Методология расчёта и проектирования электрических сетей системы промышленного электроснабжения Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК621.316.1:658.26(075.8)

МЕТОДОЛОГИЯ РАСЧЁТА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ СИСТЕМЫ ПРОМЫШЛЕННОГО

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

В.М. Степанов, В. С. Косырихин

Описан программно-вычислительный комплекс расчёта и проектирования системы внутрицехового электроснабжения.

Ключевые слова: цех, электрические сети, силовое электрооборудование, проектирование.

Диалоговый программно-методический комплекс предназначен 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 расчётов.

Исходными данными для комплекса являются:

1) основные параметры внутрицехового электроснабжения;

2)номинальные мощности и параметры асинхронных электродвигателей 0,4 кВ;

3) схема распределительной сети 0,4 кВ;

4)расположение расчётных точек короткого замыкания и сопротивления некоторых элементов сети.

Программным комплексом выпускаются следующие проектные документы по силовому электрооборудованию:

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.

На функционирование комплекса 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.

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, (}р) - 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 расчётная 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 несекционированном - все (рабочие и резервные). При этом, если от несекционированного узла питается секционированный, то в расчете нагрузок на несекционированном узле учитываются только рабочие приемники секционированного узла.

Электроприемники, имеющие ки — 0 и Тгод — 0 («холодный резерв») в расчёте нагрузок не учитываются ни в номинальном, ни в аварийном режимах.

Групповая номинальная мощность:

1) силовых нагрузок

Р„ = 1іР„, (1)

где п - число электроприемников.

(?»= = Е?р„-^<р; (2)

2) осветительных нагрузок

Рно = 1Х0Рно, (3)

(2но = Еі° Чпо = Еі°Рн0 ■ їд(р0; (4)

3) конденсаторных установок

Чку (5)

Групповая средняя мощность:

1) силовых нагрузок

Рс = їікиш Ри, (6)

(■2с = 1ЇКш<іи= I? К-Рп■ (7)

2) осветительных нагрузок

Рсо = Еі° К ■ рно, (8)

(?со = ЕГ К ■ qнo = £і° ки ■ рно 1 Ьд(р0. (9)

Средневзвешенный коэффициент использования

/с„ = Рс/Р„. (10)

Эффективное число электроприемников

2РН

Пэ = —гц (И)

Рн макс

если пэ > п или рнл<акс < Зрнмш, то пэ = п.

Коэффициент расчетной нагрузки кр определяется по таблицам для ТП и РП в зависимости от киипэ.

Расчетная мощность:

1) активная

Рр — кр • Рс + Рсо (12)

2) реактивная

(}р = к • (}с + (?со + (}ку, (13)

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 < Рн максі

где рнмакс ~ мощность наибольшего приемника, то

Рр Рнмакс (14)

Qp ~ Чнмако (15)

1) полная Расчетный ток

= 7рр2 + о%- (16)

1р = 5р/(1,73 ■ ин); (17)

для конденсаторных установок (см. ПУЭ, п.5.6.15)

1Р = 1,3 • /„ = 1,3 ■ ?„./(1,73 • и„). (18)

Расчетный

С08ф = Рр/5'р. (19)

Пиковый ток

/„ ^пуск 1р> (20)

где 1пуск - пусковой ток электроприемника наибольшей мощности; 1р- расчетный ток электроприемников группы без учета электроприемника с максимальным пусковым током.

Годовой расход электроэнергии

71

Щ = ^ Рн ■ К ■ тг,

где Тг - годовой фонд рабочего времени;

если коэффициент сменности по энергоиспользованию "А" отличается от

1, то вместо Тг подставляется

Тм = Тг ■ А, (22)

где Тм- годовое число часов использования максимума.

Правила выбора защитной и пусковой аппаратуры, а также аппаратов управления приведены в таблице 1.

Условия выбора аппаратов обозначены:

и Vном.апп — ^вом.цепи>

Р - количество полюсов аппарата > количество фаз цепи;

1Н - 1ном аппарата > /р цепи;

1Р - 1расц аппарата > /р цепи;

IPP~Iwi.ecm.ann — ^п ЦбПИ / 2,5,

1М- /тах аппарата > /р цепи;

Я - 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:

^доп — ' кд/кп> (23)

оп — ^н.э. (н.р) (24)

где/сд— поправочный коэффициент учитывающий класс зон; кп- поправочный коэффициент по условиям прокладки; /н э (н.р)~ ток нагревательного элемента (номинальный ток расцепителя автоматического выключателя).

Таблица 1

Правила выбора защитной и пусковой аппаратуры, аппаратов управления

Вид аппарата Параметр выбо за аппарата

и ном полюс Iном Ірасц ^ тих реверс взрыв

Силовая аппаратура

Выключатель автоматический и Р * ІР

Блок управления Б5000 и * * ІМ

Пускатель серии ПМА и * * ІМ К

Пускатель серии ПМЛ и * * ІМ Я

Предохранитель и Р * ІРР

Рубильник и Р ІН

Пакетный выключатель и Р ІН

Штепсельный разьём

Коробка в

Коробка клеммная в

Ящик клеммный ІМ К

Контактор и Р * я

Однофид. ящик упр. Я5000 и * *

Двухфид. ящик упр. Я5000 и ІН *

Ящик с рубильником и Р ІН

Ящик с руб. и предохран. и Р ІН ІРР

Ящик с руб. и шт. разъемом и Р ІН я

Ящик с руб.,пред.,шт. разьемом и Р ІН ІРР

Шкаф управления комплектный

Аппаратура управления

Пост управления в

Конечный выключатель в

Пакетный выключатель

Коробка в

Шкаф управления комплектный

Если температура среды прокладки кабеля отличается от принятой (+15°С - в земле, +25 °С - в воздухе), то в условии принимается

I доп Азоп кс> (25)

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 ведётся на каждом участке сети между-точками разветвления токовой нагрузки.

