Ответы на вопросы по электротехнике (Вариант 4)

Схемы цеховых сетей напряжением до 1000 В. Расчет сечения сетей до 1000 В. Схемы сетей могут быть радиальными, магистральными и смешанными — с односторонним или двусторонним питанием. Радиальная схема питания цеховой сети При радиальной схеме энергия от отдельного узла питания (ТП, РП) поступает к одному достаточно мощному потребителю или к группе электроприемников. Радиальные схемы выполняют одноступенчатыми, когда приемники питаются непосредственно от ТП, и двухступенчатыми, когда они подключаются к промежуточному РП. Рис. 1. Радиальная схема питания: 1 — распределительный щит ТП, 2 — силовой РП, 3 — электроприемник, 4 — щит освещения Радиальные схемы применяют для питания сосредоточенных нагрузок большой мощности, при неравномерном размещении приемников в цехе или группами на отдельных его участках, а также для питания приемников во взрывоопасных, пожароопасных и пыльных помещениях. В последнем случае аппаратура управления и защиты электроприемников, устанавливаемая на РП, выносится за пределы неблагоприятной окружающей среды. Выполняются радиальные схемы кабелями или проводами в трубах или коробах (лотках). Достоинства радиальных схем заключаются в высокой надежности (авария на одной линии не влияет на работу приемников, получающих питание по другой линии) и удобстве автоматизации. Повышение надежности радиальных схем достигается соединением шин отдельных ТП или РП резервирующими перемычками, на коммутационных аппаратах которых (автоматах или контакторах) может выполняться схема АВР — автоматического ввода резервного питания. Недостатками радиальных схем являются: малая экономичность из-за значительного расхода проводникового материала, необходимость в дополнительных площадях для размещения силовых РП. Ограниченная гибкость сети при перемещениях технологических механизмов, связанных с изменением технологического процесса. Магистральная схема питания цеховой сети При магистральных схемах приемники подключаются к любой точке линии (магистрали). Магистрали могут присоединяться к распределительным щитам подстанции или к силовым РП либо непосредственно к трансформатору по схеме блока трансформатор — линия. Магистральные схемы с распределительными шинопроводами применяются при питании приемников одной технологической линии или при равномерно распределенных по площади цеха приемниках. Такие схемы выполняются с применением шинопроводов, кабелей и проводов. Рис. 2. Магистральные схемы с односторонним питанием: а — с распределительными шинопроводами, б — блок трансформатор-магистраль, в — цепочка, 1 — распределительный щит ТП, 2 — силовой РП, 3 — электроприемник, 4 — магистральный шинопровод, 5 — распределительный шинопровод При установке на рабочих местах технологической линии электроприемников малой мощности целесообразно распределительные магистрали выполнять модульными проводками. Для магистрали модульной сети используются изолированные провода, проложенные в трубах скрыто в полу, с установкой на определенном расстоянии друг от друга (модуле) разветвительных коробок, на которых крепятся напольные распределительные колонки о штепсельные разъемы. Электроприемники подключаются к колонкам проводами в металлорукавах. Модульные проводки применяются при нагрузках на магистраль до 150 А, Достоинствами магистральных схем являются: упрощение щитов подстанции, высокая гибкость сети, дающая возможность перемещать технологическое оборудование без переделки сети, использование унифицированных элементов, позволяющих вести монтаж индустриальными методами. Магистральная схема менее надежна, чем радиальная, так как при исчезновении напряжения на магистрали, все подключенные к ней потребители теряют питание. Применение шинопроводов и модульной проводки неизменного сечения приводит к некоторому перерасходу проводникового материала. Смешанная схема питания В зависимости от характера производства, размещения электроприемников и условий окружающей среды силовые сети могут выполняться по смешанной схеме. Часть электроприемников получает питание от магистралей, часть — от силовых РП, которые, в свою очередь, питаются либо от щита ТП, либо от магистральных или распределительных шинопроводов. Модульные проводки могут получать питание от распределительных шинопроводов или от силовых РП, включенных по радиальной схеме. Такое сочетание позволяет более полно использовать достоинства радиальных и магистральных схем. Рис. 3. Схемы двустороннего питания: а – магистральная с распределительным шинопроводом, б – радиальная о резервирующей перемычкой, в – с взаимным резервированием магистралей Для повышения надежности питания электроприемников по магистральным схемам применяется двустороннее питание магистральной линии. При прокладке в крупных цехах нескольких магистралей целесообразно питать их от отдельных ТП, выполнив перемычки между магистралями. Такие схемы магистрального питания с взаимным резервированием повышают надежность питания, создают удобства для проведения ремонтных работ на подстанциях, обеспечивают возможность отключения незагруженных трансформаторов, в результате чего снижаются потери электроэнергии. Выбор сечения кабеля на напряжение до 1000 В независимо это электродвигатель или другая нагрузка. Сводится к определению длительно допустимых токов, то есть подбирается такое сечение кабеля, которое позволяет выдерживать длительно расчетные токи для заданного участка, без нанесения ущерба кабелю. Значения допустимых длительных токов для кабелей и проводов указаны в ПУЭ таблицы 1.3.4 – 1.3.30, ГОСТ 31996-2012, либо использовать каталожные данные завода-изготовителя. Длительно допустимый ток: — для электроприемников: — для электродвигателя: При выборе сечения кабеля нужно учитывать поправочные коэффициенты на землю и воздух при прокладке кабеля, см ПУЭ таблицы 1.3.3, 1.3.23, 1.3.26. Определение фактического длительно допустимого тока с учетом поправочных коэффициентов в соответствии с ПУЭ определяется по формуле: где: Iд.