Электроснабжение цеха по производству асбокартонных листов

Расчетная схема для расчета токов короткого замыкания цепи трансформатора приведена на рисунке 7

цеховой электроснабжение трансформатор токоведущий релейный

Рисунок 7 - Расчетная схема для расчета тока КЗ цепи трансформатора

Часто инженерам для проверки отключающей способности защитных аппаратов (автоматические выключатели, предохранители и т.д.), нужно знать значения токов короткого замыкания (ТКЗ). Но на практике не всегда есть возможность быстро выполнить расчет ТКЗ по ГОСТ 28249-93, из-за отсутствия данных по различным сопротивлениям, особенно это актуально при расчете однофазного тока короткого замыкания на землю.

Для решения этой задачи, можно использовать приближенный метод расчета токов короткого замыкания на напряжение до 1000 В, представленный в книге: «Е.Н. Зимин. Защита асинхронных двигателей до 500 В. 1967 г.».

Ведём расчет ТКЗ в сети 0,4 кВ для КТП №9, чтобы проверить отключающую способность выключателей, используя приближенный метод расчета ТКЗ представленный в книге Е.Н. Зимина.

Для проверки на отключающую способность автоматического выключателя, нужно определить в месте его установки ток трехфазного короткого замыкания.

Определяем активное и индуктивное сопротивление фазы трансформатора:

(2.16)

(2.17)

где ДР_к.з - потери короткого замыкания в трансформаторе, кВт;

U_НН.ном - номинальное напряжение обмотки низшего напряжения

трансформатора, кВ;

u_к.з. - напряжение короткого замыкания трансформатора, %.

Определяем активное и индуктивное сопротивление кабелей сети:

2 х (ВВГнг ls 4х95) х 75 м:

R_к = r_к · l_к = 0,5 · 0,210 · 0,075 = 78,75 Ом,

X_к = x_к · l_к = 0,5 · 0,06 · 0,075 = 22,5 Ом;

ВВГнг ls 4х 95 х 45 м:

R_к = r_к · l_к = 0,265 · 0,045 = 119,2 Ом,

X_к = x_к · l_к = 0,082 · 0,045 = 36,4 Ом;

ВВГнг ls 4 х 70 х 50 м:

R_к = r_к · l_к = 0,265· 0,050 = 132,5 Ом,

X_к = x_к · l_к = 0,082 · 0,050 = 41 Ом;

Определяем суммарные активные и индуктивные сопротивления кабелей цепи короткого замыкания для точки К1:

; (2.18)

где Rф и R0 - активное сопротивление проводника фазы и соответственно нулевого провода, Ом

; (2.19)

где Xф и X0 - индуктивное сопротивление проводника фазы и соответственно нулевого провода, Ом

Так как все кабели имеют равное сечение фазных и нулевых жил, то:

, ; (2.20)

Определяем полное сопротивление петли фаза-нуль цепи короткого замыкания для точки К1:

(2.21)

где R_ФК1 и Х_ФК1 - активное и индуктивное сопротивление проводника фазы и соответственно нулевого провода для расчетной точки К1, Ом

Определяем ток трехфазного короткого замыкания для точки К1:

Величина ударного тока:

(4.22)

Действующее значение ТКЗ:

(4.23)

Определяем полное сопротивление петли фаза-нуль цепи короткого замыкания для точки К2:

(2.24)

Определяем суммарные активные и индуктивные сопротивления кабелей цепи короткого замыкания для точки К2:

,

.

Определяем ток трехфазного короткого замыкания для точки К2:

Определяем полное сопротивление петли фаза-нуль цепи короткого замыкания для точки К3:

(2.25)

Определяем суммарные активные и индуктивные сопротивления кабелей цепи короткого замыкания для точки К2:

,

.

Определяем ток трехфазного короткого замыкания для точки К2:

Результаты расчетов сведем в таблице 2.3

Таблица 2.3

Результаты расчетов ТКЗ

2.6 Выбор оборудования и токоведущих частей

2.6.1 Выбор сечения кабелей

Прежде необходимо выбрать марку проводника, определится с условиями его прокладки и затем выполнить расчет.

