Электроснабжение Водозаборной станции

Список Лит-ры.doc

Библиографический список
Правила устройства электроустановокМинэнерго СССР.-6-е изд. перераб. и доп.-М: Энергоатомиздат 1986.-648 с.: ил.
Неклепаев Б.Н. Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Учеб. Пособие для вузов. – М.: Энергоатомиздат 1989.
Федоров А.А. Старкова Л.Е. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования по электроснабжению промышленных предприятий: Учеб. Пособие для вузов. – М.: Энергоатомиздат 1987.
Федоров А.А. Каменева В.В. Основы электроснабжения промышленных предприятий: Учебник для вузов.– М.: Энергоатомиздат 1984.
Справочник по проектированию электроснабженияПод ред. Ю.Г. Барыбина и др. – М.: Энергоатомиздат 1990.
Максименко Н.Н. Попов А.А. Руководящие указания по расчету заземляющих устройств электроустановок напряжением 04-220 кВ сооружаемых и эксплуатируемых в районах Крайнего севера. Норильск 1985.
Справочник по электроснабжению промышленны предприятий. Под общ. ред. А.А. Федорова и Г.В. Сербиновского. В 2-х кн. М.: энергия 1973.
Электротехнический справочник: В 3-х т. Т.3. Кн.1. Производство передача и распределение электроэнергии.Под общ. ред. профессоров МЭИ В.Г. Герасимова П.Г. Грудинского Л.А. Жукова и др. – 6-е изд. испр. и доп.-М: Энергоиздат 1982.- 656 с. ил.
Электрооборудование предприятий цветной металлургии. Куликов А.А. Беленький А.А. Рапутов Б.М. Изд-во ²Металлургия². Изд. 2-е перераб. и доп. 1972 с. 376.
Справочник по электроустановкам угольных предприятий. Электроустановки угольных шахт: СправочникВ.Ф. Антонов Ш.Ш. Ахмедов С.А. Волотковский и др. Под общей ред. В.В. Дегтярева В.И. Серова Г.Ю. Цепелинского- М.:Недра1998.- 727 с.: ил.
Неклепаев Б.Н. Электрическая часть электростанций и подстанций: Учебник для вузов.- 2-е изд. перераб. и доп.-М.: Энергоатомиздат 1986.- 640 с.; ил.

Спец вопрос66.dwg

водозаборной станции
Защита от перенапряжений
Рис. 1. Схема присоединения ШОП
Рис. 2. Схемы соединений RC-цепей
Рис. 3. График изменения тока и
Таблица кратностей перенапряжений

Релейка СД.dwg

завесы У-12 (ворота N 7).
Установка воздушно-тепловой
ИДЕНТИЧНОСТЬ ПОДЛИННИКА И ФАЙЛА ПОДТВЕРЖДАЮ
Начальник отдела: Паршин В.С.
пожарной сигнализации.
План расположения сети
Исполнитель: Покотило И.С.
Цепи управления вакуумным выключателем
Переключатель ПК16-12А 2001
Реле промежуточное CA3KN22MPD
Микропроцессор SEPAM 2036M11
Выключатель автоматический
ТТ нулевой послед-ти CSH-120
Тр-р тока ARJP2N2J-10
Схема релейной защиты
синхронного двигателя
Выключатель LF-1-10-630
водозаборной станции
Арматура сигнальной лампы
Цепи управления выключателем по сети Modbus
Защита от замыканий на корпус
Защита от замыканий на землю
Защита от асинхронного хода
Прямой последовательности
Измерение линейного напряжения
Продольная диф. защита
Защита минимального напряжения
Цепи питания электропривода RI
блок-контакты выключателя
Аварийное отключение
Копка и катушка включения
Блокировка от многократных
Отключение минимального
Включение на подачу напряжения

Принцип.dwg

ЗАР1DT-145EK-110-404000
ВЛ-110 кВ АС-9516 l=10 км
Схема электроснабжения
принципиальная однолинейная
Электроснабжение водозаборной

Конструктивное исполнение ПС.dwg

Спецификация эл. оборудования ПС
ЗAP1DT-145EK-110-404000
Выключатель элегазовый
Аккумуляторные батареи
Ограничитель перенапряжений
Трансформатор силовой
Разъединитель с двумя ЗН
водозаборной станции

Экономика7 А2.dwg

Потребляемая за год
Технические показатели
Мощность трансформаторов ГПП
Потери электроэнергии
Коэффициент мощности:
Количество цеховых ТП
Экономические показатели
Стоимость электроэнергии
Расчетная численность рабочих
Себестоимость потребления
Амортизационные отчисления
Технико-экономические
Производительность труда

Схема ячеек.dwg

ЗАР1DT-145EK-110-404000
ВЛ-110 кВ АС-9516 l=10 км
- МТЗ с комбинированным пуском по напряжению
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
- Защита от перегрузки с действием на сигнал
- Диффиренциальная токовая защита
- Центральная сигнализация
- Автоматический ввод резерва
- Устройство резервирования отказа выключателя
- Защита минимального напряжения
- Защита от замыкания на землю с действием на отключение
- Защита от замыкания на землю
- Автоматическое повторное включение выключателя
- Максимальная токовая защита с выдержкой времени
- Защита нулевой последовательности
- Защита нулевой последовательности с выдержкой времени
с двумя выдержками времени
- Понижение температуры
- Счетчик реактивной энергии
- Счетчик активной энергии
- Неисправность трансформатора "Т1"
- Двухступенчатая газовая защита
- Защита от повышения температуры масла в трансформаторе
- Неисправность на подстанции
- Авария на подстанции
- Пуск АВР по напряжению
- Автоматическое регулирование напряжения
- Защита от понижения уровня масла в трансформаторе
- Защита от перегрузки
Марка и сечение кабеля
Трансформатор напряжения
Коэффициент трансформации ТТ
Секционный выключатель
Секционный разъединитель
Синхронный двигатель №4
Синхронный двигатель №3
Трансформатор №2 КТП
Синхронный двигатель №1
Синхронный двигатель №2
Трансформатор №1 КТП
Электроснабжение водозаборной

ЦЭН.dwg

водозаборной станции
Забор воды с реки "Норильской
Условное обозначение
- 1 Трансформатор КТП ТМ-100010
- 2 Синхронный двигатель СДН-16-81-12У3
- 3 Электрокотел КЭВ-10000-10

таблица.doc

2.2. Разработка календарных план-графиков ремонта электрооборудования и сетей
Годовой план-график ТОР ЭО
Годовой план-график технического обслуживания и ремонта энергетического оборудования (ТОР ЭО) за полный ремонтный цикл на плановый год приведен в таблице 2.2. Количество ремонтируемого оборудования в нынешнем году определяется из равномерного распределения его на протяжении всего ремонтного цикла для данного типа.
Месяц и вид ремонтов

Заключение.doc

В дипломном проекте произведенный расчет электрических нагрузок на ГПП методом коэффициента спроса.
В результате расчётов проектируем ГПП с выключателем на стороне высшего напряжения. По расчётным нагрузкам с учётом компенсации реактивной мощности были выбраны трансформаторы ГПП типа ТРДН-25000. ГПП из-за преобладания потребителей электрической энергии I и II категории и технологических особенностей выбрана двухтрансформаторная.
На стороне 10 кВ спроектированы современные комплектные распределительные устройства серии MCset со встроенными в них выключателями типа LF-1. В КРУ выключатели измерительные трансформаторы напряжения и ОПН устанавливаются на выкатной тележке шкафа. Преимущество такой конструкции заключается во взаимозаменяемости однотипных выкатных тележек и в том что отдельные отсеки шкафа отделены друг от друга металлическими перегородками.
Для привода насосов выбрали синхронный электродвигатель типа СДН-16-81-12У3.
Рассмотрена защита силового трансформатора ГПП и синхронных двигателей.
Рассмотрен вопрос заземления ГПП особенностью заземления в условиях Крайнего Севера является то что расчетах используется многослойная система. В результате расчетов пришли к выводу что для заземления ГПП достаточно естественного заземлителя. Так же сделано обоснование средств защиты электрооборудования от перенапряжений. Описаны технические и организационные мероприятия обеспечивающие безопасность работ.
При проведении технико-экономического расчета найдена численность эксплуатационного и ремонтного персонала.

