Охрана труда на предприятии

Министерство образования РБ Ишимбайский нефтяной колледж ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ ОТРАСЛИ Курсовой проект Пояснительная записка

140 613 ЭП2−06

1. Общая часть

1.1 Краткая характеристика электрооборудования ТП

1.2 Ведомость электрических нагрузок

2. Расчетно-техническая часть

2.1 Определение расчетной электрической нагрузки от силовых электроприемников на шинах 0,38 кВ цеховых ТП

2.2 Расчет и выбор компенсирующего устройства

2.3 Выбор напряжения и схемы питания силовых и осветительных нагрузок цеха

2.4 Расчет и выбор числа мощности цеховых трансформаторов

2.5 Расчет и выбор распределительной сети 0,38 кВ

2.5.1 Расчет и выбор защитной аппаратуры

2.5.2 Расчет и выбор проводов и кабелей

2.5.3 Расчет и выбор распределительных шкафов и шинопроводов

2.6 Расчет токов короткого замыкания

2.7 Расчет и выбор питающей линии.

2.8 Расчет и выбор высоковольтного электрооборудования

2.9 Релейная защита

2.10 Учет и контроль электроэнергии

2.11 Расчет защитного заземления

3. Графическая часть

3.1 Принципиальная однолинейная схема электрических присоединений

3.2 План расположения электрооборудование комплекса томатного сока Список используемой литературы

Создание энергосистем и объединение их между собой на огромных территориях стало основным направлением развития электроэнергетики мира в 20 веке. Это обусловлено отличительной особенностью отрасли, в которой производство и потребление продукции происходят практически одновременно. Невозможно накопление больших количеств электроэнергии, а устойчивая работа электростанции и сетей обеспечивается в очень узком диапазоне основных параметров режима. В этих условиях надежное электроснабжение от отдельных электростанций требует резервирование каждой станции, как по мощности, так и по распределительной сети.

Известно, что объединенная работа энергосистем позволяет уменьшить необходимую установленную мощность в основном за счет разновременности наступления максимумов электрической нагрузки объединения, включая и поясной сдвиг во времени, сокращения необходимых резервов мощности вследствие малой вероятности одновременной крупной аварии во всех объединяемых системах.

Кроме того, удешевляется строительство электростанций за счет укрупнения их агрегатов и увеличения дешевой мощности на ГЭС, используемой только в переменной части суточного графика электрической нагрузки. В объединении может быть обеспечено рациональное использование энергомощностей и энергоресурсов за счет оптимизации режимов загрузки различных типов электростанций.

Но главным преимуществом энергообъединения является возможность широкого маневрирования мощностью и электроэнергией на огромных территориях в зависимости от реально складывающихся условий. Дополнительное электросетевое строительство, связанное с созданием энергообъединений, не требует больших затрат, так как при их формировании используются в основном линии электропередачи, необходимые для выдачи мощности электростанций, а затраты на них с лихвой окупаются удешевлением строительства крупной электростанции по сравнению с несколькими станциями меньшей мощности. И, следовательно, только объединенная работа энергосистем позволяет обеспечить более экономичное, надежное и качественное электроснабжение потребителей.

Однако параллельная работа энергосистем на одной частоте требует создания соответствующих систем управления их функционированием, включая и противоаварийное управление, а также координации развития энергосистем. Это обусловлено тем, что системные аварии в большом объединении охватывают огромные территории и при современной «глубине» электрификации жизни общества приводят к тяжелейшим последствиям и огромным ущербам.

Поскольку электроэнергия «не складируется», при возникновении дефицита она не может быть свободно куплена на мировом рынке и доставлена в любое место, как и другие продукты и товары. Поэтому обеспечение надежного и экономичного электроснабжения требует заблаговременного начала строительства новых генерируемых источников и электрических сетей, так как энергетические объекты весьма дороги и трудоемки. При этом необходимо обеспечить рациональный состав этих источников по используемым энергоресурсам, их основным техническим характеристикам; их регулировочным возможностям в суточном, недельном и годовом разрезе, а также их размещение.

Для этого необходима координация развития энергосистем и энергообъединений путем прогнозирования, как на долгосрочную, так и на краткосрочную перспективу, которое должно периодически повторяться. Последнее обусловлено тем, что все исходные данные для прогнозирования весьма неопределенны даже в условиях плановой экономики страны. Очевидно, что в условиях рыночной экономики эта неопределенность многократно возрастает.

1. Общая часть

1.1 Краткая характеристика электрооборудования ТП

Комплекс томатного сока (КТС) предназначен для производства томатного сока из исходного сырья (томатов).

КТС имеет технологический участок, в котором установлены поточные линии, а также вспомогательные и бытовые помещения.

Электроснабжение (ЭСН) осуществляется от собственной комплектной трансформаторной подстанции (КТП) 10/0,4 кВ, которая подключена и приемному пункту предприятия.

Все электроприемники по бесперебойности ЭСН — 2 категории.

В проектируемом томатном цехе выбран один трансформатор с коэффициентом загрузки К_з=0,7 типа ТСЗ 160/10. Данный выбран обусловлен преобладанием нагрузок 2 категории и наибольшей экономичностью.

На стороне 10 кВ трансформатора установлены разъединитель РВЗ₁₀/400 IУЗ, предохранитель ПКТ 101−10−10−31,5 УЗ.

Защита от токов короткого замыкания на стороне 0,4 кВ выполнена автоматическим выключателем серии ВА51Г₂₅.

Распределительная сеть выполнена шинопроводом марки ШМА 73 УЗ, двумя распределительными шинопроводами марки ШРА₁ и ШРА₂, также распределительным шкафом серии ПР85. Соединение с электроприемниками осуществляется проводами марки АПРН. Соединение шинопроводов и распределительного шкафа осуществляется кабелем АВРГ.

1.2 Ведомость электрических нагрузок

Проект выполнен для электроснабжения ЭО комплекса томатного сока. Электроснабжение осуществляется от собственной ГПП, подключенного к подстанции глубокого ввода комплекса (ГВК). Комплектная трансформаторная подстанция 10/0,4 кВ расположена внутри цеха.

