CC BY
65
In the article the basic requirements of reliability, applicable to automatic control systems of technological process.
Key words: reliability, automatic control system of technological process.
Volkov Michail Gennadievich, undergraduate, mivolkov@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК621.316.1:658.26(075.8)
МЕТОДОЛОГИЯ ФОРМИРОВАНИЯ СИЛОВОЙ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ И ВЫБОРА ЕЁ ОСНОВНЫХ КОМПОНЕНТОВ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ САПР
В.М. Степанов, В.С. Косырихин
Представлена методология решения задач автоматизированного расчёта и проектирования электротехнической части объектов капитального строительства при применении ПЭВМ.
Ключевые слова: программно-методический комплекс САПР-Э, электрические сети, силовое электрооборудование, ПЭВМ.
Программно-методический комплекс САПР-Э предназначен для автоматизированного проектирования электротехнической части объектов капитального строительства.
Подсистема "СЕТЬ" предназначена для решения задач автоматизированного электротехнического проектирования сетей напряжением до 1 кВ в части формирования силовой электрической сети и выбора её основных компонентов на основании выполняемых расчетов.
Исходными данными для программно-методического комплекса САПР-Э являются:
- схема распределительной электрической сети 0,4 (0,69) кВ:
- основные параметры электрической сети системы электроснабжения объекта;
- номинальные мощности и параметры электродвигателей технологического оборудования;
- расположение расчётных точек короткого замыкания и сопротивления элементов электрической сети.
176
Подсистемой "СЕТЬ" программно-методического комплекса САПР-Э выпускаются следующие проектные документы раздела "Силовое электрооборудование" :
1) таблица электроприводов;
2) основные показатели проекта;
3) предварительные электрические нагрузки (*);
4) данные РП и электроприемников (*);
5) расчет электрических нагрузок (номинальный, аварийный режим);
6) перечень аппаратов и кабелей (*);
7) расчет токов однофазных КЗ и потерь напряжения;
8) принципиальная схема распределительной и питающей сети;
9) кабельно-трубный журнал;
10) сводка проводов и кабелей;
11) ведомость заполнения труб кабелями, проводами;
12) сводка труб
Документы, отмеченные (*), являются вспомогательными и не входят в комплект раздела.
На функционирование программно-методического комплекса "САПР-Э" наложены следующие ограничения:
1) число электроприемников - не более 500;
2) число распределительных пунктов - 100;
3) число шлейфовых точек - 400;
4) число аппаратов - 1500;
5) число кабелей - 1500;
6) число труб - 500;
7) число дополнительных кабелей - 200;
8) число строк силовых аппаратов в базе данных - 1600;
9) число серий силовых аппаратов в базе данных - 200;
10) число строк аппаратов управления в базе данных - 400;
11) число строк кабелей в базе данных - 1600;
12) число марок кабелей в базе данных - 100.
Функционально "САПР-Э" состоит из одной разработанной подсис-темы"СЕТЬ" и планируемых подсистем - таких, как:
- "КТП" - проектирование комплектных трансформаторных подстанций;
- "СХЕМА" (принципиальные схемы управления электроприводами);
- "НКУ" - проектирование низковольтных комплектных устройств;
- "СО и ВМ" - спецификация оборудования и ведомости материалов".
Расчет электрических нагрузок производится в соответствии с методикой, изложенной в указаниях по расчету электрических нагрузок ВНИПИ ТПЭП (М788-1068), 1992. Согласно этим указаниям "Расчетная мощность (Рр, Ор) - это мощность, соответствующая такой неизменной токовой нагрузке /р, которая эквивалентна фактически изменяющейся во времени нагрузке по наибольшему возможному тепловому воздействию на элемент системы электроснабжения. Вероятность превышения фактической нагрузки над расчетной не превышает 0,05 на интервале осреднения, длительность которого принята равной трём постоянным времени нагрева (3То) элемента системы электроснабжения, через который передается ток нагрузки".
Для одиночных электроприемников расчетная нагрузка принимается равной номинальной.
Расчет электрических нагрузок проводится для всех узлов сети: КТП, секций КТП и распределительных пунктов, шлейфовых точек.
Расчет электрических нагрузок выполняется для номинального и аварийного режимов работы.
При номинальном режиме работы (секционные аппараты разомкнуты) в расчетной нагрузке всех распределительных узлов учитываются все электроприемники (рабочие и резервные).
При аварийном режиме работы (секционные аппараты замкнуты) в расчетной нагрузке на секционированном распределительном узле учитываются только рабочие электроприемники, а на не секционированном - все (рабочие и резервные). При этом, если от не секционированного узла питается секционированный, то в расчете нагрузок на не секционированном узле учитываются только рабочие приемники секционированного узла.
Электроприемники, имеющие ки = 0 и Тгод = 0 ("холодный резерв") в расчете нагрузок не учитываются ни в номинальном, ни в аварийном режимах.
Групповая номинальная мощность силовых нагрузок
п
Р = I р ,
н 1 н
где п - число электроприёмников.
