Электроснабжение района города с разработкой вопроса повышения надежности сети 10кВ

I_{k.мин В} ===0,76 кА

То же, приведенный к стороне НН трансформатора:

I_{k.мин Н} = I_{k.мин В•}=0,76• = 10,14 кА

Исходные данные и выбор трансформаторов тока, для расчета дифференциальной защиты трансформаторов.

1. Первичные номинальные токи обмоток:

I_н =

· ВН - I_н== 31А

· НН - I_н== 363А

2. Соединение вторичных обмоток ТТ:

· ВН - ?

· НН - Y

3. Расчетный коэффициент трансформации ТТ:

· ВН - К_т? = = = 11

· НН - К_т = = = = 126

4. Принятое значение коэффициента трансформации ТТ:

· К_{т ВН} - 100/5

· К_{т НН} - 700/5

Определение установок и чувствительности продольной дифференциальной защиты.

1. Первичный ток срабатывания защиты от броска тока намагничивания,

I_сз = 1,5* I_н:

· ВН - I_сз = 1,5*31=47А

· НН - I_сз = 1,5*363=545А

·

2. Ток срабатывания реле приведенный к стороне ВН:

I_ср = = = 5,42 А

3. Расчётное число витков рабочей обмотки реле, включенных в плечо защиты со стороны ВН:

W_1расч = = = 18,45 вит.

4. Принятое число витков рабочей обмотки реле, включенных в плечо защиты со стороны ВН:

W₁ ? W_1расч

W₁ = 18

5. Расчетное число витков рабочей обмотки реле, включенных в плечо защиты со стороны НН:

W_2расч = = = 6,037 вит.

6. Принятое число витков рабочей обмотки реле, включенных в плечо защиты со стороны НН:

W₂ ? W_2расч

W₂ = 6

7. Расчетное число витков тормозной обмотки реле, включенных в плечо защиты со стороны НН:

W_Трасч = • = • =2,626 вит.

где, = 0,1 - относительная полная погрешность ТТ;

- относительная погрешность, обусловленная РПН;

= 0,87

8. Принятое число витков тормозной обмотки реле

W_Т ? W_Трасч

Выбирается из ряда: 1,3,5,7,9,11,13,18,24.

W_Т = 3 вит

9. Минимальное значение коэффициентов чувствительности защиты при двухфазном КЗ на выводах НН:

· На среднем ответвлении:

К⁽²⁾_ч1 = ?2

К⁽²⁾_ч1 = = 6,12

· На крайнем ответвлении:

К⁽²⁾_ч2 = ?1,5

К⁽²⁾_ч2 = = 2,53

Выбираем реле ДЗТ - 11.

Расчёт максимальной токовой защиты.

При срабатывании защиты на стороне 110 кВа:

I_сз = I_ном ==47А

Вторичный ток:

I_ср = =

Ток срабатывания защиты на стороне 10 кВ:

где, - коэффициент схемы

К _р - коэффициент кратности максимального тока К _р =2

К_н - коэффициент надежности К_н = 1

К_в - коэффициент К_в = 0,8

Вторичный ток:

I_ср = = 1,81 А

11. Выбор и проверка элементов системы электроснабжения

11.1 Общие сведения

Выбор токоведущих частей аппаратов и проводников является важнейшим этапом проектирования любой электрической установки, от которых зависит надежность ее работы.

При выборе токоведущих частей необходимо обеспечить выполнение ряда требований, вытекающих из следующих условий работы. Аппараты и проводники должны:

ѕ длительно проводить рабочие токи без повышения (сверх нормы) температуры;

ѕ проводимость кратковременному электродинамическому и тепловому действию токов короткого замыкания;

ѕ выдерживать механические нагрузки;

ѕ удовлетворять требованиям экономичности электроустановки. Высоковольтные электрические аппараты выбираются по условиям длительного режима работы и проверяются по условиям коротких мыканий. При этом для всех аппаратов производится:

- выбор по напряжению;

- выбор по нагреву при длительных токах;

- проверка на электродинамическую стойкость (согласно Правилам устройства электроустановок не поверяются аппараты и проводники, защищенные плавкими предохранителями с номинальным током до 60 А);

ѕ проверка на термическую стойкость;

ѕ выбор по форме исполнения (для наружной или внутренней установки).

В длительном режиме надежная работа аппаратов, изоляторов и токоведущих частей обеспечиваются правильным выбором их напряжений и номинального тока.

В режиме перегрузки надежная работа обеспечивается ограничением величины тока в таких пределах, при которых еще гарантируется нормальная работа за счет запаса прочности.

В режиме кроткого замыкания - соответствием выбранных параметров условиям термической стойкости.

11.2 Выбор высоковольтных выключателей

Выключатель является основным коммутационным аппаратом и служит для отключения и включения цепей в различных режимах работы. Наиболее ответственной операцией является отключение токов короткого замыкания и включения на соответствующие короткие замыкания.

Выключатели должны отключать любые токи: нормального режима и короткого замыкания, а также малые емкостные и индуктивные токи. Для ранения устойчивости работы системы отключения короткого замыкания, должно производиться как можно быстрее: выключатель должен быть приспособлен для быстродействующего АПВ.

По конструктивным особенностям и способу гашения дуги различают следующие типы выключателей: масляные, многообъемные, масляные малообъемные, электромагнитные, вакуумные. К особой группе относятся выключатели нагрузки, рассчитанные на отключения токов нормального жима.

Проверяем элегазовый выключатель со стороны 110 кВ типа: ВГТ-110|| * - SF.

Выключатели выбираются по следующим основным условиям:

1. Номинальному напряжению

U_{с. ном}=110кB? U _ном =110кB,

где U _ном - номинальное напряжение выключателя;

2. Номинальному длительному току

I_расч=34A? I_ном =630 A,

где I_расч - расчетный ток продолжительного режима цепи, в которой устанавливается выключатель

I_расч= S_H / ( ) = 6300/ ( = 34А,

где S_H - номинальная мощность трансформатора, в цепи которой устанавливается выключатель.

