37

1,3

48,1

ВВГ-НГ (4x10)

37

1,3

48,1

ВВГ-НГ (4x10)

37

1,3

48,1

ВВГ-НГ (4x2,5)

10,5

1,8

18,9

АВВГ-НГ (4x35)

105,4

0,9

94,86

ВВГ-НГ (4x1,5)

8,3

3,2

26,56

ВВГ-НГ (4x1,5)

8,3

0,9

7,47

ВВГ-НГ (4x1,5)

8,3

1,3

10,79

ВВГ-НГ (4x4)

14,9

5,7

84,93

АВВГ-НГ (4x70)

181,2

35

6342

ВВГ-НГ (4x10)

37

1,9

70,3

ВВГ-НГ (4x10)

37

1,9

70,3

ВВГ-НГ (4x1,5)

8,3

0,85

7,055

ВВГ-НГ (4x1,5)

8,3

2,4

19,92

АВВГ-НГ (4x35)

105,4

1,9

200,26

АВВГ-НГ (4x70)

181,2

3,4

616,08

АВВГ-НГ (4x70)

181,2

3,4

616,08

ВВГ-НГ (4x1,5)

8,3

2,6

21,58

ВВГ-НГ (4x1,5)

8,3

5,7

47,31

ВВГ-НГ (4x1,5)

8,3

0,9

7,47

ВВГ-НГ (4x16)

37

3,3

122,1

ВВГ-НГ (4x16)

37

2,6

96,2

ВВГ-НГ (4x2,5)

10,5

1,1

11,55

ВВГ-НГ (4x2,5)

10,5

1,1

11,55

ВВГ-НГ (4x16)

37

6,1

225,7

ВВГ-НГ (4x16)

37

5,4

199,8

ВВГ-НГ (4x16)

37

8,4

310,8

ВВГ-НГ (4x16)

37

8,1

299,7

АВВГ-НГ (4x50)

168,9

7,6

1283,64

АВВГ-НГ (4x50)

168,9

7,6

1283,64

ВВГ-НГ (4x4)

14,9

1,6

23,84

ВВГ-НГ (4x4)

14,9

1,1

16,39

ВВГ-НГ (4x10)

57,6

7,4

426,24

ВВГ-НГ (4x120)

315,4

35

11039

Таблица 9.9.3.- Шинопровода

Шинопроводы
ШРА -1	2000	35	70000
ШРА - 2	2000	35	70000
Выключатели автоматические
ВА 57-35	1980	1	1980
Итого	166652

Потери электроэнергии в год:

кВтч;

Издержки, вызванные потерями электроэнергии:

руб/год;

Тогда полные приведённые затраты будут равны:

руб/год;

Технико-экономическое сравнение вариантов.

Приведённые затраты для первого варианта будут равны:

руб/год;

Для варианта №2 также устанавливаем двухтрансформаторную подстанцию.

Приведённые затраты:

руб/год;

Сравним варианты:

%;

Из всего этого сделаем вывод, что вариант с использованием СП (вариант №1) более выгоден, чем вариант с использованием ШРА (вариант №2), и дальнейшие расчеты будем вести по варианту №1.



8.8 Проверка оборудования в сети напряжением ниже 1000В на отключающую способность и чувствительность к токам КЗ

8.8.1 Расчет токов трехфазного короткого замыкания в сети напряжением ниже 1000В

Ввиду большой электрической удаленности электроустановок напряжением до 1 кВ от электрической системы в качестве источника питания принимают шины высокого напряжения понижающего трансформатора 10/0,4 кВ.

При напряжении до 1 кВ даже небольшое сопротивление оказывает существенное влияние на ток короткого замыкания. Поэтому в расчетах учитывают все сопротивления короткозамкнутой цепи, как индуктивные, так и активные. Кроме того, учитывают активные сопротивления всех переходных контактов в этой цепи; сопротивления шин и шинопроводов, индуктивные сопротивления катушек выключателей и трансформаторов тока.

Результирующие сопротивление «внешней сети» (по отношению к сети 0,4 кВ) при коротком замыкании на шине НН трансформатора ГПП составляет (см. п.6.2):

, о.е.;

, о.е.;

Приведем сопротивление к низшей ступени напряжения, именованных единицах:

, Ом;

, Ом;

Определим сопротивления трансформатора КТП №2 (ТМЗ-1000).

Ом

Сопротивление кабельной линии питающей КТП №2 приведенное к низшей ступени напряжения:

, Ом;

, Ом;

Сопротивление кабельной линии, питающих ВРУ цех №12:

, Ом;

Определяем результирующее сопротивление:

где R_доб - добавочное сопротивление, которое равно:

0,015 - для распределительных устройств на станциях и подстанциях.

0,02 - для первичных цеховых РП, а также на зажимах аппаратов, питаемых радиальными линиями от щитов подстанций или главных магистралей;

0,025 - для вторичных цеховых РП, а также на зажимах аппаратов, питаемых от первичных РП.

Установившееся значение тока к.з. в точке К18.

, А.

Определяем отношение сопротивлений:

, о.е.

По найденному соотношению определяем ударный коэффициент по графику на рис 6,2 [1. стр. 143]. Приударный коэффициент равен 1,1.

Определим ударный ток КЗ:

,А

8.8.2 Проверка защитных аппаратов сети напряжением ниже 1000 на отключающую способность и чувствительность к токам КЗ

Проверку оборудования осуществляем по условиям электродинамической стойкости. При этом должно выполнятся условие:

,

где

- ток электродинамической стойкости, А;

Проверка автоматических выключателей.

Проверяем автоматические выключатели по условиям электродинамической стойкости, по наибольшей отключающей способности.

В силовых пунктах установлены автоматические выключатели серии ВА 57-35 с номинальными токами расцепителей от 16А до 125 А для которых = 35 кА.

Выбираем ударный для проверки, кА.

