Расчет электроснабжения станкостроительного завода

ГПП

В установках напряжением выше 1000 В с эффективно заземленной нейтралью при выполнении заземляющего устройства с соблюдением требований, предъявляемых к его сопротивлению, размещение электродов должно обеспечить возможно полное выравнивание потенциала на площадке, занятой электрооборудованием.

С этой целью заземлитель должен быть выполнен в виде горизонтальной сетки из продольных и поперечных проводников, уложенных в земле на глубине 0,5-0,7 м, и вертикальных электродов. При этом контурный электрод, образующий периметр сетки, должен охватывать все сооружения защищаемого объекта.

Продольные проводники сетки прокладывают вдоль осей электрооборудования и конструкций со стороны обслуживания на расстоянии 0,8-1,0 м от фундамента или основания оборудования.

Поперечные заземлители следует прокладывать в удобных местах между оборудованием на глубине 0,5-0,7 м от поверхности земли. Расстояния между ними рекомендуется принимать увеличивающимся от периферии к центру заземляющей сетки.

Если контур заземляющего устройства располагается в пределах внешнего ограждения электроустановки, то у входов и въездов на ее территорию следует выравнивать потенциал путем установки двух вертикальных заземлителей у внешнего горизонтального заземлителя напротив входов и въездов. Вертикальные заземлители должны иметь длину 3-5 м, а расстояние между ними должно быть равно ширине входа или въезда.

Заземляющее устройство, которое выполняется с соблюдением требований, предъявляемых к напряжению прикосновения, также должно иметь заземлитель в виде сетки. При этом размещение продольных и поперечных заземлителей должно определяться требованиями ограничения напряжений прикосновения до нормированных значений и удобством присоединения заземляемого оборудования.

Расстояния между продольными и поперечными горизонтальными искусственными заземлителями не должно превышать 30 м, а глубина заложения их в грунт должна быть не менее 0,3 м. У рабочих мест допускается прокладка заземлителей на меньшей глубине, если необходимость этого подтверждается расчетом, а наличие их не снижает удобства обслуживания электроустановки и срока службы заземлителей. Для снижения напряжения прикосновения у рабочих мест в обоснованных случаях может быть сделана подсыпка щебня слоем толщиной 0,1 - 0,2 м.

Во всех случаях следует:

Заземляющие проводники, присоединяющие оборудование или конструкции к заземлителю, прокладывать в земле на глубине не менее 0,3 м. Вблизи мест расположения заземляемых нейтралей силовых трансформаторов, короткозамыкателей прокладывать продольные и поперечные горизонтальные заземлители (в четырех направлениях);

При выходе заземляющего устройства за пределы ограждения электроустановки горизонтальные заземлители, находящиеся вне территории электроустановки, прокладывать на глубине не менее 1 м. Внешний контур заземляющего устройства в этом случае рекомендуется выполнять в виде многоугольника с тупыми или скругленными углами.

Внешнюю ограду электроустановок не рекомендуется присоединять к заземляющему устройству. Если от электроустановки отходят воздушные линии электропередачи напряжением 110 кВ и выше, то ограду следует заземлять с помощью вертикальных заземлителей длиной 2-3 м, установленных у ее стоек по всему периметру через 20-50 м. Такие заземлители не требуются для ограды с металлическими стойками и со стойками из железобетона, арматура которых электрически соединена с металлическими звеньями ограды.

Не следует устанавливать на внешней ограде электроприемники напряжением до 1000 В, которые питаются непосредственно от понижающих трансформаторов, расположенных на территории электроустановки. При размещении электроприемников на внешней ограде их питание следует осуществлять через разделяющие трансформаторы. Эти трансформаторы не допускается устанавливать на ограде. Линия, соединяющая вторую обмотку разделяющего трансформатора с электроприемником, расположенным на ограде, должна быть изолирована от земли исходя из расчетного значения напряжения на заземляющем устройстве.

Во избежание выноса потенциала не допускается питание электроприемников, находящихся за пределами заземляющих устройств электроустановок напряжением выше 1000 В сети с эффективно заземленной нейтралью, от обмоток напряжением до 1000 В с заземленной нейтралью трансформаторов, находящихся в пределах контура заземляющего устройства.

14.3 Расчет сложного заземлителя в двухслойной земле

Цель расчета защитного заземлителя: определить основные параметры заземления - число, размеры и порядок размещения одиночных заземлителей и заземляющих проводников, при которых напряжения прикосновения и шага в период замыкания фазы на заземленный корпус не превышают допустимых значений.