3. Электродинамической стойкости:

а) предельному периодическому току короткого замыкания

I^,=1.109? I_пр.с=20кА

где I_пр.с - предельный сквозной ток (действующее значение периодической составляющей), допустимый для рассматриваемого выключателя;

б) ударному току короткого замыкания

i_уд =2.9кА? i _эл.с⁼52 кА,

где i_эл.с - номинальный ток электродинамической стойкости выключателя (амплитудное значение предельного полного тока, допустимого для рассматриваемого аппарата);

4. Отключающей способности:

а) номинальному периодическому току отключения

I_n= 1.109 кА? I_{откл.ном} =20 кА

где I_{откл.ном} - номинальный симметричный ток отключения выключателя;

б) номинальному апериодическому току отключения

i_а= 3,44 кА? i_а.ном =7,05 кА

где i_а.ном - номинальный апериодический ток отключения выключателя

i_а.ном = • _ном • I_{откл.ном} = • 0,25 • 20= 7,05 кА

где _ном - номинальное относительное содержание апериодической составляющей тока отключения для времени

5. Термической стойкости

В_к = 2,9кА² • с ? I²_пр.Т. • t_Т = 20² •3=1200кА² • с,

где В_к - интеграл Джоуля тока короткого замыкания, характеризующий количество теплоты, кА² • с, выделяющейся в аппарате за время короткого замыкания;

I_пр.Т. = 20 кА - предельный ток термической стойкости, который данный аппарат может выдержать без повреждений в течение предельного времени термической стойкости t_Т = 3 с;

6. Проверка по включающей способности.

I^,=1.109? I_{вкл.ном}=20кА;

i_уд =2.9кА? i _{вкл.ном} ⁼ 52 кА;

где I_{вкл.ном} - номинальное действующее значение периодической составляющей тока включения;

i _{вкл.ном} - номинальное (амплитудное) значение полного тока включения;

В связи с тем, что номинальные токи включения выключателя, как правило, соответствуют номинальным токам отключения, проверка по этому условию не делается (проверка фактически обеспечивается в п. 3).

Выключатель ВГТ-110 || * - SF удовлетворяет условиям выбора.

11.3 Выбор выключателя на стороне 10 кВ

Проверяем вакуумный выключатель со стороны 10 кВ типа ВВЭ-10-20/100.

Выключатели выбираются по следующим основным условиям:

1. Номинальному напряжению

U_{с. ном}=110кB? U _ном =110кB,

где U _ном - номинальное напряжение выключателя;

2. Номинальному длительному току

I_расч=34A? I_ном = 1000 A,

где I_расч - расчетный ток продолжительного режима цепи.

I_расч= S_H / ( ) = 6300/ ( = 364А,

3. Электродинамической стойкости:

а) предельному периодическому току короткого замыкания

I^,=4,44кА? I_пр.с=20кА

где I_пр.с - предельный сквозной ток (действующее значение периодической составляющей), допустимый для рассматриваемого выключателя;

б) ударному току короткого замыкания

i_уд =10,36 кА? i _эл.с⁼52 кА,

где i_эл.с - номинальный ток электродинамической стойкости выключателя (амплитудное значение предельного полного тока, допустимого для рассматриваемого аппарата);

4. Отключающей способности:

а) номинальному периодическому току отключения

I_n= 4,44 кА? I_{откл.ном} =20 кА

где I_{откл.ном} - номинальный симметричный ток отключения выключателя;

б) номинальному апериодическому току отключения

i_а= 3,09 кА? i_а.ном = 11,28 кА

где i_а.ном - номинальный апериодический ток отключения выключателя

i_а.ном = • _ном • I_{откл.ном} = • 0,4 • 20= 11,28 кА

где _ном - номинальное относительное содержание апериодической составляющей тока отключения для времени .

5. Термической стойкости

В_к = 4,45кА² • с ? I²_пр.Т. • t_Т = 20² •3=1200кА² • с,

где В_к - интеграл Джоуля тока короткого замыкания, характеризующий количество теплоты, кА² • с, выделяющейся в аппарате за время короткого замыкания;

I_пр.Т. = 20 кА - предельный ток термической стойкости, который данный аппарат может выдержать без повреждений в течение предельного времени термической стойкости t_Т = 3 с;

6. Проверка по включающей способности.

I^,=4,44 кА? I_{вкл.ном}=20кА;

i_уд =16,63 ? i _{вкл.ном} ⁼ 52 кА;

где I_{вкл.ном} - номинальное действующее значение периодической составляющей тока включения;

i _{вкл.ном} - номинальное (амплитудное) значение полного тока включения;

В связи с тем, что номинальные токи включения выключателя, как правило, соответствуют номинальным токам отключения, проверка по этому условию не делается.

11.4 Выбор высоковольтных разъединителей

Разъединители имеют основное назначение изолировать на время ремонта в целях безопасности электрические машины, трансформаторы, линии, аппараты и другие элементы системы и смежных частей, сходящихся под напряжением. Разъединители способны размыкать электрическую цепь только при отсутствии в ней тока или при весьма малом токе, например токе намагничивания небольшого трансформатора или емкостном токе участка РУ.

В отличие от выключателей разъединители образуют видимый разрыв цепи.

Использование разъединителей не ограничивается изоляцией отключаемых частей системы в целях безопасности при ремонтах. В РУ с двумя системами сборных шин разъединители используют также для переключений цепей с одной системы сборных шин на другую, без разрыва тока в цепях.

Проверяем разъединитель РВР-10/1 000 по следующим условиям [5]:

1. Номинальному напряжению

U_{с. ном}=10кB? U _ном =10кB;

2. Номинальному длительному току

I_расч=364A? I_ном = 1000 A;

3. Электродинамической стойкости:

i_уд =10,36 кА? i _пр.с⁼ 55 кА;

4. Термической стойкости:

В_к ? I²_пр.Т. • t_Т;

4,44 кА² • с ? 20² •4=1600кА² • с

Выбранный разъединитель удовлетворяет условиям.

11.5 Выбор трансформаторов тока

Выбор трансформаторов тока при проектировании распределительного устройства заключается в выборе типа трансформатора, распределение ожидаемой нагрузки и сопоставления ее с номинальной.