Проверяем по наибольшей отключающей способности:

кА;

Выбранный выключатель удовлетворяет условиям проверки. Из этого можно сделать вывод, что для остальных выключателей условие также выполняется.

Проверим шинопроводы:

По динамической стойкости:

или ;

или

По допустимому току термической стойкости:

8.8.3 расчет токов однофазных к.з.

Для расчета по ПУЭ рекомендуется следующая упрощенная формула:

где U_ф - фазное напряжение сети; Z_Т/3 - сопротивление силового трансформатора при однофазном замыкании на корпус, Zпров - полное сопротивления петли прямого и обратного провода линии или кабеля.

Полное сопротивление петли: фазный - нулевой провод:

где R_ф, R_н - суммарные активные сопротивления фазного и нулевого проводов всех участков рассчитываемой цепочки (ТП - ЭП - ТП).

R_д - сопротивление дуги в точке КЗ принимается равным 0,03 Ом; R_ТТ, Х_ТТ - активное и индуктивное сопротивление трансформатора тока R_ТТ = 0,00015 Ом; Х_ТТ = 0,00021 Ом; R_A, X_A - активное и индуктивное сопротивление автоматических выключателей;

R_A = 0,0004 Ом, X_A = 0,001 Ом; X_c - сопротивление питающей системы, принимается равным 0,0032 Ом при мощности КЗ системы 100 и 200 МВА; X' - внешнее индуктивное сопротивление петли фаза-нуль, принимается равным 0,6 Ом/км; X” - внутреннее индуктивное сопротивление проводов зануления. Учитывается только для проводов, выполненных из стали. [2, табл 4,6б]

Пример 1. Выполним расчет тока однофазного короткого замыкания для СП №1:

По таблице 4.6 [2, стр.46] определяем полное сопротивление трансформатора:

, Ом.



Сведем расчет в таблицу 41.

Rф=Rн	Х'	R	X	I1	Кч
0,036283	0,007464	0,103117	0,011864	2153,62	71,96725	Круглошлифовальный станок
0,040819	0,005598	0,112188	0,009998	1989,067	83,75017	Плоскошлифовальный станок
0,02779	0,002382	0,08613	0,006782	2572,805	169,2635	Токарно-винторезный станок
0,01211	0,001038	0,05477	0,005438	3962,832	260,7126	Токарно-винторезный станок
0,01379	0,001182	0,05813	0,005582	3746,087	246,4531	Токарно-винторезный станок
0,092167	0,00474	0,214883	0,00914	1054,67	101,4106	Универсальный фрезерный станок
0,0854	0,004392	0,20135	0,008792	1124,464	108,1216	Универсальный фрезерный станок
0,045208	0,0093	0,120967	0,0137	1843,835	57,61986	Итого ЭП СП 1
0,011428	0,003918	0,053405	0,008318	4031,629	94,86187	Токарно-винторезный станок
0,006423	0,002202	0,043395	0,006602	4904,644	115,4034	Токарно-винторезный станок
0,0021	0,00072	0,03475	0,00512	6032,761	141,9473	Токарно-винторезный станок
0,00665	0,00228	0,04385	0,00668	4856,84	114,2786	Токарно-винторезный станок
0,011725	0,00402	0,054	0,00842	3989,419	93,86868	Токарно-винторезный станок
0,063	0,0054	0,15655	0,0098	1438,791	84,63476	Пресс гидравлический
0,015313	0,0021	0,061175	0,0065	3564,822	167,7563	Вентилятор вытяжной
0,015313	0,0084	0,061175	0,0128	3511,463	62,7047	Итого ЭП СП 2
0,004	0,003	0,03855	0,0074	5443,295	74,77053	Кран мостовой с ПВ -25 %, 5 т
0,014875	0,00306	0,0603	0,00746	3607,294	124,4753	Круглошлифовальный станок
0,006125	0,00084	0,0428	0,00524	4987,037	219,2104	Плоскошлифовальный станок
0,043517	0,002238	0,117583	0,006638	1904,438	340,0782	Сверлильный станок
0,052617	0,002706	0,135783	0,007106	1655,044	295,5435	Сверлильный станок
0,022167	0,00114	0,074883	0,00554	2945,396	221,7918	Вентилятор калорифера
0,075425	0,02586	0,1814	0,03026	1230,561	30,76403	Итого ЭП СП 3
0,0252	0,00216	0,08095	0,00656	2731,093	136,5546	Долбежный станок
0,0147	0,00126	0,05995	0,00566	3638,285	181,9143	Долбежный станок
0,112	0,00576	0,25455	0,01016	892,3283	67,19339	Вентилятор калорифера
0,0945	0,00486	0,21955	0,00926	1032,57	184,3875	Сверлильный станок
0,096833	0,00498	0,224217	0,00938	1011,377	180,603	Сверлильный станок
0,002078	0,00114	0,034706	0,00554	6029,524	98,66673	Пресс кривошипный
0,003248	0,00348	0,037046	0,00788	5626,939	55,5747	Сварочный преобразователъ-500
0,038391	0,02106	0,107331	0,02546	2029,837	32,7393	Итого ЭП СП 4
0,01785	0,00612	0,06625	0,01052	3281,961	77,22262	Токарно-винторезный станок
0,011375	0,0039	0,0533	0,0083	4039,171	95,03932	Токарно-винторезный станок
0,067667	0,00348	0,165883	0,00788	1360,38	184,8343	Точильный станок
0,04025	0,00552	0,11105	0,00992	2008,871	94,53509	Вентилятор вытяжной
0,00455	0,00156	0,03965	0,00596	5336,992	113,553	Ножницы
0,001176	0,00126	0,032902	0,00566	6321,237	62,43197	Сварочный преобразователъ-500
0,004047	0,00222	0,038644	0,00662	5449,374	89,1732	Пресс кривошипный
0,019152	0,02052	0,068854	0,02492	3017,388	37,25171	Итого ЭП СП 5
0,037188	0,0051	0,104925	0,0095	2122,668	99,89027	Вентилятор вытяжной
0,00204	0,00306	0,03463	0,00746	5985,779	47,88623	Пресс холодного выдавливания
0,0035	0,00192	0,03755	0,00632	5599,085	105,8028	Токарно-винторезный станок
0,001531	0,00084	0,033613	0,00524	6213,111	117,4057	Токарно-винторезный станок
0,028	0,00144	0,08655	0,00584	2562,765	348,2018	Точильный станок
0,00648	0,00972	0,04351	0,01412	4718,55	44,51462	Итого ЭП СП 6
0,00525	0,00288	0,04105	0,00728	5146,503	97,25063	Токарно-винторезный станок
0,006344	0,00348	0,043238	0,00788	4898,86	92,57105	Токарно-винторезный станок
0,00144	0,00216	0,03343	0,00656	6204,887	49,63909	Пресс холодного выдавливания
0,0012	0,0009	0,03295	0,0053	6323,28	85,91413	Кран мостовой с ПВ -25 %, 5 т
0,021	0,00108	0,07255	0,00548	3036,036	542,1493	Сверлильный станок
0,021	0,00108	0,07255	0,00548	3036,036	542,1493	Сверлильный станок
0,002632	0,00282	0,035814	0,00722	5817,701	61,23896	Итого ЭП СП 7

8.8.4 Проверка защитных аппаратов сети напряжением ниже 1000 на отключающую способность и чувствительность к токам КЗ

Проверка на чувствительность к токам однофазного КЗ проверяется по условию для автоматический выключателей с обратно зависимой от тока характеристикой I = I_н.расц. .Проверка выполнена в таблице 8.11. где определен коэффициент чувствительности равный отношению тока однофазного короткого замыкания к номинальному току расцепителя. Все выбранные выключатели “проходят” по чувствительности.

8.9 Распределение мощности конденсаторных установок в цеховой сети напряжением до 1 кВ

С целью дальнейшего снижения потерь в сетях для каждой цеховой трансформаторной подстанции (ТП) рассматривается возможность распределения ранее найденной низковольтной БК (НБК) в ее сети с учетом технических возможностей подключения отдельных батарей.

Если распределительная сеть выполнена только кабельными линиями (без шинопроводов), то ККУ любой мощности рекомендуется присоединять непосредственно к шинам цеховой ТП с использованием соответствующего автоматического выключателя.

К сетям напряжением до 1 кВ на промышленных предприятиях подключается большая часть потребителей реактивной мощности. Коэффициент мощности нагрузки НН обычно не превышает 0,8. Сети 0,4 кВ электрически более удалены от источника питания, поэтому передача реактивной мощности в сеть НН требует увеличения сечений проводов и кабелей, и сопровождается потерями активной и реактивной мощностей. Затраты, обусловленные выше указанными факторами, можно уменьшить, если осуществлять КРМ непосредственно в сети НН [8].

Для цеховой ТП в нашем случае критерием целесообразности выбора КУ является снижение приведенных затрат, а также учет технических возможностей присоединения (условия среды, наличие свободного места и т.п.). Для всех схем, включая наш вариант, рекомендуется присоединять КУ без специального автоматического выключателя. А поскольку распределительная сеть выполнена только кабельными линиями, то устанавливаем устройства непосредственно на ВРУ.

Рисунок 23 - Расчетная схема подключения БК к СП

Места подключения ККУ показаны в графической части курсового проекта.

Так как мы произвели компенсацию на ВРУ то мы разгрузим кабель питающий ВРУ.

8.10 Анализ качества напряжения цеховой сети и расчет отклонения напряжения для характерных электроприемников

Качество напряжение зависит от потерь напряжения в отдельных элементах питающей сети. Отклонения напряжения согласно ГОСТ не должны выходить в нормальном режиме работы, за пределы:

1) (-2,5 ч +5) % от U_ном - для освещения.

2) (-5 ч +10) % от U_ном - на зажимах двигателей.

3) (-5 ч +5) % от U_ном - на зажимах остальных электроприемников.

Отклонение напряжения на каждом участке определяем по формуле:

%

Отклонения напряжения будем рассчитывать в максимальном и минимальном режиме для самого мощного и самого удаленного электроприемника от ГПП.

8.10.1 Самый мощный электроприемник

Для максимального режима принимается напряжения на шинах ГПП 1,05 от номинального. Принимаем U₀=10500В.

Самый мощный электроприемник питается от СП6.

а) максимальный режим: U_ИП=1,05•U_ном=1,05•6=6,3 кВ.

U₀=6,3 кВ;

;;; ;

0-1:

Imax =42,97А.

;

;

Потери в трансформаторе:

;

активное напряжение

;

реактивное напряжение

;

%

ДUтр = (ДUтр % /100) · 1000 = (0,84/100)·10000 = 84 В;

.

приведём напряжение к низкой стороне:

.

2-3:

;

Ток Imax =489 А.

;

.

3-4: .

; ; ;

Ток Imax = 106 А.



4-5: .

; ; ;

ток Imax =99,2321 А.

Отклонение напряжения:

а) минимальный режим: U_ИП=U_ном=6 кВ.

U₀=6кВ;

;;; ;

0-1: Imax =42,97А /2=21,49 А.

;

;

Потери в трансформаторе:

;

активное напряжение

;

реактивное напряжение

;

%

ДUтр = (ДUтр % /100) · 1000 = (0,84/100)·10000 = 42,4 В;

.

приведём напряжение к низкой стороне:

.

2-3:

; ;

Ток Imax =489/2 =244,5А.

;

.

3-4: .

; ;; ;

Ток Imax = 106 /2=53А.



4-5: .

; ; ;

Ток Imax =99,2321 /2=49,62А.

Отклонение напряжения:

в) послеаварийный режим: U_ИП=1,05U_ном=6,3 кВ.

U₀=6,3кВ;

;;; ;

0-1: Imax =42,97*2=85,94 А.

;

;

Потери в трансформаторе:

;

активное напряжение

;

реактивное напряжение

;

%

ДUтр = (ДUтр % /100) · 1000 = (1,655/100)·10000 = 165,5В;

.

приведём напряжение к низкой стороне:

.

2-3:

; ;

Ток Imax =489 А.

;

.

3-4: .

; ; ;

Ток Imax = 106 А.



4-5: .

; ; ;

Ток Imax =99,2321.

Отклонение напряжения:

8.10.2 Самый удаленный электроприемник

Самым электрически удаленным электроприемником является ЭП № 27. Поскольку потери напряжения составляют 1,62 %. См предыдущий пункт.

Для максимального режима принимается напряжения на шинах ГПП 1,05 от номинального. Принимаем U₀=10500В.



Самый мощный электроприемник питается от СП6.

а) максимальный режим: U_ИП=1,05•U_ном=1,05•6=6,3 кВ.

U₀=6,3 кВ;

;;;; ;

0-1: Imax =42,97А.

;

U₁=6300-0,236=6299,764

Потери в трансформаторе:

;

активное напряжение

;

реактивное напряжение

;

%

ДUтр = (ДUтр % /100) · 1000 = (0,84/100)·10000 = 84 В;

U'₂=6299,764-84=6215.764

приведём напряжение к низкой стороне:

U₂=6215.764*(400/6300)=394.65

2-3:

; ;

Ток Imax =489 А.

;

U₃=U2-?U₂₃=394.65-2.261=392.389

3-4: .

; ; ;

Ток Imax = 40 А.

4-5: .

; ; ;

Ток Imax =10,6 А.

Отклонение напряжения:

а) минимальный режим: U_ИП=U_ном=6 кВ.

U₀=6кВ;

;;; ;

0-1: Imax =42,97А /2=21,49 А.

;

;

Потери в трансформаторе:

;

активное напряжение

;

реактивное напряжение

;

%

ДUтр = (ДUтр % /100) · 1000 = (0,84/100)·10000 = 42,4 В;

.

приведём напряжение к низкой стороне:

.

2-3:

; ;

Ток Imax =489/2 =244,5А.

;

.

3-4: .

; ;; ;

Ток Imax = 40 /2=50А.

4-5: .

; ; ;

Ток Imax =10,6 /2=5,3А.

Отклонение напряжения:

в) послеаварийный режим: U_ИП=1,05U_ном=6.3кВ.

U₀=6.3 кВ;

;;; ;

0-1: Imax =42,97*2=85,94 А.

;

;

Потери в трансформаторе:

;

активное напряжение

;

реактивное напряжение

;

%

ДUтр = (ДUтр % /100) · 1000 = (1,655/100)·10000 = 165,5В;

.

приведём напряжение к низкой стороне:

.

2-3:

; ;

Ток Imax =489 А.

;

.

3-4: .

; ; ;

Ток Imax = 40 А.

4-5: .

; ; ;

Ток Imax =10,6 А.

Отклонение напряжения:

8.11 Проверка перегрузочной способности трансформаторов пусковыми токами

Пиковые нагрузки возникают при пуске электродвигателей, работе дуговых электрических печей, при электросварке и т.п. Пиковым током одного i_п или группы электроприемников I_п называется максимально возможная кратковременная нагрузка (длительностью от 1 до 10 с).

Пиковый ток характеризуется частотой появления. При проектировании этот ток принимают за основу расчетов колебаний напряжения, выбора устройств и уставок защиты и проверки электрических сетей по условиям самозапуска электродвигателей. Пиковый ток группы электроприемников, работающих при отстающем токе с достаточной для практических расчетов точностью, определяется как арифметическая сумма наибольшего из пусковых токов двигателей, входящих в группу, и расчетного тока нагрузки всей группы ЭП за вычетом номинального тока с учетом двигателя, имеющего наибольший пусковой ток

I_п = i_пм + ( I_м - К_и i_нм), (2.32)

I_п = i_пм + ( I_м - К_и i_нм) = 64+(62-0,9*10,5848)=116,47А

В нашем случае самый удаленный ЭП - Вентилятор калорифера.

где i_пм - наибольший из пусковых токов двигателей в группе по паспортным данным; i_нм - номинальный (приведенный к ПВ = 100%) ток двигателя с наибольшим пусковым током; К_и - коэффициент использования, характерный для двигателя, имеющего наибольший пусковой ток; I_м - расчетный ток нагрузки всей группы электроприемников.

В качестве наибольшего пикового тока одного ЭП принимаются:

- пусковой ток асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором или синхронного двигателя, который в случае отсутствия заводских данных может быть принят равным 5-кратному номинальному току;

- пиковая мощность машин контактной сварки, которая определяется по паспортным данным по формуле

S_п = U_2max I_2max ,

где U_2max - максимальное вторичное напряжение, В; U_2max - максимальный сварочный вторичный ток, А.

При отсутствии заводских данных пиковая мощность может быть приближенно принята равной 3-кратной номинальной (при паспортной ПВ).

В некоторых случаях пиковый ток определяется специальным расчетом, например для электроприемников с ударными нагрузками (крупные дуговые печи, безмаховичные главные приводы преобразовательных агрегатов прокатных станов и т.п.).

При самозапуске электродвигателей в качестве I_п принимается пусковой ток всех участвующих в самозапуске двигателей, определяемый специальным расчетом.

Пиковый ток группы электродвигателей, которые могут включаться одновременно, принимается равным сумме пусковых токов этих двигателей.

В нашем случае самый мощный ЭП - Пресс холодного выдавливания.

I_п = i_пм + ( I_м - К_и i_нм) = 595+(106-0,9*99,221)=611,7011А

Данная проверка осуществляется согласно ГОСТ11677 - 85. При времени пуска более 15 секунд. По динамическому воздействию на трансформатор допускается 6 пусков в сутки при четырехкратном токе перегрузки. По тепловому воздействию на трансформатор пусковая мощность, длительность и число пусков ограничиваются предельной температурой обмоток трансформатора, которая не должна превышать 160 ⁰С. Допустимое число пусков можно определить по кривым [20].

Как правило, для значительной группы механизмов (в нашем случае - станки и преобразователи) длительность пуска не превышает 15 с, а число пусков в смену незначительно.

Допустимое число пусков можно определить по кривым [11].

В нашем случае при К_тр = 1,2 по кривой для 4-х кратной перегрузки определяем возможное число пусков. Оно составляет 4 пуска при 20 с. времени пуска. В этом случае трансформатор мощностью 400 кВа работает в допустимых пределах, как по динамическому воздействию, так и по тепловому.



Самый удаленный ЭП:



9. Релейная защита

Релейная защита трансформаторов устанавливается на приборах мощностью свыше 6300 кВА или при трансформаторах мощностью свыше 4000 кВА, которые работают одновременно. Также релейная защита трансформаторов предполагает установку в приборах невысокой мощности до 1000 кВА с целью повысить чувствительность защиты (например, максимальная защита тока или токовая осечка).

Наиболее опасные повреждения трансформаторов - это повреждения вводов, которые обычно приводят к загоранию трансформатора и последующему пожару, поэтому релейная защита трансформаторов предусматривает своевременное обнаружение поврежденных вводов, при котором контролируется изоляция вводов.

Релейная защита трансформаторов - это необходимая составная часть прибора, которая предупреждает большинство неисправностей и аварий.

Для силовых трансформаторов с обмоткой высшего напряжения больше 1000 В предусматривается релейная защита от следующих видов повреждении и ненормальных режимов работы:

При выполнении защит трансформатора необходимо учитывать некоторые особенности его нормальной работы: броски тока намагничивания при включении трансформатора под напряжение, влияние коэффициента трансформации и схем соединения обмоток трансформатора.

В процессе эксплуатации трансформаторы принимают токи, которые превышают не только токи перегрузки, но и номинальные токи, а для сокращения длительности воздействия токов и своевременного вывода трансформатора из работы предусматривается следующая релейная защита трансформаторов:

- защита дифференциальная, которая предназначена для защиты при повреждении обмоток, ошиновки и вводов трансформатора;

- дистанционная защита;

- осечка тока, имеющая мгновенное действие для релейной защиты трансформаторов при повреждении вводов, ошиновки, части обмотки;

- токовая максимальная направленная или просто максимальная токовая щита, которая реагирует на фазные токи, токи обратной или нулевой последовательности, и токовая максимальная защита с минимальным напряжением.

Особенностью дифзащиты трансформаторов по сравнению с дифзащитой генераторов, линий и т. л. является неравенство первичных токов разных обмоток трансформатора и их несовпадение в общем случае по фазе.

Для компенсации сдвига токов по фазе вторичные обмотки трансформаторов тока, установленных со стороны звезды силового трансформатора, соединяют в треугольник, а вторичные обмотки трансформаторов тока, установленных со стороны треугольника силового трансформатора, -- в звезду. Компенсация неравенства первичных токов достигается правильным подбором коэффициентов трансформации трансформаторов тока.

Когда нельзя подобрать коэффициент трансформации трансформаторов тока таким образом, чтобы разность вторичных токов в плечах дифзащиты была меньше 10 % (так как трансформаторы тока имеют стандартное значение коэффициента трансформации), при выполнении защиты для компенсации неравенства токов используют дифференциальные реле типа РНТ, реже -- выравнивающие трансформаторы и автотрансформаторы.

Допускается действие газовой защиты на сигнал, как при слабом, так и при сильном газообразовании на трансформаторах, имеющих дифзащиту или отсечку, не имеющих выключателей, а также на внутрицеховых мощностью 1600 кВА и меньше при наличии защиты от коротких замыканий со стороны источника питания.

Если защита повышающих трансформаторов не обеспечивает требуемой чувствительности, то для защиты трансформаторов допускается использовать токовые реле соответствующей защиты генераторов.

В ряде случаев для защиты мощных трансформаторов применяется токовая защита обратной последовательности, которая легко согласуется с аналогичной защитой генераторов.

На многообмоточных трансформаторах с питанием с нескольких сторон для обеспечения избирательности действия защита выполняется направленной.

Для защиты от перегрузки параллельно работающих нескольких трансформаторов мощностью по 400 кВА и более, а также при раздельной работе и наличии АВР предусматривается однофазная максимальная токовая защита, действующая на сигнал.

На необслуживаемых подстанциях защита может выполняться с действием на автоматическую разгрузку или отключение трансформатора.

Виды реле применяемые для защиты силовых трансформаторов.

Реле РТЗ-51 предназначено для использования совместно с трансформаторами тока нулевой последовательности в качестве органа, реагирующего на ток нулевой последовательности в схемах защит от замыканий на землю генераторов, двигателей и линий с малыми токами замыкания на землю.

Условия эксплуатации:

Высота над уровнем моря до 2000м.

Диапазон рабочих температур:

- от минус 40 до плюс 55°С для исполнения УХЛ4;

- от минус 10 до плюс 55°С для исполнения О4.

Окружающая среда взрывобезопасная, не содержащая пыли в количестве, нарушающем работу реле, а также агрессивных газов и паров в концентрациях, разрушающих металлы и изоляцию.

Степень защиты оболочки реле IP40, контакных зажимов для присоединения внешних проводников IP00.

Установка реле на вертикальной плоскости, допускается отклонение не более 5° в любую сторону. Место установки реле должно быть защищено от попадания брызг воды, масел, эмульсий, и др. жидкостей, а также от прямого воздействий солнечной радиации.

Структура условного обозначенияРТЗ-51 Х4

РТ - Реле тока

З - Защита от замыканий на землю

51 - порядковый номер разработки

Х4 - Климатическое исполнение (УХЛ, О) и категория размещения (4)



Реле максимального тока РТ-80/1;2 (81,82,83,84,85,86)

Реле предназначены для использования в схемах релейной защиты в качестве органа, реагирующего на увеличение тока в контролируемой цепи и применяются для защиты электрических машин, трансформаторов и линий электропередачи при перегрузках и коротких замыканиях.

Структура условного обозначения.

РТ ХХ/Х Х4

РТ - реле тока;

Х - классификация серии реле: 8 или 9;

Х - конструктивное исполнение 1; 2; 3; 4; 5; 6;

Х - номинальный ток:

1 - 10 А;

2 - 5 А;

Х4 - климатическое исполнение (УХЛ, О) и категория размещения (4) по ГОСТ 15150-69 и ГОСТ 15543.1-89.

Реле состоит из подвижной системы (алюминиевый диск) - 3, расположенной в поле магнитных потоков Ф1 и Ф2, которые создаются токами, проходящими по обмоткам неподвижных электромагнитов 1 и 2. При вращении подвижная система преодолевает момент пружины 5 и замыкает контакты 4. Пронизывая подвижную систему магнитные потоки наводят ЭДС: Е_д1 = -dФ₁/dt; Ед₂ = -dФ2/dt. Под действием ЭДС возникают вихревые токи I_д1 и I_д2. Между магнитным потоком и током, находящемся в его поле возникает электромагнитная сила взаимодействия: F_э1 и F_э2. Направление их определяется углом сдвига фаз между магнитным потоком и током. Т.е. силы F_э1 и F_э2 образуют результирующую электромагнитную силу F_э = F_э1+ F_э2. Результирующая сила создает вращающий момент, приводящий в движение подвижную систему.

На этом принципе выполняются измерительные реле тока и реле направления мощности.

Максимальная токовая защита линий получила наибольшее распространение в радиальных сетях с одним источником питания. Селективность максимальной токовой защиты обеспечивается соответствующим выбором тока и времени срабатывания. В радиальной сети с односторонним питанием защита устанавливается на каждой линии. Защита наиболее удаленной от источника питания линии имеет наименьший ток срабатывания и наименьшую выдержку времени. Защита каждой последующей линии имеет выдержку времени, большую выдержки времени предыдущей защиты.

Параметрами срабатывания максимальной токовой защиты являются ток I_с,з и время t_с,з, срабатывания защиты.

Время срабатывания (выдержка времени) защиты i-й линии в общем случае выбирается на ступень селективности большим наибольшей выдержки времени t_{с,з,(i-1),мах} предыдущих защит

Ток срабатывания максимальной токовой защиты, т. е минимальный ток в фазах линии, при котором защита срабатывает, выбирается большим максимального рабочего тока защищаемой линии с учетом необходимости возврата защиты после отключения к. з. защитой предыдущего участка сети.

Оценка максимальной токовой защиты. Максимальная токовая защита получила широкое распространение в радиальных сетях напряжением до 35 кВ.

Защита надежна, так как проста по исполнению и в эксплуатации. Селективность защиты обеспечивается только в радиальной сети с одним источником питания.

Защита небыстродействующая, причем наибольшую выдержку времени имеют защиты головных участков сети, где быстрое отключение к. з. особенно важно с точки зрения надежности снабжения потребителей электроэнергией.

В отдельных случаях при значительном уменьшении мощности источника питания в минимальных эксплуатационных режимах чувствительность защиты может оказаться недостаточной, особенно при к. з. на соседних участках сети, когда рассматриваемая защита должна действовать как резервная.

Расчет релейной защиты.

Расчет характеристик вводного автомата (QF1, QF2).

Определим номинальный ток расцепителя для автомата «Электрон».

Ток расцепителя автомата выбираем исходя из рабочего максимального тока. Рабочим максимальным током для вводного автомата будет являться максимальный ток от всех электроприемников КТП1 (аварийный режим работы трансформаора). Расчетная нагрузка КТП№1 составит.

Определяем:

Определяем номинальный ток расцепителя автомата.

где К_ОТС = 1,6 - коэффициент отстройки для автоматических выключателей серии «Электрон»;

I_{Н_РЦ} = 1,6* I_{РАБ_MAX} = 1,6*2518,3 =4029,2А.

Выбираем номинальный ток расцепителя из условия:

I_РЦ.НОМ ? I_{РЦ.РАСЧ}.

Принимаем номинальный ток расцепителя автомата I_{Н_РЦ} = 5000 А.

Производим расчет трехступенчатой характеристики автомата.

III ступень (МТЗ)

Определим ток срабатывания третьей ступени:

, А.



Третья ступень позволяет изменить наклон характеристик выдержек времени МТЗ так, что при токе 6I_{РЦ_НОМ} можно получить выдержки времени равные [4, 8, 16] с. Исходя из требования селективности, принимаем:

с.

II ступень (ТОВ)

Токовая отсечка с выдержкой времени позволяет установить кратность к тока ТОВ из ряда [3; 5; 7; 10]. Вторая ступень также позволяет независимую установку времени из ряда [0,25; 0,45; 0,7]c. Для обеспечения селективности необходимо выполнение следующих условий:

I^II_ср>= Кз* I_{доп.пер}

t^II_ср=t^I_{ср QF2} +t

где К^II - кратность тока срабатывания, Кз=1,4 - Коэффициент запаса.

Ток допустимой перегрузки:

А.

Определим кратность тока срабатывания второй ступени:

, принимаем К^II = 3.

где =1,6 - коэффициент отстройки.

Отстройка автомата будет производится уставкой по времени срабатывания.

Определяем ток срабатывания второй ступени.

, А.

Время срабатывание второй ступени принимаем равной 0,7 с, исходя из требования селективности. t^II_ср = 0,7 c

I ступень (ТО)

Ток срабатывания первой ступени не регулируется, расцепитель первой ступени срабатывает без выдержки времени при токе:

I^I_ср=(2,2 .. 3)* I^II_ср.

Определим ток срабатывания первой ступени

I^I_ср=2,2 * I^II_ср = 2,2 * 15000 = 33000 А.

Построим характеристику автомата на карте селективности.

Произведем выбор плавкой вставки предохранителя (F)

Для предотвращения ложного срабатывания предохранителя ток плавкой вставки примем из условия, что он не должен срабатывать при питании через него всей нагрузки КТП1, рабочий максимальный ток в таком случае равен I_{РАБ_MAX} = 240 А

Определяем ток плавкой вставки из условия:

Iвс.ном = Кз * I_{РАБ_MAX},

где Кз=1,6 - Коэффициент запаса.

Iвс.ном = Кз * I_{РАБ_MAX} = 1,6 * 240 = 384 А.

Принимаем номинальный ток плавкой вставки Iвс.ном = 400 А.

Таким образом принимаем предохранитель с номинальным током 400 А. ПКТ104-10-400-31,5УЗ. (П)редохранитель (К)варцевый, для защиты силовых (Т)рансформаторов и линий, с наличием ударного устройства, на номинальное напряжение 10 кВ, для применения в районах с (У)меренным климатом, в закрытых помещениях с естественной вентиляцией. Построим защитную характеристику предохранителя на карте селективности, приведя его характеристику к стороне НН трансформатора (n_Т =10/0,4 = 25).

Расчет защит кабельной линии КЛ на реле РТ81/1 и реле РТ-40.

II ступень (МТЗ)

Определим ток срабатывания второй ступени.

I^II_{ср_з}=(Кз*Ксз/Кв)*I_{раб max(КЛ1)}=(1,6*2,5/0,8)*240=1200 А,

где Кз - коэффициент запаса равный 1,6 для индукционных реле; Кв=0,8 - коэффициент возврата. Ксз - коэффициент самозапуска (Ксз=2,5ч3), учитывает возможность увеличения тока в защищаемой линии вследствие самозапуска электродвигателей при восстановлении напряжения после отключения КЗ.

I_{раб max(КЛ1)}=240 А.

Произведем выбор трансформатора тока.

Максимальный ток КЗ в месте установки трансформатора тока составляет:

, А.

Применим трансформатор тока ТПЛ-10 Т3. Номинальный ток первичной обмотки равен I_1Н = 600 А, вторичной обмотки - I_2Н = 5 А. Коэффициент трансформации n_тт = 600/5. Применяем схему соединения трансформаторов тока “неполная звезда”, К_СХ = 1 для данной схемы соединения.

Определим ток срабатывания реле.

.

Применим индукционное реле тока РТ-81/1. Реле имеет диапазон уставок токов срабатывания [4..10, через 1А].

Примем уставку срабатывания реле I_{ср_р}=10 А.

Проверим чувствительность МТЗ.

В основном режиме:

, допустимо.

В режиме дальнего резервирования:

.

Режим дальнего резервирования невозможен.

Где ток короткого замыкания на 1СШ к напряжению 6 кВ:

I⁽³⁾_{K13 (6 кВ)} = I⁽³⁾_K13 n_Т = 12725*(0,4/6,3) = 807,9 А,

Время срабатывания защиты:

t_СР= t_ПРЕД+Дt;

Выдержка времени МТЗ определяется в зависимости от времени срабатывания предохранителя при минимальном токе КЗ в точке К2, и с учетом ступени селективности, принимаемой равной Дt=0,5.

Так как при КЗ на выводах трансформатора время перегорания предохранителя составит сотые доли секунды, принимаем t_ПРЕД = 0, тогда t_СР= 0,5 с.

МТЗ удовлетворяет требованию чувствительности.

I ступень (ТО).

Определим ток срабатывания защиты.

, А,

Где коэффициент запаса Кз=1,6 (для реле РТ-80).

Произведем проверку чувствительности токовой отсечки:

,

Коэффициент чувствительности показывает, что защита не среагирует на ток КЗ.

Расширим зону действия ТО, так как понижающая подстанция является тупиковой.

Определим ток срабатывания защиты.

, А.

Произведем проверку чувствительности токовой отсечки:

,

ТО (ТОВ) обладает достаточной чувствительностью.

Реле тока РТ-81/1 имеет плавное регулирование коэффициента кратности тока срабатывания отсечки - I_{ср_отс}/I_{ср_р}, он выбирается из диапазона [2…8].

Определим ток срабатывания токовой отсечки.

, А.

Определим коэффициент кратности токовой отсечки.

.

Принимаем кратность тока срабатывания токовой отсечки равной К=2

Фактический ток срабатывания токовой отсечки реле равен.

, А.

Фактический ток срабатывания токовой отсечки защиты равен.

, А.

Осуществим проверку фактической чувствительности токовой отсечки.

, допустимо.



Осуществляем проверку трансформаторов тока на 10%-ную полную погрешность:

Вычисляем значение предельной кратности тока:

< ,

Выбираем вспомогательные реле: промежуточное реле серии РП-25, указательное реле РУ-21.

Построим характеристику срабатывания токовой ступенчатой защиты на карте селективности с приведением ее к стороне НН трансформатора.

Реле РТ-40

Расчет II ступени: МТЗ.

где: К_зап = 1,1-1,2 - коэффициент запаса (в случае применения электромагнитных реле)

К_сам = 2,5- коэффициент самозапуска (Ксам.зап = 2,5 - 3 - для промышленных потребителей)

К_в=0,8- коэффициент возврата реле тока

А.

Ток срабатывания реле МТЗ, А:

А. (3.4.)



где К_сх = 1 - коэффициент схемы;

n_т - коэффициент трансформации трансформатора тока.

