Расчет кабельной линии 10 кв пример. Территория электротехнической информации WEBSOR

В нормальном режиме нагрев кабеля не должен превышать допустимого. Для этого выбор сечения кабелей производится по таблицам ПУЭ , в которых приводятся значения сечений и соответствующие им допустимые длительные токи нагрузки для кабелей различных конструкций. Значения допустимых длительных токов указаны для определенных (нормальных) условий работы кабелей и их прокладки. При отклонении от этих условий значения допустимых длительных токов, приведенные в таблицах, должны быть умножены на приводимые в ПУЭ поправочные коэффициенты, учитывающие характер нагрузки (при повторно-кратковременном режиме работы электроприёмников), отклонение температуры окружающей среды от расчетной, количество совместно проложенных кабелей и тепловые характеристики грунта, в котором проложен кабель.

Определение потери напряжения.

Внормальном режиме сечение и длина кабеля должны обеспечивать отклонение напряжения у электроприемников без регулирования сети не более 5%, а при регулировании 10%.

Падение напряжения в кабеле определяется по формуле

U =

∙ I р ∙ l(r уд cos + x уд sin) , (7.8)

где I р -ток нагрузки, расчётный, А;

-угол нагрузки;

l- длина кабеля, м;

r уд - активное сопротивление кабеля, мОм/м;

х уд - индуктивное сопротивление кабеля, мОм/м.

Следует заметить, что расчеты на потерю напряжения не являются решающими для линий 10 кВ и выше. Здесь определяющими являются выбор кабелей по экономической плотности тока.

Выбор кабеля по экономической плотности тока.

На основании анализа всех факторов, влияющих на экономическое сечение, ПУЭ рекомендует при конкретных расчетах пользоваться следующей формулой для определения экономического сечения кабеля

, (7.9)

где I p.max -максимальный рабочий ток проводника, А;

j эк - экономическая плотность тока, А/ мм 2 .

Выберем вводной кабель для КТП1.

Определяем расчетные токи в нормальном и аварийном режимах:

I p = 147 / (1,73  2  10) = 8,49 A;

I p.max =147 / (1,73  10) = 16,981 A.

При j эк = 1,4 А/мм 2 , таблица 2-7 , сечение кабеля:

F = 16,981/1,4 = 12,129 мм 2 .

Выбираем кабель марки ААБв 316, сечением жилы 16 мм 2

Потерю напряжения считаем по формуле 5.1:

U=

∙ 16,981∙ 0,08∙ (1,23∙ 0,53+0,091∙ 0,85)·100/10000 = 3,39 (%).

Кабель проходит по всем условиям.

Выбор сечения остальных кабельных линий представлен в таблице 7.3.

Таблица 7.5- Выбор сечений кабелей напряжением 10 кВ

наименование приемника	S расч, кВА	марка и сечение кабеля, мм 2	доп.ток кабеля, А	длина кабеля, км	Rуд, Ом/км	потери напряжения, %







Внешние потребители

Расчет токов короткого замыкания в распределительной сети 10 кВ

Основной причиной нарушения нормального режима работы системы электроснабжения является возникновение КЗ в сети или в элементах электрооборудования вследствие повреждения изоляции или неправильных действий обслуживающего персонала. Для снижения ущерба, обусловленного выходом из строя электрооборудования при протекании токов КЗ, а также для быстрого восстановления нормального режима работы системы электроснабжения необходимо правильно определять токи КЗ и по ним выбирать электрооборудование, защитную аппаратуру и средства ограничения токов КЗ.

В зависимости от мощности источника питания предприятия при расчете токов КЗ выделяют два характерных случая: КЗ в цепях, питающихся от системы бесконечной мощности, и КЗ вблизи генератора ограниченной мощности.

Для систем электроснабжения промышленных предприятий типичным случаем является питание от источника неограниченной мощности. В этом случае можно считать, что в точке КЗ амплитуда периодической слагающей тока КЗ во времени не изменяется, а следовательно остается также неизменным в течении всего процесса КЗ и ее действующее значение :

. (8.1)

Расчет токов КЗ в установках напряжением выше 1 кВ имеет ряд особенностей по сравнению с расчетом токов КЗ в установках напряжением до 1 кВ. Эти особенности заключаются в следующем:

Активные сопротивления элементов системы электроснабжения при определении тока КЗ не учитывают, если выполняется условие :

r  < (x  /3); (8.2)

где r  и x  - суммарные активные и реактивные сопротивления элементов системы электроснабжения до точки КЗ.

