Выбор и проверка сечений проводов и кабелей по условиям нагрева

Проверка сечений воздушных линий по условиям нагрева производится обычно только для послеаварийных режимов, когда линии сильно перегружены. В нормальных режимах такая проверка обычно не делается, так как сечения, выбранные по условиям экономической целесообразности как правило, значительно выше сечений, допустимых по нагреву. При этом проверка состоит в сравнении тока перегрузки с током, являющимся для данного сечения допустимым.

Кабельные линии, а также проводки, выполненные в трубах, обязательно проверяются по нагреву. Более того, поскольку из-за высокой стоимости кабельной продукции экономически целесообразные сечения получаются маленькими, то нагрев токоведущих частей часто является главным фактором, определяющим выбор сечения. Поэтому сечение таких линий часто выбирается именно по условиям нагрева, а если даже оно и выбрано по другим условиям, то по нагреву обязательно проверяется. При этом в зависимости от условий прокладки и температуры окружающей среды в табличные значения допустимых токов необходимо вводить поправочные коэффициенты.

Защита от коротких замыканий и перегрузок линий низкого напряжения (до 1000В), а также электроприемников, которые по этим линиям получают питание, обычно осуществляется совместно, то есть одним и тем же простейшим защитным устройством (предохранителем или автоматическим воздушным выключателем). Защитные характеристики таких устройств не регулируются или регулируются в небольших пределах, поэтому для обеспечения надежной защиты необходимо сечение линий выбирать совместно с выбором защитного аппарата. Перед решением задач такого типа рекомендуется изучить [3,с.104…116].

ЗАДАЧА 6.1. Проверить по условиям допустимого нагрева выбранные в задаче 4.5 сталеалюминиевые провода в нормальном режиме и в послеаварийных режимах, возникающих после отключения одной из цепей двухцепных линий. Температура воздуха в наиболее жарком месяце составляет .

РЕШЕНИЕ. Находим допустимые значения токов для выбранных сечений [1,табл.П.9] при температуре воздуха и приводим их к фактической температуре . При этом коэффициент, учитывающий по ш1.0 правку на температуру , берём из [1,табл.П.11].

Линия А-1 (выбран провод АС-240/39): .

Линия 1-2 (выбран провод АС-120/19): .

В нормальном режиме по каждой цепи линии А-1 протекает ток 197А. а по каждой цепи линии 1-2 - ток 89А. Эти токи значительно меньше допустимых значений. При отключении одной из цепей линии А-1 или линии 1-2 ток в цепи, оставшейся в работе, удвоится, то есть:

Эти токи также не превышают допустимых значений. Следовательно, провода, выбранные в задаче 4-5, удовлетворяют условиям нагрева как в нормальном, так и в послеаварийном режимах.

 

ЗАДАЧА 6.2. Проверить по условиям допустимого нагрева сечения кабельных линий, выбранных в задаче 4.2. Кабели имеют бумажную пропитанную изоляцию и алюминиевую оболочку. Прокладываются в земляной траншее с расстоянием между параллельными кабелями 200мм. Температура почвы . Продолжительность суточного максимума нагрузки 6 ч.

РЕШЕНИЕ. Токи, протекающие по кабелям в нормальном режиме, а также сечения кабелей берём по данным задачи 4.2:

В соответствии с [3,табл.П2.6] максимально допустимая температура жил кабелей составляет , а табличные допустимые нагрузки (при прокладке в земле):

По [3,табл.П.2-9] определяем поправочный коэффициент на прокладку двух кабелей в одной траншее (для линий А-1 и 1-2) , а по [3,табл.П2-10] - поправочный коэффициент на температуру земли .

Затем определяем допустимые нагрузки с учётом поправочных коэффициентов:

Эти токи больше, чем токи, протекающие по кабелям, следовательно, в нормальном режиме выбранные сечения удовлетворяют условиям допустимого нагрева.