Выбираем трансформатор тока типа ТЛ-10-I. При выборе трансформаторов тока должны выполняться следующие условия:

1. Выбор по напряжению

U_{с. ном}=10кB? U _ном =10кB;

2. Номинальному току

I_расч=364A? I_1ном = 1000 A;

где I_1ном - номинальный ток первичной цепи трансформатора тока;

3. Электродинамической стойкости:

i_уд =10,36 кА? i _дин⁼ 128 кА;

4. Термической стойкости, кА² • с_:

В_к ? I²_пр.Т. • t_Т;

4,44 кА² • с ? 40² •3=1200кА² • с

5. Нагрузке вторичных цепей:

z₂ ? z_{2 ном}

где z₂ - расчетное сопротивление вторичной цепи, Ом

z₂ = z_приб + R_пров +R_к = 0,124+0,56+0,1= 0,784 Ом

где z_приб - сопротивление токовых катушек последовательно включенных приборов;

R_пров - сопротивление соединительных проводов;

R_к - переходное сопротивление контактов (принимается равным 0,1 Ом)

z_{2 ном} - номинальное допустимое сопротивление вторичной цепи.

Определяем нагрузку на трансформаторов тока от измерительных приборов, и для удобства сведем эти параметры в таблицу 10.5

Таблица 11.5.1 - Параметры нагрузки на трансформатор тока

Наименование прибора	Тип прибора	Нагрузка, кВА
		Фаза А	Фаза С
Амперметр Ваттметр Счетчик активной энергии	Э-335 Д-335 ПСЧ-4	0,1 0,5 2,5	0,1 0,5 2,5
Итого:		3,1	3,1

S_2ном = 3,1 кВа;

z_приб = = = 0,124 Ом

= 0,028, ;

R_пров = = = 0,56 Ом

Выбранный трансформатор тока типа ТЛ-10-I удовлетворяет условиям проверки.

11.6 Выбор трансформаторов напряжения

При проектировании выбирают типы трансформаторов напряжения в соответствии с измерительными приборами и реле, подлежащими присоединению к ним. Далее подсчитывают ожидаемую нагрузку трансформаторов и проверяют погрешности.

При определении вторичной нагрузки сопротивление проводов от трансформаторов напряжения до приборов, установленных на щите управления, не учитывают, поскольку это сопротивление относительно мало и незначительно влияет на вторичный ток.

Необходимые условия для выбора трансформаторов напряжения:

1. Номинальное напряжение сети и трансформатора одинаковы:

U_{с. ном}? U _ном;

2. Расчётная полная нагрузка вторичных цепей:

S₂ ? S_{2 ном,}

где S_{2 ном} - номинальная вторичная нагрузка, ВА;

Подсчёт мощности производится отдельно по активной и реактивной составляющим.

Для удобства подсчёта мощности составим таблицу (таблица 10.6)

Полная суммарная потребляемая мощность:

S₂ = = = 121,07 В•А.

Примем к установке трансформатор напряжения типа НТМИ-10-66УЗ, с номинальной мощностью в классе 0,5 S_{2 ном}=140ВА, соединенные в группу Y₀/Y₀/?-0/

Таблица №11.6.1 - Подсчет мощности

Перечень приборов	Тип прибора	S, ВА	Число обмоток		tg	Общее число приборов	Р, Вт	Q, вар
Вольтметр	Э-335	2	1	1	0	1	2
Ваттметр	Д-335	1,5	2	1	0	1	6
Варметр	Д-335	1,5	2	1	0	1	3
Датчик активной мощности	Е-829	10		1	0	1	10
Датчик реактивной мощности	Е-830	10		1	0	1	10
Счетчик электроэнергии	ПСЧ-4	2	2	0,38	0,925	8	4	9,7
Ваттметр регистрирующий	М-348	10	2	1	0	1	20
Вольтметр регистрирующий	М-344	10	1	1	0	1	10
Частотометр	Э-372	3	1	1	0	1	6
Итого:							99	69,6

Эти данные сведем в таблицу

Таблица №11.6.2 - Расчётные и номинальные параметры аппарата

Условия выбора	Расчётные данные	Каталожные данные
Uс. ном? U ном S2 ? S2 ном	Uс. ном = 10 кВ S2 = 121,07 ВА	U ном = 10 кВ S2ном = 140 ВА

12. Компенсация реактивной мощности

Электрическая энергия, вырабатываемая на электростанциях и потребляемая различными электроприемниками, подразделяется на активную и реактивную. Активная энергия обеспечивает полезную работу электроприемников - электродвигателей, печей, освещения и т.п. и превращается в них в механическую, тепловую, световую и другие виды энергии; реактивная же энергия никакой полезной работы не производит, а затрачивается на создание магнитных потоков в асинхронных двигателях, трансформаторах и других электротехнических устройствах.

Реактивная энергия переходит от источника (например, генератора) к потребителю, а затем обратно к источнику.

В связи с этим увеличение реактивной энергии (мощности) приводит к недостаточному использованию установленной мощности генераторов или трансформаторов. При увеличении реактивной мощности - неизменной активной мощностью ток, проходящий по проводам, растет, что приводит к необходимости увеличить сечение проводов линий электропередач и расход металла на их изготовление.

Для компенсации реактивной мощности эксплуатируемых или проектируемых электроустановок потребителей обычно применяют генерирование реактивной мощности на самом предприятии. Одним из распространенных способов компенсации реактивной мощности является установка статических конденсаторов.

Согласно «Инструкции по проектированию городских электрических сетей РД 34.20.185-94» для жилых и общественных зданий компенсация реактивной нагрузки не предусматривается. Промышленных и приравненных к ним потребителей для которых выполняется компенсация реактивной мощности на территории рассматриваемого района, не имеется.

13. Разработка вопросов надежности кабельной сети 10 кВ

13.1 Общие сведения

Постановка задачи расчёта показателей надёжности.

Кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена.

На сегодняшний день большинство применяемых кабелей для подземной прокладки в силовых сетях низкого напряжения - это кабели с бумажно-пропитанной изоляцией в металлической оболочке с защитным покровом типа Б, Б2 л.

Силовые кабели с бумажно-пропитанной изоляцией имеют достаточно высокие и стабильные электрические характеристики, но тем не менее кабели с данным видом изоляции имеют ряд существенных недостатков:

ѕ Сложный и малопроизводительный процесс (необходимость проведения длительных операций сушки и пропитки изоляции, а также возможное образование складок и разрывов бумаги в процессе наложения и, как следствие этого возникновение неоднородности изоляции).