Таблица 2.1 Перечень электрооборудования комплекса томатного сока

2. Расчетно-техническая часть

2.1 Определение расчетной электрической нагрузки от силовых электроприемников на шинах 0,38 кВ цеховых ТП

1 Приводим мощности ЭП работающих повторно кратковременном режиме работы к длительным режимам работы при ПВ=100%.

1.1 Электрические подъемники передвижные ПВ=25%.

(2. 1)

Р_п — паспортная мощность, кВт ПВ — повторное включение, %

1.2 Однофазные ЭП к 3_х фазным.

Сверлильный станок 1 фазный Р_ном= 3Р_ном.ф. Р_3ф=

2 Определяем среднесменную активную мощность за максимально загруженную смену:

кВт (2.2)

3 Определяем суммарную полную мощность.

(2. 3)

4 Определяем коэффициент силовой сборки m:

(2. 4)

5 Определяем средний коэффициент использования:

(2. 5)

6 Определяем эффективное число ЭП, учитывая что m > 3, а то

(2. 6)

7 Определяем коэффициент максимума:

[1., с. 55, таб. 2.15]

8 Определяем максимальную активную мощность:

(2.7)

9 Определяем среднесменную реактивную мощность:

(2.8)

10 Определяем максимальную реактивную мощность

то

11 Определяем полную максимальную мощность:

(2. 9)

12 Определяем максимальный ток нагрузки.

(2. 10)

2.2 Расчет и выбор компенсирующего устройства

Активная энергия, потребляемая электроприемниками, преобразуется в другие виды энергии: механическую, тепловую, энергию сжатого воздуха и т. п. Определенный процент активной энергии расходунтся на потери. Реактивная мощность Q не связана с полезной работой ЭП и расходуется на создание электромагнитных полей в электродвигателях, трансформаторах, линиях.

В цепи переменного тока, имеющей чисто активную нагрузку, ток совпадает по фазе с приложенным напряжением. Если в цепь включены электроприемники, обладающие активным и индуктивным сопротивлением (АД, сварочные и силовые трансформаторы), то ток будет отставать от напряжения на некоторый угол ?, называемый углом сдвига фаз (Рисунок 2.1). Косинус этого угла называется коэффициентом мощности.

Рисунок 2.1 Векторные диаграммы

Из рисунка 1 видно, что с увеличением активной составляющей тока I_а и при неизменной величине реактивной составляющей I_р, угол? будет снижаться, следовательно, значение cos? будет увеличиваться. Наоборот, при неизменной величине I_а с увеличением реактивной составляющей тока I_р, угол? будет увеличиваться, а значение cos? будет снижаться.

Генераторы переменного тока и трансформаторы характеризуются номинальной мощностью S_ном. Электроприемники характеризуются номинальной активной мощностью P_ном и cos?. Полная мощность источника согласно векторной диаграмме

(2.11)

Если нагрузка источника только активная, т. е. ?=0, а cos?=1, то S=P и наибольшая активная мощность электроприемников может быть равна номинальной мощности источника. Если cos?=0,8, то P=0,8S_ном. Таким образом, величина cos? характеризует степень использования мощности источника. Чем выше cos? электроприемников, тем лучше используются генераторы электростанций и их первичные двигатели; наоборот, чем ниже cos?, тем хуже используются электрооборудование подстанций и электростанций и всех других элементов электроснабжения.

Компенсация реактивной мощности, или повышение cos? электроустановок, имеет большое народно-хозяйственное значение и является частью общей проблемы КПД работы систем электроснабжения и улучшения качества отпускаемой потребителю электроэнергии.

Повышение cos?, или уменьшение потребления реактивной мощности элементами системы электроснабжения, снижает потери активной мощности и повышает напряжение; кроме того, увеличивается пропускная способность элементов электроснабжения.

Величина cos? задается энергоснабжающей организацией и находится в пределах cos?_э=0,92

Для повышения коэффициента мощности потребителей электроэнергии предполагается провести следующие мероприятия, которые не требуют применения специальных компенсирующих устройств:

1. Упорядочение всего технологического процесса, что приводит к улучшению энергетического режима оборудования, а следовательно, и к повышению коэффициента мощности;

2. Переключение статорных обмоток асинхронных двигателей с треугольника на звезду, если их нагрузка составляет менее 40%;

3. Устранение режима работы асинхронных двигателей без нагрузки (холостого хода) путем установки ограничителей холостого хода;

4. Замена малозагруженных двигателей меньшей мощности при условии, что изъятие избыточной мощности влечет за собой уменьшение суммарных потерь активной энергии в двигателе и энергосистеме;

5. Замена асинхронных двигателей синхронными двигателями той же мощности, где это возможно по технико-экономическим соображениям;

6. Повышение качества ремонта двигателей с сохранением их номинальных данных.

В качестве компенсирующего устройства в курсовом проекте применяется комплектная конденсаторная установка напряжением 0,38 кВ, что обусловлено следующими преимуществами:

1. Небольшие потери активной энергии в конденсаторах;

2. Простота монтажа и эксплуатации;

3. Возможность легкого изменения мощности комплектной конденсаторной установки в результате увеличения или уменьшения числа конденсаторов в фазе;

4. Возможность легкой замены поврежденного конденсатора;

Недостатки комплектной конденсаторной установки:

1. Конденсаторы неустойчивы к динамическим усилиям, возникающим при коротких замыканиях;

2. При включении конденсаторной установки возникают большие пусковые токи до 10I_ном;

3. После отключения конденсаторной установки от сети на ее шинах остается заряд, который может быть опасен для обслуживающего персонала;

4. Конденсаторы весьма чувствительны к повышению напряжения (повышение напряжения допускается не более, чем на 10% от номинального);

5. После пробоя диэлектрика конденсаторы довольно трудно ремонтировать, чаще всего их приходится заменять новыми.

