Электроснабжение железнодорожного предприятия (применение аутсорсинга в электроснабжении нетяговых потребителей)

PМ = 0,75 · PН; QМ = PН.

Например, таким путём можно определить максимальную нагрузку для ЭП питаемых от СП-9.

В цехе подъёмного ремонта при подъёме кузова локомотива электродомкраты включаются по четыре одновременно, следовательно из можно считать групповым приводом с приведённой мощностью PН. MAX = 15,0 кВт (ЭП №77, ЭП № 78, ЭП № 85, ЭП № 86).

Минимальным групповым ЭП можно считать два привода открывания двери с PН MIN = 2,2 кВт (ЭП №76, ЭП №84), следовательно m = 6,8. По формуле [1.8]

nЭ = 2 · 51,6/15,0 = 6,6, принимаем nЭ = 6 шт.

Однако, поскольку для данной группы очень малый КИ = 0,05 для ЭП с переменным графиком нагрузки

PМ = 0,75 · 51,6 = 38,7 кВт; QМ = 38,7 кВ·Ар.

Для ЭП с постоянным графиком нагрузки

PМ = 0,9 · 9,0 = 8,1 кВт; QМ = 0,75 · 8,1 = 6,1 кВ·Ар.

Подсчитываем итог по силовым нагрузкам, складывая итоги соответствующих граф для электроприёмников повторно-кратковременного и длительного режимов (n, PН, PСМ, QСМ, PМ, QМ).

Реактивные нагрузки емкостного характера учитываются со знаком «минус» /2/.

Для группы питаемой от СП-12

УPМ = 29,3+ 39,0 = 68,3 кВт; УQМ = 19,5 + 14,5 = 34,0 кВ·Ар.

Для выбора силового шкафа питающего группу, подсчитаем среднюю мощность SСМ за максимально загруженную смену, кВ·А

SСМ =. [1.10]

Для группы питаемой от СП-12 без учета компенсации реактивных нагрузок

SСМ = 63,2 кВ·А.

Выбор сечения проводников питающей линии подсчитывается по значению получасовой максимальной нагрузки

SМ = 75,2 кВ·А.

При напряжении питания UН =0,38 кВ определим максимальный ток питающей линии, А

IМ =. [1.11]

Для СП-12 максимальный ток определится

IМ = = 114,0 А.

Результаты расчета нагрузок приведены в таблице 1.1.

Для выбора мощности трансформаторов деповской понижающей подстанции и питающих её кабельных высоковольтных линии необходимо провести расчёт нагрузок в масштабе всего депо. Для этого необходимо снова произвести расчёт средних и максимальных нагрузок одинакового режима работы /2/. Обобщённые результаты расчёта всех нагрузок цехов и отделов приведены в таблице 1.2.

При расчёте электрических нагрузок необходимо учесть следующее:

- электрооборудование с резко-переменным графиком нагрузки и создающие большие пусковые токи и снижения напряжения выделяется из группы и должно обеспечиваться электропитанием по отдельным кабельным линиям непосредственно от главного распределительного щита (ГРШ) подстанции;

- электрооборудование, включаемое для производства временных и ремонтных работ, а также резервное оборудование, не учитывается при расчёте нагрузок /2/.

Отдельными линиями от ГРШ получают питание щиты управления общего и аварийного освещения

Отдельными кабельными линиями необходимо обеспечить электроснабжение мостовых кранов (ЭП №51, ЭП №53, ), стенда для обкатки колёсных пар (ЭП №20), колёсно токарных станков (ЭП №45, ЭП № 62), генератора токов высокой частоты (ЭП №56), компрессоров (ЭП № 99 и №108), стенда для испытания двигателей (ЭП №136). В качестве резервного оборудования можно учесть один из компрессоров, поскольку они работают попеременно.

При большом числе разнообразных электроприёмников можно прибегнуть к упрощённому определению максимальных нагрузок по формуле [1.9]. По результатам таблицы 1.2 определяем, что в депо с переменным графиком нагрузки работают 149 единиц оборудования с суммарной номинальной приведённой мощностью РН = 832,2 кВт и средней нагрузкой за максимально нагруженную смену РСМ = 218,1 кВт. По формуле [1.5] определим групповой коэффициент использования

КИ = 218,1/832,2 = 0,26.

