Расчет величин компенсации реактивной мощности, выбор средств и мест размещения компенсирующих устройств.

 

В случае достаточно больших величин реактивной мощности Q_рΣ, как в нашем случае, целесообразно частично скомпенсировать её в сетях ниже 1 кВ (до уровня, соответствующего =0,80). Для этого применим батареи статических конденсаторов, устанавливаемых на шинах 0,4 кВ цеховой ТП.

кВАр

кВАр

Для компенсации реактивной мощности устанавливаем на шинах НН цеховой ТП конденсаторную установку низкого напряжения, регулируемую, многоступенчатую мощностью 67 кВАр: УКМ58М-0,4-67-33,3У3.

Выбор числа и мощности цеховых трансформаторов.

Рассчитаем предварительную мощность осветительной нагрузки.

В качестве электрических источников света в РМЦ используются люминесцентные лампы и лампы накаливания.

Активная расчётная нагрузка осветительных приёмников цеха определяется по удельной нагрузке и коэффициенту спроса осветительной нагрузки:

,

- номинальная осветительная нагрузка, равная 5% от цеха:

Лампы накаливания на предприятиях в основном используются в качестве аварийного освещения, которое служит для временного продолжения работы или для эвакуации людей из помещения при внезапном отключении рабочего освещения. Для ламп накаливания tgj_лн=0. Разрядные лампы в цехе используются как основной источник света (составляют примерно 75% от общего освещения), обеспечивающий нормальную работу производства. Для них реактивная мощность вычисляется по формуле:

,

где =0,33.

Активная мощность осветительной нагрузки:

Реактивная мощность осветительной нагрузки:

Полная мощность осветительной нагрузки:

Определим расчетную мощность потребителей питающихся от ТП:

Выбор мощности КТП производится по полной расчетной мощности S_ТП. Выбираем однотрансформаторную подстанцию с трансформатором типа ТМ-1000/10.

В настоящее время цеховые трансформаторные подстанции выполняют комплектными (КТП), полностью изготовленными на заводах и крупными блоками монтируемые на промышленных предприятиях. Исходя из условий окружающей среды и мощности трансформаторов, выбираем комплектную однотрансформаторную подстанцию БКТПБ-1000/10/0,4 (блочные комплектные трансформаторные подстанции в бетонных блоках) с одним трансформатором.

Технические параметры трансформатора:

Номинальная мощность: S_ном.т = 1000 кВА

Номинальные напряжения: U_нн =0,4 кВ, U_вн =10 кВ

Потери: P_хх = 1,6 кВт, P_кз = 10,8 кВт

Напряжение короткого замыкания: u_к = 5,5%

Ток холостого хода: I_х = 0,5%

Коэффициент загрузки трансформатора:

 

Расчет токов КЗ.

Сети промышленных предприятий напряжением до 1 кВ характеризуются большой протяженностью и наличием большого количества коммутационно защитной аппаратуры. При напряжении до 1 кВ даже небольшое сопротивление оказывает существенное влияние на ток КЗ. Поэтому в расчетах учитывают все сопротивления короткозамкнутой цепи, как индуктивные, так и активные. Кроме того, учитывают активные сопротивления всех переходных контактов в этой цепи (на шинах, на вводах и выводах аппаратов, разъемные контакты аппаратов и контакт в месте КЗ). При отсутствии достоверных данных о контактах и их переходных сопротивлениях рекомендуется при расчете токов КЗ в сетях, питаемых трансформаторами мощностью до 1600 кВА, учитывать их сопротивление следующим образом:

· 0,015 Ом — для распределительных устройств на станциях и подстанциях;

· 0,02 Ом — для первичных цеховых РП, а также на зажимах аппаратов, питаемых радиальными линиями от щитов подстанций или главных магистралей;

· 0,025 Ом — для вторичных цеховых РП, а также на зажимах аппаратов, питаемых от первичных РП;

· 0,03 Ом –– для аппаратуры, установленной непосредственно у приемников электроэнергии, получающих питание от вторичных РП.

Для установок напряжением до 1 кВ при расчетах токов КЗ считают, что мощность питающей системы не ограничена и напряжение на стороне высшего напряжения цехового трансформатора является неизменным. Это условие выполняется, если мощность системы примерно в 50 раз превосходит мощность цехового трансформатора.

