизонтально або по вершинах
трикутника; фазні шини струмопроводів – в горизонтальній або вертикальній
площині, жили трижильного кабелю – по вершинах рівностороннього
трикутника. (Значення Dcp і rпр повинні мати однакову розмірність).
За відсутності довідкових даних фактичний радіус багатопровідних
проводів rпр можна визначити по сумарній площі перерізу струмоведучої і
сталевій частині проводу (Fcт ), збільшивши його з урахуванням скручування
на 15 – 20 %, тобто
rпр
F F
1,151,20 cт .
Активний погонний опір лінії визначається по формулі, Ом/км
R0 ,
F
де – питомий активний опір матеріалу проводу, Ом мм2/км;
F – переріз фазного проводу(жили), мм2 .
Для технічного алюмінію залежно від його марки можна прийняти
29,531,5 Ом мм2 / км , для міді 18,0 19,0 Ом мм2 / км .
Для визначення складових струму використовують відомі
співвідношення:
P
I і
a ; Ip
Qі (3.8)
3 Uі 3 Uі
Проєктна потужність підприємства:
Pi 6567,9 кВт; Qі 4540,5 квар.
R0 = 0,34 Ом/км, X0 =0,318 Ом/км при Dср = 0,8 м.
Тоді для ділянки мережі:
R R0 L , R 0,3434=11,6 Ом,
X X0 L , X = 0,31834=10,8 Ом.
Активну і реактивну складові струму обчислимо за формулами (3.8):
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 55
6567,9 103
Ia 34,5 A ;
3 110 103
3900,5 103
Ip 20,5 A .
3 110 103
Використовуючи формули (3.3) і (3.4) визначимо подовжню і поперечну
складові падіння напруги:
Uф 34,5 11,6 20,5 10,8 621,6 В;
U 34,5 11,6 20,5 10,8 178,8 В.
Модуль напруги на початку ділянки визначимо за формулою (3.5):
Uф1 (110 0,622)2 106 (0,18)2 106 110,6 кВ.
Модуль падіння напруги Uф визначається співвідношенням (3.7)
Uф (0,622)2 106 (0,18)2 106 647,5 В.
Втрата напруга розраховується за співвідношенням (3.6)
Uф 110,6 103 110,0 103 600 В.
Відносні втрати напруги від системи до ГПП підприємства при
проєктної потужності Pi 6916,2 кВт; Qі 4540,5 квар. складає
U
U% ф
%.
Uном
600
U % 100 0,5% .
110 103
Таким чином, вибрані параметри повітряних ліній здатні практично без
втрат напруги передавати розрахункову потужність на підприємство.
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 56
4 ВИБІР ТРАНСФОРМАТОРІВ І ЗАСОБІВ КОМПЕНСАЦІЇ
РЕАКТИВНОЇ ПОТУЖНОСТІ
4.1 Вибір трансформаторів ГПП
Трансформатори ГПП повинні забезпечити надійне електропостачання
в нормальному, аварійному і післяаварійному режимі [4, 9].
Як розрахункова потужність приймається максимальна потужність з
врахуванням втрат в трансформаторах, активна і реактивна складова втрат в
трансформаторі визначаються за виразом
РТ 0,02 Sпр;
QТ 0,1Sпр ,
де Sпp(6 ст.) – приблизна повна потужність об’єкта, що визначається на 6
ступені, кВА.
Таким чином, загальне навантаження об’єкта визначається виразом
(2.17), у якому враховано втрати потужності в трансформаторах:
n 2 2
n
Snp(6 ст.) КО P PТ Q QТ SВН ГПП .
i1 i1
Попередньо обрана потужність SТпр кожного з двох трансформаторів
ГПП оцінюється згідно виразу [6, 17]
S
S np(6 ст.)
Т пр . (4.1)
2 0,7
По отриманому значенню потужності вибирається номінальна
потужність трансформатора Sном Т . Якщо різниця між потужностями SТпр і
Sном Т незначна 10 % , то для розгляду приймається один варіант, в
іншому випадку розглядається варіант з більшою і меншою стандартною
потужністю трансформатора відносноSТпр .
Для перевірки трансформатора на перевантажувальну здатність в
післяаварійному режимі (аварійне відключення одного з двох
трансформаторів) використовується упорядкований типовий графік
навантаження, в якому максимальне навантаження буде відповідати Sпp(6 ст.)
об’єкта, згідно чого робиться масштаб по вісі навантажень (рисунок 4.1).
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 57
S кВА
9000
8500
Sмакс
8000
8181
7500
7000 7363
6500 Sн.тр
6545
6000
5500 5886
5726
5000
4500 4908 4908
4000
4090
3500
3000 3272 3272 3272
2500
2454 2454
2000
1500
1000
500
0
1 2 4 5 6 8 11 14 16 19 22 23 24
t год
Рисунок 4.1 – Типовий упорядкований графік навантаження для вибору
трансформаторів ГПП
Коефіцієнт початкового завантаження трансформатора рахується за
формулою
n
(S2
i ti )
1
К i1
1 ,
S n
ном Т ti
i1
(3,27 1) (2,45 1) (2,45 2) (3,27 1) (5,88 1)
1
(5,72 3) (4,9 3) (4,9 3) (4,09 1) (3,27 1)
К
1 0,66 .
6,3 (11 2 11 3 3 311)
де Sном Т – номінальна потужність трансформатора, МВА;
n – кількість ступенів потужності графіка навантаження трансформатора,
за яких навантаження менше або дорівнює номінальному трансформатора;
ti – проміжки часу, у які навантажувальна потужність не перевищує
потужність трансформатора, год.;
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 58
Si – потужності, що відповідають цим проміжкам часу ti , МВА.
Коефіцієнт перевантаження трансформатора K2 визначається за більшим
значенням із двох величин K /
2 та K / /
2 .
Величина K /
2 обчислюється за формулою
m
(S2
i ti )
К / 1
i1
2 ,
S m
ном Т ti
i1
` 1 ((7,36 2) (6,54 2) (8,18 3))
К2 0,43 .
6,3 (2 2 3)
де m – число ступенів потужності графіка навантаження, за яких його
навантаження більше від номінальної потужності трансформатора.
Величина K / /
2 визначається за виразом
/ / 0,9 S
К np(6 ст.)
2 .
Sном Т
`` 0,9 8180,7
К2 1,17 .
6300
Згідно даного типу трансформатора при відомій температурі
охолоджувального середовища та коефіцієнту початкового навантаження К1
за допомогою таблиць визначається допустиме систематичне
перевантаження К2 доп . Робота трансформатора допускається із
систематичним перевантаженням, коли виконується умова К2 доп К2 .
На основі розрахунків приймається номінальна потужність
трансформатора і вказуються його параметри.
У післяаварійному режимі (при вимиканні одного з двох
трансформаторів) для надійного електропостачання усіх або значної частини
споживачів ПС передбачається живлення від трансформатора, який
залишився у роботі, в межах допустимого перевантаження.
Таким чином, якщо на ГПП два трансформатора, то номінальна
потужність Sном.т кожного з них має відповідати двом умовам.
По-перше, номінальна потужність одного з них не повинна бути менше
половини розрахункового повного навантаження Snp(6 ст.) тому що в разі
аварійного вимикання одного з трансформаторів і автоматичним вмиканням
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 59
секційного вимикача РУ НН, інший трансформатор бере на себе все
навантаження підстанції. Цю умову можна записати так:
S
S np(6 ст.)
номТ .
2
По-друге, повинна також виконуватися умова
S
S np(6 ст.).а
ном Т ,
К2.а
де Snp(6 ст.).а – розрахункове повне навантаження у після аварійному режимі
для даного конкретного підприємства з врахуванням можливого обмеження
навантаження у цьому режимі;
К2.а – коефіцієнт, який визначає величину допустимого перевантаження
залежно від тривалості перевантаження, температури повітря та величини
попереднього навантаження. У загальному випадку використовують
нормативну документацію, експлуатаційну документацію на трансформатор.
Для визначення навантажувальної здатності проводять розрахунки за
допомогою відповідних програм на ЕОМ.
Номінальна потужність кожного з двох трансформаторів ГПП попередньо
оцінюється згідно виразу (4.1):
Отже
8180,7
SТ пр 5843,4 кВ А .
2 0,7
Попередньо вибираємо трансформатор ТМН–6300/110 із номінальними
параметрами: Sном Т =6,3 МВ А , Uном В=115 кВ, Uном Н =11кВ, UКЗ=10,5%,
ΔРХХ = 10 кВт, ΔРКЗ= 44 кВт .
Для перевірки трансформатора на перевантажувальну здатність в
післяаварійному режимі (аварійне відключення одного з двох
трансформаторів) використовується упорядкований типовий графік
навантаження [10], в якому максимальне навантаження буде відповідати Sроз
об’єкта, згідно чого робиться масштаб по вісі навантажень (рисунок 4.1).
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 60
4.2 Вибір числа та потужності цехових трансформаторів з
врахуванням компенсації реактивної потужності
Кількість трансформаторів цехової ТП визначається, в основному,
вимогами надійності живлення споживачів [3, 4, 6,].
Кількість трансформаторів цехової підстанції вибирають з урахуванням
вимог щодо забезпечення необхідного ступеня надійності електропостачання
споживачів.
Визначальними факторами при виборі одиничної потужності
трансформатора є витрати на живлючу мережу 0,4 кВ, витрати потужності в
живлячій мережі і в трансформаторах, витрати на будівельну частину ТП.
Допускається при визначенні одиничної потужності цехового
трансформатора користуватися наступними критеріями [9]:
– при питомій густині навантаження до 0,2 кВА/м2 – 1000, 1600 кВА;
– при питомій густині навантаження 0,2–0,5 кВА/м2 – 1600 кВА;
– при питомій густині навантаження більше 0,5 кВА/м2 – 2500,
1600 кВА, (питома густина навантаження визначається за формулою
S
max
S , кВА/м2 ,
F
де Smax – максимальне навантаження цеху, кВА;
F – площа цеху, м2).
Попередньо обираються можливі варіанти потужності трансформаторів
ТП з урахуванням допустимого перевантаження в робочому і після
аварійному режимах.
Згідно [4, 9] рекомендується застосовувати наступні коефіцієнти
завантаження трансформаторів:
– якщо навантаження переважно ІІ категорії, для двотрансформаторної
ТП коефіцієнти завантаження кзаван =0,65–0,7;
– якщо навантаження переважно ІІ категорії і має місця взаємне
резервування на вторинної напрузі, кзаван =0,7–0,8;
– якщо навантаження переважно ІІ категорії і наявності складського
резерву трансформаторів, а також при навантаженнях ІІІ категорії,
кзаван 0,9 0,95 .
Вибір числа і економічної потужності цехових трансформаторів
здійснюється одночасно з вибором низьковольтних батарей конденсаторів
(НБК) у такій послідовності.
Вибирається економічне оптимальне число цехових трансформаторів
NT.E. та економічне оптимальне значення потужності НБК QНК1.
Визначається додаткова потужність НБК QНК2 з метою оптимального
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 61
зниження втрат потужності в трансформаторах та в мережі напругою
10 (6) кВ.
Обираємо попередньо потужність трансформатору нашої цехової ТП,
користуючись співвідношенням
S
S ТП 578,4
приб T 413,1 кВ∙А.
2 0,7 1,4
Таким чином, номінальна потужність обраного трансформатору
складає
Sном T =630 кВ∙А.
Вибір числа і економічної потужності цехових трансформаторів
здійснюється одночасно з вибором низьковольтних батарей конденсаторів
(НБК) у такій послідовності.
Вибирається економічне оптимальне число цехових трансформаторів
NT.E. та економічне оптимальне значення потужності НБК QHK1.
Визначається додаткова потужність НБК QHK2 з метою оптимального
зниження втрат потужності в трансформаторах та в мережі напругою
10 (6) кВ.
Сумарна розрахункова потужність батарей конденсаторів складе
QHK Q Q . (4.2)
сум HK1 HK2
Мінімальне число цехових трансформаторів Nmin однакової
потужності Sном Т , що призначені для живлення технологічно зв`язаних
навантажень:
P
N max
min N,
кзаван Sном T
де Pmax – максимальне активне навантаження даної групи трансформаторів,
кВт (для нашого випадку Pmax Ppоз 0,4 цеху ) ;
кзаван – коефіцієнт завантаження трансформатора, для
двотрансформаторних підстанцій приймається 0,7 – 0,75, для
однотрансформаторних – 0,95;
Sном T – номінальна потужність трансформатора, кВА;
N – дробовий доданок до найближчого цілого числа.
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 62
529,8
Nmin 0 1,12 1 шт.
0,75 630
Економічна кількість трансформаторів Nе знаходиться за виразом
Nе Nmin m ,
де m – додаткова кількість трансформаторів, яка визначається згідно [3, 6] у
функції Nmin і N .
Nе 2 0 2 шт,
За рахунок N та m з`являється некомпенсована потужність Qmax T ,
яка передаватиметься через трансформатори в мережу 0,4 кВ, визначається
вона за формулою
2
Q 2
max T Nе кзаван.ф Sном T Рmax .
S
де кзаван.ф – фактичний коефіцієнт завантаження, к ТП
заван.ф .
Ne Sном T
578,4
кзаван.ф 0,92 .
1630
У такому разі
Qmax.T = (10,92 630)2 - 529,82 232,2 квар .
Сумарна потужність батарей статичних низьковольтних конденсаторів
QHK1 складе:
QHK1 Qmax Q ,
0,4 max T
де Qmax – сумарна реактивна потужність напругою 0,4 кВ за найбільш
0,4
завантажену зміну, квар.
QHK1 300,1- 232,2 67,9 квар .
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 63
При QHK1 0 встановлювати батареї на першому етапі розрахунку не
потрібно. У нашому випадку QHK1 0 квар, тобто встановлювати батареї не
потрібно.
Додаткова потужність статичних конденсаторів QHK2 з врахуванням
оптимального зниження втрат потужності визначається за формулою [6]
QHK2 Qmax Q N S ,
0,4 HK1 е ном Т
де – розрахунковий коефіцієнт, який визначається у функції показників
K1, K2 , схеми та напруги високовольтної розподільчої мережі.
Показник К1 характеризує відношення питомих витрат на низько- та
високовольтні конденсатори і в практичних розрахунках для енергетичної
системи України при кількості робочих змін 3 дорівнює 11, при двозмінній
роботі – 12, однозмінній – 24.
Показник К2 враховує віддаленість ТП від РП ГПП та потужність
трансформаторів. Його чисельне значення беруть згідно з даними [6].
Q _ _
HK2 300,1 67,9 (0,18 1630) 118,8 квар.
Якщо в розрахунках отримаємо, що QНК2 0 , тоді додатково
встановлювати конденсаторні батареї не потрібно.
Сумарна розрахункова потужність батарей конденсаторів згідно
формули (4.2) складає
QHK 67,9 118,8 186,7 квар.
сум
Таким чином, за результатами розрахунків обираємо одну комплектну
конденсаторну установку марки ККУ-04-200-10-21У3 потужністю 200 квар і
напругою живлення 0,4 кВ.
4.3 Компенсація реактивної потужності на підприємстві
Транспортування електроенергії здійснюють за рахунок витрати певної
частини самої продукції, тому втрати електричної енергії при її передачі
неминучі.
Крім цих «необхідних технологічних витрат» у всіх елементах системи
електропостачання виникають суттєві додаткові втрати активної потужності і
енергії, що обумовлені завантаженням їх реактивною потужністю, яка
передається споживачам по лініях електропередачі.
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 64
Заходи з компенсації реактивної потужності застосовують на основі
техніко-економічних розрахунків, виконаних комплексно на базі єдиного
перспективного плану розвитку даного району з урахуванням балансу
реактивної потужності, виходячи із допустимих меж коливань напруги та
спотворення форм кривої напруги і струму, встановлених за ДСТУ EN 50160.
Вибір засобів компенсації повинен виконуватися одночасно з вибором
усіх елементів живлячої і розподільної електричної мережі для нормального і
післяаварійного режимів роботи [10].
В якості засобів компенсації реактивної потужності приймають батареї
низьковольтних і високовольтних конденсаторів напругою 0,4 кВ і 6 (10) кВ
відповідно та синхронні електродвигуни 6 (10) кВ, статичних тиристорних
компенсаторів.
Під час вибору компенсуючого пристрою потрібно враховувати:
– забезпечення допустимих навантажень елементів електричної мережі
і трансформаторів;
– використання компенсуючого пристрою в якості одного із засобів
забезпечення якості електроенергії в електричній мережі;
– забезпечення балансу і обумовленого резерву реактивної потужності
в вузлах мережі за наявністю джерел реактивної потужності в допустимих
межах;
– забезпечення статичної стійкості роботи мереж і ЕП.
Вибір компенсуючих пристроїв виконують одночасно з вибором інших
основних елементів системи електропостачання підприємства з урахуванням
динаміки зростання ЕН і постійного розвитку системи. Вибір виконують на
основі наступних початкових даних:
– максимальних, мінімальних і після аварійних режимів реактивних
потужностей, які споживають ЕП підприємства;
– технічних умов енергосистем з вказаною величиною реактивної
потужності, яка передається із мережі енергосистем в мережу підприємства в
режимі найбільших активних навантажень енергосистеми.
Під час вибору компенсуючого пристрою потрібно:
– визначати доцільну ступінь використання реактивної потужності
генераторів власних електростанцій підприємства і синхронних двигунів в
мережах на напругу до 1000 В і вище;
– враховувати реактивну потужність, що генерується силовими
трансформаторами, ПЛ, струмопроводом і КЛ напругою вище 20 кВ, а також
КЛ напругою 6 (10) кВ значної протяжності;
– розглядати доцільність застосування для компенсації реактивної
потужності перетворювальних установок, спеціальних засобів компенсації.
Для підприємств з великою нерівномірністю графіків навантажень
передбачається автоматичне регулювання:
– збудження синхронних електродвигунів;
– потужності частин конденсаторних батарей в залежності від режиму
роботи системи електропостачання;
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 65
Кількості і потужності нерегульованих конденсаторних батарей
приймають за найменшим реактивним навантаженням електричної мережі
підприємства.
Кількість і потужність ступенів регулювання конденсаторних
установок визначають в відповідності з графіком навантажень та з
урахуванням технічних умов енергосистем.
Як правило, слід застосовувати дво- або триступеневе регулювання
конденсаторних батарей з розподілом їх на секції однакової потужності. У
разі невеликої різниці в навантаженнях двох денних змін слід застосовувати
двоступеневе регулювання.
В необхідних випадках для збільшення кількості ступенів регулювання
допускають застосовувати секції компенсуючих пристроїв різної потужності.
У разі наявності на підприємстві декількох конденсаторних установок
застосовується багатоступеневе регулювання сумарної реактивної
потужності, яка генерується усіма конденсаторними установками
підприємства, шляхом різночасного увімкнення окремих батарей у
відповідності з графіком навантаження.
Розподіл компенсуючих пристроїв на різних ступенях системи
електропостачання виконується на підставі ТЕР. Найбільший економічний
ефект забезпечується розташуванням цих засобів близько від ЕП з
найбільшим споживанням реактивної потужності.
Конденсаторні батареї напругою до 1000 В встановлюють, як правило,
в цеху біля розподільчих пунктів або приєднувати до магістральних
шинопроводів.
Централізована установка конденсаторів напругою до 1000 В на ТП
або на головній дільниці магістрального шино проводу допускають лише в
тих випадках, коли установка конденсаторів в цеху можлива за умовами
пожежної безпеки.
Згідно рекомендацій [10] для типового розміщення електроприймачів у
цеху, практично рівномірної густині навантаження, відсутності РП високої
напруги, приймаємо схеми компенсації з розташуванням засобів компенсації
(конденсаторних батарей) на шинах цехової підстанції.
Параметри КУ у інших цехах приведено у таблиці 4.1 – Вибір кількості
та потужності цехових трансформаторів та НКБ
Установку конденсаторів напругою 6 (10) кВ передбачають:
– на цехових підстанціях, які мають РУ на напругу 6 (10) кВ;
– на розосереджених ПГУ або ГПП, безпосередньо від яких
виконується розподіл електроенергії між цеховими підстанціями.
Індивідуальна компенсація може бути допущена як виключення у
потужних ЕП з низьким коефіцієнтом потужності та з великою кількістю
годин роботи на рік.
У разі ввімкнення конденсаторних батарей до мереж з джерелами
вищих гармонік потрібно перевіряти вірогідність перенавантаження
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 66
конденсаторів струмом в розрядженому або близьких до цього режимах і
застосовувати необхідні заходи з їх усунення.
Компенсація реактивної потужності є невід’ємною частиною завдання
електропостачання підприємства. Компенсація реактивної потужності
одночасно з поліпшенням якості електроенергії у мережах промислових
підприємств є одним з основних способів скорочення втрат електроенергії.
Вибір потужності засобів компенсації відбувається згідно [10].
При виборі засобів компенсації реактивної потужності вихідними
даними є максимальна реактивна потужність Qmах та вхідна реактивна
потужність Qек , що погоджена з енергопостачальною організацією на межі
балансової приналежності.
Максимальна реактивна потужність Qвк на шинах розподільчої
установки 10 кВ підстанції, яка повинна бути скомпенсована
високовольтними батареями статичних конденсаторів, визначається за
виразом
Qвк кнс Qmax Qт - Qек - Qнк.ф ,
де кнс – коефіцієнт, що враховує неспівпадання за часом найбільшого
навантаження промислового підприємства з максимумом навантаження
енергосистеми (чисельні значення коефіцієнту кнс визначаються за
довідковими даними);
Qmax – розрахункова реактивна потужність підприємства, квар;
Qт – сумарна втрата реактивної потужності в трансформаторах, квар;
Qек – економічна узгоджена реактивна потужність з енергосистемою в
часи її максимуму навантаження, квар;
Qнк.ф – сумарна встановлена потужність низьковольтних
конденсаторів, квар (таблиця 4.1).
Згідно отриманого значення приймаються до встановлення за
довідковими даними високовольтні конденсаторні установки з потужністю,
що дорівнює розрахунковому значенню, поділеному на кількість секцій шин
підстанції, що проєктується.
З енергосистемою узгоджено Qек = 517,2 квар.
Qвк 0,92 3900,5 763,8 517,2 2035 1800 квар .
Згідно отриманого значення приймаємо до встановлення високовольтні
конденсаторні установки з потужністю, що дорівнює розрахунковому
значенню, поділеному на кількість секцій підстанції, а саме: дві
конденсаторні установки марки УКЛ-10,5-900 У3.
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 67
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 68
5 ВИБІР СХЕМИ ВНУТРІШНЬОЗАВОДСЬКОГО
ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ НАПРУГОЮ 10 кВ
5.1 Вибір і обґрунтування схеми і конструкції
внутрішньозаводської мережі
Вибір способу позацехового електропостачання слід виконувати на
підставі техніко-економічних розрахунків порівнянних варіантів по мінімуму
приведених витрат з урахуванням трудовитрат при виробництві
електромонтажних робіт.