Определяем, что наиболее мощным ЭП с переменным графиком нагрузки является Стенд для испытания двигателе1 дизель-поездов (ЭП №136) и по формуле [1.8] определим эффективное число электроприёмников, шт

nЭ = 2 · 832,2/190,0 = 8,8 шт.

По кривым в справочнике /3/ находим величину коэффициента максимума активной мощности Км в зависимости от величины группового Ки и эффективного числа группы nЭ По кривым определяем, для этих условий коэффициент максимума равен: КМ = 1,85..

При наличии в депо электроприемников с переменными и с постоянными графиками нагрузок, расчетная мощность нагрузки определяется, в этом случае, отдельно для каждой группы, а суммарная расчетная нагрузка по питающей подстанции в целом, как сумма максимальных нагрузок. По формуле [1.10] определяем максимальную активную и реактивную мощность за наиболее загруженную смену группы электроприемников с переменным графиком нагрузки

РМ = 1,85 · 218,1 = 403,4 кВт;

при nЭ < 10

QМ = 1,1 · 247,4 = 272,1 кВ·Ар.

Сложив нагрузки всех электроприёмников депо, по формуле [1.10] определяем полную мощность за максимально загруженную смену

УРСМ = 528,2 кВт; УQСМ = 547,9 кВ·Ар.

SСМ = 761,0 кВ·А.

Далее необходимо участь, что от подстанции депо питаются два посторонних потребителя, пост электрической централизации на 120 стрелок, и станция перекачки мазута. С учётом их заявленной мощности мощность нагрузок питающей подстанции депо определится

УРСМ = 650,6 кВт; УQСМ = 625,8 кВ·Ар; SСМ = 895,8 кВ·А.

На основании мощности за максимально загруженную смену производится выбор компенсирующего устройства, тип мощность понижающих силовых трансформаторов.

Определяем максимальную мощность нагрузок подстанции депо

УРМ = 874,2 кВт; УQМ = 640,5 кВ·Ар.

SМ = 1083,7 кВ·А.

Для выбора сечения проводников питающих тоководов по формуле [1.11] определим ток максимальной нагрузки депо для низковольтной питающей сети, и данные занесём в таблицу 1.2

IМ = = 1647,0 А.

1.2 Расчёт электрической сети и выбор оборудования

Предприятия крупных железнодорожных узлов имеют различные категории по надёжности электроснабжения. Для выполнения условий по электроснабжению первой категории необходимо иметь два независимых источника электроснабжения. Согласно ПУЭ /4/ в качестве независимых источников электроснабжения допускается считать две секции шин одной подстанции при выполнении следующих условий:

- каждая из секций шин питается от независимых источников;

- секции или системы шин не связаны между собой или имеют связь, автоматически отключающуюся при нарушении нормальной работы на одной из секций шин.

Источником питания электрических нагрузок железнодорожного узла является центральная понизительная подстанция (ЦРП) находящаяся на балансе эксплуатационной ответственности дистанции электроснабжения. ЦРП получает от энергосистемы электроэнергию по двум воздушным линиям на напряжении 110 кВ. На этой подстанции установлены два трёхобмоточных понижающих трансформатора с расщеплёнными обмотками со вторичным напряжением по 6 кВ. Трансформаторы с двумя вторичными обмотками на одинаковое напряжение необходимы для снижения тока короткого замыкания /3/. Обе вторичные обмотки имеют напряжение опыта короткого замыкания ек = 10,5 % /5/. Системы шин на напряжении 110 кВ и 6 кВ секционированы. При этом на напряжении 6 кВ секционированы системы шин от каждой вторичной обмотки.

От ЦРП электрическая энергии на напряжении 6 кВ передаётся другим подстанциям железнодорожного узла и далее по кольцевой или радиальной схеме нескольким железнодорожным понизительным подстанциям среди которых есть потребители разных категорий надёжности электроснабжения. Нагрузки первой категории находятся на вокзале, дистанции сигнализации и связи (дом связи, пост электрической централизации) и др.

