Модернизация установки сернокислотного алкилирования нефтеперерабатывающего завода

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Рязанский государственный радиотехнический университет»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К ДИПЛОМНОМУ ПРОЕКТУ НА ТЕМУ Модернизация установки СКА нефтеперерабатывающего завода ДП-2 069 154−140 610−01−12

Аннотация В дипломном проекте разрабатывается схема электроснабжения подстанции, с учетом модернизации установки СКА нефтеперерабатывающего завода.

Был произведен расчет токов короткого замыкания. По данным расчётам были проведены выбор и проверка защитной аппаратуры.

На данной подстанции были успешно внедрены устройства БМРЗ (блок микропроцессорной релейной защиты) и вакуумные выключатели, которые позволили улучшить качество релейной защиты.

Abstract

As a capstone project developed the scheme of power supply stations, taking into account the modernization of the refinery installation SKA.

Was calculated short-circuit currents. According to the calculations were carried out selection and testing of protective equipment.

At this substation have been successfully introduced BMRZ device (block of microprocessor relay protection) and vacuum circuit breakers, which have improved the quality of the protection relay.

Список используемых обозначений и сокращений

СКА — Сернокислотное алкилирование

БМРЗ — блок микропроцессорной релейной защиты

ВВ — вакуумный выключатель

УГО — условно графическое обозначение

ГПП — главная понижающая подстанция

КЗ — короткое замыкание

ДР — дальнее резервирование

РУ — распределительное устройство

КЛ — кабельная линия

• Задание на дипломное проектирование
• Аннотация
• Список используемых обозначений и сокращений
• Содержание
• Введение
• 1. Технико-экономическое обоснование
• 2. Обзор литературы
• 2.1 Нормативные документы, используемые при проектировании
• 2.2 Описание графического редактора проектирования Visio
• 2.3 Обзор используемых источников литературы
• 3. Расчетная часть
• 3.1 Общие сведения
• 3.2 Расчетные величины
• 3.3 Расчёт токов КЗ
• 3.4 Расчёт сопротивлений различных элементов ЭУ
• 3.5 Защитное оборудование
• 4. Экономическая часть
• 4.1 Технико-экономическое обоснование
• 4.2 План-график выполнения работ
• 4.3 Составление сметы затрат на разработку
• 4.4 Затраты на оборудование
• 5. Безопасность и экологичность проекта
• 5.1 Определение опасных и вредных производственных факторов
• 5.2 Факторы, влияющие на исход поражения электрическим током
• 5.3 Меры защиты от поражения электрическим током
• 5.4 Требования к микроклимату рабочего помещения
• 5.5 Требования к уровню шума в рабочем помещении
• 5.6 Расчет заземления
• 5.7 Организационные мероприятия для безопасной работы
• 5.8 Порядок организации работ по наряду
• 5.9 Состав бригады.
• 5.10 Обеспечение пожарной безопасности в помещении
• 5.11 Обязанности, ответственность потребителей за выполнение правил технической эксплуатации электроустановок
• 5.12 Анализ экологических факторо
• Заключение
• Список используемых источников
• Приложения

Электроэнергетика — отрасль энергетики, включающая в себя производство, передачу и сбыт электроэнергии.

Электроэнергетика является наиболее важной отраслью энергетики, что объясняется такими преимуществами электроэнергии перед энергией других видов, как относительная лёгкость передачи на большие расстояния, распределения между потребителями, а также преобразования в другие виды энергии (механическую, тепловую, химическую, световую и др.). Отличительной чертой электрической энергии является практическая одновременность её генерирования и потребления, так как электрический ток распространяется по сетям со скоростью, близкой к скорости света.

Электроэнергетика наряду с другими отраслями народного хозяйства рассматривается как часть единой народно-хозяйственной экономической системы. Энергетика была, остается, и на ближайшую перспективу будет оставаться основой экономического развития стран. Подтверждением этого является четко выраженная мировая тенденция роста энергопотребления, особенно в развивающихся странах.

Главными задачами проектирования и эксплуатации современных систем электроснабжения промышленных предприятий являются повышение уровня качества электроэнергии, ее рациональная передача и распределение, экономия электроэнергии.

1. Технико — экономическое обоснование На современном этапе развития электроэнергии и электрооборудования большую роль, как промышленную так и экономическую играет релейная защита. Одни из наиболее современных и технологичных оборудований в настоящий момент являются блоки микропроцессорной релейной защиты (БМРЗ) и вакуумные выключатели (ВВ).

БМРЗ позволяют расширить динамический диапазон измерений, повысить помехоустойчивость, имеют небольшие массогабаритные показатели. Один блок включает в себя огромное количество встроенных релейных защит, возможность подключения через USB порт для наладки устройства и снятия данных, обеспечивает большой срок службы, решая проблему морального старения устройства.

Вакуумные выключатели потребляют малую мощность, имеют высокое быстродействие при включении и выключении, допускают работу в любом пространственном положении, имеют малые габариты и вес.

БМРЗ, вакуумные выключатели успешно функционируют на предприятиях сетевых и генерирующих компаний, предприятиях нефтяной и газовой промышленности, на ведущих промышленных предприятиях России.

Материалы, полученные в результате многолетних и дорогостоящих исследований, позволяют обосновать затраты на автоматизацию в твердой уверенности, что они окупятся в течение ближайших нескольких лет только лишь за счет снижения ущерба у потребителей из-за недоотпуска электроэнергии, и, следовательно, уменьшения расходов на компенсацию этого ущерба со стороны электроснабжающей организации.

2. Обзор литературы

2.1 Нормативные документы, используемые при проектировании

1) Правила устройства электроустановок — 7-е издание.

