Дипломная работа: Проект новой подстанции для обеспечения электроэнергией нефтеперерабатывающего завода

Рис. 21. Схема установки для испытания изоляции напряжением промышленной частоты

Разрядник 8, установка которого обязательна при испытании изоляции генераторов, обеспечивает защиту от недопустимого повышения испытательного напряжения. Пробивное напряжение разрядника устанавливается равным 1,1 испытательного. Рекомендуется применение шарового разрядника с диаметром шаров 2-10 см. Этот же разрядник можно использовать при градуировке устройства для измерения испытательного напряжения.

Мощность испытательного трансформатора устанавливается исходя из нагрузки его током, емкости объекта и определяется допустимым нагревом обмоток.

В установках для эксплуатационных испытаний электрооборудования могут быть применены специализированные испытательные трансформаторы, трансформаторы напряжения и силовые трансформаторы.

6.2.2. Испытание напряжением постоянного тока

Установка для испытании изоляции приложением напряжения постоянного (выпрямленного) тока состоит из регулировочного и выпрямительного устройства, а также контрольно-измерительных приборов и средств защиты.

Выпрямительное устройство содержит испытательный трансформатор и выпрямитель с фильтром.

Схема установки (рис. 4) должна включать автоматический выключатель 1, регулировочное устройство 2, амперметр 3 и вольтметр 4 для контроля режима, выключатель (рубильник) 5 для создания видимого разрыва в цепи питания, испытательный транс форматор 6, выпрямитель 7 с фильтром 8, а также устройство для измерения испытательного напряжения 9 и разрядное устройство 10.

Рис. 22. Схема установки для испытании изоляции напряжением постоянного тока

При измерении тока проводимости в состав испытательного устройства входит также соответствующее измерительное устройство.

Основное назначение автоматического выключателя 1 -- быстрое отключение питания при перегрузках испытательной установки или пробое (перекрытии) изоляции объекта.

Специализированные установки (например, в передвижных лабораториях и т.п.) имеют также системы сигнализации и блокировки от случайного включения напряжения и специальные устройства для автоматического заземления вывода высокого напряжения с целью снятия заряда емкости объекта и фильтра.

6.3 Проведение испытаний

Испытания приложенным напряжением должны проводиться специально обученным персоналом с соблюдением действующих /, Правил техники безопасности при эксплуатации электроустановок.

Для обеспечения безопасности персонала и целости оборудования изоляционные расстояния по воздуху между элементами испытательной установки, находящимися под испытательным напряжением, и заземленными предметами должны быть не менее следующих:

Таблица 42

Для напряжения переменного тока указано действующее значение напряжения.

Во избежание перекрытия воздушных промежутков между токо-ведущими частями, находящимися под рабочим напряжением, и частями этого же оборудования, на которые подается испытательное напряжение переменного тока, расстояния между ними не должны быть менее следующих:

Таблица 43

В этом случае перед испытанием необходимо убедиться, что испытательное напряжение не находится в противофазе с рабочим.

Подъем напряжения на испытуемом оборудовании следует начинать с наименьшего возможного значения, но не превышающего 30% испытательного напряжения.

Дальнейшее повышение напряжения до нормированного испытательного следует производить со скоростью, позволяющей получить надежный отсчет по приборам (примерно за 20-30 с). После установленной выдержки времени производится быстрое плавное снижение напряжения до нуля; допустимо отключение напряжения при его значении, не превышающем 30% испытательного.

Во время испытания должно проводиться непрерывное наблюдение с безопасного расстояния за состоянием объекта, а также за показаниями измерительных приборов испытательной установки.

При испытаниях напряжением переменного тока объектов с органической изоляцией после снятия напряжения и наложения заземления рекомендуется ощупать ее доступные поверхности, чтобы убедиться в отсутствии местных нагревов.

Объект считается выдержавшим испытания, если:

не произошло пробоя или перекрытия изоляции;

не было отмечено частичных нарушении изоляции, выявленных по показаниям приборов испытательной установки (неустойчивые показания, толчки отсчетных устройств) или наблюдением (одиночные разряды, выделение дыма, скользящие разряды по поверхности и т.п.);

не были отмечены местные нагревы изоляции.