Данные для расчета:

Расчет ведем для понижающей подстанции ГПП, которая имеет два трансформатора 110/10 кВ с эффективно заземленной нейтралью со стороны 110 кВ;

Территория подстанции занимает площадь S = 1645,2 м²;

Заземлитель предполагаем выполнить из горизонтальных полосовых электродов сечением 4 х 40 мм и вертикальных стержневых электродов длиной l_в = 5 м, диаметром d = 12 мм, глубина заложения электродов в землю t = 0,8 м;

Удельное сопротивление верхнего слоя земли в месте сооружения заземления (торф) по таблице 3.10 /15/ принимаем ₁ = 20 Омм; удельное сопротивление нижнего слоя (глина каменистая) принимаем ₁ =100 Омм, мощность верхнего слоя земли h₁ = 2,8 м;

В качестве естественного заземлителя принимается металлическая оболочка кабеля - R_каб = 1 Ом.

Расчетный ток замыкания на землю на стороне 110 кВ определяем по формуле:

(14.1)

где Е* - ЭДС энергосистемы, принимаем 1;

= 0,863 - результирующие сопротивления прямой и обратнойпоследовательности до точки короткого замыкания в относительных единицах.

- результирующие сопротивление нулевой последовательности до точки короткого замыкания в относительных единицах определяем по формуле:

(14.2)

= 1,71 о.е.

Расчетный ток замыкания на землю составит:

= 3,94 кА

Требуемое сопротивление искусственного заземлителя рассчитывается по формуле

(14.3)

где R_E - сопротивление растеканию естественного заземлителя (R_Е= R_KAB=1);

R₃ - требующееся сопротивление заземлителя (согласно /6/ для U=110 кВ - R₃ = 0,5 Ом).

Требуемое сопротивление искусственного заземлителя

= 1 Ом

Составляем предварительную схему заземлителя, приняв контурный тип заземлителя, то есть в виде сетки из горизонтальных полосовых и вертикальных стержневых (длиной l_в =5 м) электродов. Вертикальные электроды размещаем по периметру заземлителя (см. рисунок 14.1).

Рисунок 14.1 Предварительная схема заземлителя

По предварительной схеме определяем суммарную длину горизонтальных и количество вертикальных электродов: L_Г = 708,4 м; n = 32 шт.

Составляем предварительную расчетную модель заземлителя в виде квадратной сетки площадью S = 1645,2 м². Длина одной ее стороны = 41 м. Количество ячеек по одной стороне модели

(14.4)

= 7,73.

Принимаем m = 8.

Уточняем суммарную длину горизонтальных электродов по формуле:

(14.5)

м.

Длина стороны ячейки в модели

(14.6)

= 5,07 м.

Расстояние между вертикальными электродами

(14.7)

= 5,07 м.

Суммарная длина вертикальных электродов

L_в = nl_b (14.8)

L_в =325 = 160 м.

Относительная глубина погружения в землю вертикальных электродов

(14.9)

.

Относительная длина верхней части вертикального электрода, то есть части, находящейся в верхнем слое земли:

(14.10)

Расчетное эквивалентное удельное сопротивление грунта _э определяем по формуле:

_э = ₂(₁/₂)^k, (14.11)

где ₁ и ₂ - удельные сопротивления верхнего и нижнего слоев земли соответственно, Омм;

k - показатель степени.

Рисунок 14.2 Расчетная модель заземлителя

Предварительно находим значения ₁/₂ и k:

₁/₂ = 20/100 = 0,2.

Поскольку 0,1 <₁/₂<1, значение k находим по формуле:

(14.12)

= 0,272

Определяем _э по формуле (14.11):

_э = 100(20/100)^0,272 = 64,44 Ом.

Общее сопротивление заземлителя определяем по формуле:

(14.13)

Значение коэффициента А при 0,1 < t_отн < 0,5 будет рассчитываться по формуле:

А = 0,385 - 0,25t_отн (14.14)

А = 0,385 - 0,250,14 = 0,35

Вычисляем общее сопротивление заземлителя:

= 0,63 Ом.

= 0,386 Ом.

Определяем потенциал заземляющего устройства в аварийный период:

(14.15)

= 1,523 кВ.

Этот потенциал допустим, так как он меньше 10 кВ.

Таким образом, искусственный заземлитель подстанции должен быть выполнен из горизонтальных пересекающихся полосовых электродов сечением 4 х 40 мм общей длиной не менее 730,1 м и вертикальных стержневых в количестве не менее 32 штук диаметром 12 мм, длиной по 5 м, размещенных по периметру заземлителя, по возможности равномерно, то есть на одинаковом расстоянии один от другого, глубина погружения электродов в землю 0,8 м. При этих условиях сопротивление искусственного заземлителя подстанции R_и будет не более 0,5 Ом .

14.4. Порядок пользования средствами защиты.

Средства защиты должны находится в качестве инвентарных в распределительных устройствах, в цехах электростанций, на трансформаторных подстанциях и распределительных пунктах электросетей или входить в инвентарное имущество оперативно-выездных бригад, бригад централизованного ремонта, передвижных лабораторий и пр., а также выдаваться для индивидуального использования.

