9. Расчет сети при помощи вспомогательных таблиц удельных потерь напряжения.

В специальных таблицах приведены удельные потери напряжения для электропроводок, воздушных и кабельных линий и токопроводов в зависимости от величины коэффициента мощности. Для проводов и кабелей из цветного металла эти потери выражены в процентах на 1 квт м, квт км или Мвт км в зависимости от напряжения линии. Методика расчета следующая, для каждой таблицы есть своя формула нахождения потерь, по формуле находим потери напряжения в процентах и далее данный результат подставляем в таблицу и в пересечении столбцов и граф находим необходимое сечение кабеля.

Далее приведем несколько видов формул для таблиц.

Потеря напряжения в линии при заданном сечении проводов и кабелей из цветных металлов определяется по формуле

 

где Ма - сумма произведении активных нагрузок на длины участков линии (квт м, квт км, Мвт км); Uтб - табличное значение удельной величины потери напряжения в процентах на 1 квт м, квт км или Мвт км. Определение сечения проводов по заданной величине потери напряжения производится следующим образом. Определяется расчетное значениеUтб по формуле

 

и по соответствующей таблице подбирается сечение провода с ближайшим меньшим значением удельной потери напряжения. Потеря напряжения в линии для стальных проводов определяется по формуле

 

где l - длина линии, км; Uтб - табличное значение удельной потери напряжения, в/км. Расчетное значение удельной потери напряжения при определении сечения проводов по заданной допустимой величине потери напряжения вычисляется по формуле

 

Для промежуточных значений тока линии величина потери напряжения определяется интерполяцией по формуле

 

где - табличное значение потери напряжения для наименьшего тока- то же для наибольшего тока- потеря напряжения для промежуточного тока

10.Нормативная документация….

Тепловой расчет ведется на основании таблиц ПУЭи ГОСТ 16442-80:

ПУЭ,1.3.4."Допустимый длительный ток для проводов и шнуров с резиновой и поливинилхлоридной изоляцией с медными жилами",

ПУЭ,1.3.5."Допустимый длительный ток для проводов с резиновой и поливинилхлоридной изоляцией с алюминиевыми жилами",

ПУЭ, Таблица 1.3.6."Допустимый длительный ток для проводов с медными жилами с резиновой изоляцией в металлических защитных оболочках и кабелей с медными жилами с резиновой изоляцией в свинцовой, поливинилхлоридной, найритовой или резиновой оболочке, бронированных и небронированных",

ПУЭ, Таблица 1.3.7."Допустимый длительный ток для кабелей с алюминиевыми жилами с резиновой или пластмассовой изоляцией в свинцовой, поливинилхлоридной и резиновой оболочках, бронированных и небронированных",

ПУЭ, Таблица 1.3.8."Допустимый длительный ток для переносных шланговых легких и средних шнуров, переносных шланговых тяжелых кабелей, шахтных гибких шланговых, прожекторных кабелей и переносных проводов с медными жилами",

ГОСТ 16442-80, Таблица 23."Допустимые токовые нагрузки кабелей [с медными жилами] с изоляцией из полиэтилена и поливинилхлоридного пластиката, А",

ГОСТ 16442-80, Таблица 24."Допустимые токовые нагрузки кабелей [с алюминиевыми жилами] с изоляцией из полиэтилена и поливинилхлоридного пластиката, А".

Расчет по потерям ведется из расчета потерь на активном сопротивлении провода. Сечение и максимальная длина выбирается для тока с запасом, расчет потерь ведется по номинальному току. Максимально допустимое значение потерь указано в паспорте потребителя. Типовое значение - "-10%", рекомендуемое для расчетов - "-5%", для компрессоров кондиционеров допустимое значение потерь - "-2%". Потери в одно- и двухфазных цепях (потери на обоих проводах):

Δ[%] = (2 * I * L * ρ * 100) / (U * S)

в трехфазной (потери на одном (фазном) проводе):

Δ[%] = (I * L * ρ * 100) / (U * S)

В формулах приняты следующие обозначения:

I - ток в линии, А

U - номинальное напряжение, В

Δ[%]- потери напряжения на проводнике, %

L - длина линии в одном направлении, м

S - сечение проводника, мм²

ρ- удельное сопротивление материала проводника, ом*мм²/м

cos(φ) - косинус сдвига фаз между током и напряжением, б/р

В случае, если на трассе имеются разнородные по виду проводки участки, расчет ведется по участку, расположенному в меню выше.

