Расчет системы электроснабжения

Электроснабжением называется обеспечение потребителей электрической энергией.

Системой электроснабжения называют совокупность электроустановок, предназначенных для обеспечения потребителей электрической энергией.

Централизованным электроснабжением называется электроснабжение потребителей от энергосистемы. Энергетическая система состоит из электрических станций, электрических сетей и потребителей электроэнергии, соединённых между собой и связанных общностью режима в непрерывном процессе производства, распределения и потребления электрической энергии при общем управлении этим режимом.

Электроэнергетическая система — это совокупность электрических частей электростанций, электрических сетей и потребителей электроэнергии, связанных общностью режима и непрерывностью процесса производства, распределения и потребления электроэнергии. Электрическая система — это совокупность электроустановок для распределения электрической энергии, состоящая из подстанций, распределительных устройств, воздушных и кабельных линий электропередачи. По электрической сети осуществляется распределение электроэнергии от электростанций к потребителям. Линия электропередачи — электроустановка, предназначенная для передачи электроэнергии.

Электрическая подстанция — это установка, предназначенная для преобразования и распределения электрической энергии. Подстанции состоят из трансформаторов, сборных шин и коммутационных аппаратов, а также вспомогательного оборудования: устройств релейной защиты и автоматики, измерительных приборов. Подстанции предназначены для связи генераторов и потребителей с линиями электропередачи, а также для связи отдельных частей электрической системы.

Классификация электрических сетей может осуществляться по роду тока, номинальному напряжению, выполняемым функциям, характеру потребителя, конфигурации схемы сети. По конфигурации схемы сети делятся на замкнутые и разомкнутые.

По выполненным функциям различают системообразующие, питающие и распределительные сети. Системообразующие сети осуществляют функции формирования объединённых энергосистем, объединяя мощные электростанции и обеспечивая их функционирование как единого объекта управления, и одновременно обеспечивают передачу электроэнергии от мощных электростанций.

Питающие сети предназначены для передачи электроэнергии от подстанций системообразующей сети и частично от шин электростанций к центрам питания распределительных сетей — районными подстанциями. Питающие сети обычно замкнуты.

Распределительная сеть предназначена для передачи электроэнергии на большие расстояния от шин низшего напряжения районных подстанций к промышленным, городским, сельским потребителям. Такие распределительные сети обычно разомкнутые или работают в разомкнутом режиме.

1 Характеристика потребителей и определения категории

Различают три характерные группы приемников электроэнергии:

1) приемники, работающие в режиме с продолжительно неизменной или мало меняющейся нагрузкой. В этом режиме электрическая машина или аппарат может работать продолжительное время без повышения температуры отдельных частей машины или аппарата выше допустимой. Примерами приемников, работающих в этом режиме, являются электродвигатели компрессоров, насосов, вентиляторов и т. п.:

2) приемники, работающие в режиме кратковременной нагрузки. В этом режиме рабочий период машины или аппарата не настолько длителен, чтобы температура отдельных частей машины или аппарата могла достигнуть установившегося значения. Период останова машины или аппарата настолько длителен, что машина практически успевает охладиться до температуры окружающей среды. Примерами такой группы приемников являются электродвигатели электроприводов вспомогательных механизмов металлорежущих, гидравлических затворов и т. п.;

3) приемники, работающие в режиме повторно-кратковременной нагрузки. В этом режиме кратковременные рабочие периоды машины или аппарата чередуются с кратковременными периодами отключения. Повторно-кратковременный режим работы характеризуется относительной продолжительностью включения (ПВ) и длительностью цикла. В повторно-кратковременном режиме электрическая машина или аппарат может работать с допустимой для них относительной продолжительностью включения неограниченное время, причем повышение температур отдельных частей машины или аппарата не выйдет за пределы допустимых значений. Примером этой группы приемников являются электродвигатели кранов, сварочные аппараты и т. п.

В отношении обеспечения надежности и бесперебойного питания приемники электроэнергии в соответствии с ПУЭ делят на три категории:

1-ая категория: по правилам устройств электроустановок к первой категории относятся электроприемники, перерыв в электроснабжении которых может повлечь за собой опасность для жизни и здоровья людей, а также нанести весомый ущерб народному хозяйству. Как правило, при электроснабжении промышленных предприятий ущерб выражается в повреждении оборудования, массовом браке продукции и т. п. Такие электроприемники обязательно обеспечиваются питанием от 2-ух независимых источников питания, а перерыв в их электроснабжении может быть допущен на период автоматического включения резерва. Надо упомянуть, что независимым источником называется тот источник, на котором напряжение сохраняется в случае исчезновения его на других источниках.

2-ая категория: к этой категории можно отнести электроприемники, чей перерыв в электроснабжении промышленных предприятий связан с массовым снижением выпуска продукции, простоем механизмов или людей. Для них, как и для 1ой категории, тоже требуется резервирование по питанию, но при этом предусмотрены перерывы в электроснабжении на время, требуемое для ручного переключения на резервный источник.

3-яя категория: к ней относятся все прочие электроприемники, эксплуатируемые на неответственных складах, во вспомогательных цехах, цехах несерийного производства. Для них допустим перерыв питания продолжительностью не более 24 ч, требуемое для ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения промышленных предприятий.