Допускается возникновение слабых скользящих разрядов по поверхности фарфоровой и аналогичной изоляции. Для объектов с органической (литой) изоляцией такие разряды, приводящие к повреждению поверхности, недопустимы.

При испытании напряжением постоянного тока с измерением тока проводимости браковочным критерием также считается рост тока проводимости при неизменном напряжении на объекте.

После окончания испытаний напряжением постоянного тока объект должен быть разряжен — снят заряд его емкости. Это производится с помощью разрядного устройства, которым соединяются соответствующие выводы объекта.

Разрядное устройство должно иметь изоляцию, обеспечивающую безопасность оператора, а в цепи разряда — сопротивление, ограничивающее ток разряда.

Разрядное устройство должно присоединяться непосредственно к электродам объекта, минуя цепи испытательной установки и тем более устройства для измерения тока проводимости.

При большой емкости изоляции объекта ее заряд содержит значительную энергию, которая выделяется в разрядном устройстве. Разрядное сопротивление без разрушения должно выдерживать разрядный ток и не перекрываться испытательным напряжением. Сечение токоведущих цепей разрядного устройства должно быть не менее 4 мм2. При небольшой емкости объекта в качестве разрядного может быть применен проволочный резистор 50-150 Вт; при больших емкостях — изоляционная трубка, залитая водой. Рекомендуется выбирать разрядное сопротивление около 10-50 Ом на киловольт испытательного напряжения.

Для снятия абсорбционного заряда изоляции разряд объекта должен быть длительным — не менее 5-10 мин. Перед прикосновением к электродам даже разряженного объекта необходимо наложение заземления.

6.4 Измерение характеристик изоляционных конструкций

Рассматриваются методы измерения характеристик изоляционных конструкций, определяемых свойствами диэлектриков (диэлектрические характеристики). Контролируемые параметры: сопротивление, тангенс угла диэлектрических потерь и емкость изоляции.

Измерения производятся на выведенном из работы (отключенном) оборудовании.

Достоверность измеренного значения параметра зависит от погрешности измерительного устройства и от влияния на результат измерения внешних факторов (помех). К ним относятся паразитные токи в схеме измерений, токи влияния, погодные условия.

Паразитными называются токи, возникающие под действием напряжения измерительной установки и проходящие через измерительное устройство, минуя объект измерения. Эти токи протекают по так называемым паразитным связям между источником напряжения измерительной установки и элементами измерительного устройства, а также по паразитным связям в измерительном устройстве и в объекте.

Токами влияния называются токи, возникающие под действием рабочего напряжения электрической установки, в которой находится контролируемый объект, и проходящие через измерительное устройство. К ним относятся токи промышленной частоты и ее гармонических составляющих, протекающие по электрическим и электромагнитным связям между элементами схемы измерений (включая объект) и оборудованием, находящимся под рабочим напряжением. Кроме того, токи влияния протекают в измерительной установке при наличии разности потенциалов между точками заземления ее элементов.

В эксплуатационной практике точность измерения, как правило, определяется погрешностями из-за влияния внешних помех. Поэтому схемы измерений и процедура их проведения установлены исходя из необходимости уменьшения этих погрешностей. Для этого используются экранирование, исключение погрешностей расчетными методами, применение помехоустойчивых измерительных устройств.

Влияние условий измерений (влажности воздуха, загрязнения поверхности объекта) в основном проявляется в изменении паразитных связей объекта контроля. Для уменьшения этого влияния измерения следует производить при сухой погоде, предварительно очистив изоляционные поверхности от загрязнений. Ввиду температурной зависимости значений параметров изоляции измерения должны производиться при температуре, близкой к нормированной. В случаях отклонения температуры изоляции более чем на 5°С от нормированной необходимо приведение результатов измерений к базовым условиям (сопоставимому виду), установленным в нормативных документах.

В изоляции оборудования высокого напряжения обычно сильно выражены абсорбционные процессы, проявляющиеся в зависимости тока проводимости (сопротивления) изоляции от длительности приложения напряжения. Поэтому перед измерениями на постоянном токе, особенно при повторных приложениях напряжения, необходимо устранить накопленный в изоляции абсорбционный заряд, закоротив не менее чем на 5 мин выводы объекта.

