Электроснабжение машиностроительного завода

К вредным производствам относятся цеха литейный и кузнечный, находящиеся в отдельных зданиях, что облегчает вентиляцию. При проведении технологического процесса в этих цехах на всех стадиях обработки металла возможно появление вредных производственных факторов. Основными из них являются пыль, выделение паров и газов, избыточное выделение теплоты.

С точки зрения вредных факторов на территории завода можно рассмотреть площадки по монтажу и сборке агрегатов, где производятся сварочные работы и есть вероятность ослепления сварочной дугой, а также склад, представляющий собой пожароопасный объект и зону с вредными испарениями. Источником загрязнения окружающей среды является котельная.

14.3 Анализ опасных и вредных факторов в литейном цехе

Литейное производство характеризуется наличием большого количества вредных и опасных производственных факторов, имеющихся на всех участках производственного процесса. Специфика литейного производства не позволяет полностью устранить влияние этих факторов, но с применением современных методов производства, можно значительно уменьшить их воздействие. Внедрение в производство автоматизации на наиболее вредных и опасных для здоровья людей участках позволяет отказаться от применения ручного труда. Строгое разграничение производственных участков исключает воздействие факторов технологического процесса одного участка на рабочих другого участка, т. к. помещения участков изолированы друг от друга.

В литейном цехе имеются следующие вредные производственные факторы (по ГОСТ 12.0.003-74)

- повышенная загазованность воздуха рабочей зоны, при длительном воздействии на организм может привести к отравлениям, к хроническим изменениям в организме, проявляемым в повреждениях внутренних органов, кровеносной системы, нервной системы; может иметь канцерогенное действие, оказывать удушающее, наркотическое и раздражающее воздействие;

- повышенная запыленность воздуха приводит к раздражению слизистой оболочки, кожи, десен; к повреждению дыхательных путей; к появлению профессионального заболевания - пневмокониоз;

- повышенная температура воздуха рабочей зоны влияет на работоспособность, приводит к ослаблению сопротивляемости организма - к повышению заболеваемости, к тепловому истощению или удару;

- повышенный уровень шума значительно уменьшает работоспособность, вызывает раздражения, ухудшает действие слуховых органов, влияет на нервную и сердечно - сосудистую систему;

- повышенный уровень вибрации ведет к: повышению утомляемости, снижению работоспособности, появлению виброболезни - спазма сосудов, уменьшает чувствительность организма, влияет на нервную систему, костно-суставной аппарат;

- повышенная подвижность воздуха имеется на всей территории цеха, обеспечивается естественной вентиляцией и работой искусственной вентиляции.

- повышенная яркость света проявляется в процессе прокалки форм, ведет к повреждению глаз.

Литейный цех характеризуется наличием опасных производственных факторов (по ГОСТ 12.0.003-74)

- повышенная температура поверхности;

- движущиеся машины и механизмы;

- острые края, заусеницы, шероховатость поверхности заготовок и инструмента;

- повышенное значение напряжения в электрической цепи, замыкание которой может произойти через тело человека.

Литейный цех характеризуется наличием большого числа электрооборудования. По опасности поражения электрическим током (по ГОСТ 12.1.013-78) его относят к особо опасным помещениям, так как в цехе имеются токопроводящие полы, пыль, агрессивные химические вещества, которые при длительном воздействии могут разрушить изоляцию проводов. Поражение человека электрическим током может привести к ожогам, электрическим ударам.

14.4 Мероприятия по устранению влияния опасных и вредных производственных факторов

На ГПП предусматриваются следующие мероприятия:

- ОРУ 110 кВ ограждено сеткой высотой 3 метра, аппараты установлены на железобетонных опорах, ввод в ЗРУ выполнен на высоте 2,4 метра;

- на ГПП применена система блокировки, предусматривающая доступ к токоведущим частям только после отключения аппаратов;

- к обслуживанию ГПП допущен персонал с группой допуска не ниже 4 группы;

- на ГПП имеется рельсовый путь для перемещения трансформаторов;

- в тёмное время суток на ГПП предусмотрено освещение двумя мачтовыми прожекторами и светильниками, установленными на здании ЗРУ;

- на ГПП, согласно проекту, предусматривается 13 человек обслуживающего персонала. Шесть человек дежурных электриков и семь человек электромонтёров;

- защитное заземление ГПП выполнено сопротивлением не более 0,5 Ом, для молниезащиты установлены четыре стержневых молниеотвода, обеспечивающие надёжную защиту от прямых ударов молнии;

- кабели от ГПП до корпусов расположены в кабельных каналах, защищённых о попадания воды, пыли и снабжённых вентиляцией;

- в зимнее время рабочее и щитовое помещение обогревается водяным отоплением;

- освещение ГПП запитано от трансформаторов собственных нужд, снабжены автоматическим включателем резерва при аварии на одной из секций сборных шин; освещение здания ЗРУ комбинированное, естественное осуществляется через световые проёмы, а искусственное - люминесцентными лампами и лампами накаливания;

- в помещении ГПП предусмотрены санузел и комната отдыха;

- основным видом вентиляции является механическая приточно-вытяжная;

- в ЗРУ предусмотрены пожарный щит, ящики с песком, углекислотные огнетушители;

- для работы под напряжением рабочим выдаются специальные инструменты и средства индивидуальной защиты;

- на территории ГПП имеется площадка для ремонта трансформаторов, масло приёмник, оборудованы подъездные пути.

Мероприятия по охране и безопасности труда на территории завода

Предприятие размещено на территории населенного пункта в специально выделенном районе с учетом направления господствующих ветров.

Производственные корпуса и здания расположены друг относительно друга на расстоянии, обеспечивающем наиболее благоприятные условия для естественного освещения и вентиляции помещений, а также с учетом потребления энергии.

В некоторых производственных помещениях объединены несколько цехов. Это не затрудняет технологического процесса и отвечает санитарно-гигиеническим и противопожарным требованиям.

Все места на территории завода, где ведутся погрузо-разгрузочные работы и зоны действия подъемных кранов ограничиваются сетчатыми сборками и снабжены предупреждающими знаками. Крышки коммуникационных колодцев окрашены в белый цвет, а места аварийного отсоединения снабжены табличками типа: “Стой! Опасность” и т.п.

Для предотвращения наездов на пешеходов проделаны специальные пешеходные тропинки, пересекающие проезжую часть в безопасных местах (где это возможно). Места сварочных работ оборудуются табличками или плакатами “Осторожно! Сварка”. Хранилище ГСМ располагается у внешнего ограждения и имеет забор высотой 2 метра.

Сразу после окончания строительства проведены мероприятия по озеленению и благоустройству территории как внутри, так и вокруг завода.

Для освещения территории завода в темное время суток предусматривается уличное освещение. Освещены транспортные пути, пешеходные дорожки, подъезды к цехам фонарями уличного освещения и прожекторами, обеспечивающими освещенность в пределах 100 лк. Для проходов и проездов, ширина которых не превышает 4-8 м, целесообразно однорядное размещение светильников. Оптимальной высотой установки светильников является 6,5 м. Для освещения железнодорожных путей применяются прожекторы. Освещение выполнено в соответствии с требованиями СНиП-23-05-95. Проезжая часть дорог и пешеходные дорожки имеют твердое покрытие.

Для предотвращения попадания случайных лиц на территорию завода, для четкого определения площади завода, а также в целях соблюдения внутризаводского режима, вокруг завода устанавливается забор высотой 2 м.

На предприятии есть медпункт, в расположении которого находится машина скорой помощи. Предусмотрено необходимое количество столовых и буфетов, расположенных в производственных корпусах. На предприятии имеется пожарное депо с пожарными машинами, а в цехах - добровольные пожарные дружины.

На заводе выполнен комплект мер по молниезащите. Молниеотводы установлены на ГПП и на объектах складского хозяйства, на других объектах, где требуется молниезащита.

Для отвода талых и дождевых вод на предприятии предусмотрены водосточные каналы.

Охрана труда в литейном цехе

Для обеспечения наибольшей безопасности труда и улучшения условий труда, необходимо стремиться к ликвидации ручного труда в опасных и вредных условиях, заменяя его применением автоматизации и механизации.

Все мероприятия, проводимые в цехе для обеспечения безопасных условий труда, проводятся в соответствии с ГОСТ 12.3.027-92:

1 Предотвращение воздействия на людей электрического тока производится в соответствии с ГОСТ 12.1.019-79. Для этого:

- предусмотрено защитное заземление в соответствии с ГОСТ 12.1.030-81;

- проводится периодический контроль состояния электрооборудования и изоляции;

- электроустановки имеют блокировки, которые исключают включение оборудования при открытых его частях, которые находятся под напряжением;

- электрооборудование имеет сигнализацию, о его включении, предохранительные устройства, обесточивающие его при коротком замыкании.

2 Освещенность рабочих мест участков нормируется по СНиП 23-05-95.

3 Влажность, скорость движения воздуха и содержание вредных веществ в воздухе рабочей зоны нормируется по ГОСТ 12.1.005-88. Допустимые значения этих параметров поддерживаются путем создания естественной и искусственной вентиляции в соответствии с СНиП 2.04.05-91;

4 На участках с повышенной температурой воздуха и температурой поверхности оборудования производятся следующие мероприятия:

- для удаления избытков тепла применяется искусственная вентиляция выполненная в соответствии с СНиП 2.04.05-91;

- источники повышенного тепловыделения подвергают дополнительной теплоизоляции. При этом температура наружной поверхности не должна превышать +45 ⁰С;

- рабочие обеспечены сертифицированными средствами индивидуальной защиты - сапоги, рукавицы, суконные брюки и куртка, при необходимости антифонами, антивибрационными рукавицами, защитными очками и СИЗОД;

- содержание в воздухе цеха вредных веществ и пыли нормируется по ГОСТ 12.1.005-88, а содержание вредных веществ в материалах и продуктах - по ГОСТ 12.1.007-94;

- допустимые уровни звукового давления нормируются по ГОСТ 12.1.003-83;

- мероприятия по борьбе с шумом проводятся по ГОСТ 12.1.029-80, а с вибрацией по ГОСТ 12.1.012-90;

- проводятся регулярные осмотры оборудования, его смазка, настройка;

- движущиеся части оборудования ограждаются, при этом предусмотрена блокировка для отключения механизма при ее снятии ограждения.

5 Организационно-профилактические мероприятия:

- все работающие проходят инструктаж: вводный, первичный, внеочередной на рабочем месте и регулярно повторный;

- прохождение медосмотра при трудоустройстве, и периодически в процессе трудовой деятельности;

- обязательное обучение персонала правилам безопасности.

6 В цехе имеются средства пожаротушения согласно требований ППБ-01-93:

- для тушения электрооборудования - углекислотные огнетушители, асбестовые и войлочные полотна;

- на плавильном участке - песок для тушения металлов;

- в пожароопасных местах вывешены таблички, запрещающие использование открытого огня;

- в цехе имеется пожарная сигнализация и средства тушения пожара.

14.5 Расчет контура заземления ГПП

Проектирование и выполнение заземляющих устройств производится на основании требований ПУЭ. В основу этих требований положен принцип нормирования сопротивления заземления. В электроустановках для обеспечения безопасности людей, по условиям работы сетей, защиты электрооборудования от грозовых и других перенапряжений должны быть сооружены заземляющие устройства и заземлены корпусы электрооборудования. Проектирование заземляющего устройства начинают с осмотра плана компоновки электрооборудования и конструкций. Определяется количество присоединенных к установке воздушных линий электропередач, данные о тросовых участках, количество, протяженность, марка, сечение и способ прокладки кабельных линий, сведения о естественных заземлителях.

Размещение элементов искусственного заземлителя (труб, полос) электроустановок с большими токами замыкания на землю следует производить таким образом было достигнуто по возможности равномерное распределение электрического потенциала по площади, занятой электрооборудованием. В этих целях вдоль осей оборудования должны быть проложены выравнивающие проводники на глубине 0,5-0,7 метров от фундаментов или оснований оборудования. Расстояние от границ заземлителя до забора электроустановки с внутренней стороны должны быть не менее трех метров.

На ГПП в электроустановках с большими токами замыкания на землю сопротивление заземляющих устройств в любое время года должно быть не более 0,5 Ом. Система заземления состоит из естественных и искусственных заземлителей. На подстанции в качестве естественного заземлителя используется заземление опор. В качестве искусственного заземлителя принимаем углубленные прутковые заземлители из круглой стали диаметром 12 мм, длиной 5 метров и соединенные стальной полосой сечением 40x4 мм. Глубина заложения верхних концов электропроводов 0,6 м, а в местах переходов через дорогу 1,5 м.

Периметр контура заземления составляет 104 м. В соответствии с требованием ПУЭ, сопротивление заземляющих устройств опор воздушной линии должно быть не более 10 Ом при токах промышленной частоты в летнее время при удельном сопротивлении земли с = 1•10 Ом•см.

Сопротивление искусственного заземления составляет:

при R_е = 10 Ом, R₃ = 0,5 Ом:

R_u = R_е • R_з / (R_е - R_з) , (14.1)

где R_е - сопротивление естественного заземлителя;

R₃ - сопротивление заземлителя.

R_u = 0,53 Ом.

В этой формуле принято, что искусственные и естественные заземлители соединены параллельно и общее сопротивление не должно превышать норму R₃ = 0,5 Ом.

Определяем сопротивление одиночного вертикального заземлителя с учетом расчетного удельного сопротивления, рисунок 14.1.

Рисунок 14.1 - Схема одиночного вертикального заземлителя

, (14.2)

где l = 5 м, t = 3,3 м, d=0,012 м, =1•10² Ом•м;

R = 19,5 Ом.

Предварительно разместив искусственные заземлители на плане, определяем ориентировочное число вертикальных заземлителей и расстояние между ними, находим коэффициент использования заземлителей:

N_ор = R / К_и • R_з, (14.3)

где К_и = 0,7.

N_ор = 56 штук.

Определяем сопротивление соединительных полос. Сопротивление одной полосы.

Рисунок 14.2 - Схема соединительной полосы

, (14.4)

где l = 200 м; b = 0,04 м; t = 0,8 м;

R_п = 1,17 Oм.

Сопротивление соединительных полос с учетом коэффициента использования К_и = 0,34.

R_п = R_п / К_и. (14.5)

R_п = 3,44 Ом.

Определяем необходимое сопротивление вертикальных заземлителей (стержней):

R_ст = R_п • R_u / (R_п - R_u) = 0,62 Ом .

Учитывая коэффициент использования вертикальных стержней определяем окончательное число заземлителей:

N = R / _Ки • R_ст = 44 штук.

Общая проводимость всех заземлителей:

Ом^-1.

Эквивалентное сопротивление заземляющего контура:

R_з = 1 / G_з = 1 / 3,79 = 0,246 < 0,5, что удовлетворяет требованиям ПУЭ.

15. Спецвопрос. Режим заземления нейтрали сети 6-35 кВ через резистор

15.1 Режимы заземления нейтрали в сетях 6-35 кВ

В России, согласно п.1.2.16 последней редакции ПУЭ, введенных в действие с 1 января 2003 г., «...работа электрических сетей напряжением 3-35 кВ может предусматриваться как с изолированной нейтралью, так и с нейтралью, заземленной через дугогасящий реактор или резистор». Таким образом, сейчас в сетях 6-35 кВ в России разрешены к применению все принятые в мировой практике способы заземления нейтрали, кроме глухого заземления.

Рассмотрим подробнее способы заземления нейтрали и дадим им общую характеристику.

Изолированная нейтраль

Режим изолированной нейтрали достаточно широко применяется в России. При этом способе заземления нейтральная точка источника (генератора или трансформатора) не присоединена к контуру заземления. В распределительных сетях 6-10 кВ России обмотки питающих трансформаторов, как правило, соединяются в треугольник (рисунок 15.1), поэтому нейтральная точка физически отсутствует.

Рисунок 15.1 - Схема двухтрансформаторной подстанции с изолированной нейтралью

ПУЭ ограничивает применение режима изолированной нейтрали в зависимости от тока однофазного замыкания на землю сети (емкостного тока). Компенсация тока однофазного замыкания на землю (использование дугогасящих реакторов) должна предусматриваться при емкостных токах:

- более 30 А при напряжении 3-6 кВ;

- более 20 А при напряжении 10 кВ;

- более 15 А при напряжении 15-20 кВ;

- более 10 А в сетях напряжением 3-20 кВ, имеющих железобетонные и металлические опоры на воздушных линиях электропередачи, и во всех сетях напряжением 35 кВ;

- более 5 А в схемах генераторного напряжения 6-20 кВ блоков «генератор-трансформатор»;

- отсутствие необходимости в немедленном отключении первого однофазного замыкания на землю;

- малый ток в месте повреждения (при малой емкости сети на землю).

Недостатками этого режима заземления нейтрали являются:

- возможность возникновения дуговых перенапряжений при перемежающемся характере дуги с малым током (единицы-десятки ампер) в месте однофазного замыкания на землю;

- возможность возникновения многоместных повреждений (выход из строя нескольких электродвигателей, кабелей) из-за пробоев изоляции на других присоединениях, связанных с дуговыми перенапряжениями;

- возможность длительного воздействия на изоляцию дуговых перенапряжений, что ведет к накоплению в ней дефектов и снижению срока службы;

- необходимость выполнения изоляции электрооборудования относительно земли на линейное напряжение;

- сложность обнаружения места повреждения;

- опасность электропоражения персонала и посторонних лиц при длительном существовании замыкания на землю в сети;

- сложность обеспечения правильной работы релейных защит от однофазных замыканий, так как реальный ток замыкания на землю зависит от режима работы сети (числа включенных присоединений).

Кроме того, значительное число повреждений трансформаторов напряжения типа НТМИ-6(10), ЗНОЛ-6(10), ЗНОМ-35 в отечественных сетях 6-35 кВ с изолированной нейтралью при однофазных замыканиях на землю также связано с состоянием нейтрали сетей среднего напряжения.