Кроме этого, на некоторых предприятиях в составе электроприемников 1-ой категории есть особые группы, нарушение в электроснабжении которых влечет за собой тяжелые последствия, такие как пожары, взрывы, гибель людей. Для них предусмотрено резервирование питания от 3-его независимого источника.

Камнерезный цех относится к неответственным потребителям, перерыв которых не может повлечь за собой опасность для жизни людей или значительный ущерб производству и допускается перерыв электроснабжения на время необходимое для ремонта или замены поврежденного элемента, и поэтому, согласно ПУЭ, он относится к 3-й категории.

2 Расчет электрических нагрузок

Расчет электрических нагрузок является первым этапом проектирования системы электроснабжения. От правильной оценки мощности электрических нагрузок зависят капитальные затраты на систему электроснабжения, эксплуатационные расходы, надежность работы электрооборудования. С целью их систематизации составлю таблицу нагрузок (таблица 2.1). В таблицу свожу все известные данные: количество потребителей n, шт.; номинальную мощность потребителя Pн, кВт; коэффициент спроса kсп; коэффициент мощности .

Суммарная установленная мощность, Pуст, кВт

Pуст PH · n (2.1)

где — номинальная мощность потребителя, кВт;

— количество потребителей, шт.

Расчётная активная мощность, Ррас, кВт

Ррас = Руст · kсп (2.2)

где Руст — установленная мощность потребителя, кВт;

kсп. — коэффициент спроса.

Расчётная реактивная мощность, Qрас, кВар

Qрас = Ррас · tg ц (2.3)

где Ррас — расчётная активная мощность, кВт:

tg ц — определяется по средневзвешенному коэффициенту мощности приёмника.

Полученные значения сводятся в таблицу 2.1 «Расчёт электрических нагрузок».

Расчетное значение активной мощности нагрузки Р, кВт

Ррас = Ррас.1 + Ррас.2 + Ррас.3 + …+Ррас.9 (2.4)

Расчетное значение реактивной мощности нагрузки Q, кВар

Qрас. = Qрас.1 + Qрас.2 + Qрас.3 +…+Qрас.9 (2.5)

Расчётное значение полной мощности нагрузки Sрас, кВА

(2.6)

(кВ· А)

Все значения и расчеты произвожу в таблице 2.1

Таблица 2.1 — Расчет электрических нагрузок

3 Выбор схемы электроснабжения

Внутризаводское распределение электроэнергии выполняется по радиальной, магистральной или смешанной схеме в зависимости от территориального размещения нагрузок, их величины, требуемой степени надежности питания и других характерных особенностей проектируемого объекта.

Все три вида схем имеют много разновидностей и модификаций по степени надежности питания, и при правильном их выборе каждая из них может быть применена для питания электроприемников любой категории

Радиальная система распределения энергии целесообразна главным образом там, где имеются крупные сосредоточенные нагрузки (насосные, компрессорные, преобразовательные, печные и т. п.), расположенные в различных направлениях от центра питания. Радиальные схемы при кабельном исполнении сетей применяются также на первой ступени распределения энергии (от центра питании до РП). Дальнейшее же распределение энергии по отдельным участкам от РП к цеховым под станциям и высоковольтным двигателям про изводится как по радиальным, так и по магистральным схемам.

Внедрение магистральных схем связано с децентрализацией распределения и коммутации энергии, т. е. с отказом от промежуточных коммутационных узлов и с подачей энергии от основного энергетического узла или центра питания предприятия (ТЭЦ, ГПП непосредственно к цеховым распределительным и трансформаторным подстанциям). Исчезает одно звено коммутации, и в этом заключается главное преимущество магистральных схем распределения энергии.

Магистральные схемы целесообразны при распределенных нагрузках, при упорядоченном (линейном) расположении подстанций на территории проектируемого объекта, благоприятны, возможно, более прямому прохождению магистралей от источника питания до потребителя энергии без обратных потоков энергии и длинных обходов. Это обстоятельство в известной степени ограничивает область применения магистральных схем.

Я принимаю радиальную схему электроснабжения, так как она обеспечивает высокую надежность питания отдельных потребителей.

Рисунок 3.1 — Радиальная схема электроснабжения

4 Расчёт и выбор трансформаторов

На действующих предприятиях при наличии суточного графика потребителей номинальную мощность трансформатора следует выбирать не по максимальной нагрузке потребителя, а по величине средней мощности в наиболее загруженной смене из характерных суток. Если мощность трансформатора выбирать по максимальной нагрузке в потребителях, то в периоды средних, а тем более минимальных нагрузок трансформатор будет не догружен, а, следовательно, его номинальная мощность будет завышена.

Следует учесть, что оптимальная нагрузка трансформатора должна составлять 65 — 70% от его номинальной мощности.

Для правильного выбора мощности трансформатора необходимо иметь график его нагрузки или знать максимальную мощность Pmax и среднесуточную Pср, а также суммарную продолжительность максимумов нагрузки.

При выборе трансформаторов опираемся на выбранную схему электроснабжения и выводы о категории электроприёмников в отношении надёжности электроснабжения.

При выборе типа и исполнения трансформаторов учитываю условия установки и охлаждения трансформаторов, температуру и состояние окружающей среды.

Ориентировано выбираю трансформатор ТЛС.

