Электроснабжение и электрообслуживание узловой распределительной подстанции

По таблице 1.10.3.В. П Шеховцов стр.72.

"Расчет и проектирование  схем электроснабжения".

t пр (1) = 3,5

S тс. = 6 × 3,8×   = 42,65мм

Кабель удовлетворяет  нашим требованиям.

Выберем шину для РУНН Т - 1 и Т - 2, на примере РУНН Т -

Выбираем алюминиевую  шину 50×5 мм, с допустимым током 665А.

При количестве полос одну на фазу, расположение шин плашмя, длиной 1,5м.

Проверим шинопровод на динамическую стойкость.

При прохождении тока в  проводниках возникает механическая сила, которая их сблизить (одинаковое направление тока) или оттолкнуть (противоположное направление тока).

σш. доп. ≥ σш.

Для алюминиевых шин. σш. доп = 7 × 10  Н/см

σш. =  , Mmax = 0,125 × F

Максимальное усилие определяется по формуле:

F

где, F  максимальное усилие, Н.

ℓ - длина шины, м.

α - расстояние между осями  шин, мм.

ј  - ударный ток КЗ, трехфазный, кА.

ℓ = 1,5 м. α = 100 мм.

ј

I ∞ - установившийся трехфазный  ток.

ј

F 5,3  = 74,15Н.

Mmax = 0,125 ×74,15× 150 =1390,31H·см

W - момент сопротивления  сечения, см

 - при расположении шин плашмя.

см³

σш. =   Н/см

(7 × 10  Н/см ) σш. доп > σш. (695,15Н/см )

Шинопровод динамически устойчив.

Проверим шинопровод на термическую стойкость.

Sш. ≥ Sш. т. с.

Sш. = b×h = 50 × 5 = 1250 мм

Sш. т. с. = α × I × 

(1250 мм ) Sш. > Sш. т. с. (78,20 мм )

Шинопровод термически устойчив. Значить выбранный нами шинопровод удовлетворяет нашим требованиям.

Проверим кабель отходящий  от Т - 1 до электронагревателей для выключателей и приводов типа У - 220, У - 110 на устойчивость к токам КЗ.

Sкл. ≥ Sкл. тс.

Сечение кабеля F = 120мм²

Sтс. = α ×I

где,  Sтс. - термически стойкое сечение кабельной линии.

α - термический коэффициент; для меди α = 6

I ∞ - ток КЗ.

t пр. - Значение приведенного  времени действия тока КЗ.

По таблице 1.10.3. В.П. Шеховцов стр.72. "Расчет и проектирование схем электроснабжения".

t пр (2) = 1,7, S тс. = 6 × 3,2×   = 25,03мм

Кабель удовлетворяет  нашим требованиям.

9. Выбор коммутационно-защитной  аппаратуры

На основе проведенных  расчетов производим выбор устанавливаемой  аппаратуры.

Главные функции аппаратуры управления и защиты:

Включение и отключение электроприемников и электрических цепей, электрическая защита их от перегрузки, короткого замыкания, понижения напряжения.

Для защиты электрооборудования  применяем автоматические

выключатели, которые должны отвечать следующим условиям:

U ном. а ≥ U с, где

U ном. а - номинальное напряжение автомата

U с - напряжение сети

I ном. а. ≥I ном. р ≥1,1Imax.

где, I ном. а - номинальный ток автомата;

I ном. р. - номинальный ток расцепителя;

I max. - максимальный ток линии.

I кз.   < I откл.

где, I кз  -ток трехфазного КЗ;

I откл. - предельный ток, отключаемый автоматом.

ј дин. >i у

где, ј дин _- ток электродинамической стойкости;

ј у  - ударный ток трехфазного КЗ.

Выберем автоматический выключатель  для Т - 1 и Т - 2.

U с = 400В 1,1Imax =724 А I кз.  = 3,8 кА

Imax = 659А

ј

где, I ∞ - установившийся трехфазный ток.

ј кА.

По таблице 30.6 А. А Федоров "Справочник по электроснабжению и  электрооборудованию". Выбираем автоматический выключатель АВМ10.

U ном. а = 400В I ном. а. = 800А I ном. р = 800А I откл. =42кА

Выберем автоматический выключатель  для питания электронагревателей  для выключателей и приводов типа У - 220, У - 110

U ном. а = 380В 1,1Imax =373 А I кз.  = 3,2 кА

Imax =   = 

ј

I ∞ - установившийся трехфазный  ток.