Где HL — лампа накаливания служит для разряда конденсаторных батареек

Рисунок 2.2 Присоединения конденсаторов к шинам на напряжение 0,38 кВ

1 Рассчитываем

(2.12)

2 Рассчитываем мощность компенсирующего устройства

(2,13)

(2,14)

(2,15)

Подбираем стандартные значение мощности каждой батарее и тип ее по таблице:

КЭ1−0,38−20−2У1 (ЗУ1) S_ном=20 кВАр. [2, с 382, табл 6,21]

3 Рассчитываем полную максимальную мощность с учетом мощности каждой батарее

(2,16)

4 Определяем коэффициент мощности

(2,17)

2.3 Выбор напряжения и схемы питания силовых и осветительных нагрузок цеха

Питание линии осветительной сети присоединяют к групповым щиткам через установленные на них аппараты защиты и управления. Групповые щитки устанавливают в местах доступных для обслуживания. В отдельных производствах, где перегрев питания освещения недопустим, а также где требуется эвакуация рабочих, применяют питание групповых щитков аварийного освещения от двух источников.

Учитывая особенности радиальных и магистральных сетей, обычно применяют смешанные схемы электрических сетей в зависимости от характера производства, условий окружающей среды и т. д. Например, в механических цехах машиностроительной

промышленности при системе блока «трансформатор — магистраль» электроснабжение выполняют магистральным шинопроводом ШМА, к которому присоединяют распределительные шинопроводы ШРА. На некоторых участках цеха устанавливают распределительные пункты для питания электроприемников, которые присоединяют к ближайшим магистральным или распределительным шинопроводам.

Подключение ШМА к распределительным устройствам КТП (шкафам) подстанции производится «напрямую» или через присоединительные секции ШМА.

Присоединение распределительных шинопроводов к КТП производится кабелем или проводом, который подводится к вводной коробке ШРА.

Осветительные нагрузки цехов при радиальных схемах силовой сети питаются отдельными линиями от щитов подстанций; при магистральных схемах и схемах подстанций, выполненных по системе блока «трансформатор — магистраль», — от головных участков магистралей.

В крупных цехах при радиальной или магистральной схеме от щита подстанции до распределительного щита, установленного в цехе, прокладывают самостоятельную осветительную сеть, которую называют, так же как и в силовых сетях, питающей. От распределительных щитов осуществляется питание групповых щитков. В небольших цехах распределительные щиты можно не устанавливать, а питающую сеть от источника питания подводить непосредственно к групповым щиткам.

Выбор напряжения выше 1 кВ производится в зависимости от мощности электроустановок предприятия одновременно с выбором всей схемы электроснабжения. Для питания предприятия малой мощности и в распределительных сетях внутри предприятия используются напряжения 6−10 кВ. Причем напряжения 10 кВ большинстве случаев является более предпочтительным. Напряжение 6 кВ целесообразно тогда, когда нагрузки и ТП предприятия получают питание от шин генераторов промышленной ТЭЦ, а предприятие на минимальное напряжение.

При проектирование новых и реконструкций действующих промышленных предприятий следует стремиться к ликвидации напряжения 6 и 35 кВ путем перевода существующих сетей 6 кВ на напряжение 10 кВ и создание питающих сетей — напряжением 110−220 кВ вместо сетей 35 кВ.

Для внутрицеховых сетей наиболее распространение имеет напряжение 380/220 В, основным преимуществом которого является возможность совместного питания силовых и осветительных ЭП. Наибольшая единичная мощность трехфазных ЭП, получающих питания питание от системы напряжений 380/220 В, как правило, не должна превышать 220−250 кВт, допускающих применение компенсирующей аппаратуры на ток 630 А.

Исходя, из вышесказанного на высокой стороне трансформатора используется напряжение 10/0,4 кВ.

В данном курсовом проекте на стороне 10 кВ трансформатора установлены: разъединитель, предохранитель, трансформатор тока и напряжения. На стороне 0,4 кВ установлен автоматический выключатель.

Разъединитель — это коммутационный аппарат, предназначенный для коммутации цепи без тока; для создание надежного видимого разрыва цепи для обеспечения безопасного проведения ремонтных работ на оборудовании и токоведущих частях электроустановки.

Предохранитель — это коммутационный электрический аппарат, предназначенный для отключения защищаемой цепи разрушением специально предусмотренных для этого токоведущих частей под действием тока, превышающего определенное значение.

Трансформатор напряжения предназначен для отделения цепей измерения и релейной защиты от первичных цепей высокого напряжения.

Трансформатор тока предназначен для понижения первичного тока до стандартной величины (5 или 1 А) и для отделения цепей измерения и защиты от первичных цепей высокого напряжения.

Автоматический выключатель — это контактный коммутационный аппарат (электротехническое или электроустановочное устройство), способный включать, проводить и отключать токи при нормальном состоянии электрической цепи, а также включать, проводить в течение определённого устанавливаемого времени и отключать токи в определённом аномальном состоянии цепи электрического тока. Автоматический выключатель предназначен для защиты кабелей, проводов и конечных потребителей от перегрузки и короткого замыкания.

2.4 Расчет и выбор числа мощности цеховых трансформаторов

Выбор типа, числа и схем питания подстанций должен быть обусловлен величиной и характером электрических нагрузок, размещением нагрузок на генеральном плане предприятия, а также производственными, архитектурно-строительными и эксплуатационными требованиями.

ТП должны размещаться как можно ближе к центру размещения потребителей. Для этого должны применяться внутрицеховые подстанции, а также встроенные в здание цеха или пристроенные к нему ТП, питающие отдельные цехи (корпуса) или части их.

ТП должны размещаться вне цеха только при невозможности размещения внутри его или при расположении части нагрузок вне цеха.

Однотрансформаторные цеховые подстанции применяются при питании нагрузок, допускающих перерыв электроснабжения на время доставки «складского» резерва, или при резервировании, осуществляемом по перемычкам на вторичном напряжении.

Двухтрансформаторные цеховые подстанции применяются при преобладании потребителей 1_й и 2_й категорий, а также при наличии неравномерного суточного или годового графика нагрузки.