В книге приведены требования к устройству электрической части освещения зданий, помещений и сооружений различного назначения, открытых пространств и улиц, а также требования к устройству рекламного освещения. Содержатся требования к электрооборудованию жилых и общественных зданий, зрелищных предприятий, клубных учреждений, спортивных сооружений.

Книга рассчитана на инженерно-технический персонал, занятый проектированием, монтажом и эксплуатацией установок электрического освещения, а также электрооборудования специальных установок.

Правила устройства электроустановок (ПУЭ) распространяются на вновь сооружаемые и реконструируемые электроустановки постоянного и переменного тока напряжением до 750 кВ, в том числе на специальные электроустановки.

Требования настоящих Правил рекомендуется применять для действующих электроустановок, если это повышает надежность электроустановки или если ее модернизация направлена на обеспечение требований безопасности.

По отношению к реконструируемым электроустановкам требования настоящих правил распространяются лишь на реконструируемую часть электроустановок.

ПУЭ разработаны с учетом обязательности проведения в условиях эксплуатации планово-предупредительных и профилактических испытаний, ремонтов электроустановок и их электрооборудования.

2) ГОСТ 28 249– — 93 «Руководящие указания по расчёту токов короткого замыкания и выбору электрооборудования».

Руководящие указания предназначены для использования инженерами-энергетиками при выполнении ими расчетов токов короткого замыкания (КЗ) и проверке электрооборудования (проводников и электрических аппаратов) по режиму КЗ.

Руководящие указания включают в себя методы расчета токов симметричных и несимметричных КЗ в электроустановках напряжением свыше 1 кВ и до 1 кВ, методы проверки проводников и электрических аппаратов на электродинамическую и термическую стойкость и методы проверки электрических аппаратов на коммутационную способность.

Руководящие указания не предназначены для использования при расчетах токов КЗ для целей релейной защиты и автоматики в специфических условиях (наличие длинных линий электропередачи, продольной и поперечной компенсации, нелинейных элементов в цепи; двойные, повторные, видоизменяющиеся и сложные виды КЗ и т. п.).

В третьем издании учтены пожелания пользователей: изменена структура документа, разработаны методы расчета токов КЗ с учетом специфических параметров современных электрических машин и их систем возбуждения, даны рекомендации по учету электрической дуги, нагрева и перемещения гибких проводников при КЗ, влияния комплексной нагрузки на токи КЗ.

3) РТМ 36.18.32.4−92 «Указания по расчету электрических нагрузок».

В указаниях приведена методика определения электрических нагрузок, являющихся исходными данными для проектирования систем электроснабжения потребителей электроэнергии всех отраслей народного хозяйства.

4) ГОСТ 12.1.038 — 82 «Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов».

Настоящий стандарт устанавливает предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов, протекающих через тело человека, предназначенные для проектирования способов и средств защиты людей, при взаимодействии их с электроустановками производственного и бытового назначения постоянного и переменного тока частотой 50 и 400 Гц.

5) ГОСТ 12.0.003 — 74*. «Опасные и вредные производственные факторы».

Настоящий стандарт распространяется на опасные и вредные производственные факторы, устанавливает их классификацию и содержит особенности разработки стандартов ССБТ на требования и нормы по видам опасных и вредных производственных факторов.

6) СНиП 41−01−2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование».

Данные строительные нормы распространяются на системы теплоснабжения, отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в помещениях зданий и сооружений.

Настоящие строительные нормы распространяются на все этапы жизненного цикла систем внутреннего теплоснабжения, отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в помещениях зданий и сооружений (далее — зданий).

Настоящие нормы не распространяются на системы:

а) отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха защитных сооружений гражданской обороны; сооружений, предназначенных для работ с радиоактивными веществами, источниками ионизирующих излучений; объектов подземных горных работ и помещений, в которых производятся, хранятся или применяются взрывчатые вещества;

б) специальных нагревающих, охлаждающих и обеспыливающих установок и устройств для технологического и электротехнического оборудования; аспирации, пневмотранспорта и пылегазоудаления от технологического оборудования и пылесосных установок.

7) СанПиН 2.2.4.548−96. «Санитарные правила и нормы. Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений».

Настоящие Санитарные правила и нормы (далееСанитарные правила) предназначены для предотвращения неблагоприятноговоздействия микроклимата рабочих мест, производственных помещений насамочувствие, функциональное состояние, работоспособность и здоровье человека.

Настоящие Санитарные правила распространяются на показателимикроклимата на рабочих местах всех видов производственных помещений и являютсяобязательными для всех предприятий и организаций. Ссылки на обязательностьсоблюдения требований настоящих санитарных правил должны быть включены внормативно-технические документы: стандарты, строительные нормы и правила, технические условия и иные нормативные и технические документы, регламентирующие эксплуатационные характеристики производственных объектов, технологического, инженерного и санитарно-техническогооборудования, обусловливающих обеспечение гигиенических нормативов микроклимата.

8) ПОТ Р М-016−2001 «Межотраслевые правила по охране труда (правила безопасности) при эксплуатации электроустановок».

В Правилах приведены требования к персоналу, производящему работы в электроустановках, определены порядок и условия производства работ, рассмотрены организационные и технические мероприятия, обеспечивающие безопасность работ, испытаний и измерений в электроустановках всех уровней напряжения.

Правила распространяются на работников организаций независимо от форм собственности и организационно-правовых форм и других физических лиц, занятых техническим обслуживанием электроустановок, проводящих в них оперативные переключения, организующих и выполняющих строительные, монтажные, наладочные, ремонтные работы, испытания и измерения.

В приложениях представлены квалификационные требования к электротехническому (электротехнологическому) и другому персоналу, условия присвоения группы по электробезопасности, приведены формы необходимых документов; удостоверений о проверке знаний норм и правил работы в электроустановках, наряда-допуска для работы в электроустановках с указаниями по его заполнению, а также формы журналов учета работ по нарядам и распоряжениям, проверки знаний норм и правил работы в электроустановках и др.

9) Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей.

Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей разработаны на основании требований действующих законодательных актов, новых государственных стандартов и других нормативно-технических документов с учетом опыта эксплуатации электроустановок потребителей по состоянию на 01.01.03.

Учтены также предложения научно-исследовательских институтов, проектных, ремонтных, наладочных организаций и других потребителей.

Правила акцентируют внимание персонала на вопросах эксплуатации электроустановок потребителей и не заменяют государственных стандартов и нормативно-технических документов (НТД), регламентирующих устройство электроустановок. Поэтому при монтаже, модернизации и реконструкции электроустановок следует наряду с настоящими Правилами использовать: Правила устройства электроустановок (ПУЭ); строительные нормы и правила (СНиП); санитарные нормы проектирования промышленных предприятий, государственные стандарты.

Все НТД, содержащие разделы, главы или отдельные параграфы, посвященные эксплуатации электроустановок потребителей, должны быть приведены в соответствие с настоящими Правилами.

В настоящее издание включены Правила охраны электрических сетей напряжением до 1000 В и Правила охраны электрических сетей напряжением свыше 1000 В.

2.2 Описание графического редактора проектирования Visio

Visio — графический редактор для создания технических, инженерных схем, презентаций, разнообразных вариантов организационных, технических электрических и электронных схем и т. д. Отличительной особенностью данной программы является то, что решение разнообразных задач, с которыми сталкиваются практически все инженеры, не составляет большого труда даже для неопытного пользователя.

Программа Visio дает возможность быстро и эффективно создавать при помощи встроенных шаблонов, трафаретов, библиотек и стандартных модулей как простейшие слайды и схемы, так и очень сложные технические и электрические схемы.

Для черчения электрических схем, основными положительными характеристиками Visio, являются:

· Удобная система создания схем, методом перетаскивания готовых трафаретов УГО из окна трафаретов на рабочий лист чертежа. При этом все трафареты находятся перед глазами, обеспечено удобное переключение между библиотеками, все действия наглядны и сведены к минимуму. Имеется инструмент «Штамп» для отображения однотипных трафаретов.

· Отключаемые инструменты «Привязать» (к сетке, маркерам, вершинам, точкам соединения), силу привязки которых можно плавно регулировать, повышают точность установки элементов схем и соединителей при высокой скорости черчении.

· Богатая коллекция встроенных библиотек.

2.3 Обзор используемых источников литературы

1) Шеховцов В. П. «Расчет и проектирование схем электроснабжения».

В пособии приведены методика выполнения и примеры расчетов практических заданий по дисциплине «Электроснабжение отрасли». Кроме того, в данном источнике систематизирован и представлен узкоспециальный справочный материал, труднодоступный для широкого круга пользователей, что позволяет существенно упростить проведение расчетов.

2) Дьяков В. И. «Типовые расчеты по электрооборудованию».

В пособии даны практические расчеты по электрооборудованию, приведены теоретические сведения, методика расчета, расчетные примеры и важнейшие справочные данные.

3) Крупович В. И. «Расчёт и проектирование схем электроснабжения».

Справочник включает: «Справочник по проектирование электроснабжения», «Справочник по проектирование электрических сетей и электрооборудования», «Справочник по проектированию автоматического электропривода и систем управления технологическими процессами», «Справочник по монтажу электроустановок промышленных предприятий» и «Справочник по наладке электрооборудования промышленных предприятий».

4) Долин П. А. Основы техники безопасности в электроустановках.

В данном учебном пособии рассматриваются средства защиты от поражения током, меры защиты от вредного воздействия на человека электромагнитного поля промышленной частоты в электроустановках высокого напряжения, способы обеспечения безопасности при ремонтных работах с электрооборудованием, описана организация безопасной эксплуатации электроустановок.

электроснабжение релейный алкилирование нефтеперерабатывающий

3. Расчетная часть

3.1 Общие сведения

По степени обеспечения надежности электроснабжения установка относится к потребителю I категории. Электроснабжение осуществляется по кабельным линиям от независимых друг от друга ГПП, напряжение со стороны которых состовляет 6кВ.

Силовыми потребителями здания являются электродвигатели, трансформаторы собственных нужд, измерительные трансформаторы и сухие трансформаторы.

3.2 Расчетные величины Для начала найдём ток, протекающий по кабелю, соединяющий соответствующее здание с подстанцией по формуле [2]:

Где — номинальная мощность трансформатора, кВА;

— низкое напряжение трансформатора, кВ.

Расчетный ток по (4.9):

Нам потребуются четырёхжильные медные кабели, проложенные в земле. Получить значения токов и сечений для четырёхжильных кабелей можно из соответствующих токов для трёхжильного кабеля, но с учётом коэффициента, равного 0.92. 1].

Произведём выбор сечения кабеля. В целях экономии выберем два кабеля меньшего сечения. Выберем сечения медных кабелей в зависимости от количества жил, способа прокладки и тока согласно таблице.

Из таблицы 1.3.6 с учетом коэффициента пересчета выбираем сечение 150 мм².

Таким образом на ток 836,56 А выбираем два медных четырехжильных кабеля 2(4150).

3.3 Расчёт токов короткого замыкания Короткое замыкание является тяжёлым аварийным режимом, так как из-за термического и электродинамического действия токов короткого замыкания в электроустановках возникают большие повреждения. Для того чтобы оборудование и токоведущие части выдержали сквозные токи короткого замыкания без существенных повреждений, их проверяют на термическую и электродинамическую стойкость в условиях короткого замыкания.

Коротким замыканием называется всякое, не предусмотренное нормальными условиями работы соединение двух точек электрической цепи (непосредственно или через малое сопротивление).

