Расчет подстанции тяжелого-машиностроения

      h₁                        t

r ₁              l                   a   l   r₂        r_Э       

  58 м    

           

38 м                                                               

  b

                 

а)        б)

Рисунок 10

а) заземляющее устройство подстанции, б) расчетная модель.

Определяется длительность воздействия  напряжения прикосновения:

t_в = t_р.з + t_с.в = 0,12 + 0,15 = 0,27 с

где t_р.з = 0,12 с – время действия релейной защиты;

       t_с.в = 0,15 с – собственное время отключения выключателя.

По /3/ (стр. 596) определяется наибольшее допустимое напряжение прикосновения U_пр.доп = 353 В.

Определяем коэффициент прикосновения:

,                                                                                  (51)

где l_B = 5 м – длина вертикального заземлителя;

      L_г  = 762 м – длина горизонтального заземлителя;

      а = 5 м – расстояние  между вертикальными заземлителями;

      S – площадь заземляющего устройства, м²;

      М – параметр, зависящий от отношения r₁/r₂;

      b - коэффициент, определяемый по сопротивлению тела человека R_ч и сопротивлению растекания тока от ступней R_c.

Сопротивление грунта (по заданию  – садовая земля) r = 40 Ом×м, тогда

      r_{1 расч} = k_c×r = 1,2×40 = 48 Ом×м (принимаем r₂ = r_{1 расч} = 48 Ом×м)

где k_c – коэффициент сезонности, учитывающий промерзание и просыхание грунта (в средних климатических зонах для вертикальных электродов длиной 3 – 5 м  k_c = 1,45 ¸ 1,15).

По /3/ (стр. 598) для r₁/r₂ = 1 определяется значение М = 0,5.

b = R_ч/(R_ч + R_с),

В расчетах принимают следующие значения сопротивлений:

R_ч = 1000 Ом и R_c = 1,5×r₁, тогда

b = 1000/(1000 + 1,5×48) = 0,933

тогда коэффициент прикосновения  будет равен:

Определяем потенциалы на заземлителе:

U_з = U_пр.доп/k_пр = 353/0,13 = 2709 В

что в пределах допустимого (меньше 10 кВ).

Сопротивление заземляющего устройства определяется по формуле:

R_{з доп} = U_з/I_з = 2709/557 = 4,86 Ом

где I_з – ток, стекающий с заземлителя при однофазном КЗ.

Ток однофазного КЗ определяется по формуле:

I_по⁽¹⁾ = (1 – 1,5)×I_по⁽³⁾ = 1,25×1,13 = 1,41 кА

Ток, стекающий в землю через  заземлители при однофазном КЗ:

I_з = (0,4 – 0,6)× I_по⁽¹⁾ = 0,5×1,41 = 0,7 кА

Действительный план заземляющего устройства преобразуем в расчетную модель со стороной

Число ячеек по стороне квадрата:

      принимаем m = 8.                        (52)

Длина полос в расчетной модели:

                                           (53)

Длина сторон ячейки:

b = = 44,9/8 = 5,6 м

Число вертикальных заземлителей по периметру контура при а/l_В = 1:

   Принимаем 36 заземлителей

Тогда общая длина вертикальных заземлителей будет равна:

L_B = l_B×n_B = 5×36 = 180 м

Относительная глубина

                                                                (54)

тогда по 7.30 /3/

  По табл. 7.6 /3/ для r₁/r₂ = 1; а/l_В = 1;

определяем r_Э/r₂ = 1, тогда r_Э =  1×r₂ = 48 Ом×м

Общее сопротивление сложного заземлителя:

что меньше допустимого значения R_{з доп} = 6,88 Ом.

Находим напряжение прикосновения:

U_пр = k_пр×I_з×R_з = 0,13×700×0,426 = 38,7 В < U_{пр доп} = 353 В

Вывод: так как расчетное напряжение прикосновения меньше допустимого напряжения прикосновения, следовательно, принятых мер для заземления подстанции достаточно.

 

 

 

8 Расчет грозо  и молниезащиты подстанции

 

Под зоной защиты молниеотвода понимают часть пространства, внутри     которого здание или сооружение защищено от прямых ударов молнии с                определенной степенью надежности. Различают зоны защиты типа А, где степень надежности составляет 99,5 % и выше, и зону защиты типа Б со степенью              надежности 95 % и выше.

На практике для защиты зданий и  сооружений от прямых ударов молнии наибольшее распространение получили стержневые и тросовые молниеотводы. Каждый молниеотвод  состоит из следующих элементов: молниеприемника,             непосредственно воспринимающего прямой удар молнии; несущей конструкции, предназначенной для установки молниеприемника; токоотвода, обеспечивающего отвод тока молнии в землю и обеспечивающего контакт с землей молниеприемника и токоотвода.

Название молниеотвода определяется типом молниеприемника.

Стержневые молниеприемники изготавливают  из прокатной стали            различного профиля. Наиболее распространенным сортаментом стали являются прутки и водогазопроводные трубы.

В качестве тросового молниеприемника  часто используют стальной             оцинкованный спиральный канат марки ТК сечением 48,26 мм².

Для устройства токоотвода применяют  круглую сталь и стальной канат  диаметром 5 – 6 мм или полосовую  сталь прямоугольную или угловую  с              площадью поперечного сечения 24 и 48 мм². На металлических или                             железобетонных молниеотводах токоотводом может служить металлическая          ферма или стальная арматура конструкции.

Несущие конструкции молниеотводов  изготавливают из древесины,            железобетона и металла. Деревянные конструкции отдельно стоящих                   молниеотводов используют в основном для защиты сельскохозяйственных             объектов. Высота молниеотводов такого типа составляет 8 – 20 м.

Несущие конструкции из железобетона применяют при тех же                         геометрических размерах защищаемых объектов, что и деревянные.

Металлические молниеотводы находят  широкое применение при защите высоких, протяженных объектов, где требуемая  высота молниеотвода составляет 20 – 30 м.

Заземляющее устройство молниезащиты выполняют аналогично                   заземляющим устройствам электроустановок. В ряде случаев эти устройства           можно объединить. Необходимо различать заземлители, входящие в комплекс            защиты от прямого удара молнии и заноса высоких потенциалов, от заземлителей, входящих в комплекс защиты от вторичных воздействий молнии.

Тип, количество и взаимное расположение молниеотводов определяют геометрическую форму зоны защиты.

Для защиты подстанции от прямых ударов молнии принимаем четыре стержневых молниеотвода. Принимаем высоту молниеотвода h = 20 м, высота    защищаемого объекта h₁ = 11 м. Тип зоны защиты – зона Б (наружные                           технологические установки и открытые склады, относимые по ПУЭ к                  классу П - III).

 

 

             Граница зоны

                    защиты на уровне

земли

            h

    h₀                    r₁

Граница зоны

защиты на уровне h₁

h₁

 

         r₀

Рисунок 11 - Молниезащита подстанции

 

Произведем расчет зоны защиты одного молниеотвода.

   Высота зоны защиты над землей определяется:

 h₀ = 0,85×h = 0,85×20 = 17 м                                                          (55)

Определим радиус зоны защиты на уровне земли:

r₀ = 1,5×h = 1,5×20 = 30 м                                                 (56)

Определим радиус зоны защиты на высоте h₁ над землей:

Уровень h₁ внутри прямоугольника, образованного четырьмя                       молниеотводами, будет защищен, если выполняется условие:

Д £ 8×(h – h₁)×r,                                                                      (57)

где Д – диагональ прямоугольника, м;

       r - коэффициент, зависящий от h, при h £ 30 r = 1 и r = 5,5 при h ³ 30

Д = < 8×(20 - 11)×1 = 72 м

Вывод: условие выполняется, следовательно, оборудование подстанции      будет защищено от ударов молнии.

 

9  Техника безопасности подстанции

9.1 Средства пожаротушения на подстанции

 

 

Пожарная  безопасность объекта регламентируется государственными и             отраслевыми стандартами, строительными нормами и правилами,                                    межотраслевыми и отраслевыми правилами пожарной безопасности,                   инструкциями по обеспечению пожарной безопасности на отдельных объектах. Пожарная безопасность – состояние объекта, при котором исключается              возможность пожара, а в случае его возникновения предотвращается воздействие на людей опасных факторов пожара и обеспечивается защита материальных            ценностей.

Пожары на производстве представляют большую опасность для работающих и причиняют значительный материальный ущерб. В обычных условиях для горения необходимы: горючее вещество, окислитель (кислород воздуха) и импульс энергии, что непосредственно присутствует в цехе.

Мероприятия по предупреждению пожаров:

- конструкции зданий (сгораемые,  трудносгораемые и несгораемые);

- ограничение распространения  пожаров (глухие стены и перекрытия;                  противопожарные стены и разрывы);

- организация складских помещений  с легковоспламеняющимися и                   сгораемыми материалами;

- правильное устройство и эксплуатация  вентиляционной системы;

- молниезащита (молниеотвод – несущая  часть, приемник и заземлитель);

- безопасность технологических процессов и оборудования;

- автоматическая защита;

- правильная организация эвакуации  при пожаре и огнетушения;

- устройство пожарной сигнализации  и огнегасительных приспособлений (ручные огнетушители, противопожарное водоснабжение и огнегасительные                вещества).

Контроль выполнения противопожарной  защиты, имеющей свои нормативы, осуществляется органами государственного пожарного надзора. Ответственность за соблюдение противопожарной безопасности возлагается на руководителя предприятия, который в свою очередь назначает на отдельных участках  ответственных лиц.

Для целей пожаротушения на подстанции не предусматриваем никаких стационарных сооружений, считая, что пожаротушение  производится с помощью привозных средств и собственных огнетушителей.

Горючими веществами в электроустановках  является в основном изоляционные материалы. Для быстрой локализации очагов возгорания служат ручные огнетушители, которые широко используются в электроустановках.

Среди них:

1. Углекислотные огнетушители ОУ – 2, ОУ – 5, ОУ – 8.
2. Углекислотно-бромэтиловый огнетушитель ОУБ – 7.
3. Порошковый огнетушитель ОПС – 10.

В качестве огнегасительного порошка  применяют углекислотную соду с  примесью кремния, талька или инфузорной земли.

При открытой установке масляных трансформаторов с количеством масла в одном баке более одной тонны под ним делаются маслоприемники с отводом масла. Дно маслоприемника располагается на уровне окружающей планировки или ниже. Габариты маслоприемника должны выступать за габариты единичного электрооборудования не менее чем на 1,5 м при массе от 10 до 50 т. Объем маслоприемников должен быть рассчитан на одновременный прием 100 % масла содержащегося в оборудовании. Устройства должны не допускать переток масла из одного маслоприемника в другой. Маслоприемники с отводом масла расположенные ниже окружающей планировки засыпают не более 0,25 м гравием или гранитным щебнем.

Маслоприемники должны обеспечивать отвод масла и воды на безопасное в пожарном отношении расстояние от оборудования и сооружений.

Маслоприемники рассчитываются на полный объем масла единичного оборудования, содержащего наибольшее количество масла, и должны выполнятся закрытого типа.

 

 

9.2 Определение высоты  ограждения подстанции и дополнительных  средств защиты

 

 

Территория ОРУ и подстанции должны быть ограждены внешним забором высотой 1,8 – 2,0 м. Внешние заборы высотой более 2,0 м могут применяться в местах с высокими снежными заносами, а также для подстанций со специальным режимом допуска на их территорию.

Вспомогательные сооружения (мастерские, склады, ОПУ и т.п.), расположенные на территории ОРУ, следует огораживать внутренним забором высотой 1,6 м.

Заборы могут быть сплошными, сетчатыми  или решетчатыми.

Заборы могут не предусматриваться:

- для закрытых подстанций, расположенных  на охраняемой территории промышленного предприятия;

- для закрытых подстанций, расположенных  на территории городов и поселков;

- для столбовых подстанций. 

В ОРУ токоведущие части и  аппараты не ограждены. К их ограждению прибегаем только в тех случаях, когда расстояние от токоведущих частей до уровня планировки территории меньше минимального допустимого значения или когда аппарат установлен на небольшой высоте от уровня земля.

Трансформаторы и аппараты, у  которых нижняя кромка фарфора изоляторов расположена над уровнем планировки на высоте не менее 2,5 м, также не ограждаем. При меньших расстояниях предусматриваем постоянное ограждение, сплошное или сетчатое. Сетчатые или смешанные ограждения должны иметь высоту над уровнем планировки для ОРУ и открыто установленных трансформаторов 2 или 1,6 м, а над уровнем пола для ЗРУ и трансформаторов, установленных внутри здания, 1,9 м; сетки должны иметь отверстия размером не менее 10х10 мм и не более 25х25 мм, а также приспособления для запирания их на замок. Нижняя кромка этих ограждений в ОРУ должна располагаться на высоте 0,1 – 0,2 м, а в ЗРУ – на уровне пола.