Для определения суммарной потери напряжения суммируются зна-ченияпотерь напряжения на отдельных участках.

Потеря напряжения (в процентах) в конце отдельного участкаопре-деляется по формуле

сіи = 1,73 (Д, со$>(р+Х0 эш(р) ■ Iр ■ ЬI (10-ин),

(26)

где ином - номинальное напряжение сети, В; /1п хп- активное и реактивное сопротивления проводников на единицу длины, мОм/м; соБф, Бнкр - значения на данном участке сети; 1Р - расчетный ток на данном участке сети, А; Ь - длина данного участка сети, м.

В электротехнических сетях напряжением до 1 кВ с глухимзаземле-нием нейтрали должно быть обеспечено надежное отключениезащитными аппаратами однофазного короткого замыкания (ОКЗ), чтодиктуется требованиями техники безопасности.

Расчетными точками для определения величины тока ОКЗ являют-сянаиболее удаленные (в электрическом отношении) точки сети, так каки-менно в этих точках значение тока однофазного КЗ минимально.

Величина тока ОКЗ может быть определена по приближенной формуле

где и,р - фазное напряжение сети, В; 7, - полное сопротивление обмотки трансформатора при ОКЗ в низковольтной сети, мОм; 1К- суммарное сопротивление контактов, мОм; 1П - суммарное полное сопротивление прямых и обратныхпроводов цепи «фаза - нуль», мОм.

Данные по сопротивлениям трансформаторов и кабелей взяты из «Рекомендации по расчету сопротивления цепи «фаза - нуль»».

Расчетные удельные сопротивления цепи «фаза - нуль» 3-х трех-жильныхкабелей приведены исходя из использования в качестве зазем-ляющихпроводников стальной полосы сечением 40*4 мм.

Надежное отключение защитным аппаратом однофазного коротко-гозамыкания производится при выполнении следующего условия:

где красч- расчетная кратность тока ОКЗ номинальному току расцепителя защитного автомата; 1н-р - номинальный ток расцепителя автоматического-выключателя; кдоп- допустимая кратность тока ОКЗ.

Согласно ПУЭ кдоп=3 для нормальных и кдоп=в для взрывоопасных установок, при защите участка сети автоматическими выключателями,имеющими обратнозависимую от тока характеристику; кдоп=А при защите предохранителями.

Выбор труб проводится по методике «Типовая документация на-конструкции, изделия и узлы зданий и сооружений. Серия 5.407-150» (табл. 2).

^окз - Уф/+ 2.К + 2П),

(27)

(28)

Таблица 2

Значения коэффициента заполнения

Группа сложности прокладки жил, сечение 1 2 3 Материал

Для 1-го кабеля кг 1,65 1,4 1,25 Си, А1 до 25 мм2

Для 1-го кабеля кг 2,3 2,0 1,8 А1 25-120 мм2

Для 2-х кабелей к2 1,35 1,25 1,2 Си, А1 до 25 мм2

Для 3-х и более кабелей к3 1,77 1,58 1,49 Си, А1 до 25 мм2

Диаметр трубы должен удовлетворять условиям:

1) для 1 кабеля

DT > kx ■ d ;

2) для 2 кабелей

DT ^ k2 ■ (t/j + d2),

3) для 3 и более кабелей

Df ^ к3 • (t/j • t/j + d2■ + d^d^ +...),

где di - диаметр кабеля; kt - коэффициент заполнения.

Список литературы

1. Степанов В.М., Косырихин B.C. Расчет и проектирование систем промышленного электроснабжения: учеб. пособие для вузов. Тула: Изд-во ТулГУ, 2006. 100 с.

2. Правила устройства электроустановок. 7-е изд. М.: ЭНАС, 1999.

720 с.

Степанов Владимир Михайлович, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, директор УТЦ «Энергоэффективностъ», Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Косырихин Виктор Семенович, канд. техн. наук, доц., Россия, Тула, Тульский государственный университет

METHODOLOGY OF CALCULA TION AND DESIGN OF ELECTRIC NETWORKS OF SYSTEM OF INDUSTRIAL POWER SUPPLY

V. M. Stepanov, V. S. Kosyrikhin

The program computer system of calculation and design of system of intra shop power supply is described.

Key words: shop, electric networks, power electric equipment, design.

Stepanov Vladimir Mikhaylovich, doctor of engineering, professor, head of chair, director of the educational and technical center «Energoeffektivnost», energyatsu. tula.ru, Russia, Tula, Tula State University,

Kosyrikhin Victor Semenovich, candidate of technical sciences, docent, ener-gy@tsu.tula.ru. Russia, Tula, Tula State University