Причинами короткого замыкания являются: механические повреждения изоляции, её пробой из-за перенапряжения и старения, обрывы, набросы, схлёстывание проводов и воздушных линий, ошибочные действия персонала и т. д.

Расчет токов КЗ в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ необходим для выбора и проверки электрооборудования по условиям КЗ, для выбора коммутационных аппаратов, уставок релейной защиты и заземляющих устройств.

Расчету для выбора и проверки электрооборудования по условиям КЗ подлежат [3]:

1) начальное значение периодической составляющей тока КЗ;

2) апериодическая составляющая тока КЗ;

3) ударный ток КЗ;

4) действующее значение периодической составляющей тока КЗ в произвольный момент времени, вплоть до расчетного времени размыкания поврежденной цепи.

В соответствии с ПУЭ 07 по режиму КЗ в электроустановках до 1 кВ должны проверятся только распределительные щиты, токопроводы и силовые шкафы. Трансформаторы тока по режиму КЗ не проверяются.

Стойкими при токах КЗ являются те аппараты и проводники, которые при расчетных условиях выдерживают воздействия этих токов, не подвергаясь электрическим, механическим и иным разрушениям или деформациям, препятствующим их дальнейшей нормальной эксплуатации.

Для того чтобы определить расчётный ток КЗ необходимо предварительно составить расчётную схему электроустановки, отвечающую требованиям ПУЭ 07 [1]:

При составлении расчетной схемы для определения токов КЗ следует исходить из предусматриваемых для данной электроустановки условий длительной ее работы и не считаться с кратковременными видоизменениями схемы этой электроустановки, которые не предусмотрены для длительной эксплуатации (например, при переключениях). Ремонтные и послеаварийные режимы работы электроустановки к кратковременным изменениям схемы не относятся.

Расчетная схема должна учитывать перспективу развития внешних сетей и генерирующих источников, с которыми электрически связывается рассматриваемая установка, не менее чем на 5 лет от запланированного срока ввода ее в эксплуатацию.

При расчетах токов КЗ в электроустановках до 1 кВ необходимо учитывать [3]:

1) индуктивные сопротивления всех элементов короткозамкнутой цепи, включая силовые трансформаторы, проводники, трансформаторы тока, реакторы, токовые катушки автоматических выключателей;

2) активные сопротивления элементов короткозамкнутой цепи;

3) активные сопротивления различных контактов и контактных соединений;

4) значения параметров синхронных и асинхронных электродвигателей.

При расчетах токов КЗ рекомендуется учитывать [3]:

1) сопротивление электрической дуги в месте КЗ;

2) изменение активного сопротивления проводников короткозамкнутой цепи вследствие их нагрева при КЗ;

3) влияние комплексной нагрузки (электродвигатели, преобразователи, термические установки, лампы накаливания) на ток КЗ, если номинальный ток электродвигателей нагрузки превышает 1,0% начального значения периодической составляющей тока КЗ, рассчитанного без учета нагрузки.

При расчетах токов КЗ допускается [3]:

1) максимально упрощать и эквивалентировать всю внешнюю сеть по отношению к месту КЗ и индивидуально учитывать только автономные источники электроэнергии и электродвигатели, непосредственно примыкающие к месту КЗ;

2) не учитывать ток намагничивания трансформаторов;

3) не учитывать насыщение магнитных систем электрических машин;

4) принимать коэффициенты трансформации трансформаторов равными отношению средних номинальных напряжений тех ступеней напряжения сетей, которые связывают трансформаторы. При этом следует использовать следующую шкалу средних номинальных напряжений: 37; 24; 20; 15,75; 13,8; 10,5; 6,3; 3,15; 0,69; 0,525; 0,4; 0,23 кВ;

5) не учитывать влияния асинхронных электродвигателей, если их суммарный номинальный ток не превышает 1,0% начального значения периодической составляющей тока в месте КЗ, рассчитанного без учета электродвигателей.

3.4 Расчёт сопротивлений различных элементов ЭУ

Активное и индуктивное сопротивление трансформаторов

Активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности понижающих трансформаторов (r_т, х_т) в мОм, приведенные к ступени низшего напряжения сети, рассчитывают по формулам:

Где S_Т.ном — номинальная мощность трансформатора, кВА;

Р_к.ном — потери короткого замыкания в трансформаторе, кВт;

U_НН.ном — номинальное напряжение обмотки низшего напряжения трансформатора, кВ;

U_к — напряжение короткого замыкания трансформатора, %.

Активные и индуктивные сопротивления нулевой последовательности понижающих трансформаторов, обмотки которых соединены по схеме Д/Y0, при расчете КЗ в сети низшего напряжения следует принимать равными соответственно активным и индуктивным сопротивлениям прямой последовательности. При других схемах соединения обмоток трансформаторов активные и индуктивные сопротивления нулевой последовательности необходимо принимать в соответствии с указаниями изготовителей.

Активное и индуктивное сопротивление кабелей Активное и индуктивное сопротивления кабельных линий (r_к.л, х_к.л) в мОм рассчитывают по формулам:

Где r_уд и x_уд — значения активного и индуктивного сопротивления прямой, обратной или нулевой последовательности кабелей, применяемых в электроустановках до 1 кВ.

Активные сопротивления контактов и контактных соединений

Активное сопротивление контактов и контактных соединений (r_к) в мОм рассчитывают по формулам:

Где n — количество контактов;

r_к0 — переходное сопротивление электрических контактов любого вида определяется на основании данных экспериментов или с использованием расчетных методик[3].

