А
Б В
Г Д
Е Ж
З И
К Л
М Н
О П
Р С
Т У
Ф Х
Ц Ч
Ш Э
Ю Я
Реферат: Расчет сетевой модели методом Форда (с программой)
Расчет сетевой модели методом Форда (с программой)
3.2. Выбор схемы и расчет высоковольтной сети.
Система электроснабжения предприятия состоит из источников пи тания и линий электропередач, осуществляющих подачу электроэнергии к предприятию, понижающих, распределительных и преобразователь ных подстанций и связывающих их кабелей и воздушных линий.
Требования, предъявляемые к электроснабжению предприятий в ос новном зависят от потребляемой ими мощности и характера электриче ских нагрузок, особенностей технологии производства, климатических условий, загрязненности окружающей среды и других факторов.
Схемы и конструктивное исполнение системы электроснабжения должны обеспечивать возможность роста потребления электроэнергии предприятием без коренной реконструкции системы электроснабжения. Требования технологии оказывают решающее значение при определении степени надежности питания и построения схемы электроснабжения. Недоучет этих требований может привести как к недостаточному резервированию, так и к излишним затратам.
Источником электроснабжения обогатительной фабрики будет служить энергосистема, через ГПП, примыкаемой к территории обо гатительной фабрики. От ГПП до распределительных устройств обо гатительной фабрики электроэнергия передается по воздушным линиям электропередачи напряжением 6000 В.
Вторая линия электропередачи обеспечивает передачу электроэнергии от ГПП до КТПН насосной станции 1 подъема, с отпайками к распре делительному устройству 6000В насосной станции оборотной воды. Каждая линия состоит из двух взаиморезервируюмых цепей. От распределительного устройства 6000В обогатительной фабрики по кабельным линиям 6000В осуществляется питание:
-двух высоковольтных электродвигателей бесшаровых мельниц мокрого самоизмельчения руды (по 630 кВт каждый);
-двух комплектных трансформаторных подстанций цеха рудоподготовки мощностью 630 кВа каждая;
-двух комплектных трансформаторных подстанций цехов обогащения и доводки мощностью 630 кВа каждая;
-одной комплектной трансформаторной подстанции мощностью 630 кВа для электрического освещения помещений и территории фабрики. По степени надежности электроснабжения фабрика и хвостовое хозяйство относятся к потребителям 2 категории.
Согласно параграфу 13.28 ПУЭ сборные шины в пределах РУ по экономической плотности тока не выбираются, поэтому выбор производим по допустимому току, равного току наиболее мощного присоединения, в данном случае генератора.
Наибольший ток нормального режима принимается при загрузке генератора до номинальной мощности Рном, при номинальном напряжении U cos ф ном:
Рном
Iном=Iном.г = (((( (3.3);
(3*Vном *cos(
где Рном - номинальная мощность генератора принимается по табл.2-1 [10],кВт;
Vном - номинальное напряжение сети ,кВ;
cos ( - коэффициент мощности номинальный , принимается по табл.2-1 [10]
4000
Iном = Iном.г = ————— = 458,7 А;
(3*6.3*0.8
Принимаем шины прямоугольного сечения аллюминиевые 2(40*4) мм2,
Iдоп = 480А из таб.3.14[7].
Проверяем выбранное сечение шин по допустимому току в нормальном режиме:
Imax (Iдоп;
Imax = 458,7А ( Iдоп = 480 А;
Проверка сборных шин на термическую стойкость производится после расчетов токов короткого замыкания .
Условие проверки:
Sт min ( Sт
где S т min - минимальное сечение по термической стойкости ,мм2;
S т - выбранное сечение шин, мм2.
Выбор сечения линий электропередач производим по экономической плотности тока:
Ip
F э = ---- ; (3.5)
(э
где Iр - расчетный ток линии;
(э - экономическая плотность тока из табл.5-7[5], мм2;
Fэ - ceчeн» ; линии, мм2.
по допустимому току нагрева в послеаварийном режиме:
1доп ( Iав;
где Iдоп - допустимый ток нагрева линии, принимается по табл.п 3.3 |7],А.
Определим расчетный ток линии:
Sp
Iр= (((; (3.6)
(3V*n
где Sp = 29 3,75кВА - расчетная мощность фабрики из таб. ;
V = 6,3 кВ подводимое напряжение;
n - количе во линий;
2948,75
Iр= ((((( = 135,3 А;
(3*6,3*2
Iав = 2*Iр = 2*135,3 =270А.
