Электроснабжение промышленного предприятия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Исходные данные

электрический трансформатор сеть коммутационный

Все приёмники цеха являются потребителями III категории надежности. Питание электроприемников обеспечивается от одного источника питания. Все приемники электрической энергии являются потребителями трехфазного 380 В переменного тока с частотой 50 Гц.

Таблица 1. Характеристика потребителей

№ п.п.	Наименование оборудования	Кол-во, шт.	Рн, кВт	Ки	Tgц
1	Станок рубочный	4	20	0,2	1,33
2	Автомат плавильно-отрезной	1	11,7	0,3	1,33
3	Установка СМЖ-357	1	16,5	0,3	1,33
4	Пресс для гибки каркасов	4	15	0,3	1,33
5	Пресс кривошипный	8	4	0,3	1,33
6	Пресс кривошипный	2	15	0,3	1,33
7	Пресс кривошипный	1	18	0,3	1,33
8	Машина одноточечной сварки	12	45	0,3	1,51
9	Машина двухточечной сварки	5	50	0,3	1,51
10	Станок вертикально-сверлильный	3	3	0,2	1,33
11	Станок настольно-сверлильный	2	0,55	0,2	1,33
12	Станок токарный	4	22	0,2	0,99
13	Транспортер ленточный	2	2,2	0,6	1,33
14	Ножницы кривошипные	1	7,5	0,2	1,33
15	Машина вибрационная	3	4,5	0,3	1,33
16	Галтовочный барабан	2	10	0,3	0,6
17	Станок токарно-винторезный	1	11	0,2	1,33
18	Кран мостовой	1	15	0,1	1,73
19	Кран-балка	1	11,5	0,1	1,73
20	Калорифер	4	30	0,7	0,75
21	Вентилятор	1	11	0,7	0,75
22	Вентилятор	1	15	0,7	0,75
23	Насос охлаждения	3	28	0,7	0,75
24	ЭД вытяжной вентиляции ПТ	2	7	0,85	0,99

2. Определение электрических нагрузок

Расчет силовых нагрузок 0,4 кВ покажем на примере расчета по цеху Сетчато-проволочных каркасов (далее СПК).

Расчет производится по методу упорядоченных диаграмм.

Для индивидуальных потребителей за расчётную нагрузку принимается их номинальная мощность Р_ном. Для потребителей повторно-кратковременного режима работы (сварочные агрегаты, краны и т.п.) за расчетную нагрузку принимается паспортная мощность Р_пасп, приведенная к ПВ=100%:

(2.1)

где ПВ принимается в долях единицы.

Среднесменная активная мощность группы потребителей определяется по формуле:

, (2.2)

где - коэффициент использования ЭП;

- номинальная мощность электроприемника, кВт.

Определяем эффективное число электроприемников(ЭП), т.е. такое число однофазных по режиму работы ЭП одинаковой мощности, которое обуславливает те же значения расчетной нагрузки, что и группа различных по мощности ЭП:

. (2.3)

В случае, когда Р_н,max/Р_н,min ? 3 принимают n_эф равным n - действительному числу приемников электроэнергии. Здесь Р_н,min - номинальная мощность наименее мощного ЭП.

Определяем значение коэффициента расчетной нагрузки K_Р для сетей напряжением до 1 кВ.

Расчетная нагрузка группы потребителей электроэнергии определяется по формуле:

(2.4)

где - коэффициент расчетный.

Для ЭП, работающих в длительном режиме:

. (2.5)

Расчетная реактивная мощность группы потребителей определяется в зависимости от эффективного числа электроприемников по выражениям:

при :

(2.6)

при :

(2.7)

где tg_CР - средневзвешенный коэффициент загрузки группы электроприемников.

Полную расчетную мощность определяем по выражению:

. (2.8)

Расчетный ток для группы потребителей определяется по выражению:

(2.9)

где U_ном=0,4 кВ - номинальное напряжение сети.

В цехе имеется сварочная нагрузка. Расчет для сварочного оборудования проводится следующим образом.

Средняя и эффективная нагрузка определяется в зависимости от типа машины. Для точечной и шовной сварки:

(2.10)

(2.11)

Рассчитаем сварочную нагрузку, результат сведем в таблицу.

Таблица 2. Инструментальный цех (сварочная нагрузка)

Наим. потреб.	Мощ.	Кол.	cosц	ПВ	Кз	Sпас	Sср	Sэф
Одноточечная сварка	45	12	0,8	0,2	0,7	56	94,08	210,37
Двухточечная сварка	50	5	0,8	0,2	0,7	62,5	43,75	97,83
Sэф=308,2 кВ•А

Определим расчетную мощность для одиночных потребителей повторно-кратковременного режима равной номинальной, приведенной к длительному режиму:

Мостовой кран: (кВт);

Кран-балка: (кВт).

