Расчет схемы электроснабжения плавильного цеха обогатительной фабрики

Iном. о Iр. О

6457,39

Номинальная мощность отключения, тыс. КВА

Sном. О

Sном. о Sр. о

736 344,34

Допустимый ударный ток КЗ, кА

iном. Дин

iном. дин iу. р

173,82155,87

Поскольку выключатель и разъеденители у трансформаторов выбраны с большим запасом, они подойдут на установку в качестве секционных коммутационных аппаратов.

Для секционирования на низкой стороне применим разъеденитель, выбор которого произведен в таблице 13.

Таблица 13 - Выбор разъеденителя РЕ13-47

Параметр	Обозначение	Формула	Расчет
Номинальное напряжение, кВ	Uном. А	Uном. а Uном. у	0,660,4
Номинальный длительный ток, А	Iном. А	Iном. а Iр. У.	40003800
Допустимый ударный ток КЗ, кА	iном. Дин	iном. дин iу. р	160129,83

Поскольку разъеденитель подходит по всем условиям принимаем его к установке. На стороне низкого напряжения для защиты трансформатора применяются автоматические выключатели, выбор которого произведен в таблице 14.

Таблица 14 - Выбор автоматического выключателя ЭО25С

Параметр	Обозначение	Формула	Расчет
Номинальное напряжение, кВ	Uном. А	Uном. а Uном. У	0,4=0,4
Номинальный длительный ток, А	Iном. А	Iном. а Iр. У.	40002331,2
Номинальный ток отключения, кА	Iном. О	Iном. о Iкз.уст	65 51,49
Допустимый ударный ток КЗ, кА	iном. Дин	iном. дин iу. Р	163,8129,83

По всем указанным параметрам указанный выключатель соответствует, поэтому принимаем его к установке.

11 ВЫБОР И РАСЧЕТ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ

Релейной защитой называется комплекс реле и аппаратов, собранных в определенные электрические схемы, задачей которых является отключение поврежденного элемента электрической цепи путем воздействия на отключающие аппараты защищаемо элемента.

В системе электроснабжения плавильного цеха защите от напреднамеренных режимов предназначены особо ответственные потребители и элементы. К таковым относятся некоторые типы электродвигателей и трансформаторы цеховой ТП.

11.1 Выбор уставок защиты трансформатора

Расчет защит трансформатора производится следующим образом:

1. Определяют комплекс защит трансформатора и их назначение.

Определяют номинальные токи на ВН и НН по формуле

Iном=S/(*U), (42)

где Iном - номинальный ток на стороне трансформатора,

S - мощность трансформатора,

U - напряжение на стороне трансформатора.

Выбирают трансформаторы тока и их соеденение, от которых будет производится питание реле.

Определяют какое реле будет выполнять функцию той или иной защиты.

Вычисляют ток срабатывания защиты по формуле

Iсз=Кн*Ксх*Iном/(Кв*Ктт), (43)

где Iсз - ток срабатывания защиты;

Кн - коэффициент надежности (Кн=1,1-1,25);

Ксх - коэффициент схемы (Ксх=1 для трансформаторов тока, схема соединения которых полная или неполная звезда, и Ксх= для трансформаторов тока, схема соединения которых включена на разность вазных токов);

Кв - коэффициент возврата (Кв=0,8-0,85);

Ктт - коэффициент трансформации трансформаторов тока.

Выбирается для установки реле тока.

Вычисляется коэффициент чувствительности для защиты при двухфазном КЗ на стороне НН трансформатора по

Кч=0,87*Iк2/(Iср.р*Ктт), (44)

где Iк2 - ток КЗ на НН трансформатора. Кч должно быть больше 1,5.

Рассчитывается ток срабатывания отсечки, устанавливаемой со стороны питания трансформатора по формуле

Iср.р=Кн*Ксх* Iк2/Ктт. (45)

Вычисляется коэффициент чувствительности отсечки при двухфазном КЗ на ВН трансформатора по

Кч=0,87*Iк1/(Iср.р*Ктт), (46)

где Iк1 - ток КЗ на ВН трансформатора. Кч должно быть больше 2.

Выбирается газовое реле для защиты от внутренних повреждений.

Произведем выбор уставки релейной защиты для трансформатора цеховой подстанции.

Для защиты трансформатора принимаем максимально-токовую защиту (МТЗ) на стороне НН, токовую отсечку (ТО) на ВН, а также газовую защиту от внутренних повреждений.

Номинальные токи на ВН и НН по формуле (42)

Iном1=2500/(1,7*6)=245,09 А.

Iном2=2500/(1,7*0,4)=3676,47 А.

Выбираем трансформаторы тока [6] для МТЗ ТВЛМ-6У3 300/5 (Ктт=60), для ТО ТПШЛ-10У3 4000/5 (Ктт=800).

Для МТЗ принимаем к установке реле типа РТ 40/20 и реле времени типа ЭВ-122 с уставками 0,25-3,5 с.

