Реконструкция системы электроснабжения ФКУ ИК-16 с заменой трансформаторов на повышенную мощность

Размещено на http://www.allbest.ru/

3

Дипломная работа

Реконструкция системы электроснабжения ФКУ ИК-16 с заменой трансформаторов на повышенную мощность

Введение

Электрификация, т.е. производство, распределение и применение электроэнергии - основа устойчивого функционирования и развития всех отраслей промышленности и сельского хозяйства страны и комфортного быта населения.

Электрические нагрузки в производстве постоянно меняющиеся величины: подключаются новые потребители, постоянно растет нагрузка на вводе общежития, так как увеличивается количество пользования бытовыми приборами. Если электрическая нагрузка увеличивается, то пропускная способность электрических сетей становится недоступной и появляется необходимость в их реконструкции. При этом часть воздушных линий заменяют подземными кабелями или воздушными линиями с изолированными самонесущими проводами.

Перерабатывающая промышленность - важнейшее звено в цепи производства продукции лёгкой и тяжёлой промышленности. Промышленная зона ФКУ ИК-16 относится к данной категории предприятий.

На данный момент ФБУ ИК-16 работает с такими партнерами как: ОАО «ГАЗ», АМЗ, ПМЗ, «81 бронетанковый завод» г. Армавир и др. Поставляется продукция для внутрисистемного потребления на центральную базу ГУФСИН России по Нижегородской области (спецодежда, спецобувь, кровати двухъярусные и др.

Реформы, проводимые в 90-е годы, привели к значительному снижению объемов производства, ухудшению финансового положения, сокращению работающих. Промышленная зона ФКУ ИК-16 не стала исключением, были серьезно нарушены связи с потребителями и поставщиками. Но несмотря на полнейшую промышленную разруху, производство ФКУ ИК-16, сумело вырваться из этого хаоса. Восстановлен технический уровень.

На предприятии проводится техническое перевооружение и освоение новых видов продуктов, что неизбежно ведет к увеличению производственных мощностей и, следовательно, потреблению электроэнергии.

Целью дипломной работы является реконструкция системы электроснабжения ФКУ ИК-16 от ЗТП.

мощность подстанция силовой трансформатор

1. Анализ производственной деятельности

Промышленная зона Федерально казенное учреждение исправительная колония-16 основана в 1972 году. Она расположена в Нижегородской области, Лысковском районе с. Просек. Снабжена хорошим транспортным сообщением.

Со дня основания ФКУ ИК-16 претерпел ряд изменений: увеличена площадь вследствие постройки новых цехов и зданий, появился автосервис, банно-прачечный комбинат, церковь и т.д. в процессе работы ФКУ ИК-16 менялась её специализация, вследствие этого происходила реконструкция складов и цехов, жилых помещений. На данный момент на ФКУ ИК-16 производится:

1. хлеб для внутреннего потребления;

2. одежда;

3. обувь;

4. автомобильные детали по заказу ОАО «ГАЗ»;

5. изделия из дерева;

На данный момент площадь ФКУ ИК-16 составляет 1,2 га. В её состав входят следующие производственные помещения:

1. пекарня;

2. столовая;

3. административные здания;

4. складские помещения;

5. автосервис;

6. котельная;

7. столярные мастерские.

8. швейные цеха (цех №1, цех №2)

9. металлообрабатывающие цеха (цех №1, цех №2);

10. РМЦ;

11. КПП

Так же ФКУ ИК-16 имеет собственный магазин.

Плановый отдел комбината разрабатывает долгосрочные и текущие планы, включая производство, кадры, финансы, определяет экономическую эффективность деятельности производства.

Бухгалтерия организует и несет ответственность за состояние и достоверность учета и отчетности на производстве, осуществляет повседневный контроль за сохранностью и правильным расходованием денежных средств и материальных ценностей. Поставляет отчеты директору, а так же государственным и местным хозяйственным органам.

За исправностью техники следит главный механик. На производстве существует контроль качества продукции, который осуществляет ОТК.

В составе предприятия имеется свой автопарк, в который входит ряд различных автомобилей и специальная техника для обслуживания производства:

1. автомашина ЗИЛ 130;

2. Погрузчик ;

3. Пожарная машина;

4. Газель;

5. Урал;

6. Трактор МТЗ-80;

7. Трактор МТЗ-82;

8. трактор ДТ-25

9. УАЗ

На данный момент на производстве работают 180 человек.

Технические условия

Для административного здания, заказчик ФКУ ИК-16 с установленной электронагрузкой 62 кВт, напряжением 380В, как потребление второй категории, необходимо выполнить следующие технические условия:

1. Выполнить работы по секционированию РУ-6кВ ТП-68 установив необходимое оборудование.

2. Выполнить расчет мощности трансформаторов в ТП-68. При необходимости заменить существующие трансформаторы напряжением 6/0,4 кВ, мощностью 180кВА и 250кВА на силовые трансформаторы необходимой мощностью.

Данные для расчета:

Промышленная зона- 262 кВт

Банно-прачечный комбинат - 32,6 кВт

Общежития жилой зоны - 63,6 кВт.

В случае замены силовых трансформаторов необходимо выполнить расчет сечения шин и кабельных перемычек к силовым трансформаторам, защит силовых трансформаторов.

3. Выполнить реконструкцию РУ-0,4кВ ТП-68 при необходимости заменив существующее оборудование или установив новое на ТУ владельца РУ-0,4кВ Пром. зоны.

4. Существующие и проектируемые нагрузки ФКУ ИК-16 запитать от РУ-0,4кВ заданной ТП в соответствии с категорийностью.

Для электроприемников первой категории предусмотреть электроснабжение от автономных источников.

5. Приборы учета электроэнергии установить в соответствии с существующими и проектируемыми нагрузками с классом точности не ниже 1.0. рекомендуется установка электронных приборов учета электроэнергии с импульсным выходом.