Выполним расчет потребителей длительного режима работы.

Найдем для трехфазных электроприемников по [2.1]

Рубочные станки: .

Рассчитаем сменную мощность всех потребителей, результат сведем в ПРИЛОЖЕНИЕ 1.

Общее число приёмников:

шт.

Эффективное число приёмников электрической энергии:

В цеху установлено подключение для калориферов сушки активной мощностью 30 кВт. С учетом нагрузок (без освещения) суммарная номинальная нагрузка, подключенная к ТП составит:

(кВт).

Групповой коэффициент использования активной мощности:

Расчетный коэффициент по [9, т. 4, с. 10] при к _и,а=0,4 и n_эф=42, или таблица 2.2 [1];

Активная расчетная мощность силового оборудования:

Расчётная реактивная мощность силового оборудования равна:

Полная расчётная мощность силового оборудования:

Расчетный ток группы электроприемников, подключенных к ТП, определим по формуле (2.9):

А.

3. Выбор цеховых трансформаторов

При выборе числа и мощности трансформаторов учитывается категория надёжности электроснабжения потребителей и их коэффициент загрузки Кз, который зависит от системы охлаждения трансформатора:

- для I категории - Кз = 0,65 (сухие) и Кз = 0,7 (масляные);

- для II категории - Кз = 0,7 (сухие) и Кз = 0,8 (масляные);

- для III категории - Кз = 0,9 (сухие) и Кз = 0,95 (масляные).

Минимальное число цеховых трансформаторов определяется по формуле:

(3.1)

где - номинальная мощность трансформатора;

- коэффициент загрузки, т.к. в цехе преобладают потребители III категории, то =0,9.

Рассмотрим два варианта выбора трансформаторов КТП мощностью 400 кВА и 250 кВА (устанавливаем трансформаторы типа ТСЗ).

;

.

Реактивная мощность, передаваемая через трансформатор, определяется по выражению:

(3.2)

квар;

квар.

Определяем реактивную мощность, которую необходимо скомпенсировать по выражению:

квар;

квар.

Т. к. Q_ку1<0, т.е. в выборе компенсирующих устройств нет необходимости.

Выбираем для Q_ку2 1 компенсирующее устройство типа УКМ-58-04-200-33 1/3У3 (3 ступеней по 33 квар), квар (для КТП 1Ч250).

Уточняем полную расчетную нагрузку:

; (15)

кВА.

Уточняем коэффициент загрузки трансформатора в нормальном режиме по выражению:

; (16)

- в аварийном режиме по выражению:

(17)

Т.к. во втором случае в аварийном режиме коэффициент загрузки не удовлетворяет условиям ПУЭ (для сухих трансформаторов ), отключаем часть потребителей III категории.

Выбираем вариант с трансформатором 400 кВА. ТМ 400/6,3/0,4

Таблица 3. Технические данные трансформаторов ТМ

Тип	Sном,т, кВА	UВН, кВ	UНН, кВ	Рх, кВт	Рк, кВт	Iх, %	Uk, %	m, т	F, м2
ТМ	400	6,3	0.4	1.3	5.4	3	5.5	2.4	2.15
ТМ	250	6,3	0.4	1.0	3.8	2.3	4.5	1.3	1.5
ТМ	630	6,3	0.4	2.27	7.3	2.0	5.5	4.5	2.3

4. Расчет элементов схемы распределения электрической энергии

4.1 Выбор схемы распределения электрической энергии

Цеховые сети распределения электроэнергии должны обеспечивать необходимую надёжность электроснабжения приёмников электроэнергии в зависимости от их категории надёжности, быть удобными и безопасными в эксплуатации, иметь оптимальные технико-экономические показатели, и конструктивное исполнение, обеспечивающее применение индустриальных и скоростных методов монтажа.

Распределение электроэнергии выполнено следующим образом: питание отдельных потребителей осуществлено от распределительных шкафов (ШР) с помощью проводов, питание ШР посредством кабелей от двух шинопроводов, подключенных к распределительному устройству КТП. Схема электроснабжения цеха изображена на рисунке 1. Генеральный план цеха приводится в чертеже с одноименным названием.

4.2 Расчет нагрузок по отдельным узлам схемы

Расчет нагрузок по отдельным узлам схемы проводится аналогично расчету нагрузок цеха (см. п. 2).