Нами враховані наступні фактори:
– надійності і зручності експлуатації (ремонтоздатність, додаткова
прокладка ліній),
– ступінь забрудненості повітря, грунту,
– щільність забудови проммайданчика, рівень грунтових вод,
– розміщення технологічних, транспортних та інших комунікацій,
– вимоги пожежної безпеки,
– перспективу розвитку мережі тощо.
Внутрішньозаводський розподіл електроенергії виконують
магістральною, радіальною або змішаною схемами [3, 6, 13]. Вибір схеми
визначається категорією надійності споживачів електроенергії, їх
територіальнім розміщенням, особливостями режимів роботи.
Одноступеневі радіальні схеми застосовують на невеликих та середніх за
потужністю підприємствах, розташованих у різних напрямках від ГПП.
Радіальні схеми забезпечують глибоке секціонування усієї системи
електропостачання, від джерела живлення до збірних шин цехових
підстанцій.
Живлення потужних підстанцій або розподільчих пунктів здійснюється
не менш чім двома радіальними лініями, що відходять від різних секцій
джерела живлення.
Окремо розташовані однотрансформаторні підстанції потужністю 400–
630 кВ·А одержують живлення по одиночним радіальним лініям без
резервування, якщо відсутні споживачі І та ІІ категорій і по умовам
прокладки ліній можливий її швидкий ремонт. Якщо відокремлені підстанції
мають споживачів ІІ категорії, їх живлення повинно здійснюватися
двокабельною лінією з роз’єднувачами на кожному кабелі.
Радіальна схема розподілу електричної енергії має декілька і переваг
перед магістральною: високу надійність і простоту в експлуатації і
обслуговуванні, безпеку роботи.
Недоліками радіальних схем є: мала економічність внаслідок значних витрат
провідникового матеріалу; необхідність в додаткових площах для
розміщення силових РП; обмежена гнучкість мережі при переміщенні
технологічних механізмів яке пов'язане зі зміною технологічного процесу.
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 69
Магістральні схеми з розподільчими шинопроводами застосовуються
при живленні споживачів, які виконують одну технологічну функцію, або при
рівномірному розміщенні споживачів по площі цеху. В таких схемах в якості
живлячих провідників застосовують шинопроводи, кабелі і проводи.
Магістральні схеми розподілу електричної енергії забезпечують
споживачам під'єднання до любої точки магістралі. Магістралі можуть
поєднуватись до РУ підстанції, до силових РП, або безпосередньо до
трансформаторів.
До переваг магістральних схем слід віднести спрощення щитів
підстанцій; висока гнучкість мережі, яка дає можливість переміщувати
технологічне устаткування без переобладнання мережі; використання
уніфікованих елементів, які дозволяють вести монтаж індустріальними
способами.
Магістральна схема менш надійна , ніж радіальна, так як при зникненні
напруги на магістралі всі під'єднані до неї споживачі втрачають живлення.
З урахуванням особливості розташування цехів відносно ГПП,
категорії надійності споживачів, обираємо радіальну схему, приклад якої
наведено на рисунку 5.1.
Рисунок 5.1 – Одноступенева радіальна схема розподілення
електроенергії
5.2 Розрахунок перерізу розподільчих мереж
Переріз жил кабелів напругою 10 кВ вибирають за економічною
густиною струму з перевіркою на умови нагріву довготривалим
розрахунковим струмом в нормальному та післяаварійному режимах, на
допустиму втрату напруги і на термічну стійкість до струмів короткого
замикання.
При визначенні перерізу жил кабелів для живлення цехових ТП за
розрахункову потужність кожного трансформатора приймають максимальне
навантаження ( Рmax 10 і Qmax 10 ) з врахуванням втрат потужності в
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 70
трансформаторі. Втрати активної Рт та реактивної Qт потужності в
трансформаторі з достатньою для практики точністю приймають рівними
відповідно 2 % и 10 % повної максимальної потужності із сторони низької
напруги трансформатора
Рmax 10 = Рроз 0,4+ РТ = Рроз 0,4+ 0,02 Sном Т ; (5.1)
Qmax 10= Qроз 0,4 + QТ = Qроз 0,4+ 0,1Sном Т , (5.2)
де Рроз 0,4, Qроз 0,4 – розрахункові навантаження на стороні 0,4 кВ (активне,
реактивне).
Розрахункову потужність лінії з урахування електричної схеми
живлення визначаємо за співвідношенням
S Л =
i 2
Рmax 10 і + Qmax 10 і 2 ,
де Рmax 10 і , Qmax 10 і – відповідно розрахункова активна і реактивна
потужність лінії і-ого трансформатора з врахуванням втрат в
трансформаторах, що розраховані за співвідношеннями %, 5.1 – 5.2).
Розраховані дані заносимо у таблицю 5.1.
Таблиця 5.1 – Розрахунок електричних навантажень на стороні 10 кВ ТП
Рроз 0,4 Q
ТП роз 0,4 Sном Т , Рmax 10 , Qmax 10 , S Л ,
квар кВ·А кВт квар кВ·А
кВт
1 2 3 4 5 6 7 8
ТП-1 2 1089,4 620,6 1000 1109,4 720,6 1089,4
ТП-2 1 529,8 300,1 630 542,4 363,1 529,8
ТП-3 2 761,6 438,4 630 774,2 501,4 761,6
ТП-4 2 470,3 280,3 400 478,3 320,3 470,3
ТП-5 2 1031,3 620,5 1000 1051,3 720,5 1031,3
ТП-6 2 1333,9 789,4 1000 1353,9 889,4 1333,9
ТП-7 1 479,6 250 630 492,2 313 479,6
ТП-8 2 872 601,3 1000 892 701,3 872
Розрахунковий струм у кабельної лінії на кожної ділянки (ГПП–ТП) в
нормальному режимі визначається як
SЛ
I і
роз, Л = .
і 3 Uном
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 71
Кількість т-рів
шт
Для цеху, який обрано у якості прикладу
652,7
Iроз Л (ГППТП2 ) 37,7 А .
3 10
Розраховані таким чином значення струму заносимо у таблицю 5.2
(графа 4).
Згідно економічної густини струму j ек визначаємо стандартний
переріз Fек кабельної лінії, по якому визначається тривалий допустимий
струм Ідоп , значення якого заносимо у графу 6 таблиці 5.2.
Iроз, Лі 37,7
F 2
ек = 26,9мм .
j ек 1,4
Обираємо переріз кабелів для лінії (ГПП – ТП2) 25 мм2.
За допомогою отриманих даних обираємо згідно каталогу [19]
трижильний алюмінієвий кабель в свинцевій оболонці типу АСБГ (3×16),
Іном каб = 75 А .
Виконуємо перевірку обраного кабелю на допустимий струм в
нормальному режимі роботи за співвідношенням [1]
Іроз, Л Ідоп К1 К2 ,
де К1 – поправний коефіцієнт, що залежить від температури землі та повітря
К1 1,05 ;
К2 – поправний коефіцієнт, що залежить від кількості числа кабелів
прокладених паралельно К2 0,90 ;
Ідоп – тривалий допустимий струм на один кабель в нормальних умовах.
37,7 75 1,05 0,9 70,9 А .
Перевірка на допустимий струм в післяаварійному режимі відбувається
за виразом
2 Іроз Л Ідоп К1 К2 К3 ,
де К3 – допустиме короткочасне перевантаження кабельної лінії К3 1,25 .
Для нашого випадку
2 37,7 75 1,04 0,87 1,25 84,8 А ,
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 72
тобто умова виконується.
Втрата напруги в лінії в нормальному режимі роботи повинна бути не
більш 5% Uном і визначається за виразом [6]:
ΔU= 3 Iроз Л LКЛ rо cos + xо sin ,
де LКЛ – довжина лінії, км;
ro , xo – відповідно питомий активний і реактивний опір лінії, Ом/км;
cos – коефіцієнт потужності навантаження лінії.
Значення cos та sin знаходимо з відомого співвідношення,
використовуючи дані таблиці 5.1 для відповідної кабельної лінії, наприклад:
542,4
cosφ = 0,83, sin 1 cos2 1 0,832 0,55.
652,7
Втрата напруги в кабельній лінії, що розглядається в якості прикладу,
буде
U 3 37,7 0,21 (2,4 0,83 0,084 0,55) 28 В.
Таким чином, умова виконується, так як
ΔU 28 0,05 Uном 52 В
Аналогічно виконуємо розрахунки для інших кабельних ліній,
обираємо за довідковими даними та заносимо їх в таблицю 5.2.
Таблиця 5.2 – Вибір перерізу кабельних ліній напругою 10 кВ
Прий
Ділянка LКЛ , SЛ , Iроз Л , Fек , Ідоп , нята
Марка кабелю
кабелю м кВА А мм2 А F ,
мм2
1 2 3 4 5 6 7 8
ГПП-ТП1 221 1322,9 76,5 54,6 140 50 АСБГ(3×50)
ГПП-ТП2 210 652,7 37,7 26,9 75 16 АСБГ(3×16)
ГПП-ТП3 170 922,4 53,3 38,1 115 35 АСБГ(3×35)
ГПП-ТП4 130 575,6 33,3 23,8 75 16 АСБГ(3×16)
ГПП-ТП5 210 1274,5 73,7 52,6 140 50 АСБГ(3×50)
ГПП-ТП6 160 1619,9 93,6 66,9 205 95 АСБГ(3×95)
ГПП-ТП7 140 583,3 33,7 24,1 75 16 АСБГ(3×16)
ГПП-ТП8 200 1134,6 65,6 46,9 140 50 АСБГ(3×50)
ГПП-ТП9 10 900 52 37,1 115 35 АСБГ(3×35)
ГПП-БСК10 221 1322,9 76,5 54,6 140 50 АСБГ(3×50)
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 73
6 РОЗРАХУНОК СТРУМІВ КОРОТКОГО ЗАМИКАННЯ В МЕРЕЖАХ
ВИЩЕ 1000 В
Розрахунок електромагнітних перехідних процесів у СЕП при коротких
замиканнях, як найбільш характерних збудженнях, має важливе значення для
проєктування та експлуатації. Такий розрахунок передбачає знаходження
значень струму та інших параметрів режиму КЗ у точці виникнення КЗ або в
інших точках СЕП чи вітках мережі при заданих умовах. Розрахунки режиму
КЗ необхідні для вирішення таких завдань[1]:
• виявлення умов роботи споживачів енергії при можливих КЗ та
допустимості того чи іншого режиму;
• вибір та перевірка електроустаткування за умов КЗ;
• проєктування і налагодження засобів релейного захисту та
системної автоматики, вибір запобіжних пристроїв автоматичних
комутаційних апаратів;
• зіставлення, оцінка та вибір схем електричних з'єднань СЕП;
• координація і оптимізація значень струмів та потужності КЗ;
• оцінка стійкості режиму СЕП та її вузлів навантаження;
• проєктування заземлювальних пристроїв;
• визначення впливу струмів КЗ на лінії зв'язку;
• вибір розрядників для захисту електроустановок від перенапруги;
• аналіз аварій в електроустановках;
• проведення різних випробувань у СЕП.
Розрахункову схему СЕП можна безпосередньо використовувати для
обчислення струмів КЗ аналітичними методами. При цьому вважають, що КЗ
– симетричне і перехідний процес аналізується в одній фазі. Для цього
здійснюють перехід від розрахункової схеми до схеми заміщення, суть якого
– в заміні окремих елементів електричними еквівалентами, з'єднаними у
такій же послідовності.
Розрахунок ведеться згідно Держстандарту [11].
Основною причиною порушення нормального режиму роботи СЕП є
виникнення короткого замикання в мережі або в елементах
електрообладнання внаслідок пошкодження ізоляції або неправильних дій
обслуговуючого персоналу.
Загалом для СЕП великих підприємств урахування явищ, що
характеризують процес КЗ, при розрахунку параметрів режиму – справа
трудомістка. Точне визначення струмів та напруг КЗ являє собою громіздке
завдання, розв'язуване з використанням методів розрахунку, орієнтованих на
застосування засобів обчислювальної техніки.
Для вирішення більшості практичних завдань проєктування та
експлуатації СЕП допустима деяка похибка у визначенні струмів КЗ,
значення якої необхідно співвідносити з цільовим призначенням розрахунку.
Тому можливе введення низки обмежень та припущень, що ідеалізують та
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 74
спрощують опис процесу КЗ і дають змогу використовувати уточнені або
спрощені методи розрахунку.
6.1 Вихідні дані для розрахунків
Загалом для СЕП великих підприємств урахування явищ, що
характеризують процес КЗ, при розрахунку параметрів режиму – справа
трудомістка. Точне визначення струмів та напруг КЗ являє собою громіздке
завдання, розв'язуване з використанням методів розрахунку, орієнтованих на
застосування засобів обчислювальної техніки.
Для вирішення більшості практичних завдань проєктування та
експлуатації СЕП допустима деяка похибка у визначенні струмів КЗ,
значення якої необхідно співвідносити з цільовим призначенням розрахунку.
Тому можливе введення низки обмежень та припущень, що ідеалізують та
спрощують опис процесу КЗ і дають змогу використовувати уточнені або
спрощені методи розрахунку.
Розрахункову схему СЕП можна безпосередньо використовувати для
обчислення струмів КЗ аналітичними методами. Вона містить реальні
елементи (на різних ступенях напруги) з електромагнітними зв'язками,
опорами втрат і розсіювання. З можливістю застосування методів теорії
електричних кіл у розрахунках струмів КЗ схему СЕП слід подавати у
вигляді електричного контуру. При цьому вважають, що КЗ – симетричне і
перехідний процес аналізується в одній фазі. Для цього здійснюють перехід
від розрахункової схеми до схеми заміщення, суть якого – в заміні окремих
елементів електричними еквівалентами, з'єднаними у такій же послідовності.
Розрахунок ведемо згідно чинного держстандарту методом точного зведення
в іменованих одиницях.
Точне зведення в іменованих одиницях виміру полягає в перерахуванні
значень показників елементів на ступень напруги, який називають основним.
Таким може бути будь-який ступень напруги СЕП, у тому числі – й
фіктивний.
Зведення значень параметрів режиму Ei , Ui , Ii та опору zi елемента в
іменованих одиницях з i–го ступеня напруги, віддаленого від основного
кількома послідовно ввімкненими трансформаторами з фактичними
коефіцієнтами трансформації n1, n2, ..., nm , здійснюється за
співвідношеннями:
E = Ei n1 n2 nm ; (6.1)
U = Ui n1 n2 nm ; (6.2)
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 75
I
I = i ( 6.3)
n1 n2 nm
z = zi n1 n2 nm .2 , (6.4)
де E, U, I, z – зведені величини, а коефіцієнт трансформації ni кожного
трансформатора визначають як відношення напруги холостого ходу обмотки,
зверненої до основного ступеня напруги, до напруги холостого ходу
обмотки, зверненої до ступеня напруги, де міститься елемент, параметри
якого зводяться.
Якщо первинні параметри режиму E* (ном) , U* (ном) , I* (ном) та опір
z* (ном) елемента задані у відносних одиницях виміру щодо номінальних умов
(номінальна напруга Uном та потужність Sном на i-му ступені напруги), то
їхні зведені до основного ступеня напруги значення в іменованих одиницях
виміру встановлюють за виразами:
E = E *(ном) i Uном n1 n2 nm ; (6.5)
U = U* (ном) i Uном n1 n2 nm ; (6.6)
S
I = I ном
* (ном) i ; (6.7)
3 Uном n1 n2 nm
U2
z = z ном 2
* (ном) i n1 n2 nm ; (6.8)
Sном
U
z = z ном 2
* ном і n1 n 2 nm . (6.9)
3 I ном
У схемі заміщення, де значення показників елементів зведені за
вказаними співвідношеннями, обчислені значення параметрів режиму будуть
натуральними тільки для основного ступеня напруги. Для іншого ж ступеня
напруги СЕП натуральні значення струму та напруги визначають
перерахуванням за відповідними коефіцієнтами трансформації
трансформаторів між шуканим і основним ступенями.
Вихідними даними для розрахунку струмів короткого замикання є
прийнята схема електропостачання, величина потужності короткого
замикання на шинах районної підстанції та конкретні дані елементів схеми
заміщення.
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 76
Для розрахункової схеми (рисунок 6.1) складаємо схему заміщення,
виходячи з розрахункових умов і враховуючи прийняті у стандарті [11, 12]
припущення.
Рисунок 6.1 – Розрахункова схема розрахунку КЗ
Схему складаємо однолінійною (рисунок 6.2).
Рисунок 6.2 – Схема заміщення для розрахунку струмів КЗ
Додатковими вихідними даними до розрахунку струмів КЗ є:
- номінальна напруга енергосистеми UС=110 кВ:
- потужність КЗ на шинах районної підстанції SКЗ=1600 МВ • А;
- довжина повітряної лінії lл=50 км.
Розрахунок струмів короткого замикання виконуємо для найбільш
характерних точок, в яких передбачається встановлення апаратів захисту.
Розрахунок виконуємо у відносних базисних одиницях, при цьому всі
опори схеми заміщення приводяться до базисних умов.
За базисні умови приймаємо:
Sб 100 МВА,Uб1 115 кВ, Uб2 10,5 кВ
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 77
S
I б
б , (6.10)
3 Uб
100
Iб1 0,5 кА,
3 115
100
Iб1 5,5кА.
3 10,5
Визначаємо опори схеми заміщення у відносних базисних одиницях:
– електричної системи
S
Х б
с , (6.11)
Sк.з.
100
Х с 0,063 .
1600
– повітряної лінії 110, кВ
S
Rпл r0л lл
б ,
U2
б1 (6.12)
100
R 0,38 34 0,098;
пл
1152
де lл– довжина повітряної лінії, км;
r0л, x0л– активні та індуктивні опори повітряної лінії, Ом/км
S
X x l б ,
пл 0л л
U2
б1 (6.13)
100
Хпл 0,06 48 0,063.
1152
– трансформатора ГПП
U S
Х тр кз б ,. (6.14)
100 Sн.тр
де Uкз – напруга короткого замикання трансформатора, %;
Sн.тр – номінальна потужність трансформатора, МВА;
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 78
10,5 100
Хтр 1,6.
100 6,3
6.2 Розрахунок струмів трифазного короткого замикання в
характерних точках
В точці К1
Визначаємо сумарний реактивний і активний опір до розглядаємої точки
к.з і визначаємо повний опір
Струм короткого замикання в розглядаємій точці визначаємо за виразом
І
І б1
кз(К1) , (6.15)
Х 2 2
сум(К1) R сум(К1)
0,5
Ікз(К1) 4 кА ;
0,0782 0,0982
Хсум(К1) 0,063 0,015 0,078 , (6.16)
Хсум(К1) 0,063 0,007 0,069 ;
R сум(К1) R пл , (6.17)
Rсум(К1) 0,098 .
Ударний струм короткого замикання в точці К1 визначаємо за виразом
і уд(К1) 2 Ікз(К1) к уд(К1) ; (6.18)
де куд– ударний коефіцієнт, що визначаємо за виразом
Rсум(К1)
3,14( )
Х
к сум(К1)
уд(К1) 1 е , (6.19)
0,098
3,14( )
к 0,078
уд(К1) 1 2,718 1,06.
іуд(К1) 2 4 1,05 5,91кА.
В точці К2
І
І б2
кз(К2) ,
Х2 2
сум(К2) Rсум(К2)
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 79
5,5
Ікз(К2) 3,15 кА;
1,7452 0,0982
Хсум(К2) Хс Хпл Хтр ,
Хсум(К2) 0,063 0,0151,66 1,745 ;
Rсум(К2) Rпл ,
Rсум(К2) 0,098 .
Ударний струм короткого замикання в точці (К2) визначаємо за виразом:
іуд(К2) 2 Ікз(К2) куд(К2);
іуд(К2) 2 3,15 1 4,42кА
R
сум(К2)
3,14( )
Х
к 1 е сум(К2)
уд(К2) ,
0,098
3,14( )
куд(К2) 1 3,15 1,745 1.
В точці К3
І
І б2
кз(К3) ,
Х2 2
сум(К3) Rсум(К3)
5,5
Ікз(К3) 2,74 кА,
1,8112 0,8672
Хсум(К3) Хс Хпл Хтр Хл1,
Хсум(К3) 0,063 0,015 1,66 0,066 1,811;
Rсум(К3) Rпл Rл1,
Rсум(К3) 0,098 0,769 0,867 .
Ударний струм короткого замикання в точці (К3) визначаємо за виразом:
іуд(К3) 2 Ікз(К3) куд(К3);
іуд(К3) 2 2,74 1,02 3,92 кА,
R
сум(К3)
3,14( )
Х
к сум(К3)
уд(К3) 1 е ,
0,867
3,14( )
куд(К3) 1 2,718 1,811 1,02.
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 80
В точці К4
І
І б2
кз(К4) ,
Х2 2
сум(К4) Rсум(К4)
5,5
Ікз(К4) 1,78кА
1,8292 2,4982
Хсум(К4) Хс Хпл Хтр Хл2 ,
Хсум(К4) 0,063 0,015 1,66 0,084 1,829 ;
Rсум(К4) Rпл R л2 ,
Rсум(К4) 0,098 2,4 2,498 .
Ударний струм короткого замикання в точці (К4) визначаємо за виразом:
іуд(К4) 2 Ікз(К4) куд(К4);
іуд(К4) 2 1,78 1,06 2,63 кА
R
сум(К4)
3,14( )
Х
к сум(К4)
уд(К4) 1 е ,
2,498
3,14( )
к 1,829
уд(К4) 1 2,718 1,06 .
В точці К5
І
І б2
кз(К5) ,
Х2 2
сум(К5) Rсум(К5)
5,5
Ікз(К5) 2,25 кА.
1,8172 1,6382
Хсум(К5) Хс Хпл Хтр Хл3 ,
Хсум(К5) 0,063 0,0151,66 0,072 1,817 ;
Rсум(К5) Rпл Rл3 ,
Rсум(К5) 0,0981,54 1,638 .
Ударний струм короткого замикання в точці (К5) визначаємо за виразом:
іуд(К5) 2 Ікз(К5) куд(К5);
іуд(К5) 2 2,25 1,04 3,27 кА.
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 81
R
сум(К5)
3,14( )
к 1 Х
е сум(К5)
уд(К5) ,
1,638
3,14( )
к 1,817
уд(К5) 1 2,25 1,04.
Результати розрахунків заносимо до таблиці 6.1.
Таблиця 6.1 – Струми короткого замикання в СЕП
Точкак.з Хк, в.о. Rк, в.о. Zк, в.о. Ік.з. кА іуд. кА
К1 0,078 0,098 0,12 4,00 5,91
К2 1,745 0,098 1,75 3,15 4,42
К3 1,811 0,867 2,01 2,74 3,92
К4 1,829 2,498 3,1 1,78 2,63
К5 1,817 1,638 2,45 2,25 3,27
6.3 Розрахунок струму однофазного короткого замикання в мережі
110 кВ
Для розрахунку струму однофазного замикання на землю приймаємо
електричну схему трансформатора 110/10 кВ і складаємо схему заміщення
(рисунок 6.2 а; в) з струмом короткого замиканням в точці А. На базі цих
схем приводимо схему нульової послідовності (рисунок 6.3). Розрахунок
ведемо у відносних одиницях.
