На главную

Статьи, публикации, архив номеров  

«     2018     2017  |   2016  |   2015  |   2014  |   2013  |   2012  |   2011  |   2010  |   2009  |   2008  |   »
«     Январь  |   Февраль  |   Март  |   Апрель  |   Май  |   Июнь  |   Июль  |   Август  |   Сентябрь  |   Октябрь  |   Ноябрь  |   Декабрь     »

Наука для практики

01.02.2010 Учет и влияние постоянной времени нагрева на выбор проводников в цеховых электросетях

 

Учет и влияние постоянной времени нагрева на выбор проводников в цеховых электросетях

 

К наиболее важным проблемам функционирования электроэнергетического хозяйства промышленных потребителей относятся выход из строя элементов электроснабжения и низкая их загрузка. Причем затраты на элементы электроснабжения часто недостаточно обоснованны. Одной из причин этого является недостаточно точное определение электрических нагрузок на данные элементы при их выборе. Поэтому учет дополнительных факторов, оказывающих влияние на формирование электрической нагрузки, является весьма актуальной задачей.

 

Известно, что выбор проводников, а также распределительных устройств в цеховых электрических сетях осуществляется, как правило, по условию нагрева. При этом длительно допустимый ток (Iд доп) не должен быть меньше расчетного тока группы электроприемников (IP).

Поскольку процесс нагрева токоведущих частей определяется не только величиной нагрузки, но и продолжительностью нагрева их до установившейся температуры, последнюю целесообразно учитывать при выборе элементов систем электроснабжения. На практике данным периодом является величина, равная утроенному значению постоянной времени нагрева (T0) токоведущих частей: Tукр = 3Т0.

Поэтому в большинстве случаев в сетях до 1 кВ в качестве такого периода принят 30-минутный интервал, что соответствует постоянной времени нагрева проводников сечением 25–50 мм2, наиболее часто используемых в практике проектирования.

При определении расчетной электрической нагрузки согласно методу упорядоченных диаграмм постоянная времени нагрева Т0 электрической сети учитывается в коэффициентах расчетной нагрузки КР, определяемых дифференцированно на каждом уровне системы электроснабжения [1]:

Т0 = 10 мин – для сетей напряжением до 1 кВ, питающих распределительные шинопроводы, пункты, сборки, щиты;

Т0 = 2,5 ч – для магистральных шинопроводов, вводно-распределительных устройств и цеховых трансформаторов;

Т0 ≥ 30 мин – для кабелей напряжением 6 кВ и выше, питающих цеховые трансформаторные подстанции и распределительные устройства.

Однако постоянная времени нагрева токоведущих элементов подчиняется более сложным законам: зависит от материала проводника, его сечения и способа прокладки и может изменяться от нескольких минут до нескольких часов.

Например, для проводов с алюминиевыми жилами и резиновой или ПВХ-изоляцией постоянная времени нагрева изменяется в зависимости от сечения и способа прокладки проводника, как показано в табл. 1 [3].

 

Таблица 1

Характеристики проводов с резиновой или ПВХ-изоляцией

Сечение, мм2

6

10

16

25

35

50

70

95

120

Постоянная времени нагрева, мин
Длительно допустимый ток, А при:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• открытой прокладке

3
39

4,2
60

5,5
75

7,2
105

9
130

12
165

15
210

18,4
255

21,4
295

• прокладке в трубе при количестве проводов, равном 4

6
30

9
39

12
55

17
70

19
85

23
120

27
140

32
175

26
200

 

Необходимо отметить, что при выборе токоведущих элементов без учета их реальной постоянной времени нагрева в области малых сечений значение нагрузки занижено, и, следовательно, имеет место повышенный износ проводников. В области больших сечений завышенное значение нагрузки приводит к увеличению затрат на токоведущие части систем электроснабжения.

Поясним данные положения на следующем примере.

Предположим, что, используя максимальную нагрузку (Imax), представленную на графике (рис. 1, Туст – установившаяся температура), выбран проводник сечением 35 мм2. Постоянная времени нагрева данного проводника Т0 = 9 мин (табл. 1). Это означает, что температура его нагрева станет приблизительно равной Туст через время 3Т0 = 27 мин. В результате период нагрева практически соответствует периоду усреднения графика нагрузки, равному 30 мин.