ѕ Ограничения при вертикальных прокладках из-за стекания пропиточного состава.

ѕ Металлическая оболочка - обязательный элемент конструкции, т.к. пропитанная бумага невлагостойкая, что значительно удорожает и утяжеляет конструкцию кабеля.

Эти недостатки устраняются при использовании для силовых кабелей изоляции из современных полиолефиновых материалов, подвергаемых вулканизации (поперечной сшивке). Наиболее широко используемым полеолефином в кабельной технике является полиэтилен. Создание трехмерной структуры путем образования поперечных связей между макромолекулами полиэтилена позволяет значительно улучшить ряд свойств этого материала, соответственно улучшаются и характеристики кабеля, выполненного с изоляцией из сшитого полиэтилена. В подтверждение этого необходимо рассмотреть ряд преимуществ кабелей с изоляцией из сшитого вулканизированного) полиэтилена по сравнению с кабелями с бумажной пропитанной изоляцией:

- Значительно упрощается технология изготовления кабелей, становится более производительным процесс наложения изоляции, отпадает необходимость сушки и пропитки изоляции.

- Сшитый полиэтилен обладает высокой стойкостью к превышению допустимых токовых нагрузок.

Большая пропускная способность по току обусловлена увеличением допустимой рабочей температуры токопроводящей жилы. Допустимые температуры токопроводящих жил при эксплуатации показаны в таблице 13.1.1

Таблица №13.1.1 - Допустимые температуры токопроводящих жил

Материал изоляции	Бумажно-пропитанная изоляция	Сшитый полиэтилен
Длительно допустимая температура	70°С	90°С
Допустимая температура при работе в аварийном режиме (6-8 часов)	90°С	130°С
Предельно допустимая температура при коротком замыкании	200°С	250°С

Длительно допустимые токовые нагрузки для 4-х жильных кабелей на напряжение 1кВ при прокладке в земле представлены в таблице 13.1.2. (глубина 7 м, термическое сопротивление почвы 1.2°С м / Вт, температура +15°С)

Таблица №13.1.2 - Длительно допустимые токовые нагрузки для 4-х жильных кабелей на напряжение 1кВ

Номинальное сечение жил, ммІ	Кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена	Кабели с бумажно-пропитанной изоляцией
	Медные ТПЖ	Алюминиевые ТПЖ	Медные ТПЖ	Алюминиевые ТПЖ
16	113	87	102	79
25	147	113	134	102
35	178	137	163	126
50	217	166	200	153
70	268	201	241	184
95	316	240	287	219
120	363	272	325	248

Полиэтиленовая изоляция обладает малой плотностью, малыми значениями относительной диэлектрической проницаемости и коэффициента диэлектрических потерь. Благодаря хорошей влагостойкости полиэтилена, отпадает необходимость в металлической оболочке кабелей. Низкий вес, меньший диаметр и радиус изгиба, что обеспечивает легкость прокладки кабеля, как в кабельных сооружениях, так и на сложных кабельных трассах. Минимальный радиус изгиба при прокладке 7.5 Dн (Dн - наружный диаметр кабеля). (для кабелей в свинцовой оболочке 15 Dн, в алюминиевой - 25 Dн) Кабели не имеют ограничений при прокладке на трассах с большой разницей уровней. Возможность прокладки кабеля при температуре -150С без предварительного подогрева благодаря использованию полимерных материалов для изоляции и оболочки. Низкая стоимость кабелей по сравнению с применяемыми сегодня кабелями с бумажно-пропитанной изоляцией.

Таким образом, логично напрашивается вывод, что кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена должны позиционироваться именно как замена кабелей с бумажной пропитанной изоляцией. Обладая хорошими эксплуатационными свойствами, в некоторых случаях даже лучшими, чем у кабелей с бумажной пропитанной изоляцией, новые кабели просты в монтаже, а главное, имеют короткий цикл изготовления и сравнительно низкую себестоимость. Учитывая, что уже разработаны специальные муфты для осуществления соединений между кабелями с бумажно-пропитанной изоляцией (БПИ) и изоляцией из сшитого полиэтилена (XLPE), применение кабелей возможно не только при прокладке новых линий, но и ремонте существующих.

Начиная с декабря 2002 года завод «Электрокабель» проводит работу применению кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 1кВ с Московской кабельной сетью. В рамках данной работы совместно со специалистами МКС мы постарались выявить и учесть важнейшие требования к силовым кабелям низкого напряжения.

Одно из основных требований - качество заполнения внутренних полостей кабеля для продольной герметизации промежутков между изолированными токопроводящими жилами и всеми остальными элементами кабеля. Это одно из главных требований, т.к. при повреждении покровов кабеля до момента вскрытия трассы проходит обычно достаточно времени, чтобы кабель за счет гигроскопического эффекта пропитался влагой на расстояние гораздо большее, чем сам поврежденный участок. Это подтверждается и анализом повреждений, особенно в кабелях с пластмассовой изоляцией. При точечном повреждении кабеля в среднем меняется участок около 20 метров, так как кабель за время ремонта успевает напитать влагу в междужильное пространство.

Первые образцы кабелей марки АПвБбШп (ПвБбШп), предоставленные представителям МКС не в полной мере отвечали требованиям по герметичности. В связи с этим конструкция данных кабелей была доработана. Для герметизации пространства между токопроводящими жилами применен сердечник из резины с полной вулканизацией, который принимает необходимую форму в процессе скрутки кабеля. Применение высоконаполненных заполнителей на основе каучуков герметизирует кабель в продольном направлении, упрощает разделку кабеля при монтаже и при этом, фактически исключает повреждение изоляции жил, что улучшает общие эксплуатационные свойства. Таким образом в обозначении кабеля была добавлена буква «з» (кабель с заполнением): АПвзБбШп, ПвзБбШп.

Наработанный опыт в области производства материалов на основе синтетических каучуков для заполнения кабелей позволил подобрать необходимые характеристики высоконаполненной резиновой смеси. Заводом проведена большая работа по совершенствованию рецептуры резиновой смеси и получена возможность одновременного наложения заполнения и оболочки на кабели практически любого сечения, а так же решена проблема гранулирования резиновых смесей.