Індуктивний опір нульової послідовності повітряної ліні визначаємо
через опір лінії прямої послідовності з врахуванням коефіцієнта n, величина
якого залежить від конструктивного виконання лінії, згідно виразу
хл0 n xпл, (6.20)
де - коефіцієнтn в залежності від типу монтажу лінії, n=3,5 для
одноланцюгової лінії без тросів.
хл0 3,5 0,015 0,05 .
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 82
А
Sк.з
а).
А
Хс Хл Хтр1 Хтр2
в).
Рисунок 6.2 – Електрична схема і схема заміщення для розрахунку
однофазного КЗ
А
Хс0 Хл0 Хтр1 0 Хтр2 0
Uл 0
Рисунок 6.3 – Схема для розрахунку опору нульової послідовності
Опори обмоток нульової послідовності трансформатора залежать від
схеми з’єднання обмоток трансформатора - при схемі з’єднання зірка з
нульовим виводом-трикутник (рисунок 6.3) мають ті ж значення, як і прямої
послідовності.
Однофазний струм короткого замикання на шинах 110 кВ заводської
підстанції визначаємо через трифазний струм к.з.
S1
к k S3
к , (6.21)
де к – коефіцієнт, значення якого залежить від відстані к.з, від шин районної
підстанції, 0 k 1,5 , при к.з, у віддаленій точці (поблизу
трансформатора ГПП) k=1,5.
S1к 1,5 1600 2400 МВА.
Струм однофазного к.з, на шинах заводської підстанції визначаємо виразом:
S1
I 1 к
kc , (6.22)
3 U1
де U1 - номінальна напруга на шинах заводської підстанції,U1=110 кВ.
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 83
I1
2400
kc 12,6 кА.
3 110
Опір нульової послідовності системи (xcoу відносних
одиницях)визначаємо з виразу
I 1кc 3 1
; (6.23)
Iб x c1 x c2 x co
з цього виразу находимо xС0
3 1 І
х б
со х с1 х с2 , (6.24)
І (1)
кс
де хс1, хс2 – відповідно опори прямої і оберненої послідовності системи,
хс1 хс2 хс .
3 15,5
хсо 0,063 0,063 1,18 .
12,6
Згідно з рисунком 6.3 визначаємо результативний опір схеми нульової
послідовності для однофазного струму к.з, як паралельне з’єднання двох
гілок
хо хсо хло хтр1о хтр2о (6.25)
(1,18 0,08) (1,66 1,66)
х0 0,9 .
(1,18 0,08) (1,66 1,66)
Струм однофазного к.з, у віддаленій точці визначаємо за виразом
І 1 3 1 I
kA1
б (6.26)
хрез1 хрез2 хо
хрез1 хрез2 хс1 хл1 0,063 0,015 0,078 Ом
3 15,5
І(1)
kА1 15,6 кА .
0,078 0,097 0,9
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 84
7 ВИБІР ТИПУ ТРАНСФОРМАТОРНОЇ ПІДСТАНЦІЇ ДЛЯ ГПП.
ВИБІР ВИСОКОВОЛЬТНОЇ АПАРАТУРИ. ПЕРЕВІРКА КАБЕЛЬНИХ
ЛІНІЙ
7.1 Вибір типу трансформаторної підстанції для ГПП
Підстанції комплектні трансформаторні блокові на напругу 110 кВ
(КТПБ 110 кВ) призначені для прийому, перетворення, розподілу і транзиту
електричної енергії трифазного змінного струму промислової частоти 50 Гц
при номінальних напругах 110 кВ і використовуються для електропостачання
великих мережевих підстанцій, промислових і комунальних споживачів,
сільськогосподарських районів і великих будівництв.
КТПБ 110 кВ призначені для зовнішньої установки на висоті не більше 1000
м над рівнем моря і роботи в умовах, відповідних виконань УХЛ категорії
розміщення I по ДСТУ EN 60529:2018 і ДСТУ 8280:2015 і в атмосфері типу
II по ДСТУ EN 60529:2018 з ізоляцією високовольтних апаратів категорій II
по ДСТУ 3399-96 і в IV кліматичному районі по вітрі і ожеледі згідно з
«Правилами улаштування електроустановок».
Основні параметри і характеристики КТПБ відповідають значенням,
що наведені в таблиці.
КТПБ складається з відкритих розподільних пристроїв (ВРП) з
елементами ошиновки, кабельних конструкцій, загально станційного пункту
управління (ЗПУ), елементів гнучкої ошиновки 10 (6) кВ, комірок
трансформаторів власних потреб (ТВП) і розподільчих установок 6 (10),
35 кВ зовнішньої установки. У районах півночі комірки КРУ розміщуються
тільки в закритих розподільних пристроїв (ЗРП). В якості КРУ 10 (6) кВ
можуть застосовуватися осередку серії КНВ-10, камери КСО-202, що також
вироблені ЗАТ «ЧЕАЗ».
ОРУ виконуються з блоків зі змонтованими апаратами високої напруги
і елементів ошиновки. Залежно від реалізованої схеми підстанції, до складу
ВРУ 110 кВ входять наступні блоки :
- Блок ОПН;
- Блок ізоляторів БІ;
- Блок вимикача БВ;
- Блок роз'єднувача БР;
- Блок трансформаторів струму БТС;
- Блок трансформаторів напруги БТН;
- Блок прийому ПЛ БП.
Конструкція блоків прийому ПЛ 110 кВ забезпечує портальний прийом
із застосуванням гірлянд і натяжних пристроїв, а також безпортальний
прийом безпосередньо на блок прийому ПЛ.
Кабельні конструкції в КТПБ передбачені двох типів:
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 85
- наземні із залізобетонних елементів, для основних кабельних
потоків.
- підвісні, з металевими лотками, заводський поставки для
одиночних кабелів і кабельних зв'язків в межах ВРП.
Залежно від виконання КТПБ, призначення і від кліматичних умов,
схеми головних кіл виконуються окремо.
Схеми допоміжних кіл відповідають типовим рішенням і схемами,
спеціально розробленим для КТПБ з вимикачами на 110 кВ.
Електрична міцність ізоляції головних і допоміжних ланцюгів КТПБ
110 кВ відповідає вимогам ГОСТ 1516.3, відповідно з яким ізоляція повинна
витримувати випробувальну напругу.
7.2 Вибір високовольтних апаратів РУВН
Апарати, які застосовують в електроустановках, повинні задовольняти
умовам довготривалої номінальної роботи, режиму перевантаження
(форсований режим) та режиму можливих коротких замикань[1,3].
Апарати також повинні відповідати умовам навколишнього
середовища, виду установки (відкрита чи закрита), температурі, вологості,
запиленості та іншим показникам.
До силової апаратури мережі живлення відносяться комутаційні
апарати РУВН (вимикачі і роз’єднувачі та ін.), які вибираються по
максимальному струму і номінальній напрузі і перевіряються на
електродинамічну і термічну стійкість до струмів КЗ. Результати вибору
зводяться в таблицю 7.1.
Вимикач вважається правильно вибраним, якщо каталожні дані більше
(дорівнюють) розрахунковим.
Роз’єднувач вибирається аналогічно, тільки відсутня перевірка на
допустимий струм відключення.
У нашому випадку згідно обраної головної схеми підстанції силовою
апаратурою є високовольтні вимикачі і роз’єднувачі.
Алгоритм вибору полягає у зрівнянні каталожних даних попередньо
обраного апарата з розрахунковими. Реалізується цей алгоритм з допомогою
таблиці 7.1, у якої в першу графу заносяться відповідні розрахункові дані, і
графу 2 – відповідні каталожні дані [19], а графа 3 містить умови вибору
апаратів. Попередньо обираємо сучасний тип вимикача серії ВГТ–110II*–
40/2500У1 з допустимим нижнім робочим значенням температури
оточуючого повітря – 45°С, допустимою швидкістю вітру до 40 м/с,
сейсмічності – до 9 балів та приводом пружинного типу.
Результати вибору зводимо в таблицю 7.1.
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 86
Таблиця 7.1 – Вибір вимикача
Розрахункові дані Каталожні дані Умови вибору
1 2 3
U U
Uн=110 кВ Uн=110 кВ ном ном к
Iмах=43 А Iн=2500 А Іроз Іном
іуд =5,91 кА Iм.м.ск.= 102 кА іу Imax дин
Іnt =4 кА Iвідкл. =40 кА I n t Iв і д к л
Вк І2
t tф 5,912 0,0351,22 Вк Іm tm 102 0,035 3,57
В І2 t
К Т T
В таблиці 7.1:
ВК – тепловий імпульс струму короткого замикання;
ІТ – нормований струм термічної стійкості апарата;
tT – нормований час термічної стійкості апарата;
Imax дин – амплітудне значення повного струму електродинамічної
стійкості вимикача.
Чисельні значення вказаних величин (каталожні дані) взято з [19].
Алгоритм вибору роз’єднувача відрізняється від алгоритму вибору
високовольтного вимикача однією особливістю, а саме: відсутня перевірка
струму відключення.
Результати вибору зводимо в таблицю 7.2.
Попередньо по номінальним даним обираємо роз’єднувач серії РГН–
110/1000 УХЛ1.
Таблиця 7.2 – Вибір роз’єднувача
Розрахункові дані Каталожні дані Умови вибору
1 2 3
Uн=110 кВ Uн=110 кВ Uном Uном к
Iмах=43 А Iн=1000 А Іроз Іном
іуд =5,91 кА Iед.ст.= 80 кА іy Imах дин
Іnt =4 кА It.cт. =31,5 кА ВК І2
Т tT
Остаточно, по даним таблиці обираємо роз’єднувач серії РГН–110/1000
УХЛ1, який на протязі терміну експлуатації (30 років) не вимагає технічного
обслуговування [19].
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 87
7.3 Вибір апаратів розподільчої установки РУНН
Силовими апаратами розподільчої мережі є ввідні та секційні вимикачі.
Вибір їх не відрізняється від вибору силових апаратів мережі
живлення. Попередньо по номінальним даним обираємо ввідний вимикач
навантаження вакуумний типу NEO ВВ/N10 з вбудованим електромагнітним
приводом [19].
При розрахунках розрахункового струму ввідного вимикача 10 кВ
значення Іроз визначаємо за співвідношенням
S
І розр
мах(ввід) ,
3 10,5
8180,7
Імах(ввід) 450,3 А.
3 10,5
Таблиця 7.3 – Вибір ввідного вимикача 10 кВ
Розрахункові дані Каталожні дані Умови вибору
1 2 3
Uн=10 кВ Uн=10 кВ Uном Uном к
Iмах(ввід)=450,3 А Iн=1000 А Іроз Іном
іуд =4,4 кА Iм.м.ск.= 52 кА іу Imах дин
Іnt =3,15 кА Iвідкл. =20 кА I n t Iв і д к л
В І2 t 4,42 0,12 2,32 В І t 52 0,12 6,24 В 2
к t ф к m m К ІТ tT
При розрахунках розрахункового струму секційного вимикача 10 кВ
значення Іроз визначаємо за співвідношенням
0,5 S
І розр
мах(секційний) ,
3 10,5
0,5 8180,7
Імах(секційний) 225,2 А.
3 10,5
Попередньо по номінальним даним обираємо секційний вимикач
вакуумний типу NEO ВВ/N10 з вбудованим електромагнітним приводом [19].
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 88
Таблиця 7.4 – Вибір секційного вимикача 10 кВ
Розрахункові дані Каталожні дані Умови вибору
1 2 3
Uн=10 кВ Uн=10 кВ Uном Uном к
Iмах(секційний)=225,2 А Iн=630 А Іроз секц Іном
іуд =4,4 кА Iм.м.ск.= 52 кА іу Imах дин
Іnt =3,15 кА Iвідкл. =20 кА I n t Iв і д к л
В І2
к t tф 4,42 0,12 2,32 Вк Іm tm 52 0,12 6,24 В 2
К ІТ tT
7.4 Вибір трансформаторів струму
Трансформатори струму, для живлення вимірювальних приладів,
вибираються [19]:
– по номінальній напрузі
Uвст Uном ;
– за номінальним струмом
Іроб.max І1ном ,
причому номінальний струм повинен бути якомога ближче до робочого
струму установки, так як недовантаження первинної обмотки призводить до
збільшення похибок;
– за конструкцією і класу точності;
– по електродинамічної стійкості.
Слід враховувати, що електродинамічна стійкість у каталогу може
задаватися у двох формам: задано номінальний струм електродинамічної
стійкості iдин або кратність номінального струму електродинамічної
стійкості Кдин .
Умови перевірки на електродинамічну стійкість аналогічні умовам, що
використовуються при виборі вимикачів, але конкретна форма залежить від
параметра, яким стійкість задана у каталозі.
Термічна стійкість у каталогу також може задаватися у одній з двох
форм:
– задана кратність номінального струму термічної стійкості Ктер і
допустимий час tтер протікання струму Iтер ;
– задано номінальний струм термічної стійкості Iтер і допустимий час
tтер його протікання.
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 89
Далі виконують перевірку за відомими методиками на термічну
стійкість.
Для забезпечення обраного класу точності необхідно проводити
розрахунок і перевірку навантаження вторинної обмотки і його
співвідношення з нормованим для даного класу точності.
Для зручності вихідні дані та результати розрахунків представляють у
вигляді таблиці, наприклад таблиця 7.3
Трансформатори струму вибирають за номінальною напругою,
первинному та вторинному струмам, за родом встановлення, конструкції,
класу точності та перевіряємо на термічну стійкість при короткому замиканні
таблиця 7.5.
Попередньо обираємо трансформатор струму [19] напругою 10 кВ типу
ТШЛП–10К
Таблиця 7.5 – Вибір трансформаторів струму напругою 10 кВ ТШЛП–10К
Розрахункові дані Каталожні дані
Uн=10 кВ Uн=10 кВ
Iмах(ввід)=450,3 А Iн=500 А
іуд =4,4 кА ід= 70 кА
В І2 2 2
к t tф 4,4 0,12 2,32 Вк Іt tт.с. 70 1 70
Номінальний струм вторинної обмотки I2H 5 A , допустима потужність
S2H вторинної обмотки при cos 0,8 клас точності 0,5 складає 15 ВА.
Сумарний опір приладів
ΣS
r = прил.
прил. ,
I 2
2Н
де Sприл 7 ВА – сумарна потужність приєднаних приладів (лічильники
активної та реактивної енергії та ін.).
rк опір контактів rк 0,1 Ом.
14
rприл.= =0,28
2 Ом.
5
Опір з'єднувальних проводів:
S 2
r = 2Н - I2Н (rприл + rк )
пров ;
I2
2Н
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 90
15 - 25 (0,28 + 0,1)
r пров = = 0,22 Ом.
25
Розрахункова довжина проводів при з'єднанні в зірку lp lпров 25 м.
Переріз з'єднувальних проводів
l ρ
F пров.= p. ;
rпров.
25 0,02
F = = 2,27 мм2
пров. .
0,22
Приймаємо найближчий стандартний переріз проводу з перерізом
F = 2,5 мм2 .
Визначаємо фактичний опір проводів, rпров.ф .
rпров.ф rприл. rн 0,6 Ом;
0,2 0,28 0,48 0,6 .
Обраний трансформатор струму забезпечить допустиму похибку в
межах класу точності 0,5.
7.5 Вибір трансформаторів напруги
Вибір типу трансформаторів напруги визначається його призначенням.
У результаті аналізу потрібно обрати кількість необхідних однофазних або
трифазних трансформаторів.
Трансформатори напруги обираються [19]:
– по напругі встановлення
Uвст Uном ;
– по конструкції і схемі з'єднання;
– по класу точності;
– по вторинному навантаженню
S2 S2ном ,
де S2ном – номінальна потужність вторинної обмотки у обраному класі
точності. При визначенні потужності враховується схема з'єднання.
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 91
Результати розрахунку навантаження основної обмотки
трансформатора для зручності подають у вигляді таблиці 7.6
В мережі 10 кВ приймаємо попередньо до встановлення трансформатор
напруги типу НТМИ–10–66УЗ [19]. Розрахунок навантаження основної
обмотки трансформатора виконаємо в таблиці 7.6.
Таблиця 7.6 – Розрахунок навантаження трансформатора напруги
Потужність, Потужність, що
що cosφ споживається
Прилад Тип споживається
котушкою, tgφ P, Q, S,
Вт Вт вар ВА
Вольтметр Е–365 0,016 1 0,55/1,5 0,016 0,024 0,028
Лічильник А1800 0,016 2 0,65/1,17 0,032 0,037 0,048
Всього: 3 0,048 0,061 0,077
Якщо номінальна потужність трансформатора напругою 10 кВ в класі
точності 0,5 S2H 120 ВА більше Sф (ВА), тоді він буде працювати з
допустимою похибкою.
7.6 Перевірка кабелів на термічну стійкість
Переріз кабелю на термічну стійкість до струмів трифазного короткого
замикання перевіряють за співвідношенням [19]:
I tпр
Fmin = ,
С
де tпр – приведений час;
С – коефіцієнт, що відповідає різниці теплоти, яка в провіднику після і до
короткого замикання (для кабелів з алюмінієвою жилою С 85 ).
Приведений час можна визначати по виразу
tпр = tзах + tвідкл ,
де tзах – тривалість дії захисту, с;
tвідкл – тривалість дії апаратури, що відключає лінію.
У нашому випадку:
tпр = tзах + tвідкл = 0,08 0,12 0,2 с .
У такому разі
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 92
Кількість
Котушок,
шт.
I tпр 1780 0,2
Fmin = = 9,43 мм .
С 83
Таким чином, для кабельна лінія що перевіряється, переріз якої 16 мм²,
задовольняє умовам термічної стійкості до струмів трифазного короткого
замикання.
Перевірку інших високовольтних кабельних лінії виконуємо
аналогічним чином, при необхідності змінюючи переріз до найближчого
більшого стандартного.
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 93
8 РОЗРАХУНОК СИСТЕМИ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ ЦЕХУ
Цехові мережі промислових підприємств виконують на напругу до
1000 В, з якої найбільш поширена – напруга 380 кВ.
При виборі схеми і конструктивного виконання цехової мережі
обґрунтовують, яким чином враховано наступні фактори6
– вимоги до надійності електропостачання і резервування,
– режими роботи електроприймачів,
– розміщення їх по території цеху,
– номінальні струми та напруги,
– вплив мікроклімату виробничих приміщень.
Електричні мережі напругою до 1000 В розрізняються за конструкцією
провідників, способах їх ізоляції та прокладки.
По способам ізоляції мережі діляться на дві групи: такі, що виконані
голими проводами і шинами (повітряні лінії і струмопроводи) і такі, що
виконані кабелями і ізольованими проводами (електропроводки).
У цеховій мережі використовують шинопроводи різного призначення
та конструктивного виконання.
8.1 Вибір схеми і конструкції системи електропостачання цеху
Цехові мережі виконують за радіальною, магістральною або змішаною
схемами [4, 6, 13]. Кожний вид схем має свою найбільш доцільну область
застосування.
На рисунку 8.1 приведена проста радіальна схема цехової електричної
мережі.
Як правило, у чистому вигляді магістральні або радіальні схеми живлення
використовуються рідко. Зазвичай на практиці найбільше розповсюдженні
змішані схеми.
Рисунок 8.1 – Радіальна схема цехової електричної мережі
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 94
Вибір конструкції цехової електричної мережі та способів їх виконання
здійснюється при проєктуванні на основі вивчення технології виробництва,
умов оточуючого середовища, вимог електробезпеки та пожежної безпеки
згідно ПУЕ.
Розміщення технологічного обладнання на плані цеху, надійність
електропостачання електроприймачів, номінальні напруги, потужності
електроприймачів, відстань від центру живлення, характер навантаження та її
розподіл по площі цеху є визначальними факторами при виборі схеми та
конструкції цехової мережі.
З врахування всіх факторів, що впливають на вибір схеми живлення,
обираємо радіальну схему. Живлення розподільчих пунктів здійснюємо
кабелями.
Наявність на КТП і поблизу від неї комутаційно-захисних апаратів,
окремих приєднаній дозволяє простіше вирішувати задачі автоматизації в
цеховій електричній мережі.
Усі споживачі можуть лишитися живлення тільки при ушкодженні на
збірних шинах ТП що малоімовірне внаслідок достатньо надійної конструкції
шаф комплектної трансформаторної підстанції (КТП).
8.2 Розрахунок внутрішньоцехових освітлювальних систем
8.2.1 Загальні відомості
Проєктування освітлювальних установок складається з світлотехнічної
та електричної частин [7].
В світлотехнічної частині нами вирішуються наступні завдання:
обираються типи джерел світла і світильників, намічають найбільш доцільні
висоти встановлення світильників та їх розміщення, визначають якісні
характеристики освітлювальних установок.
Електрична частина включає: визначення розрахункового
навантаження освітлення, вибір схеми живлення освітлювальної установки,
вибір раціонального перерізу і марки проводу, способу прокладання мережі.
Світлотехнічна частина проєкту також передбачає вибір найбільш
ефективного світильника для конкретного приміщення з урахуванням
можливих обмежень, а також принцип розміщення світильників.
Вибір виду і системи освітлення
Штучне освітлення проєктується двох видів: загальне і комбіноване,
коли до загального додається місцеве освітлення робочих місць. Якість і
економічність освітлювальних установок залежить від правильності вибору
системи освітлення.
Систему загального освітлення застосовують для освітлення всього
приміщення, в тому числі й робочих поверхонь. Загальне освітлення може
здійснюватись двома способами: з рівномірним і нерівномірним
розміщенням світильників під стелею освітлюваного приміщення.
Освітлення з рівномірним розміщенням світильників застосовують, якщо в
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 95
виробничих приміщеннях технологічне устаткування розміщене рівномірно
по всій площі з однаковими умовами зорової роботи і необхідно забезпечити
рівномірне освітлення. Якщо в приміщеннях є робочі поверхні, що
вимагають різних умов освітлення, то для створення на них необхідної
освітленості світильники розміщують локалізовано, залежно від розміщення
робочих поверхонь або виробничого устаткування.
Локалізоване освітлення необхідно передбачати в приміщеннях із
стаціонарним крупним устаткуванням (венткамери, пічні відділення тощо), у
приміщеннях, де робочі місця розміщені групами, зосереджені на окремих
дільницях, а також у приміщеннях, на різних дільницях яких виконуються
роботи різної точності, що вимагають неоднакових рівнів освітленості.
Систему комбінованого освітлення (загального і місцевого)
застосовують у приміщеннях з точними зоровими роботами, які вимагають
високого ступеня освітленості. Освітленість робочих місць, що створюють
світильники загального освітлення при комбінованій системі, має становити
10 % від нормованої для комбінованого освітлення. Використання в
приміщеннях тільки місцевого освітлення нормами заборонено.
3а функціональним призначенням електричне освітлення поділяють на
робоче, аварійне і спеціальне (чергове), охоронне, вказівне.
