Общая методика теплового расчета электрических сетей

Для внутренних силовых и осветительных сетей тепловой расчет является главным.

Цель расчета: выбрать сечение проводников по нагреву и допустимой потере напряжения, а также защиту их от токов короткого замыкания и перегрузки.

Такие расчеты необходимы для предупреждения опасного перегрева проводников, т.е. для создания условий пожарной безопасности и обеспечения электроприемников электроэнергией надлежащего качества.

Нормативные требования к внутрицеховым сетям напряжением до 1кВ приведены в разделе 3 [1].

Защите от токов короткого замыкания подлежат все осветительные и силовые сети в любых помещениях п. 3.1.8. [1],

Защите от токов перегрузки подлежат сети внутри помещений п.3.1.10 [1]:

- выполненные открыто проложенными проводниками с горючей наружной оболочкой или изоляцией;

- осветительные сети в жилых и общественных зданиях, в торговых помещениях; служебно-бытовых помещениях промышленных предприятий, включая сети для бытовых и переносных электроприемников (утюгов, чайников, плиток, комнатных холодильников, пылесосов, стиральных и швейных машин и т.п.), а также в пожароопасных зонах;

- силовые сети на промышленных предприятиях, в жилых и общественных зданиях, торговых помещениях - только в случаях, когда по условиям технологического процесса или по режиму работы сети может возникать длительная перегрузка проводников;

- сети всех видов во взрывоопасных зонах – согласно требованиям п.7.3.94 [1]. Во всех остальных случаях сети защищаются лишь от токов короткого замыкания.

При проектировании электрических сетей одновременно с выбором минимально допустимого сечения проводников выбирают номинальные параметры аппаратов защиты, так как эти выборы взаимосвязаны: результаты выбора аппаратов защиты могут вызвать необходимость корректировки сечения проводников.

Тепловой расчет рекомендуется проводить в следующей последовательности:

- расчет рабочих (номинальных) токов;

- выбор (экспертиза) проводников и способа прокладки;

- выбор (экспертиза) аппаратов защиты.

При расчете необходимо учитывать, что:

проводники с изоляцией, распространяющей горение (полиэтиленовой), запрещается применять в пожароопасных зонах;

проводники с алюминиевыми жилами запрещается применять во взрывоопасных зонах B-I и В-Ia, а незащищенные провода с алюминиевыми жилами в пожароопасных зонах следует прокладывать только в металлических трубах;

кабели, прокладываемые во взрывоопасных зонах любого класса, открыто не должны иметь наружных покровов и покрытий из горючих материалов (джут, битум и т.п.).

Способ прокладки выбирается в основном согласно таблиц т.2.1.2; 2.1.3; 7.3.14 и п. 7.4.39 [1].

Расчет сечения проводников по допустимой потере напряжения. Задачей расчета по допустимой потере напряжения (при известном сечении проводов) является определение фактической суммарной потери напряжения Σ Δ U_Ф в процентах, т.е. алгебраической разности входного и выходного напряжений, и сравнения ее с допустимым значением падения напряжения Δ U_доп в процентах. Это обеспечивает нормальное рабочее напряжение (в пределах допустимых отклонений) на зажимах электроприемников.

Для проверки заданного сечения проводников по условию:

Δ U_доп > Σ Δ U_фак

Необходимо с учетом внутреннего падения напряжения в питающем трансформаторе в зависимости от его полной мощности S_Т, коэффициента нагрузки К_ЗТ и коэффициента мощности cosj суммарной нагрузки по табл. 3.1 пособия (П14 [4]) определить допустимую потерю напряжения Δ U_доп для силовой и осветительной сети.

