t_пр - приведенное время децствия КЗ, если отключение произойдет в зоне переходного процесса, с. Приближенно t_пр ? t_д ; t_д - время действия КЗ фактическое, с,

t_д = t_рз + t_ов , (98)

t_рз - время срабатывания релейной защиты, с;

t_ов - собственное время отключения выключателя, с.

Отключение произойдет через 50 периодов, что соответствует зоне давно установившегося короткого замыкания (через 8…10 периодов).

Каталожными данными являются: U_н.в, I_н.в, i_ск, I_тс, I_н.откл, t_ов.

Производим расчет для выбора высоковольтного выключателя напряжения

U_н.у = 10 кВ

I_н.у = 318 А

R_с = 10 Ом

Х_с = 1,2 Ом

t_д = 1 с.

Выключатель высокого напряжения типа ВММ-10-400-10-У1 Маломаслянный;

U_н.в = 10 кВ

I_н.в = 400 А

I_н.откл = 10 кВ

I_тс = 10 кА

i_ск = 25 кА

t_тс = 4 с

t_ов = 0,1 с.

Определяется расчетные данные и заносятся в таблицу 8 - «Ведомость».

Ток короткого замыкания на высоком напряжении:

I_к⁽³⁾ = U_н.у / v3* Z_к ; (99)

I_к⁽³⁾ = 10 / 1,73 * 10,07 = 17,4 кА; (99)

Z_к =v R_с² + Х_с² ; (100)

Z_к =v 10² +1,2² = 10,07 Ом; (100)

i_у = К_у * v2* I_к⁽³⁾ (101)

i_у = 1* 1,41* 17,4 = 24,5 кА; (101)

К_у = 1; I_?⁽³⁾ = 17, 4 кА.

На отключающая способность:

I_р.откл = I_?⁽³⁾ = 17,4 кА;

S_р.откл = 1,73*17,4*10 = 5,9 мВ*А; (92)

S_н.откл = 1,73*10* 10 = 173 мВ*А. (93)

На термической стойкость:

I_р.тс = 17,4 * v ј = 8,7 кА. (97)



Таблица 8 - Ведомость выключателей высокого напряжения

Параметры	Условное обозначение	Условие выбора	Данные выключателя	Дополнительные сведения
			Расчет.	Катал.
ВЫБОР Номинальное напряжение	Uн, кв	Uн.в ?Uн.у	10	10	ВММ-10-400-10-У1
Номинальный ток	Iн, А	Iн.в ? Iн.у	318	400
ПРОВЕРКА Ток отключения	Iн.откл, кА	Iн.откл ? Iр.откл	17,4	10	Отключающая способность
Мощность отключения	Sн.откл, мВА	Sн.откл ? Sр.откл	5,9	173
Амплитуда предельного сквозного тока	iск, кА	iск ? iу	24,5	25	Динамическая стойкость
Предельный ток термической стойкости	Iтс, кА	Iтс ? Iр.тс	8,7	10	Термическая стойкость

11. Выбор сборных шин

Шиной называется голый металлический проводник в виде стержня любого профиля сечения.

Шины распределительных устройств выбирают по номинальным параметрам (току и напряжению) в соответствии с максимальными расчетными нагрузками и проверяют по режиму КЗ. Наибольшие напряжения в металле при ударном КЗ не должны превосходить 70 % допустимого по ГОСТ, что составляет: для меди марки МТ кгс/смІ при = 250, для алюминия марки АТ кгс/смІ при = 200. Сборные шины распределительных устройств не проверяют на экономическую плотность тока.

Шинопроводы используют для передачи, распределения электроэнергии внутри цехов и освещения. Наиболее распространенные комплектные шинопроводы из сборных унифицированных элементов.

Достоинство: гибкость высокая, универсальность, изменение конфигурации с небольшими затратами времени, труда и материалов; быстрое и безопасное подключение в любом месте новых токоприемников без перебоя в питании.

Комплектные шинопроводы имеют алюминиевые и медные шины, изолированные друг от друга в защитную кожуху. Шинопроводы подразделяют на магистральные, распределительные, осветительные, троллейные и монотроллейные.

Шины бывают: круглого, прямоугольного, квадратного сечения. По способу защиты от прикосновения к токопроводящим частям и воздействия окружающей среды, шинопроводы делят: на открытые, закрытые и защищенные. По материалу шины делятся: на алюминиевые, медные и сталеалюминевые. Шинопроводы магистральные и распределительные. Шинопроводы представляют собой жесткий, составленный из комплектных секций напряжением до 1000 В. Длины секций унифицированы и кратны 770 мм.

