Проектирование цеховой трансформаторной подстанции 10/0,4 кВ промышленного назначения
Оглавление
Введение
1 Расчетно-пояснительная
часть
1.1
Характеристика объекта
1.2.
Определение категорий надёжности и выбор схемы электроснабжения
1.3 Расчёт
электрических нагрузок и выбор компенсирующих устройств
1.4 Выбор числа
и расчёт мощности силовых трансформаторов на подстанции
1.5 Выбор точек
и расчёт токов короткого замыкания
1.6. Выбор
основного оборудования на подстанции и аппаратов защиты
1.7. Выбор шин
и изоляторов
1.8. Выбор
питающих и распределительных линий
1.9. Расчёт
заземляющего устройства
2 Мероприятия по
безопасности труда при ремонте потолочного светильника в цехе
Список
рекомендуемых источников
Введение
Современные предприятия строятся с высокой степенью автоматизации, что
требует, для исключения возможности срыва технологического процесса,
обеспечения высокой надежности и качества электроснабжения. Перевод
промышленного производства на автоматизированную основу и появление в связи с
этим в промышленности потребителей 1 категории надежности вызывает
необходимость дальнейшего повышения надежности электроснабжения промышленных
потребителей.
В настоящее время разработаны и серийно выпускаются достаточно большой
перечень оборудования, устройств и приборов для технического перевооружения
электрических сетей и их автоматизации. Это позволяет энергосистемам широко
внедрять мероприятия по решению вопроса надежности электроснабжения с
использованием коммутационной секционирующей аппаратуры, обеспечивающей
резервирование линий от независимых источников питания и являющихся основой для
автоматизации управления электрическими сетями. Энергоснабжающие организации
постоянно проводят технические мероприятия по повышению надежности работы
оборудования и уменьшению аварийности в направлении улучшения технического
состояния электрических сетей и совершенствования схем электроснабжения,
сокращения протяженности линий распределительных сетей 10 и 0,4 кВ,
строительства ВЛ и КЛ для резервирования подстанций.
Разработка курсового проекта выполняется с целью проектирования цеховой
трансформаторной подстанции 10/0,4 кВ промышленного назначения,
разработки надёжной, гибкой, безопасной и удобной в эксплуатации схемы
электроснабжения. Выбор современного устойчивого к любым режимам оборудования
позволит создать безопасные и комфортные условия труда для обслуживающего
персонала, повысят качество передачи и распределения электроэнергии.
1.
Расчетно-пояснительная часть
.1
Характеристика объекта
Ремонтно-механический цех (РМЦ) предназначен для ремонта и настройки
электромеханических приборов, выбывающих из строя. Он является одним из цехов
металлургического завода, выплавляющего и обрабатывающего металл. РМЦ имеет два
участка, в которых установлено необходимое для ремонта оборудование: токарные,
строгальные, фрезерные, сверлильные станки и др. В цехе предусмотрены помещения
для трансформаторной подстанции (ТП), вентиляторной, инструментальной, складов,
сварочных постов, администрации и пр. РМЦ получает ЭСН от главной понизительной
подстанции (ГПП). Расстояние от ГПП до цеховой ТП - 0,9 км, а от энергосистемы
(ЭСН) до ГПП - 14 км. Напряжение на ГПП - 6 и 10 кВ. Количество рабочих смен -
2. Потребители цеха имеют 2 и 3 категорию надежности ЭСН. Грунт в районе PMLI;
- чернозем с температурой +200 С. Каркас здания цеха смонтирован из
блоков-секций длиной 6 м каждый. Размеры цеха А х В х Н = 48 х
28 х 9 м, Вспомогательные помещения двухэтажные высотой 4м. Перечень
оборудования РМЦ дан в таблице 1. Мощность электропотребления указана для
одного электроприемника. Расположение основного оборудования показано на плане
(рисунок 1).
Таблица 1. Перечень ЭО ремонтно-механического цеха
№ на плане
|
Наименование ЭО
|
Кол-во
|
Рэп, кВт
|
|
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
|
Силовая нагрузка
|
|
|
|
|
|
1,2
|
Вентиляторы
|
2
|
55
|
|
|
|
3...5
|
Сварочные агрегаты
|
3
|
14
|
|
|
ПВ = 40%
|
6...8
|
Токарные автоматы
|
3
|
10
|
|
|
|
9...11
|
Зубофрезерные станки
|
3
|
20
|
|
|
|
12...14
|
Круглошлифовальные станки
|
3
|
5
|
|
|
|
15...17
|
Заточные станки
|
3
|
1 5
|
|
|
1ф
|
|
18, 19
|
Сверлильные станки
|
2
|
3,4
|
|
|
1ф
|
|
20...25
|
Токарные станки
|
6
|
12
|
|
|
|
26, 27
|
Плоскошлифовальные станки
|
2
|
17,2
|
|
|
|
28...30
|
Строгальные станки
|
3
|
4,5
|
|
|
|
31...34
|
Фрезерные станки
|
4
|
7,5
|
|
|
|
35...37
|
Расточные станки
|
3
|
4
|
|
|
|
38, 39
|
Краны мостовые
|
2
|
30
|
|
|
ПВ = 60%
|
|
Осветительная нагрузка
|
|
|
|
|
|
|
Лампы накаливания
|
18
|
0,06
|
|
|
|
|
Лампы ДРЛ - 250
|
38
|
250
|
|
|
|
|
Лампы люминесцентные ЛБ
|
38
|
0,04
|
|
|
|
Рисунок 1. План расположения электрооборудования ремонтно-механического
цеха.