Робоче освітлення влаштовують в усіх приміщеннях. Воно створює на
робочих поверхнях нормовану освітленість.
Аварійне освітлення необхідне там, де при раптовому вимиканні
робочого освітлення можливі вибух або пожежа, масовий травматизм,
тривале порушення технологічного процесу, а також порушення роботи
відповідних об'єктів (водопостачання, вузли зв'язку, пожежні пости,
електрощитові і т. ін.). Це освітлення називають аварійним освітленням для
продовження роботи, воно має створювати на робочих місцях 5 %
нормованого робочого освітлення при системі загального освітлення, але не
менш як 2 лк.
8.2.2 Розрахунок освітленості
Розрахунок освітлення цеху проводимо методом світлового потоку [7]
(методом коефіцієнту використання).
Розраховуємо освітлення цеху, розміри якого ABH 60606 ,
освітлення виконано лампами типа ЛБ 65 у світильниках ПВЛМ. В
подальшому використаємо позначення, приведені на рисунки 8.2. В нашому
випадку hp = 0,1 м; hc = 1,1 м .
к3 ЕФ min S z , (8.1)
N
де кз – коефіцієнт запасу, визначається за довідником [7];
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 96
Еmin – мінімальна освітленість, лк;
S – площа освітлювального приміщення, м2 ;
E
z – коефіцієнт нерівномірності освітлення, z cp 1,11,15 ;
Emin
N – прийнята кількість світильників, шт.;
– коефіцієнт використання світлового потоку.
Коефіцієнт використання світлового потоку визначається по
довідковим таблицям [7] в залежності від типу прийнятого світильника,
коефіцієнтів відбиття від поверхонь приміщення і від індексу приміщення
“і”, останній визначається за виразом
A B
i , (8.2)
(A B) h
де А, В, h – відповідно довжина, ширина приміщення і висота підвісу
світильника, м.
В залежності від отриманої величини світлового потоку приймається
конкретний світильник, при цьому світловий потік прийнятого світильника
не повинен бути меншим ніж на 10 % розрахункового значення і не
перевищувати більше ніж на 20 % розрахункового значення. В противному
разі змінюється кількість світильників і розрахунок повторюється.
Приймаємо е Lв / h 1, тоді отримаємо відстань між світильниками
Lв е h.
Розраховуємо кількість світильників в ряду і кількість рядів, приклад
розміщення світильників приведений на рисунку 8.2.
Рисунок 8.2 – Розміщення світильників цеху
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 97
Після прийняття схеми розміщення світильників проводиться перевірка
освітленості в найбільш характерній точці точковим методом по кривим
просторових ізолюкс прийнятого світильника згідно виразу
n
Фсв ei
Е i1 ,
1000 к3
де Фсв – світловий потік прийнятого світильника, лм;
– коефіцієнт неврахування освітленості від інших світильників,
1,11,2 ;
n
ei – сума освітленості від світильників згідно кривих просторових
i1
ізолюкс, лк;
n – кількість врахованих світильників.
Намітимо розміщення в світильників цеху, в першу чергу висоту
підвісу h .
h = H - hр - hс = 6 - 0,1 - 0,1 5,8 м .
Для прийнятого світильника, що має глибоку криву сили світла (буква
Г в позначенні світильника), знаходимо значення λ – λ=1.
Відстань між світильниками
La = λ h = 15,8 5,8 м .
Отримаємо кількість світильників в цеху
A B 60 60
N = 107 шт.
L2
в 5,82
Розрахуємо індекс приміщення за виразом (8.2):
60 60
і = 5,26 5 .
5,8 (60 60)
Для приміщення з індексом і = 4,38 та коефіцієнтом відбиття
ρп = 0,7; ρс = 0,5; ρр = 0,1 коефіцієнт використання світлового потоку
світильників КВ 0,69. Для мінімальної освітленості Emin = 200 лк та
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 98
коефіцієнту запасу КЗ = 1,6 світловий потік Фсв відповідно до виразу (8.1)
складає
1,6 200 3600 1,1
Фсв = 17673,5лм.
107 0,67
Обираємо світильник типу ПВЛМ з чотирма лампами типу ЛБ 65 (65
Вт) загальною потужністю 260 Вт, світловий потік 4650 лм. Загальний
світловий потік від світильника буде становити Fн о м 18600 лм [20].
Визначимо відхилення обраного значення світлового потоку від
розрахованого:
Fр - Fном
Δ(%) = 100 %
Fр
18600 17673,5
Δ(%) 100% 5,01% .
18477
Обрана лампа за світловим потоком відрізняється від розрахункового
на 5,01 % , що допустимо.
Активна потужність системи освітлення складає:
Рос PЛБ 65 N
Рос 107 0,26 27,8 кВт.
Реактивна потужність системи освітлення дорівнює:
Qmax оc Pmax оc tg0
Qmax оc 27,8 0,2 5,6 квар.
8.2.3 Електропостачання освітлювальних установок
Цехові мережі електричного освітлення повинні відповідати всім
вимогам ПУЕ до мереж напругою до 1 кВ та ще специфічним вимогам. Це
обумовлено їх значною довжиною та доступністю, необхідністю
забезпечення нормального ходу технологічного процесу, безпеки людей та
пожежної безпеки.
Відповідно до "Правил будови електроустановок" для живлення
світильників загального освітлення повинна застосовуватися напруга не
вище 380/220 В змінного струму при заземленій нейтралі і не вище 220 В
змінного струму при ізольованій нейтралі й у мережах постійного струму.
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 99
Для живлення окремих ламп варто застосовувати напругу не вище
220 В, що допускається для всіх стаціонарних світильників незалежно від
висоти їхньої установки в приміщеннях без підвищеної небезпеки. У
приміщеннях з підвищеною небезпекою й особливо небезпечних при
установці світильників загального освітлення з лампами розжарювання на
висоті менш 2,5 м при відсутності спеціальної конструкції світильника, що
виключає доступ до лампи без застосування інструмента, використовується
напруга не вище 42 В.
Світильники з люмінесцентними лампами на напругу 127–220 В
допускається встановлювати на висоті менш 2,5 м від підлоги за умови
неможливості випадкових доторкань до їх струмоведучих частин.
Для живлення ксенонових, дугових, металогалогенних і натрієвих
ламп, розрахованих на напругу 380 В, і пускорегулюючих апаратів для
газорозрядних ламп, що мають спеціальні схеми (наприклад, трифазні, з
послідовним з'єднанням ламп), застосовується напруга не вище 380 В, у тому
числі фазна напруга системи 660/380 В з заземленою нейтраллю при
дотриманні наступних умов:
– введення у світильник чи ПРА має виконуватися проводом або
кабелем з мідними жилами і з ізоляцією, розрахованою на напругу не менше
ніж 660 В;
– заборона введення у світильник двох чи трьох проводів різних фаз
системи 660/380 В;
– нанесення на світильник відмінного знаку з вказівкою застосовуваної
напруги "380 В" при установці світильника в приміщеннях з підвищеною
небезпекою й особливо небезпечних;
– забезпечення одночасного відключення усіх фазних проводів, що
вводяться у світильник; це стосується і багатолампових світильників системи
380/220 В, за винятком світильників, які встановлюються у приміщеннях без
підвищеної небезпеки.
Для світильників місцевого стаціонарного освітлення з лампами
розжарювання застосовується напруга не вище 220 В в приміщеннях без
підвищеної небезпеки і не вище 42 В для приміщень з підвищеною
небезпекою й особливо небезпечних. Допускається застосування напруги до
220 В для світильників спеціальної конструкції: тих, що являються
складовою частиною аварійного освітлення, під'єднаного до незалежного
джерела живлення; тих, що встановлюються у приміщеннях з підвищеною
небезпекою (але не особливо небезпечних).
Для місцевого освітлення допускається застосовувати світильники з
люмінесцентними лампами на напругу 127 – 220 В за умови неможливості
випадкових доторкань до їх струмоведучих частин. Застосування
люмінесцентних ламп місцевого освітлення в сирих, особливо сирих, жарких
і приміщеннях з хімічно активним середовищем допускається тільки в
арматурі спеціальної конструкції.
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 100
Для живлення ручних світильників переносного освітлення в
приміщеннях з підвищеною небезпекою й особливо небезпечних має
застосовуватися напруга не вище 42 В, при особливо несприятливих умовах
– не вище 12 В.
Схеми живлення освітлювальних установок
Схеми живлення освітлювальних установок повинні забезпечувати [7]:
– необхідний рівень надійності живлення;
– регламентовані рівні напруги і постійність напруги джерела
живлення;
– простоту і зручність експлуатації;
– економічність установки.
У більшості випадків освітлювальні навантаження живляться від
силових цехових трансформаторів напругою 6(10)/0,38 кВ із заземленою
нейтраллю вторинної обмотки.
Використання самостійних освітлювальних трансформаторів
обмежується випадками, коли характер силового навантаження не дає
можливість забезпечити необхідну якість напруги, коли використовується
для силових навантажень напруга вище 380 В та коли система напруг 380/220
або 220/127 В неприпустима для освітлювальної установки за умовами
безпеки.
В освітлювальних мережах розрізняють живильні і групові лінії.
Живильна лінія з'єднує джерело живлення з груповими щитками освітлення.
Групові лінії служать для приєднання світильників до групових щитків.
Групові щитки мають як ввідний апарат захисту, так і апарати захисту
на кожну групову лінію, що відходить. Згідно ПУЕ струм захисних апаратів
на групових лініях не повинний перевищувати 25 А за винятком ліній, що
живлять лампи розжарювання одиничною потужністю 500 Вт і більше і
газорозрядні лампи потужністю 125 Вт і більше, у цьому випадку струм
захисного апарата не повинний перевищувати 63 А.
Кількість світильників, що підключається на одну фазу групової
мережі не повинна перевищувати:
– для ламп розжарювання, ДРЛ, ДРИ і натрієвих – до 20;
– для люмінесцентних ламп – до 50;
– для ксенонових ламп потужністю 10 кВт і вище – не більше однієї.
У конструктивному виконанні живильні лінії виконуються
чотирипроводними при мережі з заземленою нейтраллю і трифазними в
мережах з ізольованою нейтраллю. Групові лінії можуть бути однофазними
(1ф + N), двофазними (2ф), двофазними з нульовим проводом (2ф + N),
трифазними (3ф) і трифазними чотирипровідними (3ф + N). Останній вид
лінії використовується найбільш часто, тому що дозволяє зменшити переріз
провідникового матеріалу, забезпечити рівномірне навантаження фаз,
знизити коефіцієнт пульсації при живленні світильників від різних фаз.
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 101
Середня довжина трифазних чотирипровідних групових ліній для
системи напругою 380/220 В складає 80 м, для системи напруг 220/127 В –
60 м, довжина двопровідних групових ліній – відповідно 35 і 25 м.
Розрізняють радіальні, магістральні і змішані схеми живлення
освітлювальних установок (рисунок 8.3). Радіальні схеми використовуються
при високих навантаженнях групових щитків (порядку 100–200 А) і
забезпечують більш високу надійність живлення. Магістральні схеми
дозволяють заощаджувати провідниковий матеріал і апаратуру на
розподільних пунктах, однак мають меншу надійність живлення. Змішані
схеми одержали найбільше поширення через їхню гнучкість.
Рисунок 8.3 – Різновиди схем живлення освітлювальних установок
а – радіальна схема; б – магістральна схема; в – змішана схема
При двотрансформаторних підстанціях (рисунок 8.4) забезпечується
більш висока надійність освітлення, коли частина освітлювальних установок
живиться від одного трансформатора, а друга – від іншого. При аварійному
відключенні одного з трансформаторів автоматичне включення резерву
(АВР) по низькій стороні забезпечить живлення освітлювальних установок
від іншого трансформатора. Система аварійного освітлення живиться
перехресним способом, тобто від іншого трансформатора по відношенню до
трансформатора робочого освітлення.
Рисунок 8.4 – Схема живлення освітлювальної установки від
двотрансформаторної підстанцій
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 102
Визначення розрахункових навантажень системи освітлення
Розрахункова потужність освітлювальної установки визначається на
підставі світлотехнічного розрахунку після вибору потужності і кількості
світильників, тобто відповідно до встановленої потужності світильників.
Для освітлювальних установок з лампами розжарювання розрахункова
потужність ( Рроз , кВт) визначається виразом
n
Рроз кп Рном ,
і
i1
де кп – коефіцієнт попиту;
n
Рном – сумарна встановлена потужність усіх світильників, кВт;
і
i1
n – кількість груп світильників.
Для освітлювальних установок з газорозрядними лампами необхідно
враховувати втрати в ПРА
n
Рроз кп кдод Рном ,
і
i1
де кдод – коефіцієнт додаткових втрат, що складає для люмінесцентних ламп
зі стартерною схемою запалювання 1,25; при безстартерних схемах
запалювання 1,3; для ламп ДРЛ – 1,12; ДРИ, ДНаТ – 1,15, ДКсТ – 1,1.
Коефіцієнти попиту для розрахунку навантажень робочого освітлення
в живильній мережі приведені в таблиці 8.1 [7].
Таблиця 8.1 – Значення коефіцієнтів попиту для різних споживачів
Характеристика споживачів кп
Дрібні будівлі виробничого характеру 1,0
Виробничі будівлі, що складаються з окремих великих прольотів 0,95
Виробничі будівлі, що складаються з декількох окремих
приміщень 0,85
Проєктні і конструкторські організації 0,85
Школи, ПТУ 0,8
Підприємства суспільного харчування 0,8
Підприємства побутового обслуговування 0,8
Готелі і заклади керування 0,7
Коефіцієнт попиту для групової мережі освітлення і всіх ланок мережі
аварійного освітлення приймається рівним 1,0.
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 103
Для обраної нами системи освітлення розрахункова потужність
дорівнює:
Рроз ос 0,95 1,12 107 0,26 29,6 кВт.
Для цеха обираємо схему живлення освітлювальної установки, що
приведена на рисунку 8.5.
Далі здійснюємо вибір перерізу провідників освітлювальної мережі за
припустимим струмом навантаження.
Провідники освітлювальної мережі повинні задовольняти вимогам у
відношенні гранично припустимого нагрівання при нормальних режимах
роботи. Нагрівання провідників викликається проходженням по них
електричного струму. Межі нагрівання суворо нормуються ПУЕ, при цьому
кожному перерізу проводу або кабелю в залежності від його конструкції і
роду прокладки відповідає допустимий нормований струм ( Ідоп , А). У такий
спосіб у практичних розрахунках користаються готовими таблицями
довгостроково допустимих навантажень, регламентованих ПУЕ і
нормативами.
Зазначені таблиці складені для визначених температурних режимів
повітря і землі, що складають відповідно 25С та 15С , при відмінності
фактичних температур від зазначених використовується таблиця коефіцієнтів
перерахування, що приведена в ПУЕ.
Рисунок 8.5 – Схема живлення освітлювальної установки:
1 – магістральні щитки робочого освітлення; 2 – групові щитки робочого освітлення
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 104
Отже, умовою перевірки обраного перерізу провідника за допустимим
струмом навантаження є
Ідоп Іроз ,
де Іроз – розрахунковий струм, що протікає по провіднику, А.
Для проведення порівняння необхідно визначити максимальний
розрахунковий струм кожної ділянки освітлювальної мережі. Розрахунковий
струм в залежності від системи виконання мережі визначається виразами:
– для однофазних двопроводних мереж (1ф + N)
P 3
I роз 10
pоз ;
Uф cos
– для двофазних двопроводних мереж (2ф + N)
P 103
I роз
pоз ;
2 Uф cos
– для трифазних чотирипроводних мереж (3ф + N)
P 3
роз 10 Pроз 103
Ipоз ,
3 Uл cos 3 Uф cos
де Рроз – розрахункова потужність, кВт;
Uф , Uл – відповідно фазна і лінійна напруга, В;
cos – коефіцієнт потужності, для мереж з лампами розжарювання
cos 1; для мереж з люмінесцентними лампами cos 0,95 ; для
газорозрядних ламп типу ДРЛ, ДРИ, ДНаТ з конденсаторами cos 0,9 ; без
конденсаторів – cos 0,57 .
Pроз 103 P 3
I роз 10
pоз .
3 Uл cos 3 Uф cos
29,6
Ipоз 47 А.
3 0,38 0,9
Згідно результатів проведеного розрахунку ми можемо зробити
висновки, що встановлена в приміщенні цеху світлова арматура загального
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 105
призначення з лампами типу ЛТБ-65 в повній мірі задовольняє вимогам ДБН
В.2.5-28-2018, що до загальних вимог освітленості в робочій зоні цеху.
Згідно отриманих вихідних даних, а також перерізу алюмінієвих
двожильних кабелів, що відповідає розрахунковому струму Ipоз 47 А
обираємо алюмінієвий кабель типу АВВГ(3×10)+(1×6) з допустимим
струмом 65 А.
Розрахунок освітлювальної мережі за втратами напруги.
Метою розрахунків є забезпечення припустимих рівнів напруг на
джерелах світла [7].
Зниження напруги щодо номінальної пов'язано зі зменшенням
світлового потоку світильників і, у кінцевому рахунку, рівнів освітленості на
робочих місцях.
Збільшення напруги щодо номінальної зв'язано з додатковою витратою
енергії світильником і зменшенням його терміну служби, останнє особливо
важливо для ламп розжарювання.
Відповідно до ДСТУ EN IEC 61000-4-11:2022 напруга в найбільш
віддалених лампах внутрішнього освітлення промислових підприємств і
суспільних будинків, а також прожекторних установок зовнішнього
освітлення повинна бути не нижча 97,5 % Uном , а в найбільш віддалених
лампах освітлення житлових будинків, аварійного і зовнішнього освітлення,
виконаного світильниками, – не нижча 95 % Uном . У мережах 12–42 В
допускаються втрати напруги до 10 % Uном , якщо рахувати від відводів
джерел живлення. Найбільша напруга в ламп не повинна перевищувати
105 % Uном .
У післяаварійних режимах на затисках газорозрядних ламп напруга не
повинна бути нижчою 90 % Uном , при інших лампах – не нижчою
88 % Uном .
Розрахункове значення втрати напруги на кожній ділянці освітлювальної
мережі (%) визначається виразом
M
U , (8.3)
C F
де М – момент освітлювального навантаження, кВтм (рисунок 8.6);
С – постійний коефіцієнт, що залежить від номінальної напруги, обраної
системи мережі і матеріалу провідника [7];
F – переріз провідника, обраного за умовами нагрівання, мм2.
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 106
Рисунок 8.6 – Схеми підключення світильників
Таблиця 8.2 – Значення коефіцієнта С
Коефіцієнт С для
Напруга провідників
мережі, Система мережі і роду струму
В алюмініє
мідних
вих
380/220 Трифазна з нульовим проводом 77 46
380/220 Двофазна з нульовим проводом 34 20
Однофазна двопровідна змінного або постійного
220 12,8 7,7
струму
220/127 Трифазна з нульовим проводом 25,6 15,5
220 Трифазна трипровідна 25,6 15,5
220/127 Двофазна з нульовим проводом 11,4 6,9
127 Однофазна двопровідна змінного струму 4,3 2,6
110 Двопровідна змінного або постійного струму 3,2 1,9
36 Трифазна 0,68 0,42
36 Двопровідна змінного або постійного струму 0,34 0,21
24 Те ж 0,153 0,092
12 Те ж 0,038 0,023
Момент освітлювального навантаження визначається в залежності від
схеми підключення світильників і їхньої потужності.
Розрахуємо моменти освітлювального навантаження М для найбільш
віддалених ділянок і світильників.
Для ділянки 1 (рисунок 8.6) – від шин РУНН підстанції до групового
щитка робочого освітлення в кінці цеху:
M1 P1 L1 ,
1
де P1 Pроз ос потужність групового щитка робочого освітлення,
4
L1 18 м – відстань від ТП до групового щитка робочого освітлення.
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 107
1
M1 29,6 18 133,2 кВт∙м.
4
Для ділянки 2 (рисунок 8.6) – від шин РУНН підстанції до для найбільш
віддалених світильників:
L
M2 P2 L0 P (L0 ) ,
2
P
де P роз ос
2 ,
40
29,6
P2 0,74 кВт.
40
L0 = 40 м – відстань від ТП до останньої восьмої освітлювальної магістралі,
L = 20 м – довжина магістралі,
Таким чином
М2 7,4 40 0,74(40 10) 333 кВт∙м.
Втрати напруги на кожній ділянці освітлювальної мережі згідно (8.3)
складають:
Для першої ділянки:
133,2
U1 0,55 % .
40 6
Для другої ділянки:
333
U2 1,38 % .
40 6
Таким чином, вимоги до напруги в найбільш віддалених лампах
внутрішнього освітлення цеху промислового підприємства – бути не нижче
97,5 % Uном – виконується.
8.3 Розрахунок цехової електричної мережі по умовам нагріву
Основним завданням цього розділу є вибір перерізу кабелів, проводів,
шинопроводів для всіх рівнів системи електропостачання на напругу до 1 кВ.
Вихідними даними для проведення розрахунків є: схема цехової
електричної мережі, номінальна напруга мережі Uном , результати розрахунку
навантаження цеху.
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 108
Для мереж напругою до 1 кВ визначальними при виборі перерізу
провідника є не економічні, а технічні вимоги та умови: нагрів провідників,
їх механічна міцність, втрати напруги, термічна стійкість до струмів
короткого замикання[1].
Деякі мережі та її елементи перевірці на економічну густину струму,
згідно ПУЕ [1] не підлягають, що треба окремо проаналізувати та
обов’язково вказати ( у вигляді переліку або таблиці).
Вибір перерізу провідників здійснюється за таблицях [1]. При цьому
повинно виконуватися умова
Ipоз Iдоп ,
де Iдоп – допустимий тривалий струм навантаження в кабелі, проводі и шині
для даного перерізу згідно ПУЕ.
Під час визначення допустимих тривалих струмів для кабелів,
неізольованих та ізольованих проводів і шин, а також для жорстких і гнучких
струмопроводів, прокладених у середовищах, температура яких істотно
відрізняється від зазначеної в 1.3.12-1.3.15 і 1.3.22 ПУЕ, слід застосовувати
коефіцієнти, наведені в табл.. 1.3.3 ПУЕ.
Конкретні особливості прокладки кабелів в цеху слід також враховувати за
допомогою відповідних коефіцієнтів згідно гл. 1.3.
Обраний переріз провідника по умовам нагріву довготривалим струмом
необхідно перевіряти по нагріву струмом післяаварійного режиму відповідно
до схеми цехової мережі. Отримані дані заносимо у таблицю.
Вибір розподільчих пунктів проводимо в залежності від їх технічних
характеристик ( кількості приєднаних електроприймачів , сумарного струму
І роз, РП споживачів, що приєднані до РП, тощо). І роз, РП визначається за
виразом
І роз, РП = Ipоз К
і П , (8.4)
і
де КП – коефіцієнт, що залежить від технологічних функцій, які виконують
і
споживачі.
Після розрахунку струмів короткого замикання та обрання
автоматичних вимикачів, РП перевіряють за номінальним струмом
автоматичних вимикачів, та струмів теплових розщіплювачів, які захищають
приєднанні електроприймачі.