т. – длительно допустимый ток для выбранного сечения кабеля, выбирается по ГОСТ 31996-2012 или определяется по каталогам завода-изготовителя. k1 – поправочный коэффициент учитывающий температуру среды, отличающуюся от расчетной, выбирается по таблице 1.3.3 ПУЭ. Сечение кабеля (провода), по условию соответствия выбранному аппарату максимальной токовой защите, определяется по формуле: где: Iзащ. – ток уставки при котором срабатывает защитный аппарат; kзащ. – коэффициент кратности длительно допустимого тока кабеля (провода) к току срабатывания защитного аппарата. 1. В конце линии присоединена одна нагрузка: 2. По длине линии присоединено несколько (n) нагрузок: где: Iрасч. – расчетный ток, А; L – длина участка, км; cosφ – коэффициент мощности; r0 и x0 — значения активных и реактивных сопротивлений. Цеховые сети в помещениях, неопасных по пожару и взрыву. Если окружающая среда в производственных помещениях не оказывает вредного влияния на электросети, то такие помещения называют нормальными. Это сухие, отапливаемые и неотапливаемые помещения, неопасные по коррозии, пожару и взрыву. Сюда относятся бытовые помещения цехов, производственные помещения цехов холодной обработки металлов, сборочные, инструментальные и др. В пожароопасных помещениях все электросети выполняются в металлических трубах или металлорукавах. Сети передвижных электроприемников. 1.7.147. К переносным электроприемникам в Правилах отнесены электроприемники, которые могут находиться в руках человека в процессе их эксплуатации (ручной электроинструмент, переносные бытовые электроприборы, переносная радиоэлектронная аппаратура и т.п.). 1.7.148. Питание переносных электроприемников переменного тока следует выполнять от сети напряжением не выше 380/220 В. В зависимости от категории помещения по уровню опасности поражения людей электрическим током (см. гл.1.1) для защиты при косвенном прикосновении в цепях, питающих переносные электроприемники, могут быть применены автоматическое отключение питания, защитное электрическое разделение цепей, сверхнизкое напряжение, двойная изоляция. 1.7.149. При применении автоматического отключения питания металлические корпуса переносных электроприемников, за исключением электроприемников с двойной изоляцией, должны быть присоединены к нулевому защитному проводнику в системе TN или заземлены в системе IT, для чего должен быть предусмотрен специальный защитный (PE) проводник, расположенный в одной оболочке с фазными проводниками (третья жила кабеля или провода — для электроприемников однофазного и постоянного тока, четвертая или пятая жила — для электроприемников трехфазного тока), присоединяемый к корпусу электроприемника и к защитному контакту вилки штепсельного соединителя. PE-проводник должен быть медным, гибким, его сечение должно быть равно сечению фазных проводников. Использование для этой цели нулевого рабочего (N) проводника, в том числе расположенного в общей оболочке с фазными проводниками, не допускается. 1.7.150. Допускается применять стационарные и отдельные переносные защитные проводники и проводники уравнивания потенциалов для переносных электроприемников испытательных лабораторий и экспериментальных установок, перемещение которых в период их работы не предусматривается. При этом стационарные проводники должны удовлетворять требованиям 1.7.121-1.7.130, а переносные проводники должны быть медными, гибкими и иметь сечение не меньше чем у фазных проводников. При прокладке таких проводников не в составе общего с фазными проводниками кабеля их сечения должны быть не менее указанных в 1.7.127. 1.7.151. Для дополнительной защиты от прямого прикосновения и при косвенном прикосновении штепсельные розетки с номинальным током не более 20 А наружной установки, а также внутренней установки, но к которым могут быть подключены переносные электроприемники, используемые вне зданий либо в помещениях с повышенной опасностью и особо опасных, должны быть защищены устройствами защитного отключения с номинальным отключающим дифференциальным током не более 30 мА. Допускается применение ручного электроинструмента, оборудованного УЗО-вилками. При применении защитного электрического разделения цепей в стесненных помещениях с проводящим полом, стенами и потолком, а также при наличии требований в соответствующих главах ПУЭ в других помещениях с особой опасностью, каждая розетка должна питаться от индивидуального разделительного трансформатора или от его отдельной обмотки. При применении сверхнизкого напряжения питание переносных электроприемников напряжением до 50 В должно осуществляться от безопасного разделительного трансформатора. 1.7.152. Для присоединения переносных электроприемников к питающей сети следует применять штепсельные соединители, соответствующие требованиям 1.7.146. В штепсельных соединителях переносных электроприемников, удлинительных проводов и кабелей проводник со стороны источника питания должен быть присоединен к розетке, а со стороны электроприемника — к вилке. 1.7.153. УЗО защиты розеточных цепей рекомендуется размещать в распределительных (групповых, квартирных) щитках. Допускается применять УЗО-розетки. 1.7.154. Защитные проводники переносных проводов и кабелей должны быть обозначены желто-зелеными полосами. Электрооборудование и сети пожароопасных помещений. 7.4.2. Пожароопасной зоной называется пространство внутри и вне помещений, в пределах которого постоянно или периодически обращаются горючие (сгораемые) вещества и в котором они могут находиться при нормальном технологическом процессе или при его нарушениях. 