Таблица 4.1 — Технические данные трансформатора ТЛС — 250/10

Далее рассчитываем потери в трансформаторе для разных вариантов

(4.1)

где Pк.з. — потери мощности короткого замыкания, кВт;

Pxx — потери мощности холостого хода, кВт;

Sm — фактическая нагрузка трансформатора, кВ•А

(4.2)

где QH — потери реактивной мощности рассеяния, кВар;

Qxx — потери холостого хода, кВар.

Для начала найдем потери реактивной мощности рассеяния

(4.3)

(кВар)

И потери холостого хода

(4.4)

(кВар)

По формулам (4.1) и (4.2) находим потери мощности

(кВт)

(кВар)

Определяем расчетную мощность трансформатора с учетом активных и реактивных потерь, SРАС. Т, кВ· А

(4.5)

(кВ•А)

Проверим их работу по коэффициенту загрузки в нормальном режиме.

(4.6)

где Sрас — расчетная мощность нагрузок, кВА;

Sн — номинальная мощность трансформаторов, кВА.

Окончательно к установке принимаю трансформатор марки ТЛС — 250/10 технические данные приводятся в таблице 4.1

В обязательную комплектацию трансформтаоров ТЛС мощностью 250 кВА и более входят датчики температуры. По требованию заказчика трансформатор может поставляться с комплектом вентиляторов, блоком контроля управления вентиляцией и температуры.

Тепловая защита обмоток трансформатора выполнена с помощью датчиков температуры ДТСХХ4 (Pt 100) установленных в каждую фазу. Трансформатор комплектуется программируемым микропроцессорным блоком защиты типа ТР-100, БКТ-2, БКТ-3 и др. с инструкцией по установке и программированию на русском языке.

5 Компенсация реактивной мощности

Снижение потребления реактивной мощности осуществляется двумя способами: естественный способ и искусственный способ.

Естественный путь включает в себя:

а) замену электродвигателей, работающих с недогрузкой или перегрузкой на электродвигатели меньшей или большей мощности;

б) понижение напряжения у малозагруженных электродвигателей;

в) ограничение холостого хода работающих электродвигателей;

г) правильный выбор электродвигателей по типу и мощности;

д) повышение качества ремонта двигателей;

е) отключение малозагруженных силовых трансформаторов с переводом нагрузки на другой трансформатор.

Так как коэффициент реактивной мощности в нашей работе превышает нормативный, делаем вывод о необходимости компенсации реактивной мощности.

Снижение потребления реактивной мощности не всегда возможно естественным методом. Поэтому в дополнение к нему применяют и искусственный метод, в том числе устанавливают конденсаторные установки. Компенсация реактивной мощности — это приближение источника реактивной мощности к потребителю.

Определим угол сдвига фаз до компенсации cosц1

(5.1)

По принятым нормативным значениям коэффициента мощности, выбираем cosц2 = 0,95

Находим необходимую реактивную мощность статических конденсаторов, Qк, кВар

Q = ?Р • (tgtg) (5.1)

где ?Р — активная мощность потребителей, кВ· А;

tg1 — до компенсации, равная 0,79;

tg2 — после компенсации, равная 0,3.

Q= 183 • (0,79 — 0,3) = 84,2 (кВар)

Находим емкость фазы, Сф, мкФ, при соединение конденсаторов в треугольник.

(5.2)

где U — номинальное напряжение, равная 6 кВ;

щ — циклическая частота (щ = 2f), Гц.

(мкФ)

По таблице 8 выбираем конденсатор типа КС.

Таблица 5.1 — Технические характеристики конденсатора КС2−6,3−75

Определяем количество конденсаторов, n, шт

n= (5.3)

где — емкость выбранного конденсатора (мкФ), (таблица 5.1)

(шт)

Определяем количество конденсаторов на фазу, m, шт

m = n•3 (5.4)

m = 2 • 3 = 6 (шт)

Определяем реактивную мощность в батарее при соединении треугольником, Q, кВар

Q = (5.5)

= 6 · 75 = 450 (кВар)

Проверяем выполнение неравенства

(5.6)

84,2 450

Данное условие выполняется. Окончательно принимаем конденсаторы марки КС2−6,3−75

Рассчитанные конденсаторы КС2−6,3−75, для компенсации реактивной мощности, устанавливаются на шинах РУ 6/0,4 и отражены в принципиальной схеме.

6 Расчет токов короткого замыкания

Причины возникновения КЗ различны: нарушение изоляции из-за ее старения или повреждения (перенапряжения, удара молнии, механическое воздействия, попадания посторонних предметов на токоведущие части, покрытие изоляторов слоем пыли и пр.); ошибки при монтажных и ремонтных работах; включения и отключения в распределительных устройствах.

Последствиями коротких замыканий могут быть недопустимый нагрев электрооборудования из-за значительного увеличения токов; разрушение его под действием возникающих больших усилий; снижение напряжения и нарушение его симметрии; возгорание электроустановки и др.

При правильном выборе электрооборудования, основанном на фактическом знании возможных токов КЗ, могут быть предотвращены опасные последствия короткого замыкания.

Составим схему замещения (рис 6.2) и определим сопротивление всех элементов в именованных единицах.

Особенностью расчетов токов короткого замыкания в сетях до 1 кВ является то, что необходимо учитывать не только индуктивные, но и активные сопротивления всех элементов сети.