Магистральные шинопроводы типа ШМА в защищенном исполнении имеют три шины. Нулевой шиной шинопровода служат два алюминиевых уголка, расположенных вне корпуса и используемых для крепления шинопроводов. Каждая фаза шинопровода ШМА выполнена из двух алюминиевых изолированных шин прямоугольного сечения. Магистральный шинопровод ШМА комплектуют из прямых секций длиной 0,75, 1,5, 3 и 3,5 м., угловых, тройниковых, ответвительных, присоединительных и подгоночных секций. Кроме того, выполняют специальные секции: гибкие - для обхода препятствий и фазировочные - для изменения чередования фаз. Основной вид секций шинопроводов ШМА - прямая длиной 3 м. Из набора секций комплектуют шинопровод любой сложности. Шины смежных секций соединяют сваркой или специальным одноболтовым сжимом. Стремятся наибольшее число секций шинопровода вополнять сваркой.

Согласно условиям шинопровод проверяется:

на динамическую стойкость:

уш.доп ? уш (102)

Для алюминиевых шин удоп = 7*10і Н/смІ

у = Ммакс / W; (103)

у = 5148,75 / 0,8 = 6435,9 Н/смІ (103)

Ммакс = 0,125 * Fм⁽³⁾ *l; (104)

Ммакс = 0,125 * 0,125*137,3*10І Н/см (104)

Fм⁽³⁾ = 0,176*(l/a) * iy²; (105)

Fм⁽³⁾ = 0,176*(3*10І/10)*5,1² = 137,3 Н (105)

так как Lш = 2 м, то достаточно иметь один пролет l = 3 м.

W = b*hІ / 6; (106)

W = 0,3*4І / = 0,8 смі. (106)

уш.доп ? уш (102)

7*10і = 6,4*10і (102)

12. Выбор измерительных трансформаторов тока и напряжения

Измерительный трансформатор - электрический понижающий трансформатор, позволяющий измерять ток, напряжение и мощность в высоковольтных и сильноточных электрических цепях с помощью амперметров, вольтметров и ваттметров с относительно небольшими пределами измерений. Это устройств электроснабжения трансформатора необходимо рассчитать защиту от междуфазных коротких замыканий.

Тип трансформатора ТМ-160/10/0,4

I= 2,5 А

I= 3,3 А

I₁ = , А (107)

I₁ = = 9,2 А (107)

Принимаются к установке в релейной защите трансформаторы тока ТЛ-10 с I1= 10 А и I2 = 5 А в количестве 2х штук.

Определяем коэффициент трансформации:

Кт = (108)

Кт = = 2 (108)



Рисунок 5 - Схема релейной защиты

13. Расчет релейной защиты

Сеть высокого напряжения цехового трансформатора на напряжение 0,4...10 кВ имеет изолированную нейтраль. В схемах защиты с силовыми выключателями на высоком напряжения можно применить следующие виды релейной защиты:

- токовая отсечка (без выдержки времени) на реле типа РТ-40 косвенного действия при наличии электромагнита отключения , типа РТМ прямого действия при наличии пружинного привода;

- МТЗ на реле типа РТ - 40\200 в сочетании с реле времени типа ЭВ-100 или ЭВ-200 для выключателей с электромагнитной отключением, типа РТВ для выключателя с пружинным приводом;

Сочетание токовой отсечки и МТЗ на реле типа ИТ-80, РТ-80, РТ-90 для выключателей с электромагнитным отключением, типа РТМ и РТВ для выключателей с пружинным приводом.

Токовая отсечка обеспечит защиту в зоне короткого замыкания, а максимальная токовая защита - в зоне перегрузки. Наиболее распространенные схемы, сочетающие токовой отсечки и максимальной токовой защиты , могут быть однорелейные и двухрелейные, на постоянном и переменном оперативном токе.

Выбирается реле токовой отсечки типа РТМ

Iср.р.(то) = *Iк2.мин, А (109)

Iср.р.(то) = *3,3*10і = 3425,4 А (109)

Выбираю РТ-400/1000 Iср = 4000 А

Определяется Кч(то) и надежность срабатывания токовой отсечки при наименьшем (двухфазном) токе короткого замыкания в начале линии электроснабжения:

Кч(то) = (110)

Кч(то) = = 0,15 (110)

Iк.мин = Iк⁽²⁾ = 0,87 * Iк⁽³⁾ (111)

Iс.з = Кт * Iср (112)

Условие надежности К_ч ? 1,2 выполнено, следовательно, токовая отсечка срабатывает надежно.

Выбирается реле МТЗ типа РТВ.

Определяется ток срабатывания реле:

Iср.р(мтз) ? * Iнб , А (113)



Iср.р(мтз) ? * 14,5 = 13,02 А (113)

Iср.р ?