7.4.11. При выборе электрооборудования, устанавливаемого в пожароопасных зонах, необходимо учитывать также условия окружающей среды (химическую активность, атмосферные осадки и т.п.). 7.4.12. Неподвижные контактные соединения в пожароопасных зонах любого класса должны выполняться сваркой, опрессовкой, пайкой, свинчиванием или иным равноценным способом. Разборные контактные соединения должны быть снабжены приспособлением для предотвращения самоотвинчивания. 7.4.15. В пожароопасных зонах любого класса могут применяться электрические машины с классами напряжения до 10 кВ при условии, что их оболочки имеют степень защиты по ГОСТ 17494-72* не менее указанной в табл. 7.4.1. В пожароопасных зонах любого класса могут применяться электрические машины, продуваемые чистым воздухом с вентиляцией по замкнутому или разомкнутому циклу. При вентиляции по замкнутому циклу в системе вентиляции должно быть предусмотрено устройство для компенсации потерь воздуха и создания избыточного давления в машинах и воздуховодах. 7.4.20. В пожароопасных зонах могут применяться электрические аппараты, приборы, шкафы и сборки зажимов, имеющие степень защиты оболочки по ГОСТ 14255-69* не менее указанной в табл. 7.4.2. Таблица 7.4.2 Минимальные допустимые степени защиты оболочек электрических аппаратов, приборов, шкафов и сборок зажимов в зависимости от класса пожароопасной зоны 7.4.22. В пожароопасных зонах любого класса могут применяться аппараты, приборы, шкафы и сборки зажимов, продуваемые чистым воздухом под избыточным давлением. 7.4.23. В пожароопасных зонах любого класса могут применяться аппараты и приборы в маслонаполненном исполнении (за исключением кислородных установок и подъемных механизмов, где применение этих аппаратов и приборов запрещается). 7.4.24. Щитки и выключатели осветительных сетей рекомендуется выносить из пожароопасных зон любого класса, если это не вызывает существенного удорожания и расхода цветных металлов. Электроустановки запираемых складских помещений, в которых есть пожароопасные зоны любого класса, должны иметь аппараты для отключения извне силовых и осветительных сетей независимо от наличия отключающих аппаратов внутри помещений. Отключающие аппараты должны быть установлены в ящике из несгораемого материала с приспособлением для пломбирования на ограждающей конструкции из несгораемого материала, а при ее отсутствии — на отдельной опоре. 7.4.26. Степень защиты оболочки электрооборудования, применяемого для кранов, талей и аналогичных им механизмов, должна соответствовать табл. 7.4.1-7.4.3. 7.4.28. Установка РУ до 1 кВ и выше в пожароопасных зонах любого класса не рекомендуется. При необходимости установки РУ в пожароопасных зонах степень защиты его элементов (шкафов и т. п.) должна соответствовать табл. 7.4.2. 7.4.29. В пожароопасных зонах любого класса, за исключением пожароопасных зон в складских помещениях, а также зданий и помещений архивов, музеев, картинных галерей, библиотек, допускается на участках, огражденных сетками, открытая установка КТП, КПП с трансформаторами сухими или с негорючим заполнением, а также комплектных конденсаторных установок (ККУ) с негорючим заполнением конденсаторов. При этом степень защиты оболочки шкафов КТП, КПП и ККУ должна быть не менее IR41. Расстояние от КТП, КПП и ККУ до ограждения принимается в соответствии с гл. 4.2. В пожароопасных зонах любого класса, за исключением пожароопасных зон в складских помещениях, а также помещений архивов, музеев, картинных галерей, библиотек, могут размещаться встроенные или пристроенные КТП и КПП с маслонаполненными трансформаторами и подстанции с маслонаполненными трансформаторами в закрытых камерах, сооружаемые в соответствии с требованиями гл. 4.2 и 7.4.30. 7.4.30. Подстанции с маслонаполненными трансформаторами могут быть встроенными или пристроенными при выполнении следующих условий: 1. Двери и вентиляционные отверстия камер трансформаторов с масляным заполнением не должны выходить в пожароопасные зоны. 2. Отверстия в стенах и полу в местах прохода кабелей и труб электропроводки должны быть плотно заделаны несгораемыми материалами. 3. Выход из подстанции с маслонаполненными трансформаторами, установленными в камерах, в пожароопасную зону может быть выполнен только из помещения РУ до 1 кВ. При этом дверь должна быть самозакрывающейся и иметь предел огнестойкости не менее 0,6 ч. 4. Выход из помещений КТП и КПП в пожароопасную зону, а также транспортировка трансформаторов КТП и КПП через пожароопасную зону допускаются. При этом дверь предусматривается, как указано в п. 3, а ворота — с пределом огнестойкости не менее 0,6 ч. Электрооборудование и сети взрывоопасных помещений. Взрывоопасной считается зона в помещении в пределах до 5м по горизонтали и вертикали от аппарата, из которого возможно выделение горючих газов или паров легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ), если объем взрывоопасной смеси ³5% от объема помещения. Взрывоопасные зоны подразделяются на следующие классы: 1) В-I — зоны, расположенные в помещениях, где выделяются горючие газы и пары ЛВЖ, которые с воздухом могут образовывать взрывоопасные смеси; 2) В-Iа — зоны, расположенные в помещениях, где взрывоопасные смеси могут образовываться в результате аварий; 3) В-Iб — зоны, где имеются горючие газы, не превышающие 5% от всего объема помещения, а взрывоопасные смеси могут образовываться при авариях; 4) В-Iг — пространство у наружных установок, содержащих горючие газы или ЛВЖ; 5) В-II — зоны, расположенные в помещениях, в которых выделяются, переходящие во взвешенное состояние горючие пыли или волокна способные образовывать с воздухом взрывоопасные смеси при нормальных режимах работы; 6) В-IIа — тоже, что п.5, но только при авариях. Проектируемые и сооружаемые электроустановки во взрывоопасных зонах должны отвечать требованиям ПУЭ гл. VII-3, СНиП III-33-76 “Электротехнические устройства”, ГОСТ 12.2.020-76. Эксплуатация электрооборудования взрывоопасных производств регламентируется «Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей», гл.