Перевірці на економічну густину струму, згідно п.1.3.28 ПУЕ [1] не
підлягають:
– мережі промислових підприємств і споруд напругою до 1 кВ за числа
годин використання максимуму навантаження підприємств до 4000 – 5000;
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 109
– відгалуження до окремих електроприймачів напругою до 1 кВ, також
освітлювальні мережі промислових підприємств;
– збірні шини електроустановок і ошинування в межах відкритих і
закритих розподільчих установок всіх напруг ;
– мережі тимчасових споруд, а також пристрої з терміном служби 3–5
років.
Вибір перерізу провідників по технічним умовам включає:
– вибір по умовам теплового нагріву;
– по їх пропускної спроможності і умовами захисту;
– термічну стійкість до струмів короткого замикання;
– втрати напруги;
– механічна міцність.
На механічну міцність перевіряються голі проводи і приймаються
перерізи з умов механічної міцності для алюмінієвих S 35 мм2 і стальних
S 25 мм2 .
8.3.1 Особливості розрахунку цехових електричних мереж
Основним завданням електричних розрахунків є вибір перерізів
кабелів, проводів, шинопроводів і захисних апаратів для всіх рівнів системи
електропостачання на напрузі до 1 кВ. Вибрані перерізи повинні
забезпечувати допустимі відхилення напруги на затискачах всіх ЕП, що
нормуються стандартом по якості електроенергії. Для кожної ділянки цехової
мережі за розрахованим півгодинним максимумом навантаження і значенням
максимального пускового або пікового струму вибирається переріз
провідника, а також тип і значення уставок апаратів захисту від
ненормальних режимів в мережі: тривалих, не передбачених перевантажень
мережі і коротких замикань.
Вихідними даними для проведення розрахунків є:
– схема цехової електричної мережі з розташуванням апаратів захисту,
– Uном мережі,
– розрахункові півгодинні максимуми навантаження кожної ділянки
мережі Pmax ;
–пікові (пускові) струми на різних рівнях схеми,
– номінальні потужності ЕП.
Вибір перерізу провідника пов'язаний з вибором апаратів захисту, тому
вибір перерізу провідника цехової мережі та захисних апаратів виконується
спільно.
Потрібно врахувати вимоги ПУЕ щодо особливості вибору перерізу
провідників для мереж напругою до 1 В, а саме: акцентувати на те, які
вимоги та умови є визначальними – ономічні, нагрів провідників, їх
механічна міцність, втрати напруги, термічна стійкість до струмів КЗ.
Вказати, які силові мережі до 1 В згідно рекомендацій ПУЕ не
підлягають розрахунку по економічної густини струму.
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 110
Вказати, чи враховується фактор економічної густини струму зв'язку зі
спільним живленням силового та освітлювального навантажень
Вибір перерізів провідників за технічними умовами включає:
– вибір за умовою теплового нагрівання;
– за їх пропускною спроможністю та умовами захисту;
– за втратами напруги;
– за термічною стійкістю до струмів КЗ;
– механічну міцність;
– за умовою виникнення корони.
Необхідно оцінити вплив і врахування цих факторів при виборі
перерізу для кабельних і повітряних ліній, так як перелічені фактори по-
різному впливають залежно від номінальної напруги, конструктивного
виконання (кабель, шинопровід), призначення мережі (силова, рухливих ЕП,
освітлювальна тощо). Тому рішення слід приймати для кожного конкретного
випадку на підставі вимог і довідкових даних ПУЕ та інших нормативних
документів.
8.3.2 Розрахунок електричної мережі напругою до 1 кВ за умовами
нагріву та захисту
Провідники будь-якого призначення повинні задовольняти вимогам
щодо гранично допустимого нагріву з врахуванням не тільки нормальних, а
й післяаварійних режимів, режимів в період ремонту і можливих
нерівномірностей розподілу струмів між лініями, секціями шин тощо. При
перевірці на нагрів приймається півгодинний максимум струму, найбільший
з середніх півгодинних струмів даного елемента мережі.
Необхідно враховувати, що при різних режимах роботи
електроприймачів в якості розрахункового струму для перевірки перерізу
провідників по нагріванню слід приймати струм, значення якого залежить від
відповідного режиму (повторно-короткочасний, короткочасний, тривалий).
Вимоги для нормальних навантажень та післяаврійних перевантажень
стосуються кабелів і встановлених на них з’єднувальних та кінцевих муфт й
окінцевань.
Основною умовою вибору перерізу провідників є величина нагрівання
їх електричним струмом у нормальному, форсованому та аварійному
режимах. Якщо температура нагрівання перевищить допустиму, то залежно
від величини перевищення й тривалості часу, елемент може бути
пошкоджений, що спричинить порушення нормальної роботи системи, а в
гіршому випадку (загоряння ізоляції) може привести до пожежі. Тому для
всіх видів провідників та умов їх застосування головним у виборі перерізу є
нагрівання, яке визначається двома ефектами теплового впливу:максимально
допустимою температурою та тепловим зносом ізоляції для даного режиму й
класу ізоляції.
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 111
Як критерій допустимості того чи іншого режиму за нагріванням,
використовують сумарний вплив на строк служби провідника максимальної
температури і тривалості зносу ізоляції за розглянутий період. При різкіх
піках навантаження більшу небезпеку становить можливість перевищення
максимально допустимої температури. Якщо графік навантаження
рівномірний, більшу вагу має складова теплового зносу ізоляції.
Переріз провідника в основному залежить від величини
розрахункового струму ( Іроз ), від того, чи потрібно захищати мережу від
перевантаження чи ні, від температурних умов навколишнього середовища,
характеру приміщення і типу ізоляції провідника. Перш за все необхідно
вибрати марку провідника, визначитися з умовами його прокладки і потім
виконувати розрахунок.
Мінімально допустимий переріз провідника – такий переріз, при якому
провідник, маючи початкову температуру, що дорівнює максимальній
тривало допустимий Qтр доп , нагрівається струмом КЗ до гранично
допустимої температури за умовами термічної стійкості.
Переріз провідників цехової мережі обираємо згідно величині
розрахункового струму як окремих споживачів, так і розподільчих пунктів в
цілому за співвідношенням (2.1)
P
Ipоз = роз ,
3 Uном cosφ
де Рном – номінальна потужність згідно з завданням, кВт ;
Uном = 0,38 кВ.
Умовами вибору ліній живлення [1] є виконання співвідношення
І роз Ку. п Ітр. доп Л , (8.5)
Де Ітр. доп Л – допустимий тривалий струм лінії живлення, А;
Ку.п – коефіцієнт, що враховує умови прокладки кабелів згідно п. 1.3.21
ПУЕ.
З врахуванням умов прокладки кабелів, поправного коефіцієнту на
допустимий тривалий струм залежно від температури (табл. 1.3.3 ПУЕ),
співвідношення прийме вид
І ном доп. Л Іmах = 1,25 Іроз , (8.6)
Переріз провідників однофазної цехової мережі обираємо згідно
величині розрахункового струму за співвідношенням
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 112
P
I ном
pоз (однофаз) = , (8.7)
Uном cosφ
де Рном – номінальна потужність згідно з завданням, кВт;
Uном = 0,38 (0,22) кВ – лінійна або фазна напруга відповідно.
Керуючись вказаними вимогами, проводимо розрахунок мережі
живлення споживачів цеху, обираємо за каталожними даними [19] кабелі і
результати заносимо в таблицю 8.3.
Таблиця 8.3 – Вибір перерізу живлячого кабелю
Найменування Рном , cos І роз , Imax , Ітр. доп Марка
електроприймачів кВт А А А
1 2 3 4 5 6 7
Силові трифазні електроприймачі напругою 380 В
Тельфер 17 0,7 36,9 46,2 50 АВВГ(3×6)+(1×4)
Пила маятникова 7,8 0,8 14,8 18,5 19 АВВГ(4×2,5)
Вирубний прес 21 0,82 39 48,7 50 АВВГ(3×6)+(1×4)
Конвеєр 13,2 0,77 26,1 32,6 37 АВВГ(3×4)+(1×2,5)
Свердлильний верстат 7,5 0,83 13,7 17,2 19 АВВГ(4×2,5)
Різьбонарізний верстат 14,2 0,81 26,7 33,3 37 АВВГ(3×4)+(1×2,5)
Зварювальний апарат 21 0,91 35,1 43,9 50 АВВГ(3×6)+(1×4)
Зварювальний
18 0,93 29,4 36,8 37 АВВГ(3×4)+(1×2,5)
маніпулятор
Обертовий маніпулятор 18,4 0,86 32,5 40,7 50 АВВГ(3×6)+(1×4)
Фарбувальний
4,7 0,88 8,1 10,2 19 АВВГ(4×2,5)
маніпулятор
Теловентилятор 16,7 0,88 28,9 36,1 37 АВВГ(3×4)+(1×2,5)
Компресор 14 0,86 24,8 31 37 АВВГ(3×4)+(1×2,5)
Нагнітаючий вентилятор 5,5 0,83 10,1 12,6 19 АВВГ(4×2,5)
Витяжний вентилятор 22 0,85 39,4 49,2 50 АВВГ(3×6)+(1×4)
Насос гарячої води 7,5 0,84 13,6 17 19 АВВГ(4×2,5)
Вентилятор витяжний
3 0,88 5,2 6,5 19 АВВГ(4×2,5)
стельовий
Щиток освітлення 29,6 0,9 47 58,7 65 АВВГ(3×10)+(1×6)
200
Конденсаторна установка - 304 380 400 АВВГ(3×240)+(1×120)
квар
Однофазні електроприймачі
Свердлильний верстат 6,5 0,77 38,4 48,0 58 АВВГ(2х10)
Промислова паяльна
58 АВВГ(2х10)
станція 8,2 0,65 33,2 41,5
Вибір розподільчих пунктів проводимо згідно співвідношення (8.4).
Для нашого випадку КП 0,7
і
Переріз ввідного кабелю вибирається з таблиць ПУЕ, глава 1.3 [1], за
умовами І роз, РП І ном доп .
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 113
Таблиця 8.4 – Вибір перерізу ввідних кабелів
Найменування РП Ір.РП ,А Іmax ,А ІН.ДОП.Л ,А Марка
1 2 3 4 5
Розподільчий пункт РП-1 254,2 317,7 345 АВВГ(3×185)+(1×95)
Розподільчий пункт РП-2 218,9 273,6 305 АВВГ(3×150)+(1×70)
Розподільчий пункт РП-3 26 32,5 37 АВВГ(3×4)+(1×2,5)
Розподільчий пункт РП-4 184,9 231,1 240 АВВГ(3×95)+(1×50)
Розподільчий пункт РП-5 254,2 317,7 345 АВВГ(3×185)+(1×95)
Розподільчий пункт РП-6 26 32,5 37 АВВГ(3×4)+(1×2,5)
Розподільчий пункт РП-7 291,1 363,8 400 АВВГ(3×240)+(1×120)
Під час визначення допустимих тривалих струмів для кабелів,
неізольованих та ізольованих проводів і шин, а також для жорстких і гнучких
струмопроводів, прокладених у середовищах, температура яких істотно
відрізняється від зазначеної в 1.3.12–1.3.15 і 1.3.22 ПУН, застосовуємо
коефіцієнти, наведені в табл.. 1.3.3 ПУЕ.
Конкретні особливості прокладки кабелів в цеху враховуємо за
допомогою відповідних коефіцієнтів згідно гл. 1.3.
В умовах післяаварійного режиму перевірку ввідних кабелів до
розподільчих пунктів РП не здійснюємо, так як при включенні АВР на шинах
0,38 кВ, релейний захист автоматично відключає таку кількість споживачів,
що підключені до секцій шин РУНН, що післяаварійний струм не
перебільшує І роз, РП .
8.3.3 Розрахунок електричної мережі за втратами напруги
Згідно ПУЕ, для силових мереж відхилення напруги від номінальної
має становити не більше 5 % Uном . Для освітлювальних мереж
промислових підприємств і громадських будівель допускається відхилення
напруги від +5 до 2,5 % Uном , для мереж житлових будинків і зовнішнього
освітлення 5 % Uном . Ці вимоги обумовлені тим, що величина крутного
моменту асинхронних електродвигунів пропорційна квадрату підведеної
напруги і його зменшення може не забезпечити пуск механізмів, в мережах
освітлення зниження напруги призводить до різкого зменшення світлового
потоку.
Перевіримо обрану цехову мережу на допустимі відхилення напруги у
найбільш віддалених потужних споживачів.
Повний розрахунок відхилення напруги послідовно уздовж ланцюга РУ
НН ГПП – потужний споживач включає в себе визначення відхилення
напруги на двох ділянках – Л1 та Л2.
Розрахункова схема зображена на рисунку 8.7
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 114
Рисунок 8.7 – Розрахункова схема
Наша мета – визначення відхилення напруги цехової мережі від КТП
до споживача, тобто на ділянці Л2
Відхилення напруги δU відносно Uном в любої точці мережі
розраховується згідно співвідношення [2, 6]
δU = ΔUЦЖ (%) + ΔUТ (%) - ΔU(%) , (8.7)
де ΔUЦЖ (%) – відхилення в центрі живлення,
ΔUТ (%) – додаток, що створюється цеховим трансформатором,
ΔU(%) – сума втрат напруги від центра живлення до розрахункової
точці мережі.
Співвідношення (8.7) для нашого випадку з врахуванням того, що
напруга на затискачах найбільш віддалених електроприймачів не повинна
бути нижче 0,95Uном , має вид
Uном - ΔUТ - ΔUЛ2 95% , (8.8)
де ΔUТ , ΔUЛ2 – відповідні втрати напруги згідно розрахункової схеми
(рисунок 8.7). Втрату напруги на ділянці Л2 віл шин цехової підстанції до
віддаленого споживача виконуємо для величини перерізу кабелю, що живить
споживача від РП, так як його переріз менш ніж переріз кабелю від шин ТН
до РП. Отримані таким чином відхилення напруги будуть більш реальних,
але в тому разі, коли і вони не будуть перевищувати норму, реальні
відхилення тем більш будуть задовольнять нормі.
Втрати напруги на лінії визначаються формулою (3.4), яка для нашого
випадку має вигляд:
U 3 Iроз Л LКЛ rо cos xо sin .
Визначимо втрату напруги ΔUЛ2 найбільш потужного
електроприймача цеха (вирубний прес), для якого Іроз 21А, переріз кабелю
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 115
лінії F 6 мм2 , питомий активний та індуктивний опір, розрахований згідно
[19] відповідно r0 0,28 Ом/км, х0 0,26 Ом/км, LКЛ 20 м.
ΔUЛ (В) =210,02 (0,28 0,95 0,26 0,31) = 0,15 В .
Тобто
0,15
ΔUл (%) = 100% 0,03% .
380
Знайдемо втрати напруги ΔUТ на цеховому трансформаторі згідно
формули [ 6]:
S
ΔUТ = М (UА cosφ + U
S Р sinφ) ,
ном Т
1
деSМ – максимальне навантаження одного трансформатора - SМ S ,
2 ТП
SномТ – номінальна потужність трансформатора,
ΔР
U = КЗ
А 100% – активна складова напруги КЗ,
Sном Т
U U2
Р КЗ - U2
А – реактивна складова напруги КЗ.
Для трансформатора мережі, яка розраховується, РКЗ 5400 Вт,
1
UКЗ 4,5 %, SН. Т 630 кВ∙А, SМ S
2 ТП 397,9 кВ∙А,
cos 0,9; sin 0,433 .
Розрахуємо активну і реактивну складові напруги КЗ:
5400
UА = 100% 0,85% ; UР = (4,5)2 (0,85)2 4,42% .
630000
Втрати напруги ΔUТ на цеховому трансформаторі складуть:
578,4
ΔUТ = (0,93 0,95 4,4 0,31) 2,1% .
630
З врахуванням отриманих даних співвідношення (8.8) прийме вид
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 116
100% + 5% – 2,1% – 0,65% = 102,3 % ≥ 95 %.
Таким чином, відхилення напруги уздовж ланцюга “РУ НН КТП –
віддалений потужний споживач” не виходить за допустимі значення.
8.3.4 Вибір низьковольтних комплектних установок НКУ
На цьому етапі доцільно обрати тип и характеристики низьковольтних
комплектних установок НКУ (розподільчих пунктів, шаф та інш.).
Низьковольтна комплектна установка (НКУ) – сукупність апаратів
напругою до 1,0 кВ змінного струму і до 1,5 кВ постійного струму, пристроїв
керування, вимірювання, сигналізації, захисту, регулювання з усіма
внутрішніми електричними і механічними з’єднаннями, змонтованих на
єдиній конструктивній основі у вигляді щитів, шаф, пультів, шинних
приєднань тощо.
Необхідно проаналізувати ознаки, за якими класифікують НКУ, щоб з
врахування всіх факторів зробити обґрунтований вибір низьковольтних
комплектних установок.
Вибір проводів, шин, апаратів, приладів і конструкцій НКУ необхідно
здійснювати як за нормальним режимом роботи (відповідність робочій
напрузі і струму основних і допоміжних кіл, частоти мережі, заданому класу
точності, умовам експлуатації тощо), так і за умовами роботи в разі
короткого замикання з урахуванням термічних і електродинамічних впливів,
комутаційної спроможності.
У якості орієнтир при виборі струму І ном, РП розподільчого пункту РП
служить розраховане за формулою значення струму І роз, РП .
Після розрахунку струмів короткого замикання та обрання автоматичних
вимикачів, РП перевіряють за номінальним струмом автоматичних
вимикачів, та струмів теплових розщіплювачів, які захищають приєднанні
електроприймачі.
Далі за довідковими даними [19] обирається конкретний тип НКУ,
вказуються його технічні характеристики, включаючи напругу, номінальний
струм, апарати захисту тощо, у тому числі конструктивне виконання та
особливості застосування.
У якості РП цеху обираємо пункти розподільчі серії ПР11 (рисунок
8.8), що використовуються для прийому і розподілу електроенергії, захисту
різних установок напругою до 660 В змінного струму частотою 50 Гц від
перевантажень і струмів короткого замикання, а також нечастих (до шести
разів на годину) оперативних включень і виключень електричних ланцюгів.
Пункт розподільний ПР11 застосується для пусків асинхронних електричних
двигунів. ПР11 забезпечує захист людей від ураження електричним струмом,
так як він укомплектований пристроями захисту життя УЗО (устройство
защитного отключения). Пункт розподільний ПР11 створений на основі
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 117
безкаркасноі конструкції, на петлі встановлюються двері і замикається
замком.
Рисунок 8.8 – Пункт розподільчий ПР11
Усередині шафи монтується рама шасі з певним набором автоматичних
вимикачів. На рамі шасі мається нульова шина з затискачами (зажимами) для
підключення нульових жив ліній передач. Додатково можлива установка
ізольованою нейтралі. Струмопровідні частини всередині шафи закриваються
металевим екраном, монтується за допомогою 4-х затискачів. При
п'ятипровідних схемах розподільної шафи ПР11 в шасі встановлюються дві
шини РЕ і N. Контроль над ввідним та фідерними автоматами можливий
тільки при відкритих дверях пункту розподільного ПР11.
Конструкція пункту розподільного ПР11 передбачає вхід і вихід
живильних ліній, що відходять як зверху так і знизу. Для вимірювання
напруги на вході встановлюється шафа з вольтметром. При замовленні
необхідно уточнити: кінцеве значення діапазону вимірювань, частоту струму
і спосіб підключення. Пункти розподільчі ПР11 поставляються
укомплектованими і готовими до експлуатації. Монтаж шаф навісного
виконання здійснюється за допомогою анкерів.
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 118
8.4 Розрахунок струмів короткого замикання в мережі до 1000 В
Розрахунок струмів короткого замикання (КЗ) здійснюється за
методикою, передбаченою ДСТУ 28249–93 [14]. Методика призначена для
розрахунку струмів КЗ, необхідних для вибору і перевірки
електрообладнання по умовам КЗ, для вибору комутаційних апаратів, уставок
релейного захисту і заземлювальних пристроїв згідно ПУЕ.
Розрахунку для вибору и перевірки електрообладнання по умовам КЗ
підлягають:
1) начальне значення періодичної складової струму КЗ;
2) аперіодична складова струму КЗ;
3) ударний струм КЗ;
4) дійсне значення періодичної складової струму в довільний
момент часу, аж до розрахункового часу розмикання ушкодженого кола.
Елементи СЕП, які попали в короткозамкнений ланцюг, зазнають
термічного й електродинамічного впливу струмів. Якщо величина цього
впливу перевищує допустиму, елемент ушкоджується і завдає СЕП збитків.
Щоб запобігти цьому, треба:
а) визначити величину струмів КЗ;
б) перевірити допустимість цих струмів для вибраного обладнання і
струмопровідних частин і при необхідності, обрати інший елемент.
Розрахунок струмів короткого замикання (КЗ) здійснюється за
методикою, передбаченою ДСТУ 28249–93 [14]. Стандартом встановлено
методику розрахунків максимальних і мінімальних значень струму при
симетричних і несиметричних КЗ, види яких визначені відповідно до ДСТУ
28249–93. Методика призначена для розрахунку струмів КЗ, необхідних для
вибору і перевірки електрообладнання по умовам КЗ, для вибору
комутаційних апаратів, уставок релейного захисту і заземлювальних
пристроїв згідно ПУЕ. Величини, що підлягають визначенню і допустимі
погрішності їх розрахунку залежать від вказаних вище цілей.
Розрахунку для вибору и перевірки електрообладнання по умовам КЗ
підлягають:
5) начальне значення періодичної складової струму КЗ;
6) аперіодична складова струму КЗ;
7) ударний струм КЗ;
8) дійсне значення періодичної складової струму в довільний
момент часу, аж до розрахункового часу розмикання ушкодженого ланцюгу.
При розрахунках струмів КЗ в електроустановках напругою до 1 кВ
слід враховувати:
1) індуктивні опори всіх елементів короткозамкненого ланцюга,
включаючи силові трансформатори, провідники, трансформатори струму,
реактори, струмові котушки автоматичних вимикачів;
2) активні опори елементів короткозамкненого ланцюга;
3) активні опори різних контактів і контактних з’єднань;
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 119
4) значення параметрів синхронних і асинхронних двигунів.
При розрахунках струмів КЗ допускається:
1) максимально спрощувати і еквивалентировати всю зовнішню
мережу по відношенню до місця КЗ і індивідуально враховувати тільки
автономні джерела електроенергії і електродвигунів, що безпосередньо
примикають до місця;
2) не враховувати струм намагнічування трансформаторів;
3) не враховувати насищення магнітних систем електричних
машин;
4) не враховувати вплив асинхронних електродвигунів, якщо їх
сумарний номінальний струм не перевищує 1,0 % начального значення
періодичної складової струму в місці КЗ, розрахованого без врахування
електродвигунів.
Струм КЗ електроустановках напругою до 1 кВ рекомендується
розраховувати в іменованих одиницях. У схемі заміщення параметри
елементів розрахункової схеми належить привести до ступеня напруги
мережі, на якої знаходиться точка КЗ.