Расчет нагрузки, приходящейся на шинопроводы ШРА1 и ШРА2 сведен в таблицы в ПРИЛОЖЕНИЕ 2.

Для ШРА 1 находим коэффициент использования:

при n_эф=21;

По справочным данным [1] к_р = 0,85

Р_р= Р_см*К_р= 221,8*0,85= 188,5 кВт;

Q_p =Р_р*tg_ср= 188,5*0,87 = 164 кВАр;

Те же расчеты проводим для ШРА 2, данные сводим в приложение Б.

4.3 Выбор сечения проводов и кабелей

Для выбора кабелей необходимо знать номинальные токи электроприемников, которые рассчитываются по формуле:

(4.1)

Выбранный тип кабеля должен соответствовать его назначению, характеру среды и способу прокладки.

Сечение жил кабелей выбираем по следующим условиям:

нагреву расчетным током:

, (4.2)

где - длительно допустимый ток, А;

-поправочный коэффициент, учитывающий отличие

температуры в цехе от температуры, при которой задан ,

;

- расчетный ток потребителя для одиночного электроприемника,

;

-поправочный коэффициент, учитывающий снижение

допустимой токовой нагрузки для кабелей при их

многослойной прокладке в коробах, .

по термической стойкости:

, (4.3)

где ;

- собственное время отключения;

- время срабатывания отсечки;

с - температурный коэффициент (из ПУЭ);

- время затухания апериодической составляющей, =0,3 с.

Выбранные сечения кабелей необходимо проверить на потери напряжения:

(4.4)

где , - активное и реактивное удельные сопротивления линии, мОм/м;

- длина линии, км;

- угол сдвига между напряжением и током в линии.

Провода также проверяются по условию соответствия выбранному защитному устройству:

, (4.5)

где I_защ - параметр защитного устройства (ток срабатывания, номинальный ток);

К_защ - коэффициент защиты, представляющий собой отношение длительного тока для провода к параметру защитного устройства. Для номинального тока плавкой вставки предохранителя К_защ=1.

Проведем расчет на примере станка рубочного №1:

А;

A;

A.

Условие выполняется.

Выбранные сечения кабелей необходимо проверить на потери напряжения:

, (4.6)

где , - активное и реактивное удельные сопротивления линии, мОм/м;

- длина линии, км;

ц - угол сдвига между напряжением и током в линии.

Согласно ПУЭ потеря напряжения должна удовлетворять условию:

;

%.

Выбор кабелей, питающих остальные электроприемники, сведен в таблицу.

Кабели для питания ШРА также выбираются по нагреву расчетным током нагрузки шинопровода:

, (4.7)

где - суммарная расчетная мощность потребителей подключенных к ШРА,

S_р.ШРА1=276,6 кВА, S_р.ШРА2=270,84 кВА.

А;

А.

Таблица 4.1. Выбор кабелей для питания ШРА

№ШРА	SШРА, кВА	cosj	sinj	Uном, В	Iр.ШРА, А	Iдоп, А	Кабель	L, м	r0, мОм/м	x0, мОм/м	?U, %
1	276,6	0,91	0,41	380	420,2	500	2АВВГ 4х150	8	0,261	0,08	0,22
2	270,84	0,91	0,41	380	411,5	500	2АВВГ 4х150_	8	0,329	0,081	0,36

4.4 Выбор распределительных шинопроводов

Комплектные шинопроводы предназначены для помещений с нормальными условиями среды. Они поставляются в виде отдельных сборных секций, которые представляют из себя три или четыре шины. Применение комплектных шинопроводов значительно облегчает монтаж цеховой сети.

Выбор шинопроводов производится по следующему условию:

, (4.8)

где - номинальный ток шинопровода.

Также как и кабели, ШРА проверяются на потерю напряжения.

Таблица 4.2. Выбор распределительных шинопроводов

№ШРА	SШРА, кВА	cosj	sinj	Uном, В	Iр.ШРА, А	Iном.ШРА, А	Тип ШРА	L, м	r0, мОм/м	x0, мОм/м	?U, %
1	276,6	0,91	0,41	380	420,2	630	ШРА73УЗ-630	58	0,1	0,13	1,87
2	270,84	0,91	0,41	380	411,5	630	ШРА73УЗ-630	43	0,1	0,13	0,47

4.5 Выбор распределительных шкафов

Для приема и распределения электроэнергии к группам потребителей трехфазного тока промышленной частоты напряжением 380В применяют силовые распределительные шкафы и пункты.

Условия выбора силовых пунктов.