ЭIII-13; «Правилами безопасности во взрывоопасных и взрывопожароопасных химических и нефтехимических производствах». Взрывозащищенным называется электрооборудование, в котором предусмотрены меры с целью устранения или затруднения возможности воспламенения окружающей среды. Взрывозащищенные электрические аппараты, установленные во взрывоопасных зонах В-I, В-II, должны иметь блокировку, допускающую открывание их только при снятом напряжении. Взрывозащищенные электроустановки должны открываться при помощи специальных торцевых ключей. В различных зонах классов В-I, -II используют электрооборудование с различными видами защиты: 1. взрывозащищенная оболочка, 2. искробезопасная электрическая цепь, 3. защита вида «е» — устройства, затрудняющие появление опасных нагревов, электрических искр, дуг, 4. масляное заполнение, 5. заполнение или продувка оболочки под избыточным давлением, 6. кварцевое заполнение оболочки, 7. специальный вид взрывозащиты. Расчет токов короткого замыкания в сетях до 1000 В. При расчетах токов КЗ в электроустановках до 1 кВ необходимо учитывать: 1) индуктивные сопротивления всех элементов короткозамкнутой цепи, включая силовые трансформаторы, проводники, трансформаторы тока, реакторы, токовые катушки автоматических выключателей; 2) активные сопротивления элементов короткозамкнутой цепи; 3) активные сопротивления различных контактов и контактных соединений; 4) значения параметров синхронных и асинхронных электродвигателей. 1.5. При расчетах токов КЗ рекомендуется учитывать: 1) сопротивление электрической дуги в месте КЗ; 2) изменение активного сопротивления проводников короткозамкнутой цепи вследствие их нагрева при КЗ; влияние комплексной нагрузки (электродвигатели, преобразователи, термические установки, лампы накаливания) на ток КЗ, если номинальный ток электродвигателей нагрузки превышает 1,0% начального значения периодической составляющей тока КЗ, рассчитанного без учета нагрузки. Токи КЗ в электроустановках напряжением до 1 кВ рекомендуется рассчитывать в именованных единицах. При составлении эквивалентных схем замещения параметры элементов исходной расчетной схемы следует приводить к ступени напряжения сети, на которой находится точка КЗ, а активные и индуктивные сопротивления всех элементов схемы замещения выражать в миллиомах. При расчете токов КЗ в электроустановках, получающих питание непосредственно от сети энергосистемы, допускается считать, что понижающие трансформаторы подключены к источнику неизменного по амплитуде напряжения через эквивалентное индуктивное сопротивление системы. Значение этого сопротивления () в миллиомах, приведенное к ступени низшего напряжения сети, рассчитывают по формуле , При отсутствии указанных данных эквивалентное индуктивное сопротивление системы в миллиомах допускается рассчитывать по формуле , Активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности понижающих трансформаторов (, ) в миллиомах, приведенные к ступени низшего напряжения сети, рассчитывают по формулам: ; Методика расчета начального действующего значения периодической составляющей тока КЗ в электроустановках до 1 кВ зависит от способа электроснабжения — от энергосистемы или от автономного источника. 3.2. При электроснабжении электроустановки от энергосистемы через понижающий трансформатор начальное действующее значение периодической составляющей трехфазного тока КЗ () в килоамперах без учета подпитки от электродвигателей рассчитывают по формуле , (8) где — среднее номинальное напряжение сети, в которой произошло короткое замыкание, В; , — соответственно суммарное активное и суммарное индуктивное сопротивления прямой последовательности цепи КЗ, мОм. Эти сопротивления равны: и Защита сетей и электроприемников напряжением до 1000 В. В сетях и установках напряжением до 1000 В возможны ненормальные режимы, связанные с увеличением тока (сверхтоком), к которому приводят перегрузки, самозапуск электродвигателей, короткое замыкание. Эти ненормальные режимы могут привести к повреждению электрических сетей и оборудования, созданию ситуаций, опасных для персонала. Поэтому сети и установки должны быть защищены от перегрузок и токов короткого замыкания. Согласно ПУЭ сети разделяют на защищаемые от перегрузок и токов короткого замыкания и на защищаемые только от токов короткого замыкания. Защите от перегрузок подлежат следующие сети: внутри помещений, выполненные проложенными открыто незащищёнными изолированными проводами или проводами с горючей оболочкой; внутри помещений, выполненные защищёнными проводами, проложенными в трубах, несгораемых строительных конструкциях и т.п.; сети освещения общественных и торговых помещений, служебно-бытовых помещений промышленных предприятий, включая сети для бытовых и переносных электроприёмников, а также пожароопасных производственных помещений; силовые сети на промышленных предприятиях, в жилых и общественных зданиях, торговых помещениях, когда по условиям технологического процесса или режима работы сетей может возникать их длительная перегрузка; сети всех видов во взрывоопасных наружных установках независимо от условий технологического процесса или режима работы сетей. Все остальные сети не требуют защиты от перегрузок и должны быть защищены только от токов короткого замыкания. Основными аппаратами защиты сетей напряжением 380…660 В являются предохранители с плавкими вставками и автоматические воздушные выключатели. От них требуются кратчайшее время отключения и обеспечение селективности. Номинальные токи плавких вставок предохранителей и токи срабатывания расцепителей автоматических выключателей должны быть минимально возможными, но не приводящими к отключению цепи при пуске электродвигателей и кратковременных перегрузках. Защитные аппараты устанавливают в начале каждой ветви сети, т.