При наличии в объекте контроля обмоток, индуктивность которых может исказить результаты измерении (например, в трансформаторах), при подготовке к испытаниям необходимо закоротить их выводы.

6.5 Схемы измерений. Экранирование

Установка для измерения характеристик изоляции электрооборудования состоит из измерительного устройства (средства измерения), источника измерительного (испытательного) напряжения и шин (проводов), соединяющих их с объектом контроля.

Источник напряжения может быть конструктивно объединен со средством измерения. При высоком напряжении или при большой мощности источника применяется раздельная компоновка элементов измерительной установки. По месту средства измерения (СИ) в цепи измерительной установки различают прямую (нормальную), перевернутую и обратную схемы включения. В прямой схеме СИ расположено между низкопотенциальным выводом изоляции объекта и заземлением. СИ в этой схеме находится под небольшим потенциалом относительно земли. Прямая схема включения обладает наибольшей помехозащищенностью и применяется во всех случаях, когда доступны оба вывода объекта (при контроле оборудования, имеющего специальные измерительные выводы, в лабораторных условиях и т.п.)-

Рис. 23. Схемы включения средства измерений:

1 — источник испытательного напряжения; 2 — объект; 3 — средство намерений

В перевернутой схеме СИ включено в цепь испытательного напряжения между источником и объектом. Эта схема позволяет производить измерения на объектах, у которых один из выводов не может быть отключен от заземления. Недостатком перевернутой схемы является то, что СИ находится под высоким напряжением относительно земли. Это усложняет его конструкцию и затрудняет производство измерении. Обратная схема отличается тем, что СИ включается в цепь заземления источника напряжения. Обратная схема включения, как и перевернутая, позволяет производить измерения на объектах с одним заземленным выводом. Однако конструкция измерительной установки в этом случае существенно усложняется. Широкого распространения обратная схема не получила.

6.6 Измерение сопротивления изоляции

Сопротивление изоляции определяется по току, проходящему через нее, при приложении напряжения постоянного тока. При напряжениях до нескольких киловатт для измерения применяются ме-гаомметры. При более высоких напряжениях используются источники выпрямленного напряжения и измеряется ток проводимости — величина, обратная сопротивлению.

Мегаомметр состоит из источника напряжения постоянного тока и измерительного элемента, измеряющего ток через изоляцию объекта. Шкала прибора градуируется в значениях сопротивления; для этого напряжение источника должно быть стабильным. Применяются и логометрические измерители, показания которых пропорциональны частному от деления напряжения на измеряемый ток. Объект с сопротивлением изоляции и емкостью присоединяется к выводам мегаомметра. Схемы включения мегаомметра — прямая и перевернутая: соответственно заземляются выводы "Э" или "-". Наиболее часто применяется перевернутая схема включения.

Экранирование применяется в случаях, когда необходимо исключить влияние поверхности изоляционной конструкции или ограничить область контролируемой изоляции. Для исключения влияния состояния поверхности на наружной части изоляционной конструкции около электрода, соединенного с выводом "гх" мегаомметра, устанавливается •экранирующее кольцо из мягкого провода, соединяемое с выводом "Э". Для ограничения контролируемой области изоляции потенциал экрана мегаомметра подается на соответствующий электрод.

В качестве измерительного элемента в большинстве мегаомметров используется вольтметр, измеряющий падение напряжения на образцовом резисторе от измеряемого тока. Этот резистор служит и для изменения пределов измерения. Шкала прибора, измеряющего напряжение, градуирована в единицах сопротивления.

В современных мегаомметрах применяются измерители тока на операционных усилителях, которые позволяют реализовать лого-метрические схемы измерений. В такой схеме ток на выходе операционного усилителя А, определяется током объекта, а ток на выходе второго усилителя Л — током, пропорциональным напряжению V. Усилители выполнены логарифмирующими и измеряемая прибором разность их токов не зависит от напряжения; шкала прибора — логарифмическая.

6.7 Методы определения параметров изиляции

Для оценки состояния главной изоляции, трансформаторов (реакторов) в эксплуатации или при вводе нового оборудования производится измерение значений параметров главной изоляции: сопротивления изоляции, тангенса угла диэлектрических потерь и емкости.

Для принятия решения о возможности дальнейшей эксплуатации трансформатора производятся комплексный анализ измеренных значений параметров изоляции, сопоставление измеренных абсолютных значений параметров с ранее измеренными значениями, а также анализируется динамика изменений этих параметров.

При вводе в эксплуатацию новых трансформаторов или трансформаторов после ремонта измеренные значения параметров изоляции могут сопоставляться с их предельно допустимыми значениями, если они устанавливаются нормативно-технической документацией.

Измерения параметров изоляции допускается производить при температуре изоляции не ниже 10°С.

При вводе в эксплуатацию новых трансформаторов параметры изоляции рекомендуется измерять при температуре не ниже 10°С для трансформаторов напряжением 110-150 кВ и не ниже 20°С для трансформаторов 220-750 кВ.

Если температура изоляции ниже 10°С, то трансформатор должен быть нагрет. За температуру изоляции принимается температура обмоток трансформатора, определяемая по сопротивлению постоянному току. На трехфазных трансформаторах 35 кВ и выше измерения сопротивления постоянному току рекомендуется производить на фазе В. Достоверными являются значения температуры, если промежутки времени между окончанием измерения температуры и началом измерения параметров изоляции не более:

трех часов — для трансформаторов мощностью 10 МВ-А и выше;

двух часов — для трансформаторов мощностью от 1 МВ-А до 10

МВ-А;

одного часа — для трансформаторов мощностью до 1 МВ-А включительно.

Если трансформатор подвергался нагреву током короткого замыкания, потерями холостого хода или постоянным током, то измерения параметров изоляции следует производить не раньше чем через 1 ч после прекращения нагрева; если нагрев осуществлялся индукционным методом — не раньше чем через 30 мин.

Если трансформатор не подвергался нагреву и находился в нерабочем состоянии в течение длительного времени (несколько суток), то за температуру изоляции допускается принимать температуру верхних слоев масла (для маслонаполненных трансформаторов) и температуру окружающего воздуха (для сухих трансформаторов).

Выводы обмотки, на которой производят измерения, соединяют между собой. У автотрансформаторов вывод одной из обмоток с автотрансформаторной связью допускается не присоединять к схеме измерения.

7 Обеспечение безопасности на подстанции

7.1 Компоновка ОРУ 110 кВ, ОРУ 35 кВ и ЗРУ 10 кВ

Технико-экономическую эффективность, надежность и удобство отдельных объектов подстанции определяют их конструктивные и
компоновочные решения. В соответствии с выбранной структурной схемой на подстанции сооружается ОРУ 110 кВ, ОРУ 35 кВ и ЗРУ 10 кВ.

Оборудование ОРУ располагается таким образом, чтобы обеспечивались возможности выполнения монтажа и ремонта оборудования с применением машин и механизмов, транспортировки трансформаторов, проезда пожарных машин и передвижных лабораторий. Территория подстанции ограждается сетчатым забором высотой 1,8 м.

Наименьшие расстояния от токоведущих частей до различных элементов ОРУ указаны в таблице 42.

Таблица 44 – Наименьшие расстояния от токоведущих частей до различных элементов ОРУ

Для обеспечения безопасности работ на ОРУ-110 кВ устанавливаются разъединители SGF-110/1600, а на ОРУ-35 кВ – РД3.2-35/1000. От неверных операций разъединителями предусмотрена оперативная блокировка. Данная блокировка исключает включение выключателя на заземленный участок цепи. Это обеспечивается электромагнитной блокировкой разъединителей с использованием электромагнитных замков. Так же предусматривается механическая блокировка между основными и заземляющими ножами разъединителя, которая не позволяет включать заземляющие ножи при включенных главных ножах. Наличие заземляющих ножей исключает переносных заземлений, что повышает безопасность работ и снижает аварийность.

Закрытая часть подстанции проектируется двухэтажной. На первом этаже в ЗРУ-10 кВ камеры выключателей вводов 10 кВ от силовых трансформаторов, секционных выключателей. На втором этаже в ЗРУ-10 кВ сборные шины 10 кВ, шкафы шинных разъединителей и аппаратура управления разъединителями.

На втором этаже щитового блока размещаются помещение щита управления и реле, служебные помещения.

На первом этаже силового блока размещаются помещения аккумуляторной батареи, камеры трансформаторов собственных нужд, помещения мастерской.

Под ЗРУ-10 кВ закрытой части подстанции предусмотрен подвал для раскладки кабелей.

ЗРУ-10 кВ выполняется с двусторонним расположением ячеек КРУ. Все КРУ имеют механическую блокировку, которая исключает выкат тележки при включенном выключателе. ЗРУ располагается в отдельном здании, имеет два выхода, расположенные с противоположных торцов здания.

Двери ЗРУ имеют самозакрывающиеся замки, открываемые без ключа со стороны РУ.

Арматура изоляторов ОРУ и шин подстанции окрашивается в
желтый, зеленый и красный цвета (соответственно фазам А, В и С).

Все кабели подстанции в местах присоединения имеют таблички с адресом, маркой и сечением.

Для обеспечения сохранности оборудования при авариях и пожарах, под силовыми трансформаторами выполняются маслоприемники с бортовым ограждением, заполненные гравием. Маслоприемники соединяются с маслосборником, выполненным в виде подземного резервуара при помощи трубопровода. Для осмотра высоко расположенных частей трансформаторов устанавливаются стационарные лестницы.

7.2 Расчет заземляющего устройства

7.2.1. Назначение и конструкции заземляющих устройств

Все металлические части электроустановок, нормально не находящиеся под напряжением, но могущие оказаться под напряжением из-за повреждения изоляции, должны надёжно соединяться с землей. Такое заземление называется защитным, так как его целью является защита обслуживающего персонала от опасных напряжений прикосновения.

Заземление обязательно во всех электроустановках при напряжении 380 В и выше переменного тока, 440 В и выше постоянного тока, а в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в установках – при напряжении 42 В и выше переменного тока, 110 В и выше постоянного тока.

В электрических установках заземляются корпуса электрических машин, трансформаторов, аппаратов, вторичные обмотки измерительных трансформаторов, приводы электрических аппаратов, металлические оболочки и броня кабелей, проводов, металлические конструкции зданий и сооружений и другие металлические конструкции, связанные с установкой электрооборудования.

Заземление, предназначенное для создания нормальных условий работы аппарата или электроустановки, называется рабочим заземлением. К рабочему заземлению относится заземление нейтралей трансформаторов, генераторов. Без рабочего заземления аппарат не может выполнить своих функций или нарушается режим работы электроустановки.

Для защиты оборудования от повреждения ударом молнии применяется грозозащита с помощью разрядников, стержневых и тросовых молниеотводов, которые присоединяются к заземлителям. Такое заземление называется грозозащитным.

Обычно для выполнения всех трех типов заземления используют одно заземляющее устройство.

Для выполнения заземления используют естественные и искусственные заземлители.

В качестве естественных заземлителей применяют водопроводные трубы, металлические трубопроводы, проложенные в земле, за исключением трубопроводов горючих жидкостей и газов; заземлители опор воздушных линий (ВЛ), соединенные с заземляющим устройством грозозащитным тросом.

В качестве искусственных заземлителей применяют круглую прутковую сталь диаметром не менее 10 мм (неоцинкованная) и 6 мм (оцинкованная), полосовую сталь толщиной не менее 4 мм и сечением не менее 48 мм2.

Количество заземлителей (уголков, стержней) определяется расчётом в зависимости от необходимого сопротивления заземляющего устройства или допустимого напряжения прикосновения. Размещение искусственных заземлителей производится таким образом, чтобы достичь равномерного распределения электрического потенциала на площади, занятой электрооборудованием. Для этой цели на территории ОРУ прокладывают заземляющие полосы на глубине 0.5-0.7 м вдоль рядов оборудования и в поперечном направлении, т.е. образуется заземляющая сетка, к которой присоединяется заземляемое оборудование.

На рис.24 показаны план расположения контура заземления на открытом распределительном устройстве, а также кривые изменения потенциалов по территории ОРУ.

При пробое изоляции в каком-либо аппарате его корпус и заземляющий контур окажутся под некоторым потенциалом Uз=Iз rз. Растекание Iз с электродов заземления приводит к постепенному уменьшению потенциала почвы вокруг них. Внутри контура заземления потенциалы выравниваются, поэтому, прикасаясь к поврежденному оборудованию, человек попадает под небольшую разность потенциалов Uпр. (напряжение прикосновения), которая составляет некоторую долю потенциала на заземлителе:

Uпр. = kп Uз , (7.4.)

где kп – коэффициент напряжения прикосновения, значение которого зависит от условий растекания тока с заземлителя и человека.

Шаговое напряжение, т.е. разность потенциалов между двумя точками поверхности, расположенными на расстоянии 0.8 м, внутри контура невелико (Uшаг1). За пределами контура кривая распределения потенциалов более крутая, поэтому шаговое напряжение увеличивается (Uшаг2). При больших токах замыкания на землю для Uшаг по краям контура у входов и выходов укладывают дополнительные стальные полосы. Задачей защитного заземления является снижение до безопасной величины напряжений Uз, Uпр., Uшаг. В установках с эффективно заземленной нейтралью (сети 110 кВ и выше) замыкание фазы на землю является коротким замыканием и быстро отключается релейной защитой, в результате чего уменьшается вероятность попадания под напряжение Uпр., Uшаг. Токи однофазного КЗ значительны, поэтому резко возрастают потенциалы на заземлителе. В этих установках нормируется величина Uпр , которая определяется в зависимости от длительности протекания тока через тело человека, и величина Rз.

Напряжение Uшаг не нормируется, так как путь тока нога-нога для человека менее опасен, чем путь рука-ноги.

Рисунок 24

7.2.2. Расчет заземляющих устройств

Порядок выполнения расчётов. Согласно ПУЭ заземляющие устройства электроустановок выше 1 кВ сети с эффективно заземленной нейтралью выполняются с учетом сопротивления Rз £ 0.5 Ом или допустимого напряжения прикосновения.

Расчёт по допустимому сопротивлению Rз £ 0.5 Ом приводит к неоправданному перерасходу проводникового материала и трудозатрат при сооружении заземляющих устройств для подстанций небольшой площадью, не имеющих естественных заземлителей. Опыт эксплуатации распределительных устройств 110 кВ и выше позволяет перейти к нормированию напряжения прикосновения, а не величины Rз. Обоснованием этого служат следующие соображения. В момент прикосновения человека к заземлённому оборудованию, находящемуся под потенциалом, часть сопротивления заземлителя шунтируется сопротивлением тела человека Rч и сопротивлением растеканию тока от ступней в землю Rс. На тело человека фактически будет действовать напряжение:

Uч = Uпр. – Uс ,(7.5)

где Uс = Iч Rс – падение напряжения в сопротивлении растеканию с двух ступней человека в землю.

Если принять ступню человека за диск радиусом 8 см, то

где rв,с – удельное сопротивление верхнего слоя земли, Ом;

 г – радиус ступни, м.

Ток, протекающий через человека:

.

Опасность поражения зависит от тока и его длительности протекания через тело человека. Согласно принятым нормам допустимый ток определяется так:

Длительность действия тока, с 0.1 0.2 0.50.7 1.0

Допустимый ток, мА 5002501007565

Зная допустимый ток, можно из (7.5) найти допустимое напряжение прикосновения :

.

Подставляя значения Uc и Rc получаем:

, (53)

Из (7.6) видно, что чем больше , тем большее напряжение прикосновения можно допустить. Приняв некоторую среднюю величину , можно рекомендовать для расчетов приведённые ниже допустимые напряжения:

Длительность воздействия, сдо 0.1 0.2 0.5 0.71.01.3

 Наиболее допустимое напряжение

прикосновения, В 50040020013010065

За расчетную длительность воздействия принято:

 ,

где tр,з – время действия релейной защиты;

 tотк,в – полное время отключения выключателя.

Заземляющее устройство, выполненное по нормам напряжения прикосновения, должно обеспечить в любое время года ограничение Uпр. до нормированного значения в пределах всей территории подстанции, а напряжение на заземляющем устройстве Uз должно быть не выше 10 кВ. Если Uз > 5-10 кВ, необходимо принять меры по предотвращению выноса высокого потенциала за пределы электроустановки.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10