Сшитый полиэтилен идеально подходит для изоляции высоковольтных кабелей. По современной технологии процесс вулканизации (сшивки) полиэтиленовой изоляции производится химическим способом в среде нейтрального газа при давлении 800 - 900 кПа. И температуре 285 - 400 С. В результате химической реакции изменяется молекулярная структура полиэтилена и образуются новые межмолекулярные связи, что приводит к изменению электрических и механических свойств материала. Необходимо подчеркнуть что изоляция и электропроводяще экраны накладываются в процессе тройной экструзии, после чего происходит одновременная сшивка всех трёх слоев. При высокой температуре сшивка происходит равномерно по всей толщине изоляции, что невозможно обеспечить при альтернативной силановой сшивки, которая не предполагает применения высокой температуры и давления.

Преимущества усовершенствованной конструкции и современной технологии производства кабелей с СПЭ изоляцией обусловили его повсеместное применение в развитых странах и заметное сокращения других типов кабелей.

Кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена находят всё более широкое применение. Однако на данном этапе в силу некоторых причин (технических, экономических, организационных, и др.) их широкое применение затруднительно. Поэтому в дипломном проекте приняты кабели с бумажной изоляцией и, вместе с тем, в специальной части проекта дан анализ свойств и преимуществ кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена.

Вопросы надёжности являются важнейшими при разработке проектов развития и организации эксплуатации энергосистем. Под надёжностью работы энергосистемы понимают свойства энергосистемы функционировать с заданными эксплуатационными параметрами режима, обеспечивая требуемое электроснабжение потребителя. Надёжность работы энергосистемы обуславливается безотказностью, ремонтопригодностью и долговечностыо её частей и элементов. Различают расчётную и эксплуатационную надёжность работы установок. Количественно надёжность работы электрооборудования и электроустановок энергосистем характеризуется рядом показателей: параметром потока отказов, интенсивностью отказов, вероятностью безотказной работы, средней не работой до отказов, средним временем восстановления, коэффициентом готовности, коэффициентом технического использования, и т.п.

Различают отказы и повреждения энергосистем и их элементов. Отказ это событие, состоящее в нарушении работоспособности, т.е. в нарушении способности энергосистемы или её элементов выполнять заданные функции с установленными нормативными параметрами. Повреждение энергосистемы или её элементов - это событие, состоящее в том, что нарушается исправное состояние системы или её элементов при сохранении ими работоспособности (работоспособного состояния).

Энергосистемы состоят из большого числа элементов, поэтому естественно что в них достаточно часто возникают отказы отдельных элементов и их групп и менее часто отказы крупных комплексов (электростанций, подстанций, крупных узлов нагрузки), частей энергосистем и энергосистем в целом. В практике эксплуатации отказы подразделяют на аварии и браки в работе. Наиболее тяжёлым видом аварии являются системные аварии, приводящие к нарушению электроснабжения большого числа потребителей.

Повышение надёжности работы и живучести энергосистем возможно путём:

ѕ повышения качества и надёжности работы электрооборудования;

ѕ совершенствования качества проектов строительства и развития энергоустановок и энергосистем в целом, обеспечения необходимого резерва мощности;

ѕ внедрения более совершенных и безотказных схем электрических соединений электростанций и подстанций;

ѕ совершенствования схем выдачи мощности электростанций, структуры и схем основных сетей энергосистем;

ѕ оптимизации взаимного размещения электростанций и узлов нагрузки энергосистем, а так же резерва генерирующей мощности;

ѕ повышения жесткости межсистемных связей;

ѕ повышения качества и безотказной работы устройств релейной защиты и системной автоматики;

ѕ повышения квалификации ремонтного персонала и дежурного эксплуатационного персонала энергосистем.

Показатели надёжности элементов энергосистем предназначены для сравнительных расчётов и оценок надёжности систем электроснабжения потребителей и узлов нагрузки, сравнительной оценки уровня надёжности электроустановок и электрических линий в различных системах и условиях эксплуатации, определения целесообразности и эффективности мероприятий средств повышения надёжности и совершенствования системы планово предупредительных ремонтов, нормирования резервов оборудования, материалов, запасных частей.

В данном разделе проекта представлен расчет следующих показателей надежности схемы электроснабжения приёмников:

- параметр потока отказов кабельных линий;

- параметр потока отказов выключателей, трансформаторов, распределительных шин - справочный материал [11]

- ущерб в случае выхода из строя некоторых элементов схемы;

- ущерб в случае планового ремонта некоторых элементов схемы.

13.2 Терминология надёжности

Надёжность - свойство системы электроснабжения, обусловленная её безотказностью, долговечностью и ремонтопригодностью, и обеспечивающее нормальное выполнение заданных функций системы.

Безотказность - свойство системы электроснабжения длительно, с возможными перерывами на ремонт, сохранять работоспособность в определённых режимах и условиях эксплуатации до разрушения или другого предельного состояния.

Ремонтопригодность - свойство системы электроснабжения, выражающееся в приспособленности к восстановлению исправности путём предупреждения, обнаружения и устранения неисправности и отказов.

При последовательном включении элементов электроснабжения оценка надёжности производится на основании следующих выражений:

Параметр потока отказов линии или соединения:

Среднее время восстановления после отказа одной линии или присоединения:



Коэффициент аварийного простоя:

В качестве исходных данных взяты следующие показатели надёжности отдельных элементов схемы [2]:

Вакуумный выключатели:

Параметр потока отказов 1/год

Среднее время восстановления Т = 11 час

Кабельная линия:

Параметр потока отказов 1/год

Среднее время восстановления Т = 10 час

Трансформатор:

Параметр потока отказов 1/год

Среднее время восстановления Т = 61 час

Шины распределительных устройств:

Параметр потока отказов 1/год

Среднее время восстановления Т = 2 час

Произведём расчет параметра потока отказов системы питания потребителей состоящей из: Шины распределительного устройства ГПП, выключателя, кабельной линии, выключателя, трансформатора.