1.2
Определение категорий надёжности и выбор схемы электроснабжения
В соответствии с заданием, РМЦ по надёжности электроснабжения является потребителем
П категории. Ко П категории относятся электроприёмники, перерыв в
электроснабжении которых при внезапном исчезновении электроэнергии может
повлечь за собой массовые простои рабочих, механизмов и промышленного
транспорта. Такими электроприёмниками в РМЦ являются электромеханические,
кузнечно-штамповочные автоматы, кран-балки.
В цехе предусмотрены помещения для трансформаторной подстанции (ТП),
вентиляторной, инструментальной, складов, сварочных постов, администрации и пр.
РМЦ получает ЭСН от главной понизительной подстанции (ГПП). Расстояние от ГПП
до цеховой ТП - 0,9 км, а от энергосистемы (ЭСН) до ГПП - 14 км. Напряжение на
ГПП - 6 и 10 кВ. Количество рабочих смен - 2. Потребители цеха имеют 2 и 3
категорию надежности ЭСН. подстанция электроснабжение замыкание светильник
Аналогично, по количеству питающих линий выбираем число силовых
трансформаторов на ТП - два. Режим работы линий и трансформаторов - раздельный.
При выходе из строя какого-либо элемента цепи, оставшийся в работе должен
обеспечить работу хотя бы электроприёмников П категории в пределах допускаемых
перегрузок. Подключение питающих КЛ к силовым трансформаторам будет
осуществляться посредством разъединителей, которые необходимы для отключения
трансформатора в режиме холостого хода и создания надёжного видимого разрыва
при производстве ремонтных работ, Необходимости в устройстве резервной
перемычки 10 кВ нет.
В РУ-0,4 кВ применим сборные шины, секционированные по числу
трансформаторов. Каждый трансформатор работает на свою секцию шин, к которой
подключена соответствующая группа электроприёмников. В качестве коммутационных
и защитных аппаратов на вводах, межсекционный и на отходящих линиях в РУ-0,4
кВ применим автоматические выключатели, с помощью которых возможна
коммутация цепей в режиме холостого хода и под нагрузкой, а также
автоматическое отключение цепей в анормальных режимах.
Для распределения электроэнергии напряжением 0,4 кВ внутри участка
применим распределительные пункты, щитки освещения, шинопровод. Подключение
электроприёмников будет осуществляться по смешанной схеме электроснабжения с
помощью кабельных линий, проложенных в металлических коробах, трубах. Выбранная
схема электроснабжения КПУ приведена на рисунке 3, план прокладки внутрицеховых
электрических сетей - на рисунке 2.
Рисунок 2. План прокладки внутрицеховых электрических сетей.
1.3
Расчёт электрических нагрузок и выбор компенсирующих устройств
Расчёт силовых нагрузок будем производить методом коэффициента максимума,
в основе которого положен метод упорядоченных диаграмм, позволяющий по
номинальной мощности электроприёмников определить расчётный максимум нагрузки
[1,2]. В соответствии с выбранной схемой электроснабжения (рисунок 2)
группируем электроприёмники по отходящим линиям. Внутри каждой группы разбиваем
электроприёмники на однородные по режиму работы с одинаковыми значениями
коэффициентов использования и коэффициентов мощности. Для электроприёмников,
работающих в повторнократковременном режиме, приводим их номинальную мощность к
длительному режиму: для кранов
для
сварочных аппаратов:
Определив
общее количество потребителей в группах, произведен расчет мощностей в группах.
Дальше рассчитывается модуль силовой сборки и активная и реактивная мощность за
смену:
На
основании произведенных расчетов, определено эффективное число ЭП и коэффициент
max по табличным данным и максимальную расчётную
мощность:
Максимальный
расчётный ток определен посредством следующего выражения:
Все необходимые данные систематизированы и занесены в расчётную таблицу
2.
В результате расчётов получили общий коэффициент мощности равный 0,79,
что является невысоким значением, приводящим к непроизводительной загрузке
реактивной мощностью электрических сетей и большим потерям активной мощности.
Для повышения оэффициента мощности до оптимального значения 0,95 необходимо
применить компенсацию реактивной мощности. Величина реактивной мощности,
подлежащая компенсации
Таблица 2 - расчетные нагрузки
Наименование узлов питания
И групп электроприемников
|
Кол. Во n
|
Уст. Мощность электроприемн
|
Модуль сил. Сборки м
|
Коэффициет использ. Ки
|
Cos(φ) tg(φ)
|
Средняя мощность
|
Эффективное числи Nэ
Приемников
|
Коэффициент максимум Км
|
Максимальная расчетная
мощность
|
Расчетный ток Iм
А
|
|
|
Одного Рн кВт
|
Общ Ру кВт
|
|
|
|
Рсм кВт
|
Qсм кВт
|
|
|
Рм кВт
|
Qм квар
|
Sм кВа
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
11
|
12
|
13
|
14
|
15
|
РП1
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Токарные автоматы
|
3
|
10
|
30
|
>3
|
0.16
|
0.5/1.7
|
15
|
51
|
|
|
|
|
|
|
Зубоырезерные станки
|
3
|
20
|
60
|
|
0.14
|
0.6/1.3
|
36
|
78
|
|
|
|
|
|
|
Круглошлифоваальны станки
|
3
|
5
|
15
|
|
0.16
|
0.5/1.7
|
7.5
|
25
|
|
|
|
|
|
|
Сварочное отделение
