Окончательно принимаем большое расчетное сечение ЛЭП. При этом учитывать условие механической прочности по /1, табл. 6.4/
2.8.3. Определяем сечение ЛЭП для запитки низковольтных электроприемников (буровых станков, водоотлива и т.п.)
q Определяем расчетный ток нагрузки с низкой стороны
Iрасч.н/в = 
, А
По этому расчетному току Iрасч.н/в принимаем по /2, т.18/ гибкий кабель КРПТН с Iдоп При этом должно соблюдаться условие
Iрасч н/в ≤ Iдоп
q Определяем расчетный ток нагрузки с высокой стороны
Iрасч в/б = 
, А,
где Кт – коэффициент трансформации, Кт = 
.
По Iрасч.в/в и условиям механической прочности принимаем провод марки А или АС по /2, табл. 15/ для отпайки к буровому станку или др.. Должно соблюдаться условие, что Iрасч.в/в ≤ Iдоп.
2.8.4. Определяем сечение ВЛ от которой запитываются все потребители участка (фидерная линия)
Iрасч.ф. = IЛ1 расч + IЛ2расч + … + IЛnрасч, А,
Iрасч.ф = 
По Iрасч.ф., механической прочности принимаем провод по /2, т. 15/ с условием, что Iрасч.ф.≤ Iдоп. выбранное сечение проверим по экономической точности тока
Smin = 
, мм2. /1, с. 262/
где jж – экономическая плотность тока, А/мм, принимаем по /2, табл.23-24/
Окончательно принимаем провод большего сечения. При выборе сечения ВЛ и гибкого кабеля необходимо учитывать условия механической прочности минимального сечения по /1, табл. 6.4/
2.8.5. Проверка выбранных сечений ЛЭП по допустимой потере напряжения
Параметры сети должны быть выбраны так, чтобы обеспечивался подвод к двигателям номинального напряжения в номинальном и пусковом режимах.
При нормальном и пусковом режимах разрешается проверить фактическое направление на зажимах наиболее удаленного мощного потребителя. Если напряжение у данного потребителя будет в пределах допустимого, то у других потребителей оно также будет в пределах допустимых значений /1, с. 263/
2.8.5.1. Нормальный режим
Фактическое напряжение на зажимах двигателя в нормальном режиме работы определяется следующим образом:
U2 = U - ∆U, В /1, с. 263/
где U1 – напряжение в начале участка сети, В,
∆U – потеря напряжения, В.
На каждом отдельном участке потеря напряжения определяется током нагрузки и сопротивлением этого участка.
За расчетную величину потери напряжения принимается сумма потерь напряжения во всех элементах сети от источника питания до самого удаленного электроприемника:
∆Uрасч = ∆Uт + ∆Uвл + ∆Uкл, В /1, с. 265/
При расчете ВЛ и КЛ на потерю напряжения необходимо соблюдать следующие условия, что
∆Uрасч ≤ ∆Uдоп.; ∆Uрасч % ≤ ∆Uдоп. %
∆U% = 
1) Потери напряжения в силовом трансформаторе
∆UТ = 
, В /2, с. 153/
где RТ = 
- активное сопротивление вторичной обмотки
трансформатора, Ом /2, с. 154/
ХТ = 
- индуктивное сопротивление вторичной обмотки
трансформатора, Ом /2, с. 154/
∆Рк – потери в обмотках трансформатора при к.з., кВт;
∆Uк% - напряжение к.з. трансформатора;
Uн – номинальное напряжение вторичной обмотки трансформатора, кВ;
Iрасч.т – расчетный ток на участке трансформатора, А;
Сosφт – средневзвешенный коэффициент мощности на участке.
Можно потери напряжения в трансформаторе определить и так:
∆Uк% = β (∆Uа% · cosφ + ∆Up% · sinφ) \1, с. 265\
где β – коэффициент нагрузки трансформатора β= 
;
∆Ua% = 
- активная составляющая потерь напряжения при
номинальной нагрузке трансформатора;
∆Up% = 
- реактивная составляющая потери
напряжения в трансформаторе при номинальной нагрузке
Суммарные потери напряжения в номинальном режиме до самого мощного и удаленного электродвигателя не должны превышать допустимых, т.е. ∆Uрасч ≤ ∆Uдоп, или в % выражении: ∆Uрасч.% ≤ ∆ Uдоп.%; ∆ Uдоп% ≤ Uн в нормальном режиме /2, табл. 25/
2) Потери напряжения в ЛЭП, нагрузка которой сосредоточена в конце:
∆UЛЭП = 
, В, /1, с. 265/
где l – длина КП или ВЛ, или отдельного ее участка, км;
ro – удельное индуктивное сопротивление ЛЭП, Ом/км;
Iрасч – расчетный ток, проходящий по данному участку, А;
Cos φ – коэффициент мощности приемника, принимаем по /2, табл. 21/;
ro, xo – принимаем согласно выбранному проводу и гибкому кабелю
/п.9.2; 9.3/ по /2, табл. 1, 2, 3, 4/
2.8.5.2. Пусковой режим
Для проверки параметров сети в пусковом режиме принимаем условно такие состояния, когда наиболее мощный электродвигатель на участке линии запускается, а остальные уже работают в нормальном режиме.
В этом случае фактическое напряжение на зажимах запускаемого электродвигателя должно быть не менее минимально допустимого, т.е.
Uдв ≥ Uдоп. мин
Величина минимально-допускаемого напряжения при пуске зависит от типа электродвигателя и его параметров. Если учитывать кратковременность пускового режима, остаточное напряжение на зажимах источника питания должно быть не менее следующих значений:
1. при совместном питании силовых и осветительных сетей – от общих трансформаторов при частных или затяжных пусках не ниже 0,9 Uн (∆U ≤ 0,1 Uн)
при редких и незатяжных пусках 0,8 Uн (∆U ≤ 0,1 Uн)
2. при раздельном питании силовых и осветительных сетей – не ниже
0,8 Uн (∆Uдоп ≤ 0,2 Uн) независимо от частоты и длительности пусков.
Фактическое напряжение на зажимах АД; СД в момент пуска определяется по формуле:
Un = U1 – (∆Un + Σ∆Uост), В /2, с. 96/
где Un – напряжение на зажимах двигателя и момент пуска, В;
U1 – напряжение на шинах питающего центра, к которому подключен
двигатель, В;
∆Un – дополнительная потеря напряжения от источника питания до зажимов
двигателя от пускового тока, В;
Σ∆Uост – потери напряжения при нормальной работе оставшихся
потребителей, В.
Потери напряжения от пускового тока определяются по формуле:
∆Un = 
, В,
где In = (5÷7) – пусковой ток электродвигателя с короткозамкнутым ротором, А;
ΣRn; ΣXn – сумма активных и индуктивных сопротивлений от источника
питания до пускового двигателя, Ом;
Cos φn, Sinφn – значения, соответствующие пусковому режиму, принимаются по /2, табл. 32/. Если назначения неизвестны для АД и СД (с асинхронным запуском), то среднее значение их можно принимать равным Сosφn = 0,35; Sin φn = 0,94.
Сопротивления цепи от источников питания (шин ГПП или ПКТП) до ввода двигателя при его запуске определяем таким образом:
ΣRn = Rтр + Rвл + Rкл, Ом,
Rтр = 
, Ом
Rвл = ro · lвл; Ом; Rкл = 
, Ом
ΣXn = Xтр + Хвл + Хкл, Ом.
Хтр = 
, Ом; х = хо · l; Ом.
Если на данном фидере кроме запускаемого эл.двигателя имеются другие электроприемники, то потерю напряжения определяем по выражению (без расчетного тока запускаемого двигателя)
∆Uост = 
, В
После этого определяем суммарную величину потерь напряжения. Если она получится меньше допустимого значения, то к установке принимают сечения кабелей, выбранные по токовой нагрузке. В противном случае увеличивают сечения кабелей и проводов, исходя из допустимой потери напряжения в сети.
Величина минимально допустимого напряжения на зажимах электродвигателя
Umin = 
, В
где 
- перегрузочная способность по моменту (берется из
справочника)
фактическое напряжение на зажимах сетевого экскаватора
Uф.н. = 6000 – (∆Un + Uост), В
Условие надежной работы эл. двигателя при расчетной потере
Uф.н. > Umin.
Расчеты обычно ведутся по самому длинному фидеру и нагруженному. Если электроснабжение по этому фидеру мы рассчитываем под существующие нормы, то другие короткие фидеры также должны отвечать нормам потерь напряжения и нормам заземления. Расчеты можно сократить, рассчитывая электроснабжение до самого мощного и удаленного электроприемника.
Пример расчета потери напряжения
Рассчитывать потерю напряжения до удаленного и мощного электроприемника ЭШ-10/70. Схема и данные приведены ниже
ТМ-1000-35/6 ПКПТ-6/0,4
Uк% = 5,5% ТМ-400
Ркз = 15 кВт Uк% = 4,5%
Рк.з. = 4 кВт
ЭШ-10/70: РАВСД = 1250 кВт, Sтсн = 250 кВт CosφАВ = 0,92 /опер/
ηВ = 0,9
2СБШ-200: РАВ = 320 кВт, CosφАВ = 0,92 η = 0,9
Решение:
1. Определяем потерю напряжения в нормальном режиме до ЭШ-10/70
1.1. Определим потери напряжения в силовом трансформаторе на ГПП:
∆Uтр = 
; В
где Iф = IЭШ = Iб.ст – общий расчетный ток фидера, А.
Определим расчетные токи IЭШ и Iб.ст по п. 2.9.2.
Iэш = 
, А
Iа.дв = 
, А
Iа.т. = 
= 11,8, А
Iр.дв. = Iа.дв · tgφдв; tgφдв = - 0,4245, для cosφдв = 0,92; φдв = 23°
а · tg 23° = - 0,4245, т.к. cosφ – опережающий
Iр.т. = Iа.т. · tgφT = 11,8 · 1,018 = 12,0 А, tgφT – по cosφт = 0,7;
φт = 45°30’ tg 45°30’ = 1,018
IЭШ = 
= 98 А.
Определяем расчетный ток бурового станка с низковольтной стороны:
= 302 А
Определяем расчетный ток б/ст с высоковольтной стороны
где Кт = 
- коэффициент трансформации
Расчетный ток фидера Iф = 98 + 20,1 = 118,1 А
Определим сопротивления трансформатора
где CosφT = 0,9 SinφT = 0,42 – принимать при расчетах /2, с. 10/
1.2. Определим потерю напряжения на ЛЭП
∆U1 = √3 · Iф · l1 (r0 · cosφ + x0 · sin φ), В
где r0 = 0, 46 Ом/км; х0 = 0,315 Ом/км для провода А 70 по /2, табл.1.2/
∆U1 = √3 · 118,1 · 0,7 · (0,46 · 0,9 + 0,315 · 0,42) = 77,8 В.
∆U2 = √3 · IЭШ · l2 (r0 ·Cos φ + x0 · sin φ) =
= √3 · 98 · 0,4 (0,46 · 0,9 + 0,315 · 0,42) = 92,2 В.
1.3. Определим потерю напряжения в кабеле марки КРЭ при помощи которого записывается ЭШ
∆Uкл = √3 · IЭШ · lкл (r0кл · cos φ + x0 кл · sin φ), В
где r0 кл = 0,37 Ом/км; х0 кл = 0,083 Ом/км, для кабеля марки КРЭ
3 х 50 + 1 х 16 по /2, табл. 3,4/
∆Uкл = √3 · 98 · 0,3 (0,37 · 0,9 + 0,083 · 0,42) = 18,5 В
1.4. Суммарная потеря напряжения определится
∆Uнорм = 99,7 + 77,8 + 92,2 + 18,5 = 287,3 В
∆Uнорм% = 
,
что соответствует требованиям ПТБ и ПТЭ
2. Определить потерю напряжения в момент запуска ЭШ-10/70А, остальные электроприемники в это время работают в нормальном режиме.
Un = UH – (∆Un + Σ∆Uост), В.
Определим потерю напряжения от пускового тока
∆Un = √3 · In (ΣRn · Cosφn + Σхn · Sin φn);
Пусковой ток сетевого электродвигателя ЭШ-10/70 с асинхронным запуском определим по выражению:
In = 5 · IH, А
Номинальный ток сетевого двигателя ЭШ-10/70
IН = 
, А
In = 5 · 145,4 = 727,0 А
Сопротивление цепи при пуске ЭШ-10/70 А
ΣRn = Rтр + Rвл1 + Rвл2 + Rкл, Ом
Rт.1 = 0,54 Ом
Rвл1 = V0 · lвл1 = 0,46 · 0,7 = 0,322 Ом; Rвл2 = 0,46 · 0,4 = 0,181 Ом;
Rкл = V0кл · lкл = 0,32 · 0,3 = 0,111 Ом
ΣRл = 0,322 + 0,181 + 0,111 = 0,614 Ом
ΣХn = Xтр + Хвл1 + Хвл2 + Хкл, Ом
Хтр = 
, Ом
Хвл1 = Х0 ·lвл = 0,315 · 0,7 = 0,2205 Ом;
Хвл2 = 0,315 · 0,4 = 0,126 Ом
Хкл = 0,083 · 0,3 = 0,0249 Ом.
ΣХn = 0,2205 + 0,126 + 0,0249 = 0,3714 Ом.
Подставляя все найденные значения в формулу ∆Un, находим
∆Un = √3 · 727,0 (0,614 · 0,35 + 0,3714 · 0,94) = 709 В.
Определим потерю напряжения оставшихся электроприемников 2СБШ-200
∆Uост = √3 · Iбс (ΣRост · Cos φ + ΣXост · Sin φ), В Iбс вв = 20,1
ΣRост = Rтр1 + Rвл1 + Rвл3 + Rтр2, Ом
Rтр = 0,54 Ом, Rвл1 = r0 · lвл1 = 0,46 · 0,7 = 0,322 Ом, Rвл3 = 0,46 · 0,1 = 0,046 Ом
= 0,90 м
Σ Рост = 0,54 + 0,322 + 0,046 + 0,9 = 1,806 Ом,
ΣХост = Хтр1 + Хвл1 + Хвл3 + Хтр2, Ом
Хтр1 = 0,198 Ом; Хвл1 = Хо · lвл1 = 0,315 · 0,7 = 0,2205 Ом
Хвл2 = 0,315 · 0,1 = 0,0315 Ом;
Хтр2 = 
0,405 Ом
ΣХост = 0,198 + 0,2205 + 0,0315 + 0,405 = 0,855
Подставляя все значения в формулу ∆Uост, находим
∆Uост = √3 · 20,1 (1,806 · 0,9 + 0,855 · 0,42) = 69 В.
Определим потерю мощности в момент запуска сетевого электродвигателя ЭШ-10/70
Un = 6300 – (709 + 69) = 5522 В.
что допустимо требованиями ПТБ и ПТЭ.
Определим величину минимально допустимого напряжения на зажимах сетевого эл.двигателя ЭШ
В
= 3 по справочнику Светличного
Фактическое напряжение на зажимах сетевика
Uф.н. = 6000 – (709 + 69) = 5222 В.
Должно быть так, чтобы Uф.н. ≥ Umin, у нас 5222 > 3640 В, что также допустимо.
2.9. Расчет токов короткого замыкания
Вычисление токов короткого замыкания производим для:
· сопоставления и выбора наиболее рационального варианта построения схемы электроснабжения;
· определения условий работы потребителей при аварийных режимах;
· выбор и проверка электрических аппаратов, шин, изоляторов, силовых кабелей и т.д.
· проектирования и настройки устройств релейной защиты и автоматики;
· проектирования защитных заземлений;
· выбора средств ограничения т.к.з.
· анализа происходящих аварий
2.9.1. Расчет токов к.з. высоковольтных сетей.
В проектной эксплуатационной практике общепринятым является расчет токов к.з. методом относительных единиц (или процентный метод).
При расчетах токов к.з. в сетях, питающихся от источника тока неограниченной (бесконечной) мощности, таковы наши энергосистемы активными емкостными сопротивлениями пренебрегают, а учитывают только индуктивные сопротивления отдельных элементов коротко замкнутой цепи, если Хрез ≥ 1/3 rрез /1, с.135/
Порядок расчета токов к.з.
1. Вычерчивается расчетная схема электроснабжения участка согласно п. 4 + 7, на схеме наносится мощность источников питания, базисные напряжения Vб1, Vб2, Vб3, Рк, Vк 3 % силовых трансформаторов длина воздушных ЛЭП и гибких кабелей; предоставляются наиболее вероятные точки к.з.
1.1. Точки к.з. представляемые перед приключательными типа ЯКНО-6 и РВНО-6 и ПКТП – необходимы для выбора в оборудовании данных ЯКНО-6 и ПКТП.
1.2. Точки к.з. проставляемые перед электроприемниками необходимы для настройки и проверки максимально-токовых защит длинных ЯКНО-6 и ПКТП (после ЯКНО и ПКТП)
2. Составляющая схема замещения, где каждый элемент расчетной схемы заменяется элементом сопротивления, с проставлением точек к
3. Выбирают или задаются безопасными условиями.
4. Определяют относительные сопротивления, приведенные к базисным условиям, отдельных элементов схемы замещения.
5. Определяют результирующее (суммарное) относительное сопротивление до какой-то расчетной точки к.з.
6. Определяют токи и мощность в точке к.з.
2.9.1.1. Определение относительных сопротивлений элементов схемы.
По режиму работы энергосистемы, соединительной ЛЭП, вплоть до шин ГПП может быть учтено как сопротивление системы – Хс. Для его определения необходимо одну из трех величин
1. Мощность к.з. на шинах ГПП – Sк.з., МВ·А;
2. Действующее значение устанавливающегося т.к.з. – I ∞, кА;
3. Индуктивное сопротивление системы – Хс.
Чаще берут установившийся ток к.з. I∞, который принимается по данным энергослужбы на стороне 37 кВ на наших ГПП.
1. Определяем относительное сопротивление всей системы
, /2, с. 15/
где Sб – базисная мощность, мВа
Sк.з. – мощность к.з. на шинах ГПП-37 кВ, по данным энергослужбы, мВа
Базисная мощность, величина которой принимается за условную единицу. За базисную мощность принимают удобную для расчета величину 100, 1000 мВа или номинальную мощность одного из источников питания (системы, электростанции или питающего трансформатора).
Мощность к.з. определяется по выражению
Sк.з. = √3 · Vб · I∞, мВа,
где Vб – базисное напряжение в точке к.з., кВ.
Базисное (расчетное) напряжение каждой ступени согласно ПУЭ принимается на 5% выше номинального по следующей шкале: 0,23; 0,4; 0,69; 6,3; 10,5; 20,0; 37; 115; 154; 230 кВ.
2. трансформатор двухобмоточный
,
где Vк.з.% - напряжение к.з. силового трансформатора, %;
Sн – номинальная мощность силового трансформатора, мВа
Если Sн < 630 кВа, то с учетом активного сопротивления приведенное к базисным условиям индуктивное сопротивление определяют:
, /2, с. 10/
где Vк* = 0,01 · Vк.з.%
Rтр* = ∆Рм - активное сопротивление обмоток трансформатора отнесенное к номинальной мощности;
∆Рм - потери в обмотках, кВт, принимаются по справочнику /6, табл. 6.20/
3. реакторы
, /2, с. 13/
где Хр – реактивное сопротивление реактора в процентах от номинальных
условий /6, с. 245/
IH; VH - номинальный ток и напряжение реактора, кА, А.
4. Линии электропередач
Индуктивное и активное сопротивление ЛЭП, приведенные к базисным условиям определяют по формулам:
, /2, с. 14/
где Хо – удельное реактивное сопротивление линии, Ом/км;
lб - длина линии ЛЭП, км.
2.9.1.2. Расчет токов и мощности к.з.
1/ Определяем базисный ток
Iб = 
, кА /2, с. 18/
2/ Определяем установившееся значение токов к.з.
I∞ = Iк(3) = 
, кА
где ΣХк* - суммарное относительное реактивное сопротивление до той точки, в
которой определяем ток к.з.
По этому току проверяют аппараты, шины, проводники, бронированных кабелей на термическую устойчивость.
3/ определяем двухфазный ток к.з.
, кА
По этому току определяют надежность защитной аппаратуры (релейной защиты)
4/ определяем ударный ток к.з.
Iу = Ку · √2 · I ∞, кА,
где Ку – ударный коэффициент
Для карьерных распределительных сетей Ку = 1,8 при R = 0 /2, с.18/
По этому току проверяют аппараты, шины на динамическую устойчивость.
5/ действующее значение токов к.з.
Iд = 1,52 · I∞, кА
6/ определяем мощность к.з.
Sк = √3 · Vб · ∞, мВ·А
Подобным образом ведем расчет т.к.з. в остальных расчетных точках к.з., только изменяя суммарное расчетное относительное сопротивление, приведенное к базисным условиям. Результаты расчета сводим в таблицу 3.
2.9.2. Расчет т.к.з. в низковольтных сетях.
Методика расчета токов к.з. в низковольтных сетях несколько отличается от расчетов токов к.з. в высоковольтных сетях. Расчет т.к.з. удобнее вести в именованных величинах, выражая напряжение в киловольтах, ток в килоамперах, мощность в килоамперах, сопротивление в миллиомах (10 м = 1000мОм).
Расчет т.к.з. начинают с вычерчивания однолинейной схемы и схемы замещения электрической цепи от шин высокого напряжения до точек к.з. Далее определяют активные и индуктивные сопротивления отдельных элементов к.з. цепи в миллиомах, результирующие сопротивления ΣRрез и ΣХрез до нужной точки к.з.
2.9.2.1.Определение сопротивлений элементов схемы
1/ Сопротивление питающей системы
, мОм /2, с. 21/