Токи для кабелейишнуровмалых сечений, отсутствующие в таблице вПУЭ, получены путем экстраполяции.

11. Компенсация реактивной мощности, выбор компенсирующих устройств.

Для выбора компенсирующего устройства необходимо знать:

-расчетную реактивную мощность КУ

-тип компенсирующего устройства

-напряжение КУ

Расчётную реактивную мощность КУ можно определить из соотношения

Qкр=αРм(tgφ-tgφк)

Где Qкр – расчетная мощность КУ, квар

α – коэффициент, учитывающий повышение cosφ естественным способом, принимается 0,9

tgφ, tgφк – коэффициенты реактивной мощности до и после компенсации.

Компенсацию реактивной мощности по опыту эксплуатации производят до получения значения cosφк=0,92…0,95

Задавшись cosφк из этого промежутка, определяют tgφ

Значения Рм, tgφ выбираются по результату расчета нагрузок из Сводной ведомости нагрузок.

Задавшись типом КУ, зная Qкр и напряжение, выбирают стандартную компенсирующую установку, близкую по мощности

Применяются комплектные конденсаторные установки ККУ или конденсаторы, предназначенные для этой цели.

После выбора стандартного КУ определяется фактическое значение cosφф

Tgφф=tgφ-Qкст/αРм

Где Qкст – стандартное значение мощности выбранного КУ, квар

По tgφф определяют cosφф

Cosφф=cos(arctgφф)

12. Расчет токов КЗ в электроустановках выше 1000 В.

Расчет токов КЗ в установках до 1000В характеризуется некоторыми особенностями, отличающими его от аналогичного расчета в сетях более высокого напряжения.

• Сети еще более удалены от источника электроэнергии, и расчет следует проводить при замещении питающей сети шинами бесконечной мощности.

•  Сети имеют большое активное сопротивление, в некоторых случаях может применяться в качестве материала для проводов даже сталь (в этом случае, а также в случае, если ток выше 0,2кА, нужно принять x0=0,5 Ом/км). В целом на величину тока КЗ существенно влияют активные и реактивные сопротивления таких элементов короткозамкнутой цепи, как провода кабелей и шин длиной 10 м и более; токовые катушки расцепителей автоматических выключателей; первичные обмотки многовитковых трансформаторов тока и т. д.

• При замыкании с большими  токами необходимо учитывать насыщение, поверхностный эффект, нагрев проводников (около 0,004 Ом/град.).

•  Переходные сопротивления контактов аппаратов существенно влияют на ток КЗ (грубо активное сопротивление контактов=0,02 Ом).

•  Электродвигатели, незначительно удаленные от места КЗ, учитываются э.д.с. E0=0,9U-ном и активным и реактивным сопротивлениями:

В большинстве случаев питание установок до 1000В производится по радиальной схеме от трансформатора, нейтраль обмотки НН которого заземлена. Больше заземленных нейтралей в сети до 1 кВ нет. Поэтому в цепи до 1 кВ ток трехфазного КЗ всегда больше тока однофазного КЗ, который является наименьшим по отношению к токам других видов замыканий.

Начальное действующее значение периодической составляющей тока трехфазного КЗ определяется выражением:

Ударный ток от источника питания определяется по известным выражениям уже рассмотренным в данном курсе. Допускается принимать значение ударного коэффициента Ку = 1,3 при КЗ на низкой стороне распределительного устройства комплектной трансформаторной подстанции и Ку = 1 для всех остальных случаев.

Начальное действующее значение периодической составляющей тока однофазного КЗ определяется по правилам расчета несимметричных КЗ (см. п. 5.4.4) следующим образом:

13. Расчет однофазного тока КЗ в электроустановках до 1000 В.