Составляю расчетную схему с учетом всех элементов сети:

Рисунок 6.1 — Расчетная схема

Рисунок 6.2 — Схема замещения

Ток короткого замыкания на шинах подстанции, IК, А

(6.1)

где SК — мощность короткого замыкания (КЗ) на шинах подстанции, МВА;

U — напряжение на шинах подстанции (6300 В)

(А)

Индуктивное сопротивление, Хс, Ом, до шин РП

(6.2)

где Uном — номаинальное напряжения на шинах, В;

Iк — ток короткого замыкания на шинах РП, А

(Ом)

Индуктивное сопротивление обмоток трансформатора, Xm, Ом

(6.3)

где — фактическая нагрузка трансформатора, кВ· А;

Uк — напряжение короткого замыкания трансформатора, %

(Ом)

Активное сопротивление силового трансформатора, Rm, Ом

(6.4)

где — мощность короткого замыкания (потери в обмотках трансформатора), Вт, принимается по паспортным данным трансформатора, Номинальный ток вторичной обмотки, Iном, А

(6.5)

(А)

(Ом) Полное сопротивление обмоток трансформатора, zm, Ом

(6.6)

(Ом) Результирующее сопротивление до шин высшего напряжения ГПП предприятия, Хрез1, Ом Хрез1 = Хс + Zт (6.7)

Хрез1 = 0,252 + 0,021 = 0,273 (Ом) Нахожу ток короткого замыкания, Iк1, А, на шинах низкого напряжения подстанции

(6.8)

(А) Нахожу индуктивное сопротивление, xлэп, Ом, кабельных линий

(6.9)

где Lлэп — длина линии, км.

хлэп = 0,07 · 0,15 = 0,0105 (Ом) Активное сопротивление кабельных линий до распределительного щита

или шкафа, Rлэп, Ом

(6.10)

где Lлэп — длина линии, м;

гудельная проводимость проводниковых материалов для меди54,3 м/Ом· мм2, для алюминия 31,5 м/Оммм2

(Ом) Рассчитываю полное сопротивление линии,, Ом

(6.11)

(Ом) Находим результирующее сопротивление до точки, , Ом

Zрез1 = Хрез1 + ZЛЭП (6.12)

Хрез2 = 0,273 + 0,173 = 0,446 (Ом) Нахожу ток короткого замыкания, А, в точке

(6.13)

(А) Нахожу индуктивное сопротивление,, Ом, кабельной линии до потребителя

(6.14)

где — длина линии до потребителя, км.

(Ом) Активное сопротивление, Rлэп, Ом, кабельных линий до потребителя

(6.15)

(Ом) Рассчитываю полное сопротивление линии,, Ом

(6.16)

(Ом) Находим результирующее сопротивление до точки, , Ом Хрез3 = Хрез2 + ZL (6.17)

Zрез2 = 0,446 + 0,23 = 0,676 (Ом) Нахожу ток короткого замыкания, А в точке

(6.18)

(А) Ударный ток короткого замыкания,, А, в каждой расчетной точке

(6.19)

Действующее (установившееся) значение тока к.з.,, А, в каждой точке

(6.20)

Ток двухфазного короткого замыкания,, А, в каждой точке

(6.21)

Результаты расчетов свожу в таблицу 6.1

Таблица 6.1 — Расчетные значения токов короткого замыкания в сетях ниже 1000 В

7 Выбор и расчет электрических сетей

Конечная цель расчета электрических сетей — определение наименьшего сечения проводов жил воздушных и кабельных линий по техническим и экономическим условиям.

К техническим условиям относят:

1. выбор сечений по нагреву рабочим током;

2. выбор сечений по нагреву от кратковременного выделения тепла при токе короткого замыкания;

3. проверка сечения по допустимым потерям напряжения при передаче электроэнергии;

4. проверка механической прочности проводов и кабелей.

К экономическим условиям выбора относят расчет сечения по экономической плотности тока — то есть определение сечения линии, приведенные затраты на сооружение которой будут минимальными. По экономической плотности тока рассчитываются провода для стационарных линий, питающих подстанции карьеров, фабрик или отдельных цехов предприятия.

По экономической плотности тока не проверяются:

а) временные передвижные линии сроком службы менее 5 лет;

б) ответвления к мелким приемникам;

в) осветительные сети;

г) линии напряжением до 1кВ при длительности использования максимума на грузки до 4000 — 5000 часов в год.

Окончательное сечение провода или жилы кабеля выбирается наибольшее, путем сравнения результатов расчетов по разным условиям выбора. С учетом того, что потребители распределены равноудалено.

Расчетный ток нагрузки для выбора кабеля, питающего группу электродвигателей, Iрасч, А электрический нагрузка электроснабжение трансформатор

(7.1)

где Рн — суммарно установленная мощность потребителя, кВт;

зд — к.п.д. двигателя;

ксп — коэффициент спроса по среднепотребляемой мощности;

соs ц — коэффициент двигателя.

Проверка по экономической плотности, Sэк, мм2

(7.2)

где IРАС — расчетное значение рабочего тока, А;

j — экономическая плотность тока, принимаю по таблице равная 2,7 А/мм2, для меди Проверка по допустимым потерям напряжения в сети

Допускаемые потери напряжения 10% от номинального напряжения.

