Расчет электроснабжения предприятий

U= 9983 В - напряжение, подходящее к трансформатору.

_ктт      250-1,1 + 275-5,389    _t„_D

MJ_T = - - = 1765

^т 9983

Находим напряжение на шинах 0,4 кВ.

_Vv_v^-bv-*j_tt (56)

/Сji

где к_т- коэффициент трансформации равный 26,25.

9983-0,95-176 _

^0,4 26,25

 

49

Отклонение напряжения от номинального, в процентах:

Д^о.4 =^-^-100%. (5.7)

U Н

373,56-380,,

^м 380

2. Потери напряжения в максимальном режиме. Напряжение на шинах в этом режиме 10458,43 В.

/,=   _г¹⁵⁰°      =S2,SA V3 -10,458

cos<p = 0,$ , sin<p = 0,6

Потери напряжения в линии  к трансформатору:

АС/ = V3 • 82.8 • 0,22 • (0,129 • 0,8 + 0,071 • 0,6) = 4,65

Потери напряжения в трансформаторе:

H25.U + 825.5.389

^т 10458,43

Находим напряжение на шинах 0,4 кВ по форм.5.6.:

10458 4-4 6-543 4 
°'⁴ 26,25

380,96-380_{400% =}

°'⁴ 380

В двух режимах минимальном  и максимальном отклонение напряжения составили -1,6% и 0,25% от номинального, такой  режим допустим и не требует вмешательства по повышению напряжения.

5.3. Отклонение напряжения у электроприемников в литейном цехе

1. Рассчитаем падение напряжения в максимальном режиме у самого ближнего электроприемника №23 литейного цеха, напряжение в максимальном режиме на шинах 0,4 кВ КТП равно U_max = 381 В. Для этого рассмотрим схему питания элетроприемника 23 на рис.5.1.

 

50

>5Л)—»•—м^-Е> «э-

АПВБГ Зх(1 х10) АПВ 4х(1 х4)

L2=3m

L1=18m Рис. 5.7. Схема питания электроприемника № 23

Наоходим  потерю  напряжения  в кабелях по  форм.5.2.  расчетные данные возьмем из таблиц 4.1 и 4.3. АС/, = 0,385     Ш_г = 0,83

Напряжение на электроприемнике:

U = U_tmx-AU_l-AU₂. (5.8)

t/ = 381- 0,38 - 0,83 = 379,795

Отклонение напряжения в  процентах составит:

^70 7Q —Ч8П

₌ ^J/y>^/y .100% = -0,05%

°'⁴ 380

Это находится в допустимых приделах, так как для данной категории  предприятия отклонение напряжения разрешаются в приделах от -5% до 10%.

2. Рассчитываем отклонение напряжения в минимальном режиме для самого удаленного электроприемника №15 литейного цеха. Напряжение на шинах КТП-5 в минимальном режиме U_min= 373,56 В. Потери напряжения в кабеле, питающем электроприемник №15 составляют 0,57 В согласно табл.4.1. Потери напряжения в кабеле, питающем РП-1 от которой питается электроприемник №15, составляют 2,93 В по табл.4.3.

Напряжение на электроприемнике: U = 373,56 - 0,57 - 2,93 = 370,175

Отклонение напряжения составит в процентах:

37017-380._{шо% =}

°'⁴ 380

Отклонение напряжения в  минимальном режиме находятся в  допустимых пределах.

 

51 Вывод: Отклонение напряжения питания электропремников литейного цеха в максимальном и минимальном режимах находятся в допустимых приделах.

 

52

6. ЗАЩИТА И АВТОМАТИКА СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

6.1. Назначение релейной защиты и автоматики

В процессе эксплуатации системы  электроснабжения возникают повреждения  отдельных ее элементов. Наиболее опасными и частыми видами повреждений  являются КЗ между фазами электрооборудования  и однофазные КЗ на землю в сетях с большими токами замыкания на землю. В электрических машинах и трансформаторах наряду с междуфазными КЗ и замыканиями на землю имеют место витковые замыкания. Вследствие возникновения КЗ нарушается нормальная работа системы электроснабжения, что создает ущерб для промышленного предприятия.

При протекании тока КЗ элементы системы электроснабжения подвергаются термическому и динамическому воздействию. Для уменьшения размеров повреждения  и предотвращения развития аварии устанавливают  совокупность автоматических устройств, называемых релейной защитой и обеспечивающих с заданной степенью быстродействия отключение поврежденного элемента или сети.

Основные    требования,    предъявляемые    к   релейной защите,

следующие: надежное отключение всех видов повреждений, чувствительность защиты, избирательность (селективность) действия — отключение только поврежденных участков, простота схем, быстродействие, наличие сигнализации о повреждениях.

Однако одной  релейной защиты бывает недостаточно для обеспечения надежного и бесперебойного электроснабжения. Поэтому дополнительно предусматривают устройства автоматического включения резерва (УАВР) и устройства автоматического повторного включения (УАПВ). Первое устройство позволяет подключать резервный источник питания при выходе из   строя   основного   источника.   Второе   устройство   предназначено^ для

 

53 повторного включения линий электропередачи, так как большинство повреждений после быстрого отключения линий релейной защитой самоустраняется.

6.2. Защита элементов системы электроснабжения на напряжение

выше 1 кВ

На напряжение выше 1 кВ предусматривается  релейная защита элементов системы  электроснабжения, если в качестве коммутационного аппарата используется выключатель или комплект короткозамыкатель  — отделитель.

6.2.1. Защита воздушных и кабельных линий в распределительных сетях

напряжением 6—35 кВ

Распределительные сети промышленных предприятий на номинальное напряжение 6—35 кВ имеют одностороннее питание и выполняются с изолированной нейтралью или нейтралью, заземленной через дугогасительный реактор. Для таких сетей должны быть предусмотрены устройства релейной защиты от междуфазных замыканий и от однофазных замыканий на землю [8]. Наиболее распространенным видом защиты является максимальная токовая защита (МТЗ). От между фазных замыканий такую защиту рекомендуют [8] выполнять в двухфазном исполнении и включать ее в одни и те же фазы по всей сети данного напряжения с целью отключения в большинстве случаев двойных замыканий на землю только одного места повреждения. В зависимости от требований чувствительности

 

54 защита может быть выполнена одно-, двух- или трехрелейной. Ток срабатывания МТЗ определяют по формуле:

т        ₌^КЗАП '^КСЗ      г ГС   Л\

¹С.З _v ¹ Р.МАХ •> \У' ¹)

^кв

где К_зап — коэффициент запаса, учитывает погрешность реле, неточности расчета и принимается равным 1,1—1,2;

К_в — коэффициент возврата токового реле, равный 0,8—0,85;

К_Сз — коэффициент самозапуска (2,5-3), учитывает возможность увеличения тока в защищаемой линии вследствие самозапуска электродвигателей при восстановлении напряжения после отключения КЗ;

Ip.max — максимальный ток в линии в нормальном режиме. Ток срабатывания реле определяется из выражения

1_с, = ^КзАП'*%^Ксх -h.^ (6.2)

где Kj - коэффициент трансформации трансформатора тока;

К_Сх — коэффициент схемы, зависит от способа соединения трансформаторов тока и имеет значения 1 — при соединении в полную и неполную звезду и л/з — при включении реле на разность токов двух фаз.

Выбранная защита должна быть проверена по чувствительности, т. е.

К_ч =1,^/1^, (6.3)

где I_Kmin — минимальный ток КЗ в конце защищаемого или резервируемого участка.

Чувствительность защиты считается достаточной, если при  КЗ в конце защищаемого участка К_ч> 1.5, а при КЗ в конце резервируемого участка К_ч>1.5.

Избирательность защиты обеспечивается выбором выдержки времени по условию

t₂=t_x+At₉      ^J (6.4)

 

55 где t₂ — выдержка времени защиты, расположенной ближе к источнику питания по сравнению с защитой, имеющей меньшую выдержку времени tj\

At— ступень избирательности, в расчетах принимается равной 0,6—1с для защит с ограниченно зависимой от тока КЗ характеристикой времени срабатывания и 0,3—0,6 с для защит с независимой характеристикой времени срабатывания.

Замыкание на землю одной  фазы в сетях с изолированной  нейтралью или нейтралью, заземленной  через дугогасительный реактор, не является КЗ. Поэтому защиту выполняют действующей на сигнал и только когда это необходимо по требованиям безопасности, действующей на отключение. В сетях простой конфигурации допускается применение только общего устройства неизбирательной сигнализации, контролирующего состояние изоляции в системе данного напряжения [8]. В протяженных сетях сложной конфигурации наряду с общим устройством контроля изоляции необходимо предусматривать избирательную защиту на каждом присоединении.

Обычно токовую защиту от замыкания на землю выполняют  с включением на фильтр токов нулевой последовательности. Она приходит в действие в результате прохождения по поврежденному участку токов нулевой последовательности, обусловленных емкостью всей электрически связанной сети без учета емкости поврежденной линии. Ток срабатывания такой защиты выбирают по условию:

1_сз=3-К_0ТС.К_бр.и_ф.ш-С_п (6.5)

где К_отс — коэффициент отстройки, принимают равным 1,1—1,2;

К_бр — коэффициент, учитывающий бросок емкостного тока {К_бр=А-5 для защиты без выдержки времени и 2-3 для защиты с выдержкой времени);

\]ф — номинальное фазное напряжение сети;

со = 2nf,f — частота сети;

С/ — емкость  неповрежденных линий.

 

56 6.2.2. Защита силовых трансформаторов

Устройства релейной защиты для силовых трансформаторов  предусматривают от следующих видов  повреждений и ненормальных режимов работы [8]: многофазных замыканий в обмотках и на выводах; однофазных замыканий на землю в обмотке и на выводах, присоединенных к сети с глухозаземленной нейтралью; витковых замыканий в обмотках; токов в обмотках, обусловленных внешними КЗ; токов в обмотках, обусловленных перегрузкой; понижения уровня масла; однофазных замыканий на землю в сетях 10 кВ с изолированной нейтралью, если трансформатор питает сеть, в которой отключение однофазных замыканий на землю необходимо по требованиям безопасности.

Виды защит трансформатора определяются его мощностью, назначением, режимом работы, местом установки, схемой включения.

Защиту трансформаторов  небольшой и средней мощности (не более 1000 кВА) от коротких замыканий в его обмотках, на выводах и в соединениях до выключателей выполняют в виде токовой отсечки без выдержки времени или токовой защиты со ступенчатой характеристикой выдержки времени. Защиту устанавливают со стороны источника питания, непосредственно у выключателя. В зону действия защиты при этом попадает как сам трансформатор, так и его соединения с выключателями.

Для трансформаторов мощностью 1000 кВА и более может быть предусмотрена продольная дифференциальная защита.

Наряду с защитами, действующими при повреждениях в самом трансформаторе и его соединениях, предусматривают  резервные защиты от внешних КЗ. Они являются одновременно защитами шин, на которые работает трансформатор, если на этих шинах отсутствует собственная защита.

В качестве защит от внешних  КЗ применяют токовые защиты с  выдержкой  времени  с  включением реле  на  полные  токи  фаз  и  на их

 

57 симметричные составляющие. Эти защиты реагируют также на внутренние КЗ и могут использоваться даже как основные защиты трансформаторов.

Для понижающих трансформаторов  мощностью 400 кВА и более с высшим напряжением до 35 кВ и соединением обмоток звезда—звезда с заземленной нулевой точкой на стороне низшего напряжения предусматривают специальную защиту от однофазных КЗ на землю на стороне низшего напряжения, если защита от внешних КЗ не реагирует на эти повреждения. Такая защита обязательна для блоков трансформатор — магистраль низшего напряжения, но может не применяться на подстанциях с распределительными щитами, если они находятся от трансформатора не далее 30 м и соединение между трансформатором и щитом выполнено кабелем. В этом случае однофазное КЗ обязательно переходит в междуфазное, а отключение междуфазного КЗ осуществляется защитой трансформатора.

Обязательным видом защиты всех масляных трансформаторов мощностью 6300 кВА и более является газовая защита. Она также предусматривается для масляных трансформаторов мощностью 630 кВА и более, установленных на внутрицеховых подстанциях.

Наиболее подробно вопросы  защиты силовых трансформаторов  и выбора параметров защиты изложены в [12].

6.2.3. Защита синхронных генераторов и синхронных компенсаторов

Системы электроснабжения энергоемких  предприятий и предприятий высокой  категории надежности кроме внешних  источников питания, как правило, содержат собственные источники активной мощности в виде синхронных генераторов ТЭЦ. В качестве источников реактивной мощности иногда применяют синхронные компенсаторы (СК). Для защиты генераторов напряжением   выше   1   кВ   и   мощностью   более   3   МВт,   работающих

 

58 непосредственно на сборные шины генераторного напряжения, и синхронных компенсаторов должны быть предусмотрены устройства релейной защиты от следующих видов повреждений и нарушений нормального режима работы [8]: многофазных замыканий в обмотке статора и на его выводах; однофазных замыканий на землю в обмотке статора; двойных замыканий на землю, одно из которых возникло в обмотке статора, а второе — во внешней сети; замыканий между витками одной фазы в обмотке статора (при наличии выведенных параллельных ветвей обмотки); внешних КЗ; симметричной перегрузки обмотки статора; перегрузки токами обратной последовательности (для генераторов мощностью более 30 МВт); перегрузки обмотки ротора токами возбуждения; замыкания на землю во второй точке цепи [12] возбуждения; асинхронного режима с потерей возбуждения.

Подробные сведения о выполнении защит синхронных генераторов и  СК и их особенностях приведены в [8,12].

6.3 Защита элементов системы электроснабжения на напряжение до

1кВ

В сетях напряжением до 1 кВГ защиту выполняют плавкими предохранителями и расцепителями автоматических выключателей.

Плавкий предохранитель предназначен для защиты электрических установок  от токов КЗ и перегрузок. Основными  его характеристиками являются номинальный ток плавкой вставки 1_Н0М>вст, номинальный ток предохранителя 1_номмр, номинальное напряжение предохранителя U_H0Mnp, номинальный ток отключения предохранителя 1_НОм.откл, защитная (времятоковая) характеристика предохранителя.

Наряду с плавкими предохранителями в установках напряжением  до 1 кВ широко применяют автоматические воздушные   выключатели,

 

59 выпускаемые в одно-, двух- и трехполюсном исполнении, постоянного и переменного тока.