Расчет токов КЗ на напряжение выполним в именованных единицах. Расчетные точки при расчете токов КЗ выбираем в начале отходящих линий непосредственно за коммутационным аппаратом.

Сопротивления цехового трансформатора определим как:

; ; ,

где – напряжение короткого замыкания, %;

– номинальная мощность трансформатора, кВА;

– потери короткого замыкания в трансформаторе, кВт;

– номинальное напряжение на стороне низкого напряжения трансформатора, кВ.

(мОм)

(мОм)

Суммарное активное сопротивление, кроме сопротивления цехового трансформатора должно учитывать переходные сопротивления контактов. Для этой цели в расчет вводим добавочное сопротивление, которое на шинах подстанции составляет 15 мОм: r_1доб = 15(мОм)

С учетом этого определим суммарные активное и реактивное сопротивления до точки КЗ:

(мОм)

(мОм)

Ток трехфазного КЗ в точке К1 (расположенной на шинах НН ЦТП) равен:

(кА)

Ударный ток в точке К1:

(кА)

Значение К_уд определяем по кривой К_уд = f(x/r).

Ток однофазного замыкания в точке К1 определяется как:

где , – суммарные активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности цепи КЗ,

, – суммарные активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности.

 

 

 

Рис.3 Расчетная схема и схема замещения прямой последовательности для расчёта тока КЗ на шинах НН ЦТП.

 

Определим сопротивления обратной последовательности до точки К1:

для трансформатора со схемой соединения обмоток Д/У_н:

, (мОм),

для добавочного сопротивления примем: r_0доб 20(мОм).

Суммарные сопротивления обратной последовательности до точки КЗ:

(мОм)

(мОм)

Ток однофазного замыкания в точке К1:

Сечения кабелей цеховой сети выбирают по:

· нагреву длительным расчетным током

· условию соответствия выбранному защитному устройству

,

где – расчетный ток линии;

– длительно допустимый ток проводника;

– параметр защитного устройства (ток срабатывания, номинальный ток);

– поправочный коэффициент на условия прокладки проводов и кабелей;

– коэффициент защиты, представляющий собой отношение длительного тока для провода или жил кабеля к параметру защитного устройства.

Потери напряжения в цеховых сетях, выполненных проводами или кабелями, на неразветвленном участке линии от узла n до узла k с сопротивлением R_nk + jX_nk при протекании мощности P_nk + jQ_nk определяют как:

,

где L, , – длина, активное и реактивное удельные сопротивления участка линии соответственно.

Проверка сечений на термическую стойкость выполняется после расчёта токов КЗ. Минимальное термически стойкое к токам КЗ сечение кабеля

,

где – суммарный ток КЗ от энергосистемы;

– приведённое расчётное время КЗ;

С – термический коэффициент (функция) для кабелей, для АВВГ

С 78 с^1/2/мм².

Выбор кабелей будем осуществлять следующим образом: по каталогу выберем кабель, исходя из допустимой токовой нагрузки, и проверим выбранные сечения на термическую стойкость к токам КЗ и рассчитаем потери напряжения. Проверку на соответствие выбранному аппарату защиты выполним при выборе автоматов.

Для питания силовых пунктов выбираем кабель марки АВВГ (силовой кабель с алюминиевыми жилами и изоляцией из ПВХ). Кабели прокладываем при большом количестве на лотках, закрепленных на стенах, при малом – на стенах при помощи скоб. В этом случае поправочный коэффициент для всех кабелей .

Пример выбора приведем для участка трассы ТП-СП1, для остальных – результаты сведем в таблицу 1.6.

По длительной токовой нагрузке выбираем кабель сечением F_пред = 50мм².

Минимальное сечение кабеля по термической стойкости:

(мм²)

За минимально допустимое по термической стойкости к токам КЗ сечение кабеля принимаем ближайшее меньшее стандартное сечение, поскольку в методе расчета заложены допущения приводящие к завышению токов КЗ.

Таким образом: F_кз = 16 мм².

Определим потери напряжения на участке:

- допустимое значение потерь напряжения.

 

Таблица 1.6. Выбор сечений жил кабелей в сетях, питающих первичные СП и расчёт на участках трасс.