Диплом в рамках + стр.doc

При проектировании систем электроснабжения существенно проявляется взаимное влияние многих факторов таких как выбор силовых трансформаторов качество электроэнергии компенсация реактивной мощности и др. причем необходимо из многообразия возможных технических решений выбрать наиболее оптимальные технически и экономически целесообразные.
При проектировании систем электроснабжения водозаборной станции рассмотрены следующие вопросы:
-особенности технологического процесса данного предприятия классификация и общие характеристики потребителей электроэнергии по роду тока напряжению надежности;
-характеристика окружающей среды производственных помещений;
-определение электрических нагрузок по предприятию в целом;
-выбор рационального напряжения для питающей сети предприятия;
-выбор числа мощности и типа силовых трансформаторов главной понизительной подстанции (ГПП) и цеховых подстанций;
-расчет токов КЗ и выбор коммутационно-защитной аппаратуры;
-выбор и расчет релейной защиты и автоматики элементов системы электроснабжения промышленного предприятия;
-расчет заземления ГПП молниезащита защита от перенапряжений;
- находим численность эксплуатационного и ремонтного персонала необходимого для обеспечения постоянного безаварийного электроснабжения и своевременного проведения ремонтов оборудования.
Первым этапом проектирования системы электроснабжения является определение электрических нагрузок. По значению электрических нагрузок выбираем и проверяем электрооборудование системы электроснабжения определяем потери мощности.
Выбор числа и мощности трансформаторов ГПП производим на основании расчетной нагрузки предприятия в нормальном и послеаварийном режимах. Для снижения ущерба и предотвращения развития аварии на ГПП устанавливаем совокупность автоматических устройств.
Основные задачи решаемые при проектировании и эксплуатации систем электроснабжения промышленных предприятий заключаются в правильном выборе рациональной схемы внешнего и внутреннего электроснабжения управлении параметрами этих схем путем правильного выбора регулировочных отпаек РПН трансформаторов режима эксплуатации электрических нагрузок выбора рациональной загрузки электрооборудования регулирования мощности средств компенсации реактивной мощности (КРМ) в условиях ограничений со стороны энергосистем и т.д.
Общая характеристика объекта проектирования
1.Краткая технологическая характеристика Водозаборной станции
Водозаборная станция на реке Норильской служит для производственного водоснабжения производственной площадки объекта. На насосной станции установлены 4 основных насоса типа 32В-12М. Для привода насосов используются 4 синхронных двигателя (СД) типа СДН-16-81-12 мощностью по 3200 кВт. Два насоса находятся в непрерывном рабочем режиме а другие два в резерве.
На насосной станции установлены также 2 водогрейных котла типа КЭВ мощностью по 10000 кВт (один из них в резерве). Котлы предназначены для подогрева воды при температуре окружающего воздуха ниже –20°С во избежании замерзания и разрыва трубопроводов.
По степени бесперебойности электроснабжения потребители электроэнергии Водозаборной станции относятся к 1 категории. Для питания электроприемников Водозаборной станции используется ГПП-11010 кВ. Для питания низковольтной нагрузки сооружена двухтрансформаторная КТП-1004 кВ.
Для возбуждения СД применяются тиристорные возбудители типа ТВУ-400 мощностью 44кВт.
Насосы пускаются на закрытую напорную задвижку по правилам технологии во избежании гидравлического удара. Перед пуском главного насоса должен быть запущен в работу один из насосов подающий воду на охлаждение главных насосов и открыты задвижки подачи охлаждающей воды к главному насосу. Наличие охлаждающей воды контролируется у каждого СД при помощи реле протока.
Для аварийного откачивания воды из приямков (дренажей) предусмотрены дренажные насосы установленные в машинном зале.
Каждый насос имеет следующие защиты:
от повышения температуры подшипников электродвигателя;
от падения давления на нагнетании насоса;
от перегрева электродвигателя;
от асинхронного хода;
от коротких замыканий в цепи ротора;
от замыкания на землю в цепях ротора;
от затянувшегося пуска;
При любой из указанных аварий насос останавливается. При этом сначала закрывается напорная задвижка останавливается СД и закрывается задвижка на охлаждающей воде выпадает блинкер технологической защиты.
2. Территориальная и климатическая характеристика Водозаборной станции
Водозаборная станция расположена на правом берегу реки Норильской в 12 км от города Норильска.
Климат района расположения Водозаборной станции характеризуется как субарктический с отрицательной среднегодовой температурой воздуха равной минус 97 . Данные многолетних наблюдений (в течение последних 50 лет) не обнаруживают устойчивых тенденций повышения среднегодовых температур характерных для климата планеты и обусловленных нарастающим загрязнением атмосферного воздуха выбросами пыли и других вредных веществ и созданием так называемого ²парникового эффекта².
Среднегодовая максимальная температура наружного воздуха наиболее жаркого месяца принимаемая для расчетов согласно СниП 2.01.01-82 составляет плюс 195 а средняя минимальная температура наиболее холодного месяца года составляет минус 303. Абсолютные температуры наружного воздуха по СниП 2.01.01-82:
-максимальная: плюс 32
-минимальная: минус 57 .
В течение года температурный режим характеризуется продолжительной холодной зимой и холодным дождливым летом. Средняя температура воздуха с отрицательными значениями держится в течение 8 месяцев из них пять месяцев – до минус 20 и ниже. Средняя продолжительность безморозного периода составляет минус 7 минус 10 .
Перенос воздушных масс определяется общей циркуляцией атмосферы под действием солнечной радиации и рельефа местности.
Преобладающими направлениями ветра в районе Водозаборной станции являются юго-восточное и северо-западное что связано с влиянием долины реки Норильская ориентированной с юго-востока на северо-запад.
Среднемесячная скорость ветра колеблется от 2 до 7 мс. Зимой наступает активизация циклонической деятельности.
3. Категории надежности электроприемников Водозаборной станции
В соответствии с ПУЭ Водозаборная станция относится по степени бесперебойности электроснабжения к 1 категории т.к. прекращение подачи электроэнергии может привести к прекращению подачи воды на площадку промышленного объекта вследствие чего произойдет нарушение технологического процесса что в свою очередь приведет к крупному материальному ущербу.
Определение электрических нагрузок до 1 кВ
1. Предварительный расчет электрических нагрузок до 1 кВ методом коэффициента спроса
Исходя из данных проекта по формулам (2.1) (2.2) и (2.3) рассчитаем данные расчётной активной реактивной и полной мощности
2. Выбор числа и мощности трансформаторов на нагрузке до 1 кВ
Рассчитываем мощность ТП по формуле:
В соответствии с полученным значением предварительно выбираем два трансформатора ТМ –100010.
3. Определение мощности ККУ напряжением до 1кВ
Определим мощность БК по формуле:
Lm – коэффициент максимума реактивной нагрузки (Lm=1-12);
QP – расчётная реактивная нагрузка;
Sном – номинальная мощность ТП;
N – количество трансформаторов ТП;
KЗ – коэффициент загрузки трансформаторов ТП;
PP – расчётная активная нагрузка (для группы ТП).
Km – коэффициент максимума активной нагрузки (Km=1-12);
По формуле (2.6) рассчитаем мощность БК:
Если Q10 то установка БК на этом этапе не требуется и принимаем Q1=0;
Определить мощность БК в целях оптимального снижения потерь
где КР – расчётный коэффициент зависимости от рабочих смен и схемы питания ЦП ( где К1 – удельный коэффициент потерь принимаем К1=15).
Если Q20 то для сетей данной группы КРМ не производится и принимаем Q2=0;
Определить общую мощность БК на заключительном этапе
Определим удельную реактивную мощность необходимую для КРМ на ТП:
Выбираем установку конденсаторную комплектную регулируемую низкого напряжения УКМ 58-04-133-333 У3 мощностью .
4. Уточненный расчет электрических нагрузок с учётом ККУ и окончательный выбор числа и мощности ТП
Коэффициент мощности: .
Нагрузка на один трансформатор:
Коэффициент загрузки трансформатора:
В соответствии с полученным значениями окончательно выбираем два трансформатора ТМ –100010.
Определение электрических нагрузок выше 1 кВ
1. Обоснование выбора электропривода
Технические характеристики насоса Таблица 2.1
Расчетная мощность на валу синхронного двигателя определяется по формуле:
где К1-коэффициент запаса учитывающий несовпадение каталожного и фактического КПД; К2-коэффициент учитывающий неточность потерь давления в сети (К1=105 К2=1).
По каталогу двигателей «Завода Крупных Электрических Машин» выбираем синхронный электродвигатель типа СДН-16-81-12У3.
2. Определение электрических нагрузок методом коэффициента спроса
Одним из основных этапов проектирования системы электроснабжения является определение электрических нагрузок. По значению электрических нагрузок выбирают и проверяют электрооборудование системы электроснабжения определяют потери мощности и электроэнергии. От правильной оценки ожидаемых нагрузок зависят капитальные затраты на систему электроснабжения эксплуатационные расходы надежность работы оборудования.
Расчетные нагрузки электроприемников определяем по методу коэффициента спроса. Это основной метод для расчета электрических нагрузок в сетях 6-10 кВ. Он используется при отсутствии графиков нагрузок и используется для предварительного определения общезаводских нагрузок.
Воспользуемся ранее приведенными формулами (2.1) (2.2) (2.3) и заполним табл. 3.1.
На синхронные двигатели подаем ток возбуждения меньше номинального тока возбуждения для работы в активно-индуктивном режиме недовозбуждения.
Результаты расчетов электрических нагрузок Таблица 3.1
Суммарная мощность РП-1с
Суммарная мощность РП-2с
Суммарная мощность РП-3с
Эл. Котел №2 (резерв)
Суммарная мощность РП-4с
Суммарная мощность ГПП
(резервное оборудование выключено)
В компенсации реактивной мощности не нуждаемся т.к. .
Проектирование системы внешнего электроснабжения
1. Выбор уровня напряжения
Комплекс основных вопросов при проектировании СЭС промышленных предприятий наряду с выбором общей схемы питания и определением целесообразной мощности силовых трансформаторов включает в себя выбор рациональных напряжений для схемы поскольку последним определяются параметры ЛЭП и выбираемого электрооборудования подстанций и сетей а следовательно размеры капитальных вложений расход материалов и потери электроэнергии
Напряжение для питания ГПП от энергосистемы определяется по формуле Г.А. Илларионова:
Р = 186 МВт – возможная максимальная передаваемая мощность.
Окончательно исходя из вариантов выбора напряжения принимаем напряжение внешнего электроснабжения 110 кВ.
2. Предварительный выбор числа и мощности трансформаторов ГПП
Так как на данном предприятии имеются потребители 1 и 2 категории то на ГПП для повышения требований к надежности электроснабжения устанавливаются два трансформатора. Выбор их номинальной мощности производится с учетом способности трансформатора к допустимым систематическим и аварийным перегрузкам. В настоящее время существует практика выбора номинальной мощности трансформатора для двух трансформаторной подстанции исходя из выражения . Дополнительно к выше сказанному нужно отметить что допускается перегружать трансформатор в номинальном режиме не более 30% а в аварийном не более 40%.
Для обеспечения требований надежности электроснабжения установим два трансформатора с расщепленной обмоткой ТРДН-25000110.
Коэффициент загрузки в часы возможного максимума равен:
В аварийном режиме при выводе одного трансформатора из работы коэффициент загрузки:
3. Определение приведенных потерь активной мощности и энергии за год в трансформаторах
При расчетах принимаем (для трансформаторов U=35 – 220 кВ). Расчет потерь производим по группе формул:
Расчет потерь для ТРДН - 25000110:
4. Определение затрат
Капитальные затраты: .
Амортизационные отчисления:
Затраты на техническое обслуживание: .
Стоимость годовых потерь электроэнергии:
Приведённые затраты:
Окончательно принимаем к установке на подстанции два трансформатора типа ТРДН-25000110.
5. Определение центра электрических нагрузок
В проекте СЭС одной из первых задач является рациональное размещение источников питания на территории промышленных предприятия для этого необходимо определить координаты условного центра электрических нагрузок. Согласно ситуационному плану координаты центра электрических нагрузок определяются как:
Мощности и координаты всех потребителей от ГПП сведем в табл. 4.1.
Координаты и мощности потребителей ГПП Таблица 4.1
Картограмму электрических нагрузок наносят на ситуационный план предприятия для определения местоположения цеховых ТП и ГПП. Построение картограммы нагрузок производят на основании результатов определения расчетных нагрузок цехов исходя из условия что площади кругов картограммы в выбранном масштабе являются расчетными нагрузками цехов.
В качестве расчетной нагрузки для построения картограммы принимаем активную расчетную мощность заданного цеха т.к. реактивная мощность подлежит компенсации. Предполагаем что нагрузка распределена по секциям равномерно и ее центр совпадает с геометрическим центром данной секции на ситуационном плане.
Радиус окружности соответствующий расчетной активной нагрузке определяем из выражения:
m = 15 кВтмм2 – масштаб площади круга.
Определим соотношения высоковольтной и низковольтной нагрузок цеха.
Пусть всю активную нагрузку (34086 кВт) примем за 360° тогда потребителей состоящих из СД (12600 кВт) отобразим в виде сектора имеющего угол 360×1260034086»133°; для эл. котлов 360×2000034086»211°; для ТП 360×148634086»16°.
Выбор главной схемы электрических соединений подстанции
Выбор однолинейной схемы ГПП производим исходя из основных требований:
- надежность электроснабжения потребителей в нормальном ремонтном и послеаварийном режимах;
- схема должна быть по возможности простой наглядной и экономичной.
Выбираем схему с разъединителем выключателем с высокой стороны. На стороне НН ГПП предпочтительнее применять секционную систему сборных шин: 2 секции связанные секционным выключателем. При нормальном режиме работы ГПП секционный выключатель должен быть выключен.
Рис. 5.1. Схема электрических соединений ГПП на высшем напряжении.
Выбор рациональных сечений проводов и жил кабелей
Основные положения выбора и поверки сечения проводов и кабелей.
Сечение проводов и жил кабелей выбираем по номинальным параметрам в зависимости от технико-экономических факторов. Поверка осуществляется для условий аварийных и послеаварийных режимов окончательное решение принимается на основе сравнения вариантов.
Условия выбора и поверки:
1. Выбор по нагреву длительным рабочим (расчетным) током.
2. По экономической плотности тока.
Выбор по нагреву кратковременным током КЗ.
По потери U в нормальных и послеаварийных режимах.
По механической прочности.
По условиям коронирования – фактора зависящего от принимаемого U сечения проводов и условий окружающей среды.
1. Выбор рациональных сечений проводов ВЛ
1.1. При выборе сечения по нагреву выбирают ближайшее большее сечение.
Сечение проводов ВЛ выберем по таблице ПУЭ 1.3.29 F = 16 мм2
1.2. Выбор сечения по механической прочности.
1.3. Выбор сечения по фактору коронирования.
ПУЭ рекомендует применять на ВЛ напряжением 110 кВ провода диаметром не менее 114 мм (АС-7011).
1.4. После того как определено минимально допустимое сечение провода по техническим условиям сравниваем его с экономическим показателем:
jэк – экономическая плотность тока Амм2
Tn > 5000 ч т.к. имеется 3-х сменный режим работы потребителя
1.5. При выборе сечения по потерям напряжения выбирают ближайшее большее значение сечения сравнение осуществляем по формуле:
где по табл 7.30[4]
Выбранное наибольшее сечение провода 95 мм2 проходит по допустимой потери напряжения в нормальном режиме 169 % 10 % а также в послеаварийном режиме 237 % 20 %.
2. Выбор рациональных сечений жил кабелей
2.1. Выбор по нагреву длительным расчетным током:
Расчетный ток равен:
Для трансформатора ТП: .
Для СД по каталогу «АББ Москабель» предварительно выбираем кабель марки АПвВнг-1(95×3) .
Для эл. котла по каталогу «АББ Москабель» предварительно выбираем два параллельно проложенных кабеля марки АПвВнг-2(150×3) .
Для трансформатора ТП по каталогу «АББ Москабель» предварительно выбираем кабель марки АПвВнг-1(50×3) .
2.2. После того как определено минимально допустимое сечение провода сравниваем его с экономическим показателем:
jэк – выбираем из ПУЭ таблицы 1.3.36. для кабеля с резиновой и пластмассовой изоляцией с алюминиевыми жилами.
2.3. Выбор сечения жил кабелей по потерям напряжения.
Воспользуемся формулой (6.3):
Для трансформатора ТП:
2.4. Кабели выпускаются с условием того что минимальное сечение является механически стойким.
2.5. При выборе сечения кабеля по условиям короны вопрос коронирования решен в конструктивном исполнении КЛ.
Расчет токов короткого замыкания
Расчет токов КЗ используется для выбора и проверки электрооборудования по условиям КЗ выбора установок и возможного действия релейной защиты и автоматики определения влияния токов нулевой последовательности воздушных линий (ВЛ) на линии связи для выбора заземляющих устройств.
Расчет периодической составляющей тока КЗ проводится без учета активного сопротивления элементов схемы если активное сопротивление не превышает 30% индуктивного сопротивления до точки КЗ.
При расчетах токов КЗ допускается не учитывать:
сдвиг по фазе ЭДС и изменение частоты вращения роторов синхронных двигателей;
ток намагничивания трансформаторов;
насыщение магнитных систем электрических машин;
поперечную емкость ВЛ.
Расчет тока КЗ на стороне НН производится в условиях послеаварийного режима на подстанции (один трансформатор отключен) в этом случае секционный выключатель включен при этом в место КЗ протекают наибольшие токи подпитки от электродвигателей.
Для определения токов КЗ составим расчетную схему рис. 7.1.
На схеме намечаем точки в которых определяем токи трехфазного КЗ для выбора коммутационной аппаратуры.
Расчет производим в относительных единицах. Составим схему замещения для точек К1 и К2:
Рис. 7.1. Схема замещения для токов КЗ для точек К1 и К2
Основные параметры для расчёта:
За базисную мощность принимаем .
За базисное напряжение первой ступени принимаем среднее напряжение в точке КЗ .
За базисное напряжение второй ступени принимаем среднее напряжение в точке КЗ .
Базисный ток определяется по формуле:
Определим базисный ток первой ступени: .
Определим базисный ток второй ступени: .
2. Определение параметров элементов схемы замещения
Сопротивление системы определяется по формуле:
- мощность КЗ системы по данным «НТЭК».
Сопротивление ЛЭП определяется по формуле:
где: – для ЛЭП 35 – 110 кВ [2].
– среднее напряжение ЛЭП.
Сопротивление трансформаторов с расщепленной обмоткой:
а) сопротивление обмотки высшего напряжения определяем по формуле:
б) сопротивление обмотки низшего напряжения определяем по формуле:
Сопротивление кабельных линий определяем по формуле:
где: для кабелей сечением выше 150 мм2;
- среднее напряжение КЛ.
Находим сопротивление синхронного двигателя по формуле:
где: – сверхпереходное сопротивление СД.
3. Определение токов короткого замыкания
3.1. Определение токов КЗ для точки К1
Найдём начальное действующее значение периодической составляющей тока трёхфазного КЗ в точке К1 по формуле:
Ток однофазного КЗ определяется в сетях с глухозаземленной нейтралью т.е. в сетях напряжением 038 – 066 кВ и 110 кВ и выше. Значит однофазный ТКЗ в данной расчетной работе определяется для точки К1 а для точки К2 и К3 однофазный ТКЗ определятся не будет т.к. эти точки находятся в сети с изолированной нейтралью.
Составим схему замещения для токов нулевой последовательности:
Рис. 7.2. Схема замещения для токов нулевой последовательности
Однофазный ток КЗ определяется по формуле:
Рассчитаем сопротивление прямой обратной и нулевой последовательности. Конструкция ВЛ: двухцепная линия со сталеалюминевым тросом
Тогда однофазный ток КЗ для точки К1:
Расчет ударных токов и мощности КЗ определяется по формулам:
3.2. Определение токов КЗ для точки К2
Начальное действующее значение периодической составляющей тока трёхфазного КЗ в точке К2 от системы по формуле:
На ток КЗ в точке К2 будет влиять ток подпитки от синхронных двигателей определим его по формуле:
где: - ЭДС синхронного двигателя.
Тогда ток подпитки от СД:.
Ток трехфазного КЗ в точке К2 с учетом подпитки от СД:
Ток двухфазного КЗ определяется по формуле
Тогда двухфазный ток КЗ в точке К2 с учетом токов подпитки:
Ударные токи КЗ и мощность КЗ для точки К2 с учетом токов подпитки:
3.3. Расчет токов КЗ в произвольный момент времени
Для выбора и проверки коммутационной аппаратуры необходимо знать токи КЗ не только в первоначальный момент их возникновения но и ТКЗ в произвольный момент времени. Рассмотрим моменты времени t1=02 с (расчетное время от начала КЗ до гашения дуги при прохождении контактов выключателя после срабатывания релейной защиты) t2= (установившийся режим после переходного процесса без отключения КЗ).
Т.к. мощность системы больше 500 МВА то считаем что ток от системы в точке К1 в любой момент времени остается неизменным т.е.:
Значения токов короткого замыканияТаблица 7.1
4. Проверка кабельных линий сети 10 кВ (для питания потребителей) на термическую устойчивость к токам КЗ
Термически стойкое к токам КЗ сечение определяют по формуле
где – установившееся значение тока КЗ кА;
– приведенное время КЗ;
– температурный коэффициент учитывающий ограничение допустимой температуры нагрева жил кабеля.
Приведенное время определяют по формуле:
Для элегазовых выключателей серии LF-1 длительность основной защиты можно принять равной 006 – 01 с.
Из расчета видно что сечение кабельной линии должно быть не менее 61 мм2.
Окончательный выбор кабельных линий сведем в табл. 7.2.
Сечения и марки кабельных линийТаблица 7.2
Марка и сечение кабельной линии
Синхронный двигатель
Выбор электрических аппаратов
Электрические аппараты и токоведущие части распределительных устройств должны обеспечивать:
достаточную прочность изоляции в длительном рабочем режиме и при кратковременных перенапряжениях;
допустимый нагрев токами длительных режимов;
стойкость в режиме КЗ;
достаточную механическую прочность;
соответствие окружающей среде и роду установки;
допустимые потери напряжения в нормальном и аварийном режимах;
технико-экономическую целесообразность.
1. Распределительное устройство ВН
Рабочий ток на стороне 110 кВ выбирают из наиболее неблагоприятного эксплуатационного режима (при наличии 2-х параллельных линий он определяется при отключении одной из них).
Максимальный рабочий ток в цепи ВН: .
Выбор коммутационной аппаратуры:
В качестве основных коммутационных аппаратов на подстанции используются разъединители и высоковольтные выключатели.
Разъединители выбирают по:
номинальному напряжению;
номинальному длительному току;
электродинамической стойкости;
термической стойкости.
Выключатели выбирают по:
электродинамической стойкости:
а) предельному периодическому току КЗ;
б) ударному току КЗ;
отключающей способности;
В соответствии с вышесказанным выбираем:
DBF4-123 110 кВ (DBF4-123-1104000). Номинальные данные:
Номинальное напряжение ; наибольшее рабочее напряжение ; номинальный ток до 4000 А; ток электродинамической стойкости ; ток термической стойкости ;
тип привода – электродвигательный; максимальная рабочая температура ; минимальная рабочая температура ; срок службы до среднего ремонта 25 лет.
Данные по выбору заносим в таблицу 8.1.
Проверка параметров разъединителя Таблица 8.1
Высоковольтный выключатель фирмы Siemens типа:
ЗАР1DT-145EK 110 кВ (ЗАР1DT-145EK-110-404000). Номинальные данные:
Номинальное напряжение ; наибольшее рабочее напряжение ; номинальный ток до 4000 А; номинальный ток отключения до 40 кА; ток термической стойкости ; тип привода – пружинный; полное время отключения (не более) ; собственное время включения (не более) ; максимальная рабочая температура ; минимальная рабочая температура ; срок службы до среднего ремонта 25 лет.
Проверяем выбранную аппаратуру на термическую устойчивость.
Для аппаратов должно быть выполнено условие:
где: – номинальный ток термической стойкости (каталожные данные);
– номинальное время термической стойкости (каталожные данные);
– установившийся ток КЗ из расчёта в цепи выбираемого аппарата;
где: – приведенное время для апериодической слагающей тока КЗ:
– приведенное время для периодической слагающей тока КЗ:
где: – полное время отключения выключателя ;
– время действия релейной защиты ;
Сквозная мощность при КЗ будет определяться как:
Данные по выбору заносим в таблицу 8.2.
Проверка параметров высоковольтного выключателя Таблица 8.2
Таким образом выбранный тип выключателя и разъединителя проходит по условиям термической устойчивости.
2. Распределительное устройство НН. Выбор выключателей
Вводные выключатели.
Для цепей трансформаторов с расщеплённой обмоткой при выборе вводных выключателей с учётом аварийной допустимой перегрузки:
где номинальное напряжение на стороне низшего напряжения трансформатора;
Секционные выключатель (1-2 секции).
Для секционных выключателей (1-2 секции) с учётом равномерного распределения нагрузки на каждой из секций определим рабочий ток секционного выключателя:
Для эл. Котла и секционный выключатель (3-4 секции): .
Вводные выключатели на НН устанавливаем в шкафах КРУ внутренней установки выкатного исполнения исходя из . Выбираем электрооборудование фирмы «Schneider Electric»: элегазовый () выключатель марки LF-1 (автокомпрессионный метод гашения дуги в элегазе пружинный привод типа RI) который устанавливается в ячейку MCset1 марки AD-1 и имеет следующие паспортные характеристики (LF-1-10-1250-315):
Номинальное напряжение ; номинальный ток ; номинальный ток отключения (действующее значение); ток включения кА (ударный ток); ток термической стойкости ; время размыкания контактов ; время отключения выключателя ; время включения ; количество коммутационных операций = 10000. Габариты соответствующей ячейки: высота = 590 мм ширина = 493 мм глубина = 536 мм масса = 106 кг.
Секционные выключатели (1-2 секции) на НН выбираются по номинальному току одной секции шин . Выбираем электрооборудование фирмы «SchneiderElectric»: элегазовый () выключатель марки LF-1 (автокомпрессионный метод гашения дуги в элегазе пружинный привод типа RI) который устанавливается в ячейку MCset1 марки CL-1 и имеет следующие паспортные характеристики (LF-1-10-630-25):
Выключатели на отходящие линии для СД и для трансформатора ТП выбираются исходя из номинального тока отходящей линии и . Выбираем электрооборудование фирмы «SchneiderElectric»: элегазовый () выключатель марки LF-1 (автокомпрессионный метод гашения дуги в элегазе пружинный привод типа RI) который устанавливается в ячейку MCset1 марки AD-1 и имеет следующие паспортные характеристики (LF-1-10-630-25):
Выключатели на отходящие линии для эл. Котла и секционный выключатель (3-4 секции) выбираются исходя из номинального тока отходящей линии . Выбираем электрооборудование фирмы «Schneider Electric»: элегазовый () выключатель марки LF-1 (автокомпрессионный метод гашения дуги в элегазе пружинный привод типа RI) который устанавливается в ячейку MCset1 марки CL-1 и имеет следующие паспортные характеристики (LF-1-10-630-25):
Описание выбранного оборудования.
Ячейка MCset представляет собой КРУ в металлическом корпусе предназначенное для внутренней установки. Данное устройство устанавливается в отсеках высокого напряжения понижающих подстанций и на подстанциях высокого напряжения большой мощности.
Устройство MCset объединяет в себе множество технических решений реализованных на основе испытанных технологий: КРУ с высокими эксплуатационными характеристиками цифровую защиту системы контроля и управления корпуса устойчивые к воздействию внутренней дуги. На всех этапах разработки серии MCset принимались в учет три основных требования заказчиков:
по каждой характеристике каждого типа ячеек MCset проводились типовые испытания;
для изучения электрических полей использовались методы трехмерного компьютерного моделирования;
разработка изготовление и испытание серии MCset проводились в соответствии со стандартом качества ISO 9000.
устройство снабжено общедоступным пользовательским интерфейсом;
ошибочные действия оператора предотвращаются системой встроенных блокировок и навесных замков;
блоки защиты типа Sepam обеспечивают доступ к информации без применения дополнительных устройств;
техническое обслуживание сводится к простой текущей проверке работоспособности смазке и чистке аппаратов с периодичностью 5-10 лет; в устройство легко устанавливается благодаря идентичным размерам всех ячеек и может располагаться вплотную к стене.
все операции с оборудованием включая доступ в отсек кабельной сборки и отсек сборных шин осуществляются с передней панели;
вкатывание и выкатывание возможно только при закрытой дверце;
на передних панелях ячеек расположены стационарные указатели напряжения;
заземляющий разъединитель обладает стойкостью к включению на короткое замыкание;
для всех операций на MCset используется одна рукоятка с анти-рефлексным устройством;
все ячейки обладают стойкостью к воздействию внутренней дуги.
Монтаж распределительного щита MCset.
Распределительные щиты MCset состоят из нескольких соединенных между собой ячеек.
Электрическое соединение ячеек внутри распределительного щита осуществляется с помощью одной сборной шины.
Постоянная электрическая связь всех металлических корпусов обеспечивается посредством подключения сборной заземляющей шины каждой ячейки к главной заземляющей сборной шине щита.
Цепи вторичной коммутации проложены в щите над отсеками низкого напряжения.
Кабели низкого напряжения подводятся к щиту через верх или низ каждой ячейки.
В ячейке установлено все оборудование главных цепей и цепей вторичной коммутации которое обеспечивает функцию защиты. Каждая ячейка включает следующие компоненты необходимые для реализации этой функции:
систему защиты контроля и управления.
Коммутационные аппараты используемые в ячейках серии MCset (LF-1-2-3) отличаются высокими эксплуатационными качествами:
длительным сроком службы;
не требующими технического обслуживания рабочими элементами;
высокой электрической прочностью;
низким уровнем коммутационных перенапряжений;
безопасностью эксплуатации;
нечувствительностью к условиям окружающей среды;
сохранением возможностей отключения и диэлектрической прочности даже при атмосферном давлении элегаза;
низким давлением элегаза.
Выключатели серии LF приводятся в действие приводом RI который обеспечивает их включение и отключение со скоростью не зависящей от оператора.
Сочетание привода RI и стандартного мотора-редуктора обеспечивает дистанционное управление и осуществление цикла повторного включения.
Характеристики выбранного привода RI на постоянном токе: В; потребление: Вт Вт Вт.
Электропривод RI включает в себя следующие элементы:
пружинный механизм накопления энергии необходимой для включения и отключения выключателя;
рычаг ручного взвода пружинного механизма;
устройство автоматического взвода с электродвигателем осуществляющим взвод привода сразу же после включения аппарата (в течение не более 15 с);
механическое устройство включения и отключения с помощью двух кнопок доступ к которым осуществляется при открытой дверце ячейки (выключатель в положении тестирования).
Для управления при закрытой дверце (выключатель вкачен):
отключение выключателя при помощи механизма перемещения;
включение выключателя по выбору пользователя;
электрическое устройство включения состоящее из расцепителя включения для дистанционного управления с реле антинакачки;
электрическое устройство отключения состоящее из одного или нескольких расцепителей которые могут быть следующих типов:
катушка или двойная катушка отключения на подачу напряжения;
катушка отключения минимального напряжения;
контакт сигнализации о взводе привода (МЗ);
контакт сигнализации окончания взвода привода (М1-М2);
черно-белый индикатор состояния «Отключеновключено».
3. Проверка выключателей на напряжение 10 кВ
Вводные выключатели на НН.
– время действия основной релейной защиты ;
Данные по выбору заносим в таблицу 8.3.
Параметры вводного выключателяLF-1-10-1250-315Таблица 8.3
Таким образом выбранный тип выключателя проходит по условиям термической устойчивости.
Секционные выключатель (1-2 секция).
Данные по выбору заносим в таблицу 8.4.
Параметры секционного выключателя LF-1-10-630-25Таблица 8.4
Аналогично заполним табл. 8.5 и 8.6 для выключателей СД ТП эл. Котла и секционного выключателя (3-4 секции).
Параметры выключателяLF-1-10-630-25 на линию СД и ТП Таблица 8.5
Параметры выключателяLF-1-10-630-25 на линию Эл. Котла и секционный выключатель (3-4 секции)
Измерения защита и управление на подстанции
1. Выбор трансформаторов тока
а) В цепях НН понизительного трехобмоточного трансформатора подстанции необходимо установить следующие контрольно-измерительные приборы: амперметр ваттметр варметр счетчики активной и реактивной энергии.
б) В цепи секционного выключателя необходимо установить амперметр.
в) Нагрузкой вторичной цепи ТТ для линий с двигателем будут служить токовые обмотки следующих приборов: амперметра счетчиков активной и реактивной энергии для каждой отходящей линии : амперметр счетчик активной энергии.
В данном дипломном проекте функции контрольно-измерительных приборов будут выполнять микропроцессорные блоки типа «Sepam 2000» которым комплектуются выбранные ячейки КРУ.
Выбор трансформаторов тока производим в соответствии с рабочим максимальным током.
Выбор ТТ на вводе (вводная ячейка):
Из учёта что выбираем ТТ фирмы «Schne А; А; КТ=05; кА (1 сек); кА; ВА.
Для обеспечения работы ТТ в требуемом КТ=05 следует выполнять условие .
Расчетная нагрузка определяется по формуле:
где сумма сопротивлений всех последовательно включенных обмоток приборов;
– сопротивление соединительных проводов Ом;
– сопротивление контактов Ом.
Характеристику блока измерений представим в виде таблицы 9.1:
Характеристика блока измерений Таблица 9.1
Потребляемая мощность блока ВА
Sepam 2000 S26 (S02)
Счетчик активной энергии
Счетчик реактивной энергии
Sepam 2000 S26 (S02) – представляет собой блок защиты измерения контроля и управления компактного исполнения для подстанций.
Сопротивление приборов: Ом.
Сопротивление соединительных проводов:
где удельное сопротивление (для алюминиевых проводов 00283 Ом·мм2м для медных 00175 Ом·мм2м) [1];
расчетная длина провода;
S сечение провода ( мм2 сечение алюминиевых проводов);
расчётная длина провода при включении всех приборов в одной фазе (для РУ 6-10 кВ с установкой на шкафы м);
Ом сопротивление контактов [1].
Условие выполняется следовательно ТТ будет работать в заданном КТ=05.
Проверка на термическую стойкость:
Данные проверки сведем в таблицу 9.2.
Данные проверкиТаблица 9.2
Наименование параметра
Выбор ТТ на секционном выключателе (1-2 секции):
Из учёта что кА выбираем ТТ фирмы «Schne А; А; КТ=05; кА (1 сек); кА; ВА.
Характеристику блока измерений представим в виде таблицы 9.3:
Характеристика блока измерений Таблица 9.3
Sepam 2000 S26 (B02)
Sepam 2000 S26 (B02) – представляет собой блок защиты измерения контроля и управления компактного исполнения для сборных шин.
Данные проверки сведем в таблицу 9.4.
Данные проверкиТаблица 9.4
Выбор ТТ на отходящих линиях (синхронный двигатель):
Характеристику блока измерений представим в виде таблицы 9.5:
Характеристика блока измерений Таблица 9.5
Sepam 2000 S26 (M03)
Sepam 2000 S26 (M03) – представляет собой блок защиты измерения контроля и управления компактного исполнения для сборных шин.
Проверка на термическую стойкость при пуске двигателя:
Данные проверки сведем в таблицу 9.6.
Данные проверкиТаблица 9.6
Выбор ТТ на отходящих линиях (эл. Котел секционный выключатель 3-4 секции):
Характеристику блока измерений представим в виде таблицы 9.7:
Характеристика блока измерений Таблица 9.7
Данные проверки сведем в таблицу 9.8.
Данные проверкиТаблица 9.8
Выбор ТТ на отходящих линиях (трансформатор ТП):
Характеристику блока измерений представим в виде таблицы 9.9:
Характеристика блока измерений Таблица 9.9
Данные проверки сведем в таблицу 9.10.
Данные проверкиТаблица 9.10
2. Выбор трансформаторов напряжения
Трансформаторы напряжения предназначенные для питания катушек напряжения измерительных приборов в реле устанавливают в секции сборных шин в каждой фазе. Класс точности (КТ) трансформаторов напряжения как и трансформаторов тока выбирают в зависимости от назначения подключенных измерительных приборов. Для обеспечения работы ТН в выбранном классе точности необходимо чтобы вторичная нагрузка подключенных приоров и реле не превышала номинальную мощность .
К трансформатору напряжения присоединяются следующие приборы:
Характеристика блока измерений Таблица 9.11
Потребляемая мощность ВА
Суммарная мощность приборов: ВА.
Выбираю ТН фирмы «Schne В; В; КТ=05; ВА.
Условие выполняется следовательно ТН будет работать в заданном КТ=05. Результаты проверки свожу в таблицу 9.12:
Данные проверкиТаблица 9.12
Sepam 2000 представляет собой комплект цифровых устройств защиты контроля и управления возможности которого адаптированы для всех видов применения: для подстанций сборных шин трансформаторов и двигателей а также для генераторов и конденсаторов.
Обладая высокими эксплуатационными характеристиками Sepam 2000 выполняет следующие функции:
функции измерения: измерение токов и напряжения измерение мощности активной и реактивной энергии и т. д.;
функции защиты: направленную максимальную токовую в фазах и максимальную токовую на землю дифференциальную трансформатора или защиту двигателя и т. д.;
функции контроля и управления: имея в своем составе программируемый контроллер Sepam 2000 запрограммирован на заводе для выполнения стандартных функций контроля и управления и может быть также перепрограммирован для выполнения любой специальной функции автоматического управления.
3. Выбор ограничителей перенапряжения
Выбор ограничителей перенапряжения произвожу по напряжению.
На 110 кВ выбираю ОПН фирмы «Таврида Электрик» модель ОПНTEL–11084УХЛ1 со следующими характеристиками: кВ;
кВ; пропускная способность (не менее) А.
На каждую секцию ГПП 10 кВ устанавливаем ОПН «Таврида Электрик» модель ОПНTEL–10126 УХЛ1 со следующими характеристиками:
кВ; кВ; пропускная способность (не менее) А.
4. Выбор способа регулирования напряжения на подстанции
Нагрузка потребителей на ГПП не остается постоянной а изменяется в течении суток и года. Для поддержания необходимого уровня напряжения необходимо иметь на трансформаторах изменение коэффициента трансформации. Для этого на ГПП устанавливаем трансформаторы с РПН что дает возможность
регулировать напряжение под нагрузкой автоматически. Для автоматической работы устройства РПН на каждый силовой трансформатор устанавливаются по 2 трансформатора остаточного тока фирмы «SchneiderElectric» типа CSH 120 (обеспечивают более чувствительную защиту посредством прямого измерения токов замыкания на землю специально разработаны для серии Sepam) внутренним диаметром 120 мм т.к. внешний диаметр одного кабеля: мм.
5. Выбор источников оперативного тока и трансформаторов собственных нужд
В связи с тем что на ГПП установлено оборудование серии MCset1 и MCset3 приводами RI на постоянном токе то для питания цепей управления защиты и сигнализации отходящих линий выбираем постоянный ток В.
Для питания собственных нужд подстанции выбираем 2 трансформатора типа ТСЗ-6310. Выбранный трансформатор подключаем к шинам 10 кВ до вводного выключателя через ячейку DI2 оборудованную выключателем нагрузки .
Рис. 9.1. Схема комбинированного питания оперативных цепей от нескольких источников выпрямленного оперативного тока
В качестве источника оперативного тока для питания цепей управления сигнализации автоматики и защиты на ГПП и на РП выбираю аккумуляторы марки SLA от промышленно-торговой группы FIAMM с подзарядным агрегатом типа ВАЗП.
Выбираю 110 аккумуляторных батарей 2SLA-300.
Аккумуляторы марки SLA-герметичные необслуживаемые срок службы свыше 12 лет; напряжение на зажимах 2 В; ёмкость батарей 300 Ач; габариты
7×173×202; вес 19 кг; тип свинцово-кислотный. Предприятия FIAMM сертифицированы на соответствие международному стандарту ISO 9001 (качество производства). Благодаря стабильному качеству продукция FIAMM реализуется во всем мире около 23 продукции.
Зарядный агрегат типа ВАЗП-380260-4080 У3 предназначен для:
- зарядки кислотных аккумуляторных батарей;
- параллельной работы с аккумуляторными батареями на нагрузку;
- формовки отдельных аккумуляторов.
Как регулируемый источник постоянного напряжения они незаменимы на атомных станциях на электростанциях всех категорий на предприятиях телеграфно-телефонной связи. Без них не обойтись автотранспортным хозяйствам промышленным и сельскохозяйственным предприятиям где в большом количестве применяются дорогостоящие кислотные аккумуляторные батареи которые требуют постоянной подзарядки.
Характеристики ВАЗП-380260-4080 У3 Таблица 9.13
Номинальное напряжение на входе В
Номинальная частота на входе Гц
Номинальный ток на выходе А
Номинальное выходное напряжение В
Номинальная выходная мощность кВт
Габаритные размеры мм
Устройства зарядные обеспечивают плавное регулирование выходного напряжения в следующих пределах:
I режим - от 0 до 380 В
II режим - от 0 до 260 В
III режим - от 0 до 8 В.
Зарядные устройства в I и II режимах автоматически поддерживают выходное напряжение с точностью + 2 % при колебании входного напряжения от -5 % до +10 % от номинала - на I режиме при изменении тока нагрузки от 4 А до 40 А при U = 260 - 380 В и на II режиме при изменении тока нагрузки от 4 А до 40 А при U = 220 - 260 В. На III режиме точность стабилизации не нормируется.
Коэффициент пульсации выходного напряжения зарядных устройств 2-го исполнения в режиме II при работе на активную нагрузку должен быть не более 5%.
Охлаждение зарядного устройства естественное воздушное.
Защиту оперативных цепей при КЗ осуществляем автоматическими выключателями. Питание схем управления выполняем отдельно от схем защиты сигнализации и оперативной блокировки.
В ответственных цепях где нарушение целостности цепей питания может привести к отказу или ложному срабатыванию защиты и автоматики устанавливаем выключатели с блокировкой на сигнал. Сигнал о неисправности в цепях питания оперативного тока выводим дежурному персоналу.
6. Выбор предохранителей для трансформаторов собственных нужд
Плавкий предохранитель должен отвечать следующим требованиям:
)Номинальное напряжение предохранителей и их плавких вставок должно быть равно номинальному напряжению сети кВ.
)Номинальный ток отключения выбранного предохранителя должен быть равен или больше максимального значения тока КЗ в месте установки .
)Номинальный ток плавкой вставки для предохранителей защищающих трансформаторы 6-10 кВ со стороны высшего напряжения выбирается примерно двукратному номинальному току трансформатора .
)Номинальный ток предохранителя необходимо выбирать равным или большим чем номинальный ток плавкой вставки .
Для питания собственных нужд подстанции выбираем 2 трансформатора типа ТСЗ-63105. Для защиты ТСН на стороне 10 кВ применяем предохранители типа ПКН 001 с учётом:
Выбираем плавкий предохранитель типа: ПКН 001-10-8-20.
Характеристики предохранителя: кВ; кВ; А; кА.
Проверка на отключающую способность: .
Условия выбора предохранителя выполняются. Полученные значения свожу в таблицу 9.13:
Проверка предохранителейТаблица 9.14
Релейная защита автоматика и телемеханика
1. Объем релейной защиты на ГПП
Необходимы объем средств защиты и автоматики выбираем в соответствии с разделами II-IV ПУЭ. Устройства РЗ силовых трансформаторов предусматриваем для следующих видов повреждений и ненормальных режимов работы:
Многофазные замыкания в обмотках и на выводах;
Однофазные замыкания на землю и на выводах;
Витковые замыкания в обмотках обусловленных внешним КЗ и перегрузкой;
Повышения уровня масла;
Однофазные замыкания на землю и на выводах в сетях 6 кВ если трансформатор питает сеть в которой отключение однофазных замыканий на землю необходимо по требованиям безопасности (ток замыкания на землю превышает 30 А).
На трансформаторах ГПП объем РЗ в соответствии с ПУЭ принимаем следующим:
ПДЗ (от внутренних повреждений);
МТЗ (от сквозных токов КЗ);
Газовая защита (от внутренних повреждений и перегрузки);
МТЗ на отдельных обмотках 10 кВ;
Защита от перегрузки;
Защита от ОКЗ на стороне 110 кВ;
Термосигнализация при повышении температуры масла в верхних слоях.
Трансформаторы КТП отдельной защиты не имеют. Выполнена общая защита для трансформатора и КЛ питающей трансформатор. Принимаем следующие виды защит:
Для СД предусматривается устройства защиты действующие при многофазных КЗ на выводах и в обмотках статора; перегрузках вызванных технологическими причинами; исчезновении или длительном снижении напряжения; от ОКЗ на землю.
В соответствии с ПУЭ для защиты СД мощностью 3200 кВт применяем следующие виды защит:
Защита от асинхронного хода;
Защита от минимального напряжения.
2. Перечень средств автоматики ГПП
РЗ автоматику сигнализацию ГПП выполняем на постоянном токе с использованием комплектных выпрямительных устройств УКПК. Для питания ЦС используется БПНС-2У3 выходное напряжение-220В.
На ГПП выполняем следующие автоматические устройства:
Автоматическое управление устройством РПН на силовых трансформаторах;
Автоматическое управление обдувкой трансформаторов;
Автоматические осциллографы для записи аварийных отключений силовых трансформаторов.
3. Телемеханика телеуправление и телесигнализация
Средства телемеханики должны применяться для диспетчерского управления территориально-рассредоточенными электроустановками связанными общим режимом работы и их контроля. Обязательным условием применения телемеханики является наличие технико-экономической целесообразности (повышения эффективности диспетчерского управления экономичности и надежности управления отказ от постоянного дежурного персонала).
ГПП проектируем без постоянного оперативного персонала. Выбор средств телемеханики производим в соответствии с ПУЭ (подраздел 3п.3.3.88-3.3.103).
Телеизмерения на вводах (тока и напряжения) и на секциях ГПП.
Телеконтроль температуры масла трансформаторов ГПП.
Устанавливаем устройства телеуправления и телесигнализации положения выключателей вводов и секционных. Предусматриваем передачу аварийных и предупредительных сигналов на диспетчерский пульт.