Номинальный ток должен быть больше расчетного тока группы приемников:

. (4.9)

Число присоединений к силовому пункту и их токи не должны превышать количества отходящих от силового пункта линий и их допустимые токи:

; (4.10)

. (4.11)

Выбор и проверку распределительных шкафов и кабелей для их питания сводим в таблицы.

Таблица 4.3. Выбор распределительных шкафов

Номер ШР	Тип ШР	Условия выбора	Тип автоматов
		Iн.рш. Iр, А	Nпр Nном
ШР-1	СПМ 75-5	400 > 86,1	6 < 8	АЕ 2043
ШР-2	СПМ 75-5	400 > 49,3	8 = 8	АЕ 2043
ШР-3	СПМ 75-5	400 > 42,9	7 < 8	АЕ 2043
ШР-4	СПМ 75-5	400 > 139,5	4 < 8	АЕ 2043
ШР-5	СПМ 75-5	400 > 159,8	6 < 8	АЕ 2043
ШР-6	СПМ 75-5	400 > 24	8 = 8	АЕ 2043
ШР-7	СПМ 75-5	400 > 148,6	5 < 8	АЕ 2043
ШР-8	СПМ 75-5	400 > 83,81	6 < 8	АЕ 2043
ШР-9	СПМ 75-5	400 > 159,8	6 < 8	АЕ 2043
ШР-10	СПМ 75-5	400 > 70,1	8 = 8	АЕ 2043

Таблица 4.4. Выбор кабелей для питания распределительных шкафов

№ ШР	Sр кВ·А	сosj	sinj	Iном, А	Iдоп, А	Провод	L, м	r0, мОм/м	x0, мОм/м	DU, %
1	56,64	0,8	0,6	86,06	137	АВВГ 4*50	15,2	0,894	0,088	0,21
2	32,44	0,8	0,6	49,29	72	АВВГ 4*16	15,2	3,12	0,099	0,4
3	28,24	0,8	0,6	42,91	72	АВВГ 4*16	15,2	3,12	0,099	0,35
4	91,82	0,8	0,6	139,5	197	АВВГ 4*95	15,2	0,625	0,085	0,25
5	105,18	0,8	0,6	158	197	АВВГ 4*95	15,2	0,447	0,082	0,21
6	15,76	0,8	0,6	23,94	55	АВВГ 4*10	15,2	7,81	0,107	0,48
7	97,8	0,8	0,6	148,6	197	АВВГ 4*95	15,2	0,447	0,082	0,19
8	55,16	0,8	0,6	83,81	137	АВВГ 4*50	15,2	1,25	0,091	0,28
9	105,18	0,8	0,6	158	197	АВВГ 4*95	15,2	0,447	0,082	0,21
10	46,13	0,8	0,6	70,09	93	АВВГ 4*25	15,2	1,25	0,091	0,24

5. Анализ установившихся режимов электрической сети

В данном цехе схема распределения электрической энергии носит название «блок трансформатор - магистраль». При такой схеме подключение магистрали к сборным шинам распределительного устройства комплектной трансформаторной подстанции осуществляется наглухо, без коммутационного аппарата. В этом случае защита магистрали осуществляется вводным выключателем трансформатора. Такие схемы просты, надежны и экономичны, могут быть реализованы при применении комплектных и некомплектных трансформаторных подстанции.

Схемы блоков трансформатор-магистраль следует применять, как правило, с числом отходящих от комплектной трансформаторной подстанции магистралей, не превышающим число установленных трансформаторов.

Исходные данными и результаты расчетов по суточным графикам нагрузок участков цеха сведены в приложение В.

Для определения расчетной мощности по участкам цеха, воспользуемся методом, изложенным в подразделе 2.1, но при этом учитываем активные и реактивные потери в сети, которые находим по формулам:

, (5.1)

где r₀, x₀ - соответственно активное и индуктивное сопротивление кабеля;

l - длина линии;

- угол сдвига между током и напряжением сети

При определении потерь напряжения в сети необходимо учитывать, что потери напряжения кабеля являются одной из составляющих суммарных потерь. С учетом потерь в линиях сети участков, рассчитываем нагрузки отдельно по цехам, а результаты сводим в приложение В. В приложении В оборудование цеха разбито условно на участки (определенные функционально). N_т - количество единиц электрооборудования установленного на участке. Исходные данные и результаты расчетов по суточным графикам нагрузок участков цеха сведены в приложение Е.

На основании обобщенных результатов приложения Е строим суточный график нагрузок цеха. По оси х - указано часовое время, по оси у - процентное отношение нагрузок.