Определяем сечение линии электропередачи:
Ip 135,3
Fэ= (( = (((( = 96,6 мм2
(э 1.4
По таблице 3.3[7] выбираем воздушную линию из 2-х взаиморе-зервирующих цепей марки АС/16, Iдоп = ЗЗОА.
Проверяем выбранное сечение линии по нагреву током послеаварийном режиме:
Iдоп =ЗЗОА>Iав=270А
Sp = Sр пнc + Sp н об воды + Sp н 1 подъема; (3.7)
где Sp пн = 388,98 - расчетная мощность пульпонасосной станции из таб.З.1[7];
Sp н об воды = 919,83 кВА - расчетная мощность насосной станции оборотной воды из таб.3.1
Sp н 1 подьема = 218,25 кВА - расчетная мощность насосной станции 1 подъема и таб.3.1
Sp = 388,98 + 919,83 + 218,25 = 1527,06 кВА;
1527.25
Iр= ((( = 70 А;
(3*6,3*2
Iрав = 2*Iр =2*70 = 140 А;
70
Рэ = (( = 50 мм2
1.4
По таб.3.3[7] выбираю воздушную линию из двух взаимореэервиуемых линий марки АС 50/8, Iдоп = 210А.
Проверяем их по нагреву током в послеаварийном режиме:
Iдоп = 210А > I ав = 140А;
Sp = Sр н об воды + Spн 1 подъема; (3.8)
Sp =919,83+218,25 = 1138,88 кВА;
1138,88
Ip = ((((( = 52,2 А;
2( 3*6,3
Iав = 2*52,2 = 104.4А
52,2
Fэ = ((( = 37,3 мм2;
1.4
По таблице П.3.3 [7] выбираю сечение воздушной линии АС 35/6,2;
Iдоп =175.A
Проверяем линию по нагреву током в послеаварийном режиме:
Iдоп = 175А > Iав =104,4А.
Sp = 218.25А;
218,25
Ip= ((( = 10 А ;
2(3*6.3
Iав = 2*10 = 20 А;
10
Fэ = (( = 7 мм2;
1.4
По табл.П.3.3 [7] выбираем сечение воздушной АС25/4,2; Iдоп = 135А. Проверяем линию по нагреву током в послеаварийном режиме:
Iдоп = 135А > Iав =20А.
Выбор сечения питающих кабелей производим:
- по экономической плотности тока;
- по допустимому току нагрева в нормальном и аварийном режимах;
- по термической устойчивости к токам КЗ.
Выбор кабельной линии производим по расчетному току трансформатора:
Spm (3.9)
Ip= ((( = 57,8 А;
(3*Vн
где Spm = 630 кВА - расчетная мощность трансформатора из таб.3.2
Vн = 6,3 кВ - подводимое напряжение:
630
Iр= (((
(3*6,3
Ip 57.8
Fэ= (( = (((( 41,3 мм2
(э 1.4
где (э =1,4 мм2 - экономическая плотность тока для кабелей с аллюминевыми жилами с бумажной пропитанной изоляцией в аллюминевой оболочке, при числе часов использования максимума нагрузки 4000 часов принимается по табл. 5-7 [5].
Пo таб.10. [2] принимаю кабель марки ААШв проложенный в кабельном канале, сечением 35 мм2. Выбор сечения кабеля по допустимому току нагрева производится по неравенствам:
в нормальном режиме:
Ip
1доп ( ((((; (3.10)
Кпр
где Iр - расчетный ток трансформатора;
Кпр - коэффициент прокладки учитывающий число параллельно работающих кабелей проложенных в земле.
Кпр =1- так как прокладывается 1 кабель [1].
Iдоп =125А >Iр-57,8А.
в аварийном режиме:
Iaa
Iдоп ( ((((((
Кпр * Кпер
где Кпер - коэффициент перегрузки, на начальной стадии проектирования допускается перегрузка кабеля на 30%, [I].
80,9
1доп > ((((= 62,2 А;
1.3
После расчета тока КЗ производим проверку выбранного сечения кабеля по термической устойчивости к токам КЗ.
630
Ip = ((( = 57,8 А.
(3*6,3
Iав = 1.4 Iр +Ip = 1.4* 57.8 + 57,8 – 138,72 А.
57,8
Fэ = ((( = 41,3 мм2.
1,4
4. РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ .
4.1. Расчет токов короткого замыкания и проверка на устойчивость основного электрооборудования низковольтной сети .
Первую точку для определения тока КЗ выбираем сразу после трансформатора. В этой точке ток КЗ будет максимальным, и если он будет меньше, чем предел динамической устойчивости у автоматов, то оборудование выбрано верно и расчет токов КЗ на этом прекращается.