Активные и индуктивные сопротивления катушек автоматических выключателей

Расчеты токов КЗ в электроустановках напряжением до 1 кВ следует вести с учетом индуктивных и активных сопротивлений катушек (расцепителей) максимального тока автоматических выключателей (r_к.в и x_к.в), принимая значения активных и индуктивных сопротивлений нулевой последовательности равными соответствующим сопротивлениям прямой последовательности.

Значения сопротивлений катушек расцепителей и контактов автоматических выключателей приведены в.

Активные сопротивления дуги

При КЗ вблизи выводов низкого напряжения 0.4 кВ трансформатора мощностью 630 кВА сопротивление дуги (r_д) в месте КЗ может быть определено по таблице 2 в.

Расчёт начального значения периодической составляющей тока трёхфазного КЗ

При электроснабжении электроустановки от энергосистемы через понижающий трансформатор начальное действующее значение периодической составляющей трехфазного тока КЗ (I_по) в кА без учета подпитки от электродвигателей рассчитывают по формуле:

Где U_ср.НН — среднее номинальное напряжение сети, в которой произошло короткое замыкание, В;

r_1У, x_1У — соответственно суммарное активное и суммарное индуктивное сопротивления прямой последовательности цепи КЗ, мОм. Эти сопротивления равны:

Где r_T и x_T — активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности понижающего трансформатора, мОм;

r_к.л и x_к.л — активные и индуктивные сопротивления прямой последовательности кабельных линий, мОм;

r_к.в и x_к.в — активное и индуктивное сопротивления токовых катушек автоматических выключателей, мОм;

r_к — суммарное активное сопротивление различных контактов, мОм.

Расчёт апериодической составляющей тока трёхфазного КЗ

Наибольшее начальное значение апериодической составляющей тока КЗ (i_a0) в общем случае считают равным амплитуде периодической составляющей тока в начальный момент КЗ

В радиальных сетях апериодическую составляющую тока КЗ в произвольный момент времени (i_at) рассчитывают по формуле

где t — время, с;

Т_а — постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ, с

Где x_У и r_У — результирующие индуктивное и активное сопротивления цепи КЗ, мОм;

щ_с — асинхронная угловая частота напряжения сети, рад/с.

Расчёт ударного тока КЗ

Ударный ток трехфазного КЗ (i_уд — максимум периодической составляющей тока трёхфазного КЗ, наблюдающийся в первом полупериоде) рассчитывают по формуле

где (4.13) — ударный коэффициент, который определен по.

ц_к — угол сдвига по фазе напряжения или ЭДС источника и периодической составляющей тока КЗ, который рассчитывают по формуле

t_уд — время от начала КЗ до появления ударного тока, с, равное

Расчет токов однофазного КЗ

Если электроснабжение электроустановки напряжением до 1 кВ осуществляется от энергосистемы через понижающий трансформатор, то начальное значение периодической составляющей тока однофазного КЗ от системы (I_по⁽¹⁾) в кА рассчитывают по формуле

Где r_1У, x_1У определяется в соответствии с пунктом 3

r_0У, x_0У — соответственно суммарное активное и суммарное индуктивное сопротивления нулевой последовательности цепи КЗ, мОм. Эти сопротивления равны:

r_0T и x_0T — активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности понижающего трансформатора, мОм;

r_0к.л и x_0к.л — активные и индуктивные сопротивления нулевой последовательности кабельных линий, мОм;

r_к.в и x_к.в — активное и индуктивное сопротивления токовых катушек автоматических выключателей, мОм.

Расчет токов двухфазного КЗ

При электроснабжении электроустановок напряжением до 1 кВ от энергосистемы через понижающий трансформатор начальное значение периодической составляющей тока двухфазного КЗ (I_по⁽²⁾) в кА рассчитывают по формуле

Расчёт токов КЗ

Схема замещения для расчета токов КЗ приведена на рисунке 4.1

Определим токи при трёх-, двухи однофазном КЗ в точке К1. Для трёхфазного КЗ определим максимальные и минимальные значения тока КЗ.

Рисунок 4.1 — Схема замещения для расчета токов КЗ

Исходные данные

Трансформатор Т: S_T.ном = 630 кВА;

U_НН = 0,4 кВ;

Р_к.ном = 6,6 кВт; u_к = 6%.

Кабельная линия КЛ1: r_1уд = 0,14 мОм/м;

x_1уд = 0,07 мОм/м;

r_0.уд = 0,45 мОм/м;

x_0уд = 0,28 мОм/м;

l = 100 м.

Расчёт параметров схемы

Активное и индуктивное сопротивление трансформатора по формуле (4.2) и (4.3):

Активное и индуктивное сопротивление кабельной линии КЛ1 по формуле (4.4):

Активное сопротивление дуги [3]:

r_д = 7 мОм

Расчёт токов трёхфазного КЗ

Суммарное активное сопротивления прямой последовательности цепи КЗ по (4.7):

Суммарное индуктивное сопротивления прямой последовательности цепи КЗ по (4.8):

Суммарное активное сопротивления прямой последовательности цепи КЗ по (4.8) с учётом активного сопротивления дуги:

Начальное действующее значение периодической составляющей трехфазного тока КЗ по (4.6):

Начальное действующее значение периодической составляющей трехфазного тока КЗ по (4.6) учётом активного сопротивления дуги:

Начальное значение апериодической составляющей тока КЗ по (4.9):

Начальное значение апериодической составляющей тока КЗ по (4.9) с учётом активного сопротивления дуги:

Угол сдвига по фазе напряжения по (4.14):

Время от начала КЗ до появления ударного тока по (4.15):

Постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ по (4.11):

Ударный коэффициент по (4.13):

Угол сдвига по фазе напряжения по (4.14) с учётом активного сопротивления дуги:

Время от начала КЗ до появления ударного тока по (4.15) с учётом активного сопротивления дуги:

Постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ по (4.11) с учётом активного сопротивления дуги:

Ударный коэффициент по (4.13) с учётом активного сопротивления дуги:

Ударный ток трехфазного КЗ по (4.12):

Ударный ток трехфазного КЗ по (4.12) с учётом активного сопротивления дуги:

Расчёт токов однофазного КЗ

Суммарное активное сопротивления нулевой последовательности цепи КЗ по (4.17):

Суммарное индуктивное сопротивления нулевой последовательности цепи КЗ по (4.18):

Активное сопротивление дуги [3]:

r_д = 7 мОм

Суммарное активное сопротивления нулевой последовательности цепи КЗ по (4.17) с учётом активного сопротивления дуги:

Начальное значение периодической составляющей тока однофазного КЗ по (4.16):

Начальное значение периодической составляющей тока однофазного КЗ по (4.16) с учётом активного сопротивления дуги:

Расчёт токов двухфазного КЗ

Начальное значение периодической составляющей тока двухфазного КЗ по (4.19):

Начальное значение периодической составляющей тока двухфазного КЗ по (4.19) с учётом активного сопротивления дуги:

3.5 Защитное оборудование

Автоматические выключатели

Автоматический выключатель (механический) — это механический коммутационный аппарат, способный включать, проводить и отключать токи при нормальном состоянии цепи, а также включать, проводить в течение заданного времени и автоматически отключать токи в указанном аномальном состоянии цепи, таких как токи короткого замыкания.

Автоматические выключатели предназначены для защиты электрических установок от перегрузок и коротких замыканий, а также для нечастых включений и отключений электрических цепей. Некоторые модели обеспечивают защиту от других аномальных состояний, например, от недопустимого снижения напряжения.

Классификацию автоматических выключателей:

1. По роду тока главной цепи: постоянного тока; переменного тока; постоянного и переменного тока.

2. По числу полюсов главной цепи: однополюсные; двухполюсные; трехполюсные; четырехполюсные.

3. По наличию токоограничения: токоограничивающие; нетокоограничивающие.

4. По видам расцепителей: с максимальным расцепителем тока; с независимым расцепителем; с минимальным или нулевым расцепителем напряжения.

5. По характеристике выдержки времени максимальных расцепителей тока: без выдержки времени; с выдержкой времени, независимой от тока; с выдержкой времени, обратно зависимой от тока; с сочетанием указанных характеристик.

6. По наличию свободных контактов («блок-контактов» для вторичных цепей): с контактами; без контактов.

7. По способу присоединения внешних проводников: с задним присоединением; с передним присоединением; с комбинированным присоединением (верхние зажимы с задним присоединением, а нижние — с передним присоединением или наоборот); с универсальным присоединением (передним и задним).

8. По виду привода: с ручным; с двигательным; с пружинным.

9. По наличию и степени защиты выключателя от воздействия окружающей среды и от соприкосновения с находящимися под напряжением частями выключателя и его движущимися частями, расположенными внутри оболочки.

Автоматические выключатели выбираются согласно условиям [13]:

Выбор автоматического выключателя Для защиты данной линии используется следующие условие (4.23):

Тогда:

где: I_н.а. — номинальный ток автомата, А;

I_н.р. — номинальный ток расцепителя, А;

I_n — потребляемый зданием ток, А.

Выбираем автоматический выключатель типа ВА50−41 номинальным током до 1000А на напряжение 0,4 кВ с предельной коммутационной способностью до 135 кА.

БМРЗ — блок микропроцессорной релейной защиты Для выполнения функций защиты, автоматики, управления и сигнализации вводных и секционных выключателей (в нашем случае это ВА50−41) комплектных трансформаторных подстанций 6/0,4 кВ, электростанций, компрессорных станций и других объектов выбираем БМРЗ-0,4ВВ. Для секционного выключателя БМПА-0,4 — блок автоматики секционного выключателя.

Данный блок необходим для обеспечения надежной и качественной релейной защиты. Он один включает в себя практически все необходимые виды защит и одно из них это дальнее резервирование (ДР).

Для сетей 0,4 кВ характерно большое влияние активных сопротивлений и сопротивления электрической дуги на значения токов коротких замыканий (КЗ), резкое снижение тока КЗ по мере удаления от шин 0,4 кВ питающей подстанции, а также сравнительно низкая надежность основных защитных аппаратов автоматических выключателей. Резервирование защит, отходящих от шин 0,4 кВ линий с помощью максимальных токовых защит трансформаторов 6/0,4 кВ или вводных автоматических выключателей, установленных между трансформатором и шинами 0,4 кВ, как правило, не обеспечивается.

ДР, действующее при отказе защит или выключателей отходящих от шин линий, выявляет удаленные короткие замыкания (как симметричные, так и несимметричные). Первая ступень предназначена для резервирования близких КЗ в пределах зоны действия отсечек отходящих линий, вторая ступень — для резервирования КЗ в пределах зоны действия зависимых элементов автоматов отходящих линий. Первая ступень работает с независимой времятоковой характеристикой, вторая ступень — с обратной зависимой характеристикой. Принцип действия ДР основан на анализе соотношений между приращениями активной и реактивной составляющих тока прямой последовательности, оценки величин приращений фазных токов, а также напряжения прямой последовательности, абсолютных значений токов прямой и обратной последовательности и мощности обратной последовательности. ДР действует с раздельными выдержками времени: на отключение секционного выключателя и выключателя ввода. Алгоритм ДР позволит надёжно определить факт возникновения любого вида короткого замыкания, позволит гарантировано и многократно увеличить зону резервирования, с точным заданием её границы.

Вакуумные выключатели Данные выключатели предназначены для частых коммутаций электрических цепей при нормальных и аварийных режимах в ячейках комплектных распределительных устройств в электрических сетях трехфазного переменного тока частотой 50Гц с напряжением 6−10 кВ с изолированной.