Вычисляют ток срабатывания защиты по формуле

Iсз=1,3*1*3676,47/(0,85*800)=5,41 А

Выбирается для установки реле тока РТ 40/20 ток срабатывания 5-10 А.

Вычисляется коэффициент чувствительности для защиты при двухфазном КЗ на стороне НН трансформатора по (44)

Кч=0,87*51490/(5,41*800)=10,35,

что выше допустимого (Кч=1,5).

Рассчитывается ток срабатывания отсечки, устанавливаемой со стороны питания трансформатора по формуле (45)

Iср.р=1,4*1*0,87*51490/800=78,39 А

Вычисляется коэффициент чувствительности отсечки при двухфазном КЗ на ВН трансформатора по

Кч=0,87*57390/(78,39*60)=10,62.

Выбираем газовое реле для защиты от внутренних повреждений типа ПГ-22 с действием на отключение.

11.2 Выбор уставок защиты двигателя

Расчет защит двигателей выполняется в следующей последовательности:

Вычисляется номинальный ток двигателя по (23).

Выбираются трансформаторы тока и определяется их коэффициент трансформации.

Вычисляется ток срабатывания отсечки с отстройкой от пусковых токов по формуле

Iср.р=Кн*Ксх*Iном*Кпуск/Ктт, (47)

Рассчитывается коэффициент чувствительности отсечки по

Кч=Iк/(Ктт*Iср.р), (48)

где Iк - ток короткого замыкания.

Вычисляется ток срабатывания защиты от перегрузки по

Iср.р=Кн*Ксх*Iном/(Кв*Ктт), (49)

Произведем выбор релейной защиты для двигателя дымососа на 6 кВ.

Номинальный ток двигателя по (23)

Iр=1000/(*6*0,85*0,945=121,4 А

2. Выбираем трансформаторы тока ТВЛМ-6 150/5 с коэффициентом трансформации Ктт=30.

3. Вычисляется ток срабатывания отсечки с отстройкой от пусковых токов по (47)

Iср.р=1,8*1,7*6,2*121,4/30=76,77 А.

4. Рассчитываем коэффициент чувствительности отсечки по (48)

Кч=57490/(30*76,77)=24,96 А.

5. Вычисляется ток срабатывания защиты от перегрузки по (49)

Iср.р=1,2*1,7*121,4/(0,8*30)=10,32 А.

Принимаем по [2] для токовой отсечки и для защит двигателя от перегрузки реле типа РТ-40/100 с уставками тока срабатывания Iотс=76,77 А и Iпер=10,32 А.

12 РАСЧЕТ ЗАЗЕМЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ

При обслуживании электроустановки опасность представляют не только неизолированные токоведущие части, находящиеся под напряжением, но и те конструктивные части электрооборудования, которые нормально не находятся под напряжением, но могут оказаться под напряжением при повреждении изоляции.

Для защиты людей от поражения людей электрическим током при повреждении изоляции применяется одна из следующих защитных мер: заземление, зануление, защитное отключение, разделительный трансформатор, двойная изоляция и т.д.

Защитное заземеление - это преднамеренное электрическое соединение какой-либо части электроустановки с заземляющим устройством для обеспечения электробезопасности. Задачей защитного заземления является снижение до безопасной величины напряжений шага и напряжение прикосновения.

Из вышеперечисленных мер защиты заземление наиболее эффективно, поскольку при малых затратах и без отключения позволяет обеспечить безопасность человека.

Заземляющее устройство состоит из заземелителя и заземляющих проводников. В качестве естественных заземлителей используется в первую очередь естественные заземелители: проложенные в земле металлические конструкции. Если этих естественных заземлителей недостаточно, применяют искуственные заземлители: заглубленные в землю вертикальные электроды из труб, уголков или прутковой стали.

Для обеспечения надлежащей безопасности величина заземления нормируется ПУЭ, в случае, если величина естественных заземлителей больше нормы применяют искусственные заземлители, которые уменьшают общую величину. Расчет заземляющих устройств производится в следующем порядке:

В соответствии с ПУЭ устанавливают допустимое сопротивление заземляющего устройства Rз.

Определяют величину естественного заземлителя.

Предварительно с учетом территории намечают расположение заземлителей - в ряд, по контуру и его длину.

Определяют расчетное удельное сопротивление грунта для горизонтальных и вертикальных электродов с учетом повышающего коэффициента, учитывающего высыхание грунта летом и промерзание его зимой.

Определяют необходимое сопротивление искуственного заземлителя с учетом использования естественного заземлителя, включенного параллельно, из выражения

Rи=Rе*Rз/(Rе-Rз), (50)

где Rз - сопротивление искуственного заземлителя,

Rи - сопротивление искусственного заземлителя,

Rе - сопротивление естественного заземлителя.