 

 

Представим, что, используя эту же усредненную за 30 мин максимальную нагрузку Imax, выбран проводник сечением 10 мм2. Постоянная времени его нагрева Т0 = 4,2 мин, поэтому период нагрева до установившейся температуры составит примерно 13 мин. Это означает, что для выбора такого проводника целесообразно использовать график с периодом усреднения 13 мин, т. е. практически в два раза меньшим, чем в первом случае.

В итоге могут иметь место занижение расчетной нагрузки (Imax < I’max, рис. 1 – пунктирная линия) и повышенный износ выбранного проводника.

Таким образом, расчетные нагрузки и выбранные по ним параметры элементов цехового электроснабжения целесообразно уточнять путем учета постоянных времени нагрева токоведущих частей [2].

Для решения данной задачи предлагается способ, основанный на следующем итерационном алгоритме.

1. По расчетному току IР исходя из условия нагрева по справочнику выбирается проводник сечением F(0), для которого определяется постоянная времени нагрева.

2. Пересчитывается коэффициент расчетной нагрузки КР с учетом полученной постоянной времени нагрева относительно начальной постоянной времени нагрева (Т0 (0) = 10 мин) по известной формуле:

 

 

3. Уточняется исходный расчетный ток по формуле:

 

 

4. По уточненному значению расчетного тока IР(i) исходя из условия нагрева выбирается проводник сечением F(i). Если выбранные сечения на текущей и предыдущей итерации не совпадают (например, при первой итерации F(0)F(i)), то расчет повторяют по п. 2–4 до тех пор, пока итерационный процесс не сойдется (F(– 1) = F(i)).

Алгоритм предполагает, что после нескольких итераций расчетная нагрузка группы электроприемников будет соответствовать длительно допустимому току проводника с его реальной постоянной времени нагрева Т0.

Необходимо отметить, что при некоторых исходных значениях расчетного тока (IР) и коэффициента расчетной нагрузки (KР) итерационный процесс не сходится. Например, необходимо выбрать провод с резиновой изоляцией при открытой прокладке в цеховой электрической сети, используя следующие результаты определения расчетной нагрузки при Т0 = = 10 мин: IР = 250 A, KР = 3.

По условию нагрева по справочнику принимаем провод сечением F = 95 мм2, Iд доп = 255 А, T= = 18,4 мин.

Пересчитываем коэффициент КР с учетом постоянной времени нагрева выбранного провода:

 

 

Уточняем исходный расчетный ток IР:

 

Используя уточненное значение расчетного тока IР(1), выбираем проводник сечением F(1) = 70 мм2; Iд доп = 210 А, T= 15 мин.

Поскольку F(1) F(0), расчет продолжаем:

 

 

 

Далее, на основе уточненного расчетного тока мы выбираем проводник F(2) = 95 мм2.

Дальнейшим расчетом можно убедиться, что выбираемое сечение с каждым шагом будет колебаться между значениями 70 и 95 мм2 и итерационный процесс сходиться не будет.

Был проведен анализ сходимости рассмотренного алгоритма для проводов с резиновой или ПВХ-изоляцией при открытой прокладке, результаты которого приведены на рис. 2 в виде номограммы.

 

 

На рис. 2 штриховкой обозначены области, в которых итерационный процесс не сходится. В этих случаях целесообразно принимать ближайшее большее стандартное сечение.

На основе описанного выше алгоритма разработаны наглядные графические номограммы. Они позволяют по заданным значениям коэффициента расчетной нагрузки КР и расчетному току IР определять сечение проводников с учетом постоянной времени их нагрева (рис. 3–6).

 

 

Например, при IР = 250 A, KР = 3 следует принять сечение проводника F = 95 мм2, а при IР = 52 A и <i>KР = 8 сечение проводника F = 16 мм2 (рис. 3).

Из полученных номограмм следует, что одному и тому же расчетному току могут соответствовать несколько значений сечений проводников в зависимости от значения коэффициента расчетной нагрузки.