4. Расчет уставок релейной защиты
4.1. Виды повреждений СД выбор ТТ
Основными видами повреждений синхронных электродвигателей являются:
- многофазные КЗ в обмотках статора;
- однофазные замыкания обмотки статора на землю;
- двойные замыкания на землю (одна точка - в сети а другая - в одной из фаз статорной обмотки);
- замыкание части витков в одной фазе обмотки статора;
- обрыв цепи возбуждения;
- замыкание на землю цепи возбуждения.
Защиту электродвигателей необходимо выполнять возможно более простой и надежной что особенно важно для двигателей напряжением выше 6 кВ поскольку отказ основной защиты даже при надежном действии резервной защиты смежного элемента может привести к серьезным последствиям требующим длительного ремонта или полной замены электродвигателя а также нарушению устойчивой работы неповрежденной нагрузки. Поэтому защита от многофазных КЗ должна быть обязательно быстродействующей с действием на отключение.
При снижении напряжения с последующим его восстановлением происходит самозапуск электродвигателей. Под самозапуском понимается разворот до подсинхронной частоты вращения и вхождение в синхронизм синхронных двигателей после восстановления питания потерянного из-за кратковременного отключения источника или кратковременного глубокого снижения напряжения вследствие короткого замыкания на смежных элементах сети.
Для обеспечения самозапуска двигателей ответственных механизмов и предотвращения несинхронного включения применяется защита от потери питания в качестве которой используется как правило минимальная защита напряжения (дополненная часто на СД минимальной защитой частоты с блокировкой по направлению активной мощности). Защита действует на отключение или развозбуждение электродвигателей во избежание:
- несинхронного включения СД;
- повторного пуска после останова из-за длительного (более 1-9 с) отсутствия напряжения.
Ненормальным режимом синхронных двигателей (кроме указанных) является асинхронный ход появляющийся вследствие выпадения СД из синхронизма.
При кратковременной потере питания с последующим действием устройств АПВ и АВР синхронные двигатели успевают выпасть из синхронизма поскольку полный цикл отключения — включения превышает как правило 03-04 с.
4.2. Расчет уставки продольной дифференциальной защиты СД
Ток срабатывания реле дифференциальной токовой защиты выбирается по условию обеспечения отстроенности защиты от тока небаланса при прямом пуске без токоограничивающих устройств с учетом апериодической составляющей:
где - кратность пускового тока;
- коэффициент однотипности трансформаторов тока;
- погрешность трансформаторов тока;
- коэффициент учитывающий апериодическую составляющую принимается равным 2;
- коэффициент отстройки принимается равным 18.
Ток срабатывания реле:
Чувствительность защиты:
4.3. Расчет уставки защиты от однофазного КЗ
Первичный ток срабатывания IС.З. защиты выбирается из условия отстроенности защиты от броска собственного емкостного тока при внешнем перемежающемся замыкании на землю следующим образом:
где - коэффициент отстройки принимаемый равным 13;
- коэффициент учитывающий бросок собственного емкостного тока электродвигателя принимается равным 3-4.
Значение собственного емкостного тока электродвигателя определяется:
При отсутствии данных завода-изготовителя значение С мкФ можно приближенно определить как:
4.4. Расчет уставок защиты от асинхронного хода и перегрузки
Ток срабатывания токового реле защиты от перегрузки:
где – коэффициент отстройки принимаемый равным 11-12;
- коэффициент возврата принимаемый равным 085.
Время срабатывания защиты от перегрузки:
где tп – время пуска СД.
Время срабатывания защиты от асинхронного хода: .
4.5. Выбор оборудования для защиты СД
Защиты выполняю на микропроцессорных модулях серии Sepam типа Sepam 2000 M20. В состав входят блоки:
- Максимальная токовая защита в фазах;
- Максимальная токовая защита на землю;
- Несимметриясоставл. обратной последовательности;
- Блокировка роторазатянутый пуск;
- Минимальная токовая защита;
- Блок защиты от асинхронного хода.
4.6. Виды повреждений силового трансформатора
Для трансформаторов устанавливаемых в сетях напряжением 110 кВ должны предусматриваться устройства релейной защиты от многофазных коротких замыканий в обмотках и на выводах однофазных коротких замыканий в обмотке и на выводах присоединенных к сети с глухозаземленной нейтралью витковых замыканий в обмотках токов в обмотках при внешних КЗ и перегрузках понижений уровня масла в маслонаполненных трансформаторах и в маслонаполненных вводах трансформаторов.
) Защита от повреждений внутри кожуха и от понижений уровня масла. Тип защиты - газовая реагирующая на образование газов сопровождающих повреждение внутри кожуха трансформатора в отсеке переключателя отпаек устройства
регулирования коэффициента трансформации (в отсеке РПН) а также действующая при чрезмерном понижении уровня масла.
) Защита от повреждений на выводах и от внутренних повреждений трансформатора. Продольная дифференциальная токовая защита действующая без выдержки времени на отключение поврежденного трансформатора от неповрежденной части электрической системы и других электроустановок с помощью выключателей.
) Защита от токов внешних многофазных КЗ.
Защита предназначена для отключения внешних многофазных КЗ при отказе защиты или выключателя смежного поврежденного элемента а также для выполнения функций ближнего резервирования по отношению к основным защитам трансформатора (дифференциальной и газовой). В качестве защиты трансформатора от токов внешних КЗ используются:
а) токовые защиты шин секций РУ низшего и среднего напряжений подключенных к соответствующим выводам трансформатора;
б) максимальная токовая защита с пуском напряжения устанавливаемая на стороне высшего напряжения (ВН) защищаемого трансформатора.
) Защита от токов внешних замыканий на землю на стороне высшего напряжения.
Защита предусматривается для трансформаторов с глухим заземлением нейтрали обмотки высшего напряжения при наличии присоединений синхронных электродвигателей в целях резервирования отключения однофазного КЗ в питающей линии выключателями низшего (или низшего и среднего) напряжения трансформатора. Реле максимального тока защиты подключается к трансформатору тока встроенному в нулевой вывод обмотки ВН трансформатора.
) Защита от токов перегрузки.
Продолжительность срабатывания защиты должна быть выбрана примерно на 30% больше продолжительности пуска или самозапуска электродвигателей получающих питание от защищаемого трансформатора если эти процессы приводят к перегрузке трансформатора.
4.7. Выбор ТТ для силового трансформатора
Исходя из рабочих токов трансформатора и выбираем ТТ ТФЗМ-110Б-1 ; ; и ТПОЛ-10 ; ; .
Проверим выбранные трансформаторы тока. Результаты проверки показаны в табл. 10.1 и табл. 10.2.
Проверка трансформатора тока ТФЗМ-110Б-IУ1Таблица10.1
iном.дин. iрасч.дин.
Проверка трансформатора тока ТПОЛ-10-1У3 Таблица 10.2
4.8. Определение уставок дифференциальной защиты силового
Определим уставки и чувствительность продольной дифференциальной защиты силового трансформатора ГПП.
Первичный ток срабатывания защиты из условия отстройки от броска тока намагничивания определим по формуле:
Расчетный ток срабатывания реле приведенный к стороне ВН:
Коэффициент чувствительности рассчитаем по формуле 10.3:
4.9. Расчет уставок защиты от внешних КЗ
Произведем расчет защиты от внешних КЗ на стороне 110 кВ.
Определим ток срабатывания защиты от внешних КЗ.
где kо и kв – коэффициенты отстройки и возврата равные соответственно 12 и 08;
Imax – наибольший ток нагрузки трансформатора.
Определим ток срабатывания реле: .(10.12)
Произведем расчет защиты от внешних КЗ на стороне 10 кВ.
Определим ток срабатывания защиты от внешних КЗ по формуле (10.11):
Определим ток срабатывания реле по формуле (10.12): .
4.10. Расчет уставки защиты от перегрузки на стороне 10 кВ
Определим ток срабатывания защиты от перегрузки по формуле (10.11)
где kо и kв равны соответственно 105 и 085: .
4.11. Расчет уставки защиты от внешних замыканий на землю на
Определим первичный ток срабатывания защиты.
Определим ток срабатывания реле по формуле (10.12):
4.12. Выбор оборудования для защиты силового трансформатора
Защиты выполняю на микропроцессорных модулях типа Sepam 2000 T13. В состав входят блоки:
- Максимального остаточного напряжения;
- Направленная максимальная токовая защита;
- Направленная максимальная токовая защита на землю;
- Защита от замыканий на землю;
- Защита в цепи нейтрали;
- Защита в цепи заземления нейтрали.
1. Защита от перенапряжений в сетях 6 – 10 кВ
Вакуумные выключатели типа ВВЭ-10 используются в серийных КРУ общепромышленного назначения типа КМ-1 КМ-1Ф К-104.
Основными достоинствами вакуумных выключателей являются:
– высокая износостойкость при коммутации номинальных токов и номинальных токов отключения. Число отключений номинальных токов вакуумным выключателем без замены ВДК составляет 10-20 тысяч отключений число отключений номинального тока отключения – 20-200 что в 10-20 раз превышает соответствующие параметры маломасляных выключателей;
– резкое снижение эксплуатационных затрат по сравнению с маломасляными выключателями. Обслуживание вакуумных выключателей сводится к смазке механизма и привода проверке износа контактов по меткам один раз в пять лет или через 5-10 тысяч циклов включения-отключения;
– полная взрыво- и пожаробезопасность и возможность работы в агрессивных средах;
– широкий диапазон температур окружающей среды в котором возможна работа ВДК;
– повышенная устойчивость к ударным и вибрационным нагрузкам вследствие малой массы и компактной конструкции аппарата;
– произвольное рабочее положение и малые габариты что позволяет создавать различные компоновки распределительных устройств в том числе и шкафы с несколькими выключателями при двух-трехъярусном их расположении;
– бесшумность чистота удобство обслуживания обусловленные малым выделением энергии в дуге и отсутствием выброса масла газов при отключении токов КЗ;
– отсутствие загрязнения окружающей среды;
– высокая надежность и безопасность эксплуатации сокращение времени на монтаж;
К недостаткам всех вакуумных выключателей следует отнести повышенный уровень коммутационных перенапряжений что в ряде случаев вызывает необходимость принятия определенных мер по защите оборудования.
В процессе отключения в межконтактном промежутке вакуумного выключателя возникает дуга горящая в парах металла контактов. Вследствие высокой скорости нарастания электрической прочности межконтактного промежутка в вакууме в процессе размыкания дуга гаснет до перехода тока промышленной частоты через нуль происходит срез тока вследствие чего энергия запасённая в индуктивных элементах фидера (например в индуктивности электродвигателя и питающего его кабеля) вызывает повышение напряжения в образующемся колебательном контуре L - C.
Крутизна фронта волн при коммутационных перенапряжениях достигает 3 - 5 кВмкс; частоты собственных колебаний напряжений в обмотках находятся в диапазоне 5 - 20 кГц; средняя длительность импульсов в фазах обмотки 05 - 2 мс; максимальная длительность импульсов КП при повторных зажиганиях дуги в выключателе 5 - 10 мс.
Анализ результатов измерений показал что с ростом номинальной мощности отключаемых электродвигателей средние и максимальные КП уменьшаются. Это объясняется в основном снижением волнового сопротивления обмоток. Перенапряжения распространяющиеся на сеть ниже перенапряжений на нагрузке что обусловлено шунтирующим действием емкости питающей сети. Параметры кабеля двигателя и выключателя являются определяющими параметры внешней сети (до выключателя) на формирование КП влияют незначительно. Увеличение емкости системы кабель - электродвигатель и активно-индуктивного сопротивления кабеля приводит к уменьшению амплитуды крутизны и числа импульсов КП при повторных зажиганиях дуги в выключателе.
Повторные пробои и зажигания дуги в вакуумном выключателе ограничивают амплитуду однако даже при кратности К 3 перенапряжения могут представлять опасность для витковой изоляции статора электродвигателя вследствие высокой крутизны фронта волн и неравномерного распределения напряжений в обмотке электродвигателя. При этом на входную катушку обмотки статора двигателя может приходиться до 70 - 95 % от амплитуды импульса напряжения что многократно превышает нормы испытательного напряжения изоляции и может явиться причиной её повреждения.
При отключении электродвигателей мощностью 500 кВт и более распределение вероятности КП как правило подчиняется нормальному и логарифмически нормальному законам с уровнем значимости α = 02. При отключении электродвигателей мощностью менее 500 кВт распределение вероятности КП близко к равномерному и арксинусоидальному. Частоты собственных колебаний
напряжений в обмотках находятся в диапазоне 5 - 20 кГц. Средняя длительность импульсов в фазах обмотки составляет 05 - 2 мс. Максимальная длительность импульсов КП при повторных зажиганиях дуги в выключателе достигает 5 - 10 мс.
На основе обработки результатов измерений установлено следующее. Как показывает регрессионная КП от номинальной мощности отключаемых электродвигателей (рис. 11.1.) с ростом их номинальной мощности средние и максимальные КП уменьшаются. Последнее объясняется в основном снижением волнового сопротивления обмоток.
Перенапряжения распространяющиеся на сеть ниже перенапряжений на нагрузке что обусловлено шунтирующим действием емкости питающей сети. При этом корреляция между коэффициентами перенапряжений отсутствует. Параметры внешней сети (до выключателя) незначительно влияют на формирование КП в то время как параметры кабеля двигателя и выключателя являются определяющими. Увеличение емкости системы кабель - электродвигатель и активно-индуктивного сопротивления кабеля приводит к уменьшению амплитуды крутизны и числа импульсов КП при повторных зажиганиях дуги в выключателе.
При отключении электродвигателей номинальной мощностью менее 630 кВт вероятность повторных пробоев зажиганий дуги в вакуумном выключателе не превышает 005 - 025. Для крупных электродвигателей мощностью более 630 кВт вероятность повторных зажиганий дуги существенно ниже (расчетное значение не превышает 10-2).
Повторные пробои в зажигания дуги в вакуумном выключателе ограничивают амплитуду КП создаваемых в результате среза тока в нагрузке однако даже при незначительных амплитудах (К 3) КП могут представлять опасность для витковой изоляции статора электродвигателя вследствие высокой крутизны фронта волн достигаю щей max(dudt) - 3+5 кВмкс и неравномерного распределения напряжений в обмотке электродвигателя.
Рис. 11.1. Зависимость кратности КП от мощности эл. двигателей
На рис. 11.1. показаны гарантированные уровни импульсной прочности новой и бывшей в эксплуатации (100 тыс. ч и более) изоляции электродвигателей (соответственно линии 1 и 2). Как видно при коммутации электродвигателей мощностью более 630 кВт КП как правило не превышают гарантированных уровней импульсной прочности изоляции статора. Однако анализ показывает что при коммутации вышеуказанными типами выключателей двигателей мощностью более 630 кВт КП могут превысить гарантированный МЭК уровень импульсной прочности изоляции с вероятностью не более 5 · 10-5. Таким образом вероятность повреждения изоляции мала и применение средств защиты от КП этом случае целесообразно лишь как дополнительная мера.