= + + + + ,

где длина кабельной линии

 = + + + + = 0,01+0,002+0,078+0,185+0,002+0,016=0,044 1/год

Параметр потока отказов для той же системы питания с той лишь разницей, то вместо кабельной линии выполненной на основе кабеля с бумажной пропитанной изоляцией используется кабельная линия, выполненная на основе кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена. В связи с тем, что кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена был разработан, и введён в эксплуатацию относительно недавно, никаких статистических данных по нему нет. Для расчёта примем параметр потока отказов данного элемента как: гарантия завода изготовителя на данный вид продукции при отсутствии механических повреждений и прокладки кабельной линии согласно ПУЭ - 50 лет. Основываясь на эти данные мы предполагаем что параметр потока отказов в 30 раз меньше параметра потока отказов для кабеля с бумажной пропитанной изоляцией.

= / 30 =0,078/30 = 0,0026 1/год;

= + + + + = 0,01+0,002+0,0026 0,185+0,002+0,016 =0,03 1/год.

Из сравнения двух показателей наглядно видно что в случае использования сшитого полиэтилена надёжность системы питания увеличивается.

Произведём расчет средней вероятности отказа системы питания:

Средняя вероятность отказа равна сумме вероятностей отказов элементов:

= + + + + =

= + + + + =

= = 0,00013

Произведём расчет средней вероятности отказа системы питания с применением сшитого полиэтилена. Среднее время восстановления примем такое же как и для кабельной линии.

= + + + + =

= + + + + =

= = 0,00011 1/год

Надежность в данном случае возросла.

Произведём расчет среднего времени восстановления системы:

Система с использованием кабельных линий

= = = 0,03 лет

Система с использованием сшитого полиэтилена

= = = 0,002 лет

Из приведённых выше расчетов наглядно видно что использование сшитого полиэтилена для распределительных сетей существенно повышает показатели надёжности системы электроснабжения в целом.

13.3 Сравнительная оценка стоимости кабельной продукции

По сведениям отдела капитального строительства филиала ГУП РО «Донэнерго» РГЭС, ниже приводятся цены на кабельную продукцию.

Кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена марки NA2XS(F) 2Y

Сечение	Цена
1*185	468000 руб./км
1*300	626000 руб./км
1*500	832000 руб./км

Кабели с бумажной пропитанной изоляцией марки ААБ

Сечение	Цена
3*240	1 020 000 руб./км

Сравним по стоимости цены на трёхфазные линии из разных кабелей:

3*626000 = 1878000 руб.

1 020 000*(300/240) = 1 272 000 руб.

Кабельная линия с изоляцией из сшитого полиэтилена оказалась в (1 870 000/1 275 000) = 1,47 раз дороже.

Однако, если учесть повышенную надежность новых кабелей (в десятки раз), то окажется целесообразным их применение уже на современном этапе. Следует так же учесть неизбежное снижение их стоимости с распространением масштабов их производства.

14. Безопасность жизнедеятельности

14.1 Необходимость аттестации рабочих мест на энергообъекте

Аттестация рабочих мест по условиям труда является важной составляющей организации охраны труда на предприятии.

Аттестация проводится в целях оценки условий труда на рабочих местах и выявления вредных и опасных производственных факторов.

Результаты аттестации используются в целях:

- разработки и реализации мероприятий по приведению условий труда в соответствие с государственными нормативными требованиями охраны труда;

- установления работникам, занятым на тяжелых работах, работах с вредными и опасными и иными особыми условиями труда, сокращенной продолжительности рабочего времени, ежегодного дополнительного оплачиваемого отпуска, повышенной оплаты труда;

- информирования работников об условиях труда на рабочих местах, о существующем риске повреждения здоровья, о мерах по защите от воздействия вредных и опасных производственных факторов и полагающихся работникам, занятым на тяжелых работах, работах с вредными и опасными и иными особыми условиями труда, компенсациях;

- контроля за состоянием условий труда на рабочих местах;

- оценки профессионального риска;

- обеспечения работников средствами индивидуальной защиты, прошедшими обязательную сертификацию или декларирование соответствия, а также средствами коллективной защиты;

- подготовки статистической отчетности об условиях труда и компенсациях за работу во вредных и опасных условиях труда;

- подтверждения соответствия организации работ по охране труда государственным нормативным требованиям охраны труда;

- подготовки контингентов и поименного списка лиц, подлежащих обязательным предварительным (при поступлении на работу) и периодическим (в течение трудовой деятельности) медицинским осмотрам (обследованиям) работников;

- расчета скидок (надбавок) к страховому тарифу в системе обязательного социального страхования работников от несчастных случаев на производстве и профессиональных заболеваний;

- решения вопроса о связи заболевания с профессией при подозрении на профессиональное заболевание, а также при установлении диагноза профессионального заболевания;

- рассмотрения вопросов и разногласий, связанных с обеспечением безопасных условий труда работников;

- санитарно-бытового и медицинского обеспечения работников в соответствии с требованиями охраны труда;

- обоснования ограничений труда для отдельных категорий работников;

- приведения в соответствие наименований должностей (профессий) с наименованиями, указанными в Общероссийском классификаторе профессий рабочих, должностей служащих и тарифных разрядов;

- обоснования планирования и финансирования мероприятий по улучшению условий и охраны труда у работодателя, в том числе за счет средств на обязательное социальное страхование от несчастных случаев на производстве и профессиональных заболеваний;

- сбора и обработки информации о состоянии условий и охраны труда у работодателей.

Аттестации подлежат все рабочие места работодателя.

Аттестационная комиссия, созданная работодателем, вправе принять мотивированное решение о непроведении измерений и оценок факторов рабочей среды и трудового процесса если осуществление указанных измерений и оценок угрожает безопасности работников при выполнении ими основной работы или специалистов аттестующей организации, выполняющих измерения и оценки. Указанное мотивированное решение оформляется в письменном виде, подписывается членами аттестационной комиссии и прилагается к материалам аттестации.

