Методические указания по выполнению задачи 2

Выбор марки кабеля выполняется с учетом условий окружающей среды по [16, табл.27].

Для выбора количества жил кабелей необходимо вспомнить режим работы нейтралей для сетей напряжением 6 – 10 кВ.

Выбор кабелей напряжением выше 1кВ производится по следующим условиям:

1. по экономической плотности тока;

2. по нагреву рабочим током;

3. по термической стойкости при протекании тока КЗ;

4. по допустимому отклонению напряжения.

Сечения питающих линий напряжением выше 1 кВ должны выбираться по экономической плотности тока в нормальном режиме.

Экономически целесообразное сечение определяется по формуле:

,

где I_p – расчетный ток в часы максимума энергосистемы, А;

j_эк – нормированное значение экономической плотности тока для заданных условий работы, А/мм² (таблица 14).

Таблица 14 – Экономическая плотность тока

Расчетный ток питающей линии зависит от схемы электроснабжения:

1. для одиночной радиальной линии в нормальном и послеаварийном режимах

,

где S_р – полная расчетная мощность передаваемая по линии, кВА;

U_ном – номинальное напряжение линии, кВ.

2. для нескольких параллельных линий в нормальном режиме

где n – количество параллельных линий;

в послеаварийном режиме

.

Полученное сечение округляется до ближайшего стандартного значения (разрешается в меньшую сторону).

Принятое экономически целесообразное сечение кабеля проверяется по нагреву рабочим током в послеаварийном режиме (например, после отключения одной из параллельных линий) по условию:

,

где к_п1 – поправочный температурный коэффициент (таблица 15) для t_расч.=t_факт.15^оС,

t_жилы=65^оС (для кабелей с бумажной пропитанной изоляцией 6 кВ),

t_жилы=60^оС (для кабелей с бумажной пропитанной изоляцией 10 кВ);

к_п2 – поправочный коэффициент на число кабелей, лежащих рядом (таблица 16).

I_д.д. – допустимый длительный ток кабеля, А.

Таблица 15 – Поправочные коэффициенты на температуру земли и воздуха для нагрузок кабелей, голых и изолированных проводов

Таблица 16 – Поправочные коэффициенты на число работающих кабелей, лежащих рядом в земле (в трубах и без труб)

Если принятое экономически целесообразное сечение кабеля не подходит по нагреву рабочим током, то необходимо увеличить сечение кабеля.

Расчет токов КЗ в системе электроснабжения промышленных предприятий производится упрощенным способом с рядом допущений:

• трехфазная система является симметричной;

• индуктивные сопротивления в процессе КЗ не изменяются;

• фазы всех ЭДС источников не изменяются в процессе КЗ;

• напряжение на шинах источника принимают неизменным, т.к. точки КЗ обычно удалены от источника;

• апериодическая составляющая тока КЗ не подсчитывается, т.к. длительность КЗ в удаленных точках превышает 0,15 с (апериодическая составляющая тока КЗ за это время затухает).

Для расчета токов КЗ составляется расчетная схема – упрощенная однолинейная схема электроустановки, в которой учитываются:

• все источники питания (генераторы, синхронные компенсаторы, энергосистемы);

• трансформаторы;

• воздушные и кабельные линии;

• реакторы.

По расчетной схеме составляется схема замещения, в которой указываются сопротивления всех элементов и намечаются точки для расчета токов КЗ.

При проверке кабелей на термическую стойкость расчетной точкой КЗ является:

• для одиночных кабелей одной строительной длины – точка КЗ в начале кабеля;

• для одиночных кабелей со ступенчатым соединением по длине – точка КЗ в начале каждого участка нового сечения кабеля;

• для двух и более параллельно включенных кабелей одной кабельной линии – в начале каждого кабеля.

Кабельные линии напряжением 6 – 10 кВ, трансформаторы мощностью 1600 кВА и менее в схеме замещения представляются индуктивными и активными сопротивлениями.

Все сопротивления подсчитываются в относительных единицах.

Для расчета сопротивлений задаются базовыми величинами:

• базовым напряжением U_б;

• базовой мощностью S_б.

За базовое напряжение принимают среднее номинальное напряжение той ступени, где происходит расчет токов КЗ (таблица 17).

Таблица 17 – Номинальные и средние напряжения системы электроснабжения

За базовую мощность для удобства подсчетов принимают 100 или 1000 МВА.

Расчетные формулы для определения сопротивлений элементов схем электроустановок приведены в таблице 18. Пользуясь этой таблицей, следует обратить внимание на примечания. Исходные параметры элементов схемы U_к%, Р_к, х₀, r₀ определяются по таблицам 13 и 19.

Преобразование схемы замещения позволяет определить результирующее сопротивление от источника до точки КЗ. Для преобразования схемы замещения используйте простейшее преобразование: последовательное соединение двух или более сопротивлений.

Преобразования схемы выполняются в направлении от источника к точке КЗ. В ходе преобразования схемы находят результирующие сопротивления от источника до точки КЗ.

Таблица 18 – Расчетные формулы для определения сопротивлений

Примечание: S_б – базовая мощность, МВА;

U_б – базовое напряжение, кВ;

U_ср – среднее напряжение в месте установки данного элемента, кВ.

Таблица 19 – Удельные активные и индуктивные сопротивления трехжильных кабелей

При расчете сопротивлений в относительных единицах ток трехфазного симметричного КЗ , кА, определяется по формуле:

или ,

где I_б – базовый ток на ступени напряжения точки КЗ, кА.

.

Кабель, выбранный по допустимому длительному нагреву, проверяется по термической стойкости к действию трехфазного симметричного КЗ.

Минимальное сечение по термической стойкости рассчитывается по формуле:

,

где В_к – тепловой импульс тока КЗ, А²с;

С_т – коэффициент, зависящий от материала проводника, его изоляции (таблица 20).

Тепловой импульс тока КЗ определяется по формуле:

,

где Т_а – постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ (таблица 13), с;

t_р.з. – время действия релейной защиты, с (таблица 13);

t_в – полное время отключения выключателя, с (таблица 13).

Полученное сечение округляется до ближайшего стандартного в большую сторону.

Таблица 20 – Значение параметра С_т для кабелей

Кабель, принятый для монтажа, не может иметь сечение меньшее значения S_min.

По результатам проверки кабеля на термическую стойкость к действию токов трехфазного симметричного короткого замыкания определить необходимость установки реактора. Если реактор необходим, то следует рассчитать токи короткого замыкания с его учетом.

Выбранное сечение проверяют по потере напряжения.

Ориентировочно можно считать допустимыми следующие потери напряжения на участках электросети:

• линии напряжением 6 – 10 кВ внутри предприятия – 5 %;

• линии напряжением 10 – 220 кВ, питающие ГПП предприятия – 10 %.

Потерю напряжения в линиях напряжением до 35 кВ определяют по формуле:

,

где I_p –расчетный ток линии, А;

r_уд – активное удельное сопротивление линии, Ом/км;

х_уд – индуктивное удельное сопротивление линии, Ом/км;

cos , sin - коэффициенты мощности соответствуют tg в конце линии.

Значения удельных сопротивлений для кабельных линий приведены в таблице 20.

После расчета потерь напряжения в кабельной линии сделайте вывод о соответствии

линии требованиям ГОСТ 13109 – 97 «Электрическая энергия. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения».

Задача 3

Дайте ответы на вопросы, указанные в таблице 21, приведя необходимые формулы, схемы, графики и пояснения для них.

Таблица 13 - Вопросы задачи 3

Продолжение таблицы 13