Для электродвигателей мощностью 520 - 630 кВт вероятность превышения КП гарантированного МЭК уровня импульсной прочности изоляции статора составляет около 2-10-4. Применение средств защиты от КП для электроустановок с частыми коммутациями в этом случае целесообразно тем более что дополнительные затраты относительно невелики.
В электродвигателях небольшой мощности (500 кВт и менее) КП как правило превышают гарантированные уровни электрической прочности изоляции поэтому для них необходимы средства защиты от КП.
Опыт эксплуатации вакуумных выключателей подтверждает необходимость дифференцированного подхода к применению средств защиты от КП. Например известны неоднократные случаи электрического пробоя статорных обмоток двигателей мощностью 500 кВт и менее коммутируемых вакуумными выключателями на карьерах Норильского горно-металлургического комбината Качканарского и Михайловского горно-обогатительных комбинатов ПО «Якуталмаз» ПО «Сибруда» и Лесосибирском ЛДК-1 ПО «Красноярсклесэкспорт». В то же время относительного увеличения числа повреждений крупных электродвигателей мощностью более 630 кВт коммутируемых вакуумными выключателями по сравнению с двигателями аналогичной мощности коммутируемых масляными выключателями не отмечается.
Таким образом для высоковольтных двигателей в ряде случаев защита от КП необходима. Однако специальных устройств защиты от КП до недавнего времени серийно не выпускали а существовавшие средства часто оказывались либо малоэффективными либо неприемлемыми по тем или иным условиям. Так вентильные разрядники импульсное пробивное напряжение которых выше 4Uф (Uф - действующее значение фазного напряжения сети) защиту двигателей от КП полностью не обеспечивают. Кроме того габариты вентильных разрядников часто не позволяют разместить эти устройства в существующих распредустройствах. Уменьшение числа разрядных промежутков и защитного уровня разрядников приводит к снижению их надежности. Известны случаи когда одновременное срабатывание разрядников в двух фазах приводило к их разрушению в результате межфазного замыкания.
В последние годы в нашей стране и за рубежом активно проводятся исследования связанные с внедрением нелинейных ограничителей перенапряжении (ОПН) в электрических сетях. Однако как показывает опыт эксплуатации из-за ряда причин применение ОПН не решает полностью проблему КП для электродвигателей. Во-первых современные ОПН выпускаемые промышленностью имеют примерно трехкратный уровень ограничения импульсных перенапряжений не обеспечивающий окончательную защиту электродвигателей от КП. Поэтому ОПН и разрядники могут быть применены лишь для защиты от КП нагрузок имеющих более высокий уровень импульсной прочности изоляции чем вращающиеся машины например силовых трансформаторов. В частности японская фирма «Тошиба» рекомендует применять разрядники и ОПН для защиты трансформаторов мощностью менее 300 кВА. Во-вторых применение в передвижных электроустановках ОПН ограничено их недостаточной надежностью в результате низкой термической стойкости в условиях частых однофазных замыканий на землю и неудовлетворительного действия релейной защиты. В-третьих применение ОПН включаемых между фазами сети и корпусом электрооборудования в районах с многолетнемерзлыми грунтами может приводить к появлению опасных потенциалов на корпусах оборудования вследствие неэффективного действия защитных устройств.
Распространенным способом защиты высоковольтных двигателей от перенапряжений является подключение дополнительной емкости между фазами и корпусом машины. При этом уменьшается не только амплитуда но и крутизна фронта импульсов КП что создает более благоприятные условия эксплуатации изоляции.
Значения коммутационных перенапряженийТаблица 11.1
Значения перенапряжений при
ДАЗО-13-70-8М (6 кВ 500 кВт) без защиты
То же с разрядниками РВРД-6
ДАЗО-13-55-6М (6 кВ 500 кВт) без защиты
То же с косинусными конденсаторами(6 мкФ на фазу) соединенными в звезду
То же с косинусными конденсаторами(6 мкФ на фазу) соединенными в треугольник
АКЗ-13-52-12 (6 кВ 250 кВт) без защиты
То же с конденсаторами(3 мкФ на фазу) соединенными в звезду
В табл. 11.1. показана сравнительная эффективность защиты электродвигателей разрядниками типа РВРД-6 и косинусными конденсаторами типа КМ соединенными в звезду с изолированной нейтралью и в треугольник. Длина кабеля между конденсатором и двигателем не превышала соответственно 5 и 15 м. Как видно из табл. 11.1. обычные вентильные разрядники типа РВРД-6 не обеспечивают необходимого ограничения КП. Уровень КП остается достаточно высоким (при отключении К = 249 Кмах = 331) и превышает допустимые нормы гарантированной импульсной прочности изоляции. Конденсаторы же обеспечивают эффективную защиту электродвигателей от КП (Кмах= 3). Тем не менее значительное увеличение емкости нагрузки при неблагоприятных обстоятельствах создает специфические условия способствующие появлению виртуальных срезов тока при повторных зажиганиях дуги в вакуумном коммутационном аппарате и опасных перенапряжений. Помимо этого подключение дополнительной емкости приводит к увеличению тока однофазного замыкания на землю в электрической сети что в ряде случаев неприемлемо по условиям электробезопасности.
Для повышения эффективности ограничения КП на практике применяется конденсаторная защита не в чистом виде а в виде RC - цепей. Конденсаторы уменьшают амплитуду и сглаживают форму импульсов КП вызванных срезом тока. Резисторы способствуют затуханию высокочастотного тока регулируют воздействие на другие фазы и вместе с конденсаторами уменьшают вероятность повторных зажиганий дуги в вакуумном выключателе.
Рассмотрим возможные схемы. Схема включения RC-цепей с заземленной нейтралью (рис. 11.2 а) нашла широкое применение за рубежом однако такое подключение во многих случаях неприемлемо по условиям электробезопасности так как приводит к увеличению тока однофазного замыкания на землю.
В целях уменьшения тока однофазного замыкания на землю рекомендуется включение RC-цепи без заземленной нейтрали по схемам рис. 11.2 б и в. Как показали выполненные авторами экспериментальные исследования по эффективности действия схемы на рис. 11.2 а и б эквивалентны. Соединение конденсаторов в треугольник более эффективно при этом они могут быть меньшей емкости чем при соединении в звезду но должны быть рассчитаны на большее рабочее напряжение. Для установления эффективности действия RC - защиты по схемам включения на рис. 11.2 б и в были измерены КП значения которых приведены в табл. 11.2.
Значения коммутационных перенапряжений Таблица 11.2
А313-62-12 (6 кВ 320 кВт) без защиты
То же с RC-цепями (R = 95 Ом C = 01 мкФ) соединёнными в звезду
То же с RC-цепями (R = 750 Ом C = 01 мкФ) соединёнными в звезду
То же с RC-цепями (R = 95 Ом C = 01 мкФ) соединёнными в треугольник
Данные табл. 11.2. свидетельствуют о том что RC – защита в целом обеспечивает ограничение КП до безопасного уровня (Кмах 3). Выбор схемы подключения конденсаторов должен определяться путем технико-экономического расчета и конструктивными особенностями при размещении их в распредустройстве.
В качестве временных средств можно использовать косинусные конденсаторы емкостью 01 - 07 мкФ (например типов КМ1-105-13-2УЗ КСО-105-25-2У1 К41-1 К75-45 и др.) и резисторы 70 - 200 Ом мощностью не менее 75 Вт (например типов ТВО С5-40 и др.). Необходимо учесть что изоляция конденсатора должна быть рассчитана на длительное рабочее напряжение сети и иметь соответствующую импульсную электрическую прочность. Конденсатор и резистор должны быть малоиндуктивными и малогабаритными.
Рис. 11.2. Схемы соединения RC цепочек
Общепринятых стандартов для оценки импульсной прочности изоляции электродвигателей нет по данным МЭК применительно к сети б кВ уровень гарантированной импульсной прочности корпусной изоляции новых и бывших в эксплуатации высоковольтных двигателей Uм составляет 235 кВ (К = 48). Необходимо отметить что новые электродвигатели могут выдерживать перенапряжения которые фактически в 15 раза превышают гарантированный уровень. Импульсную прочность главной изоляции длительно эксплуатирующихся электродвигателей и отечественной практике оценивают коэффициентами импульса 08 - 12 относительно испытательного напряжения промышленной частоты что для сети 6 кВ составляет 147—221 кВ (амплитудное значение напряжения); этому соответствует кратность К = 3 - 45. Для электродвигателей мощностью 520 - 630 кВт вероятность превышения КП гарантированного МЭК уровня импульсной прочности изоляции статора составляет 2 ·10-4. Применение средств защиты в этом случае целесообразно для электроустановок с частыми коммутациями. В электродвигателях небольшой мощности (500 кВт и менее) перенапряжения как правило превышают гарантированные уровни электрической прочности изоляции поэтому необходимы средства защиты.
Применение нелинейных ограничителей перенапряжений (ОПН) как показывает опыт эксплуатации по ряду причин не решает полностью проблему для электродвигателей. Современные ограничители выпускаемые промышленностью имеют примерно трехкратный уровень ограничения не обеспечивающий окончательную защиту электродвигателя поэтому ОПН и разрядники применимы лишь для защиты нагрузок имеющих более высокий уровень импульсной прочности изоляции чем вращающиеся машины (например силовых трансформаторов).
Распространенным способом защиты высоковольтных двигателей является подключение дополнительной емкости между фазами и корпусом машины. При этом уменьшается не только амплитуда но и крутизна фронта импульсов КП что создает более благоприятные условия эксплуатации изоляции.
На практике конденсаторную защиту применяют в виде RC - цепей. В 2002 г. Центром независимых экспертиз сертификации и проблем качества при Уральском государственном техническом университете (г. Екатеринбург) была проведена экспертиза по применению RC - ограничителей с указанием различий и преимуществ по отношению к применяемым в настоящее время ОПН ОПНК и др. RC - ограничитель состоит из последовательно включённых конденсатора и резистора предназначен для защиты изоляции электрооборудования 6 - 10 кВ от коммутационных и грозовых перенапряжений в сетях трехфазного переменного тока частотой 50 Гц. Защитное устройство ограничивает:
перенапряжения вызванные срезом тока в выключателе (за счет уменьшения волнового сопротивления защищаемого объекта емкостью защитного устройства что снижает кратность и уменьшает крутизну фронта волны перенапряжений);
амплитуды высокочастотных коммутационных и грозовых перенапряжений а также витковых перенапряжений на электродвигателях (вследствие снижения крутизны фронта волны емкостью устройства);
перенапряжения при повторных зажиганиях дуги в выключателе (за счет демпфирования резисторами высокочастотных колебаний что существенно снижает вероятность повторных зажиганий).
Применение RC - ограничителей целесообразно для защиты электроустановок с частыми коммутациями (электропечные нефтебуровые подъемные установки экскаваторы и др.) особенно при использовании вакуумных выключателей имеющих высокий уровень токов среза а также в тех случаях когда требуется глубокое (вплоть до 15 - высокая надежность и долговечность; высокая термическая стойкость при однофазном замыкании на землю в сети с изолированной нейтралью. Лучшие защитные свойства обуславливает более низкий (15 - l6 Uф) уровень ограничения коммутационных перенапряжений.
В сетях с изолированной нейтралью ОПН и ОПНК должны длительно от долей секунды (при работающей на отключение быстродействующей защите от однофазного замыкания на землю) до нескольких часов (при защите работающей на сигнализацию) выдерживать наибольшее линейное напряжение.
Рис. 11.3. Схема присоединения ШОП
При этом спад допустимой длительности воздействия напряжения на ОПН до долей секунды приходится именно на диапазон напряжений близких к номинальному линейному. В этих условиях чтобы получить уровень ограничения всего лишь (20 - 21 Uф) требуется надежно ограничить время воздействия на ОПН наибольшего линейного напряжения суммарным временем действия резервной ступени защиты подстанции что не всегда возможно а во многих случаях экономически нецелесообразно.
Если выполнять ОПН длительно выдерживающими наибольшее линейное напряжение уровень ограничения будет не ниже (30 - 32 Uф).
Вентильные разрядники типа РВРД способные ограничивать и грозовые и коммутационные перенапряжения позволяют обеспечить лишь уровень 25 Uф.
Таким образом сегодня для глубокого ограничения коммутационных перенапряжений нет альтернативы RC - ограничителям. Следует отметить также что они существенно снижают перенапряжения на витковой изоляции электродвигателей при воздействии импульсов с крутым фронтом (грозовых и возникающих при повторных пробоях) уменьшая крутизну до безопасных величин. Считается что снижение крутизны до 1 - 2 кВмкс делает импульсные перенапряжения неопасными для витковой изоляции что требует установки в каждой фазе конденсатора емкостью 01-10 мкФ. Емкость RC - ограничителей 6 - 10 кВ находится как раз в этом диапазоне.
Параметры RC - цепочек определены с учетом циркуляра РАО "ЕЭС России" Ц-5-98(э) от 30.10.98 г. (с последующим уточнением данных с помощью программного комплекса МАЭС предназначенного для расчета электромагнитных переходных процессов в электроэнергетических схемах). Оптимальное значение сопротивления резистора RC - ограничителя практически не зависит от емкости сети и находится в пределах 4 - 120 Ом диапазон оптимальной емкости защитного конденсатора 0068-10 мкФ.
Установка ОПН на присоединениях с вакуумными выключателями ограничивает перенапряжения связанные с обрывом тока и эскалацией напряжений сокращает число повторных зажиганий а следовательно число опасных перенапряжений и полностью исключает перенапряжения при виртуальном срезе тока.
Защита от перенапряжений требуется при коммутациях вакуумными выключателями присоединений с электродвигателями и трансформаторами.
Не требуется защита от перенапряжений инициируемых вакуумными выключателями:
трансформаторов защищенных по условию грозозащиты вентильными разрядниками или ОПН;
трансформаторов СН в кабельных сетях длина подключаемых кабелей которых больше или равна приведенным в таблице значениям.
Для защиты электродвигателя от перенапряжений инициируемых вакуумным выключателем ограничитель устанавливается в сети 6 кВ.
При установке ограничителей в нескольких ячейках характеристики ограничителей должны быть специально подобраны для их параллельной работы. В этом случае ограничители будут подвержены меньшим токовым и энергетическим воздействиям при однофазных дуговых замыканиях на землю что повысит надежность работы сети и ОПН.
Наибольшая эффективность ограничения перенапряжений инициируемых вакуумными выключателями достигается при установке ОПН параллельно выключателю или непосредственно у защищаемого объекта.
Возможна установка ограничителя в ячейке выключателя в начале кабеля. В этом случае необходима проверка уровня перенапряжений на двигателе которые не должны превышать выдерживаемый изоляцией двигателя уровень испытательных напряжений.
Источником опасных воздействий сопровождающих процесс отключения является срез тока в вакуумной камере до его естественного перехода через нулевое значение. При этом магнитная энергия запасенная в индуктивности нагрузки колебательным образом переходит в собственную емкость нагрузки и кабеля присоединения. Кратность возникающих перенапряжений зависит от соотношения индуктивности и емкости отключаемого присоединения. У двигателей 6-10 кВ индуктивность имеет относительно небольшое значение (менее 100 мГн) запасенная в ней энергия в момент среза тока невелика и выделение ее в емкость присоединения не приводит к опасным перенапряжениям. Амплитуда переходной составляющей напряжения определяется в основном разностью между напряжением на двигателе до отключения и величиной смещения нейтрали вызванного отключением и практически не зависит от тока среза.
После среза тока промышленной частоты напряжение в отключаемой фазе на стороне секции шин остается практически неизменным за счет большого числа присоединений и примерно равным амплитудному значению фазного рабочего напряжения. Напряжение на полюсе отключаемой фазы выключателя со стороны присоединения изменяется в соответствии с переходным процессом вызванным перезарядом емкости присоединения и рассеянием индуктивной энергии двигателя. Разность потенциалов на контактах выключателя носит название переходного восстанавливающегося напряжения (ПВН). Если ПВН в некоторый момент времени превышает значение электрической прочности промежутка между расходящимися контактами выключателя то происходит повторное зажигание (ПЗ) дуги. При этом в кабеле отключаемого присоединения возбуждается волна напряжения перезаряжающая его до потенциала под которым находится секция шин. Амплитуда этой волны определяется разностью между напряжением сети и напряжением на двигателе до ПЗ.
Приходя на двигатель эта волна испытывает отражение близкое по характеру к отражению от холостого конца кабеля что приводит к удвоению амплитуды волны на зажимах двигателя.
Это объясняется тем что постоянная времени контура "волновое сопротивление кабеля - “индуктивность двигателя" составляет доли секунды и индуктивность практически не участвует в волновом процессе.
Наличие собственной емкости двигателя приводит к затягиванию фронта набегающей волны за счет перезарядки емкости через волновое сопротивление кабеля. Постоянная времени перезарядки для кабелей и двигателей не превышает 1 мкс.
Перепад напряжения на двигателе за столь короткое время равный удвоенному значению волны напряжения представляет опасность для продольной (межвитковой) изоляции двигателя и требует рассмотрения при выборе защитных устройств.
Частота высокочастотных колебаний вызванных пробегами волн в кабеле после ПЗ определяется длиной кабеля и при длинах меньших 1 км превышает 50 кГц. Отличительной особенностью вакуумного выключателя является его способность к отключению высокочастотного тока этих колебаний при переходе его через нулевое значение. После такого отключения возобновляется процесс восстановления напряжения на контактах выключателя однако уже при иных начальных условиях. Напряжение на емкости двигателя и ток в его индуктивности в момент отключения больше чем при первом отключении. Это приводит к тому что максимум в кривой ПВН становится больше; возможно новое зажигание дуги. Возрастание максимума кривой ПВН объясняет тот факт что уровень перенапряжений при ПЗ на присоединениях с двигательной нагрузкой значительно выше чем при одиночном срезе тока промышленной частоты и тем больше чем больше число ПЗ. Так например для двигателя мощностью 630 кВт при длине кабеля 80 м кратность перенапряжений при одиночном срезе тока 5 А по расчетам составляет 1.77 а при возникновении повторных зажиганий достигает 6_и кратной величины.
Сравнение допустимых уровней изоляции оборудования и кратностей внутренних перенапряжений показывает что большинство перенапряжений не опасно для оборудования с нормальной изоляцией. В связи с этим оборудование требует защиты только от грозовых перенапряжений. При этом важно чтобы квазистационарные перенапряжения имеющие длительный характер не приводили к выходу из строя ограничителей перенапряжений. Для оборудования с облегченной изоляцией вращающихся машин и состарившейся изоляцией в процессе эксплуатации представленные выше уровни перенапряжений превышают допустимый уровень воздействий. Следовательно для повышения надежности эксплуатации данного вида оборудования в электрических сетях необходима установка защитных средств (ОПН).
2. Расчет параметров RC-цепи для синхронного двигателя мощностью 3150 кВт
Расчет параметров RC-цепи произведем на основе методики изложенной в РД 153-34.3-35.125-99 «Руководство по защите электрических сетей 6-1150 кВ от грозовых и внутренних перенапряжений».
Емкость фазы двигателя:
Эквивалентная емкость коммутирующего присоединения:
где - емкость кабельной линии
Индуктивность схемы:
Сопротивление защитной RC-цепи:
Таким образом оптимальные параметры защитной RC-цепи будут и .
3. Расчет параметров ОПН для синхронного двигателя мощностью 3150 кВт
Для выбора схемы соединения ОПН рассчитаем емкостной ток от синхронного двигателя на землю:
Общий емкостной ток от максимально возможного количества работающих синхронных двигателей составит: .
Однофазный ток короткого замыкания:
По РД 153-34.3-35.125-99 принимаем схему установки ОПН между фазой и землей т.к. и .
Рассчитаем для синхронного двигателя мощностью 3150 кВт допустимый уровень внутреннего перенапряжения:
Выбираем ОПН-КРTEL-10115 УХЛ1 10115. Параметры: ; ; ; ; при .
Безопасность и экологичность проекта
1. Характеристика основных опасностей технологического процесса средства и мероприятия по их предотвращению
1.1. Характеристика основных опасностей технологического процесса
Физические опасные производственные факторы:
- движущиеся машины и механизмы; подвижные части производственного оборудования;
- повышенное значение напряжения в электрической цепи замыкание которой может произойти через тело человека.
Химические и психофизические факторы на Водозаборной станции отсутствуют.
1.2. Средства защиты от опасных производственных факторов
Для защиты от воздействия опасных производственных факторов применяют методы коллективной и индивидуальной защиты. К средствам коллективной защиты относится:
- ограждение движущихся машин механизмов и подвижных частей производственного оборудования;
- заземление корпусов электрического оборудования;
- заземление металлических полов.
Средствами индивидуальной защиты являются:
- инструмент с изоляционными ручками:
- резиновые перчатки резиновые галоши резиновый коврик.
1.3. Организационные мероприятия по обеспечению безопасности работ
Организационными мероприятиями обеспечивающими безопасность работы в электроустановках являются:
а) оформление работы нарядом-допуском распоряжением или перечнем работ выполняемых в порядке текущей эксплуатации;
в) надзор во время работы;
г) оформление перерыва в работе переводов на другое рабочее место окончания работы.
1.4. Технические мероприятия по обеспечению безопасности работ
Для подготовки рабочего места при работах со снятием напряжения должны быть выполнены в указанном порядке следующие технические мероприятия:
а) произведены необходимые отключения и приняты меры препятствующие подаче напряжения на место работы вследствие ошибочного или самопроизвольного включения коммутационной аппаратуры;
б) на приводах ручного и на ключах дистанционного управления коммутационной аппаратурой вывешены запрещающие плакаты;
в) проверено отсутствие напряжения на токоведущих частях которые должны быть заземлены для защиты людей от поражения электрическим током;
г) наложено заземление (включены заземляющие ножи а там где они отсутствуют установлены переносные заземления);
д) вывешены предупреждающие и предписывающие плакаты ограждены при необходимости рабочие места и оставшиеся под напряжением токоведущие части. В зависимости от местных условий токоведущие части ограждаются до или после наложения заземлений.
2. Санитарно-гигиенические мероприятия
2.1. Метеорологические условия. Вентиляция. Отопление
Оптимальные и допустимые параметры метеорологических условий воздуха рабочей зоны для теплых холодных периодов года укажем в табл. 12.1
Оптимальные и допустимые параметры
Оптимальные нормы температуры °С
Допустимые нормы температуры °С
Холодный и переходные условия
Для обеспечения нормальных санитарно-гигиенических условий предусматриваем вентиляцию с искусственным побуждением для производственных зданий расположенных в II климатической зоне а объеме однократного воздухообмена с положительным дисбалансом в течение 1 часа в производственном помещении высотой 6 метров и менее.
Аварийную вентиляцию устанавливаем с искусственным побуждением устанавливаем в верхней рабочей зоне.
Для производственных помещений выбираем воздушную систему отопления и электрическую систему отопления (температура на теплоотдающей поверхности 130 °С).
2.2. Освещение производственных помещений
Характеристику зрительной работы укажем в табл. 12.2.
Характеристика зрительной работы
Наименьший или эквивалентный объект различения мм
Разряд зрительных работ
Подразряд зрительных работ
Контраст объекта с фоном
В производственных помещениях устанавливаем искусственное освещение систему общего освещения которая предназначена для освещения не только рабочих поверхностей но и всего помещения в целом в связи с чем светильники размещаем под потолком на расстоянии (6 м) от рабочих поверхностей. При этом используем способ равномерного размещения светильников для обеспечения равномерности освещения всей площади помещения в целом.
При аварийном отключении электрического освещения а также для обеспечения процесса ликвидации чрезвычайной ситуации применяем фотолюминесцентную эвакуационную систему (ФЭС).
ФЭС предусматривает применение фотолюминесцентных ориентационно-знаковых элементов с эффектом длительного послесвечения хорошо различаемых в темноте и в условиях задымления. Свойство длительного послесвечения наблюдается у предварительно активированных светом кристаллических соединений например на основе сульфидов цинка или алюминатов щелочноземельных металлов. При воздействии квантов света естественного или искусственного происхождения кристаллы этих соединений переходят в возбужденное состояние запасая энергию которая со временем излучается уже новыми квантами света в видимой области спектра.
3. Электробезопасность. Защита от статического электричества
В районах Крайнего Севера существуют особенности температурных режимов земли. Отрицательная температура определяет наличие многолетнемерзлых грунтов. В вертикальном разрезе почвы выделим следующие слои:
- деятельный слой земли: мощность от 07 до 25 м. В этом слое температура изменяется от плюсовых до минусовых значений;
- аккумуляционный слой: для него характерны постоянные минусовые температуры но они изменяются в зависимости от времени года;
- подстилающий слой: вечная мерзлота;
В соответствии с изменением температурных слоев изменяется и удельное сопротивление земли. Таким образом основная трудность в обеспечении электробезопасности обусловлена высоким удельным сопротивлением поверхностных слоев земли и неопределенностью значений удельного сопротивления при расчете заземляющего устройства (ЗУ).
Подход к решению вопроса электробезопасности в соответствии с требованиями ПУЭ зависит от номинального напряжения и режима заземления нейтрали. В сетях 110 кВ принят режим глухого заземления нейтрали. Токи однофазного КЗ соизмеримы с токами трехфазного КЗ. Поэтому в сетях с глухозаземленной нейтралью напряжения прикосновения могут достичь опасных значений. Именно исходя из вероятности поражения от действия напряжения прикосновения ПУЭ предписывает чтобы сопротивление ЗУ не превышало 05 Ом. Для обеспечения этого значения сопротивления необходимы большие материальные затраты. В средней полосе России затраты на сопротивление заземления равное 05 Ом в общей стоимости ГПП не превышают 05 %. Если в электроустановках Крайнего Севера обеспечить сопротивление ЗУ RЭ = 05 Ом то затраты на выполнение ЗУ составят от 40 до 60% в общей стоимости ГПП. Поэтому исходя из соображений снижения затрат в электроустановках 110 кВ ПУЭ допускают выполнять ЗУ не по величине 05 Ом а по величине при которой обеспечивался бы нормируемый уровень электробезопасности на территории ГПП. Так как ток через тело человек протекает под действием напряжения прикосновения UПР то ПУЭ и ГОСТ нормируют допускаемую величину UПР.
Таким образом необходимо найти расчетное напряжение прикосновения [8]:
где a11 – сопротивление растекания эквивалентной пластины Ом;
aПР – коэффициент прикосновения составляет 005 – 006;
I(1) – ток однофазного КЗ стекающий в землю с элементов заземляющего устройства кА.
Напряжение на заземляющем устройстве подстанции:
В соответствии с ПУЭ U0 не должно превышать 10 кВ.
Сторона эквивалентной пластины:
где aЭ – эквивалентная сторона квадратной пластины м.
Сопротивление растекания эквивалентной пластины:
где rЭ – эквивалентное удельное сопротивление многослойной пластины Ом×м.
где r2 – удельное сопротивление второго слоя земли Ом×м;
K1 и K2 – расчетные коэффициенты значения для разного вида геоэлектрического разреза земли.
Для проектирования ГПП приняты следующие коэффициенты геоэлектрического разреза которые сведены в табл. 12.3.
Параметры геоэлектрического разреза земли для ГПП
Т.к. r2>r1 а r2>r3 то расчетные коэффициенты для определения эквивалентного удельного сопротивления земли для поверхностных сеточных (пластинчатых) электродов определяем по формулам:
где h1 – толщина первого слоя земли м;
r1 r2 – удельное сопротивление слоев Ом×м;
h0 = h1 + h2 – базовая мощность слоев трехслойной структуры м;
r3(Э) – эквивалентное удельное сопротивление слоев земли простирающихся ниже второго слоя (r2) определяемое по выражению:
Тогда зная r3(Э) находим значения коэффициентов К1 и К2.
Эквивалентное удельное сопротивление земли для поверхностных сеточных электродов заземлителя рассчитаем по формуле:
Тогда напряжение на заземлителе:
Напряжение прикосновения:
Так как UР.ПР UПР 167 В 400 В то требуемый уровень безопасности обеспечивается.
4. Пожарная безопасность
Здание и помещения Водозаборной станции относятся к Д категории по пожарной взрывопожарной и пожарной опасности класс взрывоопасности – «нормальная среда».
Мероприятия по обеспечению пожарной безопасности:
- отвод зарядов статического электричества через заземляющие устройства.
Первичные средства и стационарные установки пожаротушения:
- огнетушители углекислотные;
- кран с брезентовым рукавом;
- пожарная лестница;
- электробезопасный брандспойт;
5. Оценка условий труда на рабочих местах
На Водозаборной станции условия труда оценены как оптимальные - условия и характер труда при которых исключается неблагоприятное воздействие на здоровье работающих опасных и вредных производственных факторов создаются предпосылки для сохранения высокого уровня работоспособности.
6. Оценка уровня травматизма на предприятии
Для оценки уровня травматизма на предприятии определим коэффициенты:
Коэффициент частоты травматизма показывает число несчастных случаев приходящихся на 1000 человек работающих:
где - число несчастных случаев за отчетный период ();
- среднесписочное количество работающих за тот же период ().
Коэффициент тяжести представляет собой число дней нетрудоспособности приходящееся за один несчастный случай:
где - число дней нетрудоспособности по закрытым больничным листам учтенных несчастных случаев ().
Коэффициент производственных потерь :
7. Экологичность проекта
На Водозаборной станции отсутствуют источники загрязнения атмосферного воздуха (газы пыль) гидросферы (химические биологические и физические) почв (твердые отходы). Исходя из этого проект не нуждается в санитарно-технических мероприятиях направленных на предотвращение загрязнения природной среды.
8. Безопасность в условиях чрезвычайных ситуаций
8.1. Характеристика рассматриваемого производства с точки зрения безопасности в условиях чрезвычайных ситуаций
Водозаборная станция расположена на берегу реки Норильской возможность затопления отсутствует наличие автомобильных дорог. Оборудование расположено в зданиях. Отсутствие вблизи убежищ. Количество работающих в наибольшей смене – 8 человек. Наземное расположение энергетических сетей и коммуникаций. Средняя оценка надежности системы управления производством связи с районом рассредоточения персонала системы оповещения.
8.2. Организация оповещения работающих об угрозе возникновения чрезвычайной ситуации
С целью снижения потерь работающих для своевременного оповещения персонала Водозаборной станции об угрозе ЧС предусматриваем расположение громкоговорителей и сирен в помещениях ГПП и машинного помещения Водозаборной станции.
8.3. Действия персонала цеха по сигналам гражданской обороны
По сигналу «Отбой воздушной тревоги» в случае реализовавшейся опасности следует предусмотреть проведение разведки пожарной радиационной химической обстановки вблизи укрытий и защитных сооружений и вывод персонала цеха в безопасную зону.
9. Заключение по разделу «Безопасность и экологичность проекта»
В дипломном проекте предусмотрены мероприятия по безопасности и экологичности проекта:
- Средства защиты от опасных производственных факторов;
- Организационные мероприятия по обеспечению безопасности работ;
- Технические мероприятия по обеспечению безопасности работ;
- Санитарно-гигиенические мероприятия: вентиляция отопление освещение производственных помещений;
- Защита от статического электричества Расчет заземляющих устройств;
- Пожарная безопасность;
- Безопасность в условиях чрезвычайных ситуаций.
Расчет технико-экономических показателей
1. Определение потребности предприятия в электроэнергии
Годовой расход электроэнергии на производственные и прочие нужды определяем по формуле:
где РМАХ =171 МВт — активная расчетная мощность потребляемая насосной станцией за наиболее загруженную смену;
ТМАХ = 7000 ч — годовое число часов использования максимума нагрузки.
Годовой расход электроэнергии на освещение и прочие коммунально-бытовые нужды включен в расчетную нагрузку по предприятию поэтому расход энергии по этим статьям отдельно не определяем.
Потери электроэнергии в сетях и трансформаторах ГПП составляют примерно 4% от потребляемой энергии т.е.
Баланс предприятия по энергопотреблению представлен в таблице 13.1.
Суточный график потребления электрической энергии представляет собой практически прямую линию параллельную оси абсцисс.
Баланс предприятия по энергопотреблениюТаблица 13.1
Получено со стороны:
Получено от других источников:
Потери в сетях и трансформаторах
2. Определение суммарных капитальных вложений
Капитальные затраты на осуществление выбранной схемы электроснабжения предприятия состоят из затрат на сооружение линий электропередачи Кл установку высоковольтной аппаратуры Кап и сооружение повышающих и понижающих подстанций Кпст.
В капитальные затраты входит стоимость изыскательских работ и подготовки трассы опор изоляторов провода и др.
В капитальные затраты входит стоимость подготовки территории силовых трансформаторов открытых и закрытых электрических распределительных систем включая электрооборудование и его монтаж стоимость строительства зданий и сооружений.
Составляющие капитальных затрат рассчитываем следующим образом:
-стоимость строительства зданий - по укрупненным показателям;
-стоимость установленного электрооборудования по справочной литературе;
-стоимость монтажных работ принимаем по укрупненным нормативам: 12% стоимости оборудования;
-транспортно-заготовительные расходы по доставке оборудования к месту монтажа принимаем 32 % к прейскурантной стоимости оборудования;
-накладные расходы на монтажные работы принимаем 21 % стоимости монтажных работ;
-прочее оборудование принимаем условно в размере 5 % от стоимости основного оборудования (с учетом транспортно-заготовительных расходов);
-плановые накопления - 6 %;
-непредвиденные расходы - 10 %;
-необъемные расходы - 50 %.
Результаты расчетов сводим в табл. 13.2.
Сметно-финансовый расчет стоимости объектов электроснабжения
Наименование элементов
Сумма амортизационных отчислений тыс.руб
Трансформатор ТРДН-25000110
Разъединитель DBF4-123-1104000
ЗАР1DT-145EK-110-404000
Ячейка AD-1 с выключателем
Ячейка CL-1 с выключателем
Ячейка ТТ-1 с трансформаторами напряжения VRQ3nS2-10
Трансформаторы тока
Транспортно-заготовительные работы
Накладные расходы на монтажные работы
Непредвиденные расходы
3 Организация и планирование технического обслуживания электрооборудования подстанции Водозаборной станции
Обслуживание действующих электроустановок Водозаборной станции проведение в них оперативных переключений организация и выполнение ремонтных работ в том числе монтажных осуществляется подготовленным электротехническим персоналом цеха.
Обслуживание и ремонт электрооборудования ГПП и ВЛ осуществляется персоналом предприятия ВВС. Граница зоны обслуживания установлена на контактном присоединении отходящего кабеля в кабельном отсеке ячейки КРУ ГПП. Электрослужба обслуживает питающие кабельные линии КТП ТП напряжением 10 кВ сети 04кВ синхронные двигатели главных насосов котлы. Для производства капитальных ремонтов электрооборудования привлекаются подрядные организации (СЭМ СВЭМ НА ВВСиП ЭРЦ). Периодичность ремонтов и их длительность устанавливается системой ППР. Объем и графики ремонтов электрооборудования и аппаратов регламентируются ежегодными планами.
Количество хранящегося на складах резервного оборудования и запасных частей составляет в среднем 10% от количества находящегося в работе оборудования.
Трудоемкость технического обслуживания (ТО) планируется из расчета 10% от трудоемкости текущего ремонта (ТР). В планируемом году количество ремонтов и технического обслуживания предполагается исходя из продолжительности межремонтных и межосмотровых периодов и равномерного распределения ремонтных работ (трудоемкости) по месяцам и годам. Структура и продолжительность циклов ТОР ЭО [19] а также расчетное количество предполагаемых ремонтов в планируемом году приведены в табл. 13.3.
Структура продолжительность циклов ТОР ЭО
Ячейки с выключателями
4 Разработка календарных план-графиков ремонта
электрооборудования и сетей
Годовой план-график технического обслуживания и ремонта энергетического оборудования (ТОР ЭО) за полный ремонтный цикл на плановый год приведен в таблице 13.4. Количество ремонтируемого оборудования в нынешнем году определяется из равномерного распределения его на протяжении всего ремонтного цикла для данного типа.
5. Планирование объема ремонтных работ и технического
Для расчетов трудоемкости по видам ремонтных работ следует определить общую трудоемкость по видам ремонта (капитальный текущий ТО) для всего электрооборудования – это представители обширных эксплуатационных групп оборудования.
Трудоемкость ремонтов соответствующего оборудования в год рассчитана в табл. 13.5.
План трудоемкости человеко-часов для ТОТР и КР электрооборудования
Наименование оборудования
Трудоемкость чел.-час. кол-во раз в год
Выключатель ЗАР1DT-145EK-110-404000
ОПНTEL-11084УХЛ1 ОПНTEL-10126
ТФЗМ-110Б-I-ХЛ1 ТПОЛ-10-1У3 ARJP2N2J-10
Ячейки с выключателями LF-1-10-1250-315
Ячейка DI-2 с ТСН ТСЗ-6310
5. Расчет численности ремонтных рабочих
Численность рабочих необходимых для выполнения всего комплекса работ по техническому обслуживанию и ремонту на планируемый год определяем по формуле:
где =12 - коэффициент выполнения норм;
= 085 - коэффициент сменности работы оборудования;
=800 ч - норма межремонтного (технического) обслуживания на одного рабочего в одну смену по табл.2.1. [16];
- суммарная годовая трудоемкость работ по капитальным и текущим ремонтам по табл. 13.5;
- суммарная годовая трудоемкость работ по техническому обслуживанию по табл. 13.5.
Фонд и бюджет рабочего времени рабочего персонала рассчитываются на плановый год исходя из установленного на предприятии режима работы и плановых потерь времени.
Простой оборудования по капитальному ремонту принимаем равным трем дням; при текущем ремонте - двум процентам (для односменного режима) [16]. Полезный фонд рабочего времени представлен в табл. 13.6.
При непрерывном производстве полезный фонд рабочего времени для оборудования составит:
где – количество рабочих смен в течение дня.
Полезный фонд времениТаблица 13.6
Число календарных и выходных дней в году
Выходные и праздничные дни
Количество дней простоя оборудования в связи с кап. ремонтами
Номинальный фонд времени
Процент простоя оборудования при ТР к номинальному фонду
Полезный фонд времени
Длительность рабочей смены
Полезный фонд рабочего времени
Бюджет рабочего времени персонала приведен в табл. 13.7. Затраты рабочего времени на внеочередной и дополнительный отпуск следует планировать на уровне отчетного года а невыходы по болезни в связи с выполнением государственных обязанностей и прочие – в меньшем размере с учетом улучшения работы в этих областях.
Полезный фонд времени рабочего в днях определяется по формуле:
Полезный (эффективный) фонд рабочего времени работника в часах определяем по формуле:
Коэффициент использования рабочего времени:
Коэффициент списочного состава предприятия:
Бюджет рабочего времени работников электрослужбыТаблица 13.7
Число календарных дней
Выходные и праздничные дни
Среднее число невыходов на одного рабочего всего
в том числе: очередной отпуск
дополнительный отпуск
выполнение государственных обязанностей
Полезный фонд рабочего времени
Номинальная продолжительность рабочего дня
Фактическая продолжительность рабочего дня
Коэффициент использования рабочего времени
Коэффициент списочного состава
Численность дежурного и обслуживающего персонала определяется на основе установленных норм обслуживания. Следует рассчитывать явочную и списочную численность эксплуатационных рабочих на различных участках энергохозяйства предприятия.
Явочная численность дежурного и обслуживающего персонала:
Списочная численность:
Тогда что соответствует рациональной штатной расстановки дежурного персонала.
Уточненную численность ремонтных рабочих определяем на основе полезного расчетного фонда рабочего времени работников а также исходя из трудоемкости планируемых работ.
Явочная численность эксплуатационного персонала:
где – коэффициент выполнения норм.
Списочную численность эксплуатационного персонала определяем по формуле (13.11):
Уточненное количество дежурного и ремонтного персонала распределяем по разрядам принятым на данном предприятии в табл. 12.7. А также численность ИТР в табл. 13.8.
Численность дежурного эксплуатационного персонала Таблица 13.8
Средний тарифный коэф. рабочих
Дежурно-эксплуатационный персонал
Численность ИТРТаблица 13.9
Кол-во штатных единиц (чел)
Руководит бригадой осуществляющей ремонт и оперативное обслуживание участка с целью обеспечения надежной экономичной и безопасной работы электроустановок и электрооборудовании.
Управление и организация бесперебойной работы энергооборудования предприятия.
7. Расчет фонда оплаты труда эксплуатационных рабочих и ИТР
Фонд оплаты труда рабочих состоит из основной и дополнительной заработной платы. В основную входят все виды оплаты за фактически выполненную работу:
- оплату повременных и сдельных работ различные премии и доплаты в соответствии с действующими системами оплаты труда и премирования; надбавки за вредность и опасность работы;
- доплаты за работу в ночное и вечернее время праздничные дни;
- за работу в отдельных местностях северный коэффициент и полярные надбавки.
В дополнительную заработную плату входят предусмотренные трудовым законодательством но не связанные с выполнением производственной работы виды оплаты:
- оплата отпусков и компенсаций за неиспользованный отпуск;
- оплату невыходов в связи с учебой выполнением государственных и общественных обязанностей оплату льготных часов подросткам и кормящим матерям.
Расчет фонда оплаты труда ремонтного и дежурного персонала производим на основании штатного расписания и установленных тарифных ставках по форме табл. 13.10.
Расчет фонда оплаты труда ИТР производим на основании штатного расписания и установленных должностных окладов по форме табл. 13.11.
Годовой ФОТ ремонтного персоналаТаблица 13.10
Эксплуатационный персонал
Списочная численность рабочих чел.
Эффективный фонд раб. времени дн.
Подлежит отработать всеми рабочими чел.-дн.
Среднечасовая тарифная ставка руб.
Подлежит отработать всеми рабочими чел.-ч.
Доплата за 1 час работы ночью 20% руб.
Доплата за 1 час работы вечером 10% руб.
Подлежит отработать ночью чел.-ч.
Подлежит отработать вечером чел.-ч.
Доплата за ночные часы руб.
Доплата за вечерние часы руб.
Прочие доплаты 5% руб.
Тарифный заработок руб.
Северные надбавки 80% руб.
Районный коэффициент 80% руб.
Основная заработная плата руб.
Среднедневной заработок руб.
Отпуск и прочие неявки чел.-дн.
Дополнительная заработная плата руб.
Фонд оплаты труда руб.
Отчисления на ед. соц. налог 26% руб.
Всего ФОТ с отчислениями на ед. соц. нал. руб.
Расчет годового ФОТ ИТР Таблица 13.11
Северный коэффициент 80% руб.
Общий годовой ФОТ руб.
Отчисление не ед. соц. налог 26% руб.
Годовой ФОТ с отчислением на ед. соц. налог руб.
Сводный план по труду и заработной плате Таблица 13.12
Средне списочная численность работающих всего чел
В том числе рабочих из них:
Фонд оплаты труда (с отчислениями) – всего руб
Среднемесячная зарплата на одного основного рабочего руб
Среднемесячная зарплата ИТР из них:
8. Расчет себестоимости потребления электроэнергии
Конечным итогом расчета производственно-экономических показателей должно стать определение себестоимости передачи электроэнергии.
Статьи затрат электрохозяйства складываются из следующих составляющих:
где - стоимость покупной электроэнергии потребляемой за год предприятием;
- годовой фонд оплаты труда эксплутационного ремонтного персонала и ИТР с учетом отчислений на социальное страхование;
- амортизационные отчисления от стоимости установленного оборудования на предприятии;
- стоимость материалов расходуемых за год на текущий ремонт и обслуживание электрооборудования;
- прочие годовые расходы.
При одноставочном тарифе стоимость электроэнергии получаемой от энергосистемы в течение года (покупная электроэнергия) составит:
W = 119700 МВт×ч – энергия потребляемая Водозаборной станцией за год.
Годовой фонд оплаты труда персонала электрохозяйства с отчислениями на социальное страхование определяем на основании расчетов по табл. 13.12.:
Амортизационные отчисления определяются по первоначальной стоимости основных фондов электрооборудования и полных норм амортизации для различных видов основных фондов и найденные ранее по табл. 13.2. т.е.
Годовая стоимость материалов расходуемых на текущий ремонт и эксплуатационное обслуживание может составлять 20% от размера амортизационных отчислений:
Расчет прочих расходов за год на электроснабжение предприятия может быть определен в размере 4% от суммы рассчитанных эксплуатационных расходов:
Суммарные затраты составят:
Себестоимость потребления 1 кВт×ч электроэнергии определяем по выражению:

Содержание.doc

Общая характеристика объекта проектирования
Определение электрических нагрузок до 1 кВ
Определение электрических нагрузок выше 1 кВ
Проектирование системы внешнего электроснабжения
Выбор главной схемы электрических соединений подстанции
Выбор рациональных сечений проводов и жил кабелей
Расчет токов короткого замыкания
Выбор электрических аппаратов
Измерения защита и управление на подстанции
Релейная защита автоматика и телемеханика
Спецвопрос. Защита от перенапряжений в сетях 6-10 кВ
Безопасность и экологичность проекта
Расчет технико-экономических показателей
Библиографический список
Электроснабжение водозаборной