Определить фактическую суммарную потерю напряжения Σ Δ U_Ф,% на участках сети по формуле:

(3.1)

Фактическая потеря напряжения Δ U_Фп,% на отдельных участках сети определяется по формуле:

(3.2)

где - момент нагрузки на соответствующем участке сети, кВт·м;

Р_р - расчетная или рабочая мощность нагрузки в конце соответствующего участка сети, кВт,

l_n, - расстояние от начала рассматриваемого участка сети до нагрузки, м;

S_n - сечение фазного проводника этого участка сети, мм²,

C_n - коэффициент, учитывающий напряжение, систему питания и материал провода этого участка (табл. 3.2 пособия, табл. П13 [4]).

Суммарная потеря напряжения на всех участках сети:

(3.3)

Практические расчеты могут быть упрощены, если в сети нагрузка распределена равномерно, т.е.

Р₁=Р₂=....=Р_п=Р; S₁=S₂=...=S_n=S, l₁=l₂=... = l_n

В этом случае: (3.4)

где l_пр = l₁ + [a × (п-1)/2] - приведенная длина к середине сосредоточения отдельных нагрузок, м;

п - количество электроприемников.

На последнем этапе проверяется условие Δ U_доп ≥ Σ Δ U_фак и делается вывод о соответствие сечения проводников по допустимому падению напряжения.

Таблица 3.1 (П14 [4])

Допустимая потеря напряжения в осветительных и силовых электрических сетях

Мощность трансформатора, кВ∙ А	Коэффициент загрузки трансформатора	Коэффициент мощности суммарной нагрузки, cos j
1, 0	0, 9	0, 8	0, 7	0, 6
Допустимая потеря напряжения, Δ U%
160-250	1, 0 0, 9 0, 8 0, 7	8, 2 8, 4 8, 6 8, 8	6, 6 6, 9 7, 2 7, 5	6, 1 6, 5 6, 9 7, 3	5, 9 6, 3 6, 7 7, 1	5, 6 6, 0 6, 4 6, 8
	1, 0 0, 9 0, 8 0, 7	8, 6 8, 7 8, 8 8, 9	6, 8 7, 1 7, 4 7, 7	6, 3 6, 7 7, 1 7, 5	6, 0 6, 4 6, 8 7, 2	5, 7 6, 1 6, 5 6, 9
630-1000	1, 0 0, 9 0, 8 0, 7	8, 7 8, 8 8, 9 9, 0	6, 5 6, 8 7, 1 7, 4	5, 8 6, 2 6, 6 7, 0	5, 5 5, 9 6, 3 6, 7	5, 0 5, 5 6, 0 6, 5
	1, 0 0, 9 0, 8 0, 7	8, 9 9, 0 9, 1 9, 2	6, 7 7, 0 7, 3 7, 6	5, 9 6, 3 6, 7 7, 1	5, 5 5, 9 6, 3 6, 7	5, 1 5, 6 6, 1 6, 6

Таблица 3.2 (П13 [4])

Значения коэффициента С_n для определения (по упрощенной формуле) сечений проводников и потери напряжения в электропроводках

Напряжение, В	Система сети и род тока	Коэффициент С для проводов
медных	алюминиевых
	Трехфазная
380/220	Трехфазная с нулевым проводом
380/220	Двухфазная с нулевым проводом
	Двухпроводная переменного тока или постоянного тока.	12, 8	7, 7
220/127	Трехфазная с нулевым проводом	25, 6	15, 6
220/127	Двухфазная с нулевым проводом	11, 4	6, 9
	Двухпроводная переменного тока или постоянного тока	4, 3	2, 6
	Двухпроводная переменного тока или постоянного тока	3, 2	1, 4

3.4 Выбор (экспертиза) аппаратов защиты

Аппараты защиты должны удовлетворять следующим условиям:

а) не должны перегреваться сверх допустимых для них температур в условиях нормальной эксплуатации п.3.1.4 [1];

б) не должны отключать электроустановки при кратковременных перегрузках (пусковые токи, токи технологических нагрузок, токи при самозапуске и т.п.) п.3.1.4 [1];

в) должны отключать электроустановки при длительных перегрузках п.3.1.11 [1].