Цеховые подстанции с числом трансформаторов более двух используются лишь при надлежащем обосновании необходимости их применения, а также в случае установки раздельных трансформаторов для питания силовых и осветительных нагрузок.

Радиальное питание небольших однотрансформаторных подстанций (до 630 кВ * А) производят по одиночной радиальной линии без резервирования на стороне высшего напряжения при отсутствии нагрузок 1-й категории.

Взаимное резервирование в объеме 25−30% на однотрансформаторных подстанциях следует осуществлять при помощи перемычек на напряжении до 1000 В (при схеме «трансформатор-магистраль») для тех отдельных подстанций, где оно необходимо.

При выборе числа и мощности трансформаторов подстанций рекомендуется:

трансформаторы мощностью более 1000 кВ_А применять при наличии группы электроприемников большой мощности (например, электропечей) или значительного числа однофазных электроприемников, а также при наличии электроприемников с частыми пиками нагрузки (например, электросварочных установок) и в цехах с высокой удельной плотностью;

стремиться к возможно большей однотипности трансформаторов цеховых подстанций;

при двухтрансформаторных подстанциях, а также при однотрансформаторных подстанциях с магистральной схемой электроснабжения мощность каждого трансформатора выбирать с таким расчетом, чтобы при выходе из строя одного трансформатора оставшийся в работе трансформатор мог нести всю нагрузку потребителей 1-й и 2-й категорий (с учетом допустимых нормальных и аварийных нагрузок); при этом потребители 3_й категории могут временно отключаться.

Для этого номинальная мощность трансформаторов двухтрансформаторной подстанции принимается равной 70% от общей расчетной нагрузки цеха. Тогда при выходе из строя одного из трансформаторов второй на время ликвидации аварии оказывается загруженным не более чем на 140%, что допустимо в аварийных условиях.

Ориентировочно выбор числа и 'мощности трансформаторов может производиться по удельной плотности нагрузки (кВА/м²) и полной расчетной нагрузке объекта (кВА).

Число и мощность трансформаторов выбираются с учетом перегрузочной способности трансформатора.

1. Задаемся количеством трансформаторов «n» в зависимости от мощности и категории ЭП.

U=10−0.4 кВ, II категория, S `_max= 73.44 кВА, К_з=40%., n = 1.

2. В зависимости от этих же величин задаемся коэффициентом загрузки К_з=0,7.

3. Определяем расчетные значения мощности трансформатора

(2.18)

где S `_max — мощность с учетом компенсации.

Находим стандартные значения номинальной мощности трансформатора и тип трансформатора в таблице

S_ном=160 КВА ТСЗ160/10 [2, с 120, табл 3,3]

4 Проверяем выбранный трансформатор по К_з

(2,19)

2.5 Расчет и выбор распределительной сети 0,38 кВ

2.5.1 Расчет и выбор защитной аппаратуры

Электрические предохранители (Автоматы) предназначены для автоматического отключения нагрузки от электрической сети при перегрузках в сети или короткого замыкания.

Автоматы снабжены специальным исполнительным механизмом расцепителем, который непосредственно осуществляет размыкание электрической цепи. Большинство этих современных бытовых устройств — комбинированные. Они имеют электромагнитный и тепловой расцепитель и могут одновременно защитить и от перегрузки сети, и от короткого замыкания.

Электромагнитный расцепитель — это электромагнит, способный защитить цепь от короткого замыкания, когда ток мгновенно возрастает до критических значений, в 5−10 раз превышающий номинальные показатели. Автомат при этом должен отключить цепь за время порядка 0,01 секунды.

Тепловой расцепитель — биметаллическая пластина, изменяющая свою форму при нагреве. Этот элемент предупреждает критические перегрузки, сопровождающиеся значительным разогревом проводников, оплетка которых может воспламенится.

Важно отметить, что номинал автомата выбирается исходя из допустимой токовой нагрузки проводников. То есть, должно быть достигнуто соответствие характеристик автомата и сечений проводников той потребляемой мощности, которая заложена в проекте электроустановки.

1 Выбираем автоматический выключатель к распределительному шинопроводу ШРА₁.

(2,20)

(2,21)

(2,22)

(2,23)

(2,24)

n — берем равное 3.

50А 45,78А

150А 1,25 101=126,25А

Выбираем автомат ВА51Г₂₅

2 Выбираем кабель к распределительному шинопроводу ШРА₁

(2,25)

I_защ = I_э (2,26)

К_защ=1 [1, с 46, табл 2,10]

60А 45,79 А

60А 1 50 А

Выбираем 4_х жильный кабель сечением (16×3+1×10) АВРГ.

3 Выбираем автоматический выключатель к распределительному шинопроводу ШРА₂.

n — берем равное 3.

50А 45,78А

150А 1,25 101=126,25А

Выбираем автомат ВА51Г₂₅

4 Выбираем кабель к распределительному шинопроводу ШРА₂

60А 46,3А

60А 1 50А

Выбираем 4_х жильный кабель сечением (16×3+1×10) АВРГ.

5 Выбираем автоматический выключатель к распределительному щиту РЩ.

n — берем равное 7.

31,5А 26,5А

220,5А 1,25 78,5=98,13А

Выбираем автомат ВА51−31

6 Выбираем кабель к распределительному щиту РЩ.

60А 26,5А

60А 1 31,5А

Выбираем 4_х жильный кабель сечением (16×3+1×10) АВРГ.

7 Выбираем автоматический выключатель к магистральному шинопроводу ШМА

n — берем равное 3.

125А 118,59А

375А 1,25 36,45=45,56А

Выбираем автомат ВА51−33

2.5.2 Расчет и выбор проводов и кабелей

Ток проходя по проводнику вызывает его нагрев. Каждое сечение должно быть рассчитано определенную величину тока, которая не допускает нагрева этого проводника. Это величина тока называется нормально допустимым током (I_{норм доп}), то есть должно соблюдаться условие. I_{норм доп} I_дл

Кроме этого выбранное сечение проводника должно соответствовать выбранному защитному аппарату, то есть

I_{норм доп} К_защ I_защ,

где I_защ — это номинальное напряжения расцепителя, I_э.