п
Он = I Чн = 1
- осветительных нагрузок;
по
р = I р ,
но / ¡г но, '
1
по по
°но = I Чно = IРно •
1ку
- конденсаторных установок
пку 1
Групповая средняя мощность
- силовых нагрузок
пку
(2ку ~ ^ Уку > 1
т п
1 1
- осветительных нагрузок
р =Ук р
СО / 1 и ± н
Оса = Т.КЧио = ' Рпо ^сро;
1 1
Средневзвешенный коэффициент использования
К = Р /Р
1 с11 н-
Эффективное число электроприемников
2 Р.
п, =-,
Рн макс
если пэ>п илирИ макс < 3рИ мин, то пэ = п.
Коэффициент расчетной нагрузки Кр - определяется по таблицам для ТП и РП в зависимости от КИ и пэ. Расчетная мощность - активная
Р = х -Р + Р ■
1 р -^р 1 с 1 1 со?
где К = Кр - для ТП; К = 1,1 - для РП, шлейфовых точек при пэ < 10; К = 1-для РП, шлейфовых точек при пэ > 10.
Если Рр < Ритах, где рИ тах - мощность наибольшего приемника, то
-^"р Рш тах? (2р Чш тах? Расчетный ток
/р = 5'р/(1,73-^/н);
- для конденсаторных установок (ПУЭ, п.5.6.15)
/р = 1.3-/н = 1,3-^(1,73-С/Н).
Расчетный солф
сояц> =Рр/8р.
Пиковый ток
1ц Лгуск 179
где /пуск ~~ пусковой ток электроприемника наибольшей мощности; 1р-расчетный ток электроприемников группы без учета электроприемника с максимальным пусковым током.
Годовой расход электроэнергии
п 1
где Тт - годовой фонд рабочего времени; если коэффициент сменности по энергоиспользованию "А" отличается от 1, то вместо 7, подставляется
Тм~Тт- А,
где Тм - годовое число часов использования максимума нагрузки.
Правила выбора защитной и пусковой аппаратуры, а также аппаратов управления приведены в табл. 1.
Условия выбора аппаратов обозначены:
и ^Люм апп. — ^Люмцепи, ^ - КОЛ. ПОЛЮСОВ апп. >= КОЛ. фаз цепи /Н - 1ном апп. > 1р цепи; /р - /расц апп. > /р цепи, /рр ~~ Лш вст.апп. — ^п цепи / 2,5,1ц — /тах апп. — ^р цепи, К ~ реверсивность аппарата равна реверсивности цепи; В - взрывозащищенность аппарата равна взрывоопасности среды; * - параметр аппарата вводится из базы данных, но не проверяется.
Сечения кабелей и проводов должны удовлетворять требованиям в отношении предельно допустимого нагрева максимальным током нагрузки.
Длительно допустимый ток должен удовлетворять условиям:
/цоп—/р-ед,,
где Ка - поправочный коэффициент учитывающий класс зон; КП - поправочный коэффициент по условиям прокладки; 1н.э.(Н.р.) ~~ ток нагревательного элемента (номинальный ток расцепителя автоматического выключателя).
Если температура среды прокладки кабеля отличается от принятой (+15 °Й, - в земле, +25 °Й, - в воздухе), то в условии принимается
-^доп -^доп ' Кс,
где Кс - поправочный коэффициент на температуру среды.
Сечения кабелей определяются в зависимости от марки кабеля или провода, длительно допустимого тока и условий прокладки. Коэффициенты Кп., Кд и Кс определяются по ПУЭ. Расчет потери напряжения ведется на каждом участке сети между точками разветвления токовой нагрузки.
Для определения суммарной потери напряжения суммируются значения потерь напряжения на отдельных участках.
Потеря напряжения (в процентах) в конце отдельного участка определяется по формуле:
сЮ= 1,73-(^0-со^ф +Х0 • £Шф>/р-£/(10-£/нХ
где ин - номинальное напряжение сети, В; Яо, Хо - активное и реактивное сопротивления проводников на единицу длины, мОм/м; со^ф, зтф - значения на данном участке сети; ¡р - расчетный ток на данном участке сети, А; Ь - длина данного участка сети, м.
Таблица 1
Правила выбора защитной и пусковой аппаратуры, аппаратов
управления
Вид аппарата Параметр выбора аппарата
иш полюс 111 ¡дапб ¡тах реверс взрыв
Силовая аппаратура
Выключатель автоматический и * ¡В ¡1 ¡1 ¡1
Блок управления Б5000 и * * Я
Пускатель серии ПМА и * * Я
Пускатель серии ПМЛ и * * Я
Предохранитель и * ¡ВВ
Рубильник и ¡1
Пакетный выключатель ¡1
Штепсельный разьем
Коробка ¡1 Я В
Коробка клеммная Я В
Ящик клеммный и Я
Контактор и * Я
Однофид. ящик упр. Я5000 и * *
Двухфид. ящик упр. Я5000 и ¡1 ¡1 *
Ящик с рубильником и ¡ВВ
Ящик с руб. и предохран. и ¡1
Ящик с руб. и шт.разьемом и ¡1 ¡1 ¡ВВ В
Ящик с руб.,пред.,шт.разьем В
Шкаф управления комплектный В
В электротехнических сетях напряжением до 1 кВ с глухим заземлением нейтрали должно быть обеспечено надежное отключение защитными аппаратами однофазного короткого замыкания (ОКЗ), что диктуется требованиями техники безопасности.