ј кА.

По таблице 30.6 А. А Федоров "Справочник по электроснабжению и  электрооборудованию".

Выбираем автоматический выключатель А3730

U ном. а = 380В I ном. а. = 400А I ном. р = 400А I откл. =55кА

10. Описание  или расчет защитного заземления

Защитные заземления предотвращают  возможность попадания человека под напряжение (поражение током), что возможно в случае повреждения  изоляции электрического оборудования или соприкосновения с оборванными  проводами. Эти заземления - одно из важнейших средств обеспечения  безопасности людей, которые при  проведении работ могут случайно оказаться в опасной зоне.

Защитному заземлению подлежат все металлические наружные части  и каркасы электротехнического  оборудования, расположенного на территории подстанций, опоры контактной сети, металлические сооружения на железнодорожных  линиях (например, мосты, путепроводы, светофоры).

В нормальных условиях работы доступные людям части этих устройств  под напряжением не находятся. В  случае нарушения изоляции электротехнического  устройства внешние металлические  части его оказываются под  напряжением источника питания. При отсутствии защитного заземления может произойти поражение током  человека, попавшего под напряжение в момент прикосновения к поврежденной установке - так называемое напряжение прикосновения. Поражение током  может произойти и в случае передвижения вблизи опасной зоны: на человека действует так называемое шаговое напряжение.

Когда напряжение попадает на наружные металлические части установки, по ним проходит ток, стекающий далее  в землю. Площадь сечения массива  земли, по которому идет ток, быстро увеличивается  по мере удаления от места повреждения, а плотность тока резко падает.

Защитное заземление позволяет  снизить до безопасного значения шаговое напряжение и напряжение прикосновения. При этом нормируется  напряжение прикосновения, приложенное  между рукой и ногами человека. Его допустимое значение существенно  меньше, так как в этом случае ток протекает через область  сердца.

На человека, коснувшегося незаземленной поврежденной установки, действует напряжение. В случае прикосновения  к заземленному оборудованию это  напряжение значительно меньше, поскольку  установка находится под напряжением. Значение из тем меньше, чем меньше сопротивление устройства заземления.

Устройства заземления, или  заземлители, служат для создания надежного  пути тока с металлических наружных частей оборудования на землю в случае попадания их под напряжение. Главной  частью заземляющего устройства является искусственный заземлитель, выполненный из проводника, обычно стального. По возможности используют и естественные заземлители - рельсы, водопроводные и металлические коммуникации и т.д.

Устройства заземления различаются  в зависимости от объекта защиты (подстанции или сооружения на железнодорожных  линиях), а также от рода тока - постоянный или переменный.

В качестве заземлителей на подстанциях переменного тока используют: искусственный заземлитель, называемый иначе контуром заземления подстанции, охватывающий практически всю территорию тяговой подстанции; рельсы подъездных либо главных путей станции или  перегона, проходящие вблизи нее; другие металлические коммуникации.

Контур заземления подстанции выполняют в виде сетки из стальных полос или круглой стали и  размещают недалеко от поверхности  земли. При больших удельных сопротивлениях земли (песок) сетку дополняют специальными вертикальными элементами в виде труб или уголков длиной 3-5 м, привариваемых  к ней по периметру. Если же и при  этом не обеспечивается нормируемое  значение напряжения прикосновения, сооружают  выносные заземлители в виде вводимых глубоко в землю труб или же применяют на подстанции плохо проводящие искусственные покрытия (щебень, галька). Присоединения заземляющих проводников к оборудованию выполняются видимыми, преимущественно сварными или болтовыми. Каждый заземляющий элемент присоединяют к контуру заземления подстанции отдельным проводом.

Защитное заземление подстанции переменного тока одновременно является и рабочим, т.е. используется при  нормальной эксплуатации оборудования. Примером рабочего заземления является преднамеренное соединение с землей нейтралей трансформаторов, что позволяет снизить уровень сопротивления изоляции силовых трансформаторов и сделать их более дешевыми. Заземления тяговых подстанций постоянного тока выполняют аналогично с той лишь разницей, что заземляющее устройство не используется в качестве рабочего, так как в этом случае ток, стекающий с контура заземления подстанций, будет вызывать его интенсивную коррозию. Аварийное подсоединение контура осуществляется в момент короткого замыкания в цепях 3 кВ выпрямленного тока через специальное реле земляной защиты.

Оборудование, расположенное  в закрытой части подстанции постоянного  тока, заземляют на два отдельных  контура - переменного и постоянного  тока. Эти контуры соединены с  контуром заземления открытой территории подстанции.

Расчет защитного заземления.

Дано:

А × В = 48 × 30 м. Uлеп. = 220 кВ.

Lлэп. - кл. = 10/20 км. Uном. = 0,4 кВ.

ρ = 300 Ом·м t = 0,7 м.

Климатический район - I

Вертикальный электрод - круглая  сталь d = 12, Lв. = 5

Горизонтальный электрод - полоса (40×4)

Вид ЗУ - контурное

Нормируемое сопротивление  заземление электроустановки

по ПУЭ = 0,5 Ом.

Требуется определить:

а) количество вертикальных и длину горизонтальных заземлителей.

б) показать размещение ЗУ на плане.

в) определить фактическое  значение сопротивления ЗУ.

Решение:

1. Определяется расчетное  сопротивление одного вертикального  электрода.

r в. = 0,3 × ρ × Ксез. в. = 0,3 × 300 × 1.9 = 171Ом.

По таблице 1.13.2 В.П. Шеховцов стр.90.

"Расчет и проектирование  схем электроснабжения".

Ксез. в. = F (верт., I) = 1,9

2. Определяется предельное  сопротивление совмещенного ЗУ.

Rзу.1 ≤   =  (для Лэп ВН)

Iз = 

Требуемое по НН Rзу2. ≤ 4 Ом на НН.

Принимается Rзу.2. = 4 Ом (наименьшее из двух)

Но так как ρ > 100 Ом·м, то для расчета принимается

Rзу. ≤ 4×

3. Определяется количество  вертикальных электродов:

без учета экранирования (расчетное)

 Принимается N′в. р. =14

с учетом экранирования

Nв. р. =   

Принимается Nв = 20

По таблице 1.13.5 В.П. Шеховцов стр.90.

"Расчет и проектирование  схем электроснабжения".

ηв. = F (тип ЗУ, вид заземления, , Nв) = 0,69

4. Размещается ЗУ на  рисунок 1. и уточняются расстояния, наносятся на план.

Рисунок 1.

Так как контурное ЗУ закладывается  на расстоянии не менее одного метра, то длина по периметру закладки равна:

Lн. = (А + 2) ×2 + (В +2) × 2 = (48 + 2) × 2 + (30 + 2) × 2 =164 м.

Тогда расстояние между электродами  уточняется с учетом формы объекта. По углам устанавливается по одному вертикальному электроду,

а остальные устанавливаются  между ними.

Для равномерного распределения  электродов окончательно принимается

Nв = 20, тогда

; 

где,  расстояние между электродами по ширине объекта в м.

 расстояние между электродами  по длине объекта в м.

n  - количество электродов по ширине объекта.

n  - количество электродов по длине объекта.

Для уточнения принимается  среднее значение:

По таблице 1.13.5 В. П Шеховцов стр.90. "Расчет и проектирование схем электроснабжения".

Уточняются коэффициенты использования:

η  = 0,71 η = 0,45

5. Определяются уточненные  значения сопротивлений вертикальных  электродов и горизонтальных  электродов.

По таблице 1.13.2 В. П Шеховцов стр.90. "Расчет и проектирование схем электроснабжения".

Ксез. г. = F (I) = 5,8, 

6. Определяется фактическое  сопротивление ЗУ.

.

Rзу. ф. (9,9 Ом) < Rзу (12 Ом).

Следовательно, ЗУ эффективно.

Ответ:

Nв = 20 α   = 8,3 м. α  = 8 м.

Ln = 164 м. полоса 40 × 4 Rзу = 9, 9 О

L в = 5 м. круглая сталь  d = 12

 
Литература

1. В.П. Шеховцов "Расчет и проектирование схем электроснабжения".

2. А.А. Федоров "Справочник  по электроснабжению и электрооборудованию".

3. Учебное пособие "Электрическая  часть электростанций и подстанций" Б.И. Неклепаев., И.П. Крючков.

4. Л.Л. Коновалова, Л.Д. Рожкова  "Электроснабжение промышленных  предприятий и установок".

5. Г.Н. Ополева "Схемы и подстанции электроснабжения"