г) должны обеспечивать отключение аварийного участка при коротких замыканиях в конце защищаемой линии п.3.1.8 [1];

д) по своей отключающей способности (I_пр) аппараты защиты должны соответствовать токам короткого замыкания в начале защищаемого участка сети п.3.1.3 [1];

е) аппараты защиты должны соответствовать требованию селективности п.3.1.8 [1].

По рабочему току нагрузки I_р. выбираем (проверяем) аппарат защиты с возможно меньшими значениями номинальных параметров, удовлетворяющих условиям ТКП 121 [9]:

- при защите сети предохранителями:

I_н.пр.≥ I_р., (Б.1)

I_н.вст≥ I_р., (Б.2)

- при защитами автоматическим выключателем:

I_н.а.≥ I_p_. (Б.3)

I_{н.расц..} ≥ I_р (Б.4)

- при защите одиночного двигателя нерегулируемым тепловым реле магнитного пускателя:

I_н.р.≥ I_p_., (Б.5)

I_{н.нагр..} ≥ I_р (Б.6)

- при защите одиночного двигателя регулируемыми тепловыми реле магнитного пускателя:

I_н.р. ≥ I_р (Б.7)

I_о ≈ I_н (Б.8)

где I_н.пр,I_н.вст.,I_н.а.,I_{н.расц..} I_н.р.,I_н.нагр_.,- соответственно номинальные токи предохранителя, плавкой вставки, автомата, теплового или электромагнитного расцепителя автомата, теплового реле, нагревательного элемента, А;

I_о - ток нулевой уставки регулируемого реле (поводок регулятора установлен на 0), А.

Приближенное равенство (Б.8) означает, что выбирается нагревательный элемент с током нулевой уставки (I_о), с ближайшим большим или меньшим значением по отношению к току I_н, после чего реле необходимо отрегулировать так, чтобы выполнялось равенство: I_уст = I_н,

где I_уст- ток установки отрегулированного реле, А.

Проверку правильности выбора номинальных параметров аппаратов защиты на устойчивость их работы при возможных кратковременных перегрузках (пусковые токи и т.д.) необходимо проводить в соответствии с условиями:

- для предохранителей:

I_{н. вст.}≥ I_max /α, (Б.9)

- для автоматов с электромагнитным или комбинированным расцепителем:

I_{ср. эл. м.} ≥ K ∙ I_max (Б.10)

- для автоматов с тепловым расцепителем:

I_{ср. теп.} ≥ К ∙ I_р., (Б.11)

где I_max- наибольшая величина кратковременного тока перегрузки, А;

α - коэффициент зависящий от условий пуска и типа предохранителя, таблица 4.3 [2]:

- при защите электродвигателей с короткозамкнутым ротором и легком пуске (длительностью2-5 с) равным 2, 5,

-при тяжелом пуске (длительностью около 10 с) или для особо ответственных электродвигателей, ложное отключения которых недопустимо равных 1, 6,

К - коэффициент, учитывающий неточности в определении и разброс характеристик расцепителей автоматов (для большинства автоматов с тепловым, электромагнитным или комбинированным расцепителем принимается равным 1, 25, для автоматов А3110-1, 5) п. Б 2.2.3 [9].

Для одиночного двигателя:

I_max = I_пуск = К_п · I_н. (Б.12)

где I_пуск, К_п - соответственно пусковой ток и коэффициент пуска двигателя.

При защите одним аппаратом защиты нескольких двигателей величина I_max рассчитывается в зависимости от условий пуска (одновременный, поочередный пуск и т.д.), так при поочередном пуске электродвигателя:

I_max = К₀·∑ I_p₍_n_-1) + I_пуск = К₀·∑ I_н(_n_-1) · К_з+ К_n · I_н. (Б.13).

где ∑ I_{p( n-1)}и ∑ I_{н( n-1)} - соответственно сумма рабочих и номинальных токов всех электродвигателей без одного, имеющего наибольший пусковой ток;

I_пуск = К_п· I_н -пусковой ток электродвигателя, имеющего наибольшую его величину; К₀ и К_з - соответственно коэффициент одновременности и загрузки электродвигателя.