Для определения марки кабеля, которым будет осуществляться прокладка распределительных сетей, необходимо учесть особенности окружающей среды помещений цехов, а при прокладке кабелей вне помещений особенности грунта данного предприятия. Для прокладки внутри помещений выбираем кабель марки ВВГнг-LS [12], прокладка будет производится в кабельных коробах.

Сечение кабелей напряжением до 1000 В определяется по экономической плотности тока [1], так как число часов использования максимума нагрузки на предприятии свыше 5000 часов:

(2.27)

где J_ЭК - нормированное значение плотности тока, А/мм² .

Рассмотрим пример расчета линии РУ-04 КТП-2-силовой шкаф ШС-1.

Исходные данные: Р_Р = 95,6 кВт, Q_Р = 98,67 квар, S_Р = 137,39 кВ•А,

L = 75 м, I_Р = 208,97 А. Кабель прокладывается в коробе, совместно с другими силовыми кабелями, число силовых кабелей в коробе не более 4.

Тогда экономически целесообразное сечение, равно:

принимаем сечение кабеля 95 мм².

Далее проверяем выбранный кабель по условиям нагрева:

(2.28)

где I_доп - длительно допустимый ток нагрузки для кабеля данного сечения, А;

К_прокл - коэффициент учитывающий способ прокладки кабелей.

При определении К_прокл контрольные и резервные кабели не учитываются.

Для кабеля сечением 95 мм², длительно допустимый ток нагрузки равен

I_доп = 280 А [12]. Проверим кабель по нагреву с учетом его прокладки, примем коэффициент прокладки равным 1,6, согласно [1]:

равенство не выполняется, выбранный кабель не проходит по условиям нагрева. Окончательно принимаем кабель 2х(ВВГнг ls 4х95).

Далее проверяем выбранный кабель по условиям нагрева:

(2.29)

где I_доп - длительно допустимый ток нагрузки для кабеля данного сечения, А;

К_прокл - коэффициент учитывающий способ прокладки кабелей.

При определении К_прокл контрольные и резервные кабели не учитываются.

Для кабеля сечением 95 мм², длительно допустимый ток нагрузки равен I_доп = 280 А [12]. Проверим кабель по нагреву с учетом его прокладки, примем коэффициент прокладки равным 0,85, согласно [1]:

равенство выполняется, выбранный кабель проходит по условиям нагрева. Окончательно принимаем кабель 2х( ВВГнг ls 4х95), 75 метров.

Расчеты для остальных приёмников производства произведем аналогично. Результаты расчетов приведем в таблицу

2.6.2 Проверка электрической сети на потери напряжения

Согласно [1] для силовых сетей отклонение напряжения должно составлять не более ± 5% от U_ном.

Расчет цеховой сети по условиям допустимой потери напряжения выполняется для цепочки линии от источника питания до зажимов одного наиболее удаленного от цеховой ТП или наиболее мощного ЭП.

В нашем случае это цепь РУ-0,4 кВ (КТП№9) - Силовой шкаф (ПР№6) - Асинхронные двигатели 110 кВт, 11 кВт и 6,3 кВт в составе пресс-гранулятора.

Схема для расчета потери напряжения приведена на рисунке 2.5.

Рисунок 2.5 - Схема для расчета потери напряжения

Определяем потери напряжения на участках, по формуле

(2.30)

где r_уд и x_уд - удельные активные и индуктивные сопротивления проводников,

Ом/км (приложение);

U_P - напряжение в узлах сети, В.

Напряжение в расчетных узлах, определим по формуле:

(2.31)

где U_А - напряжение в начале рассматриваемого участка, В.

Определим потерю напряжения на участке РУ - ШС-2 и напряжение в узле ШС-2:

Расчеты по остальным участкам производим аналогично, результаты сводим в таблицу 2.5.

Таблица 2.5

Расчет потерь напряжения

Суммарная потеря напряжения:

- от РУ 0,4 кВ 9КТП -2 до зажимов шкафа силового ШС-1

3,021 В, т.е. 0,75 %.

- от РУ 0,4 кВ 9 КТП №2 до шкафа силового ШС-2

4,53 В, т.е. 1,13 %.

Выбранные сечения проводников удовлетворяют требованиям [1], по отклонению напряжения.