На ЦРП системы шин питаются от различных трансформаторов и независимы друг от друга. Для питания электрических нагрузок узла от каждой системы шин к железнодорожным подстанциям проложены кабельные и воздушные линии с рабочим напряжением 6 кВ. Схема электроснабжения предприятий железнодорожного узла строится на основе следующих принципов.

Первый принцип заключается в максимальном приближении источников высокого напряжения к электроустановкам потребителей. Благодаря этому снижаются потери электроэнергии, за счёт сокращения длины низковольтных магистральных токопроводов уменьшается расход цветных металлов на прокладку кабелей и проводов,.

Второй принцип состоит в отказе от «холодного резерва». Число специальных резервных, нормально не работающих линий и трансформаторов должно быть сведено к минимуму.

Третьим принципом является глубокое секционирование всех звеньев системы электроснабжения. На секционных аппаратах рекомендуется предусматривать системы автоматического включения резерва (АВР).

Четвёртым принципом является выбор режима работы элементов системы электроснабжения. Основным является режим раздельной работы, поскольку при этом существенно упрощается схема коммутации сети и уменьшается ток короткого замыкания. Благодаря раздельной работе на большинстве подстанций можно установить только разъединитель или выключатель нагрузки.

Понижающая подстанция, питающая данное депо включена в кольцевую схему железнодорожного узла и получает питание на напряжении 6 кВ по двум кабельным линиям.

Первый питающий фидер подстанции выполнен кабелем 6 кВ марки ААШВ 3Ч120, длина 0,90 км. На первой секции шин установлен понижающий трансформатор типа ТМ-630/6/0,4.

Второй питающий фидер подстанции выполнен кабелем 6 кВ марки АСБ 3Ч70, длина 0,70 км. Понижающий трансформатор второй секции шин типа ТМ-320/6/0,4. Системы шин высокого и низкого напряжения секционированы.

Подстанции депо (ТП Депо) имеет следующие посторонние низковольтные потребители: пост электрической централизации (ЭЦ) на 120 стрелок, заявленная мощность Р = 72,4 кВт, cos ц = 0,85 и станцию перекачки мазута, заявленная мощность Р = 50,0 кВт, cos ц = 0,85.

Также от первой секции шин 6 кВ подстанции депо отходит кабельная линия для питания комплектной трансформаторной подстанции (КТП) дистанции пути.

В распределительном устройстве высокого напряжения на существующей ТП Депо установлены комплектные камеры типа КСО 366. Приходящие и отходящие высоковольтные фидеры оснащены масляными выключателями типа ВМГ-10 выработавшими нормативный ресурс. При реконструкции данной подстанции необходимо:

- определить необходимость увеличения мощности или замены силовых понижающих трансформаторов;

- в высоковольтных камерах заменить масляные выключатели на вакуумные стационарного исполнения;

- оснастить распределительное устройство низкого напряжения современными типами панелей с новой коммутационной и защитной аппаратурой.

Трансформаторы питающей подстанции выбирается по условиям окружающей среды. Номинальная мощность трансформатора должна соответствовать средней нагрузке за максимально загруженную смену. Для потребителей первой категории нагрузка трансформатора должна быть не более 70% от номинальной мощности, для второй категории до 80%, третьей до 90% /4/.

При выборе числа и мощности силовых трансформаторов для понизительных подстанций важным критерием является надёжность электроснабжения. Для сокращения складского резерва и возможности взаимозамены следует стремиться выбирать не более двух или трёх стандартных мощностей трансформаторов. Высоковольтное и низковольтное распределительные устройства подстанции депо нуждаются в реконструкции.

Понижающие подстанции оснащается типовыми шкафами и ячейкам и на стороне высшего напряжения 6 кВ для защиты силового трансформатора может иметь предохранитель или выключатель нагрузки, а на стороне низшего напряжения - щит, состоящий из металлических шкафов с автоматическими выключателями (АВ, АВМ, АЕ) или блоками предохранитель - выключатель. Подстанция должна иметь каналы для подвода и вывода кабелей и проводов.

Двухтрансформаторные подстанции позволяют реализовать гибкую и надёжную схему взаимного резервирования и наиболее целесообразны. Обеспечение потребной мощности может быть достигнуто с учётом допустимой перегрузки трансформаторов на время послеаварийного режима.