Участок	Ip, А	Iдоп, А	Fпред, мм2	Fтерм, мм2	Fприн, мм2	Pp, кВт	Qp, квар	L, м	rуд, мОм/м	xуд, мОм/м	, В
ТП-СП1	142,76				4х50	71,31	61,18		0,62	0,0625	1,01
ТП-СП2	209,81				4х95	101,78	93,32		0,326	0,0602	1,8
ТП-СП5	160,64				4х50	70,35	78,93		0,62	0,0625	4,3
ТП-СП6	129,27				4х35	62,83	57,36		0,89	0,0637	6,1
ТП-СП7	212,77				4х95	113,28	82,34		0,326	0,0602	4,9
ТП-СП9	192,09				4х70	86,78	91,94		0,443	0,0612	0,9
ТП-СП11	112,17				4х25	53,93	50,42		1,24	0,0662	4,2
ТП-СП12	17,64				4х16	9,98	5,93		1,94	0,0675	1,6
ТП-СП14	98,18				4х25	50,39	40,46		1,24	0,0662	6,9
ТП-СП15	172,81				4х70	100,58	53,11		0,443	0,0612	5,7
ТП-СП16	18,38				4х16	9,03	8,05		1,94	0,0675	2,4

 

На участках трасс питающихся от первичных СП сечения жил кабелей выберем после расчета токов КЗ на шинах соответствующих им силовых пунктов.

Шинопровод выбираем по расчётному току из условия:

,

где – номинальный ток шинопровода.

Выбираем шинопровод марки ШРА4-250. Номинальный ток

I_ном.ш = 250 А.

176,79(A) < 250(A), условие выполняется.

Потерю напряжения в шинопроводе при протекании мощности

P_ш + jQ_ш определим как:

,

где L_ш, , – длина, активное и реактивное удельные сопротивления шинопровода соответственно.

, что меньше нормы равной 5%.

Комплектный шинопровод необходимо проверить на электродинамическую стойкость по условию:

,

где – допустимый ударный ток КЗ для данного типа шинопровода; – расчетный ударный ток КЗ в начале шинопровода.

Расчёт токов короткого замыкания на шинах СП выполним аналогично расчету токов КЗ на шинах НН ЦТП, но с некоторыми оговорками.

При расчете суммарного активного и реактивного сопротивлений до точки КЗ необходимо учесть сопротивление кабельных линий.

Активное и реактивное сопротивление прямой последовательности для кабеля определим как:

; ,

а для нулевой последовательности:

; ,

где L, , – длина, активное и реактивное удельные сопротивления прямой последовательности участка линии соответственно,

r_н.п и x_н.п. – активное и индуктивное сопротивления нулевого проводника, (находится также как и сопротивление кабеля).

Также необходимо учесть дополнительное сопротивление:

для первичных СП r_1доб = 20мОм; r_0доб = 30мОм;

для вторичных СП r_1доб = 25мОм. R_0доб = 35мОм.

Токи КЗ от асинхронных двигателей, присоединенных непосредственно к месту КЗ, учитываются только при определении ударного тока КЗ: ,

где – суммарный номинальный ток одновременно работающих двигателей.

Суммарный ударный ток: ,

где – ударный ток КЗ от энергосистемы.

Результаты расчета токов КЗ на шинах СП представлены в таблице 1.7, пример выполним для СП1.

Активное и реактивное сопротивление прямой последовательности для кабеля определим как:

и для нулевой последовательности:

С учетом этого определим суммарные активные и реактивные сопротивления прямой и нулевой последовательностей до точки КЗ:

Ток трехфазного КЗ на шинах СП1 равен:

Ударный ток в точке К2:

Значение К_уд определяем по кривой К_уд = f(x/r).

Ударный ток и суммарный ударный ток:

,

,

,

.

Ток однофазного замыкания на шинах СП1:

.