2.6.3 Выбор выключателей

Выключатель является основным аппаратом в электрических установках, он служит для отключения и включения в цепи в любых режимах: длительная нагрузка, перегрузка, короткое замыкание, холостой ход. Наиболее тяжелой и ответственной операцией является отключение токов КЗ и включение на существующее короткое замыкание.

Выключатели выбираем по следующим условиям:

(2.32)

(2.33)

где U_ном.эл. - номинальное напряжение электроустановки, кВ;

U_ном.эл. - номинальное напряжение аппарата, кВ;

I_max. - максимальный расчетный ток, А;

I_н.расц. - номинальный ток расцепителя, А.

Вводной выключатель от трансформаторной подстанции выбираем по максимальному току нагрузки:

(2.34)

где УS_н - суммарная расчетная нагрузка всего предприятия (таблицеА.1 (Приложение А)), кВ·А

Принимаем к установке автоматический выключатель Метасол- AS 40f,

I_н.расц 4000 А.

В качестве коммутационно-защитного аппарата принимаем автоматический выключатель AN-160. Выбор выключателей производим по номинальному току электрооборудования I_ном, а вводные аппараты для распределительных пунктов и отходящих присоединений в РУ 0,4 кВ по максимально расчетному I_Р. Выбранные автоматические выключатели должны соответствовать следующим условиям:

(2.35)

(2.36)

Выбор автоматических выключателей представлен в таблице 2.6.

Данные выключатели выполнены во «втычном исполнении».

Таблица 2.6

Выбор выключателей отходящих присоединений РУ 0,4 кВ

Все электрические аппараты, токоведущие части и изоляторы на станциях и подстанциях должны быть выбраны по условиям длительной работы и проверены по условиям короткого замыкания в соответствии с указаниями [1].

Согласно [15], расчетными условиями для выбора проводников и аппаратов по продолжительным режимам работы: нормальный, ремонтный, послеаварийный.

2.6.4 Выбор трансформаторов тока

Для контроля за состоянием изоляции сети, замера межфазного и фазного напряжения сети, отвода в землю статических зарядов линии, питания приборов, защиты сигнализации в электрических сетях с изолированной нейтралью примем трансформаторы тока ТШЛ-0,66; 4000/5А, кл. т. 0,5 s. За номинальную мощность S_ном.тр принимают мощность всех трех фаз для трансформаторов. Перечень устанавливаемых приборов, их количество и мощность измерительных обмоток в соответствии с [4] приведем в таблице 2.7.

Таблица 2.7

Приборы, подключаемые к трансформатору тока на шинах ТСЗ 2500-6/0,4 кВа КТП №9

2.7 Релейная защита и автоматика

2.7.1 Постановка задачи защиты

Для защиты электрооборудования в схеме электроснабжения применяем устройства релейной защиты, предназначенные для:

а) автоматического отключения поврежденного элемента от остальной, неповрежденной части электрической системы (электроустановки) с помощью выключателей; если повреждение (например, замыкание на землю в сетях с изолированной нейтралью) непосредственно не нарушает работу электрической системы, применяем действие защиты только на сигнал;

б) реагирования на опасные, ненормальные режимы работы элементов электрической системы; в зависимости от режима работы и условий эксплуатации электроустановки релейная защита должна быть выполнена с действием на сигнал или на отключение тех элементов, оставление в работе которых может привести к возникновению повреждения.

В виду большой ответственности устройств релейной защиты применяем только проверенные опытом типовые схемы защиты.

При выборе устройств релейной защиты руководствуемся следующими требованиями к устройствам РЗиА:

Селективность действия устройств РЗиА (автоматическое отключение от устройств РЗиА только поврежденного элемента сети);

Чувствительность (действие защиты при минимально возможном токе к.з. в системе);

Быстродействие (минимально возможное время срабатывания);

Надежность (четкое действие всех элементов схемы защиты в течение расчетного времени, в качестве которого принимают время между очередными плановыми проверками). Для обеспечения надежности применяем высококачественные и надежно работающие реле и другие аппараты РЗиА, выполняем более простые схемы защиты с возможно меньшим числом реле, контактов и цепей.

Согласно ПУЭ, выбираем необходимый объем защит для всех присоединений, данные сводим в таблицу 2.9.