UРАС%UДОП%

где UРАС% - расчетное значение потерь напряжения в сети, %;

UДОП% - допустимое значение потерь напряжения по нормам, %;

UРАС% = (7.3)

где ZОФ — полное сопротивление проводов ЛЭП, Ом/км;

L — длина проводов, км.

По формулам 7.1−7.3 производим расчеты в таблице 7.1

Таблица 7.1 — Выбор и расчет электрических сетей

8 Расчет и выбор электрооборудования

Для выбора низковольтной аппаратуры необходимо определить величину расчетного тока линии. Решить какой аппарат будет установлен перед каждым приемником.

1) Выбор автоматических выключателей.

Автоматические выключатели — это коммутационные защитные аппараты, для замены рубильников и предохранителей.

(8.1)

Выбираю выключатель типа А371ОБ с полупроводниковым электромагнитным расцепителем максимального тока. Данные привожу в таблицу 8.1.

Токоограничивающие с полупроводниковым и электромагнитным расцепителем максимального тока на токи от 40 до 630 А с динамической устойчивостью 18−150 кА. Полупроводниковый расцепитель имеет:

— зону регулирования при перегрузке (при установке тока трогания 1,25· Iном время срабатывания регулируется в пределах 4, 8, 16 с);

— зону регулирования при к.з. (при установке тока трогания в пределах (3−10)· Iном выключатель срабатывает без выдержки по времени).

На электромагнитном расцепителе ток трогания установлен 10· Iном.

Табл. 8.1 — Технические данные автоматических выключателей

2) Выбор предохранителей.

Предохранители применяют для защиты электрических установок от токов короткого замыкания. Защита от перегрузок с помощью предохранителей возможна только при условии, что защищаемые элементы установки выбраны с запасом по пропускной способности, превышающим примерно на 25% номинальный ток плавкой вставки.

Плавкие вставки предохранителей выдерживают токи на 30−50% выше номинальных токов в течение одного часа и более. При токах, превышающих номинальный ток плавких вставок на 60−100%, они плавятся за время, меньшее одного часа.

Наиболее распространенными предохранителями, применяемыми для защиты электроустановок до 1 кВ, являются: ПР2 — предохранитель разборный; НПН — насыпной предохранитель неразборный; ПН2 — предохранитель насыпной разборный.

Выбираю плавкие предохранители в зависимости от характера нагрузки приемников электроэнергии. При выборе необходимо, чтобы номинальный ток плавкой вставки Iном в, А, должен быть не меньше расчетного тока линии Iрасч Устанавливаю предохранитель ПН2−400−12 низковольтный. Выбранный предохранитель и его данные привожу в таблицу 8.2.

Табл. 8.2 — Технические данные предохранителей

3) Выбор пускателей.

Пускатели предназначены:

— для управления (пуска, останова и реверса) трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором;

— для включения и отключения нагревателей и других приборов переменного тока.

Пускатель электромагнитный ПМ 16 115−100? 380 В нереверсивный.

Пускатели электромагнитные ПМ16 на токи 115, 150, 185, 265, 330, 400, 500, 630 А. Обычное исполнение и реверсивное. Напряжение катушки 220, 380 В 50 Гц.

9 Расчет заземляющих устройств

Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение металлических частей электроустановки, нормально находящихся без напряжения, но на которых оно может появиться вследствие повреждения изоляции, с заземляющим устройством.

Заземляющее устройство — совокупность электрически соединенных между собой заземлителей и заземляющих проводников.

Заземлению подлежат: корпуса электрических машин, трансформаторов, аппаратов, светильников и т. п., приводы электрических аппаратов, вторичные обмотки измерительных трансформаторов, каркасы распределительных щитов, щитов управления, щитков и шкафов, металлические конструкции распределительных устройств, металлические кабельные конструкции, металлические корпуса кабельных муфт, броня и оболочки контрольных и силовых кабелей, металлические оболочки проводов, стальные трубы электропроводки и другие металлические конструкции, связанные с установкой электрооборудования, а также корпуса передвижных и переносных электроприемников.

Не требуется заземлять арматуру подвесных и штыри опорных изоляторов, кронштейны и осветительная арматура при установке их на деревянных опорах линий электропередачи, оборудование, установленное на заземленных металлических конструкциях, корпуса электроизмерительных приборов, реле, установленных на щитах, щитках, шкафах и на стенках камер распределительных устройств.

1) Сопротивление заземляющего устройства определяется исходя из величины предельно допустимых уровней напряжения прикосновения и тока:

— в установках выше 1 кВ с изолированной нейтралью R=250/I, Ом 2/3м, толщиной стенки не менее 4 мм;

— стальные трубы диаметром 50/60 мм, длиной 2/3 м, толщиной стенки не менее 3,5 мм;

— стальной прут диаметром не менее 10 мм, длиной 2/3 м;

— для заземляющих устройств одновременно используемых для электроустановок напряжением до и выше 1 кВ с изолированной нейтралью: R=125/I, Ом (где I-ток замыкания на землю);

— в установках до 1 кВ с изолированной нейтралью R=4 Ом;

— в установках выше 1 кВ с глухозаземленной нейтралью R<0,5 Ом с учетом естественных заземлителей;

— в установках до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью — 2, 4, Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380, и 220 В.