Таким образом условие выбора сечения записывается

I_{норм доп} I_дл (2,27)

I_{норм доп} К_защ I_защ (2,28)

Для взрыва опасных помещений сечение провода увеличивается на 1,25 раза для того, чтобы сделать запас сечению и исключить перегрев.

I_{норм доп} 1,25 I_дл

I_{норм доп} К_защ I_защ

Для взрыва опасных помещений выбираем только медные проводники.

1 Выбираем автоматический выключатель к ЭП₁ — конвейер ленточный сортировочный.

I_э I_дл (2,29)

I_{ср. р} 1,25 I_кр (2,30)

6,3А 1,52А

18,9А 1,25 3,84=4,8А

Выбираем автомат ВА51−31

2 Выбираем провод к ЭП₁.

I_{норм доп} I_дл 65А 1,52А

I_{норм доп} К_защ I_защ 65А 6,3 1= 6,3А

Выбираем провод сечение (10×3+1×6) АПРН.

2.5.3 Расчет и выбор распределительных шкафов и шинопроводов

Шинопроводом — называется жесткий токопровод заводского изготовления напряжением до 1кВ, поставляемый комплектными сексиями.

Шинопроводом применяются для питания электроприемников одной технологической линии (например, сборочный конвейер), сосредоточенного большого числа электроприемников, выделенных в группу. Для удобства эксплуатации шинопроводы прокладываются над оборудованием, крепятся стойках или на тросах на высоте 2,5−3 м.

Шинопроводы по исполнению могут быть:

? Открытыми

? Шины на изоляторах

? Защищенными

? Закрытые

? Комплектные шинопроводы.

Электроприемники подключаются к ответвленным коробкам,

равномерно распределенными по длине шинопроводов.

Распределительные шинопроводы с алюминовыми шинами типа ШРА предназначены для распределения электроэнергии между электроприемниками. Шинопроводы ШРМ 75 и предназначен для использования в четырехпроводных сетях с напряжением 0,38 кВ, а так же в качестве осветительного.

Распределительные шкафы. На участках цеха для распределения электроэнергии, поступающей по питающим линиям, между группами силовых электроприемников, ус-танавливаются распределительные силовые шкафы.

При питание от магистральных шинопроводов одновременно силовых и осветительных нагрузок указанная предельная длина шинопроводов снижается примерно в 2 раза.

При магистральной схеме ЭП могут быть подключены в любой точке магистрали.

Рассчитываем распределительный шинопровод ШРА₁

Таблица 2.2

1 Определяем среднесменную активную мощность за максимально загруженную смену:

1.2 Определяем суммарную полную мощность.

1.3 Определяем коэффициент силовой сборки m:

1.4 Определяем средний коэффициент использования:

1.5 Определяем эффективное число ЭП, учитывая что m > 3, а то

1.6 Определяем коэффициент максимума n_э=8, К_и=0,51:

[1., с. 55, таб. 2.15]

7 Определяем максимальную активную мощность:

1.8 Определяем среднесменную реактивную мощность:

1.9 Определяем максимальную реактивную мощность

то

1.10 Определяем полную максимальную мощность:

1.11 Определяем максимальный ток нагрузки.

2 Рассчитываем распределительный шинопровод ШРА₂

Таблица 2.3

2.1 Определяем среднесменную активную мощность за максимально загруженную смену:

2.2 Определяем суммарную полную мощность.

2.3 Определяем коэффициент силовой сборки m:

2.4 Определяем средний коэффициент использования:

2.5 Определяем эффективное число ЭП, учитывая что m > 3, а то

2.6 Определяем коэффициент максимума n_э=9, К_и=0,5:

[1., с. 54, таб. 2.13]

2.7 Определяем максимальную активную мощность:

2.8 Определяем среднесменную реактивную мощность:

2.9 Определяем максимальную реактивную мощность

то

2.10 Определяем полную максимальную мощность:

2.11 Определяем максимальный ток нагрузки.

3 Рассчитываем распределительный щит РЩ

Таблица 2.4

3.1 Определяем среднесменную активную мощность за максимально загруженную смену:

3.2 Определяем суммарную полную мощность.

3.3 Определяем коэффициент силовой сборки m:

3.4 Определяем средний коэффициент использования:

3.5 Определяем эффективное число ЭП, учитывая что m > 3, а то

3.6 Определяем коэффициент максимума:

[1., с. 54, таб. 2.13]

3.7 Определяем максимальную активную мощность:

3.8 Определяем среднесменную реактивную мощность:

3.9 Определяем максимальную реактивную мощность

то

3.10 Определяем полную максимальную мощность:

3.11 Определяем максимальный ток нагрузки.

Выбираем распределительный пункт типа ПР 85. [3, с. 186, табл. А.7]

4 Рассчитываем магистральный шинопровод ШМА:

Выбираем ШМА_1600 с номинальным током I_ном=1600, А

2.6 Расчет токов короткого замыкания

Коротким замыканием (КЗ) называют всякое случайное или преднамеренное, не предусмотренное нормальным режимом работы, электрическое соединение различных точек электроустановки между собой или землей, при котором токи в ветвях электроустановки резко возрастают, превышая наибольший допустимый ток продолжительного режима (ГОСТ 26 522−85).

В системе трехфазного переменного тока могут быть замыкания между тремя фазами — трехфазные КЗ, между двумя фазами — двухфазные КЗ

Возможно двойное замыкание на землю в различных, но электрически связанных частях электроустановки в системах с незаземленными или резонансно-заземленными нейтралями.

Причинами коротких замыканий могут быть: механические повреждения изоляции — проколы и разрушение кабелей при земляных работах; поломка фарфоровых изоляторов; падение опор воздушных линий; старение, т. е. износ, изоляции, приводящее постепенно к ухудшению электрических свойств изоляции; увлажнение изоляции; перекрытие между фазами вследствие атмосферных перенапряжений.