е. на каждой линии, отходящей от шин подстанции и силовых пунктов, на каждом ответвлении от линии, на трансформаторных вводах. Предохранители применяют в основном для защиты электроустановок от токов короткого замыкания. Цеховые трансформаторные подстанции (КТП). Экономически выгодная мощность трансформатора. Цеховые трансформаторные подстанции (ЦТП) предназначены для приема электрической энергии на напряжении 6-35 кВ, понижения напряжения до 0,4 кВ и распределения электроэнергии между потребителями энергии (ПЭ) и электроприемниками (ЭП). Все ЦТП в зависимости от конструкции и степени защиты от окружающей среды делят на стационарные, монтируемые на месте строительства, и комплектные, которые полностью изготавливаются на заводах и крупными блоками монтируются на промышленных предприятиях. Комплектные трансформаторные подстанции выполняют для внутренней (КТП) и наружной установки (КТПН). При проектировании следует отдавать предпочтение комплектным трансформаторным подстанциям, обеспечивающим большую надежность и сокращение сроков строительства. КТП комплектуют автоматическими воздушными выключателями, установленными на выкатных тележках. На подстанциях промышленных предприятий с двумя и более трансформаторами в зависимости от суммарной нагрузки экономически целесообразно иметь на параллельной работе такое число трансформаторов, при котором КПД каждого из них приближался к максимальному значению. Известно, что на покрытие потерь при передаче реактивной мощности затрачивается активная мощность. Поэтому при определении наиболее выгодного по потерям числа параллельно включенных трансформаторов реактивные потери переводят в активные, умножая на экономический коэффициент Кэ, который показывает потери активной мощности в киловаттах, связанные с производством и распределением 1 квар реактивной мощности. В распределительных сетях промышленных предприятий на 6; 10 кВ экономический коэффициент принимается равным 0,12. Учитывая сказанное, на подстанциях промышленных предприятий число одновременно включенных трансформаторов одинаковых конструкции и мощности определяется следующими неравенствами: при возрастании нагрузки к n параллельно работающим трансформаторам выгодно подключать еще один трансформатор, если при снижении нагрузки, наоборот, целесообразно отключить один из трансформаторов, если где S – полная нагрузка подстанции, кВА; Sном – номинальная мощность одного трансформатора, кВ-А; n – число параллельно включенных трансформаторов; Рхх – активные потери холостого хода, кВт; Ркз – активные потери КЗ, кВт; Qxx – реактивные потери холостого хода, квар; Qкз – реактивные потери КЗ, квар. Реактивные потери холостого хода вычисляются по формуле: Реактивные потери КЗ вычисляются по формуле: Если установленные трансформаторы не однотипны или различны по мощности, то для выбора экономического режима их работы пользуются кривыми приведенных потерь. На рис. 24 показаны кривые приведенных потерь двух параллельно установленных на подстанции трансформаторов Tp1 и Тр2, причем номинальная мощность второго больше номинальной мощности первого. Из рис. 24 видно, что в целях уменьшения потерь при увеличении нагрузки в точке А выгодно включить в работу Тр2 вместо Т 1, а в точке В следует включить в работу оба трансформатора Tpl и Тр2. Рис. 24. Кривые приведенных потерь трансформаторов Общие принципы компенсации реактивной мощности на промышленном предприятии. В странах с хорошо развитой промышленностью от 60% до 70% электрической энергии потребляют промышленные предприятия. На промышленных предприятиях для приведения различных механизмов в движение используются электропривода. Там, где не нужно высокой степени точности регулирования механизма, чаще всего, применяться привода переменного напряжения (асинхронные, синхронные). Известно, что двигатели переменного напряжения — основные потребители реактивной энергии. Так как в отличии от частных потребителей, промышленные предприятия оборудуются еще и счетчиками реактивной энергии, поэтому ее компенсация является приоритетной задачей. Также если реактивная составляющая скомпенсирована, результирующий ток сети будет меньше, что позволит сэкономить на сечении кабелей для подключения нагрузки. Разница между активной и реактивной составляющей регламентируется коэффициентом мощности cosφ. Определяется формулой cosφ=P/S, где P – активная, а S полная мощность. Рассмотрим основные способы компенсации реактивной мощности: Конденсаторные установки – наиболее простой и дешевый способ. Суть состоит в том, что секции конденсаторов подключаются к сети через автоматический выключатель в зависимости от надобности. Фильтро-компенсирующие устройства (ФКУ) — представляет собой (L-C) фильтр, настроенный на определенные гармоники сети. Это позволяет не только компенсировать реактивную составляющую, но и улучшить гармонический состав сети. Фильтро-компенсирующие устройства (ФКУ) с декомпенсатором реактивной мощности или статический компенсатор – представляет собой тот же (LC) фильтр, но с декомпенсатором, т.