МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
УРАЛЬСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
по дисциплине «Электроснабжение»
Электроснабжение и электрообслуживаниеузловой распределительной подстанции
КП.140613.24.05.01.11 ПЗ
Выполнил: АбибуллаевА. И.
Проверил: Сафина И. Б
2011г.
Содержание
Введение
1. Расчет электрических нагрузок
2. Компенсация реактивной мощности
3. Выбор мощности силовых трансформаторов
4. Описание ТП
5. Распределение электроэнергии внутри объекта
6. Технико-экономическое сравнение вариантов
7. Расчет токов короткого замыкания на примере ТСН-1
8. Проверка элементов цеховой сети наустойчивость к токам КЗ
9. Выбор коммутационно-защитной аппаратуры
10. Описание или расчет защитногозаземления
Литература
Введение
В настоящее время нельзя представить жизнь и деятельность современногочеловека без применения электричества. Электричество уже давно и прочно вошло вовсе отрасли народного хозяйства и в быт людей. Основное достоинство электрическойэнергии — относительная простота производства, передачи, дробления и преобразования.
В системе электроснабжения (ЭСН) объектов можно выделить тривида электроустановок:
1) по производству электроэнергии — электрические станции;
2) по передаче, преобразованию и распределению электрическойэнергии — электрические сети и подстанции;
3) по потреблению электрической энергии в производственных ибытовых нуждах — приемники электроэнергии.
Учитывая специфику важнейших отраслей промышленности нашего края,я решил выбрать темой для своего курсового проекта ЭСН узловой распределительнойподстанции (УРП). В связи с интенсивным освоением нефтяных и газовых месторожденийв нашем округе, возникает все большая потребность в качественном электроснабженииголовных компрессорных и нефтеперерабатывающих станций. На компрессорных станцияхмагистральных газопроводов с электрическим приводом центробежных нагнетателей, установленнаямощность электроприемников достигает 100 МВт и более. Головные насосные перекачивающиестанции магистральных нефтепроводов имеют установленную мощность приемников до 40-60МВт.
Для питания таких мощных промышленных установок сооружают главныепонизительные подстанции и узловые распределительные подстанции на напряжение 110или 220 кВ. Поэтому, я считаю необходимым наличие знаний о конструкции и принципеработы данных объектов. А выполнение курсового проекта позволит мне систематизировать,закрепить и углубить полученные теоретические знания по выбранной теме.
УРП предназначенадля связи напряжений трех классов: 220, 110 и 10кВ. На шинах высокого напряженияУРП осуществляется связь отдельных частей энергосистемы или связь двух энергосистем,поэтому, к этим схемам предъявляют повышенные требования в отношении надежности.
К шинам 220 кВ. являющимися обычно узловой точкой энергосистемы,подключены без выключателей автотрансформаторы. В цепи каждой линии два выключателя.При повреждении автотрансформатора АТ1 отключаются все выключатели присоединенныек секции шин 1СШ, работа линий 220 кВ. при этом не нарушается. После отключенияАТ1 со всех сторон, разъединитель Р1 может быть отключен, после чего включениемвсех выключателей 1СШ восстанавливается схема со стороны высшего напряжения. Аналогичныйпроцесс происходит при повреждении АТ2, только в этом случае отключаются выключателиприсоединенные к 2СШ.
Оборудование подстанции состоит из трансформаторов и автотрансформаторов,распределительных устройств высокого и низкого напряжения с коммутационными аппаратамии сборными шинами, а также из устройств контроля и управления — измерительных приборов,устройств защиты и автоматики. В подстанции установлены автотрансформаторы типаАТДЦТН-125000/220/110/20. На стороне высокого напряжения установлено по 4 выключателяВН типа У-220, на стороне среднего напряжения по 4 выключателя СН типа У-110, настороне низкого напряжения по 12 шкафов типа КРУ-10. Автотрансформаторы и открытыераспределительные устройства (ОРУ-220 и ОРУ-110) размещены на открытой площадке,а шкафы в здании ЗРУ-10.
Установленные в РУ коммутационные аппараты и устройства служатдля эксплуатационных включений и отключений основного оборудования подстанций, линий,трансформаторов и автотрансформаторов, для их автоматического отключения при чрезмерныхнагрузках, при КЗ, а также для их отсоединения от сборных шин или от сети при ремонтах.УРП обслуживается и имеет объединенный пункт управления с дежурным персоналом. Кромеэтого предусмотрены производственные, служебные, вспомогательные и бытовые помещения.Потребители собственных нужд получают электроэнергию от трансформаторов собственныхнужд и по надежности ЭСН относятся к 1-й категории электроприемников.
Исходные данные:
Краткая характеристика УРП и потребителей ЭЭ.
Узловая распределительная подстанция (УРП) предназначена длясвязи напряжений трех классов: 220, 110 и 10кВ. Она состоит из двух автотрансформаторовтипа АТДЦТН — 125000/220/110/10. На стороне высокого напряжения (ВН) установленопо четыре выключателя ВН типа
У-220, на стороне среднего напряжения (СН) по 5 выключателейСН типа
У-110, на стороне низкого напряжения (НН) по 12 шкафов типа КРУ-10.