Проведём сравнение вариантов выбора трансформаторов.

Суммарная рассчитанная мощность нагрузки наиболее нагруженной смены депо составляет: SСМ = 895,8 кВ·А. В настоящее время на ТП-Депо установлены трансформаторы с суммарной номинальной мощностью SН.Т = 950 кВ·А. следовательно, нагрузка за максимально нагруженную смену для них составляет 94,3 %, что превышает норму для потребителей третьей категории. Также трансформатор типа ТМ-320/6/0,4 находится в эксплуатации более 40 лет, выработал нормативный ресурс и по техническому состоянию нуждается в замене. При реконструкции ТП Депо трансформатор типа ТМ-320/6/0,4 может быть заменён на :

- трансформатор типа ТМ-400/6/0,4 мощностью 400 кВ·А;

- трансформаторами типа ТМ-630/6/0,4 мощностью 630 кВ·А.

В первом случае рассчитанная нагрузка потребителей за максимально загруженную смену составит 87,0 % от мощности трансформаторов типа ТМ-630/6/0,4 и ТМ-400/6/0,4 соответствует нормам для потребителей третьей категории.

Во втором случае рассчитанная нагрузка потребителей за максимально загруженную смену составит 71,1% от мощности двух трансформаторов типа ТМ-630/6/0,4. Поскольку среди нагрузок от ТП Депо имеется потребитель первой категории (пост ЭЦ), а также в связи с тем, что энерговооружённость депо и электропотребление будет всё более возрастать, принимаем решение об установке второго трансформатора типа ТМ-630/6/0,4. Схема трансформаторной понижающей подстанции питания депо приведена на рисунке 1.2.

Понижающая подстанция, питающая нагрузки депо расположена на расстоянии 0,1 км от основного корпуса депо. Питание групп электроприёмников производится низковольтными кабельными линиями. Существующая низковольтная кабельная сеть выработала нормативный срок эксплуатации и требует замены.

Цеховые сети распределения электроэнергии должны:

- обеспечивать необходимую надежность электроснабжения приемников электроэнергии в зависимости от их категории;

- быть удобными и безопасными в эксплуатации;

- иметь оптимальные технико-экономические показатели (минимум приведенных затрат);

- иметь конструктивное исполнение, обеспечивающее применение индустриальных и скоростных методов монтажа.

Необходимо определить наиболее рациональную схему построения низковольтной сети и выбрать места для установки силовых пунктов и распределительных щитов низкого напряжения. С этой целью необходимо определить центры нагрузок групп электроприёмников.

Для определения места установки распределительных устройств высокого или низкого напряжения на предприятии (станции) выявляются сосредоточенные нагрузки и определяются центры тяжести групп распределённых нагрузок. Если нагрузки сосредоточены (цех, депо) то объект может иметь один источник питания (понизительную подстанцию), который наиболее целесообразно располагать в центре электрических нагрузок.

При построении сети необходимо сопоставить как материальные затраты на устройство высоковольтной или низковольтной сети, так и надёжность электроснабжения и заданное качество электроэнергии у потребителей. Низковольтные кабельные (а особенно воздушные) линии длиной более 150…200 м значительно увеличивают входное сопротивление питающей сети у потребителей. Это приводит к потерям электроэнергии, снижению напряжения в конце линии и уменьшению надёжности срабатывания защит от сверхтока /3/.

Намечаются места подстанций и производится распределение нагрузок между ними с учётом тяготеющих к ним разбросанных нагрузок При определении центров распределения нагрузок необходимо учесть информацию о местах скопления нагрузок, места возможного расположения источников питания, наличие существующих высоковольтных линий, величину и характер нагрузок. Возможные центры распределения нагрузок должны быть максимально удалены друг от друга и приближены к наиболее крупным электроприёмникам.