Трансформатор
ТСЗ-160/10 Ква
SH=160 кВА
Uвн = 10 кВ
Uнн = 0,4 кВ
(Рхх = 700 Вт
(Ркк=2700
Uкк = 5,5%
Iхх = 4%
Рис 4.1 cхема замещения для расчета токов КЗ в точке К1.
Ток трехфазного КЗ определяется по формуле:
Uн
Iк= ((((((((( (4.1)
_________________
/ ________
(3((R(2+X(2)
где Uн - номинальное напряжение сети, В;
R( - суммарное активное сопротивление цепи, мОм;
X( - суммарное реактивное сопротивление цепи, мОм;
где
R( = Ртр+Рав (4.2)
(Рк*Uнн2
Где (((((( *106 = 16,9 мОм
Smm2
Активное сопротивление трансформатора.
Rав =1,1 мОм - активное опротивление АВ с учетом переходных сопротивлий контактов (табл.2.54[1]
R( = 16,9+1,1 мОм = 18мОм
Х( = Хтр+Хав ; (4.3)
1де
Хав = 0,5 мОм - реактивное сопротивление АВ (табл.2.54[1])
_____________
Хтр = (Zmm2 – Rmm2 (4.4)
10 * Uк* Uнн2 10 *5,5 *0,42
Zтр = (((((( = ((((((( 0,055Ом = 55 мОм;
Smm 160
_________
Хтр(552-16,92 =52,3 мOм
реактиктивное сопротивление трансформатора;
X( =52,3+0,5 =52,8 мОм
400
Iк= ((((((( = 4,14 кА.
__ ________
(3*(182+52,82
Ударный ток КЗ находим по формуле :
Iу =(2*Ку*Iк ( 4.5)
-0.01
Ta
Ку =( 1+е ) - ударный коэффициент; (4.6)
X( 52,8
Ta = (( = (((( = 0.009 с - постоянная времени
(R( 314*18
-0.01
Ta
Ку =( 1+е ) = 1.33;
Iy = 1,41*1,33*4,14=7,8 кА;
Для точки К2:
R( = Rтр +Rав1+Rав2+Rкл1
активное сопротивление трансформатора.
Rав 1,2 =1,1 мОм - активное сопротивление АВ с учетом переходных сопротивлений контактов (табл.2.54[1])
Rкл1=4 мОм
R(= 16,9+1,1+1,1+4 =23,1мOм
X( = Хтр+Хав1+Хав2+Хкл1;
ГдеХав 1,2 = 0,5 мОм - реактивное сопротивление АВ (табл.2.54[1])
_____________
Xтp =(Zmm2 –Rmn2 ;
10*Uк*Uнн2 10*5,5 *0.42
Zтp = ——-——— = ————— = 0,055 Ом = 55 мОм;
Smm 160
_________
Xтp =(552 –16,92 = 52,3 мОм ;
реактивное сопротивление трансформатора;
X( =52,3+0,5+0,5+0,828= 54,1 мОм
400
Iк= ((((( =3,08 кА
___________
(3*23,12+54,12
Ударныг кок КЗ находим по формуле:
iy= (2*Ку*Iк;
-0.01
Ta
Ку =( 1+е ) -ударный коэффициент;
X( 54,1
Ta = (( = (((( = 0.0074 с - постоянная времени
R(( 314*23,1
-0.01
0.007
Ку =( 1+е ) = 1.26;
Iу = 1,41*1,26*3,08 = 7,740 кА;
Остальные результаты сводим в таблицу 4.1
К1
К2
КЗ
К4
К5
Кб
К7
К8
К9
К10
Iк
4,14
3,08
3,05
3,05
3,70
3,20
3,25
3,40
3,60
3,40
Iуд
7,88
7,74
7,50
7,40
7,04
6,08
6,17
7,75
6,84
6,46
4.2. Расчет токов короткого замыкания и проверка на устойчивость. основного электрооборудования высоковольтной сети.
Расчет токов КЗ в сетях напряжением выше 1000В производится для выбора основного электрооборудования и для проверки оборудования и проводников электрической энергии на термическую и электродинамическую устойчивость.
Расчет токов КЗ в сетях напряжением выше 1000В и ниже 1000В имеют различия. В сетях напряжением выше 1000В обычно суммарное активное сопротивление цепи до точки КЗ меньше тройного реактнвного сопротивления цепи до той же точки КЗ.
Поэтому при расчете тока КЗ допускается учитывать только реактивное сопротивления элементов.