Автотрансформаторы, открытые распределительные устройства (ОРУ-220и ОРУ-110) размещены на открытой площадке, а шкафы в здании ЗРУ-10.
УРП обслуживается и имеет объеденный пункт управления (ОПУ) сдежурным персоналом. Кроме этого предусмотрены производственные, служебные, вспомогательныеи бытовые помещения.
Потребители собственных нужд (СН) получают ЭСН от трансформаторовсобственных нужд (ТСН) и по надежности ЭСН относятся к 1 категории.
Количество рабочих смен — 3. Грунт в районе цеха — супесь с температурой+ 12 градусов Цельсия. Территория УРП имеет ограждение из блоков – секций длиной8 и 6 метров каждый.
Размеры цеха А × В = 48 × 30 метра. Все помещения закрытого типа и имеют высоту 3,6 метров.
Перечень ЭО УРП дан в таблице № 1.
электроснабжение узловая распределительная подстанция
Мощность электропотребления (Р эп) указана для одного электроприемника.
Расположение основного ЭО показано на плане (рис №1).
Перечень ЭО узловой распределительной подстанции.
Таблица №1. № на плане Наименование ЭО Р эп, кВ Примечание 1 2 3 4 1.,2 Трансформаторы собственных нужд Выбрать 3.,4 Компрессорные установки 20 5.,6 Зарядно-подзарядные агрегаты АБ типа ВАЗП 23 7.,8 Синхронные компенсаторы 70 9., 10 Электронагреватели для выключателей и приводов типа У — 220, У — 110 219,2 11 Электронагреватель шкафов КРУ-10 24 12., 13 Электронагреватели трансформаторного масла 75 14., 15 Насосы систем охлаждения АТ 29,6 16 Отопление, вентиляция и освещение ЗРУ-10 6 17 Отопление, вентиляция и освещение ОПУ 8 18., 19 Наружное освещение ОРУ-220, ОРУ-110 5
Таблица №2. № Наименование РП и ЭП n Рном кВт ∑Рном кВт Ки cosφ tgφ Рср кВт Qср кВар Т-1 1 Копресорные установки 1 20 20 0,85 0,8 0,75 17 12,75 2 Зарядно-подзарядные агрегаты типа ВАЗП 1 23 23 0,4 1 9,2 9,2 3 Синхронные компенсаторы 1 70 70 0,85 0,88 0,56 59,5 33,32 4 Электронагреватели для выключателей и приводов типа У-220, У-110 1 219,2 219,2 0.6 1 131,52 5 Электронагреватель шкафов КРУ-10 1 24 24 0,6 1 14,4 6 Электронагреватели трансформаторного масла 1 75 75 0,6 1 45 7 Насосы систем охлаждения АТ 1 29,6 29,6 0,85 0,8 0,75 25,16 18,87 итого 7 460,8 0,6 301,78 74,14 Т-2 1 Копрессорные установки 1 20 20 0,85 0,8 0,75 17 12,75 2 Зарядно-подзарядные агрегаты типа ВАЗП 1 23 23 0,4 1 9,2 9,2 3 Синхронные компенсаторы 1 70 70 0,85 0,88 0,56 59,5 33,32 4 Электронагреватели для выключателей и приводов типа У-220, У-110 1 219,2 219,2 0,6 1 131,52 5 Электронагреватели трансформаторного масла 1 75 75 0,6 1 45 6 Насосы систем охлаждения АТ 1 29,6 29,6 0,85 0,8 0,75 25,16 18,87 7 Отопление, вентиляция и освещение ЗРУ-10 1 6 6 0,7 0,8 0,75 4,2 3,15 8 Отопление, вентиляция и освещение ОПУ 1 8 8 0,7 0,8 0,75 5,6 4,2 9 Наружное освещение ОРУ-220, ОРУ-110 2 5 10 0,5 1 5 итого 10 460,8 0,6 302,18 81,49 Т-1 1 Копрессорные установки 2 Зарядно-подзарядные агрегаты типа ВАЗП 3 Синхронные компенсаторы 4 Электронагреватели для выключателей и приводов типа У-220, У-110 5 Электронагреватель шкафов КРУ-10 6 Электронагреватели трансформаторного масла 7 Насосы систем охлаждения АТ итого 11 4,2 1,46 1,1 440,59 81,6 448,07 658,92 Т-2 1 Копрессорные установки 2 Зарядно-подзарядные агрегаты типа ВАЗП 3 Синхронные компенсаторы 4 Электронагреватели для выключателей и приводов типа У-220, У-110 5 Электронагреватели трансформаторного масла 6 Насосы систем охлаждения АТ 7 Отопление, вентиляция и освещение ЗРУ-10 8 Отопление, вентиляция и освещение ОПУ 9 Наружное освещение ОРУ-220, ОРУ-110 итого 44 4,2 1,46 1 441,18 81,5 448,64 659,76
1. Расчет электрических нагрузок
Расчет электрических нагрузок производится методом упорядоченныхдиаграмм.
Метод упорядоченных диаграмм является основным при расчете нагрузок.Применение его возможно, если известны единичные мощности электроприемников, ихколичество и технологическое назначение.
Метод упорядоченных диаграмм, рекомендованный Руководящими указаниямипо определению электрических нагрузок промышленных предприятий, относится к числуметодов, использующих математические методы теории вероятностей. Для метода упорядоченныхдиаграмм характерно установление приближенной связи расчетной нагрузки Рр с показателямирежима работы электроприемников.
Метод упорядоченных диаграмм позволяет наиболее точно и сравнительнобыстро рассчитывать нагрузки.
Расчетные кривые метода упорядоченных диаграмм. Метод упорядоченныхдиаграмм исходит из характеристик индивидуальных графиков нагрузки.
Пример расчета производится по Т-1.
Расчет производится на примере компрессорной установки
Произвести расчет суммарной мощности этой группы.
∑P ном.= n × Рном., ∑P ном. = 1× 20 = 20 кВт.
Производится расчет средней активной мощности этой группы
Рср. = Ки × Рном., Рср. = 0,85 × 20 = 17 кВт.
Производится расчет средней реактивной мощности этой группы.
Qср. = tg φ ×Рср.
Qср. = 0,75 × 20 = 12,75 кВар.
Аналогично производятся расчеты для остальных групп, электроприемниковданного Т-1, данные заносятся в таблицу №2.
Производятся суммирование некоторых величин.
V – Суммирование,W — Вычисление
Производится расчет Ки этого Т-1
Ки />гр. эп. = />/> Ки гр. эп. = /> = 0,6
Определить эффективное число ЭП.
n ≥ 5 Kи ≥ 0,2 m 3,n эф. = />/>
Определить показатель узловой связи этого Т-1.
m = /> m = />
Определяем n эффективное
n эф. = />
Определить активный коэффициент максимума.
Kmax = 1,46 т.к n = 4,2 Ки = 0,6
Cогласно таблице № 2.3 стр.26.В. П ШеховцовРасчет и проектирование схем электроснабжения.
Определить реактивный коэффициент максимума.
Kmax реакт. =1.1 если n эф.
Kmax реакт. =1 если n эф. ≥ 10
Определить значение активной максимальной мощности.
Р max = K max акт. ×∑ Р ср.
Р max = 1,46× 301,78 = 440,59 кВт.
Определить значениереактивной максимальной мощности.
Qmax = Kmax реак. × ∑ Q ср.
Qmax = 1,1 ×74,14 = 81,55 кВар.
Определяем полную максимальную мощность данного Т-1.
Smax = />
Smax = />= 448,07 кВт·А
Определить значение тока подводимого к данному Т-1.
І max = /> І max = />=658,92 А
Аналогично производится расчет для остальных Т-2.
Производится расчет для всей подстанции, данные заносятся в таблицу№22. Компенсация реактивной мощности
Реактивная мощность не преобразуется в другие виды мощности,не совершает работу и поэтому называется мощностью условно. Реактивная мощностьидет на создание магнитных и электрических полей. Основными потребителями реактивноймощности являются асинхронные двигатели, трансформаторы, сварочные аппараты. Передачабольших потоков реактивной мощности по элементам сети приводит к большим токовымнагрузкам, и как следствие, к увлечению затрат на сооружение сети, повышенным потерямактивной мощности. Недостаток реактивной мощности в системе влечет за собой снижениенапряжения электрических сетей и у потребителей. Поэтому генерируемая реактивнаямощность должна быть равна потребляемой. Для этого применяют компенсирующие устройства.На предприятиях для компенсации реактивной мощности применяют синхронные двигатели,силовые конденсаторы.
Производится расчетреактивной мощности.
Q ку расч. =£ × Рср (tg φ подст. — tg φ норм.)
Где £ — это коэффициент, учитывающий естественные мероприятияпо повышению cos φ
£ = 0,95
tg φ подст. = /> tg φ норм.= 0,33
Так как тангенс фи подстанции, меньше тангенса фи нормированного,компенсация реактивной мощности не требуется.3. Выбор мощности силовых трансформаторов
Для двух трансформаторной подстанции выбираем режим работы трансформаторнойподстанции.
Нормальным называется режим работы трансформатора, прикотором его параметры отклоняются от номинальных в пределах, допустимых стандартами,техническими условиями и другими нормативными документами.
При нагрузке, не превышающей номинальную, допускается продолжительнаяработа трансформатора при повышении напряжения на любом ответвлении любойобмотки на 10% сверх номинального напряжения данного ответвления. При этом напряжениена любой обмотке не должно быть выше наибольшего рабочего напряжения Uраб.max, определяемого надежностью работы изоляции и нормируемого ГОСТ 721-77 в следующихпределах от номинального напряжения электрической сети Uном:
/>
Производится расчет мощности силового трансформатора.
Sрасч. тр. = /> Sрасч.тр. = />·A
/>
/>·A
Выбираем трансформатор с ближайшей номинальной мощностью.
Тип ТСЗ 400/10 ВН 10 НН 0,4
Рх. х = 1300 Рк. з = 5400 Uк % — 5,5Іх. х% = 3
Производится проверка трансформаторов по коэффициентам загрузки.
Кз. норм. = /> Кз.норм. =/>
Кз. ав. = /> ≤1,4 Кз. ав. =/>
Паспортные данные трансформатора записываются.
Тип ТСЗ 400/10 ВН 10 НН 0,4
Рх. х = 1300 Рк. з = 5400 Uк % — 5,5Іх. х% = 3
Определить потери мощности в трансформаторах.
∆ Sтр. = (∆Рх. х + К2знорм × ∆Рк. з) + ј
/>
∆ Sтр. = />ј />
= />· А
Производим расчет потерь мощности на ТП.
∆Sтп. = 2 × ∆Ртр. +ј 2 × ∆Qтр.
∆Sтп. = 2 × 4,75 + ј 2×26,08 = /> кВт·А
Определяется расчетная мощность ТП.
Sрасч. тп. = (Р max + ∆Ртп) + ј (Qmax + ∆Qтп)
Sрасч. тп. =/>·А
Определить сечение высоковольтной кабельной линии по экономическойплотности тока.
Fсеч. вл. = />/>
/> />
Jэк. — экономическая плотность тока. Jэк. = 1,4
Согласно таблице10.1. стр.548 учебное пособие «Электрическая часть электростанций и подстанций»Б. И Неклепаев., И. П Крючков.
Fсеч. вл. = />
Согласно таблице 7.35. стр.428 учебное пособие «Электрическаячасть электростанций и подстанций» Б. И Неклепаев., И. П Крючков.
Выбираем кабель марки АС сечением 50 мм/>.
4. Описание ТП
Трехфазные сухие защищенные трансформаторы серии ТСЗ предназначеныдля понижения напряжения трехфазного переменного тока у потребителей. Трансформаторыимеют высокую надежность, не требуют затрат на обслуживание, экономичны и простыв эксплуатации. Трансформаторы ТСЗ защищенного исполнения (степень защиты IP21).
Преимущества трансформаторов ТСЗ простота и высокий уровеньбезопасности при монтаже. Обладают компактными размерами. Пригодны для районов срезко континентальным климатом. Трансформаторы с обмотками класса изоляции F могутработать в сетях, подверженных грозовым и коммутационным перенапряжениям. Пригодныдля условий повышенной влажности и загрязненности. Имеют пониженный уровень шумаи высокую стойкость к механическим воздействиям, возникающим в режиме короткогозамыкания. Выдерживают длительные тепловые нагрузки. Экологически безопасны дляокружающей среды, обладают исключительными противопожарными свойствами, что позволяетустанавливать в местах с повышенными требованиями к охране окружающей среды и безопасности(жилые и общественные здания, спортивные сооружения, метро, шахты, промышленныепредприятия), высокая динамическая стойкость обмоток к токам КЗ, низкий уровеньчастичных разрядов, малошумность, малые габариты.
5. Распределение электроэнергии внутри объекта
Наметка вариантов схем внутреннего электроснабжения.
Радиальная схема.
/>
Достоинства и Недостатки.
Достоинством радиальной схемы является их высокая надежность,так как авария на одной линии не влияет на работу ЭП, подключенных к другой линии.
Недостатками радиальных схем являются, малая экономичность, связанныхс использованием большого количества проводникового материала, труб, распределительныхшкафов. Большое число защитной и коммутационной аппаратуры. Ограниченная гибкостьсети при перемещении ЭП, вызванных изменением технологического процесса. Невысокаястепень индустриализации монтажа.
Электрические расчеты для радиальной схемы.
Сечение линии выбираем по допустимому току нагрева. Расчет производитсяна примере Т-1.
Согласно таблице 7.10 стр.401 учебное пособие «Электрическаячасть электростанций и подстанций» Б.И. Неклепаев., И.П. Крючков.
Берем два кабеля сечением 120 мм/>, четырехжильный,медь.
Fсеч. = 120×2 мм/>/>
/>
/>
/>
/>
Аналогично рассчитываем Т-2.
Производится расчет потерь мощности в данной линии Т-1.
∆ Р = 3 × I/>max × R ×10/>кВт.
где, R — сопротивление линии.
∆ Р = (3 × 329/>
Рассчитать сопротивление в линии Т-1.
R = R/>ℓ,Ом., />, Ом.
где, γ — удельная проводимость жилы для меди γ = 50÷ 55 См. F — сечение кабеля.
/> Ом.
R = 0,16 ×0,04 = 0,006 Ом. — для одного кабеля.
Определить потери напряжения в линии.
/>
/> - для одного кабеля.
Аналогично производится расчет для Т-2, данные заносятся в таблицу№3.названиелинии Iнагр. А тип и сечение линии Iдоп. А ℓ R Ом/км R Ом/км
∆Р
кВт ∆U %
C тыс.
руб.
С тыс.
руб Т-1 658,92 120×4 2кабеля 355 2×50 0,16 0,006 3,8 0,70% 160000 16000 Т-2 659,76 120×4 2кабеля 355 2×50 0,16 0,006 3,8 0,70% 160000 16000 итого 200 0,16 0,006 7,6 0,70% 32000 6. Технико-экономическое сравнение вариантов
Стоимость кабельныхлиний для выбранных сечений определить по прайс-листу.
Величина С0- стоимость кабельной линии (тыс. руб. за 1км.). С/>= 160 000 руб. за 1км. Определитьстоимость линий от ТСН — 1 до Т-1.
С = С/>× ℓ × 2 = 160 ×50 × 2 = 16 000 руб.
Аналогично рассчитываем стоимость линии от ТСН — 2 до Т-2./>/>/>7. Расчет токов короткого замыканияна примере ТСН-1
Рассчитать токи (КЗ) это значить:
по расчетной схеме составить схему замещения, и выбрать точкиКЗ.
рассчитать сопротивления.
определить в каждой выбранной точке 3 — фазные, 2 — фазные, 1- фазные точки КЗ, заполнить " Сводную ведомость токов КЗ".
Схема замещения представляет собой вариант расчетной схемы, вкоторой все элементы заменены сопротивлениями, а магнитные связи электрическими.Точки КЗ выбираются на ступенях распределения и конечном источнике. Точки КЗ нумеруютсясверху вниз, и начиная от источника.
/>
Рассчитать сопротивления.
Кабельная линия КЛ — 1.
R/>= 0,625 мОм/мX/>0,085мОм/м
Rкл. — 1 = R/>× ℓ Rкл. — 1 = 0,625 × 55 = 34,37 мОм
Xкл. — 1 = X/>× ℓ Xкл. — 1 = 0,085× 55 = 4,67 мОм
где, ℓ — длина линии
Для трансформаторов по таблице 1.9.1 В.П. Шеховцов стр.61.
«Расчет и проектирование схем электроснабжения».
Rтр. = 5,5 мОм Xтр.= 17,1 мОм. Z/>
Для автоматов по таблице 1.9.3 В.П. Шеховцов стр.61.
«Расчет и проектирование схем электроснабжения».
R ав.1= 11,2мОм. X ав.1 = 0,13 мОм.
R ав.2= 0,15мОм. X ав.2 = 0,17 мОм.
Для кабельных линий по таблице 1.9.5 В.П. Шеховцов стр.62.
«Расчет и проектирование схем электроснабжения».
КЛ — 2:
R/>= 0,154 мОмX/>0,08 мОм.
Так как в схеме два параллельных кабеля, то
R/>= />
Rкл. — 2 = R/>× ℓ Rкл. — 2 = 0,077 × 50 = 3,85 мОм
Xкл. — 2 = X/>× ℓ Xкл. — 2 = 0,08 × 50 = 4 мОм.
КЛ — 2:
Выберем кабель для подключения электронагревателей для выключателейи приводов типа У — 220, У — 110. Кабель выбирается по допустимому току нагрева.
I нагр. ≤I/>доп.
I нагр. = /> где, n- количество кабелей.
I нагр. = />
Согласно таблице 7.10 стр.401 учебное пособие «Электрическаячасть электростанций и подстанций» Б. И Неклепаев., И. П Крючков.
Выбираем кабель сечением:
F = 120мм/>I доп. = 350 А. />
где, Kt — поправочный коэффициент натоки для кабелей в зависимости от температуры земли и воздуха.
Кn — поправочный коэффициент на количествоработающих кабелей, лежащих рядом в земле.
Согласно таблице 21.2 стр.482 учебное пособие «Электрическаячасть электростанций и подстанций» Б. И Неклепаев., И. П Крючков.
Kt =1,04
Согласно таблице 21.12 стр.486 учебное пособие «Электрическаячасть электростанций и подстанций» Б. И Неклепаев., И. П Крючков.
Кn = 1
Вводим поправочные коэффициенты.
/>.
Данный кабель удовлетворяет нашим условиям.
По таблице 1.9.5 В. П Шеховцов стр.62.
«Расчет и проектирование схем электроснабжения».
R/>= 0,154 мОмX/>0,08 мОм.
Rкл. — 3 = R/>× ℓ Rкл. — 3 = 0,154 × 40 = 6,16 мОм
Xкл. — 3 = X/>× ℓ Xкл. — 3 = 0,08 ×40 = 3,2 мОм.
Вычисляются сопротивления до каждой точки КЗ.
Rрез. к-1 = Rкл-1+ Rтр. + Rкл2 + Rав1 = 34,37 + 5,5 + 3,85 + 11,2 =
= 54,92 мОм
Xрез. к-1 = Xкл-1+ Xтр. + Xкл2+ Xав1 = 4,67 + 17,1 + 4 + 0,13 =
= 25,9 мОм
Rрез. к-2 = Rкл-1+ Rтр. + Rкл-2 + Rав1 + Rкл-3 + Rав2= 34,37 + 5,5 + 3,85 + +11,2 + 6,16 + 0,15 = 61,23 мОм.
Xрез. к-2 = Xкл-1+ Xтр. + Xкл-2 + Xав1 + Xкл-3 + Xав2= 4,67 + 17,1 + 4+
+ 0,13 + 3,2 + 0,17 = 29,27 мОм.
Z = />
Z к-1= />/>
Z к-2= />/>
Рассчитаем 3-х фазный ток КЗ.
/>
где, Uк — линейное напряжение в точкеКЗ, кВ
Zк — полное сопротивление до точки КЗ,Ом
/>
/>
Рассчитаем 2-х фазный ток КЗ.
/>
/>
/>8. Проверка элементов цеховой сети на устойчивость ктокам КЗ
Проверим на устойчивость к токам КЗ кабель отходящий от ТСН- 1 и ТСН — 2 до Т — 1, Т — 2, шину РУНН Т — 1 и Т — 2, кабель отходящий от РУННдо электронагревателей для выключателей и приводов типа У — 220, У — 110.
Проверим на устойчивость к токам КЗ кабель отходящий от ТСН- 1 и ТСН — 2 до Т — 1 и Т — 2, на примере Т — 1.
На термическую стойкость согласно условию
Sкл. ≥ Sкл.тс.
Сечение кабеля F =120мм2
/>Sтс. = α×I/>
где, />Sтс. — термическистойкое сечение кабельной линии.
α — термический коэффициент; для меди α = 6
I ∞ — ток КЗ.
t пр. — Значениеприведенного времени действия тока КЗ.
По таблице 1.10.3.В. П Шеховцов стр.72.
«Расчет и проектирование схем электроснабжения».
t пр (1) = 3,5
S тс. = 6 ×3,8× /> = 42,65мм/>
Кабель удовлетворяет нашим требованиям.
Выберем шину для РУНН Т — 1 и Т — 2, на примере РУНН Т —
Выбираем алюминиевую шину 50×5 мм, с допустимым током 665А.
При количестве полос одну на фазу, расположение шин плашмя, длиной1,5м.
Проверим шинопровод на динамическую стойкость.
При прохождении тока в проводниках возникает механическая сила,которая их сблизить (одинаковое направление тока) или оттолкнуть (противоположноенаправление тока).
σш. доп. ≥ σш.
Для алюминиевых шин. σш.доп = 7 × 10/>Н/см/>
σш. = />, Mmax = 0,125 × F/>
Максимальное усилие определяется по формуле:
F/>
где, F/>максимальное усилие, Н.
ℓ — длина шины, м.
α — расстояние между осями шин, мм.
ј/> — ударный ток КЗ, трехфазный, кА.
ℓ = 1,5 м. α = 100 мм.
ј/>
I ∞ — установившийсятрехфазный ток.
ј/>
F/>5,3/>= 74,15Н.
Mmax = 0,125×74,15× 150 =1390,31H·см
W — момент сопротивления сечения, см/>
/> - при расположении шин плашмя.
/>см3
σш. = /> Н/см/>
(7 × 10/>Н/см/>) σш. доп > σш. (695,15Н/см/>)
Шинопровод динамически устойчив.
Проверим шинопровод на термическую стойкость.
Sш. ≥ Sш.т. с.
Sш. = b×h = 50× 5 = 1250 мм/>
Sш. т. с. = α ×I/>×/>
(1250 мм/>) Sш. >Sш. т. с. (78,20 мм/>)
Шинопровод термически устойчив. Значить выбранный нами шинопроводудовлетворяет нашим требованиям.
Проверим кабель отходящий от Т — 1 до электронагревателей длявыключателей и приводов типа У — 220, У — 110 на устойчивость к токам КЗ.
Sкл. ≥ Sкл.тс.
Сечение кабеля F =120мм2
Sтс. = α ×I/>
где, />Sтс. — термическистойкое сечение кабельной линии.
α — термический коэффициент; для меди α = 6
I ∞ — ток КЗ.
t пр. — Значениеприведенного времени действия тока КЗ.
По таблице 1.10.3. В.П. Шеховцов стр.72. «Расчет и проектированиесхем электроснабжения».
t пр (2) = 1,7,S тс. = 6 × 3,2× /> = 25,03мм/>
Кабель удовлетворяет нашим требованиям.9. Выбор коммутационно-защитной аппаратуры
На основе проведенных расчетов производим выбор устанавливаемойаппаратуры.
Главные функции аппаратуры управления и защиты:
Включение и отключение электроприемников и электрических цепей,электрическая защита их от перегрузки, короткого замыкания, понижения напряжения.
Для защиты электрооборудования применяем автоматические
выключатели, которые должны отвечать следующим условиям:
Uном.а ≥ Uс, где
Uном.а — номинальное напряжение автомата
Uс- напряжение сети
Iном.а. ≥Iном. р ≥1,1Imax.
где, Iном.а — номинальный ток автомата;
Iном.р. — номинальный ток расцепителя;
Imax. — максимальный ток линии.
Iкз./> откл.
где, Iкз/>-токтрехфазного КЗ;
Iоткл.- предельный ток, отключаемый автоматом.
ј дин. >i у/>
где,ј дин — ток электродинамической стойкости;
ј у/> — ударный ток трехфазного КЗ.
Выберем автоматический выключатель для Т — 1 и Т — 2.
Uс= 400В 1,1Imax =724 А Iкз. />= 3,8 кА
Imax = 659А
ј/>
где, I ∞- установившийся трехфазный ток.
ј/>кА.
По таблице 30.6А. А Федоров «Справочник по электроснабжению и электрооборудованию». Выбираемавтоматический выключатель АВМ10.
Uном.а = 400В Iном. а. =800А Iном. р = 800АIоткл. =42кА
Выберем автоматический выключатель для питания электронагревателейдля выключателей и приводов типа У — 220, У — 110
Uном.а = 380В 1,1Imax =373 А Iкз. />= 3,2 кА
Imax = /> = />
ј/>
I ∞ — установившийсятрехфазный ток.
ј/>кА.
По таблице 30.6 А. А Федоров «Справочник по электроснабжениюи электрооборудованию».
Выбираем автоматический выключатель А3730
Uном.а = 380В Iном. а. =400А Iном. р = 400АIоткл. =55кА10. Описание или расчет защитного заземления
Защитные заземления предотвращают возможность попадания человекапод напряжение (поражение током), что возможно в случае повреждения изоляции электрическогооборудования или соприкосновения с оборванными проводами. Эти заземления — одноиз важнейших средств обеспечения безопасности людей, которые при проведении работмогут случайно оказаться в опасной зоне.
Защитному заземлению подлежат все металлические наружные частии каркасы электротехнического оборудования, расположенного на территории подстанций,опоры контактной сети, металлические сооружения на железнодорожных линиях (например,мосты, путепроводы, светофоры).
В нормальных условиях работы доступные людям части этих устройствпод напряжением не находятся. В случае нарушения изоляции электротехнического устройствавнешние металлические части его оказываются под напряжением источника питания. Приотсутствии защитного заземления может произойти поражение током человека, попавшегопод напряжение в момент прикосновения к поврежденной установке — так называемоенапряжение прикосновения. Поражение током может произойти и в случае передвижениявблизи опасной зоны: на человека действует так называемое шаговое напряжение.
Когда напряжение попадает на наружные металлические части установки,по ним проходит ток, стекающий далее в землю. Площадь сечения массива земли, покоторому идет ток, быстро увеличивается по мере удаления от места повреждения, аплотность тока резко падает.
Защитное заземление позволяет снизить до безопасного значенияшаговое напряжение и напряжение прикосновения. При этом нормируется напряжение прикосновения,приложенное между рукой и ногами человека. Его допустимое значение существенно меньше,так как в этом случае ток протекает через область сердца.
На человека, коснувшегося незаземленной поврежденной установки,действует напряжение. В случае прикосновения к заземленному оборудованию это напряжениезначительно меньше, поскольку установка находится под напряжением. Значение из темменьше, чем меньше сопротивление устройства заземления.
Устройства заземления, или заземлители, служат для создания надежногопути тока с металлических наружных частей оборудования на землю в случае попаданияих под напряжение. Главной частью заземляющего устройства является искусственныйзаземлитель, выполненный из проводника, обычно стального. По возможности используюти естественные заземлители — рельсы, водопроводные и металлические коммуникациии т.д.
Устройства заземления различаются в зависимости от объекта защиты(подстанции или сооружения на железнодорожных линиях), а также от рода тока — постоянныйили переменный.
В качестве заземлителей на подстанциях переменного тока используют:искусственный заземлитель, называемый иначе контуром заземления подстанции, охватывающийпрактически всю территорию тяговой подстанции; рельсы подъездных либо главных путейстанции или перегона, проходящие вблизи нее; другие металлические коммуникации.
Контур заземления подстанции выполняют в виде сетки из стальныхполос или круглой стали и размещают недалеко от поверхности земли. При больших удельныхсопротивлениях земли (песок) сетку дополняют специальными вертикальными элементамив виде труб или уголков длиной 3-5 м, привариваемых к ней по периметру. Если жеи при этом не обеспечивается нормируемое значение напряжения прикосновения, сооружаютвыносные заземлители в виде вводимых глубоко в землю труб или же применяют на подстанцииплохо проводящие искусственные покрытия (щебень, галька). Присоединения заземляющихпроводников к оборудованию выполняются видимыми, преимущественно сварными или болтовыми.Каждый заземляющий элемент присоединяют к контуру заземления подстанции отдельнымпроводом.
Защитное заземление подстанции переменного тока одновременноявляется и рабочим, т.е. используется при нормальной эксплуатации оборудования.Примером рабочего заземления является преднамеренное соединение с землей нейтралейтрансформаторов, что позволяет снизить уровень сопротивления изоляции силовых трансформаторови сделать их более дешевыми. Заземления тяговых подстанций постоянного тока выполняютаналогично с той лишь разницей, что заземляющее устройство не используется в качестверабочего, так как в этом случае ток, стекающий с контура заземления подстанций,будет вызывать его интенсивную коррозию. Аварийное подсоединение контура осуществляетсяв момент короткого замыкания в цепях 3 кВ выпрямленного тока через специальное релеземляной защиты.
Оборудование, расположенное в закрытой части подстанции постоянноготока, заземляют на два отдельных контура — переменного и постоянного тока. Эти контурысоединены с контуром заземления открытой территории подстанции.
Расчет защитного заземления.
Дано:
А × В = 48 × 30 м. Uлеп. = 220 кВ.
Lлэп. — кл. = 10/20 км. Uном. = 0,4 кВ.
ρ = 300Ом·м t = 0,7 м.
Климатический район — I
Вертикальный электрод — круглая сталь d = 12, Lв. = 5
Горизонтальный электрод — полоса (40×4)
Вид ЗУ — контурное
Нормируемое сопротивление заземление электроустановки
по ПУЭ = 0,5 Ом.
Требуется определить:
а) количество вертикальных и длину горизонтальных заземлителей.
б) показать размещение ЗУ на плане.
в) определить фактическое значение сопротивления ЗУ.
Решение:
1. Определяется расчетное сопротивление одного вертикальногоэлектрода.
r в. = 0,3 ×ρ × Ксез. в. = 0,3 × 300 × 1.9 = 171Ом.
По таблице 1.13.2 В.П. Шеховцов стр.90.
«Расчет и проектирование схем электроснабжения».
Ксез. в. = F (верт., I) = 1,9
2. Определяется предельное сопротивление совмещенного ЗУ.
Rзу.1 ≤ /> =/> (для Лэп ВН)
Iз = />
Требуемое по НН Rзу2. ≤ 4 Ом наНН.
Принимается Rзу.2. = 4 Ом (наименьшееиз двух)
Но так как ρ > 100 Ом·м, то для расчета принимается
Rзу. ≤ 4×/>
3. Определяется количество вертикальных электродов:
без учета экранирования (расчетное)
/> ПринимаетсяN′в. р. =14
с учетом экранирования
Nв. р. = />
Принимается Nв = 20
По таблице 1.13.5 В.П. Шеховцов стр.90.
«Расчет и проектирование схем электроснабжения».
ηв. = F (тип ЗУ, вид заземления,/>, Nв) = 0,69
4. Размещается ЗУ на рисунок 1. и уточняются расстояния, наносятсяна план.
/>
Рисунок 1.
Так как контурное ЗУ закладывается на расстоянии не менее одногометра, то длина по периметру закладки равна:
Lн. = (А + 2) ×2 + (В +2) ×2 = (48 + 2) × 2 + (30 + 2) × 2 =164 м.
Тогда расстояние между электродами уточняется с учетом формыобъекта. По углам устанавливается по одному вертикальному электроду,
а остальные устанавливаются между ними.
Для равномерного распределения электродов окончательно принимается
Nв = 20, тогда
/>; />
где, />расстояние между электродами по ширинеобъекта в м.
/> расстояние между электродами по длинеобъекта в м.
n/> — количествоэлектродов по ширине объекта.
n/> — количествоэлектродов по длине объекта.
Для уточнения принимается среднее значение:
/>
По таблице 1.13.5 В. П Шеховцов стр.90. «Расчет и проектированиесхем электроснабжения».
Уточняются коэффициенты использования:
η/> =0,71 η/>= 0,45
5. Определяются уточненные значения сопротивлений вертикальныхэлектродов и горизонтальных электродов.
/>
По таблице 1.13.2 В. П Шеховцов стр.90. «Расчет и проектированиесхем электроснабжения».
Ксез. г. = F (I)= 5,8, />
6. Определяется фактическое сопротивление ЗУ.
/>.
Rзу. ф. (9,9 Ом)
Следовательно, ЗУ эффективно.
Ответ:
Nв = 20 α /> = 8,3 м. α />= 8 м.
Ln = 164 м. полоса 40 × 4 Rзу = 9, 9 О
L в = 5 м. круглая сталь d = 12
Литература
1. В.П. Шеховцов «Расчет и проектирование схем электроснабжения».
2. А.А. Федоров «Справочник по электроснабжению и электрооборудованию».
3. Учебное пособие «Электрическая часть электростанций и подстанций»Б.И. Неклепаев., И.П. Крючков.
4. Л.Л. Коновалова, Л.Д. Рожкова «Электроснабжение промышленныхпредприятий и установок».
5. Г.Н. Ополева «Схемы и подстанции электроснабжения»