е. при изменении составляющей сети нет необходимости каждый раз подключать и отключать фильтр. ФКУ и декомпенсатор равны по мощности. Один из самых удобных способов компенсации, но и один из самых дорогих. Как правило полностью автоматизирован. Статический компенсатор или декомпенсатор реактивной мощности Синхронный компенсатор – представляет собой облегченный синхронный двигатель, который не выполняет механической работы. В перевозбужденном режиме cosφ>1, в недовозбужденном режиме cosφ<1. То есть он автоматически регулирует cosφ. Из-за стоимости и высоких расходов на обслуживание практически нигде не внедряется, а на многих подстанциях заменяется на более дешевое и современное оборудование. С помощью возбудителя регулируется величина потребляемой или отдаваемой реактивной мощности. Вывод: существует несколько способов компенсации реактивной мощности на предприятии. Для выбора какого-то из устройств следует более детально изучить график нагрузки предприятия, работу преобразовательных устройств (наличие высших гармоник), а также схему электроснабжения предприятия (где целесообразней разместить компенсатор). Каждый из четырех приведенных вариантов существенно разнятся в цене. Поэтому при выборе устройства следует учесть все факторы и сделать правильный выбор. Общие принципы построения сетей напряжением выше 1000 В. Надежность электроснабжения сельских потребителей в значительной мере зависит от схемы распределительных сетей 6-10 кВ, которая предопределяет возможности резервирования питания нагрузок и эффективность устанавливаемых в сети коммутационных аппаратов, устройств автоматики, определения места повреждения и др. Рис. 26, а. Линии 35 -110 кВ Наиболее простой и дешевой схемой электроснабжения является радиальная тупиковая (рис. 26, а). Такая схема ненадежна, так как при повреждении и ремонте любого элемента схемы — линии, оборудования — электроприемники будут оставаться без электроэнергии. Схема может применяться для электроснабжения потребителей и токоприемников III категории надежности. Как отмечалось выше, секционирование даже такой электрической сети (рис. 26, б) с помощью автоматического аппарата, например, типа КРН-10 позволяет существенно повысить надежность электроснабжения потребителей, присоединенных к линии между головным выключателем Q и секционирующим аппаратом Q1. Рис. 26, б. Радиальная схема электроснабжения Для потребителей II и III категорий может использоваться кольцевая схема электроснабжения, показанная на рис. 26.1. При повреждении любой из распределительных линий электроснабжение восстанавливают ручным отключением поврежденной линии (или оборудования) и включением резервной линии. В кольцевой схеме электроснабжения предусматриваются места нормального разрыва (деления) сети, в которых коммутационные аппараты (разъединители и выключатели) постоянно отключены. Они включаются при необходимости подачи электроэнергии от резервной линии в случае повреждения основной линии или ее отключения для ремонта. Перерыв электроснабжения при такой схеме допускается на время, необходимое для отключения поврежденного участка и производства переключений (примерно 2 ч). Рис. 26.1. Кольцевая неавтоматизированная схема электроснабжения Если входящие в кольцевую схему распределительные линии подключены к независимым источникам питания (РУ 6-10 кВ двух различных подстанций 35-110 кВ), то схема рис. 26.2 может использоваться для внешнего электроснабжения трансформаторных подстанций 6-10/0,38 кВ, питающих потребителей I категории. Она же применяется при значительном числе потребителей, когда в кольцевую схему включается несколько трансформаторных подстанций (ТП) с потребителями I категории. От указанных подстанций могут отходить линии 6-10 кВ, предназначенные для питания других, менее ответственных потребителей. В распредустройстве 10 кВ трансформаторной подстанции 10/0,4 кВ проходного типа (рис. 26.2, а), как правило, предусматривается установка двух выключателей с тем, чтобы выполнить подключение ТП по схеме вход- выход. В качестве выключателей могут применяться в отдельных случаях и выключатели нагрузки с автоматическим приводом. Так, на Г/7-3, где выполнен нормальный разрыв кольцевой линии и имеется устройство автоматического включения резерва (АВР), со стороны основного питания этой 777-3 может использоваться выключатель нагрузки Q2. Выключатель автоматически отключается от защиты минимального напряжения при потере питания со стороны основного источника питания, а 777-3 получает питание после включения масляного выключателя Q1 со стороны резервного источника питания. Для отключения глухих отпаек с целью повышения надежности питания ТП необходимо применять автоматически отключаемый аппарат (масляный выключатель, оборудованный релейной защитой, выключатель нагрузки с предохранителями и т. д.). Рис. 26.2. Кольцевая автоматизированная схема электроснабжения В кольцевых схемах, автоматизированных путем установки секционных масляных выключателей Q1 в двух- трансформаторных ТП с потребителями I категории (рис. 26.2,6), достигается существенная экономия масляных выключателей. При наличии АВР 0,4 кВ непосредственно у потребителя I категории его внешнее электроснабжение от закрытой трансформаторной подстанции (ЗТП), включенной в кольцевую автоматизированную схему по рис. 26.2, удовлетворяет требованиям [1]. Кольцевая схема обеспечивает экономию средств при сооружении сети за счет отказа от строительства отдельных дополнительных линий для резервирования электроснабжения потребителей I категории. Вместе с тем недостатком кольцевой схемы с несколькими последовательно установленными выключателями, является необходимость оснащения выключателей дистанционными или направленными защитами, или специальными комплектами автоматики, достаточно сложными в наладке, требующими квалифицированного обслуживания и необходимости перестройки уставок при изменении схемы