При определении тока КЗ учитывают подпитку от двигателей высокого напряжения: подпитку от синхронных двигателей учитывают как в ударном так ив отключаемом токе КЗ, подпитку от асинхронных двигателей - только в ударном токе КЗ.

Для расчета токов КЗ составляют расчетную схему системы электроснабжения и на ее основе схему замещения. Расчетная схема представляет собой упрощенную однолинейную схему, на которой указывают все элементы системы электроснабжения и их параметры, влияющие на ток КЗ. Схема замещения представляет собой электрическую схему, соответствующую расчетной схеме, в которой все магнитные связи заменены электрическими и все элементы системы электроснабжения представлены сопротивлениями.

Расчет токов КЗ выполняют в именованных или относительных единицах.

Расчетная схема представлена в приложении 9.

Таблица 8.1- Расчет токов короткого замыкания

, мОм	,мОм	,кА	, кА

Выбор приборов и аппаратов для сети 10 кВ

Выбор выключателей напряжением 10 кВ

Выбор выключателей по номинальному напряжению.

Выбор выключателей по номинальному напряжению сводится к сравнению номинального напряжения сети и номинального напряжения выключателя с учётом того, что выключатель в нормальных условиях эксплуатации допускает продолжительное повышение напряжения до 15% номинального, т.е.

U ном. авт. + 0,15 ∙ U ном. авт.  U ном. сети, (9.1)

где U ном. авт. - номинальное напряжение аппарата-выключателя, кВ;

0,15 ∙ U ном. авт. - допустимое длительное повышение напряжения для выключателей, кВ;

U ном. сети - номинальное напряжение сети, кВ.

Выбор выключателей по номинальному току.

Выбор по номинальному току I ном.авт. сводится к выбору выключателя у которого номинальный ток является ближайшим большим по отношению к расчётному току сети I расч.сети, т.е. должно быть соблюдено условие:

I ном.авт.  I расч. сети, (9.2)

Выбор выключателей по отключающей способности

I отк.авт.  I к.з, (9.3)

где I отк.авт - номинальный ток отключения автоматического выключателя, А;

I к.з. - ток трёхфазного короткого замыкания, А.

Выбор выключателей по типу

Выбор выключателей по типу сводится к выбору масляного малообъёмного, многообъёмного, воздушного или других типов в соответствии с условиями, в которых допустимо или целесообразно применять данный тип выключателя.

Выбор выключателей по роду установки

Такой выбор производится в зависимости от установки: на открытом воздухе или в помещении (в зависимости от конструктивного решения подстанции).

Проверка выключателей на термическую и электродинамическую стойкости к токам КЗ

Должны выполняться следующие условия:

i ном.дин.  i удар; (9.4)

где i ном.дин - ток динамической стойкости, кА;

i удар. - ударный расчётный ток, кА.

; (9.5)

где I k - установившийся ток КЗ;

t k - время протекания тока КЗ.

Пример расчёта:

Выберем автоматический выключатель Q4.

I расч. = 8,49 А; I К.З. = 13,05 кА; i удар. = 33,27 кА; U ном. сети = 10 кВ.

Выбираем автоматический выключатель ВВТЭ-10-20/630-УХЛ2 .

Таблица 9.1- Выбор выключателей

Условия выполняются.

Результаты выбора остальных выключателей приведены в таблице 9.3.

Таблица 9.3- Выбор выключателей для РП 10 кВ

Номер ячейки	Тип выключателя	Номинальное напряжение, кВ	Номинальный ток, А	Ток отключения, кА
	ВВТЭ-10-20/630
	ВВТЭ-10-20/630
	ВВТЭ-10-20/630
	ВВТЭ-10-20/630
	ВВТЭ-10-20/630
	ВВТЭ-10-20/630
	ВВТЭ-10-20/630

Для кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена К пер = 1,23.

Для магистральных линий (корпуса № 4 и № 6+3) расчет производим для головного участка линии, для всех участков магистральной линии принимаем кабели одинакового сечения.

Данные расчета и выбора кабелей сведены в табл.11.

Таблица 11. Расчет и выбор кабельных линий 10 кВ.

11.1. Выбор сечений кабельных линий 10 кВ, питающих РП (радиальная схема)

Выбор кабелей между ГПП и РП1:

Ток нормального режима для одной питающей линии (секции шин) РП1:

, где

j э =1,7 А/мм 2 – нормированная экономическая плотность тока (ПУЭ, табл.1.3.36 с.36)

К у =1 – коэффициент увеличения экономической плотности тока (для радиальной схемы).

Выбираемые кабельные линии прокладываем в земле внутри кабельного канала, т.е. в воздухе. Для прокладки внутри кабельного канала в земле выбираем кабель марки АПвПу, Uном=10 кВ.