Таблица 2.8

Объем защит

2.7.2 Автоматика и измерения

В системе электроснабжения для повышения надежности работы электрооборудования применяют следующие виды автоматики:

1) Автоматическое повторное включение (АПВ):

- АПВ ЛЭП-110 кВ;

- АПВ трансформаторов ГПП при отключении от сквозных КЗ;

2) Автоматическое введение резерва (АВР):

- АВР сборных шин РУ ГПП;

- АВР сборных шин 0,4 кВ ТП;

Для диспетчерского управления оборудованием предусматриваем:

Телесигнализация:

- положения не телеуправляемых выключателей вводов, секционных и шиносоединительных выключателей, выключателей трансформаторов;

- аварийного отключения любого выключателя (один общий сигнал с контролируемого пункта);

- замыкания на землю в сетях высокого напряжения;

- срабатывания защиты, действующей не на отключение, а на сигнал (перегрузка, первая ступень газовой защиты трансформатора и т.д.);

- возникновения пожара на подстанции;

- открывания дверей необслуживаемого объекта;

- разные неисправности (один общий сигнал с контролируемого пункта - изменение температуры в помещении, повреждения во вторичных цепях и т.д.).

Телеизмерения:

- напряжения на шинах РУ 0,4 кВ КТП №9;

- суммарной мощности, получаемой от источника питания.

Для защиты АД используем защиту от межфазных КЗ в качестве основной защиты, а от перегрузки - резервная. Произведем расчет уставок релейной защиты.

где

тогда

Расчет защиты от однофазных замыканий на землю

Ток срабатывания защиты находим:

Для скорейшего восстановления напряжения после отключения КЗ и самозапуска электродвигателей ответственных механизмов необходимо предусмотреть отключение защитой минимального напряжения электродвигателей неответственных механизмов, выполненной с выдержкой времени для отстройки от посадок напряжения при межфазных КЗ, чтобы избежать массового отключения двигателей. Это должна быть следующая ступень селективности после действия защиты от межфазных КЗ (она же резервирует защиту от межфазных КЗ). Защита от межфазных КЗ сделана без выдержки времени, примем ступень селективности равной 0,5 с, тогда выдержка времени защиты минимального напряжения будет равна 0,5 с.

2.7.4 Расчет релейной защиты трансформатора

Максимально-токовая защита (МТЗ)

Ненормальные режимы работы трансформаторов обусловлены внешними короткими замыканиями и перегрузками. В этих случаях в обмотках трансформатора появляются большие токи. В качестве защит от внешних коротких замыканий применяются токовые защиты с выдержкой времени и включением реле на полные токи фаз и на их симметричные составляющие.

Ток срабатывания МТЗ выбирается исходя из условий отстройки (несрабатывания) от перегрузки. Ток перегрузки определяется из условия отстройки от максимального рабочего тока I_max.раб.

(2.48)

где S_н - номинальная мощность трансформатора, кВА.

Ток срабатывания защиты I_с.з определяется по формуле:

(2.49)

где k_{отс.мтз} - коэффициент отстройки (k_{отс.мтз} = 1,1 - 1,2) [6];

k_с.зп - коэффициент самозапуска обобщённой нагрузки (k_с.зп = 2,5) [6];

k_в - коэффициент возврата реле (k_в = 0,85 для реле РСТ).

Коэффициент чувствительности МТЗ должен быть k_ч ? 1,5 при коротких замыканиях на высшей стороне трансформатора и k_ч ? 1,2 при коротких замыканиях в конце линий, отходящих от шин низшего напряжения.

Коэффициент чувствительности

(2.50)

k_ч > 1,5, что удовлетворяет требованиям чувствительности защиты.

Ток срабатывания реле I_с.р определяется:

(2.51)

Выдержка времени МТЗ выбирается на ступень Дt больше максимальной выдержки времени t_{эл.макс} защит предыдущих элементов [9].

Выбираем реле тока РСТ 40-50 с пределами срабатывания 12,5-50А и реле времени РВ-01, t_СЗ = 2,5 с.

Токовая защита от перегрузок

Ток срабатывания защиты I_с.з определяется по выражению:

(2.52)

где К_отс = 1,05 - коэффициент отстройки [9];

К_в = 0,8 ч 0,85 - коэффициент возврата реле.

