Теоретические сведения

СЕВАСТОПОЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Возобновляемые источники энергии

и электрические системы и сети»

ИНСТРУКТИВНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по проведению

ПРАКТИЧЕСКОГО ЗАНЯТИЯ №9

по дисциплине «Электроснабжение»

на тему:

«Определение сечения кабельной линии»

Севастополь

Практическое занятие №9

по дисциплине «Электроснабжение»

Тема: Определение сечения кабельной линии.

Цель: проверить и закрепить теоретические знания, полученные студентами, обучить их методам решения практических задач по определение сечения кабельной линии.

Теоретические сведения

Передача и распределение электроэнергии на напряжении 6 – 10 кВ осуществляется в тех случаях, когда предприятия расположены недалеко (1 – 3 км) от источника питания и имеют сравнительно небольшие электрические нагрузки. Система электроснабжения на напряжении 6 – 10 кВ таких предприятий включает в себя несколько составных элементов: питающую сеть 6 – 10 кВ, распределительный пункт и распределительную сеть того же напряжения с присоединенными к ней цеховыми трансформаторами. Вся сеть напряжением 6 – 10 кВ таких предприятий выполняется, как правило, кабелями. Их пропускная способность определяется несколькими расчетными критериями в зависимости от используемых схемных решений: экономической плотностью тока, нагревом тока нагрузки продолжительного, послеаварийного режимов и термической устойчивостью тока аварийного режима.

Сечение жил кабеля по экономической плотности тока определяется по выражению

где – расчетный ток линии в продолжительном режиме работы;

– экономическая плотность тока, принимаемая в зависимости

от числа часов использования максимальной нагрузки, рода изоляции и материала проводника [4] (табл. П19). По справочной литературе [4] (табл. П20) принимается ближайшее стандартное сечение и указывается допустимая токовая нагрузка.

Ток продолжительного режима работы линии

где – расчетная нагрузка линии с учетом потерь мощности в трансформаторах.

Сечение токоведущих жил кабеля по этому режиму определяется согласно условию

где – номинальный ток кабеля, принимаемый по табл. П20 и корректируемый с учетом условий прокладки соответствующими коэффициентами.

Послеаварийный режим может возникнуть в тех случаях, когда одна из линий, питающих электроустановку, отключается (при КЗ или ремонте), а оставшаяся в работе несет удвоенную нагрузку. Сечение жил кабеля для такого режима определяется по условию

где – ток нагрузки линии в послеаварийном режиме работы;

– коэффициент допустимой послеаварийной перегрузки, принимаемый из [4];

– номинальный ток выбранного кабеля.

Проверка кабелей на термическую устойчивость током КЗ производится с использованием выражения

где – тепловой импульс от тока короткого замыкания;

– расчетный коэффициент.

Величина теплового импульса

где – действующее значение установившегося тока КЗ в начале линии;

– время отключения КЗ;

– постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ, определяемая по выражению

где и – результирующие индуктивное и активное сопротивления короткозамкнутой цепи;

– угловая частота.

Из перечисленных критериев определяющим в конкретных условиях становится тот, который обусловливает наибольшее сечение жил кабеля.

Задачи

4.1. Определить сечение радиальных кабельных линий, проложенных в земляной траншее и питающих двухсекционный РП напряжением 10 кВ. Расчетная нагрузка присоединенных потребителей S _р = 8, 5 МВ⋅ А. Время использования максимальной нагрузки Т _м = 4000 ч, установившийся ток КЗ на шинах источника питания I _∞ = 9 кА, Т _а = 0, 01 с.

4.2. Две двухтрансформаторные ТП подключены к двойной сквозной магистрали. Номинальная мощность и коэффициент загрузки трансформаторов S _н = 1000 кВ⋅ А, k _з = 0, 7. Ток короткого замыкания на шинах РП напряжением 10 кВ, куда подключены магистрали, I _∞ = 5, 8 кА, Т _а = 0, 01 с, Т _м = 3500 ч. Выбрать кабели магистралей с учетом потерь в трансформаторах ТП.

4.3. Выбрать кабели радиальных линий напряжением 10 кВ, питающих двухтрансформаторную ТП мощностью 2х1600 кВ⋅ А и коэффициентом загрузки k _з = 0, 7. Ток КЗ на шинах РП, куда подключены линии, I _∞ = 6 кА, Т _а = 0, 01 с, Т _м = 3000 ч. Кабели будут проложены в земляной траншее.