или параметров сети. Для электроснабжения потребителей I категории, имеющих большую нагрузку (более 200 кВт), может применяться двухлучевая схема питания (рис. 26.3). На рис. 26.3, а показана двухлучевая схема питания потребителя с устройством АВР на напряжении 6-10 кВ, обеспечивающим сохранение питания каждой ТП при потере основного питания. Рис. 26.3. Двухлучевая схема электроснабжения с АВР В схеме рис. 26.3, б требуемая надежность электроснабжения обеспечивается АВР на стороне 0,38 кВ — в случае отключения одной из линий, а с ней и одного из трансформаторов ТП питание всей нагрузки потребителя осуществляется от одного трансформатора. Присоединения ТП должны соответствующим образом чередоваться вдоль распределительной линии, чтобы достигнуть лучшего использования пропускной способности линии. Двухлучевые схемы при электроснабжении потребителей сельского хозяйства широкого применения не получили из-за того, что, как правило, потребители удалены на значительное расстояние от питающих центров и сооружение второй линии для реализации этих схем часто невозможно или нецелесообразно. Вместе с тем внутриплощадочные сети 6-10 кВ в случаях, когда на ограниченной площади (центральная усадьба совхоза, животноводческий комплекс) располагаются несколько ТП, целесообразно выполнять по двухлучевым схемам. Схемы распределения электроэнергии на напряжении выше 1000 В. Распределение электроэнергии по цехам и подразделениям предприятий, а также по потребительским подстанциям городов и поселков осуществляется по радиальным, магистральным, петлевым или смешанным схемам в зависимости от территориального размещения нагрузок, их величин, требуемой степени надежности питания и других особенностей рассматриваемого объекта, например, географического места расположения объекта электроснабжения, степени загрязненности окружающей среды и т.д. Схемы распределения электроэнергии на напряжении 6, 10 кВ внутри предприятий, а также между городскими и поселковыми потребителями, как правило, имеют ступенчатое построение. Число ступеней зависит от суммарной мощности объекта электроснабжения, размеров его территории и распределения нагрузки по ней. В большинстве случаев применяются одно- или двухступенчатые схемы, так как большее число ступеней усложняет релейную защиту и, самое главное, увеличивает капитальные вложения в электрические сети. Схемы с числом ступеней более двух допускается применять при реконструкциях СЭС в случаях их технико-экономической целесообразности. На крупных и средних предприятиях на первой ступени распределения электроэнергии по кабельным сетям напряжением 6, 10 кВ, связывающим пункты питания (ГПП, ТЭЦ) с промежуточными распределительными пунктами (РП), целесообразно применение радиальных схем. При передаче потоков мощности в одном направлении, превышающих 25…30 MBА, экономически выгодными оказываются схемы, выполненные жесткими или гибкими токопроводами. Распределение энергии от промежуточных распределительных пунктов осуществляется по радиальным и магистральным схемам, выполненным в основном кабелями и значительно реже воздушными линиями. Вопрос об установке высоковольтных РП в сетях предприятий средней мощности решается путем технико-экономических сопоставлений. Иногда их установка диктуется требованиями эксплуатации высоковольтных электроприемников. На предприятиях с небольшой мощностью и незначительной территорией для распределения электроэнергии на напряжении 6, 10 кВ часто используют одноступенчатые схемы. Радиальные схемы применяются для питания крупных высоковольтных электроприемников, а также в тех случаях, когда потребители расположены в различных направлениях от пункта питания, т.е. тогда, когда применение магистральных схем приводит к возникновению обратных перетоков мощности. Радиальные схемы выполняются одно- и двухступенчатыми. Двухступенчатые радиальные схемы применяются главным образом на больших и средних предприятиях для питания через РП большого числа трансформаторных подстанций (ТП) и высоковольтных электроприемников. В качестве примера на рис.8.5. показана система внутризаводского электроснабжения, построенная с помощью указанных радиальных схем. К достоинствам радиальных схем следует отнести их высокую надежность, а к недостаткам — высокую стоимость и, как правило, пониженный коэффициент использования пропускной способности кабелей. Последнее объясняется тем, что во многих случаях сечения кабелей, обусловленные термической стойкостью к токам коротких замыканий, превышает сечения, выбранные по токам нагрузки. Выбор места размещения ГПП. Главный распределительный пункт ГРП или главную понизительную подстанцию ГПП (ее иногда называют главной питающей подстанцией) строят в центре электрических нагрузок предприятия, исходя из технико-экономических расчетов. Для того, чтоб определить центр этих самых электрических нагрузок, выполняют построение картограммы электрических нагрузок, которая представляет из себя генеральный план предприятия с показанными на нем осветительными и силовыми нагрузками каждого здания. Центр нагрузок может быть найден методами построения равнодействующих нагрузок, которые аналогичны методам теоретической механики. Однако далеко не всегда удается разместить ГПП или ГРП в рассчитанном месте, поскольку необходимо учитывать еще и противопожарные, транспортные, архитектурно-строительные и прочие факторы. Поэтому местоположение главной понизительной подстанции ГПП и главного распределительного пункта следует находить с учетом вышеперечисленных факторов. А вот выбор числа и местоположения цеховых трансформаторных подстанций ЦТП, а также мощности и количество силовых трансформаторов задача не из легких. В этом случае необходимо сопоставить минимум