Расчетными точками для определения величины тока ОКЗ являются наиболее удаленные (в электрическом отношении) точки сети, так как именно в этих точках значение тока однофазного КЗ минимально.
Величина тока ОКЗ может быть определена по приближенной формуле:
1окз = и / ^/3 + 2К + 2п), 181
где Иф - фазное напряжение сети, В; Ъл - полное сопротивление обмотки трансформатора при ОКЗ в низковольтной сети, мОм; Ък - суммарное сопротивление контактов, мОм; - суммарное полное сопротивление прямых и обратных проводов цепи "фаза - нуль", мОм.
Данные по сопротивлениям трансформаторов и кабелей взяты из работы ГО ГПИ ЭЛЕКТРОПРОЕКТ "Рекомендации по расчету сопротивления цепи "фаза - нуль", 1998г.
Расчетные удельные сопротивления цепи "фаза - нуль" 3-х жильных кабелей приведены исходя из использования в качестве заземляющих проводников стальной полосы сечением 40x4 мм.
Надежное отключение защитным аппаратом однофазного короткого замыкания будет при выполнении следующего условия:
-^"расч Лжз/^н.р. — ^доп,
где /Грасч ~~ расчетная кратность тока ОКЗ номинальному току расцепителя защитного автомата; /н р. - номинальный ток расцепителя автоматического выключателя; Клои - допустимая кратность тока ОКЗ.
Выбор труб проводится по методике "Типовая документация на конструкции, изделия и узлы зданий и сооружений. Серия 5.407-150. Прокладка проводов и кабелей в стальных трубах" УГППКИ Тяжпромэлек-тропроект (введены с 01.01.92) (табл. 2).
Диаметр трубы должен удовлетворять условиям:
для 1 -го кабеля
£)т>к1 • (1;
для 2-х кабелей
/>г > £2 • (О1 + 02);
для 3-х и более кабелей
А >= кЪ • (01-01 + 02-02 + 03-03 + ...), где 0\ - диаметр кабеля; к\ - коэффициент заполнения.
Таблица 2
Значение коэффициента заполнения
Группа сложности прокладки жил,сечение 1 2 3 Материал
Для 1-го кабеля к1 1,65 1,4 1,25 Си, А1 до 251 г 2
Для 1-го кабеля к1 2,3 2,0 1,8 А1 25-120 а2
Для 2-х кабелей к2 1,35 1,25 1,2 Си, А1 до 25 г г 2
Окончание таблицы 2
Группа сложности прокладки жил,сечение 1 2 3 Материал
Для 3-х и более кабелей к3 1,77 1,58 1,49 Cu, Al до 25 i i2
Согласно ПУЭ Кдоп=3 для нормальных и Кдоп=6 для взрывоопасных установок, при защите участка сети автоматическими выключателями, имеющими обратно - зависимую от тока характеристику; Кдоп = 4 при защите предохранителями.
Список литературы
1. Степанов В.М., Косырихин В.С. Проектирование систем электроснабжения объектов: учеб.- метод. пособие для вузов. Тула: Изд-во ТулГУ, 2015, 2015. 372 с.
2. Степанов В.М., Косырихин В.С. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования по системам электроснабжения промышленных предприятий: учеб.-методич. пособие для вузов. Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. 227 с.
3. Степанов В.М., Косырихин В.С. Расчёт и проектирование электрических сетей и систем.. Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. 350 с.
4. Степанов В.М., Косырихин В.С. Электронные аппараты электро-питающих систем и электропривода: учеб.-методич. пособие. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. 225 с.
5. Правила устройств электроустановок. Седьмое издание. СПб: ДЕАН. 2007, 330 с.
6. Степанов В.М., Косырихин В.С. Расчет и проектирование систем промышленного электроснабжения: учеб, пособие для вузов. Тула: Изд-во ТулГУ, 2006. 100 с.
Степанов Владимир Михайлович, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, директор УТЦ «Энергоэффективность», energy@tsu. tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Косырихин Виктор Семенович, канд. техн. наук, доц., energy@tsu.tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
THE METHODOLOGY OF THE ELECTRICAL POWER NETWORK AND SELECTING ITS MAIN COMPONENTS BY USE OF CAD
V.M. Stepanov, V.S. Kosyrihin 183
A methodology for solving problems of automated calculation and design of electrical part of capital construction in the application of the PC.
Key words: program-methodical complex CAD-e, electrical networks, power equipment, PC.
Stepanov Vladimir Mikhailovich, doctor of technical science, professor, head the department, director of the training center «Energy efficiency», energy@tsu. tula. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Kosyrihin Victor Semenovich., candidate of technical science, docent, ener-gy@tsu.tula.ru, Russia, Tula, Tula State University