Послідовність розрахунку струмів короткого замикання наступна:
1) відповідно до принципової схеми обираємо умови розрахунку;
2) складаємо розрахункову та схему заміщення; обчислюємо параметри її
елементів;
3) вибрати метод розрахунку струму КЗ;
4) здійснюємо розрахунок;
5) оцінюємо одержані результати.
Відповідно до цільового призначення розрахунку встановлюємо
розрахункові умови короткого замикання для аналізованого елемента СЕП.
Розрахункові умови КЗ – найбільш складні, але достатньо важливі, в
яких може опинитися елемент електроустановки через різні види коротких
замикань. До сукупності первинних характеристик розрахункових умов
входять розрахункові: схема, вид струму КЗ, а також точка (місце), вид і
тривалість КЗ.
Розрахункова схема електроустановки – це схема з'єднань елементів
СЕП, де існують розрахункові умови КЗ для елемента, що розглядається, або
іншого завдання. При виборі розрахункової схеми слід ураховувати
передбачені для даної електроустановки умови її усталеної роботи і не
зважати на короткочасні зміни схеми, не передбачені для сталої експлуатації
(наприклад, під час перемикань).
Розрахункова схема містить реальні елементи (на різних ступенях
напруги) з електромагнітними зв'язками, опорами втрат і розсіювання.
З можливістю застосування методів теорії електричних кіл у
розрахунках струмів КЗ схему СЕП слід подавати у вигляді електричного
контуру. При цьому вважають, що КЗ – симетричне і перехідний процес
аналізується в одній фазі.
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 120
Для того, щоб була можливість застосування методів теорії
електричних кіл у розрахунках струмів КЗ, схему СЕП слід подавати у
вигляді електричного контуру. Для цього здійснюють перехід від
розрахункової схеми до схеми заміщення, суть якого – в заміні окремих
елементів електричними еквівалентами, з'єднаними у такій же послідовності.
Особливістю розрахунків струмів КЗ в електроустановках напругою до
1 кВ, крім зазначених нижче, є находження, як правило, всіх елементів
короткозамкненого кола на одному ступені напруги, що позбавляє
необхідності приводити значення еквівалентів схеми заміщення до цього
ступеню.
Розрахункове місця КЗ визначають на основі принципіальної схеми.
Такими місцями мають бути точки КЗ, що знаходяться поблизу споживачів,
обладнання та елементи мережі (шини РУ, РП тощо), в яких встановлюють
апаратуру, яку слід перевіряти на дію струмів КЗ.
Методика розрахунку начального діючого значення періодичної
складової струму короткого замикання залежить від способу
електропостачання – від енергосистеми або від автономного джерела.
Місце КЗ в електроустановках напругою до 1 кВ в більшості систем
електропостачання промислових підприємств характеризується як значно
електрично віддалене від джерел електроенергетичної системи, Установлена
потужність цих електроустановок звичайно помітно перевищує споживану. В
цьому випадку на стороні низької напруги знижувальних трансформаторів
амплітуду періодичної складової струму КЗ від енергосистеми можна
вважати незмінною. Ці ознаки обґрунтовують припущення, що
електроустановки напругою до 1 кВ промислових підприємств увімкнені до
джерела необмеженої потужності через еквівалентний індуктивний опір ХС .
При розрахунках в іменованих одиницях напруга U приймається на
5 % вище номінальної напруги мережі, тобто при Uном =380 кВ
U 1,05 Uном =400 В. Шуканий струм короткого замикання визначається
співвідношенням
1,05 U
I ном
КЗ ,
3 Z
де Z – сумарний повний опір до точки КЗ.
Сумарний повний опір до точки КЗ
Z r2
X2
,
де r , X – відповідно сумарне активний і реактивний опір прямої
послідовності короткозамкненого ланцюга. Ці опори, як правило,
вимірюються в мОм.
Ударний струм визначається за формулою
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 121
i Ку 2 ІКЗ ,
де Ку – ударний коефіцієнт.
Розрахункова схема КЗ цехової мережі приведена на рисунку 8.9.
8.4.1 Розрахунок начального значення періодичної складової струму
трифазного КЗ
Розрахункова схема КЗ цехової мережі представлена на рисунку 8.9.
Рисунок 8.9 – Розрахункова схема КЗ цехової мережі
Схема заміщення для складеної розрахункової схеми приведена на
рисунку 8.10.
Рисунок 8.10 – Схема заміщення прямої послідовності для розрахунку КЗ
в цехової мережі
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 122
На схемі заміщення введені позначення:
XC – індуктивний еквівалентний опір системи, зведений до нижчої
напруги, через який підключено трансформатор КТП;
rT – активний опір прямої послідовності знижувального
трансформатора, приведений до ступеня низької напруги мережі;
ХT – індуктивний опір прямої послідовності знижувального
трансформатора, приведений до ступеня низької напруги мережі;
rК – активний опір контактних з’єднань вимикача QF1;
rQF1 – активний опір струмових котушок розчіплювача вимикача QF1;
ХQF1 – індуктивний опір струмових котушок розчіплювача вимикача
QF1;
rTA – активний опір первинної обмотки трансформатору струму;
ХTA – індуктивний опір первинної обмотки трансформатору струму;
rQF2 – активний опір струмових котушок розчіплювача вимикача QF2;
ХQF2 – індуктивний опір струмових котушок розчіплювача вимикача
QF1;
rКQ – активний опір контактних з’єднань вимикача QF2 зі стороні
кабелю L1 ;
rКL1 – активний опір контактних з’єднань кабелю L1 ;
rL1 – активний опір кабелю L1 ;
XL1 – реактивний опір кабелю L1 ;
rQF3 – активний опір струмових котушок розчіплювача вимикача QF3;
ХQF3 – індуктивний опір струмових котушок розчіплювача вимикача
QF3;
rКL2 – активний опір контактних з’єднань кабелю L2
rL2 – активний опір кабелю L2 ;
XL2 – реактивний опір кабелю L2 .
Розрахуємо послідовно необхідні опори елементів короткозамкненого
ланцюга.
Індуктивний опір системию.
Еквівалентний індуктивний опір ХС для нашого випадку визначається
формулою [14]:
U2
X ср НН
C ,
3 Iном відк Uср. ВН
де Iотк.ном - номінальний струм відключення вимикача, що встановлений на
стороні вищої напруги понижуючого трансформатора.
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 123
(400)2
XC 0,5 мОм.
3 20 103 10 103
Активний та індуктивний опір силових трансформаторів
Активний та індуктивний опір прямої послідовності знижувального
трансформатора, приведений до ступеня низької напруги мережі,
розраховують за формулами:
P 2
r к. ном UНН. ном 6
Т 10
S2
Т.ном
2 2
x U2 100 P
к.ном U
НН.ном
T к 104
SТ.ном SТ.ном
де ST .ном – номінальна потужність трансформатора, кВ∙А;
Рк ном – втрати короткого замикання, кВт;
UНН .ном – номінальна напруга обмотки низької напруги трансформатора,
кВ;
Uк - напруга короткого замикання, %.
Параметри обраного трансформатора:
ST .ном = 630 кВ∙А;
Рк ном = 7,6 кВт;
Uк = 5,5%.
7,6 (0,4)2
r 106
T 3,1 мОм.
(630)2
2
2 100 7,6 (0,4)2
xT (5,5)
104 13,6 мОм.
630
630
Активний та індуктивний опір нульової послідовності трансформатора
цехової КТП, обмотки якого з’єднані по схемі / Y0 , при розрахунках КЗ в
мережі низької напруги приймаємо рівними відповідним активним та
індуктивним опорам прямої послідовності.
Активний опір контактних з’єднань.
Згідно [14] приймаємо наступні значення активних опорів контактних
з’єднань комутаційних апаратів і кабелів:
- rК = rКQ = 1,0 мОм;
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 124
- rКL1= rКL2 = 0,1 мОм.
Активні та індуктивні опори котушок автоматичних вимикачів.
Розрахунок струмів короткого замикання в електроустановках
напругою до 1 кВ слід вести з урахуванням індуктивних і активних опорів
котушок розчіплювачів максимального струму автоматичних вимикачів, при
цьому приймати значення активних та індуктивних опорів нульової
послідовності рівними відповідним опорам прямої послідовності. Значення
опору котушок розчіплювачів автоматичних вимикачів обираємо в
залежності від номінального струму вимикача згідно таблиці 21 в додатку 6
[14]:
- rQF1 = 0,25 мОм;
- rQF 2 = 0,65 мОм;
- rQF 3 = 2,15 мОм;
- ХQF1 = 0,1 мОм;
- ХQF 2 = 0,17 мОм;
- ХQF 3 = 1,2 мОм.
Активний та індуктивний опір трансформаторів струму.
При розрахунках струмів КЗ в електроустановках напругою до 1 кВ
слід враховувати активний та індуктивний опір первинних обмоток всіх
багатовиткових вимірювальних трансформаторів струму, які існують в
ланцюгу КЗ. Значення активних та індуктивних опорів нульової
послідовності приймають рівними значенням опорів прямої послідовності.
Активним та індуктивним опором одновиткових трансформаторів ( на
струми більш ніж 500 А) можна зневажити.
Параметри деяких багатовиткових трансформаторів струму обираємо
згідно таблиці 20, що приведена в додатку 5 [14]:
- rTA = 1,7 мОм;
- ХTA = 2,7 мОм.
Активний та індуктивний опір кабелю.
Значення параметрів прямої (зворотної ) і нульової послідовностей
кабелю, який використовується в короткозамкненому ланцюгу, приймаємо
згідно додатку 2 [11].
rL1 r0 L1 ,
X L1 x0 L1 ,
rL2 r0 L2 ,
XL2 x0 L2 .
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 125
З урахуванням питомих значень, параметри кабелів дорівнюють:
rL1 0,32 16 5,12 мОм;
XL1 0,057 16 0,912 мОм;
rL2 1,54 3 4,62 мОм;
XL2 0,062 3 0,186 мОм.
Розрахуємо сумарний активний і реактивний опір короткозамкненого
ланцюга «трансформатор цехової КТП – точка К3»:
r(К 3) rT + rК + rQF1 + rК + rTA + rК + rQF 2 + rКQ + rКL1+ rL1+ rКL1+ rQF 3 + rКL2 + rL2 .
r(К3) 3,1+ 1,0 + 0,25 + 1,0 + 1,7 + 1,0 + 0,65 + 1,0 + 0,1+ 5,12 + 0,1 + 2,15 +0,1
+ 4,62 = 21,89 мОм.
X(К 3) = XC + ХT + ХQF1 + ХTA + ХQF 2 + X L1+ ХQF 3 + X L2 .
X(К3) = 0,5 + 13,6 + 0,1 + 2,7 + 0,17 + 0,912 + 1,2 + 0,186 = 19,4 мОм.
Сумарний повний опір короткозамкненого ланцюга «трансформатор
цехової КТП – точка К3 »:
Z 2 2
(К3) (21,89) (19,4) 29,25 мОм.
Струм короткого замикання (начальне дійсне значення періодичної
складової трифазного струму КЗ Iп0 IКЗ(К3) ) у точці (К3):
1,05 380
IКЗ(К3) 7876 А.
3 29,25 103
Розрахуємо сумарний активний і реактивний опір короткозамкненого
ланцюга «трансформатор цехової КТП – точка К2 (РП1)»:
r(К 2) rT + rК + rQF1 + rК + rTA + rК + rQF 2 + rКQ + rКL1+ rL1+ rКL1.
r(К2) 3,1+ 1,0 + 0,25 + 1,0 + 1,7 + 0,65 + 1,0 + 0,1+ 5,12 + 0,1 = 15,02 мОм.
X(К 2) = XC + ХT + ХQF1 + ХTA + ХQF 2 + X L1 .
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 126
X(К2) = 0,5 + 13,6 + 0,1 + 2,7 + 0,17 + 0,912 = 18 мОм.
Z (15,02)2
(К2) (18)2 23,4 мОм.
Струм короткого замикання у точці (К3):
1,05 380
IКЗ(К2) 9845 А
3 23,4 103
Розрахуємо сумарний активний і реактивний опір короткозамкненого
ланцюга «трансформатор цехової КТП – точка К1 (шини 0,4 кВ КТП)»:
r(К1) rT + rК + rQF1 + rК + rTA .
r(К1) 3,1+ 1,0 + 0,25 + 1,0 + 1,7 = 7,05 мОм.
X(К1) = XC + ХT + ХQF1 + ХTA .
X(К1) = 0,5 + 13,6 + 0,1 + 2,7 = 16,9 мОм.
Z 2 2
(К1) (7,05) (16,9) 17,94 мОм.
Струм короткого замикання у точці (К3):
1,05 380
IКЗ(К1) 12841 А.
3 17,94 103
Отримані значення струму КЗ заносимо до таблиці 8.5.
Розрахунок аперіодичної складової струму КЗ
Найбільше начальне значення аперіодичної складової струму КЗ ia0 в
загальному випадку вважають рівним амплітуді періодичної складової
струму в начальний момент КЗ
ia0 2 IКЗ (4.11)
ia0(К1) 2 1284118106 А;
ia0(К2) 2 9845 13881 А;
ia0(К3) 2 7876 11105 А.
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 127
В радіальних мережах аперіодичну складову струму КЗ в довільний
момент часу ia t розраховують за формулою
i i e t /Ta
a t a0 , (4.12)
де t – час, с;
Ta – стала часу затухання аперіодична складова струму КЗ, с, яка
дорівнює
x
Ta
, (4.13)
c r
де x и r – результуючі індуктивний і активний опір ланцюга КЗ, Ом;
c – синхронна кутова частота напруги мережі, рад/с.
Ударний струм трифазного КЗ iуд
iуд 2 Iп0 Kуд , (4.14)
де Kуд (1 sin e tуд /Ta
к ) – ударний коефіцієнт, що може бути визначений за
кривими рисунка1 [14], які визначають значення Kуд в залежності від
X
відношення ,i ;
r,i
к – кут здвигу по фазі напруги або ЕРС джерела і періодичної складової
струму КЗ, що розраховується за співвідношенням :
x
к arctg 1 ; (4.15)
r1
tуд – час від начала КЗ до появи ударного струму,с, що дорівнює
/ 2
t уд 0,01 к . (4.16)
Для визначення ударного коефіцієнту Kуд використаємо кривими
X
рисунку 1 [14]. Попередньо розрахуємо параметр ,i для кожної точці
r,i
короткого замикання.
X(K1) 16,9
2,4 ;
r(K1) 7,05
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 128
X(K2) 18
1,2 ;
r(K2) 15,02
X(K3) 19,4
0,89 .
r(K3) 21,9
Відповідно до розрахованих параметрів ударний коефіцієнт складає:
Kуд(К1) 1,22 ;
Kуд(К2) 1,1;
Kуд(К3) 1,05 .
Таким чином, ударний струм у місцях К1, К2, К3:
iуд(К1) 2 128411,22 22155 А,
iуд(К2) 2 9845 1,115162 А,
iуд(К3) 2 7876 1,05 11578 А.
Таблиця 8.5 – Струми короткого замикання у розрахованих точках
Параметр Місце короткого замикання
К1 К2 К3
IКЗ , А 12841 9845 7876
iуд , А 22155 15162 11578
8.4.2 Розрахунок струму однофазного КЗ
Аналіз приведених вище особливостей розрахунку струму однофазного
короткого замикання показує, що величина цього стуму головним чином
залежить від опору (потужності) трансформатору. Так як нами обрано у
якості цехової ТП комплектну трансформаторну підстанцію КТП, все
обладнання якої – шафи високої і низької напруги зі встановленими у них
автоматами, шинами і другими елементами – розраховано на довготривалий
нормальний режим і відповідає вимогам стійкості до струмів КЗ у мережі
низької напруги трансформатора даної потужності. Таким чином, такий вибір
комплектного обладнання дозволяє задовольняти автоматично вимогам
стійкості до дії струмів КЗ, у тому числі, однофазних. А це означає, що у
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 129
даному разі відпадає необхідність у розрахунку однофазного КЗ для
подальшої перевірки обладнання на стійкість.
8.5 Захист цехових електричних мереж
Захист електричних мереж напругою до 1 кВ здійснюється згідно глави
3.1 ПУЕ [1].
У цехових мережах можуть виникати наступні ненормальні за струмом
режими роботи:
– збільшення струму внаслідок перевантаження;
– збільшення струму в момент пуску або самозапуску двигунів;
– збільшення струму внаслідок короткого замикання.
Захист від струмів КЗ є обов’язковим для всіх елементів мережі, такий
захист повинен забезпечувати по можливості найменший час вимкнення.
Місця встановлення та розташування апаратів захисту
регламентуються гл.3.1 ПУЕ.
Не допускається встановлювати апарати захисту в місцях приєднання
до живильної лінії таких кіл керування,сигналізації та вимірювання,
вимкнення яких може спричинити небезпечні наслідки.
Як апарати захисту мають застосовуватися автоматичні вимикачі або
запобіжники. На сучасних підприємствах найбільше поширені більш
досконалі автоматичні вимикачі, які мають очевидні переваги. При виборі
автоматичних вимикачів слід орієнтуватися на апарати типу ВА, які
відповідають ДСТУ 3020-95, виконані стандарті DIN, мають одно-, дво-, три-
і чотириполюсне виконання.
Вибір автоматичних вимикачів проводимо з врахуванням електричних
характеристик електроустановок, умов експлуатації, експлуатаційних вимог:
селективності відключення, вимогам до дистанційного керування та індикації
тощо. У цілому при такому виборі слід, в першу чергу, користуватися
технічною документацією на конкретні апарати. При виборі уставок струму
автоматичних вимикачів необхідно враховувати різницю в характеристиках і
погрішності у роботі розчеплювачів.
8.5.1 Вибір апаратів захисту
Перевантаження є менш небезпечне і в ряді випадків допускається
відмовлятися від застосування захисту провідників від перевантаження.
Згідно гл.3.1 ПУЕ мають бути захищеними від перевантаження:
– мережі всередині приміщень, виконані відкрито прокладеними
провідниками з горючою зовнішньою оболонкою або ізоляцією;
– освітлювальні мережі в службово-побутових приміщеннях
промислових підприємств, включаючи мережі для побутових і
електроприймачів переносних, а також у пожежонебезпечних зонах;
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 130
– силові мережі на промислових підприємствах – тільки в разі, якщо за
умовами технологічного процесу або за режимами роботи мережі може
виникати тривале перевантаження провідників;
– мережі всіх видів у вибухонебезпечних зонах.
При вибору автоматичних вимикачів дотримуємося наступних вимог:
– номінальна напруга вимикача не повинна бути нижче напруги
мережі;
– відключаюча здатність повинна бути розрахована на максимальні
струми КЗ, що протікають по елементу, що захищається;
– номінальний струм розчиплювача повинен бути не менше
найбільшого розрахункового струму навантаження, що тривало протикає по
елементу, що захищається:
Iном.розч Iроз ; (8.9)
– автоматичний вимикач не повинен відключатися в нормальному
режимі роботи елементу, що захищається, тому струм уставок сповільненого
спрацювання розчиплювачив, що регулюються, слід обирати по умові:
Iном.розч (1,11,3) Iроз (8.10)
(для автоматичних вимикачів з нерегульованим тепловим розчиплювачом
достатньо виконання попередньої умови);
– при допустимих короткочасних перевантаженнях елементу, що
захищається, автоматичний вимикач не повинен спрацьовувати; це
досягається вибором уставки миттєвого спрацювання електромагнітного
розчиплювача за умовою:
Iном.розч.е (1,251,35) iп (8.11)
де іп – пусковий струм окремого ЕП.
Захист кабельних ліній як окремих електроприймачів, так і кабелів
розподільчих пунктів здійснюємо автоматичними вимикачами [1].
Вибір обраного типу автоматичного вимикача проводимо за умови [1,
3]
ІН В. А. Іроз ; (8.12)
ІН Т. Р. 1,1 Іроз ; (8.13)
ІН Е.Р. 1,25 ІП , (8.14)
де ІН А. В. – номінальний (установчій) струм автоматичного вимикача;
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 131
Іроз – номінальний струм розчиплювача вимикача (незалежно від його
виду);
ІН Т.Р. – номінальний струм теплового розчиплювача;
ІН Е.Р. – номінальний струм електромагнітного розчиплювача;
ІП – струм пікового навантаження: ІП (5 7) Іроз . Значення ІП
відповідає піковому струму групи електроприймачів.
При виборі типу вимикача орієнтуємося попередньо на апарати серії
ВА: автоматичні вимикачі, що призначені для групового захисту
розподільчих пунктів, мають дві системи захисту – електротеплову і
електромагнітну, та виконані згідно ДСТУ 14254–96 зі ступенем захисту не
нижче ІР30.
Для автоматичних вимикачів серії ВА [19], що виконані в стандарті
DIN, струм електромагнітного розчиплювача в залежності від
характеристики (С, В чи D) виконується співвідношення:
ІН Е.Р. ≈ (3...5)· ІН Т.Р. ;
ІН Е.Р. ≈ (5...10)· ІН Т.Р. або ІН Е.Р. ≈ (10...14)· ІН Т.Р. .
Керуючись вказаними вище критеріями: формулі (8.9) – (8.14), , згідно
каталожним даних [20] обираємо тип апарату, характеристики яких заносимо
в таблицю 8.6.
Таблиця 8.6 – Вибір автоматичних вимикачів
Іроз , 1,1 Iроз Тип Ін, Ін.т.р, І ,
Найменування обладнання н.е.р
А А апарату А А А
1 2 3 4 5 6 7
Тельфер 36,9 40,6 ВА47-29 63 50 500
Пила маятникова 14,8 16,3 ВА47-29 63 20 500
Вирубний прес 39 42,9 ВА47-29 63 50 500
Конвеєр 26,1 28,7 ВА47-29 63 32 500
Свердлильний верстат 13,7 15,1 ВА47-29 63 16 500
Різьбонарізний верстат 26,7 29,3 ВА47-29 63 32 500
Зварювальний апарат 35,1 38,6 ВА47-29 63 40 500
Зварювальний маніпулятор 29,4 32,4 ВА47-29 63 40 500
Обертовий маніпулятор 32,5 35,8 ВА47-29 63 40 500
Фарбувальний маніпулятор 8,1 8,9 ВА47-29 63 10 500
Теловентилятор 28,9 31,8 ВА47-29 63 32 500
Компресор 24,8 27,2 ВА847-29 63 32 500
Нагнітаючий вентилятор 10,1 11,1 ВА47-29 63 13 500
Витяжний вентилятор 39,4 43,3 ВА47-29 63 50 500
Насос гарячої води 13,6 14,9 ВА47-29 63 16 500
Вентилятор витяжний стельов. 5,2 5,7 ВА47-29 63 8 500
Щиток освітлення ЩО 47 51,7 ВА47-29 63 63 500
Конденсаторна установка 304 334,4 ВА88-37 400 400 4000
Однофазні електроприймачі
Свердлильний верстат 38,4 42,3 ВА47–29 63 50 200
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 132
Продовж. табл. 8.6
1 2 3 4 5 6 7
Промислова паяльна станція 33,2 36,5 ВА47–29 63 50 200
Розподільчі пункти
Розподільчий пункт РП-1 254,2 279,6 ВА88-37 400 315 4000
Розподільчий пункт РП-2 218,9 240,8 ВА88-35 250 250 2500
Розподільчий пункт РП-3 26 28,6 ВА47-29 63 32 500
Розподільчий пункт РП-4 184,9 203,4 ВА88-35 250 250 2500
Розподільчий пункт РП-5 254,2 279,6 ВА88-37 400 315 4000
Розподільчий пункт РП-6 26 28,6 ВА47-29 63 32 500
Розподільчий пункт РП-7 291,1 320,2 ВА88-37 400 400 4000
Після визначення типу і параметрів вимикачів, обрана схема головних
з’єднань комплектної трансформаторної підстанції КТБ буде мати вид, що
приведений на графічної частині.