С учетом того, что на предприятии нет потребителей I категории, определяем среднюю нагрузку за смену по графику.

82кВА;

Пиковая часть нагрузки за смену приходится на время от 8 до 10 часов составляет:

S'_н = 58%*S_max = 186,2 кВА;

Для характеристики режимов работы электроприемников цеха применяется ряд коэффициентов.

1. Коэффициент использования К_И по активной мощности.

К_И = Р_СР / Р_Н, (5.2)

где Р_СР - средняя мощность;

Р_Н - номинальная мощность;

Площадь суточного графика равна количеству электрической энергии (кВт*ч) потребляемой в сутки.

Р_ср.сут = W/t = W / 24; (5.3)

Рассчитываем коэффициенты использования для каждого участка графика и сводим расчетные значения в таблицу.

Таблица 5.1. Коэффициенты использования по активной мощности

КИ 0-7	КИ 7-8	КИ 8-10	КИ10-13	КИ14-15	КИ 15-16	КИ 17-23
3,77	3,78	0,55	0,53	0,52	0,56	0,57	0,59	3,71	3,69

Коэффициент максимума К_М - есть отношение расчетной максимальной активной мощности нагрузки ЭП (или группы) к средней мощности нагрузки за наиболее загруженную смену.

К_М = Р_М / Р_СР = 66 / 41,4 = 1,59; (для ЭП 8-16 час работы согласно суточного графика)

Коэффициент заполнения графика КЗГ;

К_ЗГ = Р_СР / Р_Р; (5.4)

Определим РСР как:

(5.5)

Находим по графику Q_СР = Q / 24 по выше приведенной методике для расчета активной мощности.

Q_СР = Q / 24 = 562 /24 = 23,58;

Тогда:

кВт.

Сформировать годовой график нагрузок крайне проблематично в настоящее время в виду нестабильности работы завода, связанное из-за ограниченности портфеля заказов.

6. Расчет токов короткого замыкания

6.1 Определение параметров схемы

Расчет токов КЗ выполняется с целью проверки коммутационной аппаратуры и шинопроводов на динамическую стойкость, чувствительность и селективность действия защиты.

Расчет произведем для потребителя №69, т.к. он является самым наиболее мощным электроприемником, и для потребителя №76, т.к. он является самым удаленным. Для расчета необходимо построить схему замещения. На основании электрической схемы (ПРИЛОЖЕНИЕ 6) сформируем схему замещения ПРИЛОЖЕНИЕ 7.

Исходные данные для расчета:

Система С: U_ВН.ср=6 кВ; ; .

Трансформатор Т: ;%;.

ШРА73У3: I_ном=630 А; L_ШРА=58 м; . .

Линия W69: АПВ 3 (135);; ; .

Линия W76: АПВ 3 (116); ; ; .

Линия W9: АВВГ 495; ; ; .

Линия W10: АВВГ 450; ; ; .

Линия W1: АВВГ 4150; ; ; .

Выключатель QF1: ; ; .

Выключатель QF2: ; ; .

Выключатель QF20: ; ; .

Выключатель QF21: ; ; .

Схема замещения построена в ПРИЛОЖЕНИИ 7.

6.2 Расчет токов трёхфазного короткого замыкания

Найдем параметры схемы замещения.

Индуктивное сопротивление системы:

, (6.1)

где - номинальный ток отключения выключателя на стороне ВН.

.

Сопротивления трансформатора:

; (6.2)

; (6.3)

мОм;

мОм.

Сопротивления линий:

; (6.4)

. (6.5)

;

;

;

;

мОм;

мОм;

мОм;

;

;

;

;

;

;

.

Переходные сопротивления неподвижных контактных соединений:

;

.

Сопротивление дуги:

, (6.6)

где - падение напряжения на дуге, кВ;

- ток в месте повреждения, А.

, (6.7)

где - напряженность в створе дуги при

;

- длина дуги.

, (6.8)

где ; - суммарные индуктивное и активное сопротивления прямой последовательности до точки КЗ со стороны системы.

Минимальный ток КЗ определяется по выражению:

. (6.9)

Ударный ток определяется по выражению:

, (6.10)

где - ударный коэффициент.

; (6.11)

, (6.12)

где - частота сети, .

Для точки КЗ К1:

; (6.13)

; (6.14)

;

;

.

Расстояние между фазами проводника для КТП с трансформаторами на 400 кВА составляет таблица 6.9 [1], т.к. , то .

;

;

.

Найдем ударный ток:

;

;

.