Некоторые КЗ являются устойчивыми, условия возникновения их сохраняются во время бестоковой паузы коммутационного аппарата, т. е. после снятия напряжения с электроустановки. К ним относятся КЗ вследствие механических повреждений, старения и увлажнения изоляции.

Условия возникновения неустойчивых КЗ самоликвидируются во время бестоковой паузы коммутационного аппарата.

Последствиями коротких замыканий являются резкое увеличение тока в короткозамкнутой цепи и снижение напряжения в отдельных точках системы. Дуга, возникшая в месте КЗ, приводит к частичному или полному разрушению аппаратов, машин и других устройств. Увеличение тока в ветвях электроустановки, примыкающих к месту КЗ, приводит к значительным механическим воздействиям на токоведущие части и изоляторы, на обмотки электрических машин. Прохождение больших токов вызывает повышенный нагрев токоведущих частей и изоляции, что может привести к пожару в распределительных устройствах, в кабельных сетях и других элементах энергоснабжения.

Ток КЗ зависит от мощности генерирующего источника, напряжения и сопротивления короткозамкнутой цепи. В мощных энергосистемах токи КЗ достигают нескольких десятков тысяч ампер, поэтому последствия таких ненормальных режимов оказывают существенное влияние на работал электрической установки.

Для уменьшения последствий коротких замыканий необходимо как можно быстрее отключить поврежденный участок, что достигается применением быстродействующих выключателей и релейной защиты с минимальной выдержкой времени. Немаловажную роль играют автоматическое регулирование и форсировка возбуждения генераторов, позволяющие поддерживать напряжение в аварийном режиме на необходимом уровне. Все электрические аппараты и токоведущие части электрических установок должны быть выбраны таким образом, чтобы исключалось их разрушение при прохождении по ним наибольших возможных токов КЗ, в связи, с чем возникает необходимость расчета этих величин.

Рисунок 2.2 Расчетная схема Рисунок 2.3 Схема замещения

1 Определяем сопротивления элементов электрической цепи. Принимаем S_б=100 мВА.

1.1. (2,31)

2.2 Кабельные линии

(2,32)

2.3 Трансформаторы

(2,33)

2. Определяем токов КЗ в данном частке К₁:

(2,34)

(2,35)

А

2.2 В точке К₂

;

R_ТА=0,2 мОм Х_ТА=0,3 мОм [3, с 61, табл 1,92]

R_Т=16,6 мОм Х_Т=41,7 мОм [3, с 65, табл 7,1]

R_М=0,475 мОм Х_М=0,295 мОм [4, с 155, табл 7,2]

R_а=0,40 мОм Х_а=0,5 мОм

;, I_э=250 А.

Выбираем автомат ВА51−35 [3, с 185, табл А6]

Шины (25×3) мм, I_ном=265 А.

(2,36)

;

2.3 Сумма сопротивлений шин

(2,37)

(2,38)

2.4 Находим полное сопротивление

(2.39)

2.5 Определяем ток короткого замыкания:

(2,40)

3 Определяем ударные токи в заданных точках

К_у=1,8

(2,41)

К_у=1,2;

4 Мощность короткого замыкания

(2,42)

2.7 Расчет и выбор питающего кабеля

Выбор кабеля по напряжению. Кабели надёжно работают при напряжение повышающем номинальное напряжение на 15%, т. к. рабочее напряжение превышает номинальное на 5−0,1%, то при выборе кабеля по напряжению достаточно.

U_каб>U, где Uкаб-номинальное напряжение кабеля

1 Выбираем кабель по напряжению.

U_каб > U_ном; 10,5 > 10 кВ.

2 Выбираем сечение кабеля по экономической плотности тока.

(2,43)

где j_эк — максимальная плотность тока А/мм² [1, с. 85 табл. 2,26]

(2,44)

Полученное сечение округляем до ближайшего стандартного по условию: S_расч >S_эк, выбираем S_эк ст=25 мм², марка кабеля ААБ₂₅.

[2, с 400, табл. 7,10]

Выбранное сечение кабеля проверяется:

На допустимую потерю напряжения. При этом ориентировочно можно считать, что считаются допустимыми следующие потери: а) линии напряжением 6−10 кВ внутри предприятия — 5%.

б) Линии напряжением 10−220 В, питающие ГПП предприятия 10%

Необходимо учесть, что в кабельных линиях при любом сечении жил кабеля — активное сопротивление больше реактивного и последним можно пренебречь

Тогда выражение упрощается:

(2. 45)

значение R=1,24 [2, с 421, табл. 7.28]

(2. 46)

(2. 47)

где cos? — значение после компенсации; l — 0,018×3 = 0,054 м.

Получено значение соответствует норме.

3. На нагрев токами нормального режима:

(2. 49)

где t₀ — начальная температура прокладки кабеля.

T_доп — допустимая температура нагрева для данного вида кабеля.

I_доп — длительно допустимый ток для данного вида кабелей.

Выбранное сечение кабеля удовлетворяет условию термической стойкости на длительный ток.

4 Проверяем на стойкость кабеля к коротким замыканиям

(2,50)

где I_к — ток КЗ в точке на кабеле рассчитанный.

С — коэффициент соответствий разности теплоты выделяемой в проводнике до и после коротких замыканий.

С=85 для кабелей с алюминиевыми жилами.

При этом необходимо помнить, что на действие I_кз не проверяют:

а) токоведущие части, защищенные предохранители или высоковольтными токоограничивающими сопротивлениями.

б) жили и кабели к ответственным индивидуальным приемникам в том числе и к цеховым трансформаторам мощностью 630 кВА и с первичным напряжением 10кВ.

2.8 Расчет и выбор высоковольтного электрооборудования

Разъединитель — это коммутационный аппарат, предназначенный для коммутации цепи без тока.

Основное назначение разъединителя — создание надежного видимого разрыва цепи для обеспечения безопасного проведения ремонтных работ на оборудовании и токоведущих частях электроустановки.

Контактная система разъединителей не имеет дугогасительных устройств, поэтому отключение необесточенной цепи приведет к образованию устойчивой дуги и последующей аварии в распределительном устройстве. Прежде чем оперировать разъединителем, цепь должна быть отключена выключателем.