Для защиты двигателей выберем вакуумные выключатели BB/TEL с номинальным напряжением 6…10 кВ.

4. Экономическая часть

4.1 Технико-экономическое обоснование Надежная работа систем электроснабжения невозможна без организации грамотной, рациональной эксплуатации, и четко поставленного, своевременного обслуживания оборудования. В связи с тем, что оборудование изнашивается, стареет как морально так и физически, то встает необходимость замены его на более современное, точное и надежное.

На современном этапе развития электроэнергии и электрооборудования большую роль, как промышленную так и экономическую играют Блоки Микропроцессорной Релейной Защиты (БМРЗ) и вакуумные выключатели.

БМРЗ позволяют расширить динамический диапазон измерений, повысить помехоустойчивость, имеют относительно небольшие массогабаритные показатели. Один блок включает в себя огромное количество встроенных релейных защит, возможность подключения через USB порт для наладки устройства и снятия данных, обеспечивает большой срок службы, решая проблему морального старения устройства.

Вакуумные выключатели потребляют малую мощность, имеют высокое быстродействие при включении и выключении, допускают работу в любом пространственном положении, имеют малые габариты и вес.

БМРЗ, вакуумные выключатели успешно функционируют на предприятиях сетевых и генерирующих компаний, предприятиях нефтяной и газовой промышленности, на ведущих промышленных предприятиях России.

Материалы, полученные в результате многолетних и дорогостоящих исследований, позволяют обосновать затраты на автоматизацию в твердой уверенности, что они окупятся в течение ближайших нескольких лет только лишь за счет снижения ущерба у потребителей из-за недоотпуска электроэнергии, и, следовательно, уменьшения расходов на компенсацию этого ущерба со стороны электроснабжающей организации.

4.2 План-график выполнения работ На современном этапе развития техники одной из важнейших задач является сокращение продолжительности цикла «исследование-производство» и, прежде всего, его наиболее сложной части — подготовки производства.

Успешное решение сложного комплекса задач возможно лишь при четкой увязке всех работ по времени, исполнителям, ресурсам и координации действий всех подразделений. Для этого на предприятии должна быть создана эффективная система планирования подготовки производства.

Разработка планов подготовки производства осуществляется с использованием различных моделей, основными из которых являются ленточный график.

Ленточный график процесса подготовки производства — это его графическая модель с указанием перечня и организационно-экономических характеристик всех работ, сроков и последовательности их исполнения, отражаемых совокупностью упорядоченных во времени горизонтальных линий.

Достоинствами ленточного графика являются простота, наглядность, возможность отображения содержания и многих организационно-экономических характеристик работ.

При построении ленточного графика продолжительность каждой работы Т_п будет определяться по формуле:

где T_i — трудоемкость работ, человеко-дни;

n_i — численность исполнителей, человек.

Календарный план разработки должен быть составлен так, чтобы весь комплекс работ был выполнен в короткие сроки и с минимальными затратами. Традиционные методы планирования производства предполагают использование в таком случае простейших моделей, таких как ленточный график, представляющий собой таблицу, где перечислены наименования видов работ, должности исполнителей, длительность исполнения каждого вида работ (таблица 4.1).

Таблица 4.1 — Распределение сроков выполнения работ по этапам проекта

Из таблицы 4.1 видно, что время разработки проекта составило 71 день. Таким образом время работы конкретных исполнителей составило 65 и 6 дней соответственно.

Рисунок 4.1 — Ленточный график

4.3 Составление сметы затрат на разработку Смета затрат представляет собой стоимостную оценку используемых в процессе производства продукции (работ, услуг) природных ресурсов, сырья, материалов, топлива, энергии, основных фондов, трудовых ресурсов, а также других затрат на ее производство и реализацию.

Затраты, на разработку, группируются в соответствии с их экономическим содержанием по следующим элементам:

— материальные затраты;

— затраты на оплату труда;

— амортизация основных фондов;

— прочие затраты.

Материальные затраты Величина затрат на материалы определяется на основании норм расхода и прейскуранта цен.

Таблица 4.2 — Затраты на материалы

Затраты на оплату труда Затраты на оплату труда начисляются исходя из ставки руководителя и разработчика и времени, затраченного на выполнение работы. Заработная плата вычисляется по следующей формуле:

где Т — тарифная ставка;

Д — количество дней работы.

Оклад руководителя: 20 000;

Оклад инженера: 14 000.

Так как руководитель и инженер работают 5 дней в неделю, то исходя из затрат времени на разработку, заработная плата равна :

Руководителя:

руб.

Инженера:

руб.

Общий фонд оплаты труда составит:

руб.

Амортизация оборудования Произведём расчёт затрат на амортизацию компьютера за время его использования. Компьютер стоимостью 20 000 рублей и сроком полезного использования 3 года был введён в эксплуатацию до 1 января 2011 года, вследствие чего амортизация на него начисляется. Расчёт проведём по следующей формуле:

где Ф_п — первоначальная балансовая стоимость компьютера;

Т_и — время использования компьютера;

А — норма амортизации;

Время работы на ПЭВМ составило 83 дней.

Амортизационные отчисления для одного компьютера стоимостью 20 000 рублей составят:

руб.

Общие прямые затраты Прямые затраты будут равны:

руб.

Прочие расходы В состав прочих расходов можно включить страховые взносы, которые на данный момент составляют 30% от величины фонда оплаты труда и 0.8% от страхование от несчастных случаев:

руб.

Остальные прочие расходы, отнесённые к величине общих прямых затрат, составят 10% и будут равны:

руб.

Все прочие расходы в итоге составят:

руб.

Общие затраты на разработку Общие затраты на разработку составили:

руб.