Для проверки условий нагрева в послеаварийных режимах определяем коэффициент загрузки кабелей в режиме, предшествующем аварии, то есть в нормальном:

В послеаварийном режиме оставшийся в работе кабель линии А-1 не может быть перегружен, так как для него . Оставшийся в работе кабель линии 1-2 (для него ) может быть перегружен в соответствии с [1,табл.П.12] в 1,25 раза. С учётом возможной перегрузки и с учётом того, что после отключения аварийного кабеля в траншее остаётся только один работающий кабель, допустимые токи кабелей в послеаварийном режиме составляют:

Токи, протекающие в послеаварийном режиме по оставшемуся в работе кабелю по сравнению с нормальным режимом, удваиваются, то есть:

Поскольку 399 > 258 и 269,6 > 240, то условия допустимого нагрева в послеаварийных режимах не выполняются, и сечение кабелей необходимо увеличивать. Для этого определяем приведённую нагрузку кабелей с учётом поправочного коэффициента на температуру окружающей среды и коэффициента возможной перегрузки:

Для линии 1-2 выбираем сечение , для которого допустимый ток 240А. Кабель для линии А-1 должен иметь допустимый ток не менее 424 А. Такой допустимый ток не имеет ни одно из сечений, поэтому увеличиваем число кабелей до четырёх, то есть в послеаварийном режиме будут работать два кабеля. При этом, предполагая, что в нормальном режиме коэффициент загрузки станет меньше 0,8, вводим коэффициент возможной перегрузки 1,25. Приведённая нагрузка на один кабель в послеаварийном режиме составит:

Выбираем сечение , имеющее допустимый ток

Проверяем коэффициент загрузки в нормальном режиме:

Здесь принимает новое значение 0,84, поскольку в одной траншее теперь проложены 4 кабеля.

ЗАДАЧА 6.3. Асинхронный двигатель привода вентилятора мощностью 14 кВт, 380/220 В, , КПД 87% предполагается подключить к силовому шкафу проводом АПРТО, проложенным в стальной трубе по воздуху. Коэффициент загрузки двигателя 0,9. В качестве коммутационного аппарата предполагается использовать автоматический воздушный выключатель. Температура воздуха в цехе . Выбрать автомат, расцепитель, а также сечение провода по условиям допустимого нагрева.

РЕШЕНИЕ. Определяем номинальный , рабочий и пусковой токи электродвигателя. Кратность пускового тока принимаем равной 5,5.

По [5,табл.24-3] выбираем автоматический выключатель АП-50 с комбинированным расцепителем. В качестве номинального тока расцепителя выбираем ближайший ток, больший номинального тока двигателя, то есть

В зоне перегрузки расцепитель срабатывает при токе 1,251 , а в зоне к.з. при токе 10 , то есть

Проверяем ток срабатывания электромагнитного расцепителя по условиям кратковременной перегрузки (пуск двигателя).

(условие выполняется.

Для выбора сечения кабеля приводим рабочий ток двигателя к температуре :

то есть допустимый ток выбранного сечения должен быть не менее 28 А. Здесь - поправочный коэффициент на температуру воздуха [3,табл.П2-10] для допустимой температуры жилы провода . С другой стороны, в соответствии с требованиями ПУЭ допустимый ток провода должен удовлетворять условию:

или

Исходя из двух этих условий по [3,табл.П.2-2] выбираем сечение провода с допустимым током при прокладке всех проводов четырёхпроводной трёхфазной системы в одной трубе .

 

ЗАДАЧА 6.4. К силовому щиту подключены четыре асинхронных двигателя (параметры двигателей даны в таблице). По условиям технологии все двигатели могут одновременно находиться в работе. Пуск двигателей лёгкий. Самозапуск не предусмотрен. Определить по условиям допустимого нагрева сечение кабельной линии, питающей щит. Линия прокладывается по воздуху. Температуру воздуха принять . Защиту линии предполагается осуществить предохранителями.

РЕШЕНИЕ. Определяем рабочие токи всех двигателей, а также номинальный и пусковой токи самого крупного двигателя:

Для защиты линии выбираем предохранитель типа ПН-2. Определяем номинальный ток плавкой вставки:

По [4,табл.6.4] выбираем номинальный ток плавкой вставки

.

Определяем допустимый ток кабеля по наибольшему току нагрузки:

Определяем допустимый ток кабеля по номинальному току плавкой вставки.

По большему из этих токов по [4,табл.7.10] выбираем сечение алюминиевых жил четырёхжильного кабеля с допустимым током 110 А.

РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ

Одним из основных способов регулирования напряжения является применение на крупных понизительных подстанциях, являющихся центрами нагрузок, устройств РПН (регулирование под нагрузкой), которые позволяют в зависимости от текущего режима непрерывно производить переключение числа витков обмоток трансформаторов без их отключения и поддерживать тем самым необходимый уровень напряжения на шинах низшего напряжения этих подстанций [1,с.205-210]. При этом в соответствии с принципом так называемого «встречного регулирования» в часы наибольших нагрузок на шинах низшего напряжения поддерживается напряжение, на 5...10% выше номинального. При снижении нагрузки его постепенно снижают, доводя до величины на 0...5% выше номинального значения. При таком законе регулирования в центре нагрузок напряжение на шинах большинства электроприемников удается удерживать в рамках, предписываемых стандартом, во всех режимах без применения каких-либо дорогостоящих средств. Серийные устройства РПН, встраиваемые в трансформаторы, имеют определенный диапазон регулирования, и при расчете необходимо проверять достаточность этого диапазона для обеспечения встречного регулирования во всех режимах, включая и послеаварийные.

На цеховых подстанциях промышленных предприятий и на внутриквартальных подстанциях систем электроснабжения городов используют трансформаторы с устройствами ПБВ (переключение без возбуждения). Они позволяют производить редкие (поскольку это связано с необходимостью отключения трансформатора) переключения обмоток, подстраиваясь под сезонные изменения нагрузки. Расчет такого регулирования сводится к определению наивыгоднейшего ответвления, обеспечивающего (при условии встречного регулирования в центре нагрузок) соответствие стандарту напряжения у потребителей независимо от суточных колебаний нагрузки.

В отдельных случаях, когда потребители находятся на значительном удалении, или когда питающие линии сильно перегружены, рассмотренных мер становится недостаточно, и для регулирования напряжения используют устройства поперечной или продольной компенсации. При поперечной компенсации компенсирующие устройства уменьшают реактивную мощность, текущую по питающим линиям. Поэтому уменьшается потеря напряжения, и напряжение у потребителя возрастает. Расчет такого способа регулирования сводится к определению необходимой мощности компенсирующих устройств. При продольной компенсации компенсируется реактивное сопротивление питающей сети, что также приводит к уменьшению потери напряжения и возрастанию напряжения у потребителя. При выборе установок продольной компенсации рассчитывается их мощность, реактивное сопротивление, а также падение напряжения.

В линиях большой протяженности напряжением 110 кВ и выше в первые годы эксплуатации, пока их нагрузка невелика, иногда возникает режим, при котором за счет генерации реактивной мощности самой линией напряжение в конце линии значительно больше, чем в начале. Чтобы обезопасить электрооборудование приемной подстанции от перенапряжений, на конце таких линий устанавливают шунтирующие реакторы, которые, нагружая линию реактивной мощностью, создают в ней дополнительную потерю напряжения. При расчете таких режимов необходимо определить напряжения в конце линии при суточных изменениях нагрузки и сравнить их с допустимыми значениями.

ЗАДАЧА 7.1. На понизительной подстанции 110/6 кВ установлены 2 трансформатора ТМН-6300/110 с пределами регулирования напряжения 115+9×1,78%/6,6 кВ. Нагрузка подстанции в режимах наибольших и наименьших нагрузок составляет и . Напряжения на шинах ВН подстанции в этих режимах равны и . Определить, можно ли на данной подстанции осуществить принцип встречного регулирования напряжения и на каких регулировочных ответвлениях при этом должны работать трансформаторы.

РЕШЕНИЕ. Составляем схему замещения подстанции. Параметры схемы замещения берём из задачи 1.6. Рассматриваем данную подстанцию, как участок сети.

Так как по условию задачи задано напряжение в начале участка и нагрузка в конце, то вторичное напряжение подстанции определяем на основе выражения:

Отсюда:

или

Вторичное напряжение подстанции , приведённое к первичному явно больше, чем , поэтому в последнем выражении используем только знак “+”. Определяем вторичное напряжение для двух режимов.

Исходя из принципа встречного регулирования напряжения желаемые величины напряжений на шинах 6 кВ подстанции составляют:

Определяем расчётные значения напряжений регулировочных ответвлений.

здесь - низшее номинальное напряжение трансформаторов.

Определяем номера регулировочных ответвлений:

Здесь - высшее номинальное напряжение трансформаторов;

- относительная величина ступени регулирования напряжения.