Расчет токов КЗ для сети напряжением выше 1000В производим в относительных единицах. Составляем схему замещения для схемы электроснабжения фабрики pис .4.2 нумеруем ее элементы в порядке расположения.
Приииг аю за базисные единицы номинальную мощность^ранс-форматор ^ 8б=8нач.тр=^МВА, принята но табл.2-1{101 и среднее напряжен •е ступени с точками короткого замыкания V6=Vcp==6,J кВ.
Опреде яем базисный ток:
16. - ____ » JSfL = о.9^ (4.7) УЗ*Уб ^*б^ \ /
Опреде.' яем сопротивление эяемеятов схемы замещения. Трансфер larop напряжением 63 кВ:
^ . Uk*Sb х1 ' 100^ (4»s)
где V . напряжение короткого замыкания трансформатора, принимас ся равным X^d тя^ 10,5 % ,XI « 103*10/100*^3 = 0,223 Воздушна i линия напряжением 63 кВ
Х? -Худ*1Ц; (4.9)
где X; i - удельное реактивное сопротивление линии, принято по таблице 2 Ц S ]; ff/i/кн где 1-д яна линии^ W
Х2 ^,4*1,36* 10. =0,137 6,3
Х5 ^4*е,Ш*-10 =0,0187;
б32
Хб ^,4*0,045*^. »= 0,0045;
б^
ХУ -0,4*0,652* ^-^ 0,066 6^
Х1>»0,4*0,ИО*^°-0.011 6,3
Кабельные линии:
ХЗ=Худ*1^;
где X} \ - удельное реактивное сопротивление линии, принимается по таб2-3|. ];
XJ = 0,0625*0,05* -^ = 0,0007
Х7=0,0625*0,03*-10^ = 0,00004 6,3
XI 1=0,0625*0,05* ю = 0,0004 6,3
Х13=0,0625*0,05*-110^ = 0,0007
achi tpoH'ibie двигатели:
X-^'d*-^- (4.10) ^где X"d- сверхпереходное сопротивление асинхронного двигателя и? табл 4-3[10];
S ном, д - номинальная мощность асинхронного двигателя;
Sиoм.дв=^w^)ff. (4.11) cosгде Рном дв - ном. активная мощность двигателя, из табл 4.3 [10] cos(p -коэффициент мощности двигателя, из табл 4-3 [10]
shom дв = —°- = 700/о9.4 0,9
Х4== 0,2*-10-= 2,86 0,7
Х8= 0,2*-10- =4,54 0,44
X12=X14=0,2*-10-=5,7
__________________» 035 '___________________________________.——
Определи! s суммарное сопротивление до точки К1 Х15 -Х13+Х14== 0,0007+5,7=5,7 Х16 =ХП+Х12= 0,0007+5,7=5,7
S 7*^ 7
Х17 Х1511Х16= ' э» =2.85 5,7+5,7
Х18 = Х17 + Х9 +Х10 = 2,85+ 0,011+0,066 = 2,927 Х19 -Х7+Х8= 4,54+0,0004 =4,54 Х20 - Х19 + Х6 = 4,54 + 0,0045 = 4,5445
4 5445 * 7 927
Х21 - Х2011 X18 = ' ' = 1,78 4,5445+2.927
Х22 - Х21 + Х5 = 1,78 + 0,0187 = 1,799 Х23 = X3 + Х4 = 0,0004 + 2,86 = 2,86 Х24 = Х23 + Х2 = 2,86 + 0,137 = 2,997 Х25 - Х2411 X22 = 1,124
Х2(» - XI 11 Х25 == °'223*1'124 = о,186 0,223+1,124
Определи ток короткого замыкания в точке К1
1к1 -——^б, (4.12)
Л 20
где Х26- -уммарное сопротивление до точки К1
1к =1/0,86 * 0,9 = 5,82 kA
Для о ределения тока КЗ в точке К1, необходимо учитывать подпитку . I асинхронных двигателей.