Все вышеуказанные расходы сведены в таблицу 4.3.

Таблица 4.3 — Смета затрат на разработку

Рисунок 4.2 — Диаграмма сметы затрат

4.4 Затраты на оборудование и комплектующие:

Для модернизации установки СКА нефтеперерабатывающего завода закуплено новое оборудование. Стоимость оборудования, включая все комплектующие составляет:

Вакуумные выключатели: 14 шт.;

БМРЗ: 3 шт.

Следовательно затраты на оборудование составят:

Затраты на модернизацию установки окупятся в течение 5 — 6 лет, так как:

· не возникает необходимости проведения текущего, среднего и капитального ремонта (для ВВ);

· оборудование потребляет мало мощности по цепи оперативного питания;

· повышается качество защиты оборудования;

· сокращается объем работ по обслуживанию.

5. Безопасность и экологичность проекта В данном дипломном проекте рассматривается модернизация установки СКА (сернокислотного алкилирования). По категории электроприемников и обеспечение надежности электроснабжения установка относится к потребителю I категории. Электроснабжение осуществляется по кабельным линиям от независимых друг от друга ГПП, напряжение со стороны которых состовляет 6кВ.

Данная установка располагается в цеху на территории предприятия. Стены цеха изготовлены из железобетона не покрытые обоями или краской с целью уменьшения пожарной опасности. Пол в помещении выполнен с использованием непроводящего покрытия в виде плитки. Из оборудования в данном помещении находятся асинхронные двигатели. Для электроснабжения двигателей и другого оборудования, расположенного в цехе предусмотрено подключение к линейному напряжению 6 кВ с изолированной нейтралью. Длина подводящей магистрали силового кабеля от ГПП до шины составляет 1500 метров. Длина кабеля соединяющего электродвигатели с шиной равна 50 метров. Все описанные кабели выполнены из меди, а шина из алюминия.

Монтажом, обслуживанием и работой на данной установке могут производить работники из числа персонала, единолично обслуживающие электроустановки, или старшие по смене должны иметь группу по электробезопасности IV, остальные работники в смене — группу III.

Основной целью раздела является разработка мероприятий, направленных на исключение возможности производственного травматизма, профессиональных отравлений и заболеваний, возникновения взрывопожароопасных и аварийных ситуаций, а также загрязнения окружающей среды при осуществлении того или иного технологического процесса.

Безопасность следует принимать как комплексную систему, мер по защите человека и среды его обитания от опасностей формируемых конкретной деятельностью.

Для обеспечения безопасности конкретной деятельностью должны быть решены две задачи.

1. Произвести полный детальный анализ опасностей формируемых в изучаемой деятельности.

2. Разработать эффективные меры защиты человека и среды обитания от выявленных опасностей.

Обеспечение безопасности жизнедеятельности человека (рабочий, обслуживающий персонал) занимается «охрана труда».

5.1 Определение опасных и вредных производственных факторов Опасные и вредные производственные факторы подразделяются по природе действия на следующие группы [11]:

физические; химические; биологические; психофизиологические.

Наиболее значимые опасные и вредные факторы, например, для электромонтера являются: физические и психофизиологические.

Опасные физические факторы

• повышенный уровень шума на рабочем месте;

• повышенное значение напряжения в электрической цепи, замыкание которой может произойти через тело человека;

• повышенная или пониженная температура поверхностей оборудования, материалов;

• повышенная или пониженная температура, влажность и скорость потока воздуха рабочей зоны;

• повышенный уровень электромагнитных излучений;

• отсутствие или недостаток естественного света;

• недостаточная освещенность рабочей зоны;

Психофизиологические вредные производственные факторы

• физические перегрузки;

• нервно-психические перегрузки.

Психофизиологические факторы обусловлены монотонностью труда, напряжением зрения, длительными статическими нагрузками При подключении объекта к системе электроснабжения, его эксплуатации и ремонте основным опасным фактором является поражение электрическим током.

5.2 Факторы, влияющие на исход поражения человека током

— Основные факторы;

— Косвенные факторы;

Основным фактором является величина тока, протекающего через тело человека.

Относительно безопасными токами считаются токи не превышающие 50 мА постоянного тока.

Пороговые значения для характерных токов:

· Ощутимый Iпор = 0,5 мА переменного тока; Iпор = 5 мА постоянного тока

· Не отпускающий Iпор = 10 мА переменного тока; Iпор = 50 мА постоянного тока

· Фибрилляционный Iпор = 100 мА переменного тока Iпор = 300 мА; постоянного тока; время воздействия 2 — 3 сек.

Токи более 5 А приводят к мгновенному остановке сердца, но при снятии импульса тока фибрилляции не возникнет, но нарушается дыхание.

К косвенным факторам относят:

1) длительность протекания тока через тело человека;

2) путь тока в теле человека;

Путь тока в теле человека может идти по разным путям. Наиболее опасный путь через жизненоважные органы (мозг, сердце и лёгкие) человека. Поэтому опасный путь тока голова — руки, голова — ноги; менее опасный путь рука — рука или рука — нога. Но наиболее часто встречаемый путь нога — нога, возникающий под действием напряжения шага, когда человек перемещается в зоне растекания тока в земле.

3) род тока;

4) частота тока;

5) индивидуальные свойства человека;

6) параметры окружающей среды;

7) фактор внимания.

5.3 Меры защиты от поражения электрическим током

Для защиты от поражения электрическим током предусмотрены следующие меры безопасности (ПУЭ):

· защита от прямого прикосновения — электрический контакт людей с токоведущими частями, находящимися под напряжением;

· защита при косвенном прикосновении — электрический контакт людей с открытыми проводящими частями, оказавшимися под напряжением при повреждении изоляции.

Защита от прямого прикосновения осуществляется путем: