Файл: Мукосеев Ю.Л. Электроснабжение промышленных предприятий учебник.pdf

Выбор трансформаторов и преобразователей произво­ дится по допустимому нагреву в заданном режиме нагрузки и по соответствующему номинальному напряжению. При этом проверяются уровни напряжения при различных ре­ жимах нагрузки и соответственно принимаются постоян­ ные ступени напряжения на ответвлениях трансформа­ торов или ступени регулирования напряжения на тран­ сформаторах, имеющих регулирование под нагрузкой. При наличии графика нагрузки мощность и число единиц трансформаторов и преобразователей подбираются таким образом, чтобы при указанном графике работа их была бы наиболее экономична и соответствовала минимуму при­ веденных затрат.

Следовательно, общими показателями для выбора трансформаторов и преобразователей являются: номиналь­ ное напряжение и требуемые уровни напряжения; дону-, стимый нагрев; экономическая нагрузка.

Провода, кабели и токопроводы также выбираются по этим показателям, но дополнительно проверяются на до­ пустимую потерю напряжения. При выборе проводов должны учитываться также регламентированные ПУЭ минимально допустимые сечения проводов с точки зрения их механической прочности.

В данной главе рассматриваются только вопросы, связанные с выбором элементов систем электроснабжения по первым трем показателям. Вопросы выбора проводни­ ков и аппаратов по условиям к. з., являющегося также обязательным, излагаются в курсе «Электрическая часть станций и подстанций» и здесь не затрагиваются.

Расчетной максимальной нагрузкой подопустимому нагреву называют условную нагрузку, выраженную в ам­ перах (Ім), киловаттах (Рм) или киловольт-амперах (5М), которая эквивалентна ожидаемой изменяющейся нагрузке по наиболее тяжелому тепловому действию (максимальной температуре или тепловому износу изоляции проводников,

обмоток трансформаторов и электромашин). В дальней­ шем будем называть ее расчетной нагрузкой.

При нагреве проводников различают три формулировки допустимой температуры жилы проводника:

^ж.н — длительно допустимый нагрев жил по нормам, °С (50—80 °С в зависимости от изоляции и напряжения);

'Ѳ'ж.п — кратковременно допустимый нагрев при пере­ грузках, °С (90—125 °С);

114

йжм — максимально допустимое превышение темпера­ туры жилы над температурой среды по нормам при токе к. з., °С (125—350 °С).

Если йор.н — температура среды, определяемая нор­ мами (25 °С при прокладке внутри помещений и 15°Спри прокладке в земле), то превышение температуры жил по нормам

Например, для кабеля с бумажной изоляцией напряже­ нием до 3 кВ, проложенного в земле, тн = 80 — 15 = 65 °С.

Для тока /, отличного от допустимого по нормам / я, превышение температуры жилы, °С,

Для среды с температурой, отличной от 15 и 25 °С (районы Крайнего Севера, вечной мерзлоты, тропики и т. и.), применяются поправочные коэффициенты для / д, приведенные в ПУЭ.

При включении и отключении нагрузки температура жилы йж за время t повышается или понижается по экспоненте

где Пуст — установившаяся температура, °С; Т — постоян­ ная времени нагрева, зависящая от размеров (сечения) проводника, материалов жил и изоляции, а также от спо­ собов прокладки, определяющих отвод тепла от провод­ ника. Для сечений 4—240 мм2 значения Т изменяются от 2,4 до 90 мин в зависимости от указанных парамет­ ров.

Старение изоляцци измеряют, в относительных едини­ цах, принимая за единицу износ при нормированной тем­ пературе жилы йж.н- Для определения износа при изме­ нении температуры жилы пользуются восьмиградусным правилом. Последнее состоит в том, что повышение йж на каждые 8 °С приводит к ускорению износа (старения) изоляции вдвое, и наоборот. Относительный износ изо­ ляции за время t с й( или xt составляет:

j j _£ (й; йж. н)__2 (xt тн)

115

I

При ступенчатом графике отдельные износы могут быть больше и меньше нормального, но общий износ должен быть и норме, т. о.

\ ' JJ-_IIih ~Ь И4г ~І~ • • ■~Ь Иnt» _ I

Пиковой нагрузкой называют кратковременную мак­ симальную нагрузку, создающую максимальную потерю напряжения в момент ее приложения, и колебания напря­ жения вследствие ее кратковременного характера. Кроме величины, выраженной в амперах (/ШІК), киловаттах (Ртт) или килоёольт-амперах (SBUK), пиковая нагрузка харак­ теризуется частотой появления, что связано ' с требо­ ваниями качества электроэнергии (см. § 12-1).

Экономическая нагрузка, выражаемая для проводни­ ков экономической плотностью тока / э (А/мм2), соответ­ ствует минимуму приведенных затрат. Соответствующее значение экономической величины тока для сечения s (мм3), выбранного по расчетному току / м (А),

h ~ J as.

Между этими тремя формулировками нагрузки суще­ ствует соотношение

Іа <1 1м ^ 1 пик-

Основным показателем для промышленных электросе­ тей напряжением до 1000 В и выше является допустимый нагрев, так как потери напряжения и электроэнергии не являются решающими факторами при правильно за­ проектированной современной схеме электроснабжения. При глубоком вводе высокого напряжения и подстанциях малой мощности большая часть сечений проводников на­ пряжением до 1000 В определяется по расчетной нагрузке. При заданных значениях расчетных нагрузок расчеты выполняются по общеизвестным формулам или готовым таблицам. Существуют поправочные коэффициенты к до­ пустимым нагрузкам проводов и кабелей для различных условий прокладки, температуры окружающей среды и т. п., которые позволяют определять допустимые на­ грузки с точностью до 1—2%, в то время как сама рас­ четная нагрузка может быть определена с гораздо мень­ шей степенью точности (10—15%).