 

Таблица 1.7. Расчет токов КЗ на шинах первичных СП

Место КЗ	r1к, мОм	x1к, мОм	, мОм	, мОм	, мОм	, мОм	, кA	Куд	, кA	, кA	, кA	, кA
СП1	4,96	0,5	26,52	8,29	51,4	9,79	7,9		11,2	2,8		6,11
СП2	5,87	1,08	27,43	8,87	55,04	12,11	7,6		10,7	1,85	12,55	5,78
СП5	21,08	2,13	42,64	9,92	115,88	16,31			7,1	-	7,1	3,22
СП6	34,71	2,48	56,27	10,27	170,4	17,71	3,8		5,4	0,97	6,37	2,31
СП7	14,34	2,65	35,9	10,44	88,92	18,39	5,9		8,3	0,67	8,97	3,98
СП9	3,54	0,49	25,1	8,28	45,72	9,75	8,3		11,7	1,28	12,98	6,62
СП11	28,52	1,52	50,08	9,31	145,64	13,87	4,3		6,1	-	6,1	2,65
СП12	58,2	2,03	79,76	9,82	264,36	15,91	2,7		3,8	0,14	3,94	1,55
СП14	49,6	2,65	71,16	10,44	229,96	18,39	3,1		4,4	1,16	5,56	1,75
СП15	19,94	2,75	41,5	10,54	111,32	18,79	5,1		7,2	-	7,2	3,32
СП16	98,94	3,44	120,5	11,23	427,32	21,55	1,8		2,5	0,24	2,74	0,98
конеч. точка ШРА	10,92	10,92	32,48	40,27	75,24	51,47	4,2	1,1	6,5	-	6,5	3,42

 

На вторичных СП расчет токов КЗ выполним после выбора сечений жил кабелей, по которым они получают питание.

Выбор сечений жил кабелей для вторичных СП производим аналогично выбору сечений для первичных СП. Результаты сведем в таблицу 1.8.

Таблица 1.8. Выбор сечений жил кабелей в сетях, питающих вторичные СП и расчёт на участках трасс.

Участок	Ip, А	Iдоп, А	Fпред, мм2	Fтерм, мм2	Fприн, мм2	Pp, кВт	Qp, квар	L, м	rуд, мОм/м	xуд, мОм/м	, В
СП2-СП3	99,7				4х25	45,72	47,07		1,24	0,0662	0,79
СП7-СП8	117,35				4х35	95,25	67,47		0,89	0,0637	1,17
СП9-СП10	39,29				4х10	19,73	16,71		3,1	0,073	0,98

Расчет токов КЗ на вторичных СП проведем аналогично расчету токов КЗ на первичных СП. Результаты сведем в таблицу 1.9.

Таблица 1.9. Расчет токов КЗ на шинах вторичных СП.

Место КЗ	r1к, мОм	x1к, мОм	, мОм	, мОм	, мОм	, мОм	, кA	Куд	, кA	, кA	кA	, кA
СП3	6,2	0,33	38,63	9,2	84,84	13,43	5,5		7,8	1,11	8,91	3,98
СП8	4,45	0,32	45,35	10,76	111,72	19,67	4,7		6,6	0,41	7,01	3,19
СП10	18,6	0,44	48,7	8,72	125,12	11,51	4,4		6,2	0,62	6,82	2,93

 

Выбор сечений жил кабелей для следующих за вторичными СП производим аналогично выбору сечений для вторичных СП. Результаты сведем в таблицу 1.10.

Таблица 1.10. Выбор сечений жил кабелей в сетях, питающихся от вторичных СП и расчёт на участках трасс.

Участок	Ip, А	Iдоп, А	Fпред, мм2	Fтерм, мм2	Fприн, мм2	Pp, кВт	Qp, квар	L, м	rуд, мОм/м	xуд, мОм/м	, В
СП3-СП4	31,15				4х6	13,63	15,3		5,17	0,09	1,13
СП8-СП13	82,7				4х16	82,7	53,39		1,94	0,0675	17,27

Расчет токов КЗ на следующих за вторичными СП проведем аналогично расчету токов КЗ на вторичных СП. Результаты сведем в таблицу 1.11.

Таблица 1.11. Расчет токов КЗ на шинах СП следующих за вторичными СП.

Место КЗ	r1к, мОм	x1к, мОм	, мОм	, мОм	, мОм	, мОм	, кA	Куд	, кA	, кA	кA	, кA
СП4	31,02	0,54	74,65	9,74	208,92	15,59	2,9		4,1	0,49	4,59	1,8
СП13	77,6	2,7	127,95	13,46	422,12	30,47	1,7		2,4	-	2,4	0,97