Выбираем стандартное сечение 300 мм 2 , допустимый ток I доп = 497 А.

Перегрузочный коэффициент для кабелей данной марки согласно технической документации, составляет k пер = 1,23.

Длительно допустимый ток кабеля:611,3,

I раб.ав < I доп Þ 892,2 А >611,3 А - условие не выполняется. Увеличиваем сечение кабелей до тех пор, пока не будет выполнено условие I раб.ав < I доп. Данному условию удовлетворяет кабель АПвПу-500 – кабель с одной алюминиевой жилой (А) сечением 800 мм 2 , с изоляцией токоведущих жил из сшитого полиэтилена (Пв), в полиэтиленовой оболочке (П), усиленного исполнения (у).

Аналогично выбираем кабели между ГПП и РП2, между ГПП и корпусами №№ 8, 11, а также от РП-1 до корпуса № 1 и от РП-2 до корпуса № 10, результаты расчета и выбора кабелей занесены в табл.11.

11.2. Выбор сечения кабелей от РП до трансформаторов

Выбор кабелей от РП1 до трансформаторов корпуса №5:

Ток нормального режима при коэффициенте загрузки β=0,9:

Стандартное сечение - q э =35 мм 2 . Однако в п.7.6.определено наименьшее сечение по термической устойчивости - q э =50 мм 2 , поэтому принимаем кабель с сечением 50 мм 2 .

Аналогично кабелям от ГПП до РП проверяем по допустимым токам нормального и послеаварийного режимов. Результаты расчетов и выбора занесены в табл.11.

Аналогично рассчитываем сечения кабелей от РП до трансформаторов корпусов № 9. Результаты расчетов занесены в табл.11.

11.3. Выбор кабелей от ГПП до корпуса № 4 и корпусов № 6 и 3 (магистральная схема)

Ток нормального режима: ,

Расчетное экономическое сечение: , ближайшее стандартное сечение -150 мм 2 , но для него не выполняется условие I раб.ав < I доп, это условие выполняется для сечения 300 мм 2 . коэффициент увеличения для схемы тремя трансформаторами корпуса № 4:

1,13

где l 1 ,l 2 ,l 3 – длина кабелей соответственно до ТП-1, ТП-2 и ТП-3 корпуса № 4 (длины кабелей – по ситуационному плану предприятия).

Выбираем термически стойкий кабель сечением q = 300 мм 2 .

Длительно допустимый ток кабеля:,

Рабочий ток аварийного режима: ,

Условие I раб.ав < I доп - выполняется.

Аналогично производится выбор сечения кабелей от ГПП до корпуса № 6. Данные расчета и выбора занесены в табл.11.

Для трех трансформаторной схемы корпусов №№ 6,3 коэффициент увеличения равен:

1,56

Для всех кабельных линий выбираем кабель марки АПвПу – кабель с одной алюминиевой жилой (А), с изоляцией токоведущих жил из сшитого полиэтилена (Пв), в полиэтиленовой оболочке (П), усиленного исполнения (у). Сечение всех участков магистральных линий выбираем одинаковым.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном курсовом проекте рассмотрены основные вопросы проектирования электроснабжения промышленного предприятия.

Определены величины электрических нагрузок, выбраны типы подстанций и трансформаторов, а также их расположение. Непосредственная трансформация на 0,4 кВ для цеховых сетей нецелесообразна из-за сравнительно малой суммарной мощности потребителей отдельного цеха. ГПП размещаем в месте, находящемся недалеко от центра электрических нагрузок на правой границе территории предприятия, т.к.ВЛ-110 кВ подходят справа. При этом не требуется установка дополнительных опор ВЛ на территории предприятия.

Электроснабжение

Выбор проводников по термической и динамической устойчивости к току к.з.

Проводники и токопроводы в электрических сетях выше 1000 в, как правило, подлежат проверке на условия нагревания током к. з.
В электрических сетях до 1000 в на термическую устойчивость проверяются только токопроводы.
Повышение температуры жил изолированных проводников и кабелей в результате прохождения тока к. з. ведет к химическому разложению изоляции и резкому снижению ее электрической и механической прочности, а следовательно, и к возможности аварии. Поэтому установлены определенные максимально допустимые пределы температур в режиме к. з., указанные в табл. 6-1.

Проверка кабелей на нагревание от токов к. з. должна производиться:
1)для одиночных кабелей небольшой протяженности, исходя из к. з. в начале кабеля;
2)для одиночных кабелей, имеющих соединительные муфты, исходя из к. з. s начале каждого участка, с тем чтобы иметь возможность ступенями уменьшать сечение кабеля по его длине;
3)для двух и более параллельно включенных кабелей, исходя из к. з. непосредственно за пучком {по сквозному току).