В случае принятия решения о непроведении измерений и оценок условия труда на данных рабочих местах относятся к опасным условиям труда. Обязанности по обеспечению проведения аттестации возлагаются на работодателя

Аттестацию проводят совместно работодатель и аттестующая организация, привлекаемая работодателем для выполнения работ по аттестации, на основании договора гражданско-правового характера. [11]

Аттестующая организация - юридическое лицо, аккредитованное в установленном порядке в качестве организации, оказывающей услуги по аттестации и выполняющей на основании договора гражданско-правового характера с работодателем измерения и оценки, а также оценку соответствия условий труда государственным нормативным требованиям охраны труда, оформление и подготовку отчета об аттестации.

Аттестующая организация должна быть независимым лицом по отношению к работодателю, на рабочих местах которого данной аттестующей организацией проводится аттестация.

Работодатель вправе привлечь для выполнения работ по аттестации несколько аттестующих организаций. При этом между аттестующими организациями работа по аттестации может быть распределена как по количеству рабочих мест, подлежащих аттестации, так и по видам работ, выполняемых на данных рабочих местах.

При проведении аттестации работодатель вправе требовать от аттестующей организации:

- документального подтверждения аккредитации на право оказывать услуги в области охраны труда в части проведения аттестации рабочих мест путем предоставления уведомления (копии уведомления) о включении аттестующей организации в реестр организаций, оказывающих услуги в области охраны труда;

- проведения измерений и оценок в соответствии с действующими нормативными правовыми актами.

При проведении аттестации работодатель обязан:

- содействовать аттестующей организации в своевременном и полном проведении аттестации, предоставлять необходимую информацию и документацию, давать по запросу аттестующей организации разъяснения в устной и письменной форме по вопросам, относящимся к целям аттестации, а также запрашивать необходимые для проведения аттестации сведения у третьих лиц;

- не предпринимать преднамеренных действий, направленных на сужение круга вопросов, подлежащих анализу и оценке при проведении аттестации, а также на сокрытие (ограничение доступа) к информации и документации по вопросам, относящимся к целям аттестации, запрашиваемых аттестующей организацией;

При проведении аттестации аттестующая организация:

- определяет методы проведения измерений и оценок на основе действующих нормативных правовых актов и Порядка аттестации рабочих мест, а также количественный и персональный состав специалистов, проводящих измерения и оценку;

- исследует в полном объеме документацию, связанную с организацией работы по обеспечению требований охраны труда у работодателя, на рабочих местах которого проводится аттестация;

- запрашивает и получает у работодателя (его представителя) разъяснения по возникшим в ходе аттестации вопросам;

- отказывается от проведения аттестации в случае непредставления работодателем необходимой документации или отказа работодателя обеспечить требуемые нормативной документацией условия проведения измерений и оценок.

При проведении аттестации аттестующая организация обязана представлять по требованию работодателя обоснования выводов, сделанных аттестующей организацией по результатам аттестации. [11]

Сроки проведения аттестации устанавливаются работодателем исходя из того, что каждое рабочее место должно аттестовываться не реже одного раза в пять лет.

Указанный срок отсчитывается от даты завершения проведения предыдущей аттестации.

За дату начала проведения очередной аттестации принимается дата издания приказа работодателя об утверждении состава аттестационной комиссии и графика аттестации.

Аттестация вновь организованных рабочих мест должна быть начата не позднее чем через 60 рабочих дней после ввода их в эксплуатацию. [11]

14.2 Аттестация рабочего места диспетчера оперативного пункта управления

В соответствии с требованиями руководства Р 2.2.755-99. «Гигиена труда» на рабочем месте диспетчера должны соблюдаться следующие параметры: температура воздуха 20-25°С, относительная влажность воздуха е более 75%; скорость движения воздуха не более 0,2 м/с.

Нормирование микроклимата на рабочем месте диспетчера, связанных с нервно-эмоциональным напряжением, должны поддерживаться комфортные метеорологические условия внешней среды: температура, влажность, скорость движения воздуха. Допустимые параметры микроклимата, приведены в таблице 14.2.1 в соответствии с требованиями руководства Р 2.2.755-99. «Гигиена труда»

Таблица 14.2.1 - Допустимые параметры микроклимата

Показатели	Холодное время года	Тёплое время года
1. Температура воздуха,°С - диапазон ниже оптимальных величин - диапазон выше оптимальных величин	19,0-20,9 23,1-24,0	20,0-21,9 24,1-28,0
2. Относительная влажность, %	15-75	15-75
3. Удельный расход воздуха, мі/ч	8,5	8,5
4. Скорость движения воздуха, м/с - для диапазона температур воздуха ниже оптимальных величин, не более - для диапазона температур воздуха выше оптимальных величин, не более	0,1 0,2	0,1 0,3
5. Температура поверхностей,°С	18,0-25,0	19,0-29,0

Оптимальные параметры микроклимата, приведены в таблице 14.2.2

Таблица 14.2.2 - Оптимальные параметры микроклимата

Для проветривания помещения ГЩУ. Показатели	Холодное время года	Тёплое время года
1. Температура воздуха,°С	21-23	22-24
2. Относительная влажность, %	60-40	60-40
3. Удельный расход воздуха, мі/ч	8,5	8,5
4. Скорость движения воздуха, м/с	0,2	0,2
5. Температура поверхностей,°С	20-24	21-25

Для обеспечения описанных параметров воздуха рабочее место диспетчера должно обеспечиваться:

ѕ Кондиционером в теплый период года;

ѕ Калорифером в холодный период года;

ѕ Вентилятором.

14.3 Расчет расхода и температуры приточного воздуха при кондиционировании

Рассматриваемое помещение ОПУ не относиться к помещениям с избытком явной теплоты, с выделением вредных и взрывоопасных веществ, с избытком влаги, с избытком полной теплоты, поэтому расход воздуха определяется

1. по нормативному расходу приточного воздуха:

= АК = 20 6 = 120 мі/ч,

где А = 20 мІ - площадь помещения;

К = 6 мі/ч•мІ - нормативный расход приточного воздуха на 1 мІ пола помещения (для данного объема помещения и второго класса кондиционирования по [1]).

' = N•m= 1•8,5 = 8,5 мі/ч,

N = 1 - число людей постоянно находящихся в помещении;

m = 8.5 мі/ч - нормативный удельный расход воздуха.