Инвентарные средства защиты распределяются между объектами, оперативно-выездными бригадами и пр., в соответствии с системой организации эксплуатации, местными условиями и нормами комплектования. Такое распределение с указанием мест хранения должно быть зафиксировано в списках, утвержденных главным инженером предприятия или начальником сетевого района.

Ответственность за своевременное обеспечение персонала и комплектование электроустановок испытанными средствами защиты в соответствии с нормами комплектования, организацию правильного хранения и создание необходимого резерва, своевременное производство периодических осмотров и испытаний, изъятие непригодных средств и за организацию учета средств защиты несут начальник цеха, службы, подстанции, участка сети, мастер участка, в ведении которого находится электроустановки или рабочие места, а в целом по предприятию - технический руководитель предприятия.

Таблица 14.1 Нормы комплектования средствами защиты

14.5.Молниезащита ГПП

Согласно /20/ расчет зоны защиты молниеотводов сводится к построению пространства вблизи их.

Объекты открытых распределительных устройств станций и подстанций, которые располагаются на большой территории, защищаются несколькими молниеотводами. Внутренняя часть зоны защиты нескольких молниеотводов не строится. Объект высотой h_x, находящийся внутри треугольника или прямоугольника, образуемого молниеотводами будет защищен в том случае, если диаметр окружности, проходящей через вершины молниеотводов, или диагональ прямоугольника, в углах которого находятся молниеотводы, не будет больше по приведенному неравенству на высоте h_х, т.е.

D 8р(h - h_x). (14.16)

или выполнение неравенства r_cx > 0 для всех попарно взятых молниеотводов.

Зона защиты многократного стержневого молниеотвода определяется как зона защиты попарно взятых соседних стержневых молниеотводов высотой h 150 м.

Торцевые области зоны защиты двойного стержневого молниеотвода определяются как зоны одиночных стержневых молниеотводов, габаритные размеры которых определяются по формулам:

h₀ = 0,85h, (14.17)

r₀ = (1,1 -- 0,002h)h, (14.18)

r_x = (1,1 -- 0,002h)(h -- h_x/0,85), (14.19)

где h - полная высота молниеотвода, м;

hх - высота защищаемого объекта, м.

Внутренние области зон защиты двойного стержневого молниеотвода имеют следующие габаритные размеры (при h < L 2h):

,

,

,

Габаритные размеры внутренней области зоны защиты пары молниеотводов разной высоты определяются по формулам:

;

;

,

Результаты расчетов для каждой пары молниеотводов сведены в таблицу 14.2.

В соответствии с проведенными расчетами система молниеотводов обеспечивает требуемую надежность оборудования ГПП от поражения грозовыми разрядами.

Таблица 14.2 Результаты расчета зон защиты молниеотводов

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разработанный дипломный проект несет учебный характер. В результате проектирования разработана схема электроснабжения завода, рассчитано уличное освещение территории завода и внутренне освещение цехов; выбраны сечения кабелей; выбрано два трансформатора на ГПП; цеховые комплектные трансформаторные подстанции; выбраны аппараты.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

8. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий. Промышленные электрические сети /Под редакцией А.А. Федорова и Г.В. Сербиновского/ - М.: Энегроатомиздат, 1973.

9. Справочник по электрическим установкам высокого напряжения /Под редакцией И.А. Баумштейна и М.В. Хомякова/ - М.: Энергоатомиздат, 1981.

10. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий. Электрооборудование и автоматизация /Под редакцией А.А. Федорова и Г.В. Сербинского/ - М.: Энергоатомиздат, 1974.

11. Князевский Б.А., Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных преприятий. - М.: Высшая школа, 1986.

12. Справочник по проектированию электроснабжения /Под редакцией Ю.Г. Барыбина и др./ - М.: Энергоатомиздат, 1990.

13. Методические указания «Электрическая часть станций и подстанций» - Владивосток, 1987.

14. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть станций и подстанций.: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Учебное пособие для вузов - 4-ое изд. перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1989.

15. Алиев И.И. Электротехнический справочник. - 4-е изд., испр. - М.: ИП РадиоСофт, 2001. - 384 с.: ил.

16. Методические указания «Проектирование электрического освещения» - Владивосток, 1987.

17. Иванов В.С., Соколов В.И. Режимы потребления и качества электроэнергии систем электроснабжения промышленных предприятий. - М.: Энергоатомиздат, 1987

18. РД 153-34.0-20.527-98 Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования. Утверждены Департаментом стратегии развития и научно-технической политики 23.03.1998 г.

19. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения: Учеб. пособие для вузов по спец. «Электроснабжение». - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1991 - 446 с., ил.

20. РД 34.21.122-87 Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений Утверждена Главтехуправлением Минэнерго СССР 12 октября 1987г.