Допускается не проверять проводники по режиму к. з. в случяе их защиты плавкими предохранителями. Линия считается защищенной предохранителем, когда отключающая способность предохранителя достаточна для отключения наибольшего возможного аварийного тока линии.
Для линий к индивидуальным электроприемникам, в том числе к цеховым трансформаторам общей мощностью до 1000 ква включительно, допускается не проверять сечения проводников по току к. з при одновременном соблюдении следующих условий:

1.В электрической или технологической части предусмотрено резервирование, гарантирующее от расстройства производственного процесса.
2.Повреждение проводников при к. з. не может вызвать взрыва.
3.Возможна замена проводников без значительных затруднений.

Для линий к индивидуальным электроприемникам или небольшим распределительным пунктам неответственного назначения допускается не производить проверку проводников на термическую устойчивость при к. з., если обеспечивается только одно условие 2 (отсутствие опасности взрыва).
Провода воздушных линий до 10 кв не проверяются по току к. з.
Допустимые величины тока к. з. для кабелей определяются в зависимости от материала и сечения кабеля и длительности прохождения тока к. з.
Термическое действие тока к. з. в течение действительного времени прохождения его t д , характеризуется величиной фиктивного времени t ф прохождения установившегося тока к. з. с одинаковым по термическому действию эффектом.
Фиктивное время определяется в зависимости от отношения

где I" - действующее значение периодической составляющей тока к. з. в начальный момент, а
- установившийся ток к. з. (действующее значение), а.
Действительное время I д слагается из выдержки времени, установленной на максимально-токовой защите линии, и собственного времени отключающего аппарата (выключателя мощности).
При проверке на термическую устойчивость проводников линий, оборудованных быстродействующим автоматическим повторным включением, должно учитываться повышение нагревания проводников из-за увеличения суммарной продолжительности к. з.
При расчетах тока к. з. в распределительных сетях 6-10 кв весьма часто затухание не учитывают. В этом случае фиктивное время может быть принято равным действительному и задача проверки проводников на термическую устойчивость упрощается отсутствием необходимости определения фиктивного времени.
Сечение, обеспечивающее термическую устойчивость проводника к току к. з. при заданной величине фиктивного времени t ф , определяется из выражения

где F-сечение жилы кабеля, мм кв
С - постоянная, определяемая в зависимости от заданной ПУЭ конечной температуры нагревания жил и напряжения; числовые значения постоянной С- указаны в табл. 6-1.
Ниже приведена табл. 6-2 для проверки кабелей на термическую устойчивость, составленная по формуле (6-2) в величинах допустимого установившегося тока к. з. в килоамперах.
В дополнение к расчету на термическую устойчивость сечение шин токопроводов должно быть проверено также на механическую прочность при к. з. (динамическая устойчивость токопровода).

Таблица 6-1 Допустимые температуры нагревания проводников и шин при к. з.


Вид и материал проводника	Наибольшая допустимая температура, °С	Значение коэффициента с
Шины медные Шины алюминиевые Шины стальные, не имеющие непосредственного соединения с аппаратом Шины стальные с непосредственным соединением с аппаратом Кабели с бумажной пропитанной изоляцией напряжением до 10 кв с медными и алюминиевыми жилами Кабели и изолированные провода с полихлорвиниловой или резиновой изоляцией с медными и алюминиевыми жилами Медные голые провода при тяжениях менее То же при тяжениях более Алюминиевые голые провода при тяжениях менее То же при тяжениях более Алюминиевая часть сталеалюминиевых проводов	300 200 400 300 200 150 250 200 200 160 200	165 90 66 60 165 145 98 85 98

Примечания: 1. Значения величины С определены при средних рабочих температурах 75 °С для шин и 50 °С для проводов и кабелей.
2. В числителях дробей указаны значения величины С для алюминия, в знаменателях - для меди.