При определении центров нагрузок низковольтной сети на схематический генплан предприятия (цеха) наносится картограмма нагрузок /2/. План предприятия необходимо поместить в прямоугольную систему координат с осями Х и Y. При этом каждый электроприёмник (или распределительный шкаф) с нагрузкой Pi, будет иметь координаты Xi, Yi. При таком способе можно по аналогии с центром тяжести материальных точек определить центр электрических нагрузок группы электроприемников или всего предприятия, координаты которого (X0, Y0) могут определиться по формуле

, , [1.12]

гдеPi - мощность электроприёмника, кВт;

Xi, Yi - координаты электроприёмника, м.

Далее центры нагрузок групп ЭП определяются по формуле [1.12] и в масштабе цеха, разбивая электроприёмники на группы, можно определить координаты возможных центров групп и принять решение о местах установки распределительных шкафов. На основании выбора места расположения КТП и конфигурации кратчайшей сети выбирается трасса и схема прокладки кабелей. Подстанция и цеховые силовые шкафы должны быть приближены к колоннам и стенам цеха как естественным опорам для выходящих и подходящих к ним участков сети.

Например, по формуле [1.12] определим координаты центра тяжести группы из девяти ЭП, питаемой от распределительного шкафа СП-11. Координаты ЭП по осям Х и Y примем в метрах. Схема предприятия с координатами ЭП приведена на рисунке 1.3. Координаты группы из четырёх электродомкратов можно принять в геометрическом центре их установки.

=

= 73,2 м.

=

= 36,8 м.

В некоторых случаях возле определённого центра нагрузок оказывается движущееся оборудование, технологический проход и т.д. в таком случае силовой пункт необходимо располагать на ближайшем удобном участке площади депо. Для выбора места расположения силового шкафа питания группы нагрузок СП-11 выберем точку с координатами ХСП-11 = 73,0 м и YСП-11 = 37,0 м возле стены здания в помещении цеха подъёмного ремонта. Центр нагрузок оказывается удалён от силового пункта СП-11 на 1,0 м. Подобным образом определим координаты других групп ЭП и распределительных шкафов депо и данные занесём в таблицу 1.3.

С учётом расчётов выполненными студенткой Свиридовой Е.И. по максимальной мощности групп электроприёмников и определим координаты центра тяжести всех нагрузок депо, который оказался в точке с координатами:

ХД = 50,5 м и YД =37,5 м.

Для уменьшения потерь электроэнергии в низковольтной сети питающая подстанция должна быть максимально приближена к центру нагрузок, однако для удешевления проекта при реконструкции системы электроснабжения сохраним существующую подстанцию в отдельном кирпичном строении и расположенную на расстоянии 0,1 км от ввода низковольтных кабелей в помещения депо со стороны кернового отделения. Следовательно, место расположения ТП Депо смещено от центра нагрузок депо на 138,0 м.

Таблица 1.3 - Координаты центра нагрузок и места установки силовых пунктов групп электроприёмников, в метрах

Схема магистральной низковольтной сети приведена на рисунке 1.3.

Ввод питающей сети на ТП Депо выполнен на напряжении 6 кВ. В зависимости от типа линии и класса напряжения сечение проводников питающей сети выбирается в соответствие с ПУЭ /4/ по допустимому длительному току и проверяется по:

- динамическому и термическому действию токов короткого замыкания;

- допустимой экономической плотности тока по формуле

, [1.13]

где SПР - площадь поперечного сечения фазной жилы проводника, мм2;

IM - ток в час максимума, А;

JЭК - нормированное значение экономической плотности тока, А/мм2.

Поведём выбор проводников высоковольтных кабельных линий питающих ТП Депо. Максимальная мощность нагрузки депо согласно данных расчёта в таблице 1.2 составляет: SМ = 1083,7 кВ·А. Максимальный ток при напряжении сети 0,4 кВ составляет: IM = 1647 А. по формуле [1.11] для питающей сети с напряжением 6 кВ - IM = 104 А.

При односменной работе предприятия и числе использования максимума нагрузки до 3000 час. в год экономическая плотность тока для высоковольтных проводов с изоляцией из полиэтилена и алюминиевыми жилами составляет:

JЭК = 1,6 А/мм2 /4/.

Следовательно, сечение провода кабельной линии питания предприятия должно быть:

SКЛ ? 104,0/1,6 ? 65,0 мм2.