4.4. Определить сечение кабельной линии напряжением 10 кВ, питающей по схеме одиночной магистрали три однотрансформаторные ТП с трансформаторами S _н = 630 кВ⋅ А, k _з = 0, 85. Ток КЗ на шинах РП, куда присоединена магистраль, для двух вариантов: а) I _∞ = 12 кА, б) I _∞ = 5, 5 кА. Для обоих вариантов Т _а = 0, 01 с, Т _м = 3000 ч.

Пример. Определить сечение кабельных линий, питающих односекционные РП-1 и РП-2 напряжением 10 кВ, а также кабельной перемычки между ними, обеспечивающей 20%-е резервирование нагрузки РП-2. Расчетная нагрузка присоединенных к РП потребителей: S _р1 = 2, 8 МВА, S _р2 = 3 МВА. На шинах источника питания I _∞ = 5, 3 кА, на шинах РП-1 I _∞ = 5, 2 кА; T _а = 0, 01 с; T _м = 3500 ч.

Решение. Определяются токи нагрузки обоих РП:

Выбираются сечения кабелей питающих РП по допустимому нагреву токами нагрузки согласно условию (4.3). Поскольку нагрузки обоих РП примерно одинаковы, то при прокладке в земле для них принимаются кабели ААШвУ-10(3х70), I _н = 165 А.

С учетом T _м = 3500 ч экономическая плотность тока j _э = 1, 4 А/мм².

Соответственно сечение кабелей:

Принимается стандартное сечение обеих кабельных линий F = 120 мм², (I _н = 240 А).

Токовая нагрузка послеаварийного режима при отключении линии, питающей РП-2,

В соответствии с (4.4) ток послеаварийного режима меньше, чем ток допустимой перегрузки кабеля, т.е.

Следовательно, сечение кабельной линии, выбранное по допустимому нагреву током нагрузки, является достаточным и в послеаварийном режиме.

Термически устойчивое сечение кабеля

где

Принимается стандартное сечение F = 70 мм². Поскольку условие экономической плотности тока обусловило самое большое сечение F = 120 мм², то оно и является определяющим для обеих линий, питающих РП-1 и РП-2.

Расчетный ток кабельной перемычки между РП-1 и РП-2

По допустимому нагреву током нагрузки согласно (4.3) принимается кабель ААШвУ-10(3х16), I _н = 70 А.

Термически устойчивое сечение кабельной перемычки

где

Принимается ближайшее стандартное сечение F _ту = 50 мм².

Таким образом, определяющим для кабельной перемычки является условие термической устойчивости к токам КЗ, по которому ее сечение принимается равным 50 мм².

Таблица индивидуальных заданий

Литература

1. Указания по расчету электрических нагрузок. РТМ. 18.32.4-92 // Инструктивные и информационные материалы по проектированию электроустановок. – М.: Тяжпромэлектропроект, 1992. – №7.

2. Справочник по проектированию электроснабжения / Под ред. Ю.Г. Барыбина и др. – М.: Энергоатомиздат, 1990.

3. Мукосеев Ю.Л. Электроснабжение промышленных предприятий. – М., 1973.

4. Правила устройства электроустановок. Изд. 6-е. – М.-Л.: Энергия, 2000.

5. Князевский Б.А. и Липкин Б.Ю. Электроснабжение промыш-ленных предприятий. – М.: Высшая школа, 1986.

6. Кнорринг Г.М. Осветительные установки. – Л.: Энергоиздат, 1981.

7. Кудрин Б.И., Прокопчик В.В. Электроснабжение промышленных предприятий.- Мн.: Вышэйшая школа, 1988.

8. Федоров А.А., Старкова Л.Е. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования. – М.: Энергоатомиздат, 1987.

9. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций. – М.: Энергоатомиздат, 1989.

10. Указания по проектированию установок компенсации реактивной мощности в электрических сетях общего назначения про-мышленных и приравненных к ним потребителей. РТМ.18.32.6-92 // Инструктивные и информационные материалы по проектированию электроустановок. – М.: Тяжпромэлектропроект, 1993. – №2.