(5.3)

где: Кодн - коэффициент однотипности трансформатора тока, как правило принимается равным 1.

fi - относительная погрешность трансформатора тока, при выборе последних по кривым допустимых кратностей при 10 % - ной погрешности не превышает 0,1

?UI - относительная погрешность, обусловленная регулированием напряжения на первичной стороне трансформатора, принимаемая равной половине суммарного диапазона регулирования.

(?UI·Iк.з.макс.=I2нб - составляющая тока небаланса, обусловленная регулированием коэффициента трансформации силового трансформатора; Кодн·fi·Iк.з.макс=I1нб - составляющая тока небаланса, обусловленная погрешностью трансформатора тока.)

предварительно определяется первичный ток срабатывания защиты:

а) по условию стойкости от сброса тока намагничивания (ориентировочно)

К= 1,22-1,3 по РУ по релейной защите - коэффициент отстройки защиты от переходных намагничивающих токов. В тех случаях, когда расчетной является отстройка от броска намагничивающего тока, следует пользоваться более точными формулами;

б) по условию отстройки от максимального стока небаланса

, (5.4)

где: Кн - коэффициент надежности, учитывающий ошибку реле и необходимый запас (принимается для реле РНТ - 1,3 для реле ДЗТ - 1,5)

Принимается большие значения Iсз из полученных по первому и второму условию.

Производится предварительная проверка чувствительности защиты.

(5.5)

Поскольку расчетной является отстройкой от броска намагничивающего тока, ток срабатывание защиты должен быть выбран более точно, чем это сделано в п.4. При более точных расчетах Кч, как правило оказываются значительней выше. Определяется сопротивление системы в относительных единицах

 (5.6)

Сопротивление обмотки трансформатора

(5.7)

Суммарное сопротивление

(5.8)

Наибольший бросок однополярного тока в относительных единицах

(5.9)

здесь:

(5.10)

где: Вr=0,550,7 тл - предельная остаточная индукция

Вном.т=1,41,5 тл - амплитуда номинальной индукции сердечника.

Вs=1,93 - индукция насыщения (значения индукций берутся в зависимости от способа прокатки стали и марки стали).

Ток срабатывания защиты по условию отстройки от переходных намагничивающих токов с отрицательными полуволнами.

 (5.11)

где: Котп=0,24 - коэффициент отстройки защиты от переходных первичных намагничивающих токов с отрицательными полуволнами, в том числе и от периодических бросков тока.

Определяется ток срабатывания защиты по условию отстройки от вторичного тока при однополярных бросках тока намагничивания.

(5.12)

где: Котп=0,26 - коэффициент отстройки от вторичных токов с отрицательными полуволнами, возникающими в реле благодаря насыщению трансформаторов тока и поглощению ими апериодической слагающей при однополярных бросках намагничивающего тока силовых трансформаторов.

Принимаем Iс.з.=101 А

находится ток срабатывания реле для стороны 35 кВ.

(5.13)

Число витков первичной обмотки реле для стороны 35 кВ

(5.14)

Число витков первичной обмотки реле для стороны 6 кВ

 (5.15)

Уточненный первичный ток срабатывания защиты.

(5.16)

(составляющая Iзнб мала и не влияет на ток срабатывания защиты)

Коэффициент чувствительности защиты

(5.17)

Проверяем трансформаторы тока на погрешность:

, Ом; принимаем сечение провода = 2,5 мм2.

, Ом;

K10=4,65

Определяем по кривой кратности.

Zн.доп=2 Ом.

Zн.расч=1,49 Ом.

Выполнили проверку: по кривой 100/0-х погрешностей определяется допустимая внешняя вторичная нагрузка Zн.доп., соответствующая найденной кратности тока.

Zн.доп.= 2Ом1,49 Ом

5.3 Расчет МТЗ трансформаторов

Газовая защита не действует при к.з на выводах трансформатора и в его соединениях с выключателями, поэтому для отключения трансформатора при этих повреждениях на трансформаторах небольшой и средней мощности менее 6,3 МВА предусматривается токовая защита от многофазных к. з. Она содержит обычно две ступени: первую-токовую отсечку без выдержки времени, третью-максимальную токовую защиту. Токовая защита со ступенчатой характеристикой выдержки времени от многофазных к.з. Защита устанавливается со стороны источника питания непосредственно у выключателя, при этом в зону действия защиты входят трансформатор и его соединения с выключателями. Срабатывая, защита действует на отключение выключателей. Она выполнена посредством вторичных реле косвенного действия постоянном оперативном токе. Селективность отсечки обеспечивается выбором ее тока срабатывания по выражению Iс.зI= kотсI Iк.вн мах. Максимальный ток внешнего короткого замыкания Iк.вн тах определяется при повреждении на шинах низшего напряжения. Коэффициент отстройки kотс в зависимости от типа реле, принимается 1,2 ...2,0, при этом отсечка без выдержки времени оказывается отстроенной от бросков тока намагничивания. Сопротивление трансформатор: обычно достаточно велико, поэтому при к. з. со стороны питания; ток повреждения значительно превышает Iк.вн.мах Указанное соотношение токов дает возможность использовать токовую отсечку без выдержки времени в качестве защиты трансформаторов, причем она обычно обладает достаточной чувствительностью к коротким замыканиям со стороны питания kч?2,0.

Недостаток отсечки без выдержки времени состоит в неполной защите трансформаторов. В ее зону действия входит только часть обмотки. Защита не реагирует на короткие замыкания на выводах и в соединениях с выключателем со стороны низшего напряжения.

Для отключения коротких замыканий на выводах и в соединениях с выключателем со стороны низшего напряжения токовая отсечка без выдержки времени дополняется максимальной токовой защитой, полностью защищающей трансформатор и являющейся вместе с тем его защитой от сверхтоков внешних коротких замыканий. Получается защита со ступенчатой характеристикой выдержки времени без второй ступени.

При установке на трансформаторе защита действует на отключение выключателя со стороны высшего напряжения. При этом коэффициент чувствительности должен быть kч?1,5.