Для точки КЗ К2 (К5):

;

;

;

;

;

;

;

.

Найдем ударный ток:

;

;

.

Для точки КЗ К3 (К6):

;

;

;

;

;

;

;

.

Найдем ударный ток:

;

;

.

6.3 Расчет токов однофазного короткого замыкания

Токи однофазного КЗ в сетях с напряжением до 1кВ, как правило, являются минимальными. По их величине проверяется чувствительность защитной аппаратуры.

Действующее значение периодической составляющей тока однофазного КЗ определяется по формуле:

, (6.15)

где - полное сопротивление питающей системы, трансформатора, а также переходных контактов точки однофазного КЗ;

- полное сопротивление петли фаза-ноль от трансформатора до точки КЗ.

, (6.16)

где , , , -соответственно индуктивные и активные сопротивления прямой и обратной последовательности силового трансформатора;

, - соответственно индуктивное и активное сопротивления нулевой последовательности силового трансформатора.

, (6.17)

где - удельное сопротивление петли фаза-нуль элемента;

- длина элемента.

Значение тока однофазного КЗ в точке К4:

;

;

Значение тока однофазного КЗ в точке К7:

;

;

7. Выбор защитной и коммутационной аппаратуры

7.1 Защита автоматическими выключателями

Условия выбора и проверки автоматических выключателей:

1) По напряжению:

. (7.1)

2) По номинальному току:

. (7.2)

3) По отстройке от пиковых токов:

, (7.3)

где - ток срабатывания отсечки;

- коэффициент надежности отстройки;

-пиковый ток.

Для отдельного электродвигателя:

, (7.4)

где - коэффициент пуска АД.

Для группы электродвигателей:

, (7.5)

где I_н.м. - номинальный ток самого мощного двигателя группы;

I_р - расчетный ток группы двигателей.

Для вводных автоматических выключателей КТП:

, (7.6)

где - коэффициент самозапуска нагрузки;

- ток трансформатора с учетом перегрузки.

4) По условию защиты от перегрузки:

. (7.7)

5) По времени срабатывания:

, (7.8)

где - время срабатывания отсечки предыдущей ступени защиты;

- ступень селективности.

6) По условию стойкости к токам КЗ:

, (7.9)

где ПКС - предельная коммутационная способность.

7) По условию чувствительности:

, (7.10)

где - коэффициент разброса срабатывания отсечки, ;

- коэффициент чувствительности отсечки.

. (7.11)

В качестве выключателя QF21 выбираем автоматический выключатель марки А3716Ф со следующими характеристиками:

номинальный ток ;

номинальный ток расцепителя ;

ток срабатывания отсечки ;

номинальное напряжение ;

ток срабатывания перегрузки ;

время срабатывания отсечки ;

.

Проверка выполнения условий для выключателя QF7:

1) ;

2) ;

3) ;

4) ;

5) ;

6) ;

7)

Результат выбора автоматических выключателей для распределительных устройств сводим в ПРИЛОЖЕНИИ 8.

7.2 Построение карты селективности

Карта селективности представляет собой совокупность защитных характеристик, построенных в логарифмическом масштабе, в осях тока и времени. На карту нанесены значения пиковых токов нагрузки в характерных точках сети, а также значения токов КЗ.

8. Релейная защита и автоматика

8.1 Назначение релейной защиты и автоматики

В процессе эксплуатации системы электроснабжения возникают повреждения отдельных её элементов. Наиболее опасными и частыми видами повреждений являются КЗ между фазами электрооборудования и однофазные КЗ на землю в сетях с большими токами замыкания на землю. В электрических машинах и трансформаторах наряду с междуфазными КЗ и замыканиями на землю имеют место витковые замыкания. Вследствие возникновения КЗ нарушается нормальная работа системы электроснабжения, что создаёт ущерб для промышленного предприятия.

При протекании тока КЗ элементы системы электроснабжения подвергаются термическому и динамическому воздействию. Для уменьшения размеров повреждения и предотвращения развития аварий устанавливают совокупность устройств, называемых релейной защитой и обеспечивающих с заданной степенью быстродействия отключение повреждённого элемента или сети.

Однако одной релейной защиты бывает недостаточно для обеспечения надёжного и бесперебойного электроснабжения. Поэтому дополнительно предусматривают устройства автоматического включения резерва и устройства автоматического повторного включения:

.

8.2 Защита кабельных линий 10 кВ

Согласно [ПУЭ п. 3.2.93.] на одиночных линиях с односторонним питанием от многофазных замыканий должна устанавливаться, как правило, двухступенчатая токовая защита, первая ступень которой выполнена в виде токовой отсечки, а вторая - в виде максимальной токовой защиты с независимой или зависимой характеристикой выдержки времени.