Сечение жил кабеля основного питания марки ААШВ 3Ч120, трёхжильного алюминиевого кабеля в алюминиевой оболочке составляет 120 мм2, а кабеля для резервного питания марки ААБ 3Ч70, трёхжильного алюминиевого кабеля в свинцовой оболочке и с бумажной изоляцией - 70 мм2. Следовательно, существующие высоковольтные кабели позволяют выполнить электроснабжение ТП Депо в соответствие с действующими нормативами. При этом по кабелю основного питания имеется запас для транзита электроэнергии на КТП питания дистанции пути.

Сечения проводников высоковольтной сети и питающих группы низковольтных электроприемников, выбираем по длительно - допустимому току /4/ исходя из условия

IРАСЧ ? IДЛ. ДОП., [1.14]

где IРАСЧ - расчетный ток, А;

IДЛ. ДОП - длительно - допустимый ток по нагреву для проводника, А.

Рисунок 1.2 - Схема деповской понижающей подстанции

Рисунок 1.3 - Схема деповской низковольтной распределительной сети

Например, в вынужденных режимах электроснабжения кабель марки ААБ 3Ч70 позволяет пропускать длительно-допустимый ток до IДЛ. ДОП = 175 А.

Низковольтные сети выполняются по системе TN-C-S четырёхжильными кабелями, проложенными в коробах и кабельных каналах. При прокладке нескольких кабелей в расчёт вводятся коэффициенты согласно ПУЭ /4/. Например, для четырёхжильных кабелей вводится коэффициент 0,92 по сравнению с длительно допустимым током для трёхжильных.

Например, максимальный ток СП-11 составляет IМ = 61 А. Следовательно, при прокладке по помещениям цехов в воздухе на желобах и по кабельной каналам можно выбрать кабель типа АВВГ 4Ч25 с алюминиевыми жилами и длительно допустимым током 69 А.

Данные по магистральной питающей сети приведены в таблице 1.4.

Таблица 1.4 - Кабели питающей низковольтной сети

Распределительная низковольтная сеть состоит из присоединений отдельных электроприемников к силовым пунктам (СП).

Она выполняется в виде электропроводок в пластмассовых или тонкостенных водо- газопроводных стальных трубах изолированными одножильными проводами или четырёхжильными кабелями /3/.

Расчетные токи для различных электроприемников определяются в зависимости от типа оборудования.

Для сварочных трансформаторов

. [1.15]

Для электрических приемников повторно - кратковременного режима сечение питающих проводов должно выбираться по ПУЭ /4/. Если в результате выбора сечение алюминиевых проводов получается S ? 10 мм2, то провод выбирают по номинальному току электроприемника, IРАСЧ = IПАСП и к ПВ = 100% не приводится, а если S ? 16 мм2 то расчетный ток определяется по формуле, А

. [1.16]

Этим учитывается тепловая инерция проводников больших сечений.

Для приводов с асинхронными двигателями номинальный ток определится, А

[1.17]

Например, для приводов колёсно-токарных станков питаемых отдельными линиями прямо от шин 0,4 кВ КТП с рН = 80, 0 кВт IН = 160 А. Следовательно необходимо выбрать кабель с сечением фазных алюминиевых жил 120 мм2 и нулевой жилой 70 мм2 имеющий IДЛ. ДОП 184 А. Для пресса в электромашинном отделениис рН = 3, 0 кВт IН = 6 А. Следовательно необходимо выбрать четырехжильный алюминиевых провод марки АПРТО с сечением жил по 2,5 мм2 и имеющий IДЛ. ДОП = 19 А /4/.

Расчет и выбор силовых распределительных шкафов проводится по среднему току групп электроприёмников /3/. Выбираются типовые конструкции выпускаемые в настоящее время промышленностью.

Основными потребителями электрической энергии на предприятиях обычно являются асинхронные электродвигатели и трансформаторы. В некоторых режимах они потребляют значительную реактивную мощность. Для компенсации реактивной мощности могут применяться компенсирующие устройства: батареи статических конденсаторов, синхронные компенсаторы, синхронные двигатели.

Конденсаторные батареи могут использоваться практически в любом диапазоне мощностей. Преимуществом конденсаторной установки является простота, небольшая стоимость, малые удельные собственные потери активной мощности, отсутствие движущихся частей. К недостаткам относятся невозможность плавного регулирования реактивной мощности, пожароопасность, наличие остаточного заряда.