Ток срабатывания третьей ступени определяется выражением:

Iс.зIII>Iраб.мах (kотсIII kн/kв) (5.18)

Iр>Iраб.мах/nт kсх (kотсIII kн/kв) (5.19)

Выдержка времени:

tIII=tэл.мах+Дt (5.20)

tэл.мах максимальная выдержка времени защит со стороны приемной подстанции.

Расчет токовой отсечки для защиты трансформаторов от сквозных токов К3

Ток срабатывания реле:

А) расчетный (5.21)

Б) принятый

В) первичный (5.22)

где - коэффициент схемы,

- коэффициент надежности,

- коэффициент трансформаций ТТ,

- максимальный ток К3

Расчет максимальной токовой защиты от замыканиях на выводах трансформатора.

А) расчетный (5.23)

Б) принятый

В) первичный (5.24)

Тип выбранного реле тока марки РТ - 40 /100 для токовой отсечки без выдержки времени и реле марки РТ - 40/10 для МТЗ. Для осуществления выдержки времени применяем реле времени марки ЭВ - 133.

Напряжение срабатывания защиты определяется по следующему условию:

- для минимального реле напряжения, включенного на междуфазное напряжение, исходя из обеспечения возврата реле в условиях самозапуска после отключения внешнего короткого замыкания:

(5.25)

рекомендуется принимать равными 1.2.

Подставляя численные данные в формулы (2.40) и (2.41), получим:

Для тока срабатывания на стороне высокого напряжения

Для тока срабатывания на стороне низкого напряжения

Защита должна иметь необходимую чувствительность по току и по напряжению:

- для реле тока:

(5.26)

- для реле напряжения:

=1.5

=1.44

По условию коэффициенты чувствительности должны быть не менее 1.25. Условие выполняется.

Принимаем реле минимального напряжения марки РН-54, реле времени ЭВ-122.

Принимаем следующие схемы соединения трансформаторов тока и реле для токовых защит. Двухфазная трехрелейная с соединением трансформаторов и реле в неполную звезду. Трансформаторы тока устанавливаются в фазах А и С схема реагирует на все виды КЗ кроме замыкания на землю фазы где нет трансформатора тока. k сх (m) = k сх (3) = 1. Выполнение схемы без обратного провода недопустимо (для правильной работы схемы при КЗ в нем протекает ток). Чувствительность может оказаться в два раза ниже по сравнению с полной звездой при некоторых видах КЗ за трансформаторами соединением обмоток . Для определения погрешности трансформаторов тока принимаем двухфазное КЗ за трансформаторами , погрешность трансформаторов тока определяется:

, Ом; (5.27)

где - вторичная нагрузка трансформатора тока, Ом;

- сопротивление соединительных проводов, Ом;

- полное сопротивление реле, Ом;

- переходное сопротивление на контактах, Ом.

Переходное сопротивление на контактах принимается равное 0.1 Ом.

Сопротивление соединительных проводов определяется по формуле:

, Ом; (5.28)

где l - длина провода кабеля от трансформатора тока до реле, м;

j - удельная проводимость кабеля, м/(Ом мм2);

S - сечение кабеля, мм2.

Полное сопротивление определяется по формуле:

, Ом; (5.29)

где S - потребляемая мощность, ВА;

I - ток, при котором задана потребляемая мощность, А.

Для проверки полученных результатов определяется кратность тока по следующей формуле:

(5.30)

где - первичный номинальный ток трансформатора тока, А;

- первичный расчетный ток, А.

Сопротивление реле принимаем равным 0.8 Ом.

Расчет приведен для одного трансформатора, с наибольшей кратностью тока и таким образом с наименьшей допустимой нагрузкой.

, Ом; принимаем сечение провода 6мм2.

, Ом;

K10=8,75

Определяем по кривой кратности.

Zн.доп=1,2 Ом.

Zн.расч=1,14 Ом.

Выполнили проверку: по кривой 100/0-х погрешностей определяется допустимая внешняя вторичная нагрузка Zн.доп., соответствующая найденной кратности тока.

Zн.доп.=1,2Ом1.14 Ом

По кривым кратностей тока допустимая нагрузка составляет, т.е. трансформатор тока подходит.

5.4 Газовая защита

Газовая защита, как указывалось выше основана на использовании явления газообразования в баке поврежденного трансформатора. Интенсивность газообразования зависит от характера и размеров повреждения. Это дает возможность выполнить газовую защиту, способную различать степень повреждения, и в зависимости от этого действовать на сигнал или отключение.

Согласно ПУЭ газовая защита устанавливается: на трансформаторах мощностью 6,3 МВ А, на реакторах напряжением 500 кВ, для внутрицеховых ТП мощностью 630 кВА и более. Газовую защиту можно устанавливать на трансформаторах мощностью 1 - 4 МВА по спецзаказу.

Основным элементом газовой защиты является газовое реле KSG, устанавливаемое в маслопроводе между баком и расширителем. Принимаем более совершенно реле РГЧЗ-66 с чашкообразными элементами.

Элементы выполнены в виде плоскодонных алюминиевых чашек, вращающихся вместе с подвижными контактами вокруг осей. Эти контакты замыкаются с неподвижными контактами при опускании чашек. В нормальном режиме при наличии масла в кожухе реле чашки удерживаются пружинами. Система отрегулирована так, что масса чашки с маслом является достаточной для преодоления силы пружины при отсутствии масла в кожухе реле. Поэтому понижение уровня масла сопровождается опусканием чашек и замыканием соответствующих контактов. Сначала опускается верхняя чашка и реле действует на сигнал. При интенсивном газообразовании возникает сильный поток масла и газов из бака в расширитель через газовое реле. На пути потока находится лопасть, действующая вместе с нижней чашкой на общий контакт. Лопасть поворачивается и замыкает контакт в цепи отключения трансформатора, если скорость движения масла и газов достигает определенного значения, установленного на реле. Предусмотрены три уставки срабатывания отключающего элементы по скорости потока масла: 0,6; 0,91,2 м/с. При этом Время срабатывания реле составляет tс.р=0,05 ... 0,5с. Уставка по скорости потока масла определяется мощностью и характером охлаждения трансформатора.[9,96-109]

Монтаж газовой защиты связан с выполнением некоторых специфических требований: для беспрепятственного прохода газов в расширитель должен быть небольшой подъем (1,0-1,5% у крышки трансформатора и 2-4% у маслопровода) от крышки к расширителю; нижний конец маслопровода, входящий внутрь трансформатора, должен заделываться с внутренней поверхности крышки, а нижний конец выхлопной трубы - вдаваться внутрь трансформатора; контрольный кабель, используемый для соединения газового реле с панелью защиты или промежуточной сборкой зажимов, должен иметь бумажную, а не резиновую изоляцию, так как резина разрушается под действием масла; действие газовой защиты на отключение необходимо выполнить с самоудерживанием, чтобы обеспечить отключение трансформатора в случае кратковременного замыкания или вибрации нижнего контакта газового реле, обусловленных толчками потока масла при бурном газообразовании.

В схеме защиты на переменном оперативном токе самоудерживание достигается путем шунтирования нижнего контакта газового реле KSG верхним замыкающим контактом реле KL. Самоудерживание автоматически снимается после разрыва цепи отключения вспомогательным контактом выключателя.

Достоинства газовой защиты: высокая чувствительность и реагирование практически на все виды повреждения внутри бака; сравнительно небольшое время срабатывания; простота выполнения, а также способность защищать трансформатор при недопустимом понижении уровня масла по любым причинам. Наряду с этим защита имеет ряд существенных недостатков, основной из которых - не реагирование ее на повреждения, расположенные вне бака, в зоне между трансформатором и выключателями. Защита может подействовать ложно при попадании воздуха в бак трансформатора, что может быть, например, при доливке масла, после ремонта системы охлаждения и др. Возможны также ложные срабатывания защиты на трансформаторах, установленных в районах, подверженных землетрясениям. В таких случаях допускается возможность перевода действия отключающего элемента на сигнал. В связи с этим газовую защиту нельзя использовать в качестве единственной защиты трансформатора от внутренних повреждений.

Необходимо также отметить, что начальная стадия виткового замыкания может и не сопровождаться появлением дуги и газообразованием. В таком случае газовая защита не действует и витковые замыкания в трансформаторе могут длительно оставаться незамеченными. Можно создать защиту, позволяющую обнаружить витковые замыкания в начальной стадии и при отсутствии газообразования. Одна из таких защит основана на изменении пространственного распределения поля рассеяния обмоток.

6. Выбор автоматики ГПП

Перегрузка трансформаторов обычно не сопровождается понижением напряжения сети. Сверх токи перегрузки относительно не велики и допустимо их прохождение в течение некоторого времени, достаточного чтобы персонал принял меры к разгрузке. По нормам перегрузка током 1,6 Iном допустима в течение 45 минут. Поэтому защита трансформатора от перегрузки при наличие дежурного персонала выполняется с действием на сигнал.

Такая защита выполняется при помощи токовых реле с применением реле времени, которые позволяют продлевать выдержку времени срабатывания защиты.

Температура обмоток в трансформаторах измеряется косвенным путем через температуру масла. Для предотвращения старения и окисления масла, которое резко усиливается при превышение допустимой температуры более 950 С. На трансформаторах устанавливаются термометры.

На данных трансформаторах устанавливаются термометрические сигнализаторы марки ТС он позволяет дистанционно производить измерение температуры масла внутри кожуха трансформатора. Термометрические сигнализаторы имеют контакты в цепи сигнализации и цепи отключения, пределы измерения температуры от 20 до 110 0 С. При его помощи подаются команда на включение реле обдувки трансформатора и тем самым регулируется температура масла.

Автоматическая аварийная разгрузка трансформаторов. Действует аналогично действию защиты от перегрузки. При этом вместо реле времени применяется много позиционное реле, имеющее множество контактов и позволяющее изменять выдержку времени до 10 минут и более. При действие автоматики потребители отключаются очередями. Выдержка времени первой очереди принимается в пределах 5 - 10 минут. Если перегрузка трансформатора не устраняется продолжается отключение других очередей с выдержкой времени с шагом через 30 секунд с оставшейся нагрузкой трансформатор должен работать в течение 1,5 - 2 ч. За это время персонал должен принять меры по разгрузке трансформатора. Ток срабатывания пускового органа принимаем.

(6.1)

Тип выбранного реле тока марки РТ - 40 /10.

Автоматическое регулирование напряжения трансформаторов. Нормальная работа потребителей электроэнергии обеспечивается при определенном напряжение. Отклонение от номинала приводит к снижению качества продукции, порче электрооборудования. Трансформаторы снабжены устройством РПН, позволяющим автоматически регулировать напряжение путем переключения числа обмоток одной из обмоток под нагрузкой. Система РПН устанавливается с высокой стороны трансформатора. Основными характеристиками системы РПН является: ступень регулирования Uст=1,25 - 2,5 %; точность регулирования; выдержка времени что бы исключить срабатывания при кратковременных отклонениях напряжения.

Известно, что значительную часть стоимости подстанций составляет стоимость выключателей на стороне высшего напряжения. Связи с этим все более широко применяются подстанции, выполненные по схемам с минимальным количеством выключателей на стороне высшего напряжения. Технико-экономический эффект от применения таких подстанций заключается в возможности отказаться не только от выключателей, но и от аккумуляторных батарей и компрессорных установок. Важным фактором являет также уменьшение площади участка, занимаемого подстанцией, кроме того, резкое сокращение сроков строительства. Одновременно снижаются расходы на эксплуатацию таких подстанций благодаря автоматизации. Наибольшее распространение получили схемы подстанций с использованием комплектов отделитель-короткозамыкатель. Все эти схемы имеют разные возможности для обеспечения требуемой защиты и автоматики подстанций. Их можно классифицировать, например, по способу отключения поврежденного трансформатора подстанции. В одних случаях трансформатор отключается головным выключателем линии и для этого необходимо создавать искусственные короткие замыкания или использовать средства телемеханики, а на трансформаторе устанавливать релейную защиту, в других - трансформатор отключается плавкими предохранителями, выполняющими также функции защиты.[10,47-68]

Подстанции без коммутационной аппаратуры на стороне высшего напряжения являются наиболее простыми. Трансформатор присоединяется к линии по схеме блока линия-трансформатор Л-Т. При повреждении трансформатора подстанция отключается головным выключателем, установленным в начале линии. При этом если релейная защита линии имеет достаточную чувствительность к повреждениям на выводах низшего напряжения трансформатора, то на трансформаторе защиту со стороны высшего напряжения можно не устанавливать. Для предотвращения повреждений обмоток трансформатора при внешних коротких замыканиях выдержка времени защиты линии должна быть не больше времени термической стойкости защищаемого трансформатора. Однако защита линии часто не обладает достаточной чувствительностью и необходимым быстродействием при повреждении внутри трансформатора. В таких случаях на трансформаторе предусматривается собственная релейная защита. Она, как и защита линии, действует на отключение головного выключателя. Отключающий сигнал передается с помощью устройств телемеханики, что может привести к усложнению и удорожанию защитного устройства, поэтому целесообразна разработка простейших устройств телемеханики, рассчитанных на передачу одной-двух команд, способных работать как по каналу телемеханики, так и с аппаратурой высокочастотной телефонной связи без специально выделенных каналов, например с аппаратурой ВЧА-СЧ. Это позволяет телемеханизировать значительную часть подстанций упрощенного типа распределительных сетей 35-110 кВ без существенных дополнительных капитальных вложений и при минимальном объеме монтажных и наладочных работ. При наличии на таких подстанциях короткозамыкателей за ними могут сохраняться только функции резервирования. Такое устройство телеотключения (ТО) для совместной работы с аппаратурой высокочастотной связи типов ВЧА-СЧ, АСК-1

Устройства автоматического включения резервного источника (УАВР). В системах электроснабжения при наличии двух (и более) источников питания часто целесообразно работать по разомкнутой схеме. При этом все источники включены, но не связаны между собой, каждый из которых обеспечивает питание выделенных потребителей. Такой режим работы сети объясняется необходимостью уменьшить ток к.з., упростить релейную защиту, создать необходимый режим по напряжению, уменьшить потери электроэнергии и т.п. однако при этом надежность электроснабжения в разомкнутых сетях оказывается более низкой, чем в замкнутых, так как отключение единственного источника приводит к прекращению питания всех его потребителей. Электроснабжения потребителей, потерявших питание, можно восстановить автоматическим подключением к другому источнику питания с помощью устройства автоматического включения резервного источника (УАВР).

Они должны удовлетворять основным требованиям:

Находится в состоянии постоянной готовности к действию и срабатывать при прекращении питания потребителей по любой причине и наличии нормального напряжения на другом, резервном для данных потребителей источнике питания.

Иметь минимально возможное время срабатывания tАПВ1. Это необходимо для сокращения продолжительности перерыва питания потребителей и обеспечения потребителей и обеспечения самозапуска электродвигателей.

Обладать однократностью действия, что необходимо для предотвращения много кратного включения резервного источника на устойчивое к.з.

обеспечивать вместе с защитой быстрое отключение резервного питания и его потребителей от поврежденной резервируемой секции шин и тем самым сохранять их нормальную работу. Для этого предусматриваются ускорение защиты после АВР.

Не допускать опасных несинхронных включений синхронных электродвигателей и перегрузок оборудования.

Принимается меньшее значение напряжения срабатывания и получаем:

(6.2)

принимаем реле напряжения РН-54/48, с напряжением уставки 12…48 В.

Принимаем трансформатор тока ТПШЛ-10, трансформатор напряжения НТМИ - 6.

Устройства автоматического повторного включения (АПВ). Большинство повреждений воздушных линий электропередачи возникает в результате схлестывания проводов при сильном ветре и гололеде, нарушения изоляции во время грозы, падения деревьев, набросав, замыкания проводов движущимися механизмами и т.п. Эти повреждения неустойчивы и при быстром отключении поврежденной линии самоустраняются. В этом случае она остается в работе и электроснабжение потребителей не прекращается. Повторное включение осуществляется автоматически устройством автоматического повторного включения (УАПВ). Устройствами АПВ должны оборудоваться воздушные и смешанные кабельно- воздушные линии всех типов напряжением выше 1 кВ при наличии соответствующих коммутационных аппаратов. В эксплуатации применяются устройства АПВ, различающиеся по следующим основным признакам: по числу фаз выключателей, включаемых устройством АПВ - трехфазное и однофазное; по способу проверки синхронизма при АПВ - для линий с двухсторонним питанием; по способу воздействия на привод выключателя - механические и электрические; по кратности действия - однократного и многократного действия.[11,79-93]

Все АПВ должны удовлетворять основным требованиям:

Они должны находится в состоянии постоянной готовности к действию и срабатывать при всех случаях аварийного отключения выключателя.

Устройства АПВ должны иметь минимально возможное время срабатывания tАПВ1 для того, чтобы сократить продолжительность перерыва питания потребителей. Для успешного действия АПВ необходимо, чтобы время срабатывания tАПВ1 было больше: времени tг.п., необходимо для восстановления готовности привода к работе на включение.

tАПВ1tг.п.+ tзап=0,5….0,8 с. (6.3)

где: tг.п=0,2- готовность привода к работе на включение.

tзап=0,5- время, принимаемое равным ступени селективности защиты линии, с;

tАПВ1=0,7 с.

В отдельных случаях для воздушных линий разрешается принимать время несколько повышенной - около нескольких секунд.

3. Автоматически с заданной выдержкой времени устройства АПВ должны возвращаться в состояние готовности к новому действию после включения в работу выключателя. При выборе выдержки времени tАПВ2 на возраст АПВ в состояние готовности к действию должны выполнятся следующие требования: устройство не должно производить многократные включения выключателя на неустранившееся короткое замыкание, что обеспечивается при условии, если релейная защита с максимальной выдержкой времени tс.з.мах. успеет отключить выключатель, включенный на короткое замыкание, раньше, чем устройство АПВ вернется в состояние готовности к новому действию буде находится по формуле:

(6.4)

где: максимальная выдержка времени;

время, принимаемое равным ступени селективности защиты линии;

время включения выключателей, с.

- время отключения выключателей, с.

- время первого повторного срабатывания, с;

Устройство должно быть готовым к действию не раньше, чем это допускается по условиям работы выключателя после успешного включения его в работу устройством АПВ.

Устройства АПВ на линиях с двухсторонним питанием необходимо учитывать, что для восстановления работоспособности поврежденные линии требуется ее отключение и включение с двух сторон. В связи с этим устройства АПВ следует устанавливать на выключателях обоих концов защищаемого элемента. Необходимо также учитывать возможность несинхронного повторного включения и в ряде случаев принимать специальные меры, чтобы не допускать такое включение. Это достигается с помощью специальных органов, состоящих из реле, контролирующего наличие напряжения на линии, и реле контроля синхронизма. Устройства АПВ, дополненные этими органами, называются УАПВ с контролем синхронизма.

Быстродействующее УАПВ не требует каких-либо дополнительных устройств, разрешающих его действие. В настоящее время только воздушные выключатели обладают достаточным для осуществления быстродействующего АПВ временем отключения. При этом поврежденная линия должна отключатся с двух сторон быстродействующими защитами без выдержки времени.

Несинхронное УАПВ можно применять, если после несинхронного включения обеспечивается быстрая ресинхронизация и если, несмотря на понижение напряжения, не нарушается устойчивость основных нагрузок. Для облегчения ресинхронизации при несинхронном АПВ устройства автоматики должны осуществлять определенные операции.

Согласование действия устройств АПВ, АВР, АЧР. Эффективность от внедрения этих устройств обеспечивается, если их действия будут между собой согласованы. Так, например, согласованием выдержек времени УАВР и УАПВ, установленных в разных точках сети, можно сохранить питание наибольшего числа потребителей при отключении поврежденного элемента в системе электроснабжения. Действие УАЧР имеет смысл и разгрузка возможна, если отключенные потребители не включаться повторно устройствами АПВ, а устройства АВР не восстанавливают их питание от тех же источников. Действие УАПВ и УАВР необходимо согласовать так, чтобы при повреждении любой из линий и отключении ее соответствующей защитой устройства автоматики попытались восстановить электроснабжение потребителей от своего источника питания. Это значит, что первым после отключения линии должно действовать УАПВ и после его неудачного действия потребители устройством АВР подключаются к резервному источнику питания.

7. Заземляющая сеть ГПП

7.1 Расчет заземляющего устройства

По требованиям ПУЭ все электроустановки должны быть заземлены.

Принимаем сплошное контурное заземление с соединением вертикальных заземлителей между собой горизонтальными стальными полосами. Всё заземляющее устройство заглубляем на глубину 0.7 м.

Расчет заземляющих устройств сводится к расчету заземлителя, так как заземляющие проводники в большинстве случаев принимают по условиям механической прочности и стойкости к коррозии по ПУЭ.

Дополнительно имеем исходные данные: территория подстанции занимает 1400 м2. В качестве естественного заземлителя используется система трос-опоры двух подходящих к подстанции воздушных линий электропередач 35 кВ с сопротивлением заземлителя 1.2 Ом. Расчетный ток замыкания на землю на стороне 35 кВ составляет 40 А, на стороне 6 кВ - 30 А.

Сопротивление заземлителя растеканию тока Rз согласно требованиям ПУЭ должно быть не более 0,5 Ом.

Сопротивление искусственного заземлителя рассчитывается с учетом использования системы трос-опоры:

Ом, (7.1)

Ом.

Составляем предварительную схему заземлителя, приняв контурный (распределенный) тип заземлителя, т.е. в виде сетки из горизонтальных полосовых и вертикальных стержневых электродов. Выбираем круглые заземлители диаметром 10 мм2 и длиной 5 м

Определим расчетные сопротивления растеканию электродов - вертикального Rв горизонтального Rг по формулам:

, Ом (7.2)

, Ом (7.3)

где расч.в и расч.г - расчетные удельные сопротивления земли соответственно для вертикального и горизонтального заземлителей;

t- глубина заложения заземлителя в землю, t0=0.8 м

Ом,

Ом.

По предварительной схеме определяем суммарную длину горизонтальных и количество вертикальных электродов: Lг=600 м, n=30 шт.

Составляем расчетную модель заземлителя в виде квадратной сетки площадью S=1400 м2. Длина одной стороны ее будет м.

Количество ячеек по одной стороне модели:

(7.4)

шт.

Принимаем m=7.

Уточняем суммарную длину горизонтальных электродов:

, м, (7.5)

м.

Длина стороны ячейки в расчетной модели:

, м, (7.6)

м.

Расстояние между вертикальными электродами:

, м, (7.7)

м.

Принимаем а=5 м.

Суммарная длина вертикальных электродов:

, м, (7.8)

м.

Таким образом, искусственный заземлитель подстанции выполнен из горизонтальных пересекающихся полосовых электродов сечением 440 мм2 общей длиной не менее 592 м и вертикальных стержневых электродов в количестве не менее 30 шт, диаметром 10 мм2 и длиной 5 м, размещенных по периметру подстанции по возможности равномерно, т.е. на одинаковом расстоянии один от другого. Глубина погружения электродов в землю 0.7 м.

Рисунок 7.1 - План подстанции и схема заземлителя

7.2 Молниезащита

Молниезащитой называется комплекс мероприятий по защите зданий и сооружений от последствий грозовых явлений, происходящих как в результате первичных воздействий на сооружения при поражении их прямыми ударами молний, так и от вторичных воздействий молний, а также в результате заноса на объект высоких потенциалов (от заземлителя молниеотвода) через подземные коммуникации (трубы и кабели), связанные с защищаемым сооружением.

Наиболее опасным проявлением молнии сточки зрения поражения зданий и сооружений является прямой удар. Для защиты от прямых ударов молний зданий, сооружений и промышленных установок применяют молниеотводы.

Ожидаемое число поражений молний в год зданий и сооружений высотой не более 60 м, определяется по формуле:

, (7.9)

где В - ширина защищаемого объекта, м;

L - длина защищаемого объекта, м;

n - среднее число поражений молнией 1 км2 земной поверхности в год, значение которого для РЭСn=10;

hx - высота объекта по его боковым сторонам, м.

.

Исходя из этого, ГПП относится ко второй категории устройства молниезащиты и к зоне защиты типа Б.

Для защиты ГПП в соответствии с ПУЭ принимаем двойной стержневой молниеотвод высотой 15 м.

Параметры зоны защиты для зоны Б, определяем по формуле:

, м, (7.10)

, м, (7.11)

. (7.12)

Зоны защиты двойного молниеотвода для зоны Б, которая имеет место при L5h, при L1,5h (151.515=22.5), имеют следующие размеры:

, м , (7.13)

; , (7.14)

, м, (7.15)

м,

, м, (7.16)

м.

Зоны защиты построим для двух уровней hx1=2.5 м и hx2=8 м. Радиусы зон защиты rx1 и rx2 составят:

, м, (7.17)

м,

, м, (7.18)

м.

Определим параметры hc, rcx1 и rcx2:

м,

м,

 м.

На основании полученных значений построим зоны защиты ГПП на уровне забора 2,5 м и уровне осветительной вышки 8м. Зоны защиты ГПП представлены на рисунке 7.1.

Помимо выбора и установки молниеотводов и определения защитной зоны, для заземления молниеотводов предусматриваем по четыре вертикальных электрода, соединенных между собой стальной полосой. Для защиты ГПП от вторичных проявлений молнии, электромагнитной и электростатической индукции и заноса высоких потенциалов на ней надежно заземляем все проводящие элементы. [12,129-141]

Рисунок 7.2 - Схема молниезащиты

8. Промышленная экология

8.1 Вред, наносимый окружающей среде предприятием

Промышленная площадка РЭС посёлка Затобольск находится в степной ландшафтной зоне умеренного пояса. Одной из отличительных особенностей этой зоны является преобладание равнинного характера рельефа.

Климат района резко континентальный, характеризуется резкими колебаниями температуры в течение суток и года, сильными и довольно частыми ветрами.

Температура воздуха в течение года колеблется в пределах от макси-мальной +40єС до минимальной - 40 єС. Весна и осень отличаются кратковременностью, с резкой сменой тепла и холода. Среднегодовое количество осадков 317 мм. Среднее число дней с туманом - 37, число дней с пыльной бурей - 16,7.

Среднегодовая скорость ветра составляет 5,5 м/с. Максимальная скорость ветра достигает 25 м/с. В теплое время года преобладают северо-восточные, а в зимний период - юго-западные ветры.

8.2 Влияние электромагнитных колебаний на организм человека

В процессе эксплуатации электроустановок - открытых распределительных устройств (ОРУ) и воздушных линий (ВЛ) электропередачи - отмечено ухудшение состояния здоровья персонала, обслуживающего эти установки. Субъективно это выражается в ухудшении самочувствия работающих - повышенная утомляемость, вялость, головные боли, плохой сон, боли в сердце и т.п.

Специальные наблюдения и исследования позволили установить, что фактором, влияющим на здоровье обслуживающего персонала, является электромагнитное поле, возникающее в пространстве вокруг токоведущих частей действующих электроустановок.

Интенсивное электромагнитное поле промышленной частоты вызывает у работающих нарушение функционального состояния центральной нервной системы, сердечной деятельности и системы кровообращения. При этом наблюдается повышенная утомляемость, снижение точности рабочих движений, изменение кровяного давления и пульса, возникновение болей в сердце, сопровождающихся сердцебиением и аритмией, и т.п.

Эффект воздействия электромагнитного поля на биологический объект принято оценивать количеством электромагнитной энергии, поглощаемой этим объектом при нахождении его в поле. Электромагнитное поле можно рассматривать состоящим из двух полей: электрического и магнитного. Можно также считать, что в электроустановках электрическое поле возникает при наличии напряжения на токоведущих частях, а магнитное - при прохождении тока по этим частям.

При малых частотах, в том числе при 50 Гц, электрическое и магнитное поля практически не связаны между собой, поэтому их можно рассматривать отдельно друг от друга и также отдельно рассматривать влияние, оказываемое ими на биологический объект. Исходя из этого опреде-лена поглощаемая телом человека энергия электрического и магнитного полей. При этом в любой точке электромагнитного поля, возникающего в электроустановках промышленной частоты, поглощенная телом человека энергия магнитного поля примерно в 50 раз меньше поглощенной им энер-гии электрического поля. Вместе с тем измерениями в реальных условиях установлено, что напряженность магнитного поля в рабочих зонах ОРУ и ВЛ напряжением до 750 кВ включительно на превышает 20-25 А/м, в то время как вредное действие магнитного поля на биологический объект проявляется при напряженности 150-200 А/м.

Это позволило сделать вывод, что отрицательное действие на организм человека электромагнитного поля в электроустановках промышленной частоты обусловлено электрическим полем; магнитное же поле оказывает незначительное биологическое воздействие и в практических условиях им можно пренебречь.

Процесс биологического действия электрического поля на организм человека изучен недостаточно. Предполагается, что нарушение регуляции физиологических функций организма - изменение кровяного давления, пульса, нарушение сердечного ритма - обусловлено воздействием поля на различные отделы нервной системы.

При этом повышение возбудимости центральной нервной системы происходит за счет рефлекторного действия поля, а тормозной эффект вызывается прямым воздействием поля на структуры головного и спинного мозга. Считается, что кора головного мозга, а также промежуточный мозг особенно чувствительны к воздействию электрического поля.

Предполагается также, что основным материальным фактором, вызывающим такие изменения в организме, является индуцируемый в теле ток и в значительно меньшей мере - электрическое поле.

9. Охрана труда

Закон Республики Казахстан от 3 апреля 2002 года № 314 регулирует правовые отношения в области обеспечения безопасной эксплуатации опасных производственных объектов и направлен на предупреждение аварий на опасных производственных объектах, обеспечение готовности организаций к локализации и ликвидации их последствий, гарантированного возмещения убытков, причиненных авариями физическим и юридическим лицам, окружающей среде и государству.

Правовое регулирование в области трудовых отношений и охраны труда, экологической, пожарной безопасности, безопасности при использовании атомной энергии и космического пространства, уничтожении химического и ядерного оружия, использовании и утилизации боеприпасов осуществляется специальным законодательством Республики Казахстан.

Согласно статье 2 закона № 314, законодательство Республики Казахстан в области промышленной безопасности основывается на Конституции Республики Казахстан и состоит из настоящего Закона и иных нормативных правовых актов Республики Казахстан.

Закон Республики Казахстан от 28 февраля 2004 года № 528 регулирует общественные отношения в области охраны труда в Республике Казахстан и направлен на обеспечение безопасности, сохранение жизни и здоровья работников в процессе трудовой деятельности, а также устанавливает основные принципы государственной политики в области безопасности и охраны труда.

По статье 17 закона № 528 лица, виновные в нарушении законодательства Республики Казахстан в области промышленной безопасности, несут ответственность в соответствии с законодательными актами Республики Казахстан.

9.1 Анализ вредных производственных факторов в РЭС

Опасными факторами на заводе являются:

-- наличие оборудования с подвижными и вращающимися частями (точильные, фрезерные, сверлильные, шлифовальные станки);

-- возможное падение грузов при перемещении их по территории цеха с помощью кран-балок;

-- возможность получения ожогов кожи и сетчатки глаз при проведении сварочных работ;

-- возможность поражения электрическим током при работе с электрооборудованием и вблизи открытых токоведущих цепей.

Все рассмотренные выше факторы могут привести к несчастным случаям и даже к смерти.

Вредными факторами производства являются:

-- повышенный уровень шума и вибрации при работе оборудования;

-- выделение вредных газов при проведении электросварочных работ;

-- повышенная температура воздуха в помещении вследствие работы нагревательных элементов оборудования;

-- образование металлической и других видов пыли при работе точильного и шлифовального оборудования.

9.2 Мероприятия по снижению опасных и вредных факторов

Для всех групп станков общие требования безопасности заключаются прежде всего в правильном размещении оборудования в соответствии с технологией производства, соблюдением допустимых расстояний между станками и от станков до стен и колонн здания, предписываемых правилами ТБ и производственной санитарии при обработке металлов для предприятий электротехнической промышленности. Несоблюдение этих правил приводит к загромождению рабочих мест и может быть одной из причин травмирования.

Основными видами травм при работе на станках являются: ранения рук, глаз, лица, ушибы тела.

При выполнении сверлильных, фрезерных и других работ возникает опасность захвата одежды и ранения рук. Одежда станочника должна быть прилегающей, прическа убрана под головной убор (берет, косынка и др.). Работать в рукавицах или перчатках, а также с забинтованными пальцами рук недопустимо ввиду опасности захвата их режущим инструментом.

Основные требования ТБ при работе ручным инструментом: обученность работе с инструментом, исправность инструмента и применение его только по назначению.

Электрифицированный инструмент, независимо от его исправности, необходимо периодически, не реже двух раз в год разбирать, проверять, смазывать. При использовании электрифицированного инструмента необходимо проверить отсутствие замыкания на корпус, исправность изоляции питающих проводов, наличие изоляции токоведущих частей и соответствие инструмента условиям работы. К работе с электроинструментом допускаются только рабочие, прошедшие соответствующее обучение и имеющие квалификационную группу. Работать электроинструментом следует в спецодежде без свисающих концов, обшлага рукавов должны быть обвязаны, а шарфы заправлены.

9.3 Пожарная безопасность

Пожаром называется неконтролируемое горение вне специального очага, наносящее материальный ущерб. Согласно ГОСТ 12.1.033-81 понятие пожарная безопасность означает состояние объекта, при котором с установленной вероятностью исключается возможность возникновения и развития пожара и воздействия на людей опасных факторов пожара, а также обеспечивается защита материальных ценностей.

Пожарная безопасность на предприятии обеспечивается системой предотвращения пожара путем организационных мероприятий и технических средств, обеспечивающих невозможность возникновения пожара, а также системой пожарной защиты, направленной на предотвращение воздействия на людей опасных факторов пожара и ограничения местного ущерба от него.

Основными факторами пожара для людей являются открытый огонь и искры, повышенная температура воздуха и предметов, токсичные продукты горения, дым, пониженная концентрация кислорода в воздухе, обрушение и повреждение зданий и сооружений, установок, а также взрывы.

Наибольшую пожарную опасность представляют электрические печи, масляный трансформатор цеховой ТП, а также проведение сварочных работ.

Пожар в маслонаполненном трансформаторе может быть вызван выбросом масла и его паров при коротком замыкании внутри трансформатора и несрабатывании газовой защиты.

Трансформаторное масло горит со значительным выделением продуктов неполного сгорания в виде окиси углерода СО, что представляет еще большую опасность для жизни людей находящихся поблизости.

Тушение пожаров в электроустановках имеет свои особенности. Если горящая электроустановка не отключена и находится под напряжением, то ее тушение представляет опасность поражения электрическим током. Как правило, тушить ручными средствами пожар электрооборудования следует при снятом напряжении. Если почему-либо снять напряжение невозможно, то допускается тушение установки находящейся под напряжением, но с соблюдением особых мер электробезопасности, которые предусмотрены Инструкцией по тушению пожаров в электроустановках электростанций и подстанций.

При пожаре трансформатора он должен быть отключен со всех сторон, после чего немедленно следует приступать к тушению воздушно-механической пеной, распыленной водой или огнетушителями.

Для предотвращения растекания масла по территории и распространения пожара, под трансформатором предусматривается маслосборник, способный вместить весь объем масла трансформатора.

Для быстрой ликвидации очага загорания, или локализации огня до прибытия пожарной команды применяются ручные огнетушители ОУ-5 и ОВП-10. Два огнетушителя ОУ-5 находятся в цеховой ТП, один ОВП-10 на сварочном участке и по два на пожарных щитах термического и ремонтного участков.

Для быстрого извещения службы пожарной охраны о возникшем пожаре в каком-либо помещении или сооружении предприятия применяется пожарная сигнализация.

Система автоматической пожарной сигнализации состоит из извещателей-датчиков, устанавливаемых в защищаемых от пожара помещениях; приемной станции, в помещении противопожарной службы; источников электропитания и электрической сети, связывающей извещатели с приемной станцией.

Помимо автоматической пожарной сигнализации применяется сигнализация ручного действия. Ручные извещатели типа ПКИЛ-7 с кнопочным управлением располагают на заметных местах. Для вызова пожарной команды следует разбить стекло на корпусе извещателя и нажать кнопку.

Эвакуация рабочих при пожаре производится через эвакуационные выходы.

10. Технико-экономическое обоснование выбора трансформаторов

С целью уменьшения капитальных затрат и эксплуатационных расходов в системах электроснабжения проводятся технико-экономические расчёты. Их выполняют для выбора:

наиболее рациональной схемы электроснабжения цехов и предприятия в целом;

экономически обоснованного числа, мощности и режима работы трансформаторов ГПП и ТП;

рациональных напряжений в системе внешнего и внутреннего электроснабжения предприятия;

экономически целесообразных средств компенсации реактивной мощности и мест размещения компенсирующих устройств;

электрических аппаратов и токоведущих устройств;

сечений проводов, шин и жил кабелей;

целесообразной мощности собственных электростанций и генераторных установок в случае их необходимости;

трасс и способов прокладки электросетей с учётом коммуникаций энергохозяйства в целом.

Целью технико-экономических расчетов является определение оптимального варианта схемы, параметров электросети и ее элементов. При технико-экономических расчётах систем электроснабжения соблюдают следующие условия сопоставимости вариантов:

- технические, при которых сравнивают только взаимозаменяемые варианты при оптимальных режимах работы и оптимальных параметрах, характеризующих каждый рассматриваемый вариант;

- экономические, при которых расчёт сравниваемых вариантов ведут применительно к одинаковому уровню цен и одинаковой достижимости принятых уровней развития техники с учётом одних и тех же экономических показателей, характеризующих каждый рассматриваемый вариант.

При разной надёжности сравниваемых вариантов дополнительно учитывают народнохозяйственный ущерб от снижения надежности.

Каждый рассматриваемый вариант должен соответствовать требованиям, предъявляемым к системам промышленного электроснабжения соответствующими директивными материалами, отраслевыми инструкциями и ПУЭ.

В технико-экономических расчетах используют укрупненные показатели стоимости (УПС) элементов системы электроснабжения, а также УПС сооружения подстанций в целом.

В УПС не включены некоторые статьи расхода, поэтому их не применяют для определения реальной стоимости сооружения объекта, а используют при сравнительных расчетах вариантов.

В соответствии с существующей методикой технико-экономических расчётов в качестве основного метода оценки рекомендуется метод срока окупаемости. В этом случае показателями являются капитальные вложения (затраты) и ежегодные (текущие) эксплуатационные расходы.

Заключение

В процессе выполнения дипломной работы были рассчитаны нагрузки электропотребителей завода и электроприемников цеха, произведены расчеты токов короткого замыкания на шинах.

В ходе проектирования электрической части завода, в том числе цеха, был произведен выбор трансформаторов на ГПП - полностью удовлетворяющего всем условиям работы. По результатам расчета токов короткого замыкания были выбраны следующие элементы: выключатели ЗРУ, кабельные линии от шин ГПП до цеховых трансформаторных пунктов, шины ГПП.

Все элементы электрической схемы были выбраны по номинальным параметрам электроустановок. Были рассмотрены вопросы заземления и защиты завода от грозовых перенапряжений, выяснены особенности молниезащиты.

В ходе выполнения проектирования электроснабжения были востребованы знания по следующим дисциплинам:“Электроснабжение промышленных предприятий”, “Электрооборудование станций и подстанций”, “Электрические сети и системы”, “Переходные процессы в системах электроснабжения”.

В разделе “Экономика” был рассмотрен вопрос выбора оптимального варианта по технико-экономическим показателям трансформаторов на ГПП.

В разделе “Охрана труда” были рассмотрены анализ причин несчасных случаев, проиводственный травматизм, организационные и технические мероприятия, а также изложены требования к электроустановкам и основные правила техники безопасности для рабочих завода.

В разделе “Экология” были рассмотрены вопросы влияния предприятия на окружающую среду, меры предпринимаемые по очистке выбросов в атмосферу, влияние сточных вод.

Следовательно, задачи, поставленные в ходе работы над темой исследования и указанные во введении к настоящей работе, выполнены.

Таким образом, дипломная работа, являясь заключительным этапом подготовки бакалавров технического направления, позволяет обобщить все полученные знания, проявить себя в выборе оптимальных вариантов и закрепить полученные навыки и методики проектирования по специальности “Электроэнергетика”.

Список использованных источников

1.Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок: Учебное пособие для вузов.- 3-е изд., перераб. и допол.- М.: Высшая школа, 1981.-376 с.

2.Федоров А.А., Старкова Л.Е. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования по электроснабжению промышленных предприятий: Учебное пособие для вузов.- М.: Энергоатомиздат, 1987.-368 с.

3.Справочник по электроснабжению и электрооборудования: в 2-х томах/ Под общей редакцией А.А.Федорова.- М.: Энергоатомиздат, 1987.-592 с.

4.Правила устройства электроустановок, 1985

5.Казак Н.А., Князевский Б.А. и др. Электроснабжение промышленных предприятий/ Под редакцией Н.А.Казака. М.-Л, издательство Энергия, 1966-421 с.

6.Рожкова Л.Д., Козулин В.С. Электрооборудование станций и подстанций. Учебное пособие для вузов. М., «Энергия», 1976

7.Неклепаев Б.Н., Крючков И.О. Электрическая часть станций и подстанций: Учеб. Пособие для курсового и дипломного проектирования: Учебное пособие для вузов.-4-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1988

8.М.В.Грейсух, С.С.Лазарев Расчеты по электроснабжению промышленных предприятий М.: Энергоатомиздат, 1987.-368 с.

9.Шабад М.А. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей. Л.,”Энергия”, 1972. -94 с.

10Справочник по электроснабжению промышленных предприятий: Промышленные электрические сети. 2-е изд., перераб. и доп./Под общей редакцией А.А.Федорова и Г.В. Сербиновского. М.: Энергия,1986

11.Электрическая часть станций и подстанций: Учеб. для вузов/ А.А. Васильев, И.П. Крючков, Е.Ф. Нияшкова и др.; Под общей редакцией А.А. Васильева.-2-изд., перераб и доп.-М.:Энергоатомиздат, 1990