|
3
|
12
|
36
|
|
0.25
|
0.65/1.2
|
9
|
10.8
|
|
|
|
|
|
|
Вентиляторы
|
2
|
55
|
110
|
|
0.6
|
0.8/0.75
|
66
|
49.5
|
|
|
|
|
|
|
итого
|
14
|
|
251
|
|
|
|
133.5
|
145
|
|
|
|
|
|
|
РП2
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10.2
|
1.76
|
135
|
145
|
156
|
236
|
Строгальные станки
|
3
|
4.5
|
13.5
|
>3
|
0.16
|
0.5/1.7
|
2.16
|
3.6
|
|
|
|
|
|
|
Фрезерные станки
|
4
|
7.5
|
30
|
|
0.14
|
0.6/1.3
|
4.2
|
5.5
|
|
|
|
|
|
|
Расточные станки
|
3
|
4
|
12
|
|
0.16
|
0.5/1.7
|
6
|
10.2
|
|
|
|
|
|
|
Кран мостовой
|
2
|
30
|
60
|
|
0.1
|
0.5/1.7
|
10.6
|
18
|
|
|
|
|
|
|
итого
|
12
|
|
115.5
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
23.36
|
37.3
|
12
|
1.8
|
42
|
36
|
51
|
134
|
РП3
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Заточные станки
|
3
|
1.5
|
4.5
|
|
0.14
|
0.6/1.3
|
0.63
|
0.8
|
|
|
|
|
|
|
Сверлильные станки
|
2
|
3,4
|
6.8
|
>3
|
0.16
|
0.5/1.7
|
3.4
|
5.8
|
|
|
|
|
|
|
Плоскошлифовальные станки
|
2
|
17,2
|
34.4
|
|
0.14
|
0.6/1.3
|
5.1
|
6.2
|
|
|
|
|
|
|
Токарные станки
|
6
|
12
|
72
|
|
0.14
|
0.6/1.3
|
11
|
13.1
|
|
|
|
|
|
|
Круглошлифовальные станки
|
3
|
5
|
15
|
|
0.14
|
0.6/1.3
|
0.7
|
0.9
|
|
|
|
|
|
|
итого
|
12
|
|
128
|
|
|
|
27.13
|
34.8
|
11
|
1.7
|
46
|
35
|
53
|
135
|
ЩО1
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Лампы люминисцентныеЛБ40
|
90
|
0.04
|
3.6
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
итого
|
90
|
|
3.6
|
|
0.85
|
0.9\0.48
|
3.06
|
1.48
|
|
|
4.68
|
2.24
|
5.2
|
13.6
|
ЩО2
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Лампы люминисцентныеЛБ40
|
70
|
0.04
|
2.8
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Лампы ДРЛ 250
|
8
|
0.25
|
2
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
итого
|
78
|
|
4.8
|
|
0.85
|
0.9\0.48
|
4.1
|
2.2
|
|
|
6.24
|
3.11
|
6.8
|
18
|
ЩАО1
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Лампы люминисцентныеЛБ40
|
20
|
0.04
|
0.8
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
итого
|
20
|
|
0.85
|
0.9\0.48
|
0.68
|
0.32
|
|
|
0.93
|
0.45
|
1.1
|
6
|
1.4
Выбор числа и расчёт мощности силовых трансформаторов на подстанции
Силовые трансформаторы, являясь основными элементами системы электроснабжения,
предназначены для понижения питающего напряжения 10 кВ до уровня рабочего
напряжения электроприёмников 0,4 кВ и распределения электроэнергии на этом
уровне по КПУ. Поэтому примем к установке трансформаторы с первичным
напряжением U = 10 кВ и вторичным Uz = 0,4 кВ. Исходя из
надёжности электроснабжения объекта, наличия большого процента
электроприёмников второй категорий выбираем число трансформаторов на подстанции
- два. Мощность трансформаторов будем рассчитывать с таким условием, чтобы в
нормальном режиме (раздельная работа обоих трансформаторов на соответствующую
секцию шин 0,4 кВ) они обеспечили электроэнергией все электроприёмники. При
этом их загрузка должна быть оптимальной с наименьшими потерями. В аварийном
режиме (при выходе одного из трансформаторов из строя) оставшийся в работе
трансформатор обеспечил работу электроприёмников второй категории с допустимой
перегрузкой [14]. Исходными данными для расчёта мощности трансформаторов
являются: полная расчётная мощность нагрузок 0,4 кВ Sp = 358 кВА (разд.
2); категории электроприёмников по надёжности электроснабжения II - 92%, III - 8%;
полная расчётная мощность электроприёмников П категории S = 0,92Sp = 0,92 х 358 = 330 кВА; Кзт - коэффициент загрузки
трансформаторов в нормальном режиме, находящийся в пределах 0,6-0,75
[2]; Кар - коэффициент перегрузки трансформатора в аварийном режиме не
превышающий значения 1,4 при этом с максимальной перегрузкой допускается работа
трансформатора не более 6 часов в сутки в течение не более 5 суток подряд. Предварительно
рассчитаем ориентировочную мощность трансформаторов, удовлетворяющую указанным
выше условиям:
Для
определения оптимальной величины мощности трансформатора рассмотрим следующие
стандартные значения мощности трансформаторов меньшие и большие
ориентировочной.
Вариант
1 Два трансформатора мощностью Sт = 160 кВА каждый.
Кзт
= Sp/2 Sт = 358/2/160 = 1,12
уже
в нормальном режиме трансформаторы будут перегружены, поэтому дальнейшую
проверку не проводим и к установке 1-й вариант не принимаем.
Вариант
2. Два трансформатора мощностью Sт = 250 кВА каждый.
Кзт
= Sp/2 Sт = 358/2/250 = 0,71
что
приемлемо для условия нормальной эксплуатации;
,4
Sт > Sкат= 1,4 х 250 < 330 = 350 < 330 кВт
по
условию аварийной перегрузки трансформатор не подходит, поэтому к установке не
принимается и в дальнейшем не рассматривается.
Вариант
3. Два трансформатора мощностью Sт = 400 кВА каждый.
Кзт
= Sp/2 Sт = 358/2/400 = 0,44
мощность
трансформатора удовлетворяет условию нормальной эксплуатации;
1,4
Sт > Sкат = 1,4 х 400 > 360 = 560 > 360 кВА
условие
аварийной перегрузки трансформатора также удовлетворяется, поэтому
трансформатор мощностью Sт = 400 кВА к
установке принимается.