Выбираю РТВ-III, Iср = 15 А [7, стр. 103, табл. 1.12.2]

Определяется Кч(мтз) и надежность срабатывания МТЗ на остальном участке при Iк2⁽²⁾ (в конце линии):

Кч(мтз) = (114)

Кч(мтз) = = 179,8 (114)

Условие надежности выполнено (Кч(мтз) ? 1,2).

Составляется схема зоны действия релейной защиты:

Рисунок 6 - Схема зоны действия релейной защиты



14. Расчет заземления и молниезащиты

Рассчитать заземляющие устройство (ЗУ) в электроустановках (ЭУ) с изолированной нейтралью (ИН) - это значит:

- определить расчетный ток замыкания на землю (I_з) и сопротивление ЗУ (R_з);

- определить расчетное сопротивление грунта (с_р);

- выбрать электроды и рассчитать их сопротивление;

- уточнить число вертикальных электродов и разместить их на плане.

При использовании естественных заземлений

R_и = R_е * R_з / R_е - R_з , (115)

где;

R_и, R_е - сопротивление искусственных и естественных заземлений, Ом.

Сопротивление заземления железобетонных фундаментов здания, связанных между собой металлическими конструкциями, определяется по формуле:

R_е = с / ?S, (116)

где;

с = 100 Ом*м (суглинок);

S - площадь, ограниченная периметром здания, м².

Определение I_з и R_з

В любое время года согласно ПУЭ

R_з ? 250 / I_з , (117)

где;

R_з - сопротивление заземляющего устройства, Ом (не более 10 Ом);

I_з - расчетный ток замыкания на землю, А (не более 500 А).

Расчетный (емкостный ) ток замыкания на землю определяется приближенно

I_з = U_н *35 * L_кл * L_вл / 350, (118)

где;

V_н - номинальное линейное напряжение сети, кВ;

L_кл , L_вл - длина кабельных и воздушных электрически связанных линий, км.

В электроустановках с ИН до 1 кВ

R_з ? 125 / I_з (не более 4 Ом). (119)

При мощности источника до 100 кВ А - не более 10 Ом.

По этой же формуле рассчитывают R_з, если заземляющее уствойство выполняется общим для сетей до и выше 1 кВ.

При совмещении заземляющих уствройств различных напряжений принимается Р_з наименьшее из требуемых значений [7, стр. 90, табл.1.13.1]

Определение с_р грунта

с_р = К_сез*с, (120)

где;

с_р - расчетное удельное сопротивление грунта, Ом м;

К_сез - коэффициент сезонности, учитывающий промерзание и просыхание грунта,

К_сез = F (климатическая зона, вид заземлителей). [7, стр. 110, табл.1.13.2.]

Выбор и расчет сопротивления электродов

Выбор электродов. [7, стр. 111, табл.1.13.4.]

Приближенно сопротивление одиночного вертикального заземления определяется по формуле

r_в = 0,3* с_р. (121)

Сопротивление горизонтального (полосы) определяется по формуле

r_р = (0,4*с_р / L_п) lg (2*L_п² / bt), (122)

где;

L_п - длина полосы, м;

b - ширина полосы, м; для круглого горизонтального заземлителя b = 1,1 d;

t - глубина заложения, м.

Определение сопротивлений с учетом коэффициента использования.

R_в = r_в / з_в ; (123)

R_г = r_г / з_г ; (124)

где;

R_в , R_г - сопротивление вертикального и горизонтального электродов с учетом коэффициентов использования, Ом;

з_в, з_г - коэффициенты использования вертикального и горизонтального электродов, определяется по таблице [7, стр. 111, табл. 1.13.5]

з = F (тип ЗУ, вид заземлителя, а / L, N_в), (125)

где;

а - расстояние между вертикальными заземлителями, м;

L - длина вертикального заземлителя, м;

N_в - число вертикальных заземлителей.

Необходимое сопротивление вертикальных заземлителей с учетом соединительной полосы.

R_в ? R_г * R_з / R_г - R_з. (126)

Уточнение числа вертикальных электродов.

Необходимое число вертикальных заземлителей определяется следующим образом:

N^'_в = R_в / R_и * з_в (при использовании естественных и искусственных заземлителей);

N^'_в = R_в / R_з * з_в (при использовании только искусственных заземлителей);

N_в = r_в / R_и * з_в.ут ,

где;

з_в.ут - уточненное значение коэффициента использования вертикальных заземлителей.