Выбор мощности конденсаторных батарей осуществляют по расчетам электрических нагрузок подстанции и заданному входному tg цВХ, с помощью которого определяется входная мощность, компенсацию которой берет на себя энергетическая система. Из расчета электрических нагрузок определяется средняя активная мощность за наиболее загруженную смену PСМ и вычисляется реактивная мощность QК , кВ·А р которую необходимо компенсировать по формуле

QК =PСМ ( tg ц -- tg ц вх ). [1.18]

где tg ц - фактическое значение коэффициента мощности предприятия;

tg ц вх = 0,33, нормированное значение коэффицинта мощности.

Для выбора мощности конденсаторной батареи на ТП Депо QК определяем PСМ из расчета нагрузок (таблица 1.2). На данном уровне распределения электроэнергии (цеховая подстанция) в проекте tg цВХ = 0.33.

QК = 650,6 (615,8/650,6 - 0.33) = 401,1 кВ·А р.

В качестве компенсирующего устройства в распределительном устройстве низкого напряжения выбираем ближайшую по мощности автоматическую низковольтную конденсаторную установку типа УКЛН - 0.38 - 400 - 50 У3 /3/.

1.3 Расчёт сверхтоков и выбор защитной аппаратуры

Основной причиной нарушений нормального режима работы системы электроснабжения является возникновение коротких замыканий (КЗ) в сети или в элементах электрооборудования вследствие повреждения изоляции или неправильных действий обслуживающего персонала. Для снижения ущерба, обусловленного выходом из строя электрооборудования при протекании токов КЗ, а также для быстрого восстановления нормального режима работы системы электроснабжения необходимо правильно определять токи КЗ и по ним выбирать электрооборудование, защитную аппаратуру и средства ограничения сверхтоков.

При возникновении КЗ имеет место увеличение токов в фазах системы электроснабжения или электроустановок по сравнению с их значением в нормальном режиме работы. В свою очередь, это вызывает снижение напряжений в системе, которое особенно велико вблизи места КЗ.

В трехфазной сети различают следующие виды КЗ: трехфазные, двухфазные, однофазные и двойные замыкания на землю.

Трехфазные КЗ являются симметричными, так как в этом случае все фазы находятся в одинаковых условиях. Все остальные виды КЗ являются несимметричными, поскольку при каждом их них фазы находятся не в одинаковых условиях и значения токов и напряжений в той или иной мере искажаются.

Наиболее распространенным видом КЗ являются однофазные КЗ в сетях с глухо- и эффективно заземленной нейтралью. Значительно реже возникают двойные замыкания на землю, т. е. одновременное замыкание на землю разных фаз в различных точках сети, работающей с изолированной нейтралью.

Расчетным видом КЗ для выбора или проверки параметров электрооборудования обычно считают трехфазное КЗ. Однако для выбора или проверки уставок релейной защиты и автоматики требуется определение и несимметричных токов КЗ /3/.

При проверке электрических аппаратов и жестких проводников (вместе с относящимися к ним поддерживающими и опорными конструкциями) на электродинамическую стойкость расчетным видом является трехфазное КЗ.

При проверке гибких проводников на электродинамическую стойкость (тяжение, опасное сближение и схлестывание проводников) расчетным видом КЗ является двухфазное КЗ.

При проверке проводников и электрических аппаратов на термическую стойкость расчетным видом в общем случае является трехфазное КЗ.

При проверке электрических аппаратов на коммутационную способность расчетным видом КЗ может быть трехфазное или однофазное КЗ в зависимости от того, при каком виде ток имеет наибольшее значение.

Расчет токов КЗ с учетом действительных характеристик и действительных режимов работы всех элементов системы электроснабжения сложен. Поэтому для решения большинства практических задач вводят допущения, которые не дают существенных погрешностей:

- не учитывается сдвиг по фазе ЭДС различных источников питания, входящих в расчетную схему;

- трехфазная сеть принимается симметричной;

- не учитываются токи нагрузки;

- не учитываются емкости, а следовательно, и емкостные токи в воздушной и кабельной сетях;

- не учитывается насыщение магнитных систем, что позволяет считать постоянными и не зависящими от тока индуктивные сопротивления всех элементов короткозамкнутой цепи;

- не учитываются токи намагничивания трансформаторов /3/.