2. Технологическая часть

2.1 Выбор электрической схемы трансформаторной подстанции

Выбранная схема должна быть приспособлена к разным режимам работы при изменении нагрузок, а так же в послеаварийных ситуациях. Целесообразно предусматривать, чтобы конфигурация и параметры схемы обеспечивали возможность последующего развития без серьезных изменений. На напряжении 0,4 кВ принята одинарная, секционированная рубильником на две секции система сборных шин. Питание секций шин осуществляется от узловых трансформаторов. Схема представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема система сборных шин

Рисунок 2. Схема электрических соединений

2.2 Определение расчетной нагрузки

Расчет выполняем методом упорядоченных единиц. Расчет выполняется по узлам питания системы электроснабжения в следующем порядке:

- из справочников находим значения К_и и cosц;

- определяем расчетную активную мощность по формуле:

где:

К_и - коэффициент использования.

- вычисляем полную мощность по формуле:

где:

cosц - коэффициент мощности. - ток определяем по формуле:

где: S_п - полная мощность; U_н - номинальное напряжение.

Наименование потребления	Русл.	Ки	cosц	Ррасч.	Sп	I
1	2	3	4	5	6	7
СХТ	35,3	0,75	0,6	26,5	44,2	67
Швейный цех №1	32,4	0,83	0,7	26,9	38,5	58,3
Котельная	55,7	0,8	0,75	44,6	59,4	90
1	2	3	4	5	6	7
Металлообрабатывающий цех №1	55,2	0,75	0,7	41,44	59,2	89,7
Административное здание	34,8	0,8	0,85	27,7	44,29	67,1
РМЦ	47,3	0,7	0,85	33,06	36,1	55,7
Пекарня	21,1	0,75	0,6	15,8	26,4	40
Столовая	93	0,6	0,65	55,8	85,8	130
Металлообрабатывающий цех №2	155	0,6	0,75	93,1	124,1	188
Швейный цех №2	11,9	0,75	0,75	8,9	11,9	18
КПП	4,25	0,8	0,8	3,4	4,2	6,4

2.3 Выбор трансформаторов 6/0,4кВ

Полные мощности на шинах трансформаторной подстанции составляют S₁ = 203 кВА и S₂ = 197 кВА. На подстанции установлены два трансформатора 180 кВА и 250 кВА. Их мощности недостаточно для обеспечения потребителей электроэнергией в необходимом количестве. Принимаем к установке два трансформатора по 400 кВА каждый. Технические характеристики приведены в таблице.

Таблица 2.

Тип	Номинальная мощность	Сочетание напряжений	Схема и группа соеди-нений обмоток	Потери, Вт	Напряжение короткого замыкания, Uн/ Uн	Ток холостого хода, iкз/Iн	Вид переключения ответвлений обмоток
		ВН	НН		уровень А	уровень Б	короткого замыкания
ТМ	400	6	0,4	Y/Yн-6	950	1650	5500	4,5	2,1	ПБВ и РПН

2.4 Расчет токов короткого замыкания

Особенности расчетов токов КЗ. Для выбора типов и параметров срабатывания устройств защиты трансформаторов необходимо определить максимальное и минимальное значение токов при КЗ на выводах НН понижающего трансформатора, или, как чаще говорят, при КЗ за трансформатором.

Максимальное значение тока соответствует трехфазному металлическому КЗ за трансформатором. Ток трехфазного КЗ рассчитывается при максимальном режиме работы питающей энергосистемы (электросети), при котором включено максимально возможное число генераторов, питающих линий и трансформаторов. Эквивалентное электрическое со­противление энергосистемы (электросети) до места подключения рассматриваемого трансформатора при этом режиме имеет минимальное значение, но обозначается Zmax или Xmax, что подразумевает максимальный режим работы энергосистемы. При таком режиме ток трехфазного КЗ на выводах ВН трансформатора и мощность КЗ имеют максимальные значения. При значительном числе электродвигателей в прилегающей сети ВН учитывается подпитка места КЗ электродвигателями в течение времени действия защит трансформатора, не имеющих специального замедления, т. е. в течение до 0,1 с. Максимальное значение тока КЗ за трансформатором учитывается для выбора тока срабатывания токовых отсечек, устанавливаемых на стороне ВН трансформатора (§ 7), а также для выбора аппаратуры и кабелей питаемых элементов стороны НН.

Составляем расчетную схему:

Сопротивление Х₁ определяем по формуле:

где:

U_ср.н - среднее номинальное напряжение линии;

х₀ - удельное сопротивление линии, х₀ = 0,194 Ом/км;

l - длина линии;

S_б принимаем 100 мВА.

Отсюда:

Принимаем

U_б = 10кВ, получим:

Ток КЗ в точке К₁ находим по формуле:

Ударный ток КЗ в точке К₁:

i_g = 2,55 Ч 21,9 = 54,8 кА.

Мощность КЗ в точке К₁



Сопротивление х₂ и х₃ рассчитываем по формуле:

Результирующее сопротивление цепи К₃ до точки К₂ находим по формуле:

Принимаем U_б = 0,4 кВ.

Определяем сопротивление х₄:



2.5 Выбор плавких вставок

Требования правил устройства электроустановок к устройству защиты плавкими предохранителями электрических сетей в установках с 1 000 в.

1. Предохранители пробочного типа должны включаться в сеть таким образом, чтобы при вывинченной пробке винтовая гильза предохранителя оставалась без напряжения. Для этого защищаемый (отходящий) проводник должен быть присоединен к винтовой гильзе.

Края винтовой гильзы легко доступны для прикосновения в момент ввинчивания и отвинчивания пробки. Менять пробки со сгоревшими плавкими вставками

2. На корпусах предохранителей или на схеме, которая должна вывешиваться вблизи места их установки, должны иметься надписи, указывающие номинальный ток требуемой плавкой вставки.

Патроны разборных предохранителей обычно допускают возможность встройки плавких вставок на разный номинальный ток. По остаткам сгоревшей плавкой вставки не всегда можно узнать, каков был ее номинальный ток. Не исключено также, что в процессе эксплуатации в патрон была встроена случайная вставка или просто «жучок» (некалиброванная вставка, проволока).

3. Электрические сети должны иметь защиту от токов к. з. с минимальным временем отключения и обеспечением по возможности требования селективности.

Во всех случаях надо стремиться к тому, чтобы токи к. з. отключались аппаратом защиты без выдержки времени. Это уменьшает размеры повреждений, снижает опасность возгорания изоляции и возможных пожаров и снижает вероятность прожига металлических труб, в которых проложены провода, что особенно опасно в цехах со взрывоопасной средой.

4. Защита должна обеспечивать отключение аварийного участка при двух- и трехфазных, а в сетях с глухо- заземленной нейтралью также при однофазных коротких замыканиях в конце защищаемой линии.

Не все уделяют должное внимание тому факту, что во многих случаях в сетях до 1000 в токи к. з. могут оказаться чрезмерно малыми, недостаточными для приведения в действие аппарата защиты. Это может иметь место как при многофазных замыканиях в конце длинных линий, так и при однофазных замыканиях на землю в сетях с глухозаземленнойнейтралью в линиях обычной длины, поскольку активное и индуктивное сопротивления петли фаза-нуль могут оказаться большими. Так, например, от длинных магистралей в цеховых сетях или от магистралей, проложенных вдоль улиц поселков для электрификации домов, мощность отбирается на всем протяжении и по мере приближения к концу линии передаваемый ток все более и более снижается. Поэтому несмотря на то, что в нормальном режиме потери напряжения в такой линии могут быть и не релики, ток к. з. в конце может оказаться недостаточным для расплавления больших плавких вставок, выбранных по условиям загрузки первого участка линии.

Во всех подобных случаях, когда токи к. з. оказываются малыми, долго не отключаемая дуга может произвести значительные повреждения оборудования и прожиг труб. А в сетях с глухо заземленнойнейтралью долго не отключаемое замыкание на заземленный корпус, как это уже отмечалось выше, кроме того, еще повышает опасность поражения людей электрическим током. Поэтому правила и предписывают строить защиту таким образом, чтобы она надежно действовала при коротких замыканиях в конце защищаемой линии.

5. При одно-, двух- и трехфазных коротких замыканиях в конце линии ток повреждения по крайней мере в 3 раза должен превышать номинальный ток плавких вставок, защищающих эту линию.

Значительные выдержки времени, как это указывалось выше в, необходимы для исключения возможности необоснованных и к тому же частых перерывов в электроснабжении при перегрузках, свойственных условиям нормальной эксплуатации, или даже при перегрузках случайных, но кратковременных, проходящих. Но такие выдержки времени, как правило, вредны в тех случаях, когда необходимо отключать токи повреждений.

Последние должны отключаться возможно быстрее для избежания больших повреждений в установке и снижения опасности поражения людей током. Примирить эти два противоположных требования можно только в тех случаях, где токи повреждений настолько велики, что выдержки времени сами по себе оказываются малыми.

Однако требовать, чтобы при коротких замыканиях в конце любой линии сети токи были столь велики, не целесообразно, во-первых, потому, что такие сети практически трудно или даже невозможно выполнить и, во-вторых, потому, что в этих случаях токи к. з. в головных участках сети оказались бы чрезмерно большими.

Поэтому, чтобы необоснованно не удорожать установки, правила и ограничиваются требованием, чтобы токи повреждений были по меньшей мере в 3 раза больше номинальных токов, защищающих линию плавких вставок.

Правила не требуют проверки выполнения этого требования, если соблюдаются условия, изложенные ниже в п. 8.

6.По характеру требований к устройству защиты ПУЭ делят электрические сети в установках до 1000 вна две группы:

-сети, в которых обязательна только защита, автоматически отключающая установку при коротких замыканиях; защита от перегрузок не обязательна;

-сети, в которых обязательно должны быть предусмотрены и защита от коротких замыканий и защита от перегрузок.

Такое деление основано на следующих соображениях. Совершенно исключить вероятность аварийных замыканий невозможно ни при каких условиях. Задерживать отключение таких замыканий лишено смысла, так как это может привести только к разрушению значительных частей установки и к выводу ее надолго из строя.

Поэтому правила и предписывают во всех без исключения случаях предусматривать защиту, автоматически отключающую установку при коротких замыканиях.

Иначе обстоит дело с перегрузками. Они тоже могут принести очень большой вред. Даже при относительно небольших перегрузках, как мы это видели выше, изоляция перегревается, сохнет и более или менее быстро старится, после чего и при нормальной нагрузке тоже могут часто возникать короткие замыкания, перерывы в питании и длительные простои. Тем не менее к немедленному выходу установки из строя перегрузки все же не приводят. Кроме того, появление перегрузок во многих случаях крайне мало вероятно. Проводники ответвлений к одиночным электроприемникам не могут перегружаться там, где сами электроприемники защищены от перегрузок своими аппаратами управления (например, магнитными пускателями), а проводники главных питающих линий не могут перегружаться там, где имеется квалифицированный обслуживающий персонал, который не допустит присоединения к ним чрезмерно большого числа электроприемников. Единственная реальная возможность перегрузок проводников в таких случаях-- это неполные короткие замыкания. Но место неполного замыкания обычно быстро перегревается и неполное замыкание переходит в полное короткое замыкание, приводящее к отключению соответствующих аппаратов раньше, чем испортится изоляция всей линии.

Поэтому, несмотря на опасность и большой вред длительных перегрузок, в правилах нет требований ставить такую защиту во всех без исключения случаях. В них имеется лишь перечень случаев, где такая защита обязательна. Тем не менее, учитывая, что защита от перегрузок всегда повышает степень надежности и долговечности установки и что ПУЭ не запрещают добиваться такой защиты также в других случаях, на практике всегда стремятся такую защиту иметь, особенно если это не приводит к необходимости заметного повышения капитальных затрат.

7. Номинальные токи плавких вставок предохранителей, служащих для защиты отдельных участков сети, во всех случаях следует выбирать по возможности минимальными по расчетным токам этих участков сети или номинальным токам электроприемников, но таким образом, чтобы они не отключали электроустановку при пусковых токах и пиках технологических нагрузок .

В ПУЭ указываются наибольшие допустимые соотношения между номинальными токами плавких вставок и длительно допустимыми нагрузками проводников защищаемой линии. Здесь подчеркивается, что эти соотношения нельзя рассматривать как допускаемые правилами в любых вообще случаях. Они являются предельно допустимыми. Их ни в коем случае нельзя превышать, а допускать их можно только в тех случаях, где это продиктовано необходимостью. Вообще же во всех случаях следует выбирать возможно меньшие плавкие вставки, такие, какие необходимы и достаточны для обеспечения бесперебойной работы.

Пользоваться для этой цели заранее заготовленными таблицами, в которых против каждого сечения проводников указана допустимая по нормам наибольшая величина плавкой вставки, не рекомендуется: надо выбирать не наибольшую допустимую по нормам, а наименьшую допустимую по условиям бесперебойности работы.

8.В сетях, защищаемых только от токов короткого замыкания (для которых защита от перегрузки не обязательна), допускается не проверять, выполняется ли указанное выше в п. 5 требование кратности тока к. з., если номинальный ток выбранных плавких вставок Iв не превышает длительно допустимую нагрузку защищаемых проводников Iпр более чем в 3 раза.

Из этого указания правил вытекает, что в сетях, где обязательна защита только от токов к. з., можно для защиты проводников выбирать сколь угодно большие плавкие вставки, лишь бы расчетом было доказано, что при любом виде короткого замыкания в конце защищаемой линии ток будет превышать номинальный ток плавкой вставки не менее чем в 3 раза. И только в тех случаях, где проверка расчетом кратности тока к. з. не выполняется, правила не разрешают применять плавкие вставки большие, чем трехкратные.

9.Защита от перегрузок, в дополнение к защите от токов к. з., обязательна в следующих случаях:

-для всех видов сетей внутри помещений, выполненных открыто проложенными незащищенными изолированными проводниками с горючей оболочкой;

-для осветительных сетей, независимо от типа примененных проводников и способа их прокладки: в жилых и общественных зданиях; в торговых помещениях; в служебно-бытовых помещениях промышленных предприятий; в сетях для бытовых и переносных электроприемников (утюгов, чайников, плиток, комнатных холодильников, пылесосов, стиральных и швейных машин и т. п.); в пожароопасных производственных помещениях;

-для силовых сетей (независимо от типа примененных проводников и способа их прокладки) в промышленных предприятиях, в жилых и общественных зданиях, в торговых помещениях и во взрывоопасных помещениях классов B-I6 и В-1г только в случаях, когда по условиям технологического процесса или режима работы сети может возникать длительная перегрузка проводов и кабелей;

-для всех видов сетей во взрывоопасных помещениях всех классов, кроме B-I6 и В-1г, независимо от условий технологического процесса, режима работы сети, типа примененных проводников и способа их прокладки.

10. В сетях, для которых обязательна не только защита от токов к. з., но и защита от перегрузок, величина плавких вставок должна выбираться как обычно -- наименьшей допустимой по условиям бесперебойности работы .

Предохранители с плавкой вставкой - простейшие коммуникационные аппараты, предназначенные для защиты цепей от КЗ и перегрузок.

К предохранитель ддолжен:

- должен длительно выдерживать номинальный ток, на который рассчитан;- работать селективно.

Предохранители характеризуются номинальным током плавкой вставки I_ном, номинальным током предохранителя I_пр.

Предельно отключаемый предохранителем ток I_пр - наибольший ток, который может отключаться предохранителем без каких-либо повреждений, не позволяющих использовать его после замены плавкой вставки.

Плавкую вставку выбираем по следующим правилам:

Правило 1.

Ток плавкой вставки должен быть больше рабочего тока нагрузки или равняться ему, т.е. I_в?I_р.

Правило 2.

Ток плавкой вставки проверяют на минимальный ток нагрузки: I_в?I_max/а

Исходя из этих условий выполняем выбор плавких вставок и предохранителей. Данные о выбранных предохранителях приведены в таблице.

Таблица 3.

Номер линии	1	2	3	4	5	9	12	13	14	15	16
Параметры
с	67	58,3	90	80,7	67,1	55,7	40	130	188	18	6,4
Тип предо-храни-теля	ПН2-250	ПН2-250	ПН2-250	ПН2-250	ПН2-250	ПН2-250	ПН2-250	ПН2-250	ПН2-250	ПН2-250	ПН2-250
Iв, А	250	100	250	100	100	100	250	250	250	250	250

2.6 Расчет сечения кабелей

Способ прокладки и тип кабеля должен выбираться в соответствии с Правилами устройства электроустановок.В соответствии с этими правилами должны соблюдаться следующие основные правила выбора и прокладки кабелей:

1. На территориях электростанций кабельные линии могут прокладываться в туннелях, каналах, блоках, кабельных эстакадах. Прокладка в траншеях допускается для одиночных (1-4) кабельных линий к удаленным вспомогательным объектам (склады топлива, мастерские). На территории подстанций и распределительных устройств кабельные линии могут прокладываться в каналах, трубах и в земле (в траншеях) и в подземных лотках. Кабельные линии, отходящие от распределительных устройств центра питания в одном направлении при числе более 20 кабелей, должны прокладываться в туннеле.

2. В городах и поселках прокладка кабелей осуществляется в земле (в траншеях) по непроезжей части улиц (под тротуарами), по дворам и техническим полосам в виде газонов, с кустарниковыми посадками. По улицам и площадям, насыщенным подземными коммуникациями, прокладку кабельных линий рекомендуется производить в коллекторах и туннелях. При пересечении улиц и площадей с усовершенствованными покрытиями и с интенсивным движением транспорта кабельные линии должны прокладываться в блоках или трубах.

3. При прокладке кабельных линий в кабельных сооружениях (помещениях), а также в производственных помещениях бронированные кабели не должны иметь поверх брони, а небронированные кабели - поверх металлических оболочек защитных покровов из горючих материалов. На электростанциях запрещается применять силовые и контрольные кабели с полиэтиленовой изоляцией из-за горючести полиэтилена и его размягчения при временном Для питания административного корпуса в проекте необходимо заложить кабели. Длина трассы составляет 80 м. данные о нагрузках административного корпуса приведены в таблице.

Таблица 4.

	Ру, кВт	Рр, кВт	Iр, А
Ввод №1	34,8	27,73	67,1
Ввод №2	57,98	33,06	55,7
Аварийный режим	92,8	60,8	122,8

Сечение кабелей рассчитываем для аварийного режима. Сечение выбираем по длительному допустимому току: I_допI_расч.

где: I_доп - допустимый ток провода А; I_расч. - расчетный ток, А.

По ПУЭ принимаем сечение кабеля 70 мм. Выбираем кабель марки ААШВУ-4х70. Схема электроснабжения представлена на рисунке.

Рисунок 3. Схема электроснабжения административного здания

Проверяем выбранный кабель по потери напряжения. Определяем момент нагрузки по формуле:

где: Р - нагрузка, кВт; L - длина линии, м.

По справочнику определяем потерю напряжения в сети - ДU = 2,3%.

2.7 Определение потери напряжения

Определяем потерю напряжения в трансформаторах. Активная составляющая напряжения короткого замыкания трансформатора, % находим по формуле:

где: I_н и U_н - номинальные значения тока и напряжения трансформатора. Из этого уравнения находим г_т:

Активная составляющая напряжения короткого замыкания трансформатора, %:

Индуктивное сопротивление обмоток трансформатора по аналогии составляет:

В свою очередь, индуктивное сопротивление напряжения короткого замыкания, %:

Подставив значение г_т и х_т в формулу для определения потери напряжения в трансформаторе, получаем:

Откуда, вынося за скобки, после преобразования имеем окончательно:

Потеря напряжения в трансформаторе, % номинального напряжения сети:

где:

S_max - максимальная мощность нагрузки;

Для первого трансформатора:

Для второго трансформатора:

Потерю напряжения в кабельной линии определяем по формуле:

где:

г₀ - удельное электрическое сопротивление, Ом/км;

х₀ - индуктивное электрическое сопротивление, 0,6 Ом/км;

l - длина линии;

I - ток линии. Для первого ввода:



Для второго ввода:

Векторные диаграммы потери напряжения представлены на рисунке 4.

Рисунок 4. Графики падения напряжения

2.8 Выбор трансформаторов тока

Они выбираются по номинальному току и напряжению, конструктивному исполнению, классу точности, допустимой нагрузки, 10% - ной погрешности в цепях защиты и проверяются на динамическую и термическую устойчивость. В каталогах приводятся значения кратности динамической (R_дин) и термической (R_t) устойчивости. Величина R_t относится к времени 1с. Условие динамической и термической устойчивости:

Номинальная мощность трансформатора тока должна быть не менее мощности, потребляемой приборами (S_тр) и мощности, теряемой в переходных контактах:

где:

S_пр - мощность приборов, мВА;

I₂ - величина тока, А (принимаем I₂ = А);

г_пр - сопротивление всех переходных контактов, принимаем 0,1 Ом;

г_к - сопротивление обмотки трансформатора.

Принимаем к установке трансформаторы тока типа ТК-20 100/5.

2.9 Расчет электрического освещения

Освещенность помещений выбираем согласно СНИП 23-05-95

РУ-6кВ-75ЛК

РУ-0,4кВ-73ЛК.

Камера трансформатора - 50ЛК.

Таблица 5

Наименование помещения	Освещенность, ЛК	Площадь помещения, м2	Высота, м
РУ-6кВ	75	12,98	3
РУ-0,4кВ	75	8	3
Камера трансформатора	50	6,9	3
Камера трансформатора	50	6,9	3

Расчет количества осветительной арматуры выполняем методом удельной мощности по формуле:

где:

щ - удельная мощность, Вт/м² (принимается по справочным данным);

S - площадь помещения, м²;

N - предполагаемое число светильников, шт.;

Р - единичная мощность лампы, Вт.

Для РУ-0,4 кВ:

В РУ-0,4Кв предполагается установить три настенных патрона с лампами накаливания. Исходя из расчета принимаем лампы накаливания 230-240-60.

Для остальных помещений расчет выполняем аналогичным образом.

В помещении РУ-6кВ устанавливается подвесной светильник типа НСП 21-100, а в каждой трансформаторной камере по два настенных патрона типа Е-27НИ-05ХЛЗ с лампами накаливния 230-240-60.

Так же проектом предусматривается аварийное освещение 36 В, для этого в помещении РУ-0,4 кВ устанавливается ящик с понижающим трансформатором ЯТП-0,25-23УЗ. План расположения осветительной аппаратуры выполнен нарисунке 2.9.1.

В качестве группового осветительного щитка принимается щиток осветительный типа ЯОУ 8500.

Схема 5. Электрическое освещение трансформаторов и вводных устройств

Осветительный щиток запитвывается от шкафов ввода ТГТ-2х400 через переключатель кулачковый ПКП-25. Сети освещения выполняются кабелем марки АВВГ открыто с креплением накладными скобами. Управление освещением осуществляется выключателями, установленными на месте.

Электрическая принципиальная схема представлена на ватмане А1.

2.10 Выводы

В технологической части данного дипломного проекта подобрана схема главных соединений подстанции, рассчитаны нагрузки трансформаторов с учетом возрастания мощности, выбраны аппараты защиты, рассчитаны токи короткого замыкания. С учетом потери напряжения подобраны кабели для питания административного корпуса. Произведены расчеты освещения подстанции в соответствии СНИП 23-05-95. Рекомендуется заменить трансформаторы на более мощные 2х400 кВА.

3. Конструктивная часть

3.1 Общие требования

Электрооборудование, токоведущие части, изоляторы, крепление, ограждения, несущие конструкции, изоляционные и другие расстояния должны быть установлены таким образом, чтобы:

1. Вызываемые нормальными условиями работы электроустановки усиления, нагрев, электрическая дуга или другие сопутствующие ее работе явления (искрение, выброс газов и т.п.) не могли привести к повреждению оборудования и возникновению КЗ или замыканию на землю, а так же причинить вред обслуживающему персоналу;

2. При нарушении нормальных условий работы электроустановки была обеспечена необходимая локализация повреждений, обусловленных действием КЗ;

3. При снятом напряжении с какой-либо цепи, относящиеся к ней аппараты, токоведущие части и конструкции могли подвергаться безопасному осмотру, замене и ремонту без нарушения нормальной работы соседних цепей;

4. Была обеспечена возможность удобного транспортирования оборудования.

Эти требования не распространяются на РУ типа сборок выше 1кВ в подстанциях, ремонт которых производится при отключении всего РУ.

Во всех цепях РУ предусмотрена установка разъединяющих устройств с видимым разрывом, обеспечивающих возможность отсоединения всех аппаратов (выключателей, отделителей, предохранителей, трансформаторов тока, трансформаторов напряжения и т.п.) каждой цепи от сборных шин, а так же от других источников напряжения.

Выключатель или его привод должен иметь хорошо видимый и надежно работающий указатель положения («выключено», «отключено»). Применение сигнальных ламп в качестве единственных указателей положения выключателя не допускается. Если выключатель не имеет открытых контактов и его привод отделен стеной от выключателя, то указатель должен быть и на выключателе, и на приводе.

Обозначение фаз электрооборудования и ошиновки РУ и подстанций должно выполняться в соответствии с требованиями.

Распределительные устройства 3кВ и выше должны быть оборудованы оперативной блокировкой, исключающей возможность:

- включения выключателей, отделителей и разъединителей на заземляющие ножи и короткозамыкатели;

- включение заземляющих ножей на ошиновку не отделенную разъединителями от ошиновки, находящейся под напряжением;

- отключение и включение отделителями и разъединителями тока нагрузки, если это не предусмотрено конструкцией аппарата.

На заземляющих ножах линейных разъединителей со стороны линии допускается устанавливать только механическую блокировку с приводом разъединителя и приспособление для запирания заземляющих ножей замками в отключенном положении.

Для РУ с простыми схемами электрических соединений рекомендуется применить механическую оперативную блокировку, а во всех остальных случаях - электромагнитную. Приводы разъединителей, доступные для посторонних лиц, должны иметь приспособления для запирания их замками в отключенном и включенном положениях.

РУ и подстанции выше 1кВ должны быть оборудованы стационарными заземляющими ножами, обеспечивающими в соответствии с требованиями безопасности заземление аппаратов и ошиновки, как правило, без применения переносных заземлителей.

Заземляющие ножи должны быть окрашены в черный цвет. Рукоятки приводов заземляющих ножей должны быть окрашены в красный цвет, а рукоятки других приводов - в цвета оборудования.

В местах, в которых стационарные заземляющие ножи не могут быть применены, на токоведущих и заземляющих шинах должны быть подготовлены контактные поверхности для присоединения переносных заземляющих проводников.

На трансформаторы напряжения заземление сборных шин должно осуществляться, как правило, заземляющими ножами разъединителей трансформаторов напряжения.

Указатели уровня и температуры масла маслонаполненных трансформаторов и аппаратов и другие указатели, характеризующие состояние оборудования, должны быть расположены таким образом, чтобы были обеспечены удобные и безопасные условия для доступа к ним и наблюдения за ними без снятия напряжения (например, со стороны прохода в камеру). Для отбора проб масла расстояние от уровня пола или поверхности земли до крана трансформатора или аппарата должно быть не менее 0,2 м или должен быть предусмотрен соответствующий проем.

Электропроводка цепей защиты, измерение, сигнализация и освещение, приложенные по электротехническим устройствам с масляным наполнением, должны быть выполнены проводами с маслостойкой изоляцией.

Для предотвращения растекания масла и распространение пожара при повреждениях маслонаполненных силовых трансформаторов (реакторов) с массой масла более 1т в единице (одном баке) и баковых выключателей 110 кВ и выше должны быть выполнены маслоприемники, маслоотводы и маслосборники с соблюдением следующих требований:

1. Габариты маслоприемника должны выступать за габариты единичного электрооборудования не менее чем на 0,6 м примасе масла до 2т; 1 м при массе более 2 до 10т; 2 м при массе более 50 т. При этом габариты маслоприемника можно принять меньше на 0,5 м со стороны стены или перегородки, расположенной от трансформатора на расстоянии менее 2 м.

Объем маслоприемника должен быть рассчитан на одновременный прием 100% масла, содержащегося в корпусе трансформатора.

У баковых выключателей маслоприемники должны быть рассчитаны на прием 80% масла, содержащегося в одном баке.

2. Устройство маслоприемников и маслоотводов должно исключать переток масла (воды) из одного маслоприемника в другой, растекания масла по кабельным и другим подземным сооружениям, распространение пожара, засорение маслоотвода и забивку его снегом, льдом и т.п.

3. Для трансформаторов (реакторов) мощностью до 10 мВА допускается выполнение маслоприемников без отвода масла. При этом маслоприемники должны выполняться заглубленными, рассчитанными на полный объем масла, содержащегося в установленном над ним оборудовании, и зарываться металлической решеткой, поверх которой должен быть насыпан толщиной не менее 0,25 м слой чистого гравия или промытого гранитного щебня либо непористого щебня другой породы с частицами от 30 до 70 мм.

Удаление масла и воды из заглубленного маслоприемника должно предусматриваться переносным насосным агрегатом. При применении маслоприемника без отвода масла рекомендуется выполнение простейшего устройства для проверки отсутствия масла (воды) в маслоприемнике.

4. Маслоприемники с отводом масла могут выполняться как заглубленного типа (дно ниже уровня окружающей планировки земли), так и незаглубленного типа (дно на уровне окружающей планировки земли).

При выполнении заглубленного маслоприемника устройство бортовых ограждений не требуется, если при этом обеспечивается объем маслоприемника.

При проектировании систем электроснабжения и реконструкции электроустановок должны рассматриваться следующие вопросы:

1) перспектива развития энергосистем и систем электроснабжения с учетом рационального сочетания вновь сооружаемых электрических сетей с действующими и вновь сооружаемыми сетями других классов напряжения;

2) обеспечение комплексного централизованного электроснабжения всех потребителей электрической энергии, расположенных в зоне действия электрических сетей, независимо от их принадлежности;

3) ограничение токов КЗ предельными уровнями, определяемыми на перспективу;

4) снижение потерь электрической энергии;

5) соответствие принимаемых решений условиям охраны окружающей среды.

При этом должны рассматриваться в комплексе внешнее и внутреннее электроснабжение с учетом возможностей и целесообразности технологического резервирования.

При решении вопросов резервирования следует учитывать перегрузочную способность элементов электроустановок, а также наличие резерва в технологическом оборудовании.

3.2 Закрытые распределительные устройства

РУ напряжением до и выше I кВ, как правило, должны размещаться в отдельных помещениях. Это требование не распространяется на КТП с высшим напряжением до 35 кВ.

Допускается размещение ЗРУ напряжением до 1 кВ и выше в общем помещении при условии, что части РУ или подстанции напряжением до 1 кВ и выше будут эксплуатироваться одной организацией.

Помещения РУ, трансформаторов, преобразователей и т. п. должны быть отделены от служебных и других вспомогательных помещений.

Трансформаторные помещения и ЗРУ не допускается размещать:

1) под помещением производств с мокрым технологическим процессом, под душевыми, уборными, ванными и т. п. Исключения допускаются в случаях, когда приняты специальные меры по надежной гидроизоляции, предотвращающие попадание влаги в помещения РУ и подстанций;

2) непосредственно под и над помещениями, в которых может находиться более 50 чел. в период более 1 ч над и под площадью перекрытия трансформаторного помещения и ЗРУ.

Требование не распространяется на трансформаторные помещения, в которых установлены трансформаторы сухие или с негорючим наполнением.

Более подробные требования к ЗРУ изложены в ПУЭ.

Здание и помещение ЗРУ и камеры трансформаторов должны быть I или II степени огнестойкости.

Расстояние от отдельно стоящих зданий ЗРУ до производственных зданий и сооружений промышленных предприятий, следует принимать по СНиП П-89-80*.

Расстояние в свету между неизолированными токоведущими частями разных фаз, от неизолированных токоведущих частей до заземленных конструкций и ограждений, пола и земли, а так же между неогражденными токоведущими частями разных цепей должны быть не менее значений, приведенных в таблице.

Таблица 5. Наименьшее расстояние в свету от токоведущих частей до различных элементов ЗРУ

Наименование расстояний	Обозначение	Изоляционное расстояние, мм для напряжения 6 кВ
1.От токоведущих частей до заземленных конструкций и частей зданий.	Аф-з	90
2.Между проводниками разных фаз.	Аф-ф	100
3.От токоведущих частей до сплошных ограждений	Б	120
4. От токоведущих частей до сетчатых ограждений	В	190
5.Между неограниченными токоведущими частями разных цепей	Г	2000
6.От неограниченных токоведущих частей до пола	Д	2500
7.От неограниченных выводов из ЗРУ до земли при выходе их не на территорию ОРУ и при отсутствии проезда под выводами	Е	4500
8.От контакта и ножа разъединителя в отключенном положении до ошиновки, присоединенной ко второму контакту	Ж	110

Гибкие шины в ЗРУ следует проверять на их сближение под действием токов КЗ в соответствии с требованиями.

Расстояние от контактов и ножей разъединителей в отключенном положении до ошинковки своей фазы, присоединенной ко второму контакту, должно быть не менее значения 110 мм.

Ширина коридора обслуживания должна обеспечивать удобное обслуживание установки и перемещение оборудования, причем она не менее 1 м при одностороннем расположении оборудования и 1,2 м при двустороннем расположении оборудования.

Трансформаторы установлены так, чтобы были обеспечены удобные и безопасные условия длянаблюдение за уровнем масла в маслоуказателях без снятия напряжения. При установке расширителя на отдельной конструкции она располагается так, чтобы не препятствовать выкатке трансформатора с фундамента.

3.3 Установка силового трансформатора

Трансформатор устанавливается так, чтобы отверстие выхлопной трубы не было направлено на близко установленное оборудование. Для выполнения этого требования допускается установка заградительного щита против отверстия трубы.

Для трансформаторов, устанавливаемых внутри помещений, расстояние в свету от наиболее выступающих частей трансформаторов, расположенных на высоте 1,9 м от пола, должны быть не менее:

1. До задней и боковых стен - 0,3 м для трансформаторов мощностью до 0,4 МВА и 0,6 м для трансформаторов большей мощности.

2. Со стороны входа: до полотна двери или выступающих частей двери - 0,6 м для трансформаторов мощностью до 0,4 мВА.

Разделительные перегородки должны иметь предел огнестойкости не менее 1,5 м, ширину не менее ширины маслоприемника (гравийной подсыпки) и высоты не менее высоты вводов высшего напряжения. Перегородки должны устанавливаться за пределами маслоприемника.

Расстояние в свету между трансформатором и перегородкой должно быть не менее 1,5 м.

Пол камер масляных трансформаторов имеет уклон 2% в сторону маслоприемника. Двери (ворота) камер, содержащих маслонаполненное электрооборудование с массой масла более 60 кг, должен быть выполнен из трудносгораемых материалов и иметь предел огнестойкости не менее 0,75 ч, если они выходят в помещение, не относящиеся к данной подстанции, а также если они находятся между отсеками взрывных коридоров и РУ. В остальных случаях двери могут быть выполнены из сгораемых материалов и иметь меньший предел огнестойкости. Ворота камер с шириной створки более 1,5 м должны иметь калитку, если они используются для выхода персонала.

Непосредственно за дверью камер допускается устанавливать на высоте 1,2 м барьер (для осмотра трансформатора с порога, без захода в камеру).

Для демонтажа и монтажа узлов трансформатора и системы охлаждения обеспечен подъезд автокранов соответствующей грузоподъемности и длины стрелы и предусмотрены другие способы механизации монтажных работ на месте установки трансформатора4.

Мероприятия по совершенствованию охраны труда в помещении ЗТП

Разработанные мероприятия по охране труда в ЗТП представлены в таблице, где указаны ответственные за мероприятия, стоимость работ, количество работников, которым улучшаются условия труда.

Соглашение по охране труда работодателей и уполномоченных работниками представительных органов «ФКУ ИК-16»

Содержание мероприятий	Единица учета	Кол-во	Стоимость работ в рублях	Ответственный за выполнение мероприятий	Количество работ, которые улучшают условия труда	Количество работников, высвобожденных с тяжелых работ
					всего	в т.ч. женщин	всего	в т.ч. женщин
1. Доуком-плектовать пожарный щит	шт.	1	350	Главный энергетик, инженер по охране труда	10	-	-	-
2. Установить предупре-дительные знаки	шт.	2	100	Главный энергетик, инженер по охране труда	10	-	-	-
3. Приобрести и установить СИЗ	шт.	1	500	Главный энергетик, инженер по охране труда	10	-	-	-
4. Монтаж	шт.	1	1500	Главный энергетик, инженер по охране труда	10	-	-	-

4.1 Анализ состояния охраны труда

На подстанции обнаружены следующие недостатки охраны труда:

1. Не укомплектован пожарный щит (не хватает лопат, огнетушителей);

2. Не на всех электроустановках нанесены предупредительные знаки;

3. Отсутствует один изолирующий коврик в щитовой 0,4 кВ;

4. Заземление не соответствует конструкции ЗТП.

Схема травмоопасности на ЗТП

Безопасность при работе с электроустановками обеспечивается применением различных технических и организационных мер. Они регламентированы действующими правилами устройства электроустановок (ПУЭ). Технические средства защиты от поражения электрическим током делятся на коллективные и индивидуальные, на средства, предупреждающие прикосновение людей к элементам сети, находящимся под напряжением, и средства, которые обеспечивают безопасность, если прикосновение все-таки произошло.

Основные способы и средства электрозащиты:

- изоляция токопроводящих частей и ее непрерывный контроль;

-установка оградительных устройств;

-предупредительная сигнализация и блокировки;

-использование знаков безопасности и предупреждающих плакатов;

-использование малых напряжений;

-электрическое разделение сетей;

-защитное заземление;

-выравнивание потенциалов;

-зануление;

-защитное отключение;

-средства индивидуальной электрозащиты.

Изоляция токопроводящих частей - одна из основных мер электробезопасности. Согласно ПУЭ сопротивление изоляции токопроводящих частей электрических установок относительно земли должно быть не менее 0,5-10 М0м1. Различают рабочую, двойную и усиленную рабочую изоляцию.

Рабочей называется изоляция, обеспечивающая нормальную работу электрической установки и защиту персонала от поражения электрическим током. Двойная изоляция, состоящая из рабочей и дополнительной, используется в тех случаях, когда требуется обеспечить повышенную электробезопасность оборудования (например, ручного электроинструмента, бытовых электрических приборов и т.д.). Сопротивление двойной изоляции должно быть не менее 5 МОм, что в 10 раз превышает сопротивление обычной рабочей. В ряде случаев рабочую изоляцию выполняют настолько надежно, что ее электросопротивление составляет не менее 5 МОм и потому она обеспечивает такую же защиту от поражения током, как и двойная. Такую изоляцию называют усиленной рабочей изоляцией.

Существуют основные и дополнительные изолирующие средства. Основными называют такие электрозащитные средства, изоляция которых надежно выдерживает рабочее напряжение. Дополнительные электрозащитные средства усиливают изоляцию человека от токопроводящих частей и земли. В табл. 20.2 приведены основные сведения об изолирующих электрозащитных средствах.

Неизолированные токопроводящие части электроустановок, работающих под любым напряжением, должны быть надежно ограждены или расположены на недоступной высоте, чтобы исключить случайное прикосновение к ним человека. Конструктивно ограждения изготавливают из сплошных металлических листов или металлических сеток.

Для предупреждения об опасности поражения электрическим током используют различные звуковые, световые и цветовые сигнализаторы, устанавливаемые в зонах видимости и слышимости персонала. Кроме того, в конструкциях электроустановок предусмотрены блокировки - автоматические устройства, с помощью которых преграждается путь в опасную зону или предотвращаются

4.2 Расчет контура заземления для закрытой трансформаторной подстанции

Заземляющие устройства электроустановок напряжением выше 1 кВ в сетях с эффективно заземленной нейтралью, предназначенные для заземления электрооборудования, за исключением опор воздушных линий электропередачи (BJI), выполняют, соблюдая требования к сопротивлению заземляющего устройства или к напряжению прикосновения, а также к конструктивному выполнению и к ограничению напряжения на заземляющем устройстве.

Если заземляющее устройство выполняют, соблюдая требования к его сопротивлению, то значение последнего в любое время года должно быть не более 0,5 Ом, включая сопротивления естественных заземлителей. В целях выравнивания электрических потенциалов между электрооборудованием и землей и для присоединения этого оборудования к за-землителю на глубине 0,5…0,7 м от поверхности земли на территории, занятой оборудованием, прокладывают продольные и поперечные проводники, называемые горизонтальными заземлителями. Проводники соединяют между собой. В результате образуется заземляющая сетка.

Продольные горизонтальные заземлители прокладывают вдоль осей электрооборудования со стороны обслуживания на расстоянии 0,8…1,0 м от фундаментов или оснований оборудования. В том случае, когда стороны обслуживания обращены одна к другой и расстояние между фундаментами или основаниями рядов оборудования не превышает 3 м, допускается прокладывать один заземлитель для двух рядов оборудования. При этом расстояние от продольного заземлителя до фундаментов или оснований оборудования может быть увеличено до 1,5 м

Поперечные заземлители прокладывают на той же глубине в удобных местах между фундаментами оборудования. Для экономии металла и более равномерного выравнивания электрических потенциалов расстояния между поперечными заземлителями принимают увеличивающимися от периферии к центру заземляющей сетки. При этом первое и последующие расстояния, начиная от периферии, не должны превышать соответственно 4; 5; 6; 7,5; 9; И; 13,5; 16 и 20 м. Размер ячеек заземляющей сетки, примыкающих к местам присоединения к заземлителю короткозамыкателей и нейтралей силовых трансформаторов, не должен быть более 6X6 м2.

По краю территории, занимаемой заземляющим устройством, горизонтальные заземлители прокладывают с таким расчетом, чтобы в совокупности они образовывали замкнутый контур. Если этот контур располагается в пределах внешнего ограждения электроустановки, то у входов и въездов на ее территорию потенциал выравнивают, устанавливая два вертикальных заземлителя длиной 3…5 м. Расстояние между ними выбирают равным ширине входа или въезда. При помощи сварки эти заземлители присоединяют к внешнему горизонтальному заземлителю.

В электроустановках до и выше 1000 В для обеспечения безопасности людей, по условиям режимов работы сетей, защиты электрооборудования от грозовых и других мероприятий, должны быть сооружены заземляющие устройства и заземлены корпуса электрооборудования.

Расчет заземляющих устройств для ЗТП.

От подстанции отходят кабельные линии 0,4 кВ, на которых в соответствии с ПУЭ намечено соорудить повторные заземлители нулевого провода. Заземляющий контур в виде прямоугольного четырехугольника выполняют путем заложения в грунт вертикальных стальных стержней длиной 5 м и диаметром 12 мм, соединенных между собой стальной полосой 40х40 мм. Глубина заложения стержней 0,8 м, полосы 0,9 м. удельное сопротивление грунта 200 ОмЧм.

Определим расчетное сопротивление грунта для стержневых заземлителей:

где:

К_с - коэффициент сезонности, К_с = 1,25;

К - коэффициент, учитывающий влажность грунта, К = 1;

Определим сопротивление растеканию тока вертикального электрода по формуле:

где:

l - длина электрода, м;

h_ср. - глубина заложения, равная расстоянию от поверхности земли до середины стержня, м;