Определим ток срабатывания реле I_с.:

Коэффициент чувствительности К_ч определяется по формуле:

Выдержка времени принимается на ступень селективности больше, чем время срабатывания защиты трансформатора от внешних коротких замыканий.

На стороне 6 кВ: t_сз = 25 с;

На стороне 0,4 кВ: t_сз = 15 с.

Выбираем реле РСТ 40-50 с пределами срабатывания 12,5-50А.

Вывод по разделу

В данном разделе произведена проверка кабельных линий по термической стойкости. Термическая устойчивость выбранных сечений обеспечена. Потери напряжения не превышают нормы. Также осуществлен выбор оборудования 0,4 кВ, а именно выключателей, трансформаторов тока.

Были выбраны устройства релейной защиты, которые должны обеспечивать выявление места возникновение КЗ и быстрое автоматическое отключение поврежденного оборудования и участка сети.

Выполнен расчет защиты трансформатора (МТЗ, токовая отсечка). Также была учтена необходимость применения устройств АПВ и АВР.

3. Организационная часть

3.1 Технико-экономические показатели систем электроснабжения производства

Самочувствие и работоспособность человека зависит от состояния метеорологических условий. Эти условия определяются сочетанием трёх основных параметров: температуры, относительной влажности и подвижности воздуха. Оптимальная температура воздуха рабочей зоны по ГОСТ 12.1. 005-88 “Воздух рабочей зоны. Основные санитарно-гигиенические требования” составляет 16-28?C. На отдельных участках производства (около экструдера, ламинатора и местах с нагревательными элементами) температура достигает 30-35?C, а на других участках производства зависит от климата, выбранного индивидуально.

Оптимальная влажность по ГОСТ 12. 1. 005-88 составляет 40-60%. В перечисленных выше местах предел изменения влажности 30-40%.

Оптимальная подвижность воздуха для летнего периода 0,5-1 м/с, для зимнего 0,2-0,5 м/с.

Фактически внутри цеха эти параметры поддерживаются в соответствии с нормативными.

Основными вредными производственными факторами являются:

- токсичные выделения при расплаве балена;

- вибрация;

- шум.

Содержание вредных веществ в воздухе рабочей зоны и параметры микроклимата не должны превышать норм, установленных ГОСТ 12.1.005-88. Допустимые значения уровней шума и вибрации, создаваемые машинами на рабочих местах, соответственно по ГОСТ12.1.003-83 и ГОСТ12.1.012-90.

При реализации данного работы учтены все требования по экономичности и экологичности производства. Затраты на приобретение и монтаж системы электроснабжения цеха составляют менее 2% от стоимости технологического оборудования.

3.2 Организация эксплуатации и ремонта системы электроснабжения

Ремонт и эксплуатацию систем электроснабжения производства в случае небольших объемов работ планируется вести силами энергослужбы производства 2 электрика- наладчика в смене. В случае увеличения объемов работ планируется привлекать службу сервиса энергочасти обогатительной фабрики. В технологии заложены СВЧ-печи, обслуживание и наладку этого оборудования планируется вести силами сторонних сертифицированных организаций. Контроль и наладку аппаратуры защиты и автоматики и обеспечит персонал лаборатории энергоцеха.

Таблица 3

Мощность осветительной нагрузки

Технико-экономические показателя сравнения вариантов схем электроснабжения

Вариант1

Вариант 2

Сравнение экономических показателей

3.3 Расчет и выбор заземляющего устройства

Основная трудность в применении заземляющих устройств обусловлено высоким удельным сопротивлением поверхностного слоя земли. В зимнее время, в связи с полным замерзанием воды поверхности, она выступает в роли изолятора между землей и телом человека. Поскольку 9КТП-2 находится на территории цеха обогащения на железобетонном основании, кроме того, в грунт укладывается большое количество ЖБ изделий для технологического оборудования, арматура отдельных элементов имеет металлическую связь и велика насыщенность инженерными коммуникациями территория промышленного предприятия, то нельзя говорить об устройстве отдельного ЗУ для 9 КТП-2. Заземляющий контур подстанции посредством металлических эстакад, оболочек кабелей и др. инженерных сооружений связаны с заземляющей сетью цеха обогащения.