Ток короткого замыкания для однофазной цепи можно рассчитать по формуле:

где Iкз– ток короткого замыкания, Uф - фазное напряжение сети, Zп- сопротивление цепи (петли) фаза-ноль, Zт - полное сопротивление фазной обмотки трансформатора на стороне низкого напряжения.

где Rп - активное сопротивление одного провода цепи короткого замыкания.

где  - удельное сопротивление проводника, L - длина проводника, S- площадь поперечного сечения проводника.

Xп- индуктивное сопротивление одного провода цепи короткого замыкания ( обычно берётся из расчета 0,6 Ом/км).

Напряжение короткого замыкания трансформатора (в % от Uн):

Отсюда полное сопротивление фазной обмотки трансформатора (Ом):

где Uкз - напряжение короткого замыкания трансформатора (в % от Uн) приводится в справочниках; Uн- номинальное напряжение трансформатора, Iн- номинальный ток трансформатора - также берутся из справочников.

14. Проверка термической устойчивости кабелей напряжением 1000 В. При каких аппаратах и проводниках не требуется данная проверка?

Термическая стойкость проводника обеспечивается, если площадь его сечения удовлетворяет неравенству: S≥Sтер.мин. Если нагрузка проводника до короткого замыкания близка к положительно допустимой, то минимальное значения проводника Sтер.мин., термически стойкого при коротком замыкании, определяет выражение: Sтер.мин=√Вк/Ст, где Вк- тепловой импульс, Ст – параметр термической стойкости (табл. Знач.). Допускается не проверять проводники по режиму к. з. в случяе их защиты плавкими предохранителями.

15. Допустимая кратковременная перегрузка и допустимая на период ликвидации послеаварийного режима перегрузка для кабелей 10 кВ, 20-35 кВ

На период ликвидации послеаварийного режима для кабелей с полиэтиленовой изоляцией допускается перегрузка до 10%, а для кабелей с поливинилхлоридной изоляцией до 15% номинальной на время максимумов нагрузки продолжительностью не более 6 ч в сутки в течение 5 суток, если нагрузка в остальные периоды времени этих суток не превышает номинальной.

16. Шкала сечений токопроводящей жилы проводов и кабелей. Минимальные сечения жил проводов и кабелей, применяемых в сетях внутреннего силового электрооборудования, электроосвещения, наружных КЛ и ВЛ (ВЛИ).

Шкала стандартных сечений проводов и кабелей следующая: 0,5; 0,75; 1,0; 1,5; 2,5; 4; 6; 10; 16; 25; 35; 50; 70; 95; 120; 150; 185; 240; 300; 400 мм²

Минимальные сечения жил проводов и кабелей (по ПУЭ)

Для групповых сетей электроснабжения – медные 1,5 мм², алюмин. 2,5 мм²

Для силового оборудования медные – 2,5 мм²

Для вводов 16 мм²

17. Аппараты защиты электрических сетей до 1000 В и основные требования к ним Аппараты защиты по своей отключающей способности должны соответствовать максимальному значению тока КЗ в начале защищаемого участка электрической сети (см. также гл. 1.4).  Допускается установка аппаратов защиты, нестойких к максимальным значениям тока КЗ, а также выбранных по значению одноразовой предельной коммутационной способности, если защищающий их групповой аппарат или ближайший аппарат, расположенный по направлению к источнику питания, обеспечивает мгновенное отключение тока КЗ, для чего необходимо, чтобы ток уставки мгновенно действующего расцепителя (отсечки) указанных аппаратов был меньше тока одноразовой коммутационной способности каждого из группы нестойких аппаратов, и если такое неселективное отключение всей группы аппаратов не грозит аварией, порчей дорогостоящего оборудования и материалов или расстройством сложного технологического процесса.