Полученные значения не выходят за пределы имеющихся в ±9 ступеней, следовательно диапазон регулирования напряжения в данных условиях достаточен. Так как номер ответвления может быть только целым числом, полученные значения округляем до ближайших меньших целых чисел:

Делаем проверку. Определяем для этих ответвлений коэффициенты трансформации:

Находим действительные напряжения, которые будут на стороне низшего напряжения подстанции при работе трансформаторов на этих ответвлениях:

 

 

ЗАДАЧА 7.2. На понизительной подстанции установлены два трансформатора ТМН-2500/110. Номинальное низшее напряжение подстанции 10кВ. Расчётные нагрузки подстанции в режимах наибольшей и наименьшей нагрузки составляют:

Оценить достаточность диапазона регулирования напряжения трансформаторов, исходя из требований встречного регулирования, если на шинах высшего напряжения подстанции в режиме наибольших нагрузок поддерживается 104,2 кВ; в режиме наименьших нагрузок 116 кВ, а в наиболее тяжелом послеаварийном режиме 94,2 кВ.

 

РЕШЕНИЕ. Составляем схему замещения подстанции:

 

 

Номинальные данные трансформаторов берём из [1,табл.П.7]:

Пределы регулирования: +10×1,5%;

-8×1,5%.

Определяем параметры схемы замещения подстанции:

Производим расчёт для режима наибольших нагрузок. Мощность в начале схемы замещения трансформатора:

Потеря напряжения в трансформаторах подстанции:

Напряжение на шинах низшего напряжения, приведённое к высшему:

Желаемое напряжение на шинах 10 кВ:

Расчётное значение напряжения регулировочного ответвления:

Относительная величина ступени регулирования:

Номер регулировочного ответвления:

Так как номер ответвления может быть только целым числом, то полученное значение округляем до ближайшего меньшего целого числа, то есть принимаем . Сравнивая это число с количеством имеющихся у трансформатора ответвлений в сторону уменьшения высшего напряжения , приходим к выводу, что в режиме наибольших нагрузок диапазон регулирования достаточен.

Определяем коэффициент трансформации для этого ответвления:

Находим действительную величину напряжения на шинах низшего напряжения:

Производим аналогичный расчёт для режима наименьших нагрузок:

Принимаем . Так как имеющееся у трансформаторов число ответвлений в сторону увеличения высшего напряжения составляет 10, то делаем вывод, что и в режиме наименьших нагрузок диапазон регулирования напряжения достаточен.

Продолжаем расчёт для этого режима:

Расчёт для послеаварийного режима произведём при условии наибольших нагрузок:

Самое последнее ответвление у трансформаторов в сторону уменьшения высшего напряжения - это ответвление , следовательно, в наиболее тяжёлом послеаварийном режиме диапазона регулирования окажется недостаточно для осуществления принципа встречного регулирования.

Коэффициент трансформации трансформаторов на этой ступени:

При этом коэффициенте напряжение на шинах низшего напряжения подстанции составит:

а по условиям встречного регулирования в режиме наибольших нагрузок требуется поддерживать 10,5 кВ.

 

ЗАДАЧА 7.3. На понизительной подстанции 220/110/35 кВ установлены 2 автотрансформатора АТДЦТН-200000/220/110. На стороне среднего напряжения автотрансформаторов имеются устройства РПН с диапазоном регулирования ±6×2%. Нагрузка подстанции на шинах 110 кВ в режиме наибольших нагрузок ; в режиме наименьших нагрузок .

На шинах 35 кВ соответственно и .

Напряжение на шинах 220кВ в этих режимах составляет и . При этом на шинах 110 кВ в этих режимах необходимо поддерживать соответственно и .

Оценить достаточность диапазона регулирования напряжения автотрансформаторов и определить напряжения, которые будут в этих режимах на шинах 35 кВ. Параметры автотрансформатора и его схемы замещения взять из задачи 1.8.

РЕШЕНИЕ. Составляем схему замещения подстанции и определяем её параметры.

Так как по условию, на подстанции имеется 2 автотрансформатора, то параметры сопротивлений схемы замещения подстанции определяем путём деления на 2 соответствующих сопротивлений автотрансформатора:

Производим расчёт для режима наибольших нагрузок. Начинаем с расчёта потокораспределения:

Определяем напряжения на шинах СН и НН, приведённые к высшему напряжению.