несколько вариантов электроснабжения, выбирая при этом вариант наименее затратный по капитальным затратам и эксплуатационным расходам, наиболее экономный с точки зрения расхода цветных металлов (алюминий и медь) и при этом соответствующий необходимому уровню надежности электроснабжения. Есть несколько методик определения оптимального мощностей подстанций, однако они не получили распространения. Наиболее часто в практике применяют систему дробления цеховых подстанций ЦТП, при которой ЦТП располагают внутри цехов или вблизи их. Как правило, мощность таких подстанций не превышает 1000 кВА при вторичном напряжении (напряжение цеховой сети) 380/220 В. Использование такой системы позволяет довольно ощутимо снизить затраты как капитальные расходы, так и эксплуатационные на сеть низкого напряжения (в основном за счет снижения потерь в сетях 380/220 В). Однако при этом автоматически повышаются затраты на аппаратуру в сетях высокого напряжения, но несмотря на это система с мелкими подстанциями, приближенными к цехам, оказываются экономически обоснованными и применяются практически во всех крупных предприятиях. Как и место главного распределительного пункта ГРП, места расположения цеховых трансформаторных подстанций ЦТП определяют с помощью картограмм электрических нагрузок. Во всех случаях необходимо стремится к тому, чтобы ЦТП применились пристроенного или встроенного типа, что значительно снизит затраты на строительную часть и устройство сетей низкого напряжения. В настоящее время довольно большое количество предприятий, специализирующихся на выпуске электротехнической продукции, выполняет выпуск комплектных малогабаритных трансформаторных подстанций (КТП), которые вполне пригодны для размещения внутри цехов, имеют простые схемы электрических соединений, не имеющие сборных шин и выключателей на стороне высокого напряжения. К тому же они довольно дешевы и просты, поэтому получили довольно широкое применение. Для цехов с химически активной средой, пожароопасных и взрывоопасных цехов, среды которых могут воздействовать на оборудование подстанции, а также в случаи питания групп мелких разбросанных цехов с общей нагрузкой до 1000 кВА, запитывают от отдельно стоящих подстанций. Также при проектировании необходимо и учитывать возможность расширения производственных мощностей предприятия и отдельных цехов. Для этого необходимо предусмотреть возможность установки на ЦТП трансформатора большей мощности. Например, при установке трансформатора с мощностью 400 кВА предусматривают габаритные камеры и под трансформатор с мощностью 630 кВА и так далее. Более того, если предприятие или цех имеют потребителей первой категории, то установка двух трансформаторов, выполняющих резервирование электропитания обязательна, при этом резерв должен вводится автоматически. Для ЦТП с наличием потребителей второй категории возможна установка одного трансформатора. Резервная линия может заводится от другой, смежной подстанции, путем прокладывания перемычки на стороне низкого напряжения. Но в большинстве случаев применяют двух трансформаторные подстанции. Для потребителей третьей категории применяют одно трансформаторные подстанции. На ЦТП не рекомендуется установка более двух трансформаторов, поскольку это ведет к усложнению электрических схем и увеличению капитальных затрат. Самыми дешевыми являются одно трансформаторные станции, однако если график нагрузкипредприятия резко меняется в течении суток, то в целях экономии электрической энергии применяют двух трансформаторный вариант. Иногда встречаются варианты с тремя и более трансформаторами, но они очень редки и применяются в особых случаях. Также при выборе трансформаторов ЦТП необходимо стремится к тому, чтобы все они имели одинаковую мощность. Прокладка кабелей напряжением 6 — 35 кВ в земле При прокладке кабельных линий в земле кабели прокладываются в траншеях и должны иметь снизу подсыпку, а сверху засыпку из песчаногравийной смеси или мелкого грунта, не содержащего камней, строительного мусора и шлака. Кабели на всем протяжении должны быть защищены от механических повреждений железобетонными плитами, кирпичами или пластмассовыми сигнальными лентами. Трасса кабельной линии, глубина заложения кабелей, расстояние между отдельными линиями определяется при проектировании в соответствии с ПУЭ. Прокладка кабелей напряжением 6 — 35 кВ в кабельных каналах Типовые кабельные каналы сооружаются из сборных железобетонных конструкций (реже из кирпича). При сооружении кабельного канала внутри помещений они закладываются бетонными плитами на уровне пола. При прохождении вне цеха каналы прокладываются под землей на глубине не менее 0,3 метра. При наличии места можно прокладывать полуподземные каналы. Число кабелей, прокладываемых в каналах, колеблется от 7 до 20 — 30 кабелей (зависит от диаметра кабеля и от типа канала). Каналы выполняются под уклоном 0,1 % в сторону водостока. Для защиты кабельной лини от механических повреждений прокладка осуществляется в блоках. Если позволяют условия окружающей среды (нет пожароопасных и взрывоопасных зон) можно прокладывать по стенам зданий. Прокладка кабелей напряжением 6 — 35 кВ в туннелях Туннели – это подземное сооружение. Прокладка в туннелях применяется при большом числе кабелей (более 30 – 40), идущих в одном направлении. Туннели выполняются проходными высотой 2,4 м и полупроходными высотой 1,5 м. Туннели выполняются шириной 1,5; 1,8; 2,1; 2,4 м. Туннели шириной 1,5 м – односторонняя прокладка кабелей. Длина туннелей достигает сотни метров. Если длина туннеля до 7 м – предусматривается 1 выход. Если длина 7 – 200 м – не менее 2 выходов, при большей длине – расстояние между двумя ближайшими выходами должно быть не более 200 м.