Вариант
4. Два трансформатора мощностью Sт = 630 кВА каждый.
Кзт
= Sp/2 Ят = 391/2/630 = 0,31
довольно
низкий коэффициент загрузки трансформатора, который показывает, что даже в часы
максимальных нагрузок нормального режима трансформаторы будут работать с
большой недогрузкой, т.е. в неэкономичном режиме, что приведёт к большим
потерям электроэнергии и необоснованно завышенным капитальным затратам и эксплуатационным
расходам. Поэтому 4-й вариант к установке не принимается и в дальнейшем не
рассматривается. Окончательно, поскольку приемлемым к установке является только
один 3-й вариант, то принимаем к установке два трансформатора мощностью по 400
кВА каждый марки ТМ с естественным масляным охлаждением. Каталожные данные
трансформатора [10] приведены в таблице 3.
Рисунок
3 Схема электроснабжения ремонтно-механического цеха
Таблица
3 - Каталожные данные силового трансформатора.
Трансформатор
|
Потери , кВт
|
Ток холостого хода, Ix, %
|
Напряжение короткого
замыкания UK %
|
Примечание
|
|
Холостого хода, ΔРх
|
Кроткого замыкания, ΔРк
|
|
|
|
ТМ-400/10
|
1,00
|
5,7
|
2,55
|
4,5
|
|
1.5
Выбор точек и расчёт токов короткого замыкания
Расчёт токов короткого замыкания (токов КЗ) необходим для последующего
выбора устойчивого к действиям токов КЗ оборудования и проводящих частей, а
также для расчёта уставок релейной защиты и защитных аппаратов. Мощность
короткого замыкания на шинах 10 кВ питающей подстанции принимаем равной
отключающей мощности выключателя на питающей линии Sк = Sоткл
= 216 МBА. Остальными данными для расчёта
будут являться параметры элементов электрической цепи. Расчёт произведём в
именованных единицах (Ом, мОм), который заключается в определении активных и
индуктивных сопротивлений цепи КЗ (так как в состав цепи входят установки
среднего и низкого напряжений), приведённых к базисной ступени напряжения, при
нормальном режиме электроустановки [1,3]. Для расчёта токов трёхфазного КЗ составляем
расчётную схему (рис. 4.1), в которой учитываем источник питания и все элементы
схемы, которые влияют на значения токов КЗ, с указанием их параметров. Сечения
проводников и коммутационные аппараты предварительно выбраны по номинальному
току. По расчётной схеме составляем схему замещения (рис. 4.2). В ней указываем
сопротивления всех элементов и намечаем точки для расчёта токов КЗ. Рассчитаем
сопротивления элементов цепи КЗ, приняв за основную (расчётную) ступень U~ =
400 B. Сопротивление системы:
Хс=U2б/Sк=4002/216=0,74мОм.
Сопротивление питающей кабельной линии Лl:
Rлl = Rо L (Uб/ Uср)2 = 1,24 х 0,9 (0,4/10)2 = 1,782 мОм;
Хл1 = Хо L(Uб/ Uср)2 = 0,099 х 0,9
(0,4/10)2 = 0,142 мОм,
Где Rо, Хо - активное и индуктивное
удельные сопротивления линии, Ом/км [6]. Результирующее сопротивление цепи КЗ в
точке Кl:
кl = Rл1 = 1,782 мОм,
Хкl = Хс + Хлl = 0,74 + 0,142 = 0,882 мОм,
Zк1 = /R
кl + Х кl = 2,182 + 0,914 = 2,366 мОм.
Сопротивление
силового трансформатора ТМ-400/10:
R*т = ΔРк/Sт = 5,7/400 = 0,01425,
R*T,
Х*т - активное и индуктивное относительные сопротивления трансформатора,2к,
ΔРк - напряжение и потери короткого замыкания (табл.
4).
Переходное
сопротивление контактов автоматического выключателя Bl:
Rpl = 0,15мОм,
самого выключателя: Rвl = 0,1 мОм, Х вl = 0,1 мОм.
Переходное
сопротивление контактных соединений алюминиевых шин 0,4 кВ
Rпш =15
мОм.
Удельные
сопротивления шин при Dcp = 300 мм ro = 0,142 мОм/м и хр = 0,2 мОм/м.
Тогда
полные сопротивления шин при их длине
L = 5 м -
Rш = 0,71 мОм, Хш = 1,0мОм.
Результирующее
сопротивление цепи К3 в точке К2:
Rк2 = Rкl
+ Rт + Rп1 + Rв1
+ Rлш + Rш
=
2,182 + 5,7 + 0,15 + 0,1 + 15 + 0,71 = 23,842мОм,
Хк2
= Хкl + Хт+ Х вl + Хш = 0,914+ 17,08 + 0,1 + 1,0 = 19,1 мОм,
Zк2 =
30,55 мОм.
Переходное
сопротивление контактов автоматического выключателя В5: Rn5 = 0,25мОм, самого
выключателя: Rв5 = 0,12 мОм, Хв5 = 0,13 мОм.
Сопротивление
кабеля, питающего шинопровод ШП-1:
R.каб5 = RоL
= 0,122 х 0,05 = 0,0061 мОм,
Хкаб5
= ХоL = 0,0602 х 0,05 = 0,00301 мОм.
Тогда
сопротивление двухкабельной линии Л5:
Rл5 = 0,0061/2 = 0,00305 мОм,
Хл5 = 0,00301/2 = 0,00151 мОм.