При одновременном пуске электродвигателей: I_max = ∑ К_н· I_н.

В осветительных сетях с лампами накаливания пусковые токи практически не отличаются от рабочих, поэтому проверка аппаратов защиты на устойчивую работу при кратковременных нагрузках в этих сетях не проводится.

При необходимости защиты сети от длительной перегрузки во взрывоопасных зонах согласно п.7.3.94 [1] аппараты защиты должны иметь, по отношению к длительно допустимым токовым нагрузкам (I_доп), следующие кратности:

v При защите сетей от перегрузок предохранителем или автоматом только с электромагнитным расцепителем:

§ для проводников с поливинилхлоридной, резиновой и аналогичной по тепловым характеристикам изоляцией

(Б.14) (Б.15)

§ для проводников, прокладываемых в невзрывоопасных производственных помещениях предприятий, а также для кабелей с бумажной изоляцией

(Б.16) (Б.17)

v При защите сетей от перегрузок автоматом, имеющим регулируемую токовую характеристику теплового расцепителя:

§ для проводников с поливинилхлоридной, резиновой и аналогичной по тепловым характеристикам изоляцией (Б.18)

где I - номинальный ток срабатывания теплового расцепителя автомата.

§ для проводников с бумажной изоляцией и изоляцией из вулканизованного полиэтилена (Б.19)

v При защите сетей от перегрузок автоматом, имеющим нерегулируемую токовую характеристику теплового расцепителя для проводников всех марок:

(Б.20)

Проверку надежности отключения аппаратом защиты аварийного участка при коротком замыкании в конце защищаемой линии необходимо проводить по следующим условиям:

§ - при защите сетей во взрывоопасных зонах

(Б.21) (Б.22) * (Б.23)

§ - при защите сетей в невзрывоопасных зонах

(Б.24) (Б.25) * (Б.26)

где - ток короткого замыкания в конце защищаемой линии.

*Примечание: Величину кратности 1, 25 следует принимать для автоматических выключателей с номинальным током более 100 А, а кратность 1, 4 - до 100 А.

Для автоматических выключателей с комбинированным расцепителем надежность отключения токов короткого замыкания считается удовлетворительной, если будет получена требуемая кратность для одного из расцепителей - электромагнитного или теплового.

При расчете токов короткого замыкания в конце защищаемой линии обычно рассматриваются одно-, двухфазные короткие замыкания соответственно для сетей с глухозаземленной и с изолированной нейтралью.

Приближенно величины токов КЗ могут быть вычислены по формулам (3.14) – (3.15), приведенным в [4].

По предельному току отключения (I_пр.), аппараты защиты проверяются (выбираются) таким образом, чтобы предельная отключающая способность аппаратов защиты была больше или равна наибольшему возможному току короткого замыкания в начале защищаемого участка сети, т.е.:

- для предохранителей I _{пр. пр.}≥ I _{к. з. (н),} (Б.27)

- для автоматов I _{пр. а.}≥ I _{к. з. (н),} (Б.28)

где I_пр. – предельная отключающая способность аппарата защиты, А.

При расчете токов короткого замыкания в начале защищаемой линии обычно рассматриваются однофазные и трехфазные токи короткого замыкания соответственно для однофазных и трехфазных сетей, независимо от режима нейтрали трансформатора.

Соблюдение селективности действия аппаратами защиты обеспечивается при выполнении следующих условий:

- при защите линии сети предохранителями (Б.29)

- при защите линии сети автоматами (Б.30)

где I_{н.вст.(1),}I_{н.вст.(2),} I_{н.расц.(1),} I_{н.расц.(2)}– номинальные токи плавких вставок и номинальные токи расцепителей автоматов первой и второй ступени соответственно.

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 Следующая ⇒