Принимается нужный вид искусственного заземлителя и его параметры. Вычисляется его сопротивление по формуле

Rпр=0,0027**, (51)

где Rпр - сопротивление элемента искусственного заземлителя, - расчетное удельное сопротивление грунта, - коэффициент повышения сопротивления.

Вычисляется количество элементов искуственного сопротивления по формуле

n=Rпр/L, (52)

где n - длина заземлителя,

L - длина между элементами в земле.

Определяется коэффициент экранирования.

Вычисляется сопротивление заземляющего устройства по формуле

R'и=Rпр/n*, (53)

где R'и - расчетная величина заземляющего устройства,

- коэффициент экранирования.

Сравнивается расчетное значение сопротивления и предельное значение по формуле

R'и<Rи, (54)

если оно выполняется значит количество элементов заземления выбрано правильно, иначе надо проверять сопротивление протяженных заземлителей.

Произведем расчет заземляющего устройства для плавильного цеха.

В соответствии с [1] для электроустановок напряжением до 1кВ с глухозаземленной нейтралью сопротивление должно быть не более 4 Ом, для электроустановок напряжением выше 1 кВ с малыми токами замыкания на землю сопротивление заземления должно быть не более 10 Ом. Первое требование является определяющим.

Принимаем, что подстанция получает питание по двум кабелям напряжением 6 кВ, сопротивление оболочек которых равно 5,65 Ом.

Заземления прокладываются по периметру цеха площадью 17351,13 кв.м., включая площадь цеховой трансформаторной подстанции.

Площадь цеха определена по методу удельной нагрузки на единицу производственной площади по формуле Pр=Руд*F, где Рр - расчетная нагрузка цеха (в нашем случае - 3981,1 кВт), Руд - удельная расчетная мощность на 1 кв.м. производственной площади, F - площадь цеха. Удельную мощность определим по [3], которая составит 230 Вт/кв.м. Отсюда вычислим площадь цеха по формуле

F=Рр/Руд=3981,1/0,23=17309,13 кв.м.+42 кв.м. ТП=17351,13 кв.м.

Из площади принимаем, что длина 247,17 м, ширина - 70,2 м. Периметр цеха равен 638,74 м.

Удельное сопротивление грунта определим из [11] стр.257, принимая, что предприятие находится на суглинистых грунтах с удельным сопротивлением грунта 20000 Ом*см.

Определяем необходимое сопротивление искуственного заземлителя с учетом использования естественного заземлителя, включенного параллельно, из выражения (50)

Rи=5,65*4/(5,65-4)=13,5 Ом.

Для искусственных заземлителей принимаем прутковые электроды диаметром 12 мм, длиной 5 м, сопротивление которых по (51)

Rпр=0,0027*20000*1,5=68 Ом,

где =1,5 - коэффициент повышения сопротивления определяется из [11] стр. 260 таблица 7.3.

Количество элементов искусственного сопротивления по формуле (52)

n=634,74/5=127 штук.

Коэффициент экранирования по [11] стр.257 таблица 7.1, откуда =0,31.

Сопротивление заземляющего устройства по формуле (53)

R'и=68/(127*0,31)=1,73 Ом

Сравнивается расчетное значение сопротивления и предельное значение по формуле (54)

R'и<Rи; 1,73<13,5

условие выполняется, значит количество элементов заземления выбрано правильно.

ЛИТЕРАТУРА

Правила устройства электроустановок. - М.:Госэнергонадзор, 2000.

Справочник по электроснабжению промышленных предприятий. В 2 т. - Т.II. / Под общ. ред. А.А. Федорова и Г.В. Сербиновского. - М.: Энергия, 1974.

Справочник энергетика промышленных предприятий. В 4 т. - / Под общ. ред. А.А. Федорова, Г.В. Сербиновского и Я.М. Большама. - М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963.

Конюхова Е.А. Электроснабжение объектов. Учеб. пособие для СУЗов. - М.: Мастерство, 2002.

Федоров А.А., Старкова Л.Е. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования. Учеб. пособие для ВУЗов. - М.: Энергоатомиздат, 1987.

Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций. Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. Для студентов ВУЗов. - М.: Энергоатомиздат, 1989.

Электротехнический справочник. В 3 т. - Т.III, Кн. 2 / Под общ. ред. В.Г. Герасимова. - М.: Энергоиздат, 1982.

Справочник электроэнергетика предприятий цветной металлургии.

Пособие к курсовому и дипломному проектированию для электроэнергетических специальностей. Учебное пособие для ВУЗов / Под ред. В.М. Блок. - М.: Высшая школа, 1981.

Электроснабжение промышленных предприятий. Учебное пособие для ВУЗов / Под ред. Н.Е. Мукасеева. - М.: Энергоатомиздат, 1978.

Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. Учебник для СУЗов. - М.: Высшая школа, 1990.

Дьяков В.И. Типовые расчеты по электрооборудованию. - М.: Высшая школа, 1976.

Коновалова Л.Л. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. Учебное пособие для СУЗов. - М.: Энергоатомиздат, 1989.