2. по нормируемой кратности воздухообмена:

» = Vp•n = 300 мі/ч,

Vp - объем помещения, 60 мі, Vp = А•Н = 20•3 = 60 мі/ч,

Н - высота помещения, Н = 3 м,

n = 1 ч^-1 - требуемая кратность воздухообмена (для данного класса кондиционирования по [1]).

Температура приточного воздуха для теплого и холодного периода года соответственно:

t_inт = t_extT + 0,001 р = 30 + 0,001•10 = 30,01°С;

t_inх = -22+0,001•10 = -21,99°С;

где t_extт = 30°С - температура поступающего воздуха (для данного региона);

t_inx ⁼ -22°С - температура поступающего воздуха в холодный период ода (для данного региона);

р = 10 Па - полное давление нагнетателей воздуха (для помещений данного класса).

Принимаем к установке три кондиционера типа БК-2300. Его технические и тепловые характеристики:

- потребляемая мощность 2300 Вт;

- рабочее напряжение 220 В;

- расход приточного воздуха 100 мі/ч;

- диапазон температур приточного воздуха от -30°С до + 40°С.

По техническим данным требуемый кондиционер осуществляет требуемый воздухообмен.

Таблица 14.3.1 - Идентификация негативных факторов на подстанции и анализ их воздействия на здоровье человека

Наименование фактора	Месторасположение фактора	Круг лиц, на которых воздействует фактор	Допустимое значение фактора	Нормативный документ, регламентирующий фактор	Средство устранения и локализации опасного фактора
Поражение электрическим током	Токоведущие части, металлические части оборудования, на котором возможно появление напряжения	Оперативный, ремонтный и обслуживающий персонал	Uпр = 2В, Ih=0,3 мА	ГОСТ 12.1.038-82 ПУЭ	Защитное заземление оборудования, выполнением требований ПТБ, ПТЭ
Пожароопасность	Трансформаторы, территории ОРУ, ЗРУ, ОПУ, кабели	Оперативный, ремонтный и обслуживающий персонал	___	НПБ 105-95, СНиП 21-01-97, ГОСТ 12.1.004-91	Соблюдение норм и правил пожарной безопасности НПБ 105-95, СНиП 21-01-97, ГОСТ 12.1.004-91.
Вредные выделения и выбросы	Пары трансформаторного масла, элегаза, пары кислот.	Ремонтный и обслуживающий персонал	? ПДК, ? ПДВ.	ГОСТ 12.1.005-88, ГН 2.2.5.686-98	Применение средств индивидуальной защиты и установка фильтрующих элементов.
Шум	Выключатели, силовые трансформаторы.	Оперативный, ремонтный и обслуживающий персонал	P=2*102Па I=102В/мІ La=70 ДБа ПДУ=83дБ	ГОСТ 12.1.003-88, ГОСТ 12.1.028-80, СН 2.2.4/2.1.8.5, СН 2.2.4/2.1.8.562-96	Кратковременное пребывание рядом с источником шума.
Освещение	ОРУ, ОПУ	Оперативный, ремонтный и обслуживающий персонал	КЕО=1,8 200 лк	СНиП-23-05-95	Улучшение характеристик освещения
Микроклимат	ОРУ, ОПУ	Оперативный, ремонтный и обслуживающий персонал	t0 =-20°С f= 15-75%	СНиП-23-05-95 СанПиН 2.2.4.548-96	Улучшение характеристик микроклимата, спецодежды.

14.4 Организационные и технические меры по снижению негативных факторов

Расчет естественного освещения ЗРУ подстанции 10 кВ.

Обслуживание трансформаторной п/ст 10 кВ осуществляется оперативно-выездной бригадой, которая производит следующие виды работ:

- оперативные переключения;

- ремонт оборудования подстанции;

- снятие показаний с измерительных приборов.

Работа электромонтера оперативно-выездной бригады относится к IV разряду. Характер работ - малой точности. (СНиП 23-05-95 Естественное и искусственное освещение).

Правильно рассчитанная и смонтированная система освещения ЗРУ подстанции 10кВ играет существенную роль в снижении производственного травматизма, уменьшает потенциальную опасность многих производственных факторов, создавая нормальные условия для органа зрения и повышая общую работоспособность организма.

Оценка количественной характеристики естественного освещения выражается через КЕО в процентах. КЕО - отношение естественной освещенности, создаваемой в некоторой точке заданной плоскости внутри помещения светом неба, к одновременному значению наружной горизонтальной освещенности, создаваемой светом полностью открытого небосвода, в%.

Для обеспечения равномерного освещения рабочего места электромонтера рекомендуется открывать все дверные и оконные проемы.

Естественный свет проникает в трансформаторную п/ст через дверные роемы шириной a = 2 м, высотой h = 2 м. Глубина помещения в = 5 м. Расстояние от дверного проема до расчетной точки L_расч = 2,5 м. Дверные роемы находятся по обе стороны помещения, то есть освещение является боковым двухсторонним.

Согласно СНИП 23-05-95 при боковом освещении расчетное значение КЕО определяется:

КЕО_р =( •q+•R)•r₁

где - геометрический КЕО в расчетной точке при боковом освещении, учитывающий прямой свет неба:

= 0,01•• =0,01•20•30=6,0%,

где - число участков неба, видимых по ширине дверного проема, зависит от а и L_расч;

n₂ - 30 по СНИП 23-05-95;

q - коэффициент, учитывающий неравномерную яркость облачного неба, для средней полосы России q = 0,6;

- геометрический КЕО в расчетной точке при боковом освещении, учитывающий свет, отраженный от противостоящих зданий:

= 0,01•• =0,01•5•8=0,4%,

где - число участков неба, отражающихся противостоящими зданиями по высоте светового проема, зависит от h и L_расч, =5;

- число участков неба, отражающихся противостоящими зданиями по ширине светового проема, зависит от а L_расч, =8;

R - коэффициент, учитывающий относительную яркость зданий, зависящий от материала, из которого построено здание. Для кирпичных ланий R = 0,08;

r₁ - коэффициент учитывающий уменьшение КЕО при боковом освещении с учетом отношения L_расч /в, r₁=0,5;

к₃ - коэффициент запаса при боковом двухстроннем освещении к₃= 1,5;

- коэффициент светопропускания, характеризует потерю света в светофильтрах и в материале остекленение, при отсутствии таковых = 1.