Сопротивление шинопровода ШП-1 при его удельных сопротивлениях
= ro = 0,034 мОм/м, xo = 0,016 мОм/м и
общей длине l = 20 м
Rшп1 = ro1 = 0,034 х 20 = 0,68 мОм,
Хшп l = xol = 0,016 х 20 = 0,32 мОм.
Результирующее сопротивление цепи К3 в точке КЗ:
RкЗ = Rк2+ Rп5 + Rв5 + Rл5 + Rшпl
= 23,842 + 0,25 + 0,12+ 0,00305 + 0,68 = 24,9 мОм,
ХкЗ = Хк2+ Х в5 + Хл5 + Хшпl = 19,1 + 0,13 + 0,00151 + 0,32 =
19 55 мОм,
ZкЗ = 31,658 мОм.
Определяем действующее Iк,
ударное iy значения тока К3, а также мощность
короткого замыкания Sк в намеченных
точках.
Точка К1:
Iкl = = 97,61 кА, IK1 = 3,9 кА, iy1 = 7,61 кА, SK1 = 67,55 МВА.
Точка К2:
Iк2 = 7,56 кА, iy2 = 12,83 кА, SK2 = 5,24 МВА
Точка К3
IкЗ = 7,29 кА, iyз = 10,62 кА, SКЗ = 5,05 МВА.
где Iк - ток К3 в точке Kl, приведённый к
расчётной ступени при 0,4 кВ;
ky -
ударный коэффициент, учитывающий соотношение между активным и индуктивным
сопротивлениями цепи К3, что определяется местом КЗ;cрh среднее
номинальное напряжение ступени, на которой рассчитывается ток КЗ. Результаты
расчётов токов короткого замыкания сводим в таблицу 4.
Таблица 4 - Расчётные токи КЗ
Точка КЗ
|
Результирующее
сопротивлениеZк, Ом
|
Ток КЗ, кА
|
Ударное значение тока КЗ
iy, кА
|
Мощность К3 Sк, МВА
|
Kl
|
2,366 10-3
|
3,9
|
7,61
|
67,55
|
К2
|
30,55 • 10-3
|
7,56
|
12,83
|
5,24
|
К3
|
31,658 10-3
|
7,29
|
10,62
|
5,05
|
Рисунок 4.1 - Рсчетная схема.
Рисунок 4.2 - Схема замещения.
1.6 Выбор основного оборудования на подстанции и аппаратов защиты
Оборудование, принимаемое к установке на подстанции, выбирается в
соответствие со схемой электроснабжения (рис. 2, гл. 2). Выбор производим по
условию, что расчётные величины элемента электрической цепи в месте установки
выбираемого аппарата не должны превышать каталожных (паспортных) номинальных
значений данного аппарата с последующей проверкой на устойчивость токов
короткого замыкания. Выбранное оборудование сводим в таблицу 5, в которой
приведены также его расчётные и номинальные величины.
Таблица 5 Оборудование подстанции
Наименование оборудования,
место установки
|
Каталожные параметры
|
Расчетные данные
|
РУ 10 кВ
|
Разъединитель внутренней установки
|
Uн = 10кВ Iн = 400А Iтерм =
16 кА I дин = 41 кА
|
Uп=
10 кВ Ip = 24 A Ik = 3,9 кА 1у = 7,61
k А
|
Ограничитель перенапряжений
ОПН-КР/ TEL-10/10,5
|
Uн = 10,5 кВ U кл = 12 кВ Iразр
= 10 кА I проп = 250 А
|
|
РУ - 0,4 кВ
|
Автоматические выключатели
|
Вводной и межсекционный (B
l, В2, МВ) А3750Б
|
Uн = 380 В Iн=800А Iэм.р = 6300 А Iоткл = 100 кА
|
Up = 380 В Ip = 565А Ik =
7560 А I u = 12,83 кА
|
Ограничитель перенапряжений
Uн =0,4 кВ U кл = 0.5 кВ Iразр=6
кА Iп =150А ОПН-КР/ TEL-0.38/0,5
Отходящие линии
|
PП-1 (В5) А3740Б
|
Uн=380В Iн =250 А Iэм.р =
2500 А Iоткл = 75 кА
|
Uр=380В Iр =175 А Iк =
7290 А Iу = 10.62 кА
|
PП-2 (В6) А3740Б
|
Uн=380В Iн =250 А Iэм.р =
2500 А Iоткл = 75 кА
|
Uр=380В Iр =175 А Iк =
7290 А Iу = 10.62 кА
|
PП-3 (В7) А3740Б
|
Uv=380В Iн =250 А Iэм.р =
2500 А Iоткл = 75 кА
|
Uр=380В Iр =175 А Iк =
7290 А Iу = 10.62 кА
|
Электросчетчик А, Р ЕА10RL-
-P1B4
|
0-5 A, 400 B
|
|
ЩО-1,ЩО-2, ЩО-3, ЩАО-1
(В8,В9,В10,В11) АЕ2026
|
Uv=380В Iн =16А Iэм.р =
192 А
|
Uр=380В Iр =0.96 - 13,5 А
|
Трансформатор тока Т 0,66
У3
|
Uн = 660 В U кл = 12 кВ Iн1=800А,Iн2=5А,
К=160 Кл 0.5
|
|
Амперметр Вольтметр
|
Шкала 0-800А Шкала 0-500В
|
Ip=565 A Up=380
B
|
Выбранное оборудование в РУ-0,4 кВ подстанции комплектуется в панелях
распределительных щитов типа ЩО70-3УЗ
1.7
Выбор шин и изоляторов
В РУ-0,4 кВ выбираем алюминиевые шины с размером полосы 50 х 5 мм,
сечением 250 2 мм, с Iдоп = 665 А. Полоса установлена на ребро, расстояние
между опорными изоляторами (пролёт) принимаем 1 = 1000 мм, расстояние между
фазами а = 350 мм. Установка шин на изоляторы представлена на рисунке 5.