Двухступенчатая токовая защита кабельных линий 6,3 кВ выполнена на постоянном оперативном токе. Комплект защиты реализуется на основе реле РТ-40 и ЭВ-122 (с уставкой 0,25 - 3,5 с).

Токовая отсечка

По условию селективности ток срабатывания отсечки выбирается больше максимального значения тока при КЗ в конце защищаемого участка:

, (8.1)

где - коэффициент надёжности.

Ток определяется при максимальном режиме питающей системы.

Для кабельной линии к КТП:

;

Приводим значение токов к напряжению высокой линии (к входу):

;

; (8.2)

.

Проверяем надежность отстройки от бросков тока намагничивания по условию:

(8.3)

.

Выбираем реле РТ-40/20 с уставкой, Уточняем.

Выбираем трансформаторы тока марки ТПЛК10-У3, = 200/5 ([7], табл. 4.5). Схема соединения трансформаторов тока - неполная звезда.

Для токовых отсечек без выдержки времени, устанавливаемых на линиях и выполняющих функции дополнительных защит, коэффициент чувствительности должен быть около 1,2 при КЗ в месте установки защиты в наиболее благоприятном по условию чувствительности режиме ([ПУЭ], п. 3.2.26.):

; (8.4)

>2.

Максимальная токовая защита

Ток срабатывания МТЗ определяют по формуле:

, (8.5)

где - коэффициент запаса, учитывает погрешность реле, неточности расчёта - для реле РТ-40;

- коэффициент самозапуска, учитывающий возможность увеличения тока в защищаемой линии вследствие самозапуска ЭД при восстановлении напряжения после отключения КЗ;

- коэффициент возврата токового реле ;

-максимальный ток в линии в нормальном режиме.

Ток срабатывания реле определяется из выражения:

, (8.6)

где - коэффициент схемы;

- коэффициент трансформации трансформатора тока.

Тогда ток срабатывания МТЗ:

.

Ток срабатывания реле:

.

Выбираем реле РТ-40/10 , уточняем .

Проверяем коэффициент чувствительности при двухфазном КЗ за трансформатором:

, (8.7)

>1,5.

Время срабатывания защиты должно быть выбрано на ступень селективности больше, чем время МТЗ предыдущей защиты.

, (8.8)

Замыкание на землю одной фазы в сетях с изолированной нейтралью не является КЗ. Поэтому защиту выполняют действующей на сигнал и только когда это необходимо по требованиям безопасности, действующей на отключение. Схема релейной защиты изображена на листе 4.

8.3 Защита трансформатора цеховой КТП

Для трансформатора должны быть предусмотрены устройства релейной защиты от следующих видов повреждений и ненормальных режимов работы:

1) многофазных замыканий;

2) витковых замыканий в обмотках трансформатора;

3) токов обусловленных перегрузкой;

4) понижения уровня масла;

Защита от многофазных замыканий осуществляется на базе РТ - 40; защита от витковых замыканий в обмотках трансформатора и токов, обусловленных перегрузкой - на базе РТ - 40 с реле времени РВМ-12;

1) найдем ток срабатывания отсечки [10]:

I_сз = I_к.max⁽³⁾ к_н; (8.9)

I_сз = 1,3 745 = 968 А.

Ток срабатывания реле, при коэффициенте трансформации

K_Т = 200/5 составит [10]:

I_ср = I_ср; (8.10)

I_ср =

Выбираем реле типа РТ - 40 /40.

Принимаем уставку реле ;

Пересчитываем ток срабатывания отсечки:

;

Коэффициент чувствительности, при минимальном токе КЗ в начале линии I_к,min⁽³⁾ = 8.36 кА по формуле (8.3) составит:

к_ч = = 8,36 > 2.

Время срабатывания защиты от многофазных КЗ, для обеспечения селективной работы защиты принимаем равным 0,57 с.

2) для резервирования отсечки и защиты обмоток низшего напряжения трансформатора, а также для резервирования защиты шин 0,4 кВ устанавливаем максимальную токовую защиту.

Ток срабатывания защиты [10]:

I_сз = I_р.max; (8.11)

I_сз =.

Ток срабатывания реле, при коэффициенте трансформации

K_Т = 200/5 составит:

I_ср = .

Принимаем ток уставки реле РТ-40/6:

Время срабатывания реле [10]:

t_ср = t_с.в + t, (8.12)

где t_с.в-время срабатывания МТЗ автоматического выключателя на вводе напряжения 0.4 кВ;

t - ступень селективности.

t_ср = 4 + 0,5 = 4,5 (с).