8.5.2 Перевірка мережі на захищеність
Обрані лінії перевіряються на захищеність згідно умови:
Ксх Ідоп Кзах Ізах ,
де Ксх – поправний коефіцієнт, що дорівнює одиниці для умов цеху;
Ідоп – тривалий допустимий струм провідника, А;
Кзах – коефіцієнт захисту, що дорівнює 1,0 для теплового та 0,22 для
електромагнітного розчеплювачів;
Ізах – струм спрацювання апарату захисту, А.
Для прикладу перевіримо лінію (таль електрична), для якої Іроз 39,4А ,
Ідоп 63 А, Ізах = 50 А.
150 А 139,4 А .
8.6 Вибір відпайок трансформатора цехової трансформаторної
підстанції
Оскільки серед електроприймачів цеху, як правило, відсутні
електроприймачі, що значно впливають на якість електроенергії, то обрану
цехову мережу перевіряють на допустимі відхилення напруги у споживачів.
Хід розрахунків залежить від схемі електропостачання цеху, але в
цілому виконується в наступному порядку.
Розрахунки по відхиленню напруги виконуються для режимів
мінімальних та максимальних навантажень.
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 133
В режимі максимальних навантажень напруга на зажимах найбільш
віддалених електроприймачів не повинна бути нижче 0,95 Uном . В режимі
максимальних навантажень обмеження йде зі сторони верхньої допустимої
границі напруги. При цьому напруга на шинах 0,4 кВ ТП не повинна
перевищувати 5 % номінальної напруги, тобто U1 5%.
За максимальні беремо максимальні розрахункові навантаження, а за
мінімальні – 30 % від максимальних.
Для режиму максимальних навантажень усталене відхилення напруги
згідно ДСТУ EN IEC 61000-4-11:2022
т
U1 Ет UТ Uм Uсп 5,
i1
де Ет – величина добавки напруги на регульованих відгалуженнях
трансформатора, %;
UТ – втрата напруги в трансформаторі, %;
n
Uм – сумарна втрата напруги в магістральних лініях до споживача,
i1
%;
n – кількість послідовних магістралей до споживача;
Uсп – втрата напруги в мережі найвіддаленішого споживача, %;
5 % – припустиме усталене відхилення напруги згідно 13.
При необхідності, може бути задіяна «добавка» UT , яка створюються
цеховим трансформатором. Значення «добавки» UT регулюється зміною
кількості числа витків трансформатору, тобто зміною коефіцієнта
трансформації, за співвідношенням
W
U U 2
2 1 .
W1
Для цього у цехових трансформаторів є від 3 до 5 відгалужень, які
перемикаються в разі необхідності при відключеному трансформаторі.
Значення UT , залежно від відгалуження, приймаються за таблицею 8.7
Таблиця 8.7
Відгалуження наближено точно
+5 0 0,25
+2,5 2,5
0 5,0 5,25
-2,5 7,5
-5,0 10 10,8
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 134
Нами проведено розрахунок втрат напруги у мережі 10 і 0,38 кВ: а саме
– п. 5.2 (Розрахунок перерізу розподільчих мереж) і п. 8.3.3 (Розрахунок
електричної мережі за втратами напруги).
Так як відхилення по напрузі нами не виявлено, то нема потреби у
зміні відгалужень трансформатора.
8.7 Вибір типу, конструкції та компоновки трансформаторної
підстанції
Електропостачання сучасних промислових підприємств базується, в
основному, на використанні комплектного крупноблочного обладнання:
комплектних трансформаторних підстанцій, комплектних розподільчих
установок різних напруг та призначення, комплектних струмопроводів,
щитків, тощо.
При використанні комплектного обладнання підвищується якість
систем електропостачання, надійність її роботи, зручність і безпека
обслуговування, забезпечується швидке розширення та мобільність
електрогосподарства.
Електромонтаж зводиться лише до встановлення різних комплектних
електроустановок і приєднанню їх до електричних мереж. Застосування
комплектних установок дає значне спрощення будівельної частини
електроустановок, так як непотрібні складні перегородки для камер
електричних апаратів, трансформаторів та іншого обладнання. Приміщення
створюються простими у будівельному відношенні. Повністю закриті
комплектні установки можна розташовувати безпосередньо у виробничих
приміщеннях без улаштування будівельних оболонок.
План і розріз обраної конкретної підстанції приводиться у графічної
частині кваліфікаційної роботи.
Комплектна трансформаторна підстанція, що обрана намив в якості
джерела живлення у цехової мережі, складається з силових трансформаторів,
ввідних шаф зі сторони високої напруги, розподільчих установок низької
напруги. Для нашого випадку з врахуванням розмірів приміщення, у якому
розташовано КТП, обрано однорядне виконання підстанції.
Електромонтаж зводиться лише до встановлення різних комплектних
електроустановок і приєднанню їх до електричних мереж. Застосування
комплектних установок дає значне спрощення будівельної частини
електроустановок, так як непотрібні складні перегородки для камер
електричних апаратів, трансформаторів та іншого обладнання. Приміщення
утворюються простими у будівельному відношенні. Повністю закриті
комплектні установки можна розташовувати безпосередньо у виробничих
приміщеннях без улаштування будівельних оболонок.
В якості трансформаторних підстанцій у цехової мережі зазвичай
використовуються комплектні трансформаторні підстанції КТП різної
модифікації. Це обумовлено тім, що при використанні комплектного
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 135
обладнання підвищується якість систем електропостачання, надійність її
роботи, зручність і безпека обслуговування, забезпечується швидке
розширення та мобільність електрогосподарства.
Електромонтаж зводиться лише до встановлення різних комплектних
електроустановок і приєднанню їх до електричних мереж. Застосування
комплектних установок дає значне спрощення будівельної частини
електроустановок, так як непотрібні складні перегородки для камер
електричних апаратів, трансформаторів та іншого обладнання. Приміщення
утворюються простими у будівельному відношенні. Повністю закриті
комплектні установки можна розташовувати безпосередньо у виробничих
приміщеннях без улаштування будівельних оболонок.
На рисунку 8.11 приведена типова комплектна трансформаторна
підстанція внутрішньоцехового розташування.
Для нашого цеху з урахуванням приведених вище міркувань обираємо
комплектну трансформаторну підстанцію КТПЦ ТОВ «ЕЛІЗ» (Запоріжжя).
Обрана однотрансформаторна підстанція КТПЦ-630/10/0,4-04 У3
призначена для надійного електропостачання промислових об’єктів, має
потужність трансформатора 630 кВ∙А, з захистом і автоматикою, що
виконана на мікропроцесорних блоках типу БМРЗ-0.4.
Рисунок 8.11 - Типова комплектна трансформаторна підстанція
внутрішньоцехового розташування
Склад підстанції КТПЦ-630/10/0,4-04 У3:
1. Пристрій вводу з боку високої напруги (УВН).
2. Силовий трансформатор.
3. Кожух виводів силового трансформатору.
4. Розподільча установка низької напруги (РУНН), що
складається з наступного обладнання:
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 136
- шафа вимикача робочого вводу;
- шафа секційного вимикача;
- шафа ліній, що відходять;
- шафа автоматизованої конденсаторної установки;
- шафа управління.
5. Шинна перемичка.
Зібрана з вказаних окремих блоків комплектна трансформаторна
однорядна.
Для прикладу на рисунку 8.12 приведено загальний вид шафи
секційного вимикача, на рисунку 8.13 – загальний вид шафи управління.
Рисунок 8.12 – Загальний вид Рисунок 8.13 – Загальний вид шафи
шафи секційного вимикача: управління:
1 – шафа секційного вимикача; 2 – відсік 1 – шафа управління; 2 – відсік збірних шин;
збірних шин; 3 – клапан розвантаження; 4 3 – клапан розгрузки; відсік клемного блоку;
– відсік клемного блоку; 5 - відсік 5 – відсік релейного блоку; 6 – відсік шинок
секційного вимикача; 6 – відсік релейного управління
блоку; 7 – відсік шинок управління; 8 –
відсік шин
У складі підстанції використовуються масляні трансформатори серії
ТМ 10 (трансформатор масляний), що виготовляється у герметичному
гофробаку і не потребує обслуговування на протязі всього терміну
експлуатації. Загальний вид трансформатору серії ТМ приведено на рисунку
8.14.
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 137
Рисунок 8.15 – Загальний вид трансформатору серії ТМ
Конструкція і компоновка трансформаторної підстанції КТПЦ-
630/10/0,4-04 У3 приведено на листу 6 графічної частини кваліфікаційної
роботи.
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 138
9 ІНДИВІДУАЛЬНЕ ЗАВДАННЯ - Розробка схеми мікропроцесорного
пристрою контролю процесом сушки лакофарбних покриттів
Даний пристрій призначений для контролю процесом сушки фарбованих
металевих опор, з метою регулювання і оптимізації часу сушки. Він має
наступні функціональні можливості: індикація часу сушки, що залишився (з
перерахунком залежно від змінних умов сушки в режимі реального часу);
таймер; вимірювання і індикація температури в чотирьох точках
фарбувальної камери; звукова сигналізація при підвищенні температури або
зміні умов процесу сушки; управління режимами роботи
пристроюздопомогою ІЧ – комунікатора
Функціональна блок-схема пристрою контролю. Блок-схема пристрою
контролю наведена на рисунку 9.1.
Рисунок 9.1 - Блок-схема пристрою контролю
Електронний пристрій контролю процесом сушки лакофарбних
покриттів складається з таких вузлів: блоку живлення (А1) контролеру
напруги (А2), сенсорної клавіатури управління пристроєм (А3), блоку
термометрів (А4), мікроконтролеру (А5), блоку звукової сигналізації (А6),
годинника реального часу (А7), драйвера РКІ (А8) та РКІ (А9).
Мікроконтролер (А5), в залежності від показань, які знімаються з блоку
термометрів (А4) та контролеру напруги (А2), обробляє інформацію і в
залежності від цих показань видає сигнал на блок звукової сигналізації (А6)
та декодується драйверами РКІ (А8) і подається на РКІ (А9). Годинник
реального часу (А7) призначений для формування тактів керуючих
мікроконтролером та драйверами індикатора. Сенсорна клавіатура
управління пристроєм (А3) призначена для введення даних по режимам
сушки та здійснення загальним керуванням пристроєм.
Розробляємий нами контролюючий пристрій працює наступним чином:
Сигнал з зовнішніх терморезисторів попередньо обробляється
мікроконтролером DD2, що встновлений в блоці (А4), подається у вигляді
цифрових сигналів до основного мікроконтролера (А5). Порівнявши сигнал з
блоку (А4) з заданим параметром блоків (А7) та (А3), мікропроцесор видає
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 139
інформацію про стан температури на блок (А9) крізь блок (А8). Також
основний мікропроцесор (А5) видає сигнал керування на блок (А2), до якого
може бути приєднаний виконавчий механізм – наприклад в вигляді
комутуючого проміжного реле.
Опис електричної принципової схеми пристрою контролю температури
сушильної установки.
Принципова електрична схема пристрою контролю наведена на рисунку
9.2.
A2 A5
DA1
R4 DD3
+6 B 5
+B 1 3 X1 CPU
+ 2 + С8
С1 С5 С6 ZQ1
GND
A8 A9
4
X2
DD5 HG1
С9
LCD
VD1 R13 11 5
A1
8 8
R2 A2
+6 B 19 11
A3
20 14
A3 4 A4
CS 1 4
B1
1
RST 10 7
B2
DD1 3 10
С10 B3
3 6 9 13
Int0 B4
18 3
C1
R5
2 +6 B 12 6
C2
1 2 9
VT2 C3
13 12
R15 C4
С2 7
D 15
AG
14
C 29
16 1
CG
9
T1
12
Ain0
13
Ain1
19
P1.7
R3 С3 18
P1.6
7 2
A6 R14 Int1
VT3 17 P1.5
С7 R12
VT1 16
+6 B P1.4 2
RXD
15
P1.3
14
P1.2
8
T0 3
TXD
HA1 R1
DD6
R6
11 17
A1
8 20
A2
+6 B 19 23
A3
20 26
4 A4
CS 1 16
B1
DD2 10 19
R7-R11 B2
1 +6 B VD2 VD4 VD6 VD8 3 22
B3
TP
B4 9 25
18 15
C1
12 18
3 C2
TH1 2 21
C3
13 24
C4
7
D 15 27
AG
4
TH2 14
C 17 28
COB
16
CG
5
TH3
DD4
6 +6 B
TH4 1 8
VCC2 VCC1
2 X1 7
SCL
3 X2 6
I/Q
8
GND 4
GND 5
RST
ZQ2
VD3 VD5 VD7 VD9 BT1
С4
A4 A7
Рисунок 9.2 - Принципова електрична схема пристрою контролю
Основою пристрою є мікроконтролер AT89C2051 фірми «Atmel». Для
відображення інформації використовується рідкокристалічний індикатор
типуРКІ 13-8/7-02. Не дивлячись на те, що в даний час доступні РКІ з
вбудованими контролерами, для даного пристрою є доцільним застосування
спеціального РКІ. Причин декілька. Поширені РКІ з вбудованими
контролерами володіють цілим рядом недоліків відсутність десяткових
крапок, поганий кут огляду, недостатній в деяких випадках розмір символів.
В той же час існує доступна і досить зручна у використанні мікросхема
драйвера РКІ КР1820ВГ1.
Мікросхема КР1820ВГ1 використовується для управління 36-
сегментним РКІ в режимі 3-рівневого мультиплексування. Мікросхема
виготовляється по КМОП-технології і випускається в 20-вивідному
пластмасовому DIP-корпусі. Мікросхема містить вбудований тактовий
генератор, резистивний дільник напруги і дільники частоти, за допомогою
яких формуються сигнали управління рядками (загальнимиелектродами) і
стовпцями (сегментними електродами) РКІ в режимі 3-рівневого
мультиплексування. Одна мікросхема має три виходи управління рядками і
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 140
12 виходів управління стовпцями. Передбачена можливістькаскадування
схем, що дозволяє використовувати їх для управління мультиплексним РКІ з
числом сегментів більше 36. Мікросхема не потребує ніякихнавісних
компонентів і працює в діапазоні напруги живленнявід 3 до 6 В.
Мікросхема КР1820ВГ1 має чотири режими роботи: одиночний,
старший, молодший і тестовий. У одиночному режимі одна мікросхема
управляє 36-сегментним ЖКИ, забезпечуючи повну синхронізацію його
роботи. Старший і молодший режими призначені для організації управління
РКІ з числом сегментів більше 36, тестовий режим – для контролю якості
мікросхем в процесі виготовлення.
Дані вводяться в мікросхему в послідовному коді по входу D з
синхронізацією запису фронтом тактових імпульсів по входу C.
Код записуваних даних визначається конкретною схемою підключення
шин управління рядками і стовпцями до сегментів РКІ, а також
конфігурацією РКІ.
Біти D0..D7 відповідають сегментам першого розряду, біти D8..D15 –
другого і так далі. Біти D32..D35 відповідають спеціальним сегментам
P1...P4. Біт D36 може набувати будь-якого значення. Біти D37 і D38 (Q6 і Q7)
управляють режимом роботи схеми. Біт D39 (Q8) призначений для
синхронізації роботи двох і більше каскадів мікросхеми.
Для завантаження мікросхеми в одиночному режимі необхідно виконати
наступну послідовність дій:
- встановити на сході CS рівень логічного 0;
- записати вісім бітів даних для кожної цифри першого-четвертого
розрядів;
- записати чотири біта для спеціальних сегментів і чотири біта
управління;
- встановити на вході CS рівень логічної 1.
Після установки мікросхеми в потрібний режим для подальшої зміни
даних необов'язково записувати всі 40 біт інформації.
Для завантаження мікросхеми в старшому і молодшому режимах
необхідно виконати наступну послідовність дій:
- встановити на вході CS обох схем рівень логічного 0;
- записати 32 бита даних для «молодшої» схеми;
- записати чотири бита для спеціальних сегментів молодшої схеми і
чотири біта управління (при подачі останньої одиниці обидві мікросхеми
встановлюються в молодший режим, виводи COA/G обох схем працюють як
входи генератора. Відбувається синхронізація роботи мікросхем);
- встановити на входах CS обох схем рівень логічної 1;
- встановити на вході CS «старшої» схеми рівень логічного 0;
- записати 32 бита даних для старшої схеми;
- записати чотири біта для спеціальних сегментів старшої схеми і чотири
біта управління (після цього виведення COA/G старшої схеми начитає
працювати як вихід управління рядком А, а виведення COC/G – як вихід
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 141
вбудованого генератора. Імпульси з виходу генератора старшої схеми
поступають на вхід генератора COA/G молодшої схеми, і обидва кристали
починають працювати синхронно від генератора старшої схеми);
- встановити на сході CS встановити рівень логічної 1.
Щоб записати у внутрішні регістри-клямки нові дані, немає необхідності
скидати обидві схеми: досить записати дані по черзі у внутрішні регістри-
клямки кожної схеми. При цьому в останній біт D39 повинен
записуватисянуль як для старшої, так і для молодшої схем.
Потрібно сказати, що деякі типи РК індикаторів незадовільно працюють
при живленні мікросхем драйверів напругою +5 В. Проте картина різко
поліпшується при зниженні напруги живленнядо 3,3 – 4,0 В. Це зробити
зовсім нескладно, оскільки споживаний драйверами струм дуже малий. У
ланцюг живленняможна включити параметричний стабілізатор напруги на
основі TL431 або навіть простий резистивний дільник. На всіх цифрових
входах драйверів також знадобляться дільники напруги.
Як годинник реального часу застосована мікросхема DS1302 фірми
Dallas. Ця мікросхема має роздільні входи для підключення основного і
резервного джерел живлення, що позбавляє від проєктування досить хитрих
схем переходу на резервне джерело. Крім того, є вбудована схема
«краплинної» зарядки резервного джерела живлення, яка може бути
включена програмно. Додатково мікросхема має ОЗП об'ємом 31 байт, яке
може бути використане для незалежного зберігання параметрів. З навісних
елементів потрібний тільки кварцевий резонатор. Згіднорекомендаціям фірми
Dallas, потрібний резонатор, розрахований на ємкістьнавантаження 6 пФ.
Інакше точність ходу годинника буде незадовільною або навіть з'являться
проблеми із запуском кварцевого генератора. Для обміну з мікросхемою
DS1302 використовуються загальні з драйверами РКІ лінії даних. Розділені
тільки сигнали CS і RST.
Як датчики температури застосовані мікросхеми цифрових термометрів
DS1821 фірмиDallas. У ланцюгах даних термометрів включені захисні
ланцюжки R8-R11, VD2-VD9, а в ланцюзі живлення включений обмежуючий
резистор R1 для захисту від короткого замикання. Термометри
встановлюються в різних місцях теплотраси калорифера. Завдяки наявності
заданих програмно порогів, окрім індикації температури здійснюється ще і
контроль її виходу за безпечні межі. Пороги у вигляді констант внесені до
тексту програми. Для першого термометра +105 градусів, а для другого-
четвертого термометрів +80; +75; +50 градусів, відповідно.
Індикацією висушеного виробу є той факт, що на внутрішній поверхні
оснащення фарбувальної камери з‘являється невелика електрична
провідність для чого на цю поверхню подається невисока напруга. Для
вимірюваннянапруги на корпусі фарбувальної камери побудованийпростий
8-розрядний АЦП на основі вбудованого в мікроконтролеркомпаратора. Для
зменшення впливу перешкод використовується 16-кратне усереднювання
результатів.
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 142
На вході AIN1 формується пилкоподібна напруга, яка порівнюється з
вхідною напругою, яка через дільник R2, R3 поступає на вхід компаратора
AIN0. Ємкість C3знижує вплив перешкод на показання вольтметра.
Пилкоподібна напруга формується на ємкості C7 в результатізаряду її
стабільним струмом від генератора струму, зібраного на елементах VT2,
VD1, R13. Перед початком вимірювання конденсатор C7 розряджений за
допомогою відкритого ключаVT3. Коли починаєтьсяцикл вимірювання, на
порту P1.5 встановлюється низький логічний рівень, транзистор VT3
закривається, і напруга на конденсаторі C7 починає лінійно наростати. В цей
час починається відлік у програмному лічильника. Відлік йде до тих пір,
поки напруга на C7 не стане рівною вхідному (на середній точці дільника R2,
R3). При цьому перемикаєтьсявбудований компаратор, і
рахунокзабороняється. Значення, накопичене в лічильнику, буде пропорційне
вхідній напрузі. Застосування генератора струму (а не резистора) дозволило
отриматилінійний закон заряду C7, що виключило необхідність програмної
лінеаризації АЦП. Необхідно відзначити, що конденсатор C7 повинен бути
термостабільним, наприклад, з плівковим діелектриком типу К73-17. За
допомогою резистора R13 підбирають струм генератора так, щоб показання
АЦП співпадали з реальним значенням напруги на вході +B. Окрім індикації
напруги здійснюється контроль його падіння нижче порогу 10 В. У
разітакого падіння включається звукова сигналізація.
Для управління пристроєм застосовується стандартний ГІЧ – комутатор
SAA3010 фірми Dallas.
У якості ГІЧ приймача використана інтегральна мікросхема SFH-506
фірми Siemens. Ця мікросхема чутлива до перешкод по ланцюгу живлення,
тому застосований RC фільтр R5-C2.
У разі спрацьовування датчика перевищення температурою
встановленого порогу або підвищення напруги на корпусі формується
звуковий сигнал. Для його формування використана малогабаритна
динамічна головка HA1, яка підключена через транзистор VT1. Звукові
сигнали також формуються при натисненнях на кнопки управління.
Для живлення пристрою використовується інтегральний стабілізатор
DA1 типу 7805. Споживаний пристроєм струм дуже невеликий, тому
радіатор для цієї мікросхеми не потрібний.
Оскільки мікросхеми контролера РКІ вимагають невеликої кількості
сигналів для зв'язку з мікроконтролером, індикатор можна виконати
конструктивно в окремому корпусі мінімального розміру і розташувати його
в зручному для огляду місці. Дроти датчиків температури можуть мати
довжину декілька метрів. При цьому обов'язково повинен бути присутнім
дріт заземлення. Для термометрів необхідно використовувати кабель, який
має два дроти в загальному екрані, ізольованому зовні.