Производим расчет заземляющего устройства для цеха с площадью 40Ч30:

AЧB = 40Ч30

Uлеп = 10 кВ

Lлеп = 4 км

Uн = 0,4 кВ

с = 300 Ом*м (супесь)

t = 0,7 м

Вид ЗУ - контурное

Климатическая зона - III

Вертикальный электрод - уголок (75Ч75), L = 3 м

Горизонтальный электрод - полоса (40Ч4) мм

1. Определяется расчетное сопротивление одного вертикального электрода

r_в = 0,3*с *К_сез.в = 0,3 * 40 *1,5 = 18 Ом. (127)

К_сез.в = F (зона I) = 1,5; [7, стр. 90, табл. 1.13.2]

К_сез.г = F (зона I) = 2,3. [7, стр. 90, табл. 1.13.2]

Определяется расчетное сопротивление совмещенного заземляющего устройства

R_зу1 ? 125 / I_з = 125 / 4 = 31,3 Ом ; (119)

I_з = U_лэп * 35* L_кл / 350 = 10* 35* 4 / 350 = 4 А. (118)

Требуемое по НН Rзу2 ? 4 Ом

Принимается Rзу2 = 4 Ом

Rзу ? 4* с / 100 = 4 * 300/100 = 12 Ом (128)

Следовательно, для расчета принимается R_зу = 12 Ом .

Определяется количество вертикальных электродов:

без учета экранирования

N^'в.р = rв / Rзу = 135 / 12 = 11,3, принимается N^'в.р = 20; (129)

с учетом экранирования

Nв.р = N^'в.р / ?в = 20/ 0,47 = 42,5, принимается Nв.р = 43 (130)

?в = F(тип заземляющие устройство, вид заземления , Nв) =F(контурное, вертикальное 2, 10) = 0,6 [7, стр. 91, табл. 1.13.5 ]

Минимальное расстояние от объекта - 1 м

Lп = (А + 2) * 2+ (В + 2) * 2 = (40+2) * 2 + (30+2) * 2 = 148 м (131)

Тогда расстояние между электродами уточняется с учетом формы объекта. По углам устанавливаю по одному вертикальному электроду, а оставшиеся - между ними.

Для равномерного распределения электродов окончательно принимается Nв=44,

тогда

ав = B^' / nв -1 = 32/8 = 4 м; аа = А^' / nа -1 = 42/10 = 4,2 м

?в = F (контурное; 1, 4; 44) = 0,43 [7, стр. 91, табл.1.13.5]

?г = F (контурное; 1, 4; 44) = 0,24 [7, стр. 91, табл.1.13.5]

R_г = (0,4 / L_п * з_г)* с * К_сез.г lg (2* L_п² / b*t); (132)

R_г = (0,4 / 148 * 0,24) * 40* 1,5 lg (2*148І / 1,1* 40*10^-3*0,7) = 30,5 Ом (132)

К_сез.г = 1,5 [7, стр. 90, табл. 1.13.2]

R_в = r_в / N_в*з_в = 135/44 * 0,43 = 7,14 Ом (133)

Определяется фактическое сопротивление ЗУ:

R_зу.ф= R_в * R_г / R_в + R_г = 30,5*7,14/30,5+7,14 = 5,8 Ом (134)

R_зу.ф (5,8) ? R_зу (12)



Расчет молниезащиты.

АЧВЧН = 40Ч30Ч9 м

Iм - 150 кА

Rи - 5,8 Ом

a - 40 м

hх - 30 м

Определяем импульс напряжения молний

Umax = , кВ (135)

Umax = = 1302 кВ (135)

rx ? Sв + a, м (136)

rx ? 5 + 40 = 45 м (136)

h = , м (137)

h = + + = 88,6 м (137)



15. Список литературы

1. Правила устройства электроустановок. г. Астана, 2003 г., 320 стр. (министерство энергетики и министерство ресурсов РК).

2. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П., Электрическая часть электростанций и подстанций. М.: Энергоатомиздат, 1989 г., 608 стр.

3. Липкин Б.Ю., Электроснабжение промышленных предприятий и установок. М.: Высшая школа, 1999 г., 376 стр.

4. Алиев И.И., Справочник по электротехники и электрооборудованию. Ростов-на-Дону: Феникс, 2004 г., 480 стр.

5. Кнорринг Г.М., Справочник для проектирования электрического освещения. М.: Энергия, 1968 г., 390 стр.

6. Шеховцов В.П., Справочное пособие по электрооборудованию и электроснабжению. М.: Форум, 2011 г, 136 стр.

7. Шеховцов В.П., Расчет и проектирование схем электроснабжения. Методическое пособие для курсового проектирования. М.: Форум: ИНФРА-М, 2010 г., 214 стр.

Размещено на Allbest.ru