Коэффициент чувствительности

к_ч = = 3,8 > 1,5.

Принимаем к установке токовое реле РТ - 40 /10 и реле времени РВМ - 12.

В качестве защиты от понижения уровня масла в баке трансформатора блока используем газовую защиту. Для этой защиты используем поплавковое реле типа ПГ. Для исключения ложных срабатываний регулируем чувствительность нижнего поплавка на скорость движения масла 50 - 160 см/c в зависимости от условий работы трансформатора. Газовое реле данного типа способно различать степень повреждения. При малых повреждениях оно дает сигнал, при больших повреждениях производит отключение трансформатора.

8.4 Защита электродвигателей 0,4кВ

Согласно [ПУЭ п. 3.2.93.] для электродвигателей переменного тока должна предусматриваться защита от многофазных замыканий, в сетях с глухо заземленной нейтралью - также от однофазных замыканий, а в случаях, предусмотренных в 5.3.57 и 5.3.58, - кроме того, защита от токов перегрузки и защита минимального напряжения. Для защиты электродвигателей от КЗ должны применяться предохранители или автоматические выключатели.

Осуществим защиту двигателя автоматическим выключателем А3716Ф

Токовая отсечка выключателя:

, (8.13)

где - коэффициент отстройки; ;

- коэффициент кратности пускового тока;

- номинальный ток двигателя.

.

Выбираем уставку срабатывания:

.

Время срабатывания отсечки:

t_с.о=0,1 с.

Ток срабатывания от перегрузки:

.

Проверяем чувствительность защиты (коэффициент чувствительности должен быть не менее 1,5).

. (8.14)

Таким образом, коэффициент чувствительности равен:

>1,5.

8.5 Построение карты селективности

Построение карты селективности показано на чертеже схемы релейной защиты трансформатора и кабельных линий (РЗА).

Смотри чертеж РЗА.

План подстанции и КТП подстанции в разрезе показаны на соответствующих чертежах.

Список использованных источников

Старкова Л.Е., Орлов В.В. Проектирование цехового электроснабжения:

Учебное пособие. - 2-е изд. испр. и доп. - Вологда: ВоГТУ, 2001. - 172 с.

Справочник по проектированию электроснабжения /Под ред. Ю.Г. Барыбина. - М.: Энергоиздат, 1990. -576 с.

Федоров А.А. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий/ А.А. Федоров, Г.В. Сербиновский: Учеб. пособие для вузов. - М.: Энергия, 1981.-425 с.

Пособие к курсовому и дипломному проектированию для электроэнергетических специальностей вузов: Учебное пособие для студентов электроэнергет. спец. вузов /Блок В.М., Обушев Г.К., Паперно Л.Б. и др.; Под ред. Блок В.М. - М.: Высш. шк., 1981. - 304 с.

Электротехнический справочник: В 3-х т. Т. 2. Электротехнические изделия и устройства /Под общ. ред. профессоров МЭИ (гл. ред. И.Н. Орлов) и др. - 7-е изд., испр. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 712 с: ил.

Правила устройства электроустановок. - 6-е изд., перераб. и доп. - М: Энергоатомиздат, 1985. - 640 с.

Блок В.М. Электрические сети и системы /В.М. Блок. - М.: Высшая школа, 1986. - 431 с.

Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть станций и подстанций:

Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Учебное пособие для вузов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М: Энергоатомиздат, 1989. - 608 с.

Мухин А.И. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения: Учебное пособие. - Вологда: ВоГТУ, 2000. - 180 с.

Федосеев А.М. Релейная защита электрических систем: Учебное пособие для ВУЗов - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 520 с.

Шабад М.А. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей. - Л.: Энергоатомиздат, 1985. - 290 с.

Чернобровов Н.В. Релейная защита: Учебное пособие для техникумов. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергия, 1974. - 680 с.

Технико-экономическое обоснование инвестиций в электроэнергетике: Методические указания по выполнению организационно-экономической части дипломного проекта. - Вологда: ВоГТУ, 2002. - 35 с.

Самсонов В.С. Экономика предприятий энергетического комплекса: Учебник для ВУЗов. - М.: Высшая школа, 2001. - 416 с.

Охрана труда в электроустановках: Учебник для ВУЗов/ Под ред. Б.А. Князевского. - 7-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 366 с.

Прайс-лист ЗАО «ЭТМ» от 01.03.2010.

Размещено на Allbest.ru