Например, при прокладке в трубе четырех проводов с резиновой или ПВХ-изоляцией расчетному току IР = 200 А соответствует сечение 120 мм2 при КР = 1–1,4; сечение 95 мм2 – при КР = 1,4–4,35 и сечение 70 мм2 – при КР> 4,35. То есть при больших значениях коэффициента расчетной нагрузки в данном случае сечение можно уменьшить на две ступени. При открытой прокладке того же провода расчетному току IР = 58 А соответствует сечение 10 мм2 при КР = 1–1,1, сечение 16 мм2 – при КР = 1,1–5,5 и сечение 25 мм2 – при КР > 5,5. При больших значениях коэффициента расчетной нагрузки сечение необходимо увеличить на две ступени.

На основании алгоритма была разработана программа для выбора сечений проводников в цеховых электрических сетях с учетом постоянной времени нагрева токоведущих частей. Программа предусматривает возможность пополнения базы данных о токоведущих элементах электроснабжения, содержащих сведения о сечении проводника, постоянной времени нагрева и длительно допустимом токе.

На рис. 7 приведены диалоговые окна программы.

 

 

Разработанные номограммы и программа могут быть использованы проектными организациями при выборе проводников в цеховых электросетях.

Некоторые результаты выбора проводов с резиновой или ПВХ-изоляцией, проложенных в трубах, приведены в табл. 2 и 3.

 

Таблица 2

Результаты уточнения расчетной нагрузки в области малых сечений

Выбор проводников по условию нагрева

Расчетная нагрузка при Т0 = 10 мин

30 А

Коэффициент расчетной нагрузки

2

Выбранное сечение

6 мм2

Постоянная времени нагрева

6 мин

Длительно допустимый ток

30 А

Выбор проводников с учетом постоянной времени нагрева

Уточненное сечение

10 мм2

Длительно допустимый ток

39 А

Постоянная времени нагрева

9 мин

 

Таблица 3

Результаты уточнения расчетной нагрузки в области больших сечений

Выбор проводников по условию нагрева

Расчетная нагрузка при Т0 = 10 мин

186 А

Коэффициент расчетной нагрузки

2

Выбранное сечение

120 мм2

Постоянная времени нагрева

36 мин

Длительно допустимый ток

200 А

Выбор проводников с учетом постоянной времени нагрева

Уточненное сечение

95 мм2

Длительно допустимый ток

175 А

Постоянная времени нагрева

32 мин

 

Из полученных результатов видно, что в области малых сечений, как правило, требуется увеличение сечения проводника. Поэтому уточнение расчетной нагрузки и увеличение сечения позволяют повысить надежность электроснабжения. В области больших сечений и больших значений коэффициента расчетной нагрузки, наоборот, возможно уменьшение сечения проводника и, следовательно, затрат на электроснабжение.

Таким образом, при больших значениях КР выбор сечений по условию нагрева крайне целесообразно осуществлять с учетом реальной постоянной времени нагрева токоведущих элементов.

 

Юрий КОЛЕСНИК, кандидат технических наук, доцент, декан факультета повышения квалификации и переподготовки кадров Гомельского государственного технического университета им. П. Сухого,
Сергей ПРОХОРЕНКО, аспирант Гомельского государственного технического университета им. П. Сухого,
Александр ХАРКЕВИЧ, студент Гомельского государственного технического университета им. П. Сухого

 

ЛИТЕРАТУРА

 

1. Указания по расчету электрических нагрузок ВНИПИ ТЯЖПРОМЭЛЕКТРОПРОЕКТ, РТП 36.18.34.4-92.

2. Колесник Ю. Н., Смягликов Д. С. Способ учета постоянной времени нагрева при выборе проводников и их согласовании с защитным аппаратом // Вестник ГГТУ им. П. О. Сухого. – 2004. – № 3, 4.

3. Кудрин Б. И. Электроснабжение промышленных предприятий. – М.: Энергоатомиздат, 1995. – 416 с.

 

Контакты

Беларусь: 220121, г. Минск
а/я 72
Тел.: +375 (17) 385-94-44,
385-96-66

Факс: +375 (17) 392-33-33
Gsm: +375 (29) 385-96-66 (Vel)

Е-mail: energopress@energetika.by
E-mail отдела рекламы:
reklama@energetika.by

© ОДО Энергопресс, 2003—2009. Все права защищены.
Мониторинг состояния сайта
Создание сайта Атлант Телеком