Разъединители для внутренней установки могут быть однои трехполюсными. На металлической раме с помощью опорных изоляторов укреплены три полюса разъединителя, объединенные общим валом, связанным тягой с приводом.

Контактная система такого разъединителя имеет неподвижные контакты из медной изогнутой под прямым углом шины, закрепленной на опорном изоляторе, и подвижного контакта — двухполюсного ножа. Пружины, насаженные на стержень, нажимают на стальные пластины, которые своим выступом прижимают ножи к неподвижному контакту, уменьшая переходное сопротивление

Кроме главных ножей, разъединитель может быть снабжен заземляющими ножами (типа РВЗ), которые используют для заземления обесточенных токоведущих частей.

Главные и заземляющие ножи механически сблокированы так, что при включенных главных ножах нельзя включить заземляющие ножи.

Разъединители для наружной установки должны выполнять свои функции в неблагоприятных условиях окружающей среды (низкие температуры, гололед, осадки). В этих условиях надежно работают разъединители горизонтально-поворотного типа РНД. В таких разъединителях нож состоит из двух частей, закрепленных на опорных колонках изоляторов, которые установлены на раме. Один полюс является ведущим и соединен с приводом тягой. При отключении ручным или электродвигательным приводом осуществляется поворот колонок вокруг своей оси в противоположных направлениях, и ножи перемещаются в горизонтальной плоскости, как бы «ломаясь» на две половинки. Такая конструкция ножей позволяет легко разрушить корку льда, которым могут быть покрыты контакты. Шины распределительного устройства присоединены к наконечникам, гибкая связь соединяет их с ножами. Разъединители могут иметь один или два заземляющих ножа.

Один главный нож разъединителя заканчивается контактом в виде лопатки, другой — в виде пружинящих ламелей. Давление в контакте создается пружинами. С помощью гибкой связи контакт соединен с ножом.

Трансформатор тока предназначен для понижения первичного тока до стандартной величины (5 или 1 А) и для отделения цепей измерения и защиты от первичных цепей высокого напряжения.

Трансформаторы тока для внутренней установки имеют сухую изоляцию с использованием фарфора или эпоксидной смолы. Трансформаторы с литой эпоксидной изоляцией имеют малые размеры и проще по технологии производства.

В КРУ применяются трансформаторы тока ТЛМ₆, ТЛМ₁₀ на первичные токи от 300 до 1500 А. При небольших первичных токах применяются катушечные трансформаторы тока, у которых первичная обмотка имеет много витков (ТПЛ, ТПЛК).

Для схем релейной защиты от замыкания на землю применяются трансформаторы тока ТЗЛ, которые устанавливаются на кабель и встраиваются в КРУ.

Трансформатор напряжения предназначен для отделения цепей измерения и релейной защиты от первичных цепей высокого напряжения.

Так же как в трансформаторах тока, в трансформаторах напряжения имеется угловая погрешность.

Трансформаторы напряжения могут иметь классы точности 0,2; 0,5; 3, область применения которых такая же, как для трансформаторов тока.

Вторичная нагрузка измерительных приборов и реле не должна превышать номинальную мощность трансформатора напряжения, так как это приведет к увеличению погрешностей.

По конструкции различают трехфазные и однофазные трансформаторы напряжения. Трехфазные применяются на напряжения до 10 кВ, однофазные — на любые напряжения до 1150кВ

Предохранитель — это коммутационный электрический аппарат, предназначенный для отключения защищаемой цепи разрушением специально предусмотренных для этого токоведущих частей под действием тока, превышающего определенное значение.

1 Выбор трансформатора тока.

Они выбираются по номинальному току и напряжения и проверяется на термическую и динамическую стойкость токов КЗ. Таблица 2.3 Выбор трансформатора тока.

Выбираем трансформатор тока типа ТПЛК₁₀. [2, С 294, табл 5,9]

Выбираем разъединитель

Разъединитель выбирается по номинальному напряжению и тока и проверяется на термическую стойкость и на динамическую стойкость

Рисунок 2,4 Выбор разъединителя

Выбираем разъединитель РВЗ₁₀/400 IУ3

Выбираем предохранитель

Они выбираются по номинальному току и напряжения и проверяется на отключающую способность токов КЗ

Рисунок 2,5 Выбор предохранителя

Выбираем предохранитель ПКТ₁₀₁−10−10−31,5 У3

Выбираем трансформатор напряжения.

TV выбирается по номинальному напряжению и проверяется на нагрузку вторичной цепи.

Выясним какие приборы подключаются к силовому трансформатору при U=10 кВ через трансформатор напряжения.

[1, с 321, табл 9,1]

Силовой трансформатор на 10/0,4 кВ питает одну хозрасчетную единицу.

Выясним, какую мощность потребляет катушка напряжения счетчика активной энергии. [2, с 389, табл. 6,26]

Проверяем и выбираем трансформатор напряжения по условию:

;

Выбираем трансформатор напряжения для коммерческого учета типа НОМ₁₀−66 У2 [2, с 326, табл. 5,13]

2.9 Релейная защита

В электрических сетях промышленных предприятий возможно возникновение повреждений, нарушающих нормальную работу ЭУ

Предотвратить возникновение аварий можно путем быстрого отключения поврежденного элемента или участка сети. Для этой цели ЭУ снабжают автоматически действующими устройствами — релейной защитой (РЗ), являющейся одним из видов противоаварийной автоматики. РЗ может быть предназначена для сигнализации о тепловых, световых, механических в зависимости от заданных параметров контролируемой величины, времени и др

Основными требованиями к РЗ являются: быстродействие, селективность, чувствительность и надежность.

Быстродействие. Чем быстрее произойдет обнаружение и отключение поврежденного участка, тем меньше разрушительное действие аварийного тока на электрооборудование, тем легче сохранить нормальную работу потребителей неповрежденной части ЭУ. Поэтому электрические сети должны оснащаться быстродействующей РЗ. Современные устройства быстродействующей РЗ имеют время срабатывания 0,02 — 0,1 с.