Заземляющее устройство позволяет снизить до безопасного значения напряжение прикосновения человека, поскольку при повреждении изоляции человек оказывается включенным в электрическую цепь параллельно заземлителю, сопротивление которого значительно меньше сопротивления человека, что снижет величину тока, проходящего через человека.

Заземлителем называется металлический проводник, непосредственно находящийся в соприкосновении с землей.

В качестве заземлителей в первую очередь используются естественные, то есть не требующие специального устройства — это проложенные в земле металлические трубы, за исключением трубопроводов с горючими жидкостями и газами, металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, свинцовые оболочки кабелей.

Если нет возможности использовать естественные заземлители или их сопротивление не удовлетворяет требованиям безопасности, то применяют искусственные заземлители, углубляемые в землю, изготовленные, как правило, из низкоуглеродистой стали различного профиля:

а) вертикальные заземлители (электроды): угловая сталь размерами 50×50, 60×60, 75×75 мм, длиной 2/3 м, толщиной стенки не менее 4 мм;

б) горизонтальные заземлители (электроды):

— прутковая сталь диаметром не менее 10 мм, длиной до 10 и более метров;

— стальная полоса толщиной 4 мм, сечением не менее 48 мм²; Заземляющие электроды могут быть одиночными или групповыми, групповые электроды электрически соединенные общей полосой образуют заземляющий контур.

Общее заземляющее устройство может быть комбинированным и состоять из центрального и местного заземляющих устройств. Местное заземляющее устройство выполняется в виде отдельных электродов или группы параллельно соединенных заземлителей. Центральное заземляющее устройство, как правило выполняется в виде замкнутого контура на подстанции.

В соответствии с требованиями правил безопасности горные предприятия имеют общую для всех электроустановок сеть заземления, выполненную путем непрерывного электрического соединения заземляющих проводников заземляющих устройств, заземляющих жил гибких кабелей и металлических оболочек. Длина заземляющих проводников от передвижной электроустановки до центрального заземляющего устройства не должна превышать 2 км.

В качестве магистральных заземляющих проводников применяются:

— стальные однопроволочные провода D>6 мм;

— стальные многопроволочные провода S>35 мм2

— сталеалюминевые и алюминиевые провода S>35 мм2;

Заземлители, заземляемые части электроустановок присоединяются к заземляющей сети посредством отдельного ответвления, что позволяет снижать суммарное сопротивление сети заземления. Запрещается последовательное соединение заземляемых элементов, так как при обрыве в цепи заземления одного элемента заземления лишатся остальные.

Расчет защитного заземления

1) В соответствии с ПУЭ устанавливаю допустимое сопротивление заземляющего устройства Rз,. Если заземляющее устройство является общим для установок на различное напряжение, то за расчетное принимаем наименьшее.

2) Определяю возможность использования естественных заземлителей. В случае использования естественных заземлителей, при их сопротивлении больше допустимого уровня, определяется необходимое сопротивление искусственного, включенного параллельно, Rз, Ом

(9.1)

где Rз — сопротивление искусственного заземлителя, Ом;

Re — сопротивление естественного заземлителя, Ом;

RU — сопротивление заземляющего устройства, Ом;

Т.к естественный заземлитель не используется, то принимаем RU=Rз=4Ом

3) Определяю расчетные значения удельного сопротивления грунта

— для горизонтальных электродов срасч. г, Ом срасч. г = кг· с (9.2)

срасч.г =5· 80=400 (Ом)

— для вертикальных электродов срасч. в, Ом срасч. в = кв· с (9.3)

срасч.в = 1,8 · 80 = 144 (Ом) где с — средние удельные сопротивления грунтов, Ом· м;

кг и кв — повышающие коэффициенты, учитывающие изменение сопро;

тивления грунта вследствие его высыхания и промерзания.

4) Определяю сопротивление растеканию одного вертикального электрода Rв, Ом

(9.4)

где Rв — сопротивление растеканию вертикального электрода, Ом;

срасч.в — расчетное значение удельного сопротивления грунта, Ом;

lв — длина электрода, м;

d — диаметр электрода (труба, штырь), м Так как я принимаю электрод из угловой стали с шириной уголка bm, то в формулу вместо диаметра трубы подставляется эквивалентный диаметр уголка dэ, м, вычисленный по формуле

dэ = 0,95 · bm (9.5)

dэ = 0,95 · 0,5 = 0,48 (м) Расстояние от поверхности земли до середины вертикального электрода, t, м, рассчитывается

(9.6)

где t0 — глубина заложения верхнего конца электрода (0,5ч0,8), м;

(м)

(Ом)

5) Определяю сопротивление растеканию горизонтальных электродов (полосы) Rг, Ом, приваренной к верхним концам вертикальных электродов

(9.7)

где Rг — сопротивлении растеканию соединительной полосы, Ом;

срасч.г — расчетное удельное сопротивление фунта, Ом· м;

lг — длина соединительной полосы в контуре, равная периметру (длине контура), м;

b — ширина полосы, м;

t0 — глубина расположения соединительной полосы, м (0,5ч0,8);

кисп.г — коэффициент использования соединительной полосы в контуре

(0,33ч0,85)

=13,8 (Ом)

6) Далее определяю уточненное сопротивление растеканию вертикальных электродов Rв. у, Ом

(9.8)

где Rг — сопротивление растеканию горизонтальной полосы, Ом;

Ru — сопротивление заземляющего устройства.

(Ом)

7) Определяю число вертикальных электродов N, шт

(9.10)

где Rв — сопротивление растеканию вертикальных электродов, Ом;

Rв.у — уточненное сопротивление растеканию вертикальных электродов кисп. в — коэффициент использования вертикальных электродов, учиты;

вающий увеличение сопротивления заземлителя, вследствие экра;

нирования соседних электродов (0,62ч0,85).

(шт)

8) Определяю общее сопротивление заземляющего контура Rз. к, Ом

(9.11)

где Rв и Rг — сопротивление растеканию вертикального и горизонтального электрода, Ом;

кисп.в и кисп. г — коэффициенты использования вертикальных и горизонтальных электродов;

N — число вертикальных электродов, шт.

Rз.к.=1,6 (Ом) Рисунок 9.1 — Схема расположения заземлителей

10 Выбор релейной защиты и автоматики

Аппаратами защиты называют устройства, которые автоматически отключают участки электрической цепи в случаях нарушения нормального режима работы, что позволяет обеспечить безопасность обслуживающего персонала и сохранность электрооборудования и электрических сетей.

1) Максимально-токовая защита предназначена для защиты от токов к.з. и недопустимых токовых перегрузок. Для этой цели использую реле максимального тока. Они служат для мгновенного отключения цепей.

Я принимаю реле типа РСТ 80АВ, так как она обладает рядом преимуществ:

— не требуется оперативное питание;

— реле питается от входного тока, а значит, обладает высокой помехоустойчивостью;

— в одном реле два функциональных элемента;

— выполнено на высокой микроэлементной — высокая виброустойчивость и ударопрочность;

— относительно не высокая стоимость.

Реле применяется в схемах релейной защиты и противоаварийной автоматики в качестве органа реагирующего на повышение тока в контролируемой цепи. В одном реле два функциональных элемента — измерительный орган тока со стандартными зависимыми характеристиками срабатывания типов и быстродействующий орган отсечки. Применение зависимых характеристик срабатывания стандартных типов позволяет оптимально согласовать защиту с характеристиками защищаемых объектов и с современными микропроцессорными защитами.

Диапазон рабочих температур окружающего воздуха от -40 до +55° С.

2) Нулевая и минимальная защиты.

Назначение нулевой защиты состоит в том, чтобы при снятии напряжения и повторной его подаче не произошло самопроизвольного включения электрооборудования. Назначение минимальной защиты состоит в отключении электроустановки при снижении номинального напряжения ниже допустимых пределов, например, на 30−40% ниже нормы.

В магнитных пускателях роль нулевой защиты выполняет контакторная катушка, а минимальной защиты — катушка промежуточного реле пускателя.

3) Защита от потери управляемости.

Назначение этой защиты состоит в блокировке подачи рабочего тока на включающую систему электроаппаратов при обрыве или замыкании проводов дистанционного управления между собой и с заземляющей жилой! Роль защиты выполняет полупроводниковый диод, встраиваемый в цепь управления. Промежуточные реле РП магнитных пускателей работают на постоянном (выпрямленном) токе и на переменный ток не реагируют.

4) Автоматическое повторное включение.

Большинство коротких замыканий на воздушных линиях электропередачи возникает вследствие грозовых разрядов, вызывающих перекрытие изоляторов, замыкания проводов различных фаз птицами, схлестывания проводов и т. п. Опыт эксплуатации показывает, что большая часть подобных замыканий в воздушных сетях носит кратковременный характер, так как после отключения поврежденного участка изоляция в месте замыкания часто восстанавливается и линия может быть вновь включена в работу.

Короткие замыкания на трансформаторных подстанциях чаше всего происходят вследствие перекрытия изоляции сборок или предохранителей

высокого напряжения и тоже носят кратковременным характер. После устранения короткого замыкания трансформаторы часто могут быть вновь включены в работу без ремонта сборки или предохранителя.

Для повторного включения линий широко применяют устройства, с помощью которых отключившиеся линии вновь включаются в работу автоматически. Такие устройства называют устройствами АПВ.

Устройства АПВ могут быть выполнены с помощью электрических реле или механических приспособлений к приводу выключателя. Электрические устройства АПВ применяют в выключателях, снабженных электромагнитными и пневматическими приводами с дистанционным и автоматическим включением и отключением, механические — в выключателях, снабженных ручными автоматическими приводами (грузовыми, пружинными).

11 Расчет электрического освещения

Рациональное освещение является одним из важных факторов повышения безопасности и увеличения производительности труда. Освещение характеризуется количественными и качественными показателями. Особенное значение имеет рациональное искусственное электрическое освещение, где естественное освещение отсутствует.

Системы искусственного освещения: общее, местное, комбинированное.

По назначению искусственное освещение разделяется:

1) Рабочее — предназначено для работы, прохода людей, движения транспорта;

2) Аварийное — предусматривается на случай внезапного (при аварии) отключения рабочего освещения;

3) Эвакуационное — предназначено для эвакуации людей при аварийных отключениях рабочего освещения;

4) Охранное освещение — предусматривается вдоль границ территории, охраняемой в ночное время;

5) Дежурное освещение — освещение в нерабочее время.

Для расчёта используем метод коэффициента использования светового потока, который учитывает не только световой поток, падающий непосредственно от светильника на рабочую поверхность, но и часть потока, отражённого потолком и стенами помещения, что немаловажно.

Для решения перечисленных задач в практике дипломного проектирования используется метод коэффициента основного потока.

Метод светового потока учитывает не только поток, падающий на данную рабочую поверхность непосредственно от светильника, но и поток, отраженный от стен и потолка при данной их окраске, при заданных размерах помещения и типа светильника путем введения так называемого коэффициента использованияосветительной установки.

Определяю и рассчитываю площадь освещаемого помещения, S, м2

S = a • b (11.1)

где a — длина помещения, м;

b — ширина помещения, м

S = 6 • 10 = 60 (м2)

По таблице 1, справочника [6], принимаю минимально допустимую освещенность для данного помещения

Еmin = 300 лк.

По таблицам 2, 3 выбираю тип светильника и лампы в соответствии с освещаемым объектом. РСП-08 с лампами ДРЛ.

Определяю высоту подвеса светильника над рабочей поверхностью, h, м

h = hном — hраб — hподв (11.2)

где hном — высота помещения;

hподв — высота подвеса от потолка, (0 — 2м);

hраб — высота уровня рабочей поверхности над полом (0,8м).

h = 6 — 1,2 — 0,8 = 4 (м)

Определяю показатель помещения, i

(11.3)

По табл. 4 выбираю коэффициент отражения потолка п = 50%, коэффициента отражения стен ст = 30% и освещаемой поверхности р = 10%.

По таблицам 5, 6 принимаю коэффициент использования светового потока и = 73%

Определяю общий световой поток лампы, FЛ расч, Лк

(11.4)

где кз — коэффициент запаса, учитывающий запыление или загрязение колпака (таблица 7 [6]);

S — площадь помещения, м2;

z — коэффициент минимальной освещенности 1,1 — 1,2;

N — принятое количество светильников, шт

(Лк)

По таблицам 8 — 14 выбираю лампу со световым потоком. ДРЛ -125

Определяю фактическую освещенность помещения от принятых ламп, Ефак

(11.5)

(Лк)

Ефак? Еmin (11.6)

Условие выполняется, поэтому окончательно принимаю светильники ДРЛ- 125 в количестве 10 шт.

Далее определяю расстояние между светильниками.

Примем расстояние между светильниками по длине Lb=1,5 м, тогда число светильников в ряду по длине будет составлять 5 шт. Расстояние от стен по длине будет составлять lb=2м. Примем расстояние между светильниками по ширине La=2м, тогда число светильников в ряду по ширине будет составлять 2 шт. Расстояние от стены по ширине будет составлять la=2м.

Рисунок 11.1 — Схема расположения светильников

Заключение

В данном курсовом проекте рассмотрено распределительное устройство на 6 кВ с существующими нагрузками предоставленных в таблице 2.1. Выбрана оптимальная радиальная схема электроснабжения. По нагрузкам к установке принят трансформатор марки ТЛС-250/10, где в таблице 4.1 представлены технические данные трансформатора.

Для компенсации емкостной составляющей рассчитаны и выбраны конденсаторы марки КС2- 6,3- 75 в количестве 6 штук.

В разделе 6 произведен расчет токов короткого замыкания, по ним выбрано электрооборудование. Выбраны кабели по расчетным токам.

Для обеспечения электробезопасности расчитано заземляющее устройство, и для обеспечения нормального условия работ рассчитано искусственное освещение и выбраны светильники типа ДРЛ — 125 в количестве 10 штук.

Для предотвращения развития аварии и не нормальных режимов работы в разделе 10 рассмотрены и выбраны защиты автоматики.

1) Правила устройства электроустановок (ПУЭ) / шестое издание, переработанное дополненное, с изменениями, 2003

2) Межотраслевые правила по охране труда (правила безопасности) при эксплуатации электроустановок ПОТ Р М-016−2001 РД 153−34.0−03.150−00,

3) А. А. Федоров, Старкова Л. Е. Учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию.- М.: Энергоатомиздат, 1987

4) А. А. Федоров. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий. — М.: Недра, 1986

5) Б. А. Князевский, Техника безопасности и противопожарная защита электроустановок.- М.: Недра, 2003

6) Г. Д. Медведев, Электроснабжение и электрооборудование горных предприятий. — М.: Недра, 1980

7) К. К. Александров, Электротехнические чертежи и схемы.- М.: Энергия, 1999

8) Л. А. Плащанский. Основы электроснабжения горных предприятий. Пособие по курсовому и дипломному проектированию. — М.: Горная книга, 2007

9) Н. А. Гурин, Г. И. Янукович. Электрооборудование промышленных предприятий и установок. Дипломное проектирование.- М.: Вышейшая школа, 1990

10) Н. А. Чулков, Электрификация открытых горных работ.- М.: Недра

11) Н. И. Чеботаев. Электрооборудование и электроснабжение открытых горных работ. — М.: Горная книга, 2006

12) Р. Ф. Авзалов, Электроснабжение и электрооборудование горных предприятий. — М.: Недра, 1977

13) Учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию. — УГМТ, 2006