Вибор сечения кабельных линий

Проведем выбор сечения кабельных линий на примере линии ГПП - ТП 1, которая согласно принятой схемы распределения электроэнергии питается по радиальной схеме с резервированием от шин ГПП рис 4.1 и линии ГПП - ТП 2 -ТП 3, которая согласно принятой схемы распределения электроэнергии питается по магистральной схеме с резервированием от шин ГПП

 

Рис. 4.1 – Схема питания ГПП – ТП1

 

Рабочий ток линии ГПП – ТП1 равен потребляемому току цеха №1 = , А:

286,58/(2*1,73*10)=8,28, (4.1)

где = – количество проложенных кабелей линии.

Сечение линии, мм²:

8,28/1,2=6,9 (4.2)

где =1,2 А/мм² – экономическая плотность тока для кабелей с алюминиевыми жилами по [1].

Принимаем сечение по табл. А5-А6 кабеля

Выбранное сечение кабеля по условиям экономической плотности тока кабеля марки	АСБ (3 х 10)
Уточненное сечение кабеля после проверки по потерям напряжения	АСБ (3 х 10)

Допустимый ток кабеля =60А.

Проверка кабеля по нагреванию:

- в нормальном режиме, А:

> ,

60>8,28,

в послеаварийном режиме (ток протекает по одному кабелю), А:

>

60>2*8,28

60>16,56

Условия выполняются.

Проверяем кабель по потерям напряжения:

, (4.3)

где =3,1 Ом/км, =0,122 Ом/км – удельное активное и реактивное сопротивление кабеля по табл. А4;

– длина участка кабеля ГПП – ТП1.

Принимаем длину кабеля для: ГПП – ТП1 =	0,1	км;
ГПП – ТП2 =	0,05	км;
ТП2 – ТП3 =	0,275	км;

=(268,94·0,1·3,1-99·0,1·0,122)/(2·10²)=0,41<5%

Проверяем кабель по потерям напряжения в послеаварийном режиме (ток протекает по одному кабелю),%:

=2·0,41=0,82<10%. (4.4)

Если условие =5% не выполняется выбираем кабель табл. А5-А6 с ближайшем большим сечением чем выбранный мм², и снова проверяем по потерям напряжения.

Таким образом окончательно выбираем кабель марки АСБ – 3х6.

Определяем потери активной мощности в кабелях, кВт:

=(286,58²·3,1·10^-3)/(10²·2)=1,27. (4.5)

Определяем потери реактивной мощности в кабелях, кВАр:

=(286,58²·0,122·10^-3)/(10²·2)=0,05. (4.6)

Определяем потери активной энергии в кабелях, кВт/рік:

=1,27·2742=3482,3, (4.7)

где – время максимальных потерь, которое определяется по формуле, часов / год:

=(0,124+4355/10000)²·8760=2742, (4.8)

где – количество часов в год использования максимума активной мощности (согласно задания для металлообрабатывающих предприятий выбираем из табл. А7),

=4355 часов/год.

Определяем потери реактивной энергии в кабелях, кВАр/год:

=0,05·4441=222,05, (4.9)

где – время максимальных потерь, которое определяется по формуле, часов / год:

=(0,124+5880/10000)²·8760=4441, (4.10)

где – количество часов в год использования максимума реактивной мощности (согласно задания для металлообрабатывающих предприятий выбираем из табл. А7),

=5880 часов/год.

Выбор сечения кабелей других участков выполняем аналогично. Результаты расчета потерь энергии в кабельных линиях внесены в табл. 4.1. и табл. 4.2

Рабочий ток линии ГПП - ТП2 складывается (алгебраически) с токов потребляемых цехом №1 и цехом №2 рис. 4.2, что обуславливается практически одинаковыми коэффициентами мощности нагрузки цехов после компенсации реактивной мощности, А:

.

Рис.4.2 Схема питания ГПП – ТП2 – ТП3

Таблица 4.1

Участок	Рабочий ток линии, , А	Расчетное сечение кабеля, , мм2	Выбранное сечение кабеля, , мм2	Допустимый ток кабеля, ,А	Удельное активное сопротивление кабеля Ом/км,	Удельное реактивное сопротивление кабеля Ом/км	Потери напряжения, , %
ГПП – ТП2	29,4	24,5			1,24	0,099	0,227
ТП2 – ТП3	8,28	6,9			3,1	0,122	0,99

Суммарные потери напряжения на участке ГПП–ТП2–ТП3 состоят из потерь на участках ГПП–ТП2 і ТП2–ТП3, %:

=0,227+0,99=1,217

Таблица 4.2

Участок	Потери активной мощности, , кВт	Потери реактивной мощности, ,кВАр	Потери активной энергии, , кВт/год	Потери реактивной знергии, , кВАр/год
ГПП – ТП2
ТП2 – ТП3	1,27	0,05	3482,3	222,05

Выбор кабелей других участков будет выполняться в бакалаврской работе.

 

4.2. Расчет токов короткого замыкания.

 

Для выбора электрооборудования, аппаратов, шин, кабелей, токоограничивающее реакторов необходимо знать токи короткого замыкания. При этом достаточно уметь определять ток трехфазного короткого замыкания в месте повреждения. При расчете определяют периодическую составляющую тока короткого замыкания для наиболее тяжелого режима работы сети. Расчет апериодической составляющей проводят примерно, допуская при этом, что она имеет максимальное значение в данной фазе.

Расчет токов при трехфазном коротком замыкании проводят в следующем порядке |ладі|:

1. Для данной установки составляют расчетную схему. Расчетная схема - это однолинейная схема электроприборов с указанием тех элементов и их параметров, которые влияют на значение тока короткого замыкания и поэтому должны учитываться при выполнении расчетов. Расчетная схема устройства должна отражать нормальный режим работы. На расчетной схеме (рис. 4.1) намечают расчетные точки короткого замыкания - так, чтобы аппараты и проводники попадали в наиболее тяжелых условиях работы. Исключением являются аппараты в цепи присоединений с реактором, выбранные по току короткого замыкания по реактору.

В приведенных схемах предусмотрена раздельная работа трансформаторов ГПП по низкой стороне.

2. По расчетной схеме составляют схему замещения, заменяя электромагнитные связи электрическими, источники вводят в схему замещения как ЭДС и опоры, остальные элементы - в качестве опоры. Расчет токов короткого замыкания можно вести как в именуемых, так и в относительных единицах. В сетях и установках напряжением до 1000 В обычно расчет проводят в именуемых единицах. В установках напряжением выше 1000 В приняты все опоры короткозамкнутой цепи приводить к базисным условиям и выражать в относительных единицах. Заранее принимают базовую мощность (100 или 1000 МВА|). За базисное напряжение принимают среднее номинальное напряжение |напруження| ()той ступени, на которой предполагается короткое замыкание. Таким образом, для каждой точки короткого замыкания будут свои базисные напряжения и токи |токи| .

, (4.11)

Составляем схему замещения расчета трехфазного к. з. для линии и подстанции (рис. 4.1) и рассчитываем ток к. з. для начального момента времени и ударный ток к. з. при повреждении в точках К1 и К2. Начальные данные приведены на рис. 4.1 Токи к. з. в точке К1 определяются для выбора аппаратов в цепи трансформатора с высоким напряжением =35 кВ; в точке К2 - для выбора аппаратов в цепи трансформатора с низким напряжением =10 кВ. Трансформатор на подстанции с расщепленной вторичной обмоткой. Расчет выполнить при условии неограниченной мощности питающего системы в относительных единицах.

Расчет при неограниченной мощности питающего системы позволяет определять предельные возможные значения токов короткого замыкания в данной установке, что особенно важно, если нет точных указаний о дальнейшем развитии системы. Выбор электрооборудования по этим значениям токов короткого замыкания дает гарантию в том, что при любом развитии системы запроектированную установку не придется переоборудовать, поскольку при любой мощности системы действительные значения токов короткого замыкания в установке будут меньше расчетных.

Для упрощения расчетов для каждой электрической ступени вместо действительного напряжения на шинах указываем среднее напряжение , кВ, согласно шкале: 770; 515; 340; 230; 154; 115; 37; 24; 20; 18; 15,75; 13,8; 10,5; 6,3; 3,15 [7].

Принимаем для високого напряжения

=

кВ.

Принимаем для низького напряжения

=

10,5

кВ.

Схема замещения для расчета трехфазных кз. представлена на рис.4.2. Нагрузку, расположенная вблизи генераторов системы (источник питания) учитываем уменьшением Э. Д. С. генераторов к =1.

Определим опоры схемы рис. 4.2 при базовой мощности:

=

МВА.

Реактивное сопротивление энергосистемы, о.е.:

=1000/4000=0,25

Реактивное и активное сопротивление высоковольтной линии электропередач выбранного варианта для (одноцепной при к. З.) определяем следующим образом. Берем для выбранного провода линии с табл. 2.3, 2.6, удельное реактивное и активное сопротивление провода участка (реактивное сопротивление провода на 1 км, x₀, Ом активное сопротивление провода на 1 км, r₀, Ом)

=	0,444	Ом/км.
=	0,428	Ом/км.

Активное сопротивление линии, о.е. (относительные единицы),

=0,428·2,8·(1000/37²)=0,88. (4.12)

Реактивное сопротивление линии, о.е. (относительные единицы),

=0,444·2,8·(1000/37²)=0,91. (4.13)

 

	Мощность короткого замыкания на шинах системы =4000 МВА
Среднее номинальное напряжение с высокой стороны |напруження| =37 кВ
Удельное реактивное сопротивление и длина линии =2,8 км, =0,444 Ом
=37 кВ
Номинальная мощность трансформатора =6,3 МВА, Напряжение короткого замыкания трансформатора =7,5 %
Среднее номинальное напряжение с высокой стороны =10,5 кВ
Удельное реактивное сопротивление и длина кабельной линии =0,175 км, =0,122 Ом
Номинальная мощность трансформатора цеха №1 =250 кВА, Напряжение короткого замыкания трансформатора =4,5 %

 

Рис. 4.1. Расчетная схема для определения токов к. з. для подстанции

 

Среднее напряжение на участке сети (в точке к. з. К1) = =37 кВ.

Сопротивление трансформатора подстанции определяется следующим образом.

Берем с табл.2.1: = =10,5; =6,3 МВА.

Сопротивление двухобмоточного трансформатора ГПП определяется, о.е.:

=10,5·1000/(100·6,3)=16,67. (4.14)

=14,7·1000/37²=10,74

Активное сопротивление кабельной линии,о.е.,

=3,1·0,175·(1000/10,5²)=0,4 (4.15)

Реактивное сопротивление кабельной линии, о.е.,

=0,122·0,175·(1000/10,5²)=0,016 (4.16)

 

Схема замещения	Расчетные данные для относительных единиц
	Сверхпереходная электродвижущая сила (э.д.с.) =1,0 Реактивное сопротивление энергосистемы 1/0,25
Реактивное сопротивление линии 2/0,91
= =37 кВ
Результирующее реактивное сопротивление трансформатора ГПП 3/16,67
= =10,5 кВ
Реактивное сопротивление кабельной линии 4/0,016
= =0,4 кВ

Рис. 4.2. Схема замещения для определения токов к. з. для подстанции.

 

4.2.1. Короткое замыкание в точке К1

Результирующее сопротивление участка сети от генератора к точке замыкания К1, о.е.,

=0,88

=0,91+0,25=1,16 (4.17)

Базовый ток участка сети к точке замыкания К1, кА

=1000/(1,73·37)=15,6 (4.18)

Начальное значение периодической составляющей тока к.з. в точке К1, кА,

=1·15,6/(0,88²+1,16²)^0,5=10,71. (4.19)

 

4.2.2. Короткое замыкание в точке К2

Результирующее сопротивление участка сети от генератора к точке замыкания К2, о. е.,

=0,88+10,74=11,62. (4.20)

=1,16+16,67=17,83. (4.21)

Базовый ток участка сети к точке замыкания К2, кА,

=1000/(1,73·10,5)=54,99.

Начальное значение периодической составляющей тока к.з. в точке К2, кА,

=1·54,99/(11,62²+17,83²)^0,5=2,58

 

4.2.3. Короткое замыкание в точке К3

Результирующее сопротивление участка сети от генератора к точке замыкания К3, о.е.,

=11,62+0,4=12,02 (4.22)

=17,83+0,016=17,846. (4.23)

Базовый ток участка сети к точке замыкания К3, кА,

=1000/(1,73·10,5)=54,99.

Начальное значение периодической составляющей тока к.з. в точке К3, кА,

=1·54,99/(12,02²+17,846²)^0,5=2,56