Расчётное значение напряжения регулировочного ответвления находим, исходя из выражения для желаемого коэффициента трансформации:

или

Определяем номер регулировочного ответвления:

Определяем напряжение на шинах 110 кВ, соответствующее этому ответвлению:

Повторяем расчёт для режима наименьших нагрузок. Рассчитываем потокораспределение:

(потерями, ввиду их малости, пренебрегаем);

Рассчитываем напряжения:

Определяем номер регулировочного ответвления:

.

Так, как устройство РПН установлено на стороне 110 кВ, то есть на той же стороне, где по условию задачи требуется регулировать напряжение, то в качестве номера регулировочного ответвления выбираем ближайшее большее целое число n=-3 и определяем действительное напряжение на шинах 11О кВ в режиме наименьших нагрузок:

Таким образом, диапазон регулирования достаточен для обеспечения на стороне 110 кВ заданных напряжений.

Определяем напряжения на шинах 35 кВ:

 

ЗАДАЧА 7.4. Цеховая двухтрансформаторная подстанция 10/0,4 кВ питается от шин ГПП по двухцепной радиальной кабельной линии с сопротивлением . На подстанции установлены трансформаторы ТМ-1600/10, снабжённые устройствами ПБВ с дополнительными ответвлениями . Нагрузка подстанции в режимах наибольших и наименьших нагрузок соответственно составляет:

и

Определить наивыгоднейшее ответвление, на котором должны работать трансформаторы, а также напряжения, которые при этом будут на шинах 0,4 кВ, если на шинах 10 кВ ГПП в этих режимах поддерживается напряжение и

РЕШЕНИЕ. Составляем схему замещения данного участка сети.

Параметры схемы замещения линии заданы, параметры схемы замещения подстанции определяем, исходя из параметров трансформаторов [1,табл.П.6]:

Производим расчёт режима при наибольшей нагрузке подстанции:

Рассчитываем режим при наименьшей нагрузке подстанции:

В соответствии с ГОСТ 13109-87 отклонения напряжения в сети 0,4 кВ не должны превышать . Среднюю величину желаемого напряжения на шинах 0,4 кВ определим, как среднеарифметическое наибольшего и наименьшего допустимых значений.

Определяем расчётную величину напряжения ответвления и номер наивыгоднейшего ответвления:

Принимаем и находим соответствующий этому ответвлению коэффициент трансформации:

Находим напряжения и отклонения напряжения на шинах 0,4 кВ подстанции в режимах наибольших и наименьших нагрузок при работе на данном ответвлении:

Отклонение

 

Отклонение

 

ЗАДАЧА 7.5. Трансформатор ТМ-630/10, имеющий устройство ПБВ с ответвлениями , подключён к ВЛ-10 кВ, выполненной проводом А-35 длиной 7,6 км. Наибольшая нагрузка трансформатора , наименьшая . Напряжение на шинах 0,4 кВ должно поддерживаться в пределах 385...400 В.

Определить наивыгоднейшее ответвление, а также вторичные напряжения при работе на этом ответвлении, если в начале линии в режимах наибольших и наименьших нагрузок поддерживаются напряжения соответственно 10,63 кВ и 10,26 кВ.

РЕШЕНИЕ. Составляем схему замещения рассматриваемого участка сети. Параметры линии берём из задачи 1.1,параметры трансформатора из [1,табл.П.6]:

Производим расчёт режима наибольших нагрузок:

Повторяем расчёт для режима наименьших нагрузок:

Желаемое напряжение на шинах 0,4 кВ определим, как среднеарифметическое его наибольшего и наименьшего допустимых значений.

Теперь находим расчётную величину напряжения ответвления и номер наивыгоднейшего ответвления:

Принимаем ближайшее целочисленное значение и находим соответствующий этому ответвлению коэффициент трансформации.

Определяем действительные напряжения на шинах 0,4 кВ в режимах наибольших и наименьших нагрузок.

ЗАДАЧА 7.6. При работе сети 110 кВ в наиболее тяжёлом послеаварийном режиме на шинах 10 кВ одной из понизительных подстанций при её наибольшей нагрузке удаётся поддерживать напряжение (исп

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: