2.6.1 Защита кабельных линий 10 кВ и мощных двигателей

Релейная защита - неотъемлемая часть энергосистемы. С ее помощью удается в считанные секунды отключать поврежденные участки ЛЭП и тем самым защитить электрооборудование от токов короткого замыкания. Для защиты кабельных линий применяем максималальную токовую защиту, выполненную на реле РТ-40.

Релейная защита элементов распределительных сетей должна отвечать требованиям «Правил устройства электроустановок», которые предъявляются ко всем устройствам релейной защиты: быстродействия, селективности, надежности и чувствительности.

Производим расчет для защиты питающего кабеля от питающей подстанции до ГРП.

Минимальное значение тока срабатывания защиты с выдержкой времени на РТ-40:

, (62)

,

где - коэффициент надежности, [10, 11];

- коэффициент возврата, [10, 11];

- коэффициент самозапуска, [9].

Ток срабатывания реле защиты:

, (63)

,

где - коэффициент схемы, принимаем равным 1;

- коэффициент трансформации ТТ.

Коэффициент чувствительности защиты:

, (64)

.

Полученное значение коэффициента чувствительности должно быть больше значения 1,5 в противном случае ток срабатывания защиты необходимо пересчитать на меньшее значение.

2.6.2 Токовая защита нулевой последовательности

Для защиты кабельных линий от замыканий на землю предусматривается токовая защита нулевой последовательности, питающиеся от трансформаторов тока нулевой последовательности.

Рисунок 1 Земляная защита, работающая на сигнал.

На рисунке 1 показан прицип действия земляной защиты. Магнитные потоки, обусловленные токами трех фаз, замыкаются по общей магнитной системе. Так как геометрическая сумма первичных токов в нормальном режиме и при междуфазных к.з. равна нулю, результирующий магнитный поток в таких режимах также равен нулю и тока в обмотке реле, подключенной ко вторичной обмотке трансформатора нет. Защита на данные режимы не реагирует. По обмотке реле возможно лишь прохождение незначительного тока небаланса, причиной возникновения которого является некоторая несимметрия фаз первичной цепи, относительно магнитной системы. В случае замыкания на землю на защищаемом элементе вследствие появления составляющей тока нулевой последовательности результирующий поток не будет равен нулю. В реле при этом появляется ток и защита срабатывает.

2.6.3 Защита мощных ответственных двигателей от перегрузки и токов КЗ

Релейная защита двигателей должна реагировать на внутренние и внешние повреждения и опасные режимы. Весьма важно, чтобы электродвигатели не отключались защитой при неопасных ненормальных режимах, так как такие отключения могут иметь массовый характер и нанести большой ущерб. В здании котельной установлены 4 двигателя мощностью по 400 кВт. Они являются наиболее ответственными, так как от них зависит подача топлива в котлы. В связи с этим необходимо предусмотреть их защиту от токов перегрузки и коротких замыканий.

В качестве защиты электродвигателей от к.з. применяется токовая отсечка, отстроенная от пусковых токов и токов самозапуска. Защиту выполним двухфазной, токовые реле РТ-86 подключим к трансформаторам тока, расположенным около выключателя со стороны двигателя.

Защита, выполненная при помощи реле типа РТ-86, применяется для электродвигателей подверженных перегрузке, при этом отсечка используется в качестве защиты от к.з., а индукционный элемент - для защиты от перегрузки.

Определим первичный ток срабатывания защиты (62) коэффищиент возврата реле РТ-86 равен 0,8

А

Определяем ток срабатывания реле (63)

3. Реконструкция подпиточного узла

3.1 Автоматизация на современном этапе развития энергетики

Автоматизация - это использование комплекса средств, позволяющих производить производственные процессы без непосредственного участия человека, но под его контролем. Автоматизация производственных процессов приводит к увеличению выпуска, снижению себестоимости и улучшению качества, уменьшает численность обслуживающего персонала, повышает надежность и долговечность машин, дает экономию материалов, улучшает условия труда и техники безопасности.

Автоматизация освобождает человека от необходимости непосредственного управления механизмами. В автоматизированном процессе производства роль человека сводится к наладке, регулировке, обслуживании средств автоматизации и наблюдению за их действием. Если автоматизация облегчает физический труд человека, то автоматизация имеет цель облегчить так же и умственный труд. Эксплуатация средств автоматизации требует от обслуживающего персонала высокой техники квалификации.

По уровню автоматизации теплоэнергетика занимает одно из ведущих мест среди других отраслей промышленности. Теплоэнергетические установки характеризуются непрерывностью протекающих в них процессов. При этом выработка тепловой и электрической энергии в любой момент времени должна соответствовать потреблению (нагрузке). Почти все операции на теплоэнергетических установках механизированы, а переходные процессы в них развиваются сравнительно быстро. Этим объясняется высокое развитие автоматизации в тепловой энергетике.

Автоматизация параметров дает значительные преимущества:

1. обеспечивает уменьшение численности рабочего персонала, т.е. повышение производительности его труда,

2. приводит к изменению характера труда обслуживающего персонала,

3. повышает безопасность труда и надежность работы оборудования,

4. увеличивает экономичность работы турбины.

Автоматизация подпиточных насосов включает в себя автоматическое регулирование, дистанционное управление и теплотехнический контроль.

Дистанционное управление позволяет дежурному персоналу пускать и останавливать электрический насос, а так же переключать и регулировать его механизмы на расстоянии, с пульта, где сосредоточены устройства управления.

Теплотехнический контроль за работой ТЭЦ осуществляется с помощью показывающих и самопишущих приборов, рабочих автоматически. Приборы ведут непрерывный контроль процессов, протекающих в установке, или же подключаются к объекту измерения обслуживающим персоналом или информационно-вычислительной машиной. Приборы теплотехнического контроля размещают на панелях, щитах управления по возможности удобно для наблюдения и обслуживания.

Технологические блокировки выполняют в заданной последовательности ряд операций при пусках и остановках механизмов подпиточного узла, а так же в случаях срабатывания технологической защиты. Блокировки исключают неправильные операции при обслуживании элетродвигателей, обеспечивают отключение в необходимой последовательности оборудования при возникновении аварии.

Устройства технологической сигнализации информируют дежурный персонал о состоянии оборудования (в работе, остановлено и т.п.), предупреждают о приближении параметра к опасному значению, сообщают о возникновении аварийного состояния электродвигателя. Применяются звуковая и световая сигнализация.

Эксплуатация оборудования ТЭЦ должна обеспечивать надежную и эффективную работу и безопасные условия труда персонала. Для выполнения этих требований эксплуатация должна вестись в точном соответствии с законоположениями, правилами, нормами и руководящими указаниями, в частности, в соответствии с "Правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением" Госгортехнадзора, "Правилами технической эксплуатации электрических станций и сетей", "Правилами технической эксплуатации теплоиспользующих установок и тепловых сетей" и др.

На основе указанных материалов для ТЭЦ должны быть составлены должностные и технологические инструкции по обслуживанию оборудования, ремонту, технике безопасности, предупреждению и ликвидации аварий и т.п. Должны быть составлены технические паспорта на оборудование, исполнительные, оперативные и технологические схемы трубопроводов различного назначения. Знания обслуживающего персонала должны систематически проверяться.

Эксплуатация ТЭЦ производится по производственным заданиям, составляемым по планам и графикам выработки теплоэнергии, расхода электроэнергии на собственные нужды, обязательно ведется оперативный журнал, в который заносятся распоряжения руководителя и записи дежурного персонала о работе оборудования, а так же ремонтную книгу, в которую записывают сведения о замеченных дефектах и мероприятиях по их устранению.

Должны вестись первичная отчетность, состоящая из суточных ведомостей по работе агрегатов и записей регистрирующих приборов и вторичная отчетность, включающая обобщенные данные по установке за определенный период. Каждой установке присваивается свой номер, все коммуникации окрашиваются в определенный условный цвет, установленный ГОСТом. Установка котлов в помещении должна соответствовать правилам Госгортехнадзора, требованиям техники безопасности, санитарно-техническим нормам, требованиям пожарной безопасности.

3.2 Электрические решения

Проектом предусмотрено замена пяти подпиточных насосов установленных в 60-70х годах на современные насосы. Новые насосы приняты марки Grudfoss с потребляемой электрической мощностью(45кВт). Насосы разделены на две группы в первой три насоса и два насоса во второй группе. Подключение групп производится от существующих РП1- 0,4кВ. Первая группа насосов подключается от разных секций РП1- 0,4кВ.Вторя группа насосов подключается от разных секций РП3 - 0.4 кВ точки подключения остаются существующими.

Для поддержания заданного давления в обратном коллекторе принята система частотного регулирования скорости вращения приводов насосов, с каскадным запуском насосов. При низком расходе запускается насос с частотным регулятором, при повышенном расходе падает давление и частотный регулятор повышает частоту тока в сети (вплоть до 60 гц),в результате чего возрастает скорость вращения привода и повышения производительности насоса, при дальнейшем падении давления подключается насос с другим частотным регулятором их общая производительность регулируется в соответствии с давлением в обратном коллекторе. В случае если производительности двух насосов недостаточно каскадно запускается третий, четвертый, пятый насосы. Поддержание заданного давления продолжается путем частоты насосов подключенных к частотным регуляторам.

Для этого проектом предусмотрена распределённая система управления состоящая из двух силовых шкафов(для каждой группы насосов) и одного шкафа управления с дистанционной панелью управления.

Проектом предусмотрена замена кабеля питания от РП1- 0,4кВ до шкафов управления и от шкафов до насосов и электрозадвижек. Новые кабели прокладываются по существующим кабельным конструкциям и подпольям взамен демонтируемых существующих кабелей. В РП1- 0,4кВ кВ на месте установки существующих шкафов управления подпиточными насосами после их демонтажа устанавливаются новые силовые шкафы. В РП3- 0,4кВ предусмотрена установка силовых шкафов в свободном месте рядом с подпольным кабельный каналом

В каждом силовом шкафу предусмотрена установка

- система АВР с выбором приоритетного ввода, контролем минимального и максимального напряжения и мониторингом сети;

- частотного регулятора скорости вращения электроприводов;

- выходного дросселя для уменьшения электромагнитных помех;

- устройства плавного пуска насосов

- реверсивных контакторных сборок для управления вращения элетрозадвижек.

Шкаф управления и панель оператора устанавливаются в операторской. Панель оператора монтируется на существующий операторский стол,рядом устанавливается шкаф управления. Кабели управления прокладываются по существующему кабельному каналу. В шкафу управления установлен программируемый логический контроллер ПЛК (PLC), который способен в автоматическом режиме управлять скоростью частотных регуляторов, подключать дополнительные насосы в режиме каскадного запуска, открывать/закрывать электрозадвижки. Также в шкафу управления предусмотрен в полностью ручное управление насосами и электрозадвижками . Запуск в ручном режиме управления частотных регуляторов производится непосредственно на частотных регуляторах с панели оператора ВОР-2.

В шкафу управления предусмотрена установка:

- блока питания и бесперебойного источника питания 24В;

- программируемого логического контроллера ПЛК (PLC);

Так же в шкафу управления относится панель оператора, на который установлено:

- монитор с выводом параметры системы

- переключатели режимов работы насосов и электрозадвижек;

- кнопки открывания/ закрывания электрозадвижек в ручном режиме;

- индикаторы состояния насосов и электрозадвижек;

На монитор оператора выводятся сведения:

- наличие напряжения на вводах силовых шкафов;

- частота вращения электроприводов с гистограммой;

- давление в обратном коллекторе;

- вывод аварии при их наличии (отсутствие напряжения, заклинивание задвижки, повышения или понижение давления и пр.);

На обратном коллекторе устанавливается три датчика давления, два датчика подключаются непосредственно на частотные регуляторы по одному на каждый регулятор и один датчик давления на ПЛК. В ручном режиме управления частотных регуляторов регулирование частоты производится от датчиков подключенных непосредственно к частотным регуляторам. В автоматическом режиме управления частотными регуляторами от ПЛК по шине RS485(протокол USS) на основании показания датчика подключенного к ПЛК.

3.3 Тепломеханические решения

Проектом предусмотрена установка пяти насосов NK 125 -315/338 Grundfos Дания, один из которых является резервным

Насосы устанавливаются двумя группами из трех и двух насосов соответственно в водогрейной котельной №1 и №2.

В каждой из групп один из насосов подключен к внешнему частотному преобразователю.

Управление всеми насосами производится с единого шкафа управления.

Функция частотного регулирования чередуется между насосами. Поддержание заданного давления в обратном коллекторе, производится в автоматическом режиме посредствам изменения количества включенных насосов и изменения производительности насосов с помощью частотного преобразователя.

Управление производится по сигналу от датчика давления установленного

В обратном коллекторе общем для обоих водогрейных котлов.

Первоначально в работу вводится один насос с частотным преобразователем, по сигналу от датчика он постепенно увеличивает производительность до достижения заданного давления. Если насос вышел на максимальную производительность, но давление не достигнуто, в работу включается второй насос с частотным преобразователем и выводит производительность до необходимого значения, при этом нагрузка распределяется поровну между насосами.

При недостаточном давлении при работе двух насосов в работу включается третий и пре необходимости четвертый насос, при этом насосы с частотным регулированием снижают или увеличивают свою производительность в соответствии с потребностями системы.

Порядок включения насосов из той или другой группы определяется дополнительными датчиками давления, установленными в местах подключения подпиточных трубопроводах к обратному коллектору, что позволяет поддерживать равномерное давление по всему коллектору в зависимости от тех или иных из девяти сетевых насосов.

В случае снижения давления в обратном коллекторе ниже заданного значения процесс регулирования происходит в обратном порядке - насосы снижают производительность до минимума возможного значения, затем отключается один из насосов( с большим моторесурсом), а оставшиеся в работе насосы с частотными преобразователями выходят на необходимую производительность и т.д.

В случае выхода из строя одного из насосов автоматически включается резервный, а в диспетчерскую ТЭЦ поступает аварийный сигнал. При этом система управления по аварийному сигналу переключит частотный преобразователь на резервный насос и его запуск будет отвечать потребностям системы в данный момент.

Кроме этого система управления реализует следующие функции- подключение резервного датчика давления(для повышения надежности и предупреждения остановок в работе).

- количество пусков в час - данная функция ограничивает число пусков и остановов насосов в час, функция дает возможность включать насосы в соответствии с потребностью системы, при этом остановов насосов при необходимости происходит с задержкой для того чтобы не превысить допустимое число пусков в час.

- резервирование насосов чередуется между всеми насосами для обеспечения равномерной наработки.

- принудительное переключение насосов , при небольших расходах, смена наосов не происходит автоматически(достаточно работы одного насоса). Раз в сутки контролер проверяет не работал ли какой - либо из включённых насосов непрерывно в течений последних 24х часов, если так, то насос с наибольшим количеством наработанных часов останавливается и заменяется насосом с наименьшим количеством наработанных часов.

-пробный режим насосов - данная функция используется для насосов которые не работают каждый день и дает возможность исключить заклинивание насосов из - за осаждения рабочей жидкости при простои, выводить скопившийся воздух в наосах. Насос запускается автоматически на короткое время.

- защита от сухого хода - контролируется давление на всасе насосов- если давление слишком низкое то все насосы останавливаются.

Системой управления также предусматривается автоматическое открытие, или закрытие задвижки на напорном патрубке насоса при включении или выключении соответствующего насоса.

Закрытие задвижки происходит как при плавном так и при аварийном отключении насоса.

Электрический расчет силовой сети

Подпиточный узел состоит из 5 асинхронных электродвигателей, также 5 электродвигателей установлены на задвижках.

Таблица 20 Исходные данные для расчета силовой сети:

№	Н1	Н2	Н3	Н4	Н5	М1	М2	М3	М4	М5
Р	45	45	45	45	45	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4
соsц	0.88	0,88	0,88	0.88	0,88	0,42	0,42	0,42	0,42	0.42

Примечание: Н - асинхронные электронагреватели марки Grudfoss, М - асинхронные электродвигатели марки AUMA.

В связи с тем, что электроприемники имеют большую разницу в мощности, возникает необходимость их питания по радиальным линиям, но, по возможности будем использовать магистрали. Все электроприемники запитываем от силовых шитов ЩУН-1,ЩУН -2

Для удобства ведения расчетов составим принципиальную схему питания силовых электроприемников.

Рассчитаем рабочие токи всех электроприемников.

Рабочий ток для электродвигателей определяем по следующему выражению:

Рассчитаем рабочий ток для двигателя №1:

;

Остальные токи двигателей рассчитываем аналогичным методом и заносим в таблицу 21.

Рассчитаем пиковые токи для всех электроприемников и пусковые для электродвигателей. Пусковой ток электродвигателя определяется по выражению:

I_ПУСК = Кi I_P; (65)

где Кi - кратность пускового тока, принимаем равной 7.

Тогда пусковые токи электродвигателей будут равны:

I_ПУСК1 = 7 90= 630 А;

Рассчитаем пиковые токи электродвигателя. Для двигателей, питающихся по радиальной схеме пиковый ток равен пусковому, то есть:

I_ПИК1 = I_ПУСК1 = 630 А.

Таблица 21 Расчет токов силового оборудования

Электроприемник	Р, кВт	U,кВ	cosц	КПД	Iр	Iпик
H1	45	0,38	0,88	0,88	90	630
H2	45	0,38	0,88	0,88	90	630
Н3	45	0,38	0,88	0,88	90	630
Н4	45	0,38	0.88	0,88	90	630
Н5	45	0,38	0,42	0,88	90	630
М1	0.4	0,38	0,42	0,88	1.6	11.2
М2	0.4	0,38	0,42	0,88	1.6	11.2
М3	0.4	0,38	0.42	0,88	1.6	11.2
М4	0.4	0,38	0.42	0,88	1.6	11.2
М5	0.4	0.38	0.42	0,88	1.6	11.2

Выбор аппаратов защиты

В качестве аппаратов защиты в щите силового оборудования на каждую группу электроприемников установлены автоматические трехполюсные выключатели с комбинированным расцепителем. На каждый электроприемник, питающийся по радиальной схеме устанавливается свой автомат.

Произведем выбор автоматических выключателей. Выбор производим по четырем условиям:

1.Соответствия номинального напряжения выключателя U_H.B номинальному напряжению сети U_C.

U_H.B ? U_C (66)

2. Соответствия номинального тока выключателя I_H.B расчетному рабочему току электроприемника I_Р.

где k_H1- коэффициент надежности равный 1,2ч 1,4.

I_H.B ? k_H1· I_Р (67)

3. Соответствия номинального тока расцепителя автомата I_H.Р. расчетному рабочему току электроприемника I_Р.

где k_H1- коэффициент надежности равный 1,2ч 1,4.

I_H.Р? k_H1 I_Р (68)

4. Соответствие тока срабатывания отсечки пиковому току электроприемников:

I_CO ? k_H2 I_ПИК , (69)

где k_H2 - коэффициент надежности, принимаем равным 1,4 для автоматов с комбинированным расцепителем на номинальные токи до 100 А, и равным 1,25 для автоматов с комбинированным расцепителем на номинальные токи выше 100 А;

I_CO - ток срабатывания отсечки, А, определяем из отношения I_CO/ I_НР, принимаемого по таблице (8.1) [21].

Произведем выбор автоматического выключателя для первого электроприемника. Параметры автоматических выключателей принимаем по таблице 8.1 [1].

По условию (66) принимаем U_C = 380 B, U_H.B = 660 B.

660 > 380

По условию (67) принимаем I_H.B=25 А, k_H1 = 1,2, I_P1 = 10,8 A

25 > 10,8

По условию (68) принимаем I_H.P = 16 A, I_P1 = 10,8 A, k_H1 = 1,2

16 > 12,96

По условию (69) принимаем I_CO/ I_НР = 10, I_НР = 16 А, тогда I_CO = 160А, k_H2 = 1,4; I_ПИК1 = 75,63А.

160 > 105,88

Принимаем для первого электроприемника автоматический выключатель ВА51-25, с номинальным током расцепителя I_нр= 16 А.

Выбор автоматических выключателей для остальных электроприемников производим аналогично, результаты заносим в таблицу 22.

Таблица 22 Выбор автоматических выключателей

Электроприемник	Iр	Iпик	Iном.В	Iном.р	Icо	марка автомата
Н1	10,80	75,63	25	16	160	ВА51-25
H2	10,80	75,63	25	16	160	ВА51-25
H3	3,71	25,97	25	6,3	63	ВА51-25
H4	38,03	30,03	100	50	500	ВА51-31
H5	43,86	43,86	100	63	630	ВА51-31
М1	8,52	59,65	25	12,5	125	ВА51-25
М2	5,58	39,08	25	8	80	ВА51-25
M3	30,42	30,42	100	40	400	ВА51-26
М4	41,32	289,21	100	50	500	ВА51-31

Выбор пусковой аппаратуры

Для сварочных трансформаторов в качестве пускозащитной аппаратуры применяются ящики с оборудованием марки ЯРП11-100. Ящик ЯРП состоит из рубильника и плавкого предохранителя. Выбор плавких предохранителей производим по следующим условиям:

I_ПР ? I_P (70)

где I_ПР - ток патрона предохранителя, А

I_ПВ ? k_З I_P (71)

где I_ПВ - ток плавкой вставки предохранителя;

k_З - коэффициент запаса, принимаем равным 1,2.

Произведем выбор плавкого предохранителя для сварочного трансформатора №5:

По условию принимаем I_P5 = 43,86 А, I_ПР = 63 А.

63 ? 43,86

По условию принимаем I_P5= 43,86 А, k_З = 1,2; I_ПВ = 63 А.

63 ? 52,63

Для данного сварочного трансформатора принимаем плавкий предохранитель марки НПН2-60, с плавкой вставкой на I_ПВ=63 А.

Для электродвигателей и электронагревателей в качестве пусковой аппаратуры применяются магнитные пускатели. Принимаем магнитные пускатели марки ПМЛ нереверсивные с тепловым реле РТЛ. Параметры магнитных пускателей определяем по таблице, а параметры тепловых реле по таблице [21]. Выбор магнитных пускателей производим по следующим условиям:

U_HП ? U_C (72)

где U_HП - напряжение номинальное пускателя, В.

I_HП ? I_P (73)

где I_HП - номинальный ток главной цепи, А, принимаем по таблице.

I_HЭ ? I_P (74)

где I_HЭ - номинальный ток нагрева элемента теплового реле, А.

1) Произведем выбор магнитного пускателя для первого электроприемника.

По условию принимаем U_HП =660 В, U_C = 380 В

660 ? 380

По условию принимаем I_P =10,8 А, I_HП =25 А

25? 10,8

Для первого электроприемника принимаем магнитный пускатель ПМЛ-2530 - реверсивный без теплового реле, с электрической и механической блокировками, со степенью защиты IP54 c кнопками «ПУСК» , «СТОП» и сигнальной лампой.

Для остальных электроприемников производим аналогичный расчет, результаты заносим в таблицу 23

Таблица 23 Выбор пусковой аппаратуры

Электроприемник	Iр	Iнп	Iнэ	Марка МП
М1	10,80	25	12,5	ПМЛ2530
М2	10,80	25	12,5	ПМЛ2530
М3	3,71	10	4	ПМЛ1230
М4	38,03	40	40	ПМЛ3230
М5	8,52	25	10	ПМЛ1230
М7	5,58	25	6	ПМЛ1230
Е8	30,42	40	32	ПМЛ3230
М9	41,32	63	50	ПМЛ4530

Выбор сечений проводов и кабелей

В качестве проводников на участках от щита силового оборудования ЩУН 1 до пусковой аппаратуры принимаем кабели ВВГ, на участках от пусковой аппаратуры до электрооборудования принимаем провода АПВ, Проводка на участках выполненных проводом прокладывается в трубах. Выбор труб для проводки производится по таблице.[21]

Выбор сечения производим по следующим условиям:

1. По длительно допустимому нагреву:

I_ДЛ.ДОП ? I_Р , (75)

где I_ДЛ.ДОП - длительно допустимый ток, А, для кабелей принимаем по таблице, для проводов 10.1.2.

2. По соответствию сечения проводника току аппарата защиты сети:

I_ДЛ.ДОП ? k_З I_А.З , (76)

где k_З - коэффициент защиты, принимается равным 0,33 при использовании предохранителя для защиты от всех видов к.з., принимается равным 1 при использовании автомата с тепловым или комбинированным расцепмтелем;

I_А.З - ток аппарата защиты, А, при использовании автоматов принимается равным току расцепителя, при использовании предохранителя принимается равным току плавкой вставки.

3.По допустимым потерям напряжения. Расчет производится по выражению , принимая, что допустимые потери напряжения в силовой сети не должны превышать 4%.

Примечание: При расчете сечений проводов для нагревателей значение номинального тока проводника умножаем на коэффициент равный 0,92.

На рисунке 2 представлена схема силовой сети. Все проводники разбиты на участки, для которых произведем расчет сечения.

1) Участки 1 - Н1 и 1-Н2:

По длительно допустимому нагреву: I_Р1 = 10.8 А, I_{ДЛ.ДОП(ПВ)} = 28 А. I_{ДЛ.ДОП(ВВГ)} = 25 А.

25 ? 10.8 (ВВГ) F=2.5 мм²

28?10.8 (ПВ) F=2.5 мм²

По соответствию сечения проводника току аппарата защиты сети: k_З = 1, I_{А.З =} 16 А, I_{ДЛ.ДОП(ВВГ)} = 28 А; I_{ДЛ.ДОП(ПВ)} = 25 А

28 ? 16 (АВВГ) F=2.5мм²

25?16 (АПВ) F=2.5 мм²

По допустимым потерям напряжения: Р = 5.5 кВт, L_1-н1=18м, L_1-н2=20м С = 77 для трехфазной сети и проводников с медными жилами.

Фактические потери напряжения составят:

,

что входит в приделы допустимого.

Для участка 1 - Н1 принимаем кабель ВВГ -1(4х5).

Для участка 1-Н2 принимаем провод КГ-1(3х4) без трубы.

Для остальных участков произведем расчет сечения аналогичным способом. Результаты заносим в таблицу 24.

Таблица 24

Электро-приемник	Участок	Р сум	L, м	Iр, А	Iа.з	Iа.з*кз	F, см кв	Iдл.доп, А	ДU%	марка кабеля	труба
М1	1-Н1	5,5	18	10,80	16	16	1,5	17	0,86	ВВГ 1(4х1,5)	-
М1	1-Н2	5,5	20	10,80	16	16	1,5	20	0,95	КГ 1(3х1,5)	-
М2	2-Н1	5,5	30	10,80	16	16	1,5	17	1,43	ВВГ 1(4х1,5)	-
М3	2-Н2	5,5	20	10,80	16	16	1,5	20	0,95	КГ 1(3х1,5)	-
М4	3-Н1	1,5	40	3,71	6,3	2,08	1,5	19	0,52	ВВГ 1(4х1,5)	-
М5	3-Н2	1,5	5	3,71	6,3	2,08	1	15	0,10	ПВ 3(1х1)	Т-15
Н1	4-Н1	25	58	38,03	50	16,5	6	110,4	3,14	ВВГ 1(4х6)	-
Н2	4-Н2	25	5	38,03	50	16,5	6	40	0,27	ПВ 4(1х6)	Т-20
Н3	5-Н1	10	49	43,86	63	20,8	8	75	0,80	ВВГ 1(4х8)	-
Н4	5-Н2	10	20	43,86	63	20,8	6	55	0,43	КГ 1(3х6)	-
Н5	6-Н1	4	38	8,52	12,5	4,13	1	15	1,97	ВВГ 1(4х1)	-

Проектирование компенсации реактивной мощности.

Под компенсацией реактивной мощности понимается установка местных источников реактивной мощности, благодаря которым повышается пропускная способность сетей и уменьшаются потери электроэнергии в линиях и трансформаторах.

Определяем установленную мощность силового оборудования:

Р_у.с. = ?Р_н, (77)

где Р_н - номинальная мощность электроприемников ,кВт.

Р_у.с=5,5+5,5+1,5+25,0+10,0+4,0+2,2+20,0+22,0=95,7 кВт.

Определяем установленную мощность щита освещения:

Р_у.щ.о=?Р_рi (78)

где Р_р1- сумма мощностей ламп первой групповой линии, кВт;

Р_р2- сумма мощностей ламп второй групповой линии, кВт;

Р_р3 - сумма мощностей ламп третьей групповой линии, кВт;

Р_у.щ.о=1,85+4+1,3+4+3,25+3,6=18 кВт

Определяем установленную мощность аварийного щита освещения:

Р_у.щ.а.о= Р_р, (79)

Где Р_р- сумма мощностей ламп аварийной линии, кВт;

Р_у.щ.а.о=1,75 кВт

Определяем установленную мощность:

Р_у= Р_{у.с +} Р_{у.щ.о +} Р_у.щ.а.о, (80)

где Р_у.с- установленная силовая мощность, Р_у.щ.о- установленная мощность щита освещения, Р_у.щ.а.о,- установленная мощность аварийного щита освещения:

Р_у=95,7+18+1,75=115,45 кВт.

Определяем реактивную мощность для каждого электроприемника по формуле:

(81)

где Q_нi - реактивная мощность электроприемника

Р_нi - номинальная мощность электроприемника

tgц_i - тангенс угла сдвига фаз между током и напряжением электроприемника(для щита освещения tgц=0,36; для щита аварийного освещения tgц=0,48).

Определяем реактивную мощность для каждого электроприемника и щита освещения.

Определяем реактивную мощность первого электроприемника:

Q_н1=5,5·0,54=2,96 кВАр

Для последующих электроприемников реактивную мощность определяем таким же способом. Результаты заносим в таблицу 25.

Таблица 25 Расчет реактивной мощности электроприемников

электро-приемник	Рн		tgц	Qн
М1	5,5	0,88	0,54	2,96
М2	5,5	0,88	0,54	2,96
М3	1,5	0,82	0,70	1,04
М4	25	1	0,00	0
Н1	10	0,6	1,33	13,3
Н2	4	0,84	0,65	2,58
Н3	2,2	0,74	0,91	2
Н4	20	1	0,00	0
Н5	22	0,9	0,48	10,6
ЩО	18	0,94	0,36	6,53
ЩАО	1,75	0,9	0,48	0,84

Определяем реактивную мощность силового оборудования:

Q_нс = ?Q_н, (82)

где Q_н- реактивная мощность электроприемников.

Q_нс = Q_н1+ Q_н2+ Q_н3+Q_н4+ Q_н5+ Q_н6+ Q_н9+ Q_н10 Q_н11+ +Q_н12,

Q_нс = 2,96+ 2,96+ 1,04+13,3+2,58+2,0+10,6=35,556 кВАр

Определяем реактивную мощность:

Q_н= Q_нс+ Q_н.щ.о,+Q_{н. щао} (83)

где Q_нс- реактивная мощность силового оборудования, Q_н.щ.о- реактивная мощность щитка освещения; Q_{н. щао}.-реактивная мощность щита аварийного освещения.

Q_н=35,556+6,53+0,85=42,94 кВАр

Определяем расчетную активную нагрузку потребителя Р_р, с учетом коэффициентов загрузки (для силового оборудования) и коэффициента спроса (для сетей освещения).

(84)

где - коэффициент загрузки для силового оборудования, =0,7 для двигателей и = 1 для сварочных трансформаторов и электронагревателей.

к_сщо - коэффициент спроса для щита освещения, к_сщо=0,95

к_сав - коэффициент спроса для аварийного освещения, к_сав=1

Определяем расчетную реактивную нагрузку потребителя Q_p с учетом коэф. загрузки (для силового оборудования) и коэф. спроса (для осветительных сетей)

(85)

Определяем естественный тангенс угла сдвига фаз между током и напряжением:

(86)

где Р_р - расчетная активная нагрузка потребителя

Q_p - расчетная реактивная нагрузка потребителя

следовательно cosц_e=0,97.

Исходя из этого принимаем решение, что установка компенсирующего устройства не требуется, следовательно, на этом расчет компенсации реактивной мощности заканчивается.

4. Организация эксплуатации электрохозяйства

В данном разделе произведем анализ численности и состава работников электротехнической службы гормолзавода.

Нормативное число электромонтеров определяется по формуле:

, (87)

где Q - число условных единиц электрооборудования в хозяйстве.

а - норма условных единиц электрооборудования на одного электромонтера, принимается равной 120 у.е.э./чел [17].

В штат электротехнической службы входят 4 человека: мастер по эксплуатации, мастер по ремонту, мастер лаборатории по испытаниям и главный энергетик.

Определим производительность электромонтеров:

, (88)

где Q - общее число условных единиц электрооборудования;

N - количество обслуживающего персонала.

Фактическая производительность на одного электромонтера должна быть меньше нормативной:

Фактическая производительность получилась ниже нормативной.

Вычислим годовое потребление электроэнергии:

, (89)

где Р_р=4769,2 кВт- расчетная нагрузка производственной зоны;

Т_м=5000 ч.

,

В соответствии с технико-экономическими расчетами, приведенные затраты на систему электроснабжения составляют З = 2014,63·10³ тен/год.

Себестоимость передачи электроэнергии по внутренним сетям:

, (90)

,

Экономичность эксплуатации составляет:

, (91)

.

5. Охрана труда и окружающей среды

5.1 Мероприятия по электробезопасности объекта

Техническая эксплуатация рабочих электроустановок подстанций осуществляется электротехническим персоналом в соответствии с ПТЭ и ПТБ. В связи с этим все лица допускаемые на самостоятельные работы должны проходить проверку знаний по ПТЭ и ПТБ.

В электроустановках напряжением выше 1000 В лица из числа дежурного или оперативно-ремонтного персонала, единолично обслуживающие электроустановки должны иметь 4 группу допуска, остальные - группу 3. В электроустановках до 1000 В лица из числа дежурного персонала или оперативно-ремонтного персонала, единолично обслуживающие электроустановки должны иметь группу не ниже третьей.

Работы в рабочих электроустановках подразделяются в отношении принятых мер безопасности на четыре категории:

а) со снятием напряжения с токоведущих частей(c наведенным и без);

б) под напряжением на токоведущих частях с применением электрозащитных средств;

в) без снятия напряжения вдали от токоведущих частей

г) без снятия напряжения на потенциале токоведущей части.

Безопасное проведение работ в рабочих электроустановках обеспечивается организационными мероприятиями. В организационные мероприятия входят: выдача наряда (распоряжения), выдача разрешения на подготовку рабочего места и допуска бригады к работе, надзор при выполнении работ.

Главной задачей охраны труда является сохранение жизни и здоровья человека в его трудовой деятельности. Наука не стоит на месте, разрабатываются все новые и новые методы выполнения работ с помощью автоматизации производственных процессов. Вместе с тем, научный прогресс заставляет более углубленно заниматься вопросами охраны труда, поскольку материальные затраты на устранение последствий несчастных случаев в десятки раз превосходят стоимость внедрения мер по их предупреждению.

Для обеспечения безопасных условий работы обслуживающего персонала от поражения напряжением прикосновения и шаговым напряжением необходимо все части электрооборудования, нормально не находящиеся под напряжением, но могущие оказаться под таковым при повреждении изоляции, надежно заземлять.

Заземляющее устройство административного корпуса рассчитаем на напряжение 0,4 кВ. Сопротивление заземляющего устройства не должно превышать 4 Ом в любое время года. В качестве заземлителя принимаем круглую сталь диаметром 10 мм. Глубина заложения заземляющего устройства 0,7 м в два ряда по одной стороне здания. Вертикальные электроды примем длиной 3 м.

Расчет искусственного заземления административного корпуса выполним в следующем порядке:

Определяем количество вертикальных электродов и длину горизонтальной полосы;

- Определяем фактическое ;

- Размещаем заземляющее устройство на плане.

Определяем расчетное сопротивление одного электрода [16]:

, (92)

где - удельное сопротивление грунта, Ом•м;

- коэффициент сезонности, =1,2.

Ом,

На плане равномерно располагаем примерное количество вертикальных электродов с одной стороны здания в два ряда. Ориентировочно принимаем 26 пертикальных электродов. В таком случае длина ряда будет составлять 16 метров, расстояние между рядами 10. Электроды располагаем в двух метрах друг от друга.

Определяем уточненные значения сопротивлений вертикальных и горизонтальных электродов:

, (93)

где - длина соединительного заземлителя (горизонтального), 48 м.

- диаметр стали, мм,

- глубина заложения, м.

Ом.

, (94)

Ом.

где - коэффициент использования заземлителей, равен 0,69 [17].

Определяем фактическое сопротивление заземляющего устройства:

, (95)

Ом.

так как , следовательно, заземляющее устройство эффективно.

5.2 Мероприятия по охране окружающей среды

В связи с тем, что котельная наносит огромный ущерб окружающей среде, выбрасывая огромные количества дыма, выполнение мероприятий по охране труда и среды просто необходимы. На проектируемом предприятии в плановом порядке постоянно проводится работа по охране окружающей среды, созданию здоровых и безопасных условий труда, предупреждению несчастных случаев на производстве. Так все рабочие получают за вредность молочную продукцию, а на вытяжных трубах устанавливаются специальные фильтры, способствующие снижению количества выбрасываемых в атмосферу вредных газов.

Так как территория котельной ограничена, на ее территории скапливаются различного рода ядовитые газы и токсичные вещества. В целях охраны труда необходимо иметь на предприятии четко продуманную систему профилактических мероприятий. В данную систему входят: рациональная организация хозяйства, создание благоприятного микроклимата на рабочих местах (насколько это возможно), а также внедрение новейших прогрессивных технологий позволяющих снизить количество вредных атмосферных примесей хотябы до предельно допустимых значений

При работе производственных электроустановок принимаются меры для предупреждения или ограничения прямого и косвенного воздействия на окружающую среду выбросов загрязняющих веществ в атмосферу и сбросов сточных вод.

На территории котельной имеется ограждение, по периметру растут деревья, которые выполняют функцию биологических фильтров и функцию ветрозащиты. Все помещения зданий в целях пожарной безопасности отделены друг от друга огнеупорным кирпичом и снабжены специальными емкостями для слива отработанной и загрязненной воды.

Одним из главных загрязняющих факторов на предприятии является сброс производственных отходов в канализационную сеть. Чтобы обеззаразить жидкие отходы применяются аэротенки продленной аэрации. Такие сооружения позволяют производить очистку без предварительного разделения на жидкую и твердую. Происходит их совместная очистка в присутствии значительного количества кислорода в воздухе. Затем сточную жидкость после хлорирования направляют в отстойники, где она выдерживается до полного обеззараживания, а затем поступает в канализацию. Неправильная эксплуатация электроустановок ТЭЦ может являться причиной пожара или взрыва. Производственные помещения предприятия отнесены к пожаро и взрывоопасным. Поэтому обеспечение пожаро и взрывобезопасности предприятия важно с точки зрения обеспечения безопасности людей и окружающей среды от поражения их горючими газами. К сожалению, из за технологии производства, устранить возможные источники возгорания не получится, поэтому необходимо принимать усиленные меры предосторожности. Ограничено распространение пожара строительно-планировочными средствами: применяются конструкции зданий с определенным пределом огнестойкости и горючести; устроены противопожарные преграды внутри помещений и разрывы между зданиями; произведен монтаж противодымной защиты. Для уменьшения выбросов в атмосферу взвесей пыли и токсичных газов на вентиляционных шахтах производственных помещений устанавливаются специальные воздухоочистительные фильтры. Для сохранения экологического равновесия земельного покрова для заземления помещений ТЭЦ, использованы по возможности естественные заземлители - находящиеся в земле трубопроводы, металлические конструкции и арматура железобетонных конструкций, обсадные трубы, металлические шпунты гидросооружений, свинцовые оболочки кабелей.

6. Основные технико-экономические показатели проекта

В результате всех приведенных расчетов можно выявить основные показатели дипломного проекта, характеризующие его стоимость, затраты на эксплуатацию системы электроснабжения, приведенные расчетные затраты, что представлено в таблице 26.

Таблица 26 Технико-экономические показатели проекта

Показатель	Единица измерения	Количество
Установленная мощность электроприемников	кВт	7905
Расчетная нагрузка электроприемников	кВА	5394
Протяженность питающих кабельных линий 10 кВ	км	0,728
Количество распределительных линий 10 кВ	шт	4
Количество и мощность трансформаторов ТП-10/0,4 кВ	шт/кВА	6/400, 2/630
Протяженность распределительных линий 10 кВ	км	0,833
Протяженность линий 0,38 кВ	км	0,56
Стоимость капитальных вложений в систему электроснабжения	тыс. тен.	2014,63
Количество условных единиц обслуживания	у.е.	1264,65
Необходимое количество персонала для обслуживания системы электроснабжения	чел.	11
Время использования максимальной нагрузки	час	3000
Приведенные затраты на эксплуатацию системы электроснабжения	тыс. тен	3806,01
Годовое потребление электроэнергии	кВт·ч/год	6766110

Заключение

В работе была реконструирована система электроснабжения ТЭЦ г. Костанай. В основу расчетов легли нагрузки потребителей, которые во многом определили дальнейшие расчеты. В ходе проектирования системы электроснабжения учтены все технические ограничения, налагаемые на применяемое электрооборудование, провода и кабели. При выборе электрооборудования был произведен технико-экономический расчет, который позволил опеделить наиболее выгодные варианты учитывающие как капитальные затраты, так и затраты на ежегодные эксплуатационные издержки системы электроснабжения, что говорит о правильности принятых решений.

Для защиты оборудования и сетей от ненормальных и аварийных режимов произведен расчет релейной защиты.

В качесве специальной части проекта рассмотрена реконструкция подпиточного узла ТЭЦ, в которой был произведен расчет и выбрано силовое оборудование и системы защит. Правильное использование всех требований позволило создать экономически эффективную и надежную систему электроснабжения.

Список использованных источников

1 Справочник по электроснабжению и электрооборудованию: в 2 томах / под общ. ред. А.А. Федорова. Том 1. Электроснабжение - М.: Энергоатомиздат, 1987 г. - 568 с.

2 Справочник по электроснабжению и электрооборудованию: в 2 томах / под общ. ред. А.А. Федорова. Том 2. Электрооборудование. - М.: Энергоатомиздат, 1987 г. - 592 с.

3 Справочник по проектированию электроснабжения, линий электропередач и сетей. Под ред. Я.М. Большама. - М.: Энергия, 1974 г. - 421 с.

4 Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. - М.: Высшая школа, 1991 г. - 298 с.

5 Электротехнический справочник. Том 3. Кн.1. Под. ред. Орлова И.Н. - М.: Энергоатимиздат, 1988 г. - 456 с.

6 Электротехнический справочник. Под. ред. Герасимова В.Т. - М.: Энергоатимиздат, 1988 г. - 327 стр.

7 Правила устройства электроустановок / 7- е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 2005 г. - 648 с.

8 Справочник по электрическим установкам высокого напряжения/ Под ред. И.А. Баумштейна, С.А. Бажанова - 3 - е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1989 г. - 768 с.

9 Кривенков В.В., Новела В.Н. Релейная защита систем электроснабжения. - М.: Энергоиздат, 1985 г. - 328 с.

10 Федосеев А.М. Релейная защита электроэнергетических систем. Релейная защита сетей. - М.: Энергоатомиздат, 1984 г. - 520 с.

11 Шабад М.А. Расчёты релейной защиты и автоматики распределительных сетей. - Л.: Энергоатомиздат, 1985 г. - 296 с.

12 Б.Н. Неклепаев, И.П. Крючков. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. -М.: Энергоатомиздат, 1989. -608 с.

13 Каганов И.Л. Курсовое и дипломное проектирование. - М.: Колос, 1980 г. - 230 с.

14 Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей / Министерство энергетики и электрификации СССР - 14 - е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1989г.- 288 с.

15 Цапенко Е.Ф. Контроль изоляции в сетях напряжением до 1000 В. - М.: Высшая школа, 1989 г. - 364 с.

16 Кунин Р.З., Прудников Н.И. Защитное отключение электроустановок. - М.: Энергия, 1983 г. - 289 с.

17 Афанасьев Д.П. Электронный балласт ламп ЛБ. Журнал «Радiоаматор-Электрик» 2000'1. стр.52-55.

18 Прузнер С.Л. Экономика, организация и планирование энергетического производства. - М.: Энергия, 1976 г. - 544 с.

19 Долин П.А. Основы техники безопасности в электроустановках: Учеб. пособие для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1984.

20 Кушнир В.Г., Щербаков Н. Методическая инструкция. Общие требования к оформлению текстового и графического материала курсовых и дипломных проектов (работ) и других учебных и научных видов работ. МИ ИФФ 012- 2009 г. - 35 с.

Размещено на Allbest.ru

...