Рисунок 5 - Расположение полос на изоляторах.
Проверяем шины на динамическую устойчивость к действию токов КЗ.
Усилие, действующее между фазами при трёхфазном КЗ
Fpасч (1 76 Iуд 1/а) х 0/1 = (1,76 х 1 2,83 х 1/0,35) х 0/1 = 83 Н.
Механическое напряжение в шинах
σ расч = F 1/ 10W = 83 х 1 / 10 х 0,21 = 39,5 МПа, где
W = b h/6 = 0,5 х 5 / 6 = 0,21 см - момент сопротивления шин.
Выбранные шины сечением 50 х 5 см удовлетворяют условию динамической
устойчивости, т. к. σ расч = 39,5 МПа < σ доп 80 МПа.
Проверяем шины на термическую устойчивость при протекании по ним тока К3.
Для этого определим минимальное сечение алюминиевых шин, при котором будет
выдержан ток КЗ, равный 7,56 кА в течение 1 сек.
sмин= 1к√tпрС = 7560 х √1/88 = 85,9 мм,
где
С = 88 - коэффициент для алюминиевых шин.
Выбранные шины условию термической устойчивости удовлетворяют, т. к.
sмин = 85,9 мм < sш=250мм2
Изоляторы выбираются на номинальные напряжение и ток, и проверяются на
механическую нагрузку при К3 с условием, что полученное значение Fрасч не
должно превышать 60% от разрушающей нагрузки для данного типа изолятора.
Принимаем к установке опорные изоляторы типа И0-0,66-375-2УЗ с
параметрами Uн = 0,66 кВ, Fpaзр = 3750 Н.
В этом случае 0,6 Fpaзр
> Fpac2250 > 83 Н, т.е. условие
удовлетворяется.
1.8
Выбор питающих и распределительных линий
Выбор питающей кабельной линии производится по экономической плотности тока
в нормальном режиме, по длительно допустимому току нагрузки в аварийном режиме
(при повреждении одного из кабелей), с последующей проверкой на термическую
устойчивость токам КЗ и на падение напряжения.
Принимаем к прокладке по эстакаде кабель с алюминиевыми жилами марки
АСБГ.
Определим сечение кабеля по экономической плотности тока при Тм = 4100
час [9]
Sэк= Iм/2jэк= 24/2 1,4 = 8,6 мм2,
гдe Iм - максимальный расчётный ток при
напряжении 10 кВ,эк экономическая плотность тока [9].
Принимаем кабель марки АСБГ-10-Зх25 с Iдоп = 65 А.
Условию нагрева длительным током кабель данного сечения удовлетворяет,
т.к,
доп= 65 А > Iм =24 А.
Проверим выбранный кабель на термическую устойчивость тока К3 по
минимально-допустимому сечению
min = Ik(tпр/С)1/2 = 3900 х (0,22/85) 1/2 = 22 мм2,
где
С = 85 - коэффициент для кабелей с алюминиевыми жилами [1].
Данному условию выбранный кабель также удовлетворяет, т.к. 25 мм2
> 22 мм2.
Проверим выбранный кабель на потерю напряжения при номинальной нагрузке.
Согласно [9] для силовых сетей отклонение напряжения от номинального составляет
не более ±5,0 %. Определим потерю напряжения
ΔU = ( 31/2 Ip L / Uн) х (Ro cos (φ)
+ Хо sin (φ) х 100 =
(31/2 х 12 х 1,1 / 10000) х (1,24 х 0,93 + 0,099 х
0,37) х 100 = 0,27 %,
Где Ко, Хо - активное и индуктивное сопротивление 1 км кабеля, Ом/км.
Потеря напряжения находится в норме, т.к. 0,27 % < 5%.
Т.о. окончательно выбираем для устройства питающей линии кабель
АСБГ-10-3*25мм2
Распределительные силовые линии напряжением 0,4 кВ устраиваем распределительным
шинопроводом и кабелем с алюминиевыми жилами марки АВВГ, с выбором их сечений
ввиду небольшой протяжённости по длительно-допустимому току с проверкой на
соответствие аппарату защиты и на термическую устойчивость тока КЗ. Выбранные
кабели сведены в таблицу 6. Минимально-допустимомое сечение кабелей на
термическую устойчивость тока КЗ:
min = Iк(tпр/С)1/2 = 7290 х (0,065/75)1/2 =
75 мм2.
Таблица 6 - Распределительные линии 0,4 кВ
Линия
|
Расчетный ток Ip A
|
Ток расцепителя
|
Коэффициенты защиты Kз
|
Ток защиты Iз
|
Марка и сеченик
|
Ток допустимый
|
РП1
|
236
|
250
|
1
|
250
|
АВВГ -1 4*75
|
350
|
РП2
|
134
|
150
|
1
|
150
|
АВВГ -1 4*50
|
200
|
РП3
|
135
|
150
|
1
|
150
|
АВВГ -1 4*50
|
200
|
ЩО-1
|
13.6
|
16
|
1
|
16
|
ВВГ нг 5*2.5
|
30
|
ЩО-2
|
18
|
25
|
1
|
25
|
ВВГ нг 5*2.5
|
30
|
|
|
|
|
|
|
|
ЩАО-1
|
6
|
16
|
1
|
16
|
ВВГ нг 5*2.5
|
30
|
В качестве осветительной проводки применим провод с медными жилами марки
ВВГ. Выбранные осветительные проводники также сведены в таблицу 6.
1.9
Расчёт заземляющего устройства
Заземляющее устройство необходимо для присоединения к нему всех
проводящих частей электрооборудования, в нормальном режиме не находящихся под
напряжением, с целью защиты обслуживающего персонала от поражения электрическим
током. Поскольку электроустановки напряжением до и выше 1000 В территориально
размещены в одном здании участка, то выполняем общее защитное заземление.
Основой для расчёта заземляющего устройства являются: удельное
сопротивление грунта в районе подстанции и сопротивление заземляющего
устройства которое зависит от рабочего напряжения электроустановки и режима её
нейтрали.
В строительном отношении подстанция является встроенной в здание КПУ,
поэтому заземлители в виде вертикальных прутковых электродов расположим вдоль
стены здания. Грунт в месте сооружения подстанции - глина с удельным
сопротивлением ргр = 40 Ом*м [1]. Расчётное сопротивление грунта с учётом
коэффициента повышения сопротивления
р = ргр*ψ = 40 1,36 = 54,4
Ом*м = 0,544 *104
Ом см.
Сопротивление заземляющего устройства для сети 10 кВ с изолированной
нейтралью при общем заземлении определяется [14]
з10 = Uз/Iз = 50/1,1 = 45,45 Ом,
где Uз - напряжение прикосновения, значение которого принимается
равным 50 В; Iз - полный ток замыкания на землю, определяемый как:
з = Uн(35Lк+ Lв)/350 = 10(35 • 1,1+ 0)/350 = 1,1 А,
где Lк и Lв - длины электрически связанных кабельных и воздушных
линий, км.
Согласно [14] сопротивление заземляющего электроустановок напряжением
выше 1000 В с изолированной нейтралью не должно превышать 10 Ом, поэтому
принимаем Rз10 = 10 Ом.
Сопротивление заземляющего устройства для сети 0,4 кВ с глухозаземлённой
нейтралью в соответствии с [14] должно быть не более 4 Ом.
Соответственно принимаем наименьшее сопротивление заземляющего устройства
при общем заземлении Rз <4 Ом.
Естественным заземлителем является фундамент здания, измеренное сопротивление
которого составляет Re = 9,7 Ом. Т.к. значение сопротивления естественного
заземлителя, равное 9,7 Ом, больше допустимого по нормам, следует применить
дополнительные искусственные заземлители, сопротивление которых
= Rе*Rз/(Rе-Rз) = 9,7 4/(9,7-4) = 6,81 Ом.
Для искусственных заземлителей принимаем прутковые электроды диаметром
d=12 мм и длиной 1=5 м. Сопротивление одиночного электрода с учётом
сопротивления грунта [1]
пр = 0,00227 р = 0,00227.0,544 104 = 12,35 Ом.
Определяем число заземлителей
= Rпр/(ηRи) = 12,35/(0,68 6,81) = 2,67 = 3
шт.,
где η = 0,68 - коэффициент экранирования трубчатых заземлителей.
Принимаем число заземлителей равное 3. Тогда сопротивление растеканию
искусственных заземлителей составит:
Rи = Rпр/ηn = 12,35/0,68 3 = 6,05 Ом,
Общее сопротивление заземляющего устройства составит
Rз = RеRи/(Rе+Rи) = 9,7 6,05/(9,7+6,05) = 3,73 Ом,
что удовлетворяет нормированному значению.
Вертикальные прутковые электроды закапываются в землю на глубину 0,7 м от
поверхности земли. Соединяются между собой стальной лентой 40х4 мм с помощью
электросварки. Сопротивление горизонтальной полосы не учитываем, т.к. она
находится в замерзающем слое грунта и существенного значения в общее заземление
не вносит. Этой же полосой (заземляющим проводником) осуществляется ввод в двух
местах в подстанцию и присоединение к главной
заземляющей шине (ГЗШ). Для выполнения измерений сопротивления заземляющего
устройства в удобном месте должна быть предусмотрена возможность отсоединения
заземляющего проводника. Отсоединение заземляющего проводника должно быть
возможно только при помощи инструмента.
2.
Мероприятия по безопасности труда при ремонте потолочного светильника в цехе
Работы в электроустановках проводятся в плановом порядке в соответствие с
графиком ППР, при этом выполняются техническое обслуживание, текущий и
капитальный ремонты электрооборудования, Также могут выполняться
непреднамеренные работы, связанные с технологическими нарушениями при
эксплуатации электрооборудования и предписаниями и замечаниями инспекционных и
контролирующих органов. Главными условиями для проведения работ являются:
подготовленный и допущенный в установленном порядке к самостоятельной
работе электротехнический персонал, наличие необходимых запасных частей и
материалов, инструмента и средств индивидуальной и электрозащиты.
Работы в действующих электроустановках должны проводиться по
наряду-допуску, по распоряжению, по перечню работ, выполняемых в порядке
текущей эксплуатации. Не допускается самовольное проведение работ, а также
расширение рабочих мест и объема задания, определенных нарядом или
распоряжением или утвержденным перечнем работ, выполняемых в порядке текущей
эксплуатации.
Выполнение работ в зоне действия другого наряда должно согласовываться с
работником, выдавшим первый наряд (ответственным руководителем или
производителем работ). В электроустановках для обеспечения безопасности
проведения работ выполняются организационные и технические мероприятия.
К организационным мероприятиям относятся: оформление работ
нарядом-допуском, распоряжением или перечнем работ, выполняемых в порядке
текущей эксплуатации; допуск к работе; надзор во время работы;
оформление перерывов во время работы; перевод на другое рабочее место;
окончание работы.
Поскольку высота подвеса светильников общего освещения участка равна 6 м,
то их ремонт относится к верхолазным работам, проводимым на высоте с лестницы,
выполняется бригадой электромонтёров и для производства таких работ необходимо
оформление наряда-допуска.