Селективность или избирательность. Селективностью РЗ называется ее способность отключать при КЗ только поврежденный участок или участок, ближайший к месту повреждения, оставляя в работе потребителей, подключенных к неповрежденному участку. Селективное действие РЗ аналогично селективному действию предохранителей. Таким образом, селективность действия защиты обеспечивает надежное электроснабжение потребителей.

Чувствительность. Чувствительностью РЗ является ее способность реагировать на самые малые изменения контролируемого параметра (как правило, тока КЗ и перегрузки) и анормальные режимы работы ЗУ.

Чувствительность характеризует устойчивое срабатывание РЗ при КЗ в защищаемой зоне. Удовлетворение требований чувствительности в современных СЭС встречает определенные затруднения, так как при передаче и распределении больших мощностей на большие расстояния токи КЗ в устройствах защиты могут стать соизмеримыми с максимальными рабочими токами сетей вследствие значительных переходных сопротивлений. Это приводит к невозможности применения простых видов защит и к необходимости переходить на сложные и дорогие защитные устройства.

Надежность работы РЗ заключается в ее правильном и безотказном действии во всех предусмотренных по ее назначению случаях. Надежность обеспечивается применением высококачественных реле, простых и совершенных схем РЗ, тщательным выполнением монтажных работ, должной культурой эксплуатации защитных устройств

В устройствах РЗ применяют различные реле, отличающиеся по принципу действия: электрические, механические, тепловые, полупроводниковые. Электрические реле реагируют на электрические величины: ток, напряжение, мощность, частоту, сопротивление, угол сдвига между током и напряжением, угол между двумя токами и двумя напряжениями. Механические реле реагируют на неэлектрические величины: давление, уровень жидкости и т. п.

По способу включения реле различают первичные, включаемые непосредственно в схему защищаемого элемента цепи, и вторичные, присоединяемые к защищаемому элементу через трансформаторы тока напряжения. По способу воздействия исполнительного органа на выключатель цепи — реле прямого и косвенного действия. Электрические реле имеют орган, воспринимающий изменение контролируемой величины (как правило, катушка реле), и орган исполнительный, отключающий выключатели, подающий предупредительный сигнал или замыкающий цепи других реле (как правило, якорь электромагнита и контакты). Некоторые реле имеют орган замедления (выдержки времени). По принципу воздействия на управляемую цепь реле делятся на контактные и бесконтактные полупроводниковые. По характеру изменения контролируемой величины реле разделяют на максимальные, срабатывающие при превышении заданного уровня контролируемой величины; минимальные — при уменьшении ниже заданного уровня контролируемой величины и дифференциальные, орган замера которых реагирует на разность измеряемых электрических величин.

Защита силовых трансформаторов. Выбор защиты трансформаторов зависит от мощности, назначения, места установки и эксплуатационного режима трансформаторов.

Для защиты трансформаторов при их повреждении и сигнализации о нарушениях нормальных режимов работы могут применяться следующие типы защит: ДТЗ, МТЗ, ТО, газовая защита, защита предохранителями.

В качестве основной защиты от повреждений на выводах и внутренних повреждений трансформатора при его мощности 6300 кВ_А и выше, как правило, применяется ДТЗ.

В схеме ДТЗ коэффициент чувствительности долженбыть не менее 1,5. Если это требование не удовлетворяется, то для защиты силовых трансформаторов вместодифференциальных реле РНТ₅₆₅ и РНТ₅₆₆ применяетсядифференциальная токовая защита (ДТЗ) с торможением.

В данном курсовом проекте релейная защита трансформатора предусматривается высоковольтным предохранителем типа ПК.

Высоковольтные предохранители при установке на них соответствующих плавких вставок обеспечивают защиту трансформатора от внутренних повреждений и межфазных коротких замыканиях на выводах.

Защиту от однофазных замыканий на землю осуществляют автоматическим выключателем с максимальным расцепителем, установленным на стороне низкого напряжения или трансформатора тока ТА на нулевом проводе при прямом присоединении трансформатора с глухозаземленной нейтралью к шинопроводу.

2.10 Учет и контроль электроэнергии

Расчетным учетом электроэнергии называется учет выработанной, а также отпущенной потребителям электроэнергии для денежного расчета за нее. Счетчики, устанавливаемые для расчетного учета, называются расчетными счетчиками (класса 2), с классом точности измерительных трансформаторов — 0,5.

Техническим (контрольным) учетом электроэнергии называется учет для контроля расхода электроэнергии электростанций, подстанций, предприятий, зданий. Счетчики, устанавливаемые для технического учета, называются контрольными счетчиками (класса 2,5) с классом точности измерительных трансформаторов — 1.

При определении активной энергии необходимо учитывать энергию: выработанную генераторами электростанций; потребленную на собственные нужды электростанций и подстанций; выданную электростанциями в распределительные сети; переданную в другие энергосистемы или полученную от них; отпущенную потребителям и подлежащую оплате.

Расчетные счетчики активной электроэнергии на подстанции энергосистемы должны устанавливаться:

1) для каждой отходящей линии электропередачи, принадлежащей потребителям;

2) для межсистемных линий электропередачи-по два счетчика со стопорами, учитывающих полученную и отпущенную электроэнергии;

3) на трансформаторах собственных нужд;

4) для линий хозяйственных нужд или посторонних потребителей (поселок и т. п.), присоединенных к шинам собственных нужд.

Расчетные счетчики активной электроэнергии на подстанциях потребителей должны устанавливаться:

1) на вводе (приемном конце) линии электропередачи в подстанцию;

2) на стороне ВН трансформаторов при наличии электрической связи с другой подстанцией энергосистемы;

Схема подключения счетчиков типа ПСЧ₄ к трехфазной сети.

Рисунок 2,4 Подключение счетчиков к трехфазной сети с помощью трех трансформаторов тока и трех трансформаторов напряжения (пунктиром показано цепь «0» для четырехпроводной сети.)