Недостатки режима работы с изолированной нейтралью весьма существенны, а такое достоинство, как отсутствие необходимости отключения первого замыкания, достаточно спорно. Так, всегда есть вероятность возникновения второго замыкания на другом присоединении из-за перенапряжений и отключения сразу двух кабелей, электродвигателей или воздушных линий. Такое развитие событий в эксплуатации не так редко, как кажется на первый взгляд. Именно по этой причине во многих странах отказ от режима изолированной нейтрали произошел еще в 40-50-х годах прошлого века. Как видно из таблицы 15.1, в настоящее время из промышленно развитых стран режим изолированной нейтрали применяют только Италия, Япония и Финляндия. Причем в Италии сейчас рассматривается возможность перехода к работе с заземлением через дугогасящий реактор, а в Японии - с заземлением через резистор.

Таблица 15.1

Страна	Принятое напряжение, кВ	Способ заземления нейтрали
		Изолированная	Через дугогасящий реактор	Через резистор	Глухое
Россия	6-35	+	+	+
Австралия	11-12			+	+
Канада	4-25			+	+
США	4-25			+	+
Испания	10-30			+	+
Италия	10-20	+
Португалия	10-30			+
Франция	12-24			+
Япония	6,6	+		+
Германия	10-20		+
Австрия	10-30		+
Бельгия	6,3-17			+
Великобритания	11			+	+
Швейцария	10-20		+
Финляндия	20	+	+

В России до последнего времени режим изолированной нейтрали был закреплен в ПУЭ. Именно этим объясняется сложившееся положение, когда даже в сетях с высоковольтными электродвигателями, где защита от однофазных замыканий выполнена с действием на отключение без выдержки времени, применяется режим изолированной нейтрали.

15.1.2 Нейтраль, заземленная через дугогасящий реактор

Она также достаточно часто применяется в России. Этот способ заземления нейтрали, как правило, находит применение в разветвленных кабельных сетях промышленных предприятий и городов. При этом способе нейтральную точку сети получают, используя специальный трансформатор (рисунок 15.2).



Рисунок 15.2 - Схема двухтрансформаторной подстанции с нейтралью, заземленной через дугогасящий реактор

С точки зрения исторической последовательности возникновения этот способ заземления нейтрали является вторым. Он был предложен немецким инженером Петерсеном в 20-х годах прошлого столетия (в европейских странах дугогасящие реакторы называют по имени изобретателя «Petersen coil» - катушка Петерсена).

Достоинствами этого метода заземления нейтрали являются:

- отсутствие необходимости в немедленном отключении первого однофазного замыкания на землю;

- малый ток в месте повреждения (при точной компенсации - настройке дугогасящего реактора в резонанс);

- возможность самоликвидации однофазного замыкания, возникшего на воздушной линии или ошиновке (при точной компенсации - настройке дугогасящего реактора в резонанс);

- исключение феррорезонансных процессов, связанных с насыщением трансформаторов напряжения и неполнофазными включениями силовых трансформаторов.

Недостатками этого режима заземления нейтрали являются:

- возникновение дуговых перенапряжений при значительной расстройке компенсации;

- возможность возникновения многоместных повреждений при длительном существовании дугового замыкания в сети;

- возможность перехода однофазного замыкания в двухфазное при значительной расстройке компенсации;

- возможность значительных смещений нейтрали при недокомпенсации и возникновении неполнофазных режимов;

- возможность значительных смещений нейтрали при резонансной настройке в воздушных сетях;

- сложность обнаружения места повреждения;

- опасность электропоражения персонала и посторонних лиц при длительном существовании замыкания на землю в сети;

- сложность обеспечения правильной работы релейных защит от однофазных замыканий, так как ток поврежденного присоединения очень незначителен.

Режим заземления нейтрали через дугогасящий реактор применяется в основном в разветвленных кабельных сетях с большими емкостными токами. Кабельная изоляция в отличие от воздушной не является самовосстанавливающейся. То есть, однажды возникнув, повреждение не устранится, даже несмотря на практически полную компенсацию (отсутствие) тока в месте повреждения. Соответственно для кабельных сетей самоликвидация однофазных замыканий как положительное свойство режима заземления нейтрали через дугогасящий реактор не существует.

При дуговом характере однофазного замыкания скважность воздействия перенапряжений на изоляцию сети ниже, чем при изолированной нейтрали, но и здесь существует возможность возникновения многоместных повреждений. В последние десятилетия сети 6-10 кВ разрослись, а мощность компенсирующих устройств на подстанциях осталась той же, соответственно значительная доля сетей среднего напряжения сейчас работает с существенной недокомпенсацией. Это ведет к исчезновению всех положительных свойств сетей с компенсированной нейтралью. Отметим дополнительно, что дугогасящий реактор компенсирует только составляющую промышленной частоты тока однофазного замыкания. При наличии в сети источников высших гармоник последние могут содержаться в токе замыкания и в некоторых случаях даже усиливаться.

Применение режима с нейтралью, заземленной через дугогасящий реактор, в таких странах, как Финляндия, Швеция, отличается от российского. В этих странах он применяется в сетях с воздушными линиями, где его применение наиболее эффективно. Кроме того, в этих странах существует значительное сопротивление грунта, состоящего в основном из скальных пород, и режим заземления нейтрали через дугогасящий реактор позволяет обнаруживать однофазные замыкания через значительные переходные сопротивления 3-5 кОм. Применение режима заземления нейтрали через дугогасящий реактор в таких странах, как Германия, Австрия, Швейцария, носит в некоторой степени традиционный характер (выше уже говорилось о немецком инженере - изобретателе этого способа). Тем не менее и в этих странах этот режим заземления нейтрали применяется в основном в сетях с воздушными линиями. В сетях среднего напряжения зарубежных промышленных предприятий используется резистивное заземление нейтрали.

Нейтраль, заземленная через резистор (высокоомный или низкоомный)

Этот режим заземления используется в России очень редко, только в некоторых сетях собственных нужд блочных электростанций и сетях газоперекачивающих компрессорных станций. В то же время, если оценивать мировую практику, то резистивное заземление нейтрали - это наиболее широко применяемый способ (таблица 15.1).



Рисунок 15.3 - Схема двухтрансформаторной подстанции с нейтралью, заземленной через резистор

15.2 Применение резисторов для заземления нейтрали в сетях 6-35 кВ

При ОЗЗ в сетях с заземленной через резистор нейтралью во всех присоединениях протекают собственные емкостные токи, а в поврежденном присоединении, кроме того, протекает активный ток, создаваемый резистором. Это принципиальное отличие позволяет решить две важные задачи:

- селективно определить поврежденное присоединение (за счет применения простых релейных защит, действующих на отключение или сигнал) и незамедлительно принять меры по устранению повреждения;

- существенно ограничить уровень дуговых перенапряжений при ОЗЗ и исключить феррорезонансные процессы (при этом появляется возможность защиты оборудования ПС с помощью ОПН с более низким остающимся напряжением при коммутационном импульсе).

Применяются три варианта заземления нейтрали сетей 6-35 кВ через резистор: низкоомное, высокоомное и комбинированное.

Низкоомное резистивное заземление нейтрали применяется в случаях, когда ОЗЗ должно быть селективно отключено в течение минимально возможного времени. При этом ток в нейтрали должен быть достаточным для работы релейной защиты на отключение.

Высокоомное резистивное заземление нейтрали целесообразно применять в случаях, когда сеть должна иметь возможность длительной работы в режиме ОЗЗ до обнаружения места ОЗЗ. При этом ток в нейтрали должен быть такой величины, чтобы исключить появление опасных дуговых перенапряжений и снижение электробезопасности, но быть достаточным для определения поврежденного присоединения и работы релейной защиты на сигнал.

Комбинированное заземление нейтрали осуществляется путем присоединения высокоомного резистора параллельно ДГР и позволяет снижать уровень перенапряжений при неточной настройке ДГР, а также способствует работе на сигнал релейных защит.

Подходы к выбору резистора

Выбор типа резистора для заземления нейтрали производится по трем основным критериям:

- резистор должен обеспечивать снижение уровня дуговых перенапряжений;

- сопротивление резистора в нейтрали должно гарантировать протекание активного тока в поврежденном присоединении, достаточного для действия релейных защит на сигнал или на отключение поврежденного присоединения;

- при заземлении нейтрали через резистор должны соблюдаться условия электробезопасности для людей при ОЗЗ на ПС и РП с учетом существующего нормирования величины допустимого напряжения прикосновения.

Основной параметр резистора - его активное сопротивление Rр, величина которого выбирается по критерию снижения уровня перенапряжений и затем может корректироваться по условиям работы релейной защиты и условию электробезопасности.

Критерии выбора резистора

Снижение уровня перенапряжений.

Аналитически и экспериментально установлено, что наибольшая эффективность защиты сетей от дуговых перенапряжений достигается при условии, что активная составляющая тока замыкания Iза, создаваемая резистором, больше суммарного емкостного тока сети Iс.

Гарантия работы РЗА.

Защита от ОЗЗ в сети организуется на всех присоединениях. Устанавливается максимальная токовая защита нулевой последовательности с действием на отключение присоединений без выдержки времени при низкоомном резистивном заземлении нейтрали и с действием на сигнал при высокоомном резистивном заземлении нейтрали и при комбинированном заземлении нейтрали. Селективность защит нулевой последовательности присоединений определяется тем, что активная составляющая тока ОЗЗ протекает только через поврежденное присоединение. Тип резистора по критерию работы РЗА выбирается в соответствии с условием:

Iз > Iс.з.,

где Iз - ток замыкания на землю за вычетом емкостного тока рассматриваемого присоединения, А;

Iс.з. - максимальный ток уставки защиты из всех присоединений, А.

Ток уставки защиты Iс.з. определяется по выражению:

Iс.з. = Кн М К_б М Iсп;

где Iсп - первичный емкостный ток нулевой последовательности, протекающий по рассматриваемому присоединению при ОЗЗ на данном присоединении, А;

Кн - коэффициент надежности, равный 1,2;

Кб - коэффициент, учитывающий бросок емкостного тока при дуговых перенапряжениях, который принимается равным: для реле РТЗ-51 - 2-2,5; для реле РТЗ-50 - 3-4; для реле РТЗ-40 - 4-5; для цифровых терминалов - 1,2.

Кроме отключения повредившегося присоединения, релейная защита, в случае необходимости, должна действовать на отключение ввода от трансформатора на секцию шин. Релейная защита может выполняться направленной в трехфазном исполнении.

Общие принципы организации работы РЗА при заземлении нейтрали сетей 6-35 кВ через резистор:

- низкоомное резистивное заземление нейтрали производится в случаях, когда ОЗЗ должно быть селективно отключено за минимально возможное время;

- высокоомное резистивное заземление нейтрали и комбинированное заземление нейтрали выполняются, когда сеть должна иметь возможность длительной работы при ОЗЗ. Величина сопротивления резистора определяется в основном необходимостью снижения уровня перенапряжений и обеспечения величины тока ОЗЗ, достаточного для определения поврежденного присоединения при помощи простых токовых защит, работающих на сигнал;

- при отказе защит по отключению поврежденного присоединения должно быть выполнено резервное действие защит от ОЗЗ по отключению секции, к которой присоединено поврежденное присоединение, чтобы исключить перевод сети в режим изолированной нейтрали и защитить резистор от повреждения;

- применение АПВ на кабельных линиях после отключения ОЗЗ нежелательно из-за возможного перехода ОЗЗ в междуфазное КЗ. Применение АПВ на воздушных линиях допустимо, а в особых случаях обязательно;

- в сетях с высокоомным заземлением нейтрали предпочтительно применение цифровых защит, объединенных в локальную сеть, для быстрого определения поврежденного присоединения;

- для исключения неселективной работы защит от ОЗЗ схемы АВР должны отключать один из резисторов, если при низкоомном резистивном заземлении нейтрали возможно питание энергообъекта от резервных источников, имеющих такое же заземление нейтрали.

Обеспечение электробезопасности.

На ПС 110 кВ и выше, включающих сети 6-35 кВ с заземленной через резистор нейтралью, условия электробезопасности выполняются всегда, т. к. ток, стекающий в землю с нейтрали при ОЗЗ, в сети 6-35 кВ всегда значительно меньше тока ОКЗ в сети 110 кВ и выше.

На ПС 6-35 кВ, включающих сети с заземленной через резистор нейтралью, электробезопасность может быть обеспечена на основе действующих рекомендаций ПУЭ-85 по норме на допустимое сопротивление заземляющего устройства (ЗУ) ПС. Если выполнить ЗУ по данной норме невозможно, защитные мероприятия при низкоомном заземлении нейтрали можно осуществить на основе системы нормирования условий электробезопасности по допустимому напряжению прикосновения. В этом случае электробезопасность обеспечивается за счет быстрого отключения поврежденной линии, что позволяет в соответствии с ГОСТ 12.1.038 (таблица 15.2) принимать для человека повышенные значения напряжения прикосновения по сравнению с длительным его воздействием.

Таблица 15.2 - Предельно допустимые значения напряжения прикосновения в электроустановках с изолированной нейтралью напряжением выше 1 кВ переменного тока частотой 50 Гц (ГОСТ 12.1.038)

Допустимое напряжение прикосновения Uпр.доп., В	550	340	160	135	120	105	95	85	75	70	60	20
Время воздействия, с	0,01-0,08	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	св. 1,0

До настоящего времени в электрических сетях 6-35 кВ применяется система обеспечения условий электробезопасности на основе нормирования величины сопротивления заземляющего устройства (ЗУ) R_ЗУ, которая в соответствии с ПУЭ принимается равной:

R_ЗУ = U_ЗУ / I_Р 10 Ом;

где I_Р - расчетный ток замыкания на землю, А;

U_ЗУ - потенциал ЗУ, который равен: U_ЗУ = 125 В при общем ЗУ электроустановок 6-35 кВ и 0,38 кВ; U_ЗУ = 250 В при ЗУ только электроустановок 6-35 кВ.

Обе указанные системы нормирования параметров электробезопасности сетей среднего и низкого напряжения по физической сущности должны быть тождественны. Обосновать эту тождественность можно, введя понятие допустимого коэффициента напряжения прикосновения б_ПР.ДОП., который характеризует наихудшую степень выравнивания электрических потенциалов в месте расположения человека при прикосновении его к заземленным частям электроустановок. Напряжение прикосновения (Uпр, В) на территории электроустановки равно:

U_ПР = U_ЗУ Мб_ПР

где б_ПР - коэффициент напряжения прикосновения, характеризующий степень выравнивания электрических потенциалов с учетом переходного сопротивления между ногами человека и землей.

Для допустимого напряжения прикосновения и допустимого коэффициента напряжения прикосновения получим следующие выражения:

U_ПР.ДОП. = U_ЗУ Мб_ПР.ДОП.

б_ПР.ДОП. = U_ПР.ДОП. / U_ЗУ.

Из этих выражений следует, что при заданном значении потенциала U_ЗУ (125 В, 250 В) и заданном значении U_ПР.ДОП. коэффициент б_ПР.ДОП. однозначно связывает указанные выше две системы обеспечения условий электробезопасности в сетях среднего и низкого напряжения и может рассматриваться как базовый параметр для оценки той или иной системы заземления нейтрали сетей 6-35 кВ в отношении электробезопасности.

На рисунке 15.4 определены две зоны, характеризующие условия электробезопасности в электроустановках 0,38-35 кВ: зона заземления нейтрали через низкоомный резистор и зона изолированной нейтрали и нейтрали, заземленной через высокоомный резистор. Видно, что величина коэффициента б_ПР.ДОП. в первой зоне значительно больше, чем во второй зоне. Коэффициент напряжения прикосновения характеризует степень выравнивания потенциалов, и его величина непосредственно связана с конструкцией ЗУ: чем меньше его величина, тем более сложная должна быть конструкция ЗУ и, соответственно, наоборот. Отсюда следует, что при стандартных конструкциях ЗУ заземление нейтрали сетей 6-35 кВ и 0,38 кВ через низкоомный резистор имеет неоспоримое преимущество перед изолированной нейтралью и нейтралью, заземленной через высокоомный резистор.

Низкоомное заземление нейтрали с возможностью отключения поврежденных участков сети целесообразно применять в тех сетях, где обеспечена необходимая степень резервирования и автоматизации распределительных электрических сетей, систем электроснабжения и технологических процессов. В чисто кабельных сетях с высокой степенью резервирования экономически и технически выгодно перейти от компенсированной системы заземления нейтрали к нейтрали, заземленной через низкоомный резистор, с отключением поврежденного присоединения без выдержки времени.

1 - для случая общего ЗУ электроустановок 6-35 и 0,38 кВ;

2 - для случая ЗУ только электроустановок 6-35 кВ

Рисунок 15.4 - Зависимость б_ПР.ДОП. от времени воздействия напряжения на человека t_В для реального диапазона времени устранения повреждения

На ПС, питающих преимущественно воздушную сеть и не имеющих высокой степени резервирования, необходимо устанавливать высокоомные резисторы, уменьшающие уровни перенапряжений и время их воздействия. Резисторы можно устанавливать параллельно ДГР. Особо благоприятна установка высокоомного резистора при высоком уровне напряжения смещения нейтрали, когда оно выше допустимого значения 15% Uф.

15.3 Технико-экономическое обоснование резистивного заземления нейтрали сетей 6-35 кВ

При технико-экономическом обосновании целесообразности резистивного заземления нейтрали сетей 6-35 кВ необходимо оценить четыре основных фактора.

1 Изменение параметров однофазного замыкания

По сравнению с изолированной нейтралью при резистивном заземлении нейтрали в сетях 6-35 кВ:

- увеличивается ток ОЗЗ;

- снижается минимум в 1,5-2,0 раза уровень дуговых перенапряжений при однофазных замыканиях;

- уменьшается с нескольких часов до нескольких секунд продолжительность воздействия на изоляцию дуговых перенапряжений (при перемежающихся однофазных замыканиях) и линейного напряжения (при устойчивых замыканиях).

2 Повышение срока службы изоляции

При заземлении нейтрали сетей 6-35 кВ через низкоомный резистор в случаях ОЗЗ поврежденное присоединение отключается, что ограничивает продолжительность воздействия перенапряжений на изоляцию. В связи с этим снижается вероятность пробоя изоляции на неповрежденных присоединениях и соответственно общее число ОЗЗ. На основании ряда публикаций можно сделать вывод, что расход внутреннего ресурса изоляции при воздействии импульсов перенапряжений в сети 6-35 кВ при резистивном заземлении нейтрали не менее чем в 2 раза ниже, чем в сети с изолированной нейтралью. При этом исключена возможность феррорезонансных явлений, что повышает надежность работы измерительных трансформаторов напряжения и снижает не только простой сети из-за их повреждений, но и вероятность несрабатывания релейных защит при повреждениях элементов сети.

3 Дополнительные затраты на заземление нейтрали сетей 6-35 кВ через резистор.

Состав капитальных затрат на включение резистора в нейтрали сетей 6-35 кВ:

- проектирование перехода сети на режим заземленной через резистор нейтрали;

- приобретение резистора, специального трансформатора для его включения, трансформаторов тока для нейтрали и всех отходящих линий, реле защиты, блоков питания схем защиты и автоматики;

- монтаж ячейки с трансформатором для подключения резистора;

- монтаж третьего трансформатора тока (если отсутствует трансформатор тока нулевой последовательности) на каждой из отходящих линий напряжением 6-10 кВ;

- монтаж и наладка РЗА.

4 Электробезопасность.

Быстрое отключение линий при однофазных замыканиях на землю снижает степень опасности поражения электрическим током людей и животных, оказавшихся вблизи места ОЗЗ.

Выводы.

Сейчас широко применяется система изолированной нейтрали сетей 6-35 кВ (без компенсации и с компенсацией емкостных токов), которая по своей физической сущности обладает рядом принципиальных недостатков, связанных с режимом ОЗЗ. Основные из них - это различного рода перенапряжения и повышенная опасность поражения людей и животных электрическим током. В связи с этим необходимо в ближайшее время провести модернизацию системы заземления нейтрали сетей 6-35 кВ на основе последних достижений науки и техники в данной области. Принципиальная возможность такой модернизации - это переход на резистивную систему заземления нейтрали. Резистивная система заземления нейтрали сетей 6-35 кВ обеспечивает снижение уровня дуговых перенапряжений, селективное обнаружение поврежденного присоединения, его быстрое отключение и улучшение условий электробезопасности.

При отключении присоединения с однофазным замыканием релейной защитой во всех случаях предпочтительным оказывается резистивное заземление нейтрали. Такое комплексное решение ликвидирует все недостатки, присущие сетям с изолированной и компенсированной нейтралью, и выводит сети среднего напряжения на более высокий уровень надежности и электробезопасности, свойственный сетям напряжением 110 кВ и выше.

15.4 Измерение ёмкостного тока на землю в сети 6-35 кВ методом создания неполнофазного режима

Существующие методики определения ёмкостного тока расчётным путём не обеспечивают требуемой при выборе резистора точности (погрешность может достигать 70%).

Ёмкость ухудшает изоляционные параметры сети, снижая эквивалентное сопротивление токоведущих частей относительно земли при исправной электрической изоляции. Например, если имеем эксплуатационный уровень эквивалентного сопротивления изоляции сети 600 кОм, то при значении емкости 1 мкФ он снижается в 200 раз, если ёмкость составляет 100 мкФ, то он падает в 20000 раз. При каждом подключении приемников электроэнергии (отдельных участков сети) она в процессе своего заряда генерирует импульсные перенапряжения; при определенных обстоятельствах последние могут сформировать электрические пробои воздушных зазоров и дуговые замыкания.

Ниже приведена типовая программа измерения ёмкостного тока и определения ёмкости сети.

Цель измерения

- Определение ёмкости на землю в сетях 6-35 кВ.

Условия производства работ и меры безопасности при производстве измерений

- Измерения производятся при одном опыте неполнофазного режима исключающем фазу на которой производится замер. При необходимости измерения ёмкостного тока для 2-х и более секций шин - в работе находится только неполнофазный трансформатор, секционные выключатели включены.

- При проведении измерений должна быть полная информация о схеме сети, для этого за 5 дней до начала измерений всем потребителям посылаются запросы о возможных изменениях в схеме на день измерений. В день измерений схема сети еще раз уточняется.

- На время измерений запрещается производство работ и оперативных переключений в сети, кроме требуемых настоящей программой. Об изменениях в схеме от действия защит и автоматики дежурный персонал ПС незамедлительно сообщает лицу, ответственному за проведение измерений.

- Измерение ёмкостного тока производится путем снятия данных с амперметра включающегося в нулевой вывод силового трансформатора соединённого в звезду, либо в звезду трансформатора собственных нужд или специально подключённого к шинам трансфоматора имеющего в соединении.

Неполнофазный режим обеспечивается отсоединением силового трансформатора от шин непосредственно в месте вывода фазы на силовом трансформаторе.

- Уставки РЗА отстраиваются таким образом, чтобы обеспечить наиболее эффективную защиту от межфазных К.З.

- На время производства замера запрещается присутствие персонала на территории ОРУ, вблизи КРУН ПС.

- Включение и отключение производит дежурный персонал ПС с разрешения диспетчера ПО в соответствии с просьбой лица, ответственного за проведение измерений.

- Измерительное оборудование (амперметр) должно иметь в цепи подключения соответствующее защитное оборудование включенное перед ним.

- Работа должна выполняться по наряду-допуску.

Подготовительные работы

- Произвести отсоединение измеряемой фазы от силового трансформатора.

- Установить измерительную и необходимую защитную аппаратуру в нулевой вывод силового трансформатора, ТСН, либо специально включенного трансформатора.

- Отстроить РЗА для наиболее эффективной защиты от межфазных К.З.

- При необходимости замера на 2х и более секциях шин отключить вводные ячейки либо их силовые трансформаторы.

- Подготовить схему измерения.

Порядок проведения измерения

Измерение проводятся по схеме индивидуально составляемой для каждого объекта измерения основанной на типовых схемах.

Измерение емкостного тока.

- Подать номинальное напряжение на силовой трансформатор.

- При необходимости измерения емкостного тока на 2-х и более секциях шин включить секционный выключатель.

- Снять показания измерительной аппаратуры.

- Снять напряжение с силового трансформатора, ТСН, либо с секции шин, со специально установленным трансформатором.

- Восстановить нормальную схему первичных и вторичных соединений ПС.

Обработка полученных данных

- Зарегистрированный при опыте ток определяется фазным напряжением и емкостным сопротивлением гальванически связанной сети в которой производилось измерение. Поясняющая схема и векторная диаграмма приведены на рисунке 15.6.

Рисунок 15.6 - Поясняющая схема и векторная диаграмма

Измеренный ток Iизм:

(15.1)

Емкостное сопротивление Хс:

(15.2)

где: щ = 2рf.

Из формулы 15.1 и 15.2:

или (15.3)

Из формулы 15.3 ёмкость С:

(15.4)

При вычислениях необходимо учитывать, что расчеты ведутся в системе вольт, ампер, фарада, герц.

Заключение

В результате выполнения дипломного проекта было спроектировано электроснабжение машиностроительного завода. Проект представляет практический интерес и может быть использован при развертывании систем электроснабжения промышленных предприятий, также может использоваться в учебном процессе в качестве справочного материала по отдельным темам.

Литература

1. Алексеев, Ю. П. Организация, планирование и управление в энергетике: учебник [Текст] / Ю. П. Алексеев, В. Г. Кузьмин, В. Г. Мелехин [и др. ] ; под ред. В. Г. Кузьмина. - М. : Высш. шк., 1982. - 408 с. : ил.

2. Андреев, В. А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения [Текст] : учеб. для вузов по спец. ”Электроснабжение” / В.А. Андреев. - Изд. 3-е; перераб. и доп. - М. : Высш. шк., 1991. - 496 с.

3. Барыбин, Ю. Г. Справочник по проектированию электроснабжения [Текст] / Ю. Г. Барыбин [и др.]. - М. : Энергоатомиздат, 1990. - 576 с.

4. Баумштейн, И. А. Справочник по электрическим установкам высокого напряжения [Текст] / И. А. Баумштейн, С. А. Бажанов: под ред. И. А. Баумштейн. - Изд. 3-е, перераб. и доп. - М. : Энергоатомиздат, 1989. - 768 с.

5. Блок, В. М. Пособие к курсовому и дипломному проектированию для электроэнергетических специальностей: учебное пособие для студентов вузов [Текст] / В. М. Блок, Г. К. Обушев, Л. Б. Паперно [и др.]. - М. : Высш. шк., 1981. - 304 с. : ил.

6. Вагин, Г. А. Экономия энергоресурсов в промышленных технологиях [Текст] : справ. - метод. пособие / Г. Я. Вагин, Л. В. Дудникова, Е. А. Зенютич [и др.]. - Н. Новгород : Изд. Нижнегородский гос. техн. ун-та. - 2001. - 64 с.

7. Гольстрем, В. А. Справочник энергетика промышленных предприятий [Текст] / В. А. Гольстрем, А. С. Иванченко. - Киев : Техника, 1979. - 463 с.: ил.

8. Дмховская, Л. Ф. Техника высоких напряжений: учебник для студентов электротехнических и электроэнергетических специальностей вузов [Текст] / Л. Ф. Дмховская, В. П. Ларионов, Ю. С. Пенталь [и др.]; под. ред. Д. В. Разевига. - М. : Энергия, 1976. - 488 с.

9. Ершевич, В. В. Справочник по проектированию электроэнергетических систем [Текст] / В. В. Ершевич, А. Н. Зейпигер, Г. А. Илларионов [и др.] ; под ред. С. С. Рокотяна и И. М. Шапиро. - 3-е изд., перераб. и доп. - М. : Энергоатомиздат, 1985. - 352 с.

10. Князевский, В. А. Электроснабжение промышленных предприятий [Текст] / В. А. Князевский, Б. Ю. Липкин. - М. : Высш. шк., 1987. - 368 с.

11. Мукосеев, Ю. Л. Электроснабжение промышленных предприятий: учебник для вузов [Текст] / Ю. Л. Мукосеев. - М. : Энергия, 1973. - 548 с. : ил.

12. Мыльников, М. Т. Общая электротехника и пожарная профилактика в электроустановках [Текст] / М. Т. Мыльников. - М.: Стройиздат, 1985. - 311 с.

13. Неклепаев, Б. Н. Электрическая часть электростанций и подстанций: справочные материалы для курсового и дипломного проектирования [Текст] : учеб. пособие для вузов / Б. Н. Неклепаев, И. П. Крючков. - Изд. 4-е, перераб. и доп. - М. : Энергоатомиздат, 1989. - 608 с.

14. Неклепаев, Б. Н. Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования [Текст] / под ред. Б. Н. Неклепаева: РД 151-34.0-20.527-98 : утв. Департаментом стратегии развития и научно-технической политики 23. 03. 98. - М. : ЭНАС, 2002. - 152 с.

15. Правила устройства электроустановок [Текст] / Энергоатомиздат - Изд.7-е, перераб. и доп. с изм. - Новосибирск. : 2005. - 928 с. - 40000 экз. (в пер.).

16. Родина, Г. Е. Экономические и организационные вопросы разработки варианта электроснабжения объекта [Текст] / Г. Е. Родина. - Барнаул: Изд. Алт. политехн. инст-та им. И. И. Ползунова. - 1990. - 33 с.

17. Федоров, А. А. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования по электроснабжению промышленных предприятий: учебное пособие для ВУЗов [Текст] / А. А. Федоров, Л. Е. Старкова. - М. : Энергоатомиздат, 1987. - 368 с.

Размещено на Allbest.ru

...