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 143
10 ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНІ РОЗРАХУНКИ ЕЛЕМЕНТІВ СЕП
ПРОМИСЛОВОГО ПІДПРИЄМСТВА – Визначення економічної
ефективності від впровадження схеми мікропроцесорного пристрою
контролю процесом сушки лакофарбних покриттів
З метою впровадження новітніх енергозберігаючих заходів та
технологій в процес сушки пофарбованих стаціонарних мачт мобільного
зв’язку на підприємстві з виготовлення базових станцій мобільного зв’язку
будемо використовувати фарбувальну камеру з впровадженим
мікропроцесорним пристроєм контролю, що дозволяє зменшити час сушки
пофарбованих виробів на 8% (будемо вважати, що таким чином збільшується
ККД установки до = 92%). Номінальна потужність фарбувальної камери Р
= 39,3 кВт; при cos φ = 0,88 (tg = 0,54), коефіцієнт завантаженості КВ = 0,5.
Модифікація даного обладнання є сучасною, компактною, більш ефективною
та продуктивною, не містить додаткового механічного оснащення і не
потребує спеціально створених умов навколишнього середовища.
Визначаємо основні електричні характеристики електрообладнання.
Реактивна спожита потужність та зменшення (економія) повної спожитої
потужності фарбувальної камери:
Q P tg ;
Q 39,3 0,54 21,22 квар.
P2 Q2
S ;
39,32 21,222
S 48,54 кВА.
0,92
Розглянувши попередні розрахунки ми можемо зробити висновок, що
впровадження новітніх енергозберігаючих заходів та технологій в
технологічний процес сушки пофарбованих конструкційних мачт мобільного
зв’язку дозволило зменшити споживану потужність на S = 48,54 кВА. Це
призводить до зменшення потужності живлячого (цехового) трансформатора,
а також до значного зниження ударних струмів, що виникають при
комутаційних переключеннях.
Для приблизного розрахунку економічного ефекту від впровадження
новітніх енергозберігаючих заходів та технологій скористаємося
порівняльною характеристикою, щодо спожитої електроенергії за рік, при
роботі технологічного обладнання в одну зміну при 8-годинному робочому
дні п‘ять днів на тиждень, тобто 2112 годин на рік:
C Kв Cел S t ,
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 144
де КВ – коефіцієнт завантаженості технологічного обладнання; КВ = 0,5;
Сел – вартість однієї кіловат-години; Сел = 12,83 грн;
ΔS – економія споживаної потужності технологічним
електрообладнанням за запропонованим варіантом; ΔS = 48,54 кВА;
t – кількість робочих годин на рік, t = 2112 годин.
C 0,5 12,83 48,54 2112 657643,22 грн. за рік.
Отже, можна зробити висновок про те, що впровадження новітніх
енергозберігаючих заходів в технологічний процес сушки пофарбованих
стаціонарних мачт мобільного зв’язку на заводі з виготовлення мачт
мобільного зв’язку є технічно і економічно вигідним і має високий
економічний ефект: С = 657643,22 грн. за рік.
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 145
11 ОХОРОНА ПРАЦІ
11.1 Аналіз небезпек та шкідливостей, що впливають на
співробітника технічної лабораторії
При проєктуванні системи електропостачання підприємства з
виготовлення базових станцій мобільного зв’язку, що проводиться в даній
роботі потрібно використовувати складні розрахункові комп’ютерні
програми і розробку великої кількості технічної документації. Тому
проаналізуємо умови праці дослідника, який виконуватиме роботу в
приміщенні лабораторії з використанням персонального комп’ютера.
Легкі фізичні роботи (категорія I) охоплюють види діяльності, при
яких витрата енергії дорівнює 105-140 Вт (90-120 ккал/год.) - категорія Iа та
141-175 Вт (121-150 ккал/год.) - категорія Iб. До категорії Iа належать
роботи, що виконуються сидячи і не потребують фізичного напруження.
До категорії Iб належать роботи, що виконуються сидячи, стоячи або
пов'язані з ходінням та супроводжуються деяким фізичним напруженням.
Робоче місце дослідника є постійним і являє собою стіл, на якому
встановлений персональний комп'ютер, принтер та комп’ютерне крісло. Воно
знаходиться в окремому приміщенні, мебльованому робочими столами зі
встановленими на них комп’ютерах.
Ширина столу 0,65 м,довжина столу 1,2 м , висота столу 75 см
усі предмети, що знаходяться на ньому розташовані на відстані не
більше 0,6 см від працівника, отже вони знаходяться в робочій зоні.
висота стільця регулюється см.
Тип робочого крісла обирається у відповідності та в залежності від
тривалості роботи: при тривалій - масивне, при короткочасній - крісло легкої
конструкції, яке легко пересувати. Оскільки в нас робочий процес
довготривалий тому нам слід використати масивне крісло з можливостями
регулювання за висотою від 54 см. до 61 см.
Робоча поза працюючого безпосередньо пов'язана з тривалим
очікуванням закінчення обрахунків комп'ютером, що в свою чергу
призводить до періодичного перебування в незручній, фіксованій позі до 30%
від загальної тривалості роботи.
Однотипність даних на екрані монітору та очікування закінчення
розрахунків може привести до додаткового виснаження ресурсів організму,
швидше стомлення,біль в рухомих елементах тіла, значне зниження
працездатності,погіршення зорової активності. Ступінь складності завдання
полягає в виконанні обчислень, обробці отриманих результатів, а також
побудова і обробка графіків і розроблення робочих креслень продукції що
випускається, що відповідає допустимому класу умов праці.
Розміри приміщення лабораторії становлять: ширина – 10 м, довжина –
14 м, висота стелі – 3 м, площа кімнати складає 140 м2. Кімната розрахована
на 10 працюючих осіб, звідси площа, яка припадає на одну людину, дорівнює
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 146
14 м2. Об’єм приміщення становить – 420 м3. Звідси об’єм, який припадає на
одну людину, дорівнює 42 м3, що відповідає вимогам ДСН 3.3.6042-99
(Пункт 5.1.1.1 Площу приміщення слід приймати з розрахунку не менше
на робоче місце працівника управління,а на одного працівника
конструкторського бюро не менше .)
Важливе значення мають фактори мікроклімату в робочому приміщені,
так як вони безпосередньо впливають на здоров’я та самопочуття наукового
співробітника. Згідно з ДСН 3.3.6042-99 нормативні значення основних
факторів мікроклімату наступні:
Таблиця 11.1 Допустимі величини температури, відносної
вологості та швидкості руху повітря в робочій зоні виробничих
приміщень
Період року Категорія Температура град.С Відносна Швидкість
робіт Верхня межа Нижня межа вологість % руху повітря
На На не На На не м/с
постійних постійних постійних постійних
робочих робочих робочих робочих
місцях місцях місцях місцях
Холодний Легка Іа 25 26 21 18 75 Не більше
період часу 0.1
Теплий Легка Іа 28 30 22 20 75 Не більше
період часу 0,2
Фактичні значення даних параметрів становлять відповідно:
1. Температури повітря:
• В теплий період року - 23 - 25 °С (допустима - 20 – 28 °С). ;
• В холодний період року - 22 - 23 °С (допустима - 21 - 25°С).
2. Вологість повітря:
• В теплий період року – 43 - 48 %;
• В холодний період року – 45 - 58 %.
3. Швидкість руху повітря:
• В теплий період року – 0,1 - 0,15 м/с (допустима – 0,1 ...0,2 м/с);
• В холодний період року – 0,1 - 0,2 м/с (допустима менше 0,1 м/с).
Фактичні параметри мікроклімату відповідають нормативним вимогам
згідно ДСН 3.3.6042-99. Тому рекомендовано встановити систему додаткової
рекуперації повітря для підтримання вологості повітря в теплий період року в
межах норми.
Природне освітлення здійснюється через 8 вікон. Розміри вікон
приміщення однакові і становлять 2 х 1,5 м. Робочі столи розташовані таким
чином, що вікна знаходяться збоку від працюючого або ззаду. Вікна
обладнані сонцезахисними жалюзі.
Нормування природного освітлення приводиться за допомогою
коефіцієнта природної освітленості (КПО), вираженого в відсотках, яким для
даного типу зорової праці складає 2 % згідно ДБН В.2.5-28-2006. Фактичне
значення КПО становить 15 %. Тому рівень природного освітлення
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 147
відповідає ДБН В.2.5-28-2006.
Також в приміщенні передбачене штучне освітлення. Лабораторія
обладнана світильниками типу ЛСП 02В-2х65, кожний з яких має дві
люмінесцентні лампи денного світла. Для даного типу зорової праці
необхідна величина штучного загального освітлення складає 400 лк.
фактична величина становить 437 лк, що відповідає ДБН В.2.5-28-2006.
Оскільки працівник лабораторії проводить дуже велику кількість часу в
приміщенні, то шум від системи вентиляції. Джерелами шуму є вентилятор
охолодження в системному блоці комп'ютера, та вентилятор системи
вентиляції приміщення.
Згідно з ДСН 3.3.6.037-99 «Санітарні норми допустимих рівнів шуму
на робочих місцях». Нормативне значення еквівалентного рівня шуму при
даному видові діяльності та типу робочого місця складає 60 дБА. Дане
робоче місце не відповідає цій вимозі, оскільки за рахунок великої кількості
комп’ютерної техніки,кондиціонера,а також витяжного вентилятора
фактичний рівень шуму складає 57-66 дБА.
В будівлі, де розташоване лабораторія використовується
електромережа напругою 380 В частотою 50 Гц, але в лабораторії
використовується мережа 220 В частотою 50 Гц. В даному приміщенні
прокладена електропроводка прихованого типу, яка виконана мідним дротом
ВВГ (3х2.5) і прокладена в спеціальних каналах. Таке виконання проводки
запобігає виникненню та поширенню пожежі внаслідок можливого короткого
замкнення в проводці, та можливому ураженню працівника струмом
Обладнання, а саме системні блоки та монітори, ноутбуки, встановлені в
лабораторії, споживають потужність менше ніж 2500 Вт. Тому мережа
працює без перенавантажень. Оскільки системний блок комп’ютера має
металевий корпус, то згідно ДСТУ Б В.2.5-82:2016 в приміщенні передбачено
захисне заземлення, яке забезпечує захист людини від ураження електричним
струмом.
Будівля, де знаходиться лабораторія зроблена із залізобетону, дерев’яні
матеріали відсутні. Стіни оброблені цементною сумішшю, а також
штукатуркою із нанесенням захисної фарби. Підлога – залізобетона, поверх
якої викладена плитка, стеля — з залізобетонної плити, покрита
штукатуркою. Газових і рідких речовин, які б могли спричинити вибух та
пожежу, не виявлено. Виходячи з цього, можна стверджувати, що більшість
матеріалів з конструкції будівлі є негорючими. Офісний інвентар горить і
плавиться при взаємодії з полум’ям. Згідно з ДСТУ Б В.1.1-36:2016
досліджуване приміщення за вибухопожежною небезпекою можна віднести
до категорії - В (пожежонебезпечне), оскільки в ньому знаходяться
матеріали, що можуть горіти: меблі, елементи системи живлення
персональних комп'ютерів, книги, документація, тощо.
Лабораторію оснащено системою автоматичної пожежної сигналізації
відповідно до вимог ДБН В.2.5.56-2014 «Пожежна автоматика будинків і
споруд» та ДСТУ ЕN 54-1(12)-2004. У приміщені встановлено:
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 148
1.Автономний пожежний сповіщувач
Пожежний сповіщувач, який виконує функції виявлення пожежі та
видачу звукового сигналу за місцем встановлення, але не зв’язаний
контрольними лініями з ППКП об’єкта. Автономний пожежний сповіщувач
має в своїй конструкції джерело електроживлення або під’єднаний до
зовнішнього джерела електроживлення
2.Двоточковий пожежний сповіщувач
Пожежний сповіщувач, що містить у своїй конструкції два чутливих
елемента, розташованих на одній вертикальній осі та конструктивно
скріплених між собою.
Також приміщенні знаходяться чотири вуглекислотних вогнегасника
ВВК-3,5, які використовуються для гасіння легкозаймистих та горючих
рідин, електропроводок, що знаходяться під напругою до 1000 В.
В результаті проведеного аналізу, можливо зробити висновок, що в
теплий період року вологість повітря в приміщенні не відповідає
нормативним вимогам. Тому пропонується встановити в приміщені систему
рекуперації повітря.
11.2 Кондиціонування і розрахунок потужності кондиціонера
Кондиціонування повітря — створення і підтримка параметрів
повітряного середовища (температури, відносної вологості, складу,
швидкості руху і тиску повітря), найсприятливіших для роботи персоналу,
обладнання і приладів.
У більш вузькому значенні під кондиціонуванням повітря розуміють
відведення зайвого тепла (тепло надлишків) з приміщень, з метою
забезпечення теплового комфорту. Кондиціювання повітря створює найкращі
умови для самопочуття людини й сприяє значному зростанню
продуктивності праці, а такоже поліпшенню якості продукції, що
відпускається (приблизно на 30%).
Приготування припливного повітря в системах кондиціювання
здійснюється в спеціальних пристроях – кондиціонерах. В кондиціонерах
може здійснюватись нагрівання повітря, охолодження, зволоження,
осушення або комбінацію деяких з цих процесів.
Тому в кондиціонерах можуть встановлюватись нагрівачі повітря,
охолоджувачі повітря, камери зрошення повітря водою та інші пристрої.
кондиціонера, який призначений для оброблення повітря;
мережі повітропроводів для забирання та розподілення повітря;
агрегатів для транспортування повітря (вентиляторів,
електродвигунів);
системи теплопостачання та постачання холодного повітря;
регулювальні та запірні пристрої на повітропроводах;
системи автоматичного регулювання, блокування, захисту
калориферів від замерзання тощо.
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 149
За призначенням системи кондиціювання бувають:
комфортні;
технологічні;
комфортно-технологічні.
Комфортні – призначені для забезпечення оптимальних санітарно-
гігієнічних умов для людей і застосовуються в житлових, громадських та
промислових будівлях.
Технологічні – повинні забезпечити підтримання в промислових
приміщеннях умов, які необхідні для виконання технологічних процесів,
надійності роботи обладнання, зберігання виробів тощо.
Комфортно-технологічні – забезпечують необхідні параметри
повітряного середовища для людей і технологічного обладнання.
При доборі й компонуванні системи кондиціонування в квартирі,
будинку, офісі або адміністративному приміщенні, головними
визначальними критеріями є:
теплотехнічний розрахунок (в залежності від квадратури
приміщення, кількості людей, скління і освітлення приміщення);
тип кондиціонера, який найбільш доцільно застосовувати в тому чи
іншому приміщенні.
За сезонністю забезпечення необхідних параметрів повітря в
приміщеннях системи кондиціювання ділять на:
такі, що забезпечують відповідні режими протягом року;
сезонні такі, що забезпечують відповідні режими в один з періодів.
За місцем оброблення повітря системи кондиціювання можуть бути:
центральними;
місцевими;
комбінованими (багатозональними).
В центральних системах повітря обробляють в кондиціонерах, які
розташовують в окремих приміщеннях і по системі повітропроводів
подається в приміщення, які необхідно обслуговувати.
В місцевих системах кондиціонери розташовують в приміщенні, які
вони обслуговують.
Потужність (точніше, потужність охолодження) є основною
характеристикою будь-якого кондиціонера. Орієнтовний розрахунок
потужності охолодження Q (в кіловатах) проводиться за загальноприйнятою
методикою.
Q1 - теплопритоки Q1 S h q /1000 , де
від вікна, стін, S - площа приміщення (кв. М);
підлоги і стелі.
h - висота приміщення (м);
q - коефіцієнт, що дорівнює 30 - 40 Вт / кб. м:
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 150
q = 30 для затемненого приміщення;
q = 35 при середній освітленості;
q = 40 для приміщень, в які потрапляє
багато сонячного світла.
Якщо в приміщення потрапляють прямі сонячні
промені, то на вікнах повинні бути світлі штори або
жалюзі.
Q2 - сума Теплопритоки від дорослої людини:
теплопритоків від 0,1 кВт - в спокійному стані;
людей.
0,13 кВт - при легкому русі;
0,2 кВт - при фізичному навантаженні;
Q3 - сума Теплопритоки від побутових приладів:
теплопритоків від 0,3 кВт - від комп'ютера;
побутових приладів.
0,2 кВт - від телевізора;
Для інших приладів можна вважати, що вони
виділяють у вигляді тепла 30% від
максимальної споживаної потужності (тобто
передбачається, що середня споживана
потужність становить 30% від максимальної).
Розрахуємо потужність кондиціонера для офісної кімнати
площею 140 м.кв. з висотою стелі 3 м. в якій працюють 10 людей, а також є
10 комп'ютерів. Кімната розташована на сонячній стороні. Комп'ютери
працюють одночасно у сталеном режимі.
Спочатку визначимо теплопритоки від вікна, стін, підлоги і
стелі. Коефіцієнт q виберемо рівним 40, так як кімната розташована на
сонячній стороні
Q1 S h q /1000 140 3 40 /1000 16,8кВт
Теплопритоки від однієї людини в спокійному стані складуть 0,1 кВт.
Q 1кВт .
2
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 151
Далі, знайдемо теплопритоки від побутової техніки. Оскільки
комп'ютер то в розрахунках необхідно враховувати тільки один з цих
приладів, а саме той, який виділяє більше тепла. Це комп'ютер,
тепловиділення від якого становлять 0,3 кВт.
Q 3кВт .
3
Тепер ми можемо визначити розрахункову потужність кондиціонера:
Q Q1 Q2 Q3 16,81 3 20,8кВт .
Діапазонпотужності Q range (від -5% до +15% розрахункової
потужності Q):
20,8 кВт. <Q range < 25 кВт.
Приймаємо канальний високонапірний кондиціонер Mitsubishi Electric
PEA-RP250GAQ TH-AF
Таблиця 11.2 - Технічні параметри кондиціонера
Обслуговуюча плоша 250 м2
Потужність охолодження 25.5 КВт
Потужність обогріву 25.8 КВт
Рисунок 11.2- Загальний вигляд кондиціонера Mitsubishi Electric
PEA-RP250GAQ TH
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 152
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Правила улаштування електроустановок. ПУЕ 5-тє вид., перероб. та
доповнене. – Х.: , 2016. – 736 с.
2. ДСТУ EN 50160:2014 (ЕN 50160:2010, IDТ) Національний стандарт
України. Характеристики напруги електропостачання в електричних
мережах загальної призначеності.
3. Електропостачання промислових підприємств. Посібник для курсового
та дипломного проєктування / Шестеренко В.Є., Шестеренко О.В. –
Київ, 2013. – 424 с.
4. Електропостачання промислових підприємств : Підручник для
студентів електромеханічних спеціальностей / В.І. Мілих, Т.П.
Павленко. – Харків : ФОП Панов А. М., 2016. – 272 с.
5. Бурбело М.Й., Бірюков О.О., Мельничук Л.М. Системи
електропостачання. Елементи теорії та приклади розрахунків. Вінниця:
ВНТУ, 2011. 204 с.
6. Коліушко Д. Г. Проєктування систем електропостачання промислових
підприємств: навч.-метод. посібник до виконання курсового проєкту за
курсом "Електропостачання промислових підприємств та
енергозбереження": для студентів дистанц. форми навчання за
спец.141– Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка за
освітньою програмою 03 "Електропривід, мехатроніка та
робототехніка" / Д. Г. Коліушко, Л. В. Асмолова ; Нац. техн. ун-т
"Харків. політехн. ін-т". – Харків: ПромАрт, 2021. – 96 с.
7. Посібник з дисципліни «Споживачі електричної енергії» частина 1
«Електричне освітлення». Черкаський державний технологічний
університет. – Черкаси: ЧДТУ, 2014. Соловей О.І., Ситник О.О.,
Самойлик о,В., Семко І.Б., Курбака Г.В., Борисова Н.І.
8. СОУ-Н ЕЕ 20.178:2008. Схеми принципові електричні розподільчих
установок напругою від 6 кВ до 750 кВ електричних підстанцій.
9. ДСТУ-Н Б В.2.5-80:202015 Настанова з проєктування систем
електропостачання промислових підприємств.
10. СОУ-Н МПЕ 40.1.20.510:2006 Методика визначення економічно
доцільних обсягів компенсації реактивної енергії, яка перетікає між
електричними мережами електропередавальної організації та
споживача.
11. Букович Н. В. Розрахунок струмів короткого замикання
електроенергетичних систем. Львів : Вища шк., 2008. 248 с.
12. Перехідні процеси в системах електропостачання: Підручник для вузів.
/ Г.Г. Півняк, В.М. Винославський, А.Я. Рибалко, Л.І. Несен. –
Дніпропетровськ, 2002. – 597 с.
13. Довідник із проєктування електропостачання / За ред. Ю.Г.Барибіна та
інших. – Вища школа, 1990. – 576 з.
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 153
14. IEC 60909-3. Short-circuit currents in three-phase AC systems – Part 3:
Currents during two separate simultaneous line-to-earth short circuits and
partial short-circuit currents flowing through earth.
15. ДСТУ IEC 60909-0:2007 Струми короткого замикання у трифазних
системах змінного струму. Частина 0. Обчислення сили струму (IEC
60909-0:2001, ITD).
16. Навчально-методичні матеріали до виконання курсових та дипломних
проєктів (робіт). – Черкаси: ЧДТУ, 2005. – 48с.
17. Методичні рекомендації до підготовки випускної роботи бакалавра для
здобувачів освітнього ступеня бакалавр спеціальності 141
«Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка» усіх форм
навчання [Електронний ресурс] / [Упоряд. : Ситник О.О., Яценко І.В.,
Ключка К. М., Самойлик О.В.] ; М-во освіти і науки України, Черкас.
держ. технол. ун-т. – Черкаси : ЧДТУ, 2022. – 98 с.
18. Сайт Дніпровського кабельного заводу (ДКЗ) «Енерго» [електронний
ресурс] https://dkzenergo.com/ua/about
19. Шкрабець Ф.П. Ш 64 Електропостачання: навч. посіб. / Ф.П.Шкрабець;
М-во освіти і науки України, Нац. гірн. ун-т. – Д.: НГУ, 2015. – 540 с.
20. Інтернет-магазин ламп «Світло» [електронний ресурс]
https://svitlomag.com/ .
21. Соловей О.І. Техніко-економічні розрахунки систем електропостачання
промислових підприємств / О.І. Соловей, О.О. Ситник, В.П. Розен, В.В.
Демиденко, Г.В. Курбака, А.В. Чернявський та С.М. Мильніченко //
Черкаси: ЧДТУ, 2012, с. 247.
22. СОУ-Н МЕВ 45.2-37471933-44:2011 Укрупнені показники вартості
будівництва підстанцій напругою від 6 кВ до 150 кВ та ліній
електропередавання напругою від 0,38 кВ до 150 кВ.
Арк.
ЧДТУ А1 23234 63/03-03 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 154