Номинальные токи плавких вставок предохранителей и токи уставок автоматических выключателей, служащих для защиты отдельных участков сети, во всех случаях следует выбирать по возможности наименьшими по расчетным токам этих участков или по номинальным токам электроприемников, но таким образом, чтобы аппараты защиты не отключали электроустановки при кратковременных перегрузках (пусковые токи, пики технологических нагрузок, токи при самозапуске и т. п.).  В качестве аппаратов защиты должны применяться автоматические выключатели или предохранители. Для обеспечения требований быстродействия,чувствительности или селективности допускается при необходимости применение устройств защиты с использованием выносных реле (реле косвенного действия).  Автоматические выключатели и предохранители пробочного типа должны присоединяться к сети так, чтобы при вывинченной пробке предохранителя (автоматического выключателя) винтовая гильза предохранителя (автоматического выключателя) оставалась без напряжения. При одностороннем питании присоединение питающего проводника (кабеля или провода) к аппарату защиты должно выполняться, как правило, к неподвижным контактам.  Каждый аппарат защиты должен иметь надпись, указывающую значения номинального тока аппарата, уставки расцепителя и номинального тока плавкой вставки, требующиеся для защищаемой им сети. Надписи рекомендуется наносить на аппарате или схеме, расположенной вблизи места установки аппаратов защиты. 

20. Технические средства обеспечения надежности электроснабжения сельских потребителей.

К техническим средствам относят следующие:

1. Повышение надежности отдельных элементов сетей, в том числе опор, проводов, изоляторов, различного линейного и подстанционного оборудования.

2. Сокращение радиуса действия электрических сетей. Воздушные электрические линии — наиболее повреждаемые элементы системы сельского электроснабжения. Число повреждений растет примерно пропорционально увеличению длины линий.

3. Применение подземных кабельных сетей. Преимуществом является их высокая надежность в эксплуатации. Полностью исключаются повреждения линий от гололеда и сильных ветров, существенно снижаются аварии от атмосферных перенапряжений. Число аварийных отключений снижается в 8... 10 раз. Однако продолжительность ликвидации аварий на кабельных линиях при современном уровне эксплуатации примерно в 3 раза больше, так как сложнее найти место повреждения и приходится проводить земляные работы по вскрытию траншеи.

4. Сетевое и местное резервирование. Сельские электрические сети работают в основном в разомкнутом режиме, т. е. они обеспечивают одностороннее питание потребителей. При таком режиме можно снизить значения токов короткого замыкания, применить более дешевую аппаратуру, в частности выключатели, разъединители и др., снизить потери мощности в сетях, облегчить поддержание требуемых уровней напряжения на подстанциях и т. п. При этих условиях надежность электроснабжения потребителей значительно ниже, чем при замкнутом режиме, т. е. при двухстороннем питании потребителей. В качестве резервного источника может быть использована вторая линия электропередачи от другой подстанции (или от другой секции шин двухтрансформаторной подстанции). Однако особенно в районах с повышенными гололедно-ветровыми нагрузками возможно повреждение обеих линий и прекращение подачи энергии. Более независимым источником служит резервная электростанция (местное резервирование). В системе сельского электроснабжения для питания наиболее ответственных потребителей в период аварии основной линии чаще всего в качестве резервной используют дизельные электростанции небольшой мощности.

5. Автоматизация сельских электрических сетей, в том числе совершенствование релейной защиты, использование автоматического повторного включения (АПВ), автоматического включения резерва (АВР), автоматического секционирования, устройств автоматизации поиска повреждений, автоматического контроля ненормальных и аварийных режимов, телемеханики.

18. Условия для выбора защиты от токов перегрузки и токов короткого замыкания.

 Электрические сети должны иметь защиту от токов короткого замыкания, обеспечивающую по возможности наименьшее время отключения и требования селективности.

Защита должна обеспечивать отключение поврежденного участка при КЗ в конце защищаемой линии: одно-, двух- и трехфазных - в сетях с глухозаземленной нейтралью; двух- и трехфазных - в сетях с изолированной нейтралью.

В сетях, защищаемых только от токов КЗ (не требующих защиты от перегрузки), за исключением протяженных сетей, например сельских, коммунальных, допускается не выполнять расчетной проверки кратности тока КЗ, если обеспечено условие, чтобы по отношению к длительно допустимым токовым нагрузкам проводников аппараты защиты имели кратность не более:

300% для номинального тока плавкой вставки предохранителя;

450% для тока уставки автоматического выключателя, имеющего только максимальный мгновенно действующий расцепитель (отсечку);

100% для номинального тока расцепителя автоматического выключателя с нерегулируемой обратно зависящей от тока характеристикой (независимо от наличия или отсутствия отсечки);

125% для тока трогания расцепителя автоматического выключателя с регулируемой обратной зависящей от тока характеристикой; если на этом автоматическом выключателе имеется еще отсечка, то ее кратность тока срабатывания не ограничивается.

Сети внутри помещений, выполненные открыто проложенными проводниками с горючей наружной оболочкой или изоляцией, должны быть защищены от перегрузки.

Кроме того, должны быть защищены от перегрузки сети внутри помещений:

осветительные сети в жилых и общественных зданиях, в торговых помещениях, служебно-бытовых помещениях промышленных предприятий, включая сети для бытовых и переносных электроприемников а также в пожароопасных зонах;

силовые сети на промышленных предприятиях, в жилых и общественных зданиях, торговых помещениях - только в случаях, когда по условиям технологического процесса или по режиму работы сети может возникать длительная перегрузка проводников;

В сетях, защищаемых от перегрузок проводники следует выбирать по расчетному току, при этом должно быть обеспечено условие, чтобы по отношению к длительно допустимым токовым нагрузкам, аппараты защиты имели кратность не более:

80% для номинального тока плавкой вставки или тока уставки автоматического выключателя, имеющего только максимальный мгновенно действующий расцепитель (отсечку), - для проводников с поливинилхлоридной, резиновой и аналогичной по тепловым характеристикам изоляцией; для проводников, прокладываемых в невзрывоопасных производственных помещениях промышленных предприятий, допускается 100%;

100% для номинального тока плавкой вставки или тока уставки автоматического выключателя, имеющего только максимальный мгновенно действующий расцепитель (отсечку), - для кабелей с бумажной изоляцией;

100% для номинального тока расцепителя автоматического выключателя с нерегулируемой обратно зависящей от тока характеристикой (независимо от наличия или отсутствия отсечки) - для проводников всех марок;

100% для тока трогания расцепителя автоматического выключателя с регулируемой обратно зависящей от тока характеристикой - для проводников с поливинилхлоридной, резиновой и аналогичной по тепловым характеристикам изоляцией;

125% для тока трогания расцепителя автоматического выключателя с регулируемой обратно зависящей от тока характеристикой - для кабелей с бумажной изоляцией и изоляцией из вулканизированного полиэтилена.

3.1.12. Длительно допустимая токовая нагрузка проводников ответвлений к короткозамкнутым электродвигателям должна быть не менее:

100% номинального тока электродвигателя в невзрывоопасных зонах;

125% номинального тока электродвигателя во взрывоопасных зонах.

19. Основные требования к релейной защите трансформаторов и линий 10 кВ сельскохозяйственного назначения.Для трансформаторов должны быть предусмотрены устройства релейной защиты от следующих видов повреждений и ненормальных режимов работы:

1) многофазных замыканий в обмотках и на выводах;

2) однофазных замыканий на землю в обмотке и на выводах, присоединенных к сети с глухозаземленной нейтралью;

3) витковых замыканий в обмотках;

4) токов в обмотках, обусловленных внешними КЗ;

5) токов в обмотках, обусловленных перегрузкой;

6) понижения уровня масла;

7) частичного пробоя изоляции вводов 500 кВ;

8) однофазных замыканий на землю в сетях 3-10 кВ с изолированной нейтралью, если трансформатор питает сеть, в которой отключение однофазных замыканий на землю необходимо по требованиям безопасности.

Рекомендуется, кроме того, применение защиты от однофазных замыканий на землю на стороне 6-35 кВ автотрансформаторов с высшим напряжением 220 кВ и выше.