В орие ггировочных расчетах можно принимать максимальный ток подпитки г асинхронных двигателей;
_______L , =6,5*1ном ^____________________(4ЛЗ)_______
Номиналы' ли ток асинхронного двигателя мощностью 630 кВт
т pu 630
iho' = - —— = -7=————— = 64/t
^l/HCOSip ^/3*6,3*0,9
Максимал! 1ый ток подпитки от всех асинхронных двигателей составит:
1^ ^2*6,5*64 =832 А;
Номиналы ли ток асинхронного двигателя мощностью 400 кВТ:
1но » = ——400——:= 36,66.4 ;
д/3*6,3*0,9
Номинальгилй ток асинхронного двигателя мощностью 315 кВТ;
ih^i = _ 315—— = 32^ ;
^/3*6,3*0,9
Максима. i.sibiH ток подпитки от всех асинхронных двигателей составит:
1^=3*32 =96 А;
Тогда ток Ю в точке К1 составит:
1к 1 - 4,84 +0,832 + 0,03666 + 0,096 = 5,8 кА;
Определи л суммарное сопротивление до точки КЗ:
О 223 * 1 799 Х?7 = XI 11 X22 = ' ' = 0,198;
0,223+1,799
Х2Н = Х27 + Х2 = ОД98 + ОД37 = 0,335;
Определи?, гок КЗ в точке КЗ:
1к..=-1—* 0,9 =2,69/^;
0,335
С учете тока подпитки асинхронного двигателя , ток КЗ в точке КЗ составит:
1к =2,69+0,832= 3,522 кА;
Результат! расчетов остальных точек кз сведены в таблицу 4.2
Д^ля оп| .-деления ударного тока нахожу ударный коэффициент для характерш х точек короткого замыкания по таблице 3-8 [7 ]:
iy; = л/2Куд * М = л/2 * 1,94 * 5,8 = 15,9кА; (4.14)
•
iy; I = л/2 * Куд * ikk = V2 * 1,369 * 3,49 = 6,76^,
Результат» расчетов остальных ударных токов кз сведены в таблицу 4.2
Определен (е периодической составляющей тока КЗ:
In =1к; (4.15)
In ,=5,8к^
In ,=3,49кЛ,
Результаты расчетов остальных значений периодической составля ющей кз сведены в таблицу 4.2
Значение апериодичной составляющей тока КЗ в произвольный момент времени определяется по формуле:
-г
iat=-•^/2*/^c*f'u ; (4.16)
»де т - моменг времени определения тока КЗ, С;
ta - постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ, принимается для характеристики точек по табл.3-2[7]
°1 1 atl = °1 •• V2*3,49"0'04 =0,4кА,
Резул i ' s расчетов остальных значений апериодической составля ющее Oi с шч интеграл джоуля тока КЗ, характеризующий количество
гепл( .-» .'• [еляющейся в аппарате за время КЗ:
I -^(toom+Ta); (4.17)
где ft . i емя от начала КЗ до его отключения, с.:
t - tp3 + 1вык;
где t > ^ мя действия релейной зашиты , с tp3==0,02|7];
к - плное время отключения выключателя, с,(1вык = 0,06[8];
(, ;j= 0,02+0,06= 0,08с;
То» и. од им интеграл Джоуля тока:
\82 (0,08 + 0,16) = г,\кА2 * с, \ » =-- 3,492 (0,08 + 0,04) = 1,46кЛ2 * с;2 (0,08 + 0,04) = 1,46кЛ2 * с;
Резу. 2 .ы расчетов остальных значений интеграла Джоуля кз свед» ,» таблицу 4.2
Таблица 4.2
Kl
К2
КЗ
К4
К5
К6
It
5,82
2,71
3,53
3,33
3,32
3,23
^д
15,8
6,83
6,8
7,8
7,8
7,8
lit
5,82
3,52
4,3
3,56
3,5
3,3
at
4,39
0,41
0,4
0,41
0,4
0,39
»k
8,1
1,5
1,46
1,47
1,47
1,49
4.3 Р счет токов короткого замыкания с применением ЭВМ.
асчет оков КЗ в сложных схемах электрических установок предс-TiBJi .т соб(. 1 трудоемкую задачу, и применение средств вычислительной 1 хн »н для е решения весьма целесообразно. Г'р01 )аммы »асчета токов КЗ на ЭВМ нашли самое широкое применение в пра^ икс пр ектирования электроустановок.
1Я р счета на ЭВМ начального значения периодической с »с 1. ияющ и токов КЗ в электроустановках применяются принцип нал^яже ра-сматривается метод расчета, базирующийся на принципе |"ал«1 \}=Zi (4.6)
где IJ и I - голбцовые матрицы узловых напряжений и узловых токов. Нап яжени т узла в нагрузочном режиме:
Uni= ^ Zyiklk, (4.7)
t-i
где N - 4HCJ о узлов в схеме замещения.
В аварийной режиме в схеме замещения имеется лишь один источник тока
a y3Jse КЗ (и 1еет обозначение "с":
Ic = Ui .c/Zcc, (4.8) при ном на фяжение в 1-м узле:
11ав!= iH.cZic/Zcc. (4.9) nocJ е опре; мления напряжений во всех узлах схемы замещения токи в
|