Технические мероприятия выполняются при подготовке рабочего места в
указанном порядке: производятся необходимые отключения и принимаются меры,
препятствующие подаче напряжения на место работы вследствие ошибочного или
самопроизвольного включения коммутационной аппаратуры; на приводах ручного и на
ключах дистанционного управления коммутационной аппаратуры вывешиваются
запрещающие плакаты; проверяется отсутствие напряжения на токоведущих частях,
на которых должно быть: наложено заземление для защиты людей от поражения людей
электрическим током; накладывается заземление (включаются заземляющие ножи, а
там, где они отсутствуют, устанавливаются переносные заземления); вывешиваются
предупреждающие и предписывающие плакаты, ограждаются при необходимости рабочие
места и оставшиеся под напряжением токоведущие части. Отключение верхового
освещения участка осуществляется с помощью автоматических выключателей щитков
освещения ЩО-1, ЩО-2 и ЩАО-1. Дверца ЩО закрывается на замок и на её рукоятке
вывешивается запрещающий плакат «Не включать! Работают люди». На клемнике распределительной
коробки осветительной сети проверяется отсутствие напряжения и накладывается
переносное заземление на фазные проводники и заземлённые металлические
конструкции здания участка. При работе с лестницы обеспечить устойчивость:
надежно прикрепить или привязать ее, убедиться осмотром и опробованием в полной
ее исправности и в том, что она не сможет соскользнуть с места. При
использовании лестниц на гладких поверхностях (паркете, металле, плитке,
бетоне) нижние концы лестниц должны иметь башмаки из резины или другого нескользящего
материала. Работать с приставной лестницы, стоя на ступеньке, находящейся на
расстоянии менее 1 м от верхнего ее конца, запрещается. При невозможности
закрепить лестницу при работе на гладких плиточных полах у основания лестницы
должен находиться рабочий в каске для поддерживания ее в устойчивом положении.
При работах на высоте более 1,3 метра с приставных лестниц необходимо
привязываться предохранительным поясом к конструкции цеха.
Не работать с лестниц около вращающихся валов, движущихся ремней, а также
над ними. Не подбрасывать каких-либо предметов работающему наверху человеку.
Подавать предметы с помощью прочной веревки. Детали весом более 30 кг поднимать
с помощью троса, блоков. Не стоять под лестницей, с которой производится
работа.
Рабочие места при работе на высоте ограждать временными ограждениями.
Инструмент и детали при работах на высоте укладывать таким образом, чтобы
исключить падение их на пол, следить, чтобы инструмент и неиспользованные
детали не оставались на высоте после окончания работ.
Огневые и сварочные работы на высоте производить по специальному
разрешению на проведение огневых работ.
Запрещается работать на переносных лестницах и стремянках около и над
вращающимися механизмами, работающими машинами, транспортерами и т.д.;
• с
использованием электрического и пневматического инструмента, строительно-монтажных пистолетов;
• выполнять
газо и электросварочные работы;
Для выполнения таких работ следует применять леса или стремянки с
верхними площадками, огражденными перилами.
Работать с двух верхних ступенек стремянок, не имеющих перил или упоров,
запрещается.
Находиться на ступеньках приставной лестницы или стремянки более чем
одному человеку запрещается.
По окончании работ электромонтер должен:
• Навести
порядок на рабочем месте и закрепленной территории. Убрать инструмент и
защитные средства в отведенные для этой цели места.
• Использованный
обтир убрать в специальный короб.
• Убрать
спецодежду в шкаф в раздевалке. Принять душ.
-- • Обо всех замеченных неисправностях и мерах, принятых по их устранению,
доложить мастеру и передать сменщику.
Список
рекомендуемых источников
1. Б. Ю. Липкин. Электроснабжение промышленных предприятий и
установок. - М, ВШ, 1990.
. Л. Л. Коновалова, Л.Д. Рожкова. Электроснабжение промышленных
предприятий и установок. - М, Энергоатомиздат, 1989.
. Е. А. Конюхова. Электроснабжение объектов. - М, Мастерство,
2002.
. А. А. Фёдоров, В.В. Каменева. Основы электроснабжения
промышленных предприятий. - М, Энергоатомиздат, 1984.
. И. Е. Цигельман. Электроснабжение гражданских зданий и
коммунальных предприятий. - М, ВШ, 1977.
. С. Л. Кужеков, С. В. Гончаров. Городские электрические
сети. - Р-н-Д, МарТ, 2001.
. В. Б. Атабеков, В.И. Крюков. Городские электрические сети
(Справочник). - М, Стройиздат, 1987.
. Б. Н. Неклепаев. Электрическая часть электростанций и
подстанций. - М, Энергоатомиздат, 1986.
. В. В. Попов. Электрические измерения. - М, Энергия, 1974.
. Пособие к курсовому и дипломному проектированию. Под
ред. Блок В. М. - М, ВШ, 1990.
. Проектирование и монтаж электроустановок жилых и
общественных зданий. СП 31-110-2003. -
Госстрой России, ФГУП ЦПП, 2004.
. Справочник по проектированию электрических сетей и
оборудования. Под ред. Ю.Г. Барыбина и др. - М, Энергоатомиздат, 1991.
. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию. Под
ред. А. А. Фёдорова.- М, Энергоатомиздат, 1987.
. Правила устройства электроустановок. Седьмое издание. -
С.-Пб.,ДЕАН.
. Правила технической эксплуатации электрических станций и
сетей Российской Федерации. - Екб., УЮИ, 2003.
. Правила технической эксплуатации электроустановок
потребителей. - Р-н-Д, МарТ, 2003.
. Межотраслевые правила по охране труда (технике
безопасности) при эксплуатации электроустановок ПОТ РМ-016-2001. - С-Пб, ДЕАН,
2003.
. Инструкция по применению и испытанию средств защиты,
используемых в электроустановках. - Екб, УЮИ, 2004.
. Межотраслевая инструкция по оказанию первой помощи при
несчастных случаях на производстве. - М, НЦ ЭНАС, 2001.