Таблица 6-2 Допустимые величины тока к. з. кабелей с бумажной изоляцией на напряжение 6-10 кв по условиям термической устойчивости, ка


	Сечение кабелей, мм кв

Алюминиевые жилы
0,25 0,5 0,75 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0	3,12 2,20 1,80 1,56 1,28 1,10 0,985 0,90 0,83 0,78 0,73 0,70 0,66 0,640	4,88 3,45 2,80 2,44 2,00 1,72 1,54 1,40 1,30 1,24 1,15 1,10 1,04 1,00	6,85 4,80 3,95 3,40 2,80 2,40 2,16 1,97 1,80 1,70 1,60 1,52 1,45 1,40	9,75 6,90 5,60 4,85 4,00 3,45 3,08 2,80 2,60 2,44 2,30 2,18 2,10 2,00	13,70 9,65 7,90 6,80 5,55 4,80 4,30 3,95 3,65 3,40 3,20 3,00 2,90 2,80	18,50 13,00 10,65 9,25 7,55 6,55 5,85 5,35 4,95 4,65 4,35 4,15 3,95 3,80	23,40 16,50 13,50 11,80 9,55 8,25 7,40 6,75 6,25 5,85 5,50 5,23 5,00 4,80	29,25 20,00 16,90 14,60 11,90 10,30 9,20 8,40 7,80 7,30 6,90 6,53 6,23 6,00	36,00 25,45 20,50 18,00 14,75 12,75 11,40 10,40 9,60 9,00 8,50 8,10 7,70 7,35
Медные жилы
0,25 0,5 0,75 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0	4,63 3,28 2,68 2,32 1,90 1,64 1,47 1,34 1,24 1,16 1,09 1,04 0,99 0,95	7,25 5,12 4,19 3,63 2,96 2,56 2,30 2,10 1,94 1,81 1,70 1,62 1,55, 1,48	10,2 7,16 5,85 5,00 4,15 3,58 3,20 2,93 2,71 2,50 2,39 2,27 2,16 2,07	14,5 10,4 8,37 7,25 5,92 5,12 4,58 4,19 3,88 3,62 3,41 3,25 3,09 3,06	20,2 14,3 11,7 10,1 8,30 7,18 6,42 5,86 5,43 5,05 4,78 4,55 4,32 4,15	27,5 19,5 15,9 13,8 11,3 9,72 8,71 7,95 7,36 6,90 6,48 6,16 5,86 5,63	34,8 24,6 20,0 17,4 14,2 12,3 11,0 10,0 9,30 8,70 8,20 7,80 7,40 7,10	43,5 30,7 25,0 21,8 17,8 16,6 13,8 12,6 11,6 10,9 10,2 9,75 9,25 8,88	53,5 38,0 31,0 26,8 21,9 Решение. При практическом отсутствии затухания фиктивное время может быть принято равным действительному, а последнее слагается из выдержки времени максимальной защиты линии и собственного времени масляного выключателя и реле, которые в сумме могут быть приняты равными 0,25 сек. Следовательно, Обращаясь к табл. 6-2, для времени 0,75 сек определяем, что кабелю с алюминиевыми жилами сечением 3 X 50 мм кв соответствует допустимая величина тока к. з. 5,6 ка, т. е. при заданном значении кабель окажется термически устойчивым. То же самое можем получить непосредственно из (6-2): Пример 6-2. Какую максимальную выдержку времени следует установить на масляном выключателе питающей линии, выполненной кабелем марки СБ сечением 3 X 70 мм кв при установившемся к. з. замыкания 11 ка? Затухание, как и в предыдущем примере, полагаем практически отсутствующим. Решение. По табл. 6-2 в графе для медного кабеля сечением 70 мм кв находим значение тока к. з., превышающее заданную величину. Имеем 11,7 ка. Это соответствует фиктивному времени 0,75 сек. Следовательно, полагая, что собственное время выключателя мощности и реле, как и в первом примере, не будет превосходить 0,25 сек, убеждаемся, что максимальная выдержка времени защиты линии, для того чтобы кабель оставался устойчивым к термическому действию тока к. з., не должна превышать 0,5 сек. Пример 6-3. В цехе промышленного предприятия прокладывается распределительный токопровод с алюминиевыми шинами. Расчетная нагрузка токопровода 350 а; токопровод защищен селективным автоматическим выключателем типа АВ-4С, время отключения которого при к. з. равно 0,6 сек. Величины токов при к. з. в токопроводе составляют: периодическая составляющая мгновенного тока к. з., равная установившемуся току (затухание отсутствует) 12 ка; амплитуда мгновенного тока к. з. 22 ка. Требуется подобрать тип токопровода. Решение. По условию нагревания расчетным током можно было бы принять токопровод типа ШРА 60-4 на номинальный ток 400 а, но динамическая устойчивость указанного токопровода недостаточна (табличная данная): 10 ка<22 ка. Условию динамической устойчивости отвечает следующий тип токопровода ШРА 60-6 на номинальный ток 600 а, для которого величина допустимой амплитуды тока к. з. составляет 25 ка: 25 ка>22 ка. Проверяем токопровод типа ШРА 60-6 на термическую устойчивость по (6-2). По условию примера: \| Оборудование \| Нормы \|