Выбор сечения проводов и кабелей напряжением до 1000 В

При протекании тока по проводам в них имеет место потеря мощности (∆Р = I² R). Чем больше ток, тем больше потери мощности, следовательно, больше температура нагрева провода. Однако класс изоляции накладывает ограничения на температуру нагрева, поэтому для каждого сечения провода существует максимально допустимый ток, при длительном протекании которого по проводнику устанавливается длительно допустимая температура нагрева. Длительно допустимые токи нагрузки (I_доп) проводов, кабелей, шин указаны в таблицах ПУЭ и справочниках для температуры воздуха 25 ⁰С и почвы 15 ⁰С.

Сечение проводов и кабелей выбирается по условию нагрева:

I_р £ I_доп.^. К_п^.К_t,

где К_п – поправочный коэффициент на количество кабелей, проложенных в одной траншее (ПУЭ);

К_t – поправочный температурный коэффициент;

I_{дл доп}- длительно допустимый ток, протекающий по проводу и не вызывающий нагрев, А;

I_p - расчетный ток провода, А.

I_р =

Выбранное сечение проверяется по допустимой потере напряжения, исходя из требования:

ΔU £ ΔU_доп ,

где ΔU_доп = 5% - допустимая потеря напряжения в сети (для 0,4 кВ ΔU_доп = 20 В).

где Ip - расчетный ток, А;

1 - длина провода (кабеля), км;

r_o, x_o - удельное активное и реактивное сопротивление провода.

Результаты расчетов сводятся в следующую таблицу.

Наимено- вание ЭП	Р_Н, кВт	cos j sin j	Ip, А	Iдоп, А	Марка и сечение	Способ прокладки	r₀, Ом/км	x₀, Ом/км	L, км	∆U, %	К_зI_з,А
ТП – РП1					АВВГ-3х16+1х10	на лотках
РП1 –1,2,3					АПВ-3(1х8)	в трубах

Сечение проверяется на соответствие току защитного аппарата, исходя из следующего условия проверки:

I_доп Кз ^.Iз,

где К_з – коэффициент защиты (справочная величина), зависит от среды и конструктивного выполнения токоведущих частей, в зависимости него требуется или не требуется защита от перегрузки;

I_з – ток защитного аппарата (в качестве него принимается ток плавкой вставки предохранителя или ток срабатывания теплового расцепителя автоматического выключателя), А..

Лекция15 Выбор коммутационной аппаратуры и автоматики

В сетях и установках напряжением до 1000 В возможны ненормальные режимы, связанные с увеличением силы тока. Аварийные режимы могут привести к повреждению изоляции и контактов электрических сетей, оборудования, созданию опасности для персонала. Поэтому электрические сети должны быть защищены от токов короткого замыкания и перегрузок.

Согласно ПУЭ, электрические сети могут иметь защиту от токов короткого замыкания и перегрузок или только от токов короткого замыкания.Защита от перегрузок должна осуществляться в сетях:

- внутри помещений при прокладке открыто незащищенными изолированными проводами с горючей оболочкой, а также при прокладке защищенными проводниками в трубах, в несгораемых строительных конструкциях и т. п.;

- осветительных общественных и торговых помещений, служебно-бытовых помещений промышленных предприятий;

- силовых – в промышленных предприятиях, в жилых и общественных зданиях, в торговых помещениях, когда по условиям технологического процесса или режиму работы сети может возникать длительная перегрузка проводов и кабелей;

- всех видов во взрывоопасных помещениях и взрывоопасных наружных установках независимо от технологического процесса.

Все остальные сети не требуют защиты от перегрузки и защищаются только от токов короткого замыкания.

Основные аппараты защиты сетей напряжением до 1000 В – предохранители и автоматические выключатели. От защиты требуется кратчайшее время отключения и селективность (избирательность). Номинальные токи плавких вставок и токи срабатывания расцепителей автоматов должны быть минимально возможными, но не отключать цепь при запуске электродвигателей и при кратковременных перегрузках.

Защитные аппараты устанавливаются в начале каждой ветви сети, т. е. на каждой линии, отходящей от шин подстанции, силовых пунктах, на каждом ответвлении от линий, на трансформаторных вводах.

Выбор предохранителей

Предохранители применяют в основном для защиты электроустановок от токов короткого замыкания.

1. Для защиты присоединений с равномерной нагрузкой:

I_{ПЛ.ВСТАВКИ}³ I_Р

2. Для защиты ответвлений к двигателям:

I_{ПЛ.ВСТАВКИ}³ I_ПУСК/a,

где I_ПУСК- пусковой ток наибольшего из двигателей, подключенного к данной цепи плюс расчетный ток цепи;

a - коэффициент увеличения тока при пуске двигателей.

a = 2,5 при легких пусках (до 8 с), без нагрузки (электродвигатели металлообрабатывающих станков, вентиляторов, насосов и т. д.).

a = 1,6-2 при тяжелых (свыше 8 с) и редких пусках (электродвигатели кранов, центрифуг, дробилок).

3. Для магистрали, питающей силовую или смешанную нагрузку:

I_{ПЛ.ВСТАВКИ}³ I_КР/a = I_КР/2,5,

где I_КР– кратковременный ток

I_КР= I^¢ _ПУСК+ I^¢ _Р,

где I^¢ _Р– расчетный ток линии до момента пуска электродвигателя или группы электродвигателей, определяемый без учета рабочего тока пускаемых электродвигателей;

I^¢_ПУСК – пусковой ток одного двигателя (обычно наибольшей мощности) или группы одновременно включаемых двигателей, при пуске которых кратковременный ток линии достигает наибольшего значения.

I_КР= (I _Р- К_И I_ном) +I_ПУСК,

где I _Р – расчетный ток всей линии, А;

I_ном, I_ПУСК – номинальный и пусковой ток наибольшего двигателя;

К_И – коэффициент использования наибольшего двигателя.

4. Номинальный ток плавкой вставки, защищающей ответвление к сварочному аппарату, можно принимать равным:

I_ВС³ 1,2 I_СВ,

где I_СВ – номинальный ток сварочного аппарата при номинальной продолжительности включения.

Кроме того, номинальный ток плавкой вставки для защиты ответвления к сварочному аппарату можно выбирать равным допустимому току провода, которым выполнено это ответвление.

5. Выбор плавких вставок последовательных участков сети производится с учетом выполнения селективности защиты.

Для защиты электроустановок напряжением до 1000 В к наиболее часто применяемым предохранителям относятся: ПР-2 – предохранитель разборный; НПН – насыпной предохранитель неразборный; ПН-2 – предохранитель насыпной разборный.

Результаты расчетов сводятся в следующую таблицу.

Наименование линии	Р_РН, кВт	I_ДОП,А	Ip, А	Кз ^.Iз, А	I_ПУСК, А	I_ПЛ.ВСТ, А	Тип предохранителя
							ПН-2- 400/300

Пример. Выбрать предохранитель для защиты линии в сети 380 В к АД 80 кВт с номинальным током 143 А (кратность пускового тока равна пяти, условия пуска легкие) и проверить соответствие проводов АПРТО-4х70, проложенных в стальных трубах, выбранной плавкой вставке для случаев: а) проводка не требует защиты от перегрузки; б) линия к двигателю проложена во взрывоопасном помещении класса В-1б.

Определяем ток плавкой вставки из условия: I_{ПЛ.ВСТАВКИ}³ I_ПУСК/a,

I_{ПЛ.ВСТАВКИ}³ I_ПУСК/2,5 = (5^.143)/2,5 = 286 А

По таблице справочника выбираем предохранитель ПН-2 с номинальным током патрона 400 А и плавкой вставкой на 300 А.

Проверяем соответствие проводов выбранным предохранителям по условию: I_доп Кз ^.Iз. Длительный допустимый ток I_ДОП = 145 А. Кратность тока защитного аппарата К_З определяем по таблице.

а) Защита от перегрузки не требуется, К_З= 0,33; тогда Кз ^.I_ПВ = 0,33^. 300 = 100 А<145 А, следовательно сечение провода, выбранное по условию нагрева длительным током, соответствует выбранному предохранителю.

б) Защита от перегрузке необходима, К_З= 1,25; тогда Кз ^.I_ПВ = 1,25^. 300 = 375 А > 145 А, следовательно провода, выбранного сечения не могут быть защищены выбранным предохранителем, в связи с чем надо увеличить их сечение.

Выбор алюминиевых проводов или кабелей с допустимым током более 375 А затруднен. Поэтому выбираем кабель с бумажной пропитанной изоляцией марки СБГ сечением 150 мм², для которого К_З= 1,0. При прокладке на воздухе I_ДОП = 300 А; тогда

Кз ^.I_ПВ = 1,0^. 300 = 300 А,

Т. е. предохранитель защищает двигатель и питающий кабель.

Выбор автоматических выключателей

Кроме предохранителей для защиты от коротких замыканий применяют автоматические выключатели. Выбор автоматических выключателей осуществляется по следующим условиям: I_{НОМ АВТОМАТА}³ I_Р

1. При равномерной нагрузке:

I_{СР.ТЕПЛ.РАСЦ.}³ I_Р

I_{СР.ЭЛ.МАГН..РАСЦ.}³ I_Р,

где I_{СР.ЭЛ.МАГН..РАСЦ.}– ток срабатывания электромагнитного расцепителя;

I_{СР.ТЕПЛ.РАСЦ.}– ток срабатывания теплового расцепителя.

Электромагнитный расцепитель служит для защиты от коротких замыканий, а тепловой – от перегрузки.

2. Для защиты ответвлений к двигателям:

I_{СР.ТЕПЛ.РАСЦ.}³ I_НОМ.ДВ.

I_{СР.ЭЛ.МАГН..РАСЦ.}³ 1,25 I_ПУСК

3. Для смешанной нагрузке:

I_{СР.ТЕПЛ.РАСЦ.}³ I_Р

I_{СР.ЭЛ.МАГН.РАСЦ.}³ 1,25I_КР

Результаты расчетов сводятся в следующую таблицу.

Наименование линии	Р_РН, кВт	I_ДОП,А	Ip, А	Кз ^.Iз, А	I_ПУСК,А	I_{СР.ТЕПЛ.РАСЦ}, А	I_ср.э_{Л. МАГН. РАСЦ} А	Тип выключателя

Пример. Выбрать автоматический выключатель для защиты двигателя. Р_Н = 17 кВт; U_Н =380 В; cosj = 0,82; К_П = 3,5.

I_Н= I_Р =

I_э.р.≥ 1,25 _*3,5 _*31,5 = 138А

Выбираем выключатель типа ВА 51-31-1 с номинальным током выключателя 100 А, т. е.

I_Н.А.> I_Р, т. к. 100 > 31,5

Лекция 16 Цеховые трансформаторматорные подстанции

Цеховые трансформаторные подстанции следует располагать как можно ближе к потребителям.

Однотрансформаторные ТП рекомендуется применять:

- если приемники относятся ко II и III категориям, допускающим в случае аварии перерыв питания на время доставки и установки трансформаторов из складского резерва;

- если мощность приемников I категории незначительна (до 25 %) и имеется возможность резервирования на низшем напряжении от соседней ТП.

Двухтрансформаторные ТП применяются:

- если преобладают приемники I и II категории, не допускающие перерыва питания на время замены поврежденного трансформатора;

- при большой плотности нагрузки;

- если расчетная мощность цеха более 1000 кВА, даже при отсутствии приемников I категории.

Схемы трансформаторных подстанций

1. Отдельно стоящие (от цехов) ТП – применяются для электроснабжения группы цехов, либо в случае, когда П/ст должна быть удалена от взрыво- и пожароопасных цехов.

2. Пристроенные ТП – располагаются у наружных стен здания, могут быть закрытыми или открытыми. В основном применяются для взрывоопасных производств. Следует отдавать предпочтение КТП.

3. Внутрицеховые ТП – располагаются непосредственно в цехе, размещаются около стен или колонн. Внутрицеховые П/ст применяют в цехах с нормальной средой, они являются экономичными т. к. максимально приближены к электроприемникам.

4. Встроенные ТП – устанавливаются внутри цеха в отдельных помещениях. Обычно располагаются у длинной стороны цеха ближе к источнику питания. Применяются, когда по условиям окружающей среды невозможно применение внутрицеховых подстанций.

При радиальной схеме питания, как правило, на высшем напряжении ТП не имеют РУ. Они могут иметь:

Глухое присоединение к линии передачи , т. е. на высшем напряжении нет никаких аппаратов.

Присоединение через разъединитель и предохранитель.

Присоединение через выключатель нагрузки.

Глухое присоединение (схема 1) применяется при небольших расстояниях от РП или ГПП (до 3 км). В этом случае защитные и коммутирующие аппараты устанавливаются на РП или ГПП. Глухое присоединение допускается при условии, что РП и ТП принадлежат одной эксплуатационной организации. Глухое присоединение не допускается, если трансформатор имеет газовую защиту, для которой требуется выключатель, расположенный здесь же.

При значительном удалении подстанции от РП или ГПП (3…5 км) и в некоторых других случаях используют схемы 2,3.

Присоединение по схеме 2 разрешается для трансформаторов мощностью до 630 кВА (включительно). При этом обязательно включение трансформатора с помощью разъединителя только при холостом ходе.

Схему 3 применяют при трансформаторах мощностью до 1000 кВА. При перегорании предохранителя выключатель нагрузки отключается автоматически.

При питании ТП ВЛ установка отключающего аппарата перед трансформатором обязательна во всех случаях.

Со стороны НН соединение вторичных обмоток трансформатора с шинами производится автоматическими выключателями серии АВМ (АВМ 4 – 400 А; АВМ 10 – 1000 А; АВМ 15 – 1500 А; АВМ 20 – 2000 А), «Электрон» на токи до 6300 А или рубильником с предохранителем.

0,4 кВ 0,4 кВ 0,4 кВ

Присоединение линий к РУ 0,4 кВ.

0,4 кВ 0,4 кВ 0,4 кВ 0,4 кВ

При магистральной схеме питания установка аппаратов на ВН обязательна. При этом возможны три схемы присоединения ТП к магистральной линии.

1 2 3 4

1 – через разъединитель и предохранитель

2 – через выключатель нагрузки

3 – через высоковольтный выключатель

4 – двухтрансформаторная ТП

В случае двухтрансформаторной ТП, трансформаторы присоединяют к разным линиям для обеспечения резервирования.

При магистральной схеме соединения и однотрансформаторной ТП для повышения надежности электроснабжения делают перемычки между соседними ТП на НН. В нормальном режиме перемычка отключена.

Перемычка

Глухое присоединение при магистральной схеме питания допускается на 2-х трансформаторной ТП. Тогда в случае аварии на трансформаторе или на линии отключается вся линия и присоединенный к ней трансформатор. Включается АВР на НН и обеспечивается питание через один трансформатор.

При выборе числа трансформаторов надо учитывать, что существующая аппаратура напряжением до 1000 В устойчива против токов короткого замыкания лишь при мощности трансформатора до 1000 кВА и при U₂= 380 В и до 1600 кВА при U₂ = 660 В при раздельной работе. Исключение составляет автомат “Электрон”, который может быть применен для трансформаторов мощностью 2500 кВА. Поэтому трансформаторы мощностью более 1000 кВА применяют в исключительных случаях, когда имеются приемники или большой мощности (электропечи и др.), или с частыми пиками нагрузки (электросварочные установки и др.), чтобы в сети до 1000В не было чрезмерных колебаний напряжения.

С экономической точки зрения всегда выгодно устанавливать на всех ТП предприятия трансформаторы одной мощности, но такое решение может быть принято крайне редко. Однако следует стремиться к тому, чтобы на ТП данного предприятия устанавливались трансформаторы двух-трех стандартных мощностей.

На ТП предприятия могут устанавливаться трансформаторы мощностью: 100, 160, 250, 400, 630, 1000, 1600, 2500, 4000 кВА. Наиболее распространены типы: ТМ, ТМЗ – применяются для наружной и внутренней установки. ТН, ТНЗ – с негорючей жидкостью (софтол). Рекомендуются для установки в цехах, где применение ТМ(З) не допустима по условиям пожаробезопасности. ТС, ТСЗ – сухие трансформаторы (дороже ТМ(З) в 2-2,5 раза.). Рекомендуется устанавливать когда подстанции расположены на верхних этажах или где невозможно применение ТМ(З), ТН(З) – (большие кинотеатры, места большого скопления людей).

Основой для выбора мощности трансформатора является расчетная нагрузка.

В случае однотрансформаторной ТП мощность трансформатора выбирают из условия:

S_т³ S_р.

Выбирают ближайшую большую мощность.

При наличии перемычки между соседними ТП со стороны НН мощность трансформатора выбирают их условия:

S_т³ (1,25…1,3)S_р.

Пемычки между соседними ТП со стороны НН мощность трансформатора выбирают их условия:

S_т³ (1,25…1,3)S_р.

При установке на ТП двух трансформаторов мощность каждого предварительно выбирают из условия:

S_т³ 0,5S_р.