В зависимости от назначения расчета токов КЗ выбирают расчетную схему сети, определяют вид КЗ, местоположение точек КЗ на схеме и сопротивления элементов схемы замещения. Выбор расчетных схем различных электроустановок производят путем анализа возможных схем этих электроустановок при различных режимах их работы, включая ремонтные и послеаварийные режимы, за исключением схем при переключениях.

Для расчета тока КЗ на основании схемы электроснабжения предприятия приведённой на рисунке 1.2 составляется эквивалентная схема замещения электроснабжения депо. На рисунке 1.4 приведены расчётная схема цепи КЗ (а), схема замещения цепи КЗ-1 (б) и эквивалентные схемы замещения цепи КЗ-12 (в) и КЗ-2 (г).

Рисунок 1.4 - Схемы для расчета сверхтока при КЗ

Для выбора параметров и характеристик оборудования и уставок токовых защит необходимо определить ток КЗ в различных точках сети.

Локомотивное депо получает основное питание по высоковольтной кабельной линии 6 кВ длиной 0,9 км и выполненной кабелем марки ААШВ 3Ч120 с сечением алюминиевых жил по 120 мм2.

Расчет тока КЗ удобнее вести в именованных единицах, так как сопротивление большей части элементов цепи собственных нужд (шин, кабелей, переходных сопротивлений) задается в каталогах в Омах. Сопротивления всех элементов схемы замещения приводятся к среднему номинальному напряжению ступени КЗ UСН, которое на 5% больше номинального /3/.

Индуктивное сопротивление системы определяется из предшествующих расчетов результирующих сопротивлений всех условно объединенных источников до шин подстанции, или же вычисляется по мощность КЗ на шинах подстанции. Складываются соответствующие составляющие, определяется результирующие сопротивления цепи КЗ

.[1.19]

где r - активное, x - реактивное и z - полное сопротивления, Ом

Для упрощения расчёта активные сопротивления цепи учитываются, если они более чем на 10% влияют на конечный результат /3/. Следующим упрощением является то, что полные сопротивления цепи КЗ складываются арифметически, а не геометрически. При этом преимущественно активное сопротивление воздушных и кабельных линий арифметически складывается с преимущественно индуктивным сопротивлением трансформаторов.

Действующее значение периодической составляющей тока трёхфазного КЗ IКЗ определится, кА

, [1.20]

гдеUCH - среднее номинальное напряжение, кВ;

Z? - суммарное сопротивление цепи КЗ, Ом.

Определяется ударный ток в цепи iУ возникающий через 10 мс после образования КЗ, А

. [1.21]

Для электроустановок высокого напряжения ударный коэффициент с достаточной для практики точностью можно принять равным КУ = 1,8, а для электроустановок низкого напряжения КУ = 1,2 /3/.

Для силового трансформатора полное сопротивление определится, Ом

,[1.22]

гдеUК - напряжение опыта КЗ трансформатора, %;

ST - номинальная мощность трансформатора, кВ·А.

Погонное индуктивное и активное сопротивления кабелей и воздушных линий возьмём в справочниках /3/. Суммарное полное сопротивление питающей линии составит, Ом

ZWL = z0 · l. [1.23]

Для определения сопротивления цепи КЗ на другой ступени напряжения необходимо пересчитать полученные величины по формуле

ZНН = ZВН/КТР 2 [1.24]

где КТР - коэффициент трансформации. Ток двухфазного КЗ определится, А:

IКЗ (2) = IКЗ · 0,867. [1.25]

Каждое присоединение должно быть обеспечено коммутационной и защитной аппаратурой. Аппараты защиты следует устанавливать, как правило, в местах сети, где сечение проводника уменьшается (по направлению к месту потребления электроэнергии) или где это необходимо для обеспечения чувствительности и селективности защиты. Аппараты защиты должны устанавливаться непосредственно в местах присоединения защищаемых проводников к питающей линии /4/.