Выбираем реле тока РТ-40/200 с уставкой 120 А.

Проверяем реле на чувствительность в основном режиме и режиме резервирования:

==> 1.5 (3.5.)

, (3.6.)

где

- ток однофазного к.з. на выводах НН трансформатора (приведен к стороне ВН).

(3.7.)

МТЗ удовлетворяет требованиям чувствительности в обоих режимах.

Выдержка времени реле МТЗ

Рассчитаем ток двухфазного КЗ в точке К6:

===290 А. (3.8)

Время срабатывания смежного участка для предохранителя выбирается в зависимости от тока двухфазного КЗ по характеристике предохранителя FU.

=

где = 0,02 с - максимальное время срабатывания защиты смежного участка (FU1) при двухфазном к.з.

Ступень селективности: с

tср.з = 0,02 + 0,5= 0,52 с.

Расчет I ступени - токовой отсечки (ТО)

Ток срабатывания токовой отсечки определяется по выражению:

(3.9.)

где =1,1…1,2.

(3.10.)

Ток срабатывания реле:

===860 А. (3.11.)

Коэффициент чувствительности ТО:

===2,9>2. Условие выполняется (3.12.)

Проверим трансформаторы тока на допустимую 10%-ную погрешность. Для ТПОЛ, ТПЛ примем =15. Рассчитаем кратность тока:

===6,38<15. (3.13.)

Полученное значение не превышает паспортное значение предельной кратности.

Реле РТ-80 имеют затухающую характеристику, зависящую от значения тока, т.е ярко выраженную время токовую зависимость, и поэтому защита с применением индукционных реле наиболее чувствительна и надежна, чем на электромагнитных реле РТ-40.

Заключение

Результатом данной выпускной квалификационной работы явилась система электроснабжения завода цветных металлов. Система электроснабжения проектировалась с учетом современных требований к системам, таким как надежность, экономичность, безопасность для человека и окружающей среды.

Было обосновано питающее напряжение 35кВ, рассчитаны электрические нагрузки по уровням электроснабжения. Из двух схем электроснабжения цеха на основании технико-экономического сравнения, выбрана смешанная схема с использованием шинопроводов.

Проведены светотехнические расчеты освещения.

Выбранное электротехническое оборудование проверено на действие токов короткого замыкания, высоковольтное - на термическую стойкость.

Выполнен расчет отклонения напряжение и выбрана схема пуска высоковольтных двигателей.

Проведена проверка перегрузочной способности трансформаторов пусковыми токами.

Произведен выбор релейной защиты трансформаторов.



Список используемой литературы

1. Блок В.М., Обушев Г.К., Паперно Л.Б. Пособие к курсовому и дипломному проектированию для электроэнергетических специальностей вузов: Учеб. пособие для студ. электроэнергет. спец. вузов. - М.: Высшая школа, 1990. - 383 с.

2. Васильев А.А., Крючков И.П. Электрическая часть станций и подстанций: Учеб. для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 576 с.

3. Герасименко А.А. Передача и распределение электрической энергии: Учеб. пособие. - Красноярск: ИПЦ КГТУ; Минск: БНТУ, 2006. - 808 с.

4. Дулесова Н.В. Системы электроснабжения. Краткий курс лекций: Учебно-методическое пособие для студ. электроэнергет. спец. вузов. - Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2005. - 270 с.

5. Ермилов А.А. Основы электроснабжения промышленных предприятий. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 423 с.

6. Кнорринг Г.М. Справочная книга для проектирования электрического освещения. - Л.: Энергия, 1976. - 384 с.

7. Конюхова Е.А. Электроснабжение объектов: Учеб. пособие для студ. сред. проф. образования. - М.: Издательский центр «Академия», 2007. - 320 с.

8. Кудрин Б.И. Электроснабжение промышленных предприятий: Учеб. для студ. вузов. - М.: Интермет Инжиниринг, 2007. - 672 с.

9. Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок: Учебник для техникумов. - М.: Высшая школа, 1975. - 368 с.

10. Макаревич А.Д. Проектирование СЭСП выше 1000 В: Метод. указания; Сиб. федер. ун-т, ХТИ - филиал СФУ. - Абакан: РИО ХТИ - филиала СФУ, 2007. - 73 с.

11. Овчаренко А.С., Рабинович М.Л. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий: Проектирование и расчет. - К.: Технiка, 1985. - 279 с.

12. Ополева Г.Н. Схемы и подстанции электроснабжения: Справочник: учеб. пособие. - М.: ИД «Форум»: ИНФРА - М, 2010. - 480 с.

13. Свенчанский А.Д. Электротехнологические промышленные установки. - М.: Энергоатомиздат , 1982. - 400 с.

14. Файбисович Д.Л. Справочник по проектированию электрических сетей. - М.: Издательство НЦ ЭНАС, 2006. - 352 с.

15. Федоров А.А. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию: в 2 т. Т.1. Электроснабжение - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 568 с.

16. Федоров А.А. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию: в 2 т.Т. 2. электрооборудование - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 592 с.

17. Федоров А.А., Старкова Л.Е. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования по электроснабжению промышленных предприятий: Учеб. пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 431 с.

18. Чернобровов Н.В. Релейная защита: Учеб. пособие для техникумов. - М.: Энергия, 1974. - 680 с.

19. Правила устройства электроустановок. - 7-е изд. - М.: Издательство НЦ ЭНАС, 2009. - 688 с.

20. ГОСТ 14209 - 85. Нагрузочная способность трансформаторов (и автотрансформаторов). - М.: Издательство стандартов, 1986.

21. ГОСТ 16555 - 75. Трансформаторы силовые трехфазные герметичные масляные. Технические условия.- М.: Издательство стандартов, 1994.

22. СН 174 - 75. Инструкция по проектированию электроснабжения промышленных предприятий. - М.: Из...