116

Для лучшего использования электроустановок жела­ тельно определять нагрузки с наибольшей степенью точности. Б то же время эта степень точности имеет прак­ тический предел вследствие того, что сами элементы электроснабжения могут быть выбраны с определенными интервалами между стандартными величинами. Если рас­ четная нагрузка находится внутри этих интервалов, то во избежание перегрева, как правило, берется верхний предел.

Такими интервалами для проводов и кабелей являются шкалы допустимых токов нагрузки в амперах для стан­ дартных сечений (а не сами сечения), а для трансформа­ торов — их мощности в киловольт-амперах. Ступень нара­ стания шкалы допустимых токов для стандартных сечений кабелей и проводов с допустимой нагрузкой выше 100 А (нагрузка меньше 100 А в рассматриваемом вопросе не представляет интереса) для распространенных сечений Г)0—185 мм2 алюминиевых проводников равна 14—25%, или в среднем 20%.

Для трансформаторов проценх нарастания шкалы мощностей по ГОСТ 9680—61 составляет 56—60%. Следо­ вательно, величина интервала при выборе между двумя стандартными сечениями проводов и кабелей по допусти­ мому току составляет в среднем 20%, а между двумя транс­ форматорами 60%. Очевидно, степень точности расчета нагрузок, равная половине интервала, является вполне достаточной; стремление добиться более точных данных со степенью точности меньшей половины интервала, практически не меняет результата выбора стандартного сечения или трансформатора, а поэтому является неоправ­ данным. Кроме того, информация о технологических режимах электроприемников и расчетных коэффициентах часто бывает недостаточно точной и надежной. В целях унификации в настоящее время принята необходимая степень точности расчетов, равная ±10% [Л. 5-1].

Поскольку экономические нагрузки лежат всегда ниже максимально допустимых по нагреву, можно ограни­ читься указанными пределами точности расчетных нагру­ зок, учитывая, что расчетная нагрузка является лишь средством для выбора сечения проводников или мощности трансформатора.

Правильное определение расчетных нагрузок с ми­ нимальным запасом имеет большое народнохозяйствен­ ное значение, так как по этим нагрузкам определяются

117

основные параметры элементов электроснабжения: сече­ ния проводников, мощности трансформаторов и преоб­ разователей, необходимые напряжения для распределе­ ния энергии и т. д., а также капиталовложения в си­ стему электроснабжения предприятия, определяющую на длительный период его производственные возможности

ифондоотдачу.

Виностранной литературе опубликовано мало работ по расчетным нагрузкам, в то время как советскими уче­ ными и инженерами в этой области проделаны большие теоретические и экспериментальные работы, позволяющие избежать ошибок, имевших место ранее, и принимать наи­

более рациональные решения.

Проблема определения электрических нагрузок возни­ кает лишь при числе электроприемников более трех; при трех электроприемниках и менее расчетный ток І ы опре­ деляется как арифметическая сумма их номинальных то­ ков іцI, А.,

A i= Ai ~Ь hu ~Ь Аз-

Для электроприводов постоянного тока с индивидуаль­ ным преобразователем в качестве расчетного тока следует принимать номинальный ток трансформатора, мощность которого по условиям регулирования может превышать потребляемую двигателем мощность на 25—30% и выше.

При расчетах по мощности за расчетную Рм прини­ мается потребляемая активная мощность при номиналь­ ной нагрузке. Для электродвигателей номинальная (уста­ новленная) мощность является мощностью на валу, так что потребляемая будет больше на величину потерь:

Для прочих приемников электроэнергии (электропечи, сварочные машины, лампы) номинальная мощность сов­ падает с потребляемой, следовательно, расчетной при

Таким образом, для ответвлений от магистралей или распределительных шкафов к отдельным электроприем­

118

никам единственным параметром для расчета по нагреву, по принципу равнопрочности является их номинальный ток; в этих случаях нет надобности касаться в расчетах их к. п. д. и cos ф.

При числе электроприемников более трех, разнород­ ных по мощности и режиму работы, суммарная их на­ грузка образует некоторую переменную величину, кото­ рая может быть представлена в виде графика мощности или тока в функции времени, построенного по показа­ ниям приборов (обычно счетчиков, реже — самопишущих приборов).

На рис. 5-1 показан график переменной нагрузки группы двигателей металлорежущих станков, построен-

р,

Рис. 5-1. График нагрузки двигателейметалло­ режущих станков.

ный по показаниям счетчика через каждые 10 мин в те­ чение 8-часовой смены с часовым обеденным перерывом. На рис. 5-2 показан график резко переменной нагрузки электросварочных машин, снятый самопишущим ватт­ метром в течение 45 мин. Для электроприемников с рав­ номерной нагрузкой, например для текстильных машин, график нагрузки, как правило, получается близким к го­ ризонтальной линии.

Встречающиеся на практике промышленные графики нагрузок разнообразны, и вопрос определения расчетных нагрузок для групп электроприемников в общем случае является достаточно сложным. В настоящее время имеется несколько методов, позволяющих производить подобные расчеты для ожидаемых нагрузок вновь проектируемых установок.

В графике нагрузок наиболее интересным является максимум, который определяет нагрев проектируемого

119