Дипломная работа: Проектирование системы электроснабжения механического цеха

1.7.4 Защита троллейных линий [5]

Защита троллейных линий кранов осуществляется предохранителями ПН‑2, установленными в силовом ящике типа ЯБПВУ.

Условия выбора плавкого предохранителя:

1) Uн.пр. ³ Uуст.

2) Iн.пп ³ Iпл.вст.

3) Iпл.вст. ³ ,

где α – коэффициент снижения пускового тока.

Выбираем защиту для крана G = 5 т.

Рн1 = 7 кВт Iн1 = 20 А IнS. = 55 А

Рн2 = 2,2 кВт Iн2 = 7 А Iпик. = 111 А

Рн3 = 11 кВт Iн3 = 28 А a = 1,6, пуск тяжёлый

Условия выбора плавкого предохранителя:

1) Uн.пр. = 380 В = Uуст. = 380 В

2) Iн.пп = 100 А > Iпл.вст. = 80 А

3) Iпл.вст. = 80 А >  =  = 69,38 А,

Принимаем для защиты ЯБПВУ‑1 .

Выбираем защиту для крана G = 10 т.

Рн1 = 11 кВт Iн1 = 32 А IнS. = 59 А

Рн2 = 2,2 кВт Iн2 = 7 А Iпик. = 120 А

Рн3 = 16 кВт Iн3 = 20 А a = 1,6, пуск тяжёлый

Условия выбора плавкого предохранителя:

1) Uн.пр. = 380 В = Uуст. = 380 В

2) Iн.пп = 100 А > Iпл.вст. = 80 А

3) Iпл.вст. = 80 А >  =  = 75 А,

Принимаем для защиты ЯБПВУ‑1 .

1.8 Расчет токов короткого замыкания на стороне 10 кВ и 0,4 кВ

1.8.1 Расчет токов короткого замыкания на стороне 10 кВ

ГПП завода питается от шин 110 кВ Волжской подстанции по ЛЭП‑110, длинной ℓ = 4 км. На ГПП‑1 установлены два силовых трансформатора Sн.тр.1 = 40 МВА Sн.тр.2 = 32 МВА, с расщепленными вторичными обмотками, работа шин 10 кВ раздельная. На районной подстанции установлены выключатели МКП‑110, их отключающая мощность по каталогу Sн.отк. = 4000 МВА.

Рисунок 4 Расчетная схема токов короткого замыкания

Расчет токов короткого замыкания ведем в относительных базисных единицах.

За базисную мощность принимаем мощность системы, т.е.

Sб. = Sс. = 3500 МВА.

За базисное напряжение принимаем то напряжение, где произошло короткое замыкание, т.е. Uб. = 10,5 кВ.

Тогда базисный ток на ступени 10,5 кВ составит:

 (30)

 кА

Все сопротивления отдельных элементов расчетной схемы приводим к базисным условиям:

·  сопротивление системы х*б.с1

, (31)

где S²с. – мощность системы сверхпереходная, МВА. S²с. = 4000 МВА (согласно задания).

·  сопротивление линии ЛЭП‑110‑х*бл2

, (32)

где х0 – индуктивное сопротивление линии, Ом/км. х0 = 0,4 Ом/км;

ℓ – длина линии, км. ℓ = 4 км (согласно задания).

·  сопротивление трансформатора – х*бт3

, (33)

где uк% – напряжение короткого замыкания, %. uк% = 10,5% (по паспорту трансформатора);

Sн.тр. – номинальная мощность трансформатора, МВА. Sн.тр. = 32 МВА (по паспорту трансформатора).

Сворачиваем расчетную схему относительно точки короткого замыкания и составляем схему замещения.

Результирующее базисное сопротивление х*б.рез. составит:

х*б.рез. = х*б.с1 + х*б.л2 + х*б.т3 = 0,875 + 0,42 + 22,97 = 24,26

Находим сверхпереходный ток короткого замыкания в точке К‑1:

 кА (34)

Так как Sc. = Sб., то х*б.рас. = х*б.рез. = 24,26.

При хб.рас. > 3 точка К‑1 считается электрически удаленной от источника питания, поэтому установившееся значение тока короткого замыкания I¥ будет равно сверхпереходному току короткого замыкания I².

I¥ = I² = 7,94 кА

Действующее значение полного тока короткого замыкания за первый период Iу.:

Iу. = 1,52 ´ I² = 1,52 ´ 7,94 = 12 кА (35)

Максимальное значение ударного тока короткого замыкания iу:

iу. = 2,55 ´ I² = 2,55 ´ 7,94 = 20,24 кА (36)

Сверхпереходная мощность короткого замыкания S²:

S² =  ´ Uб. ´ I² =  ´ 10,5 ´ 7,94 = 144,4 МВА (37)

1.8.2 Расчет токов короткого замыкания на стороне 0,4 кВ

При расчете токов короткого замыкания на стороне 0,4 кВ, кроме индуктивного сопротивления силовых трансформаторов, шинопроводов, кабелей, проводов, учитываем также их активное сопротивление. Определяем сопротивление системы при U = 10,5 кВ:

 (38)

Все расчеты токов коротких замыканий ведем относительно ступениU = 0,4 кВ, поэтому приводим сопротивление системы при U = 10,5 кВ к ступени U = 0,4 кВ.

 (39)

Определяем сопротивление кабельной линии хк:

, (40)

где х0 – среднее значение реактивного сопротивления линии, Ом/км.

х0 = 0,08 Ом/км. [8]

 Ом

Так как активное сопротивление кабельной линии мало, то им пренебрегаем, считая, что rк. = 0.

Для расчета токов короткого замыкания определяем сопротивление отдельных участков электрической цепи на ступени 0,4 кВ: [8]

Сопротивление трансформатора ТП‑1000–10/0,4:

хтр = 8,56 мОм = 0,00856 Ом;

rтр = 1,95 мОм = 0,00195 Ом;

Сопротивление ШМА4–1600–44–1УЗ:

х0 = 0,17 мОм/м = 0,00017 Ом/м;

r0 = 0,031 мОм/м = 0,000031 Ом/м.

хшма = х0 ´ ℓ2 = 0,00017 ´ 5,2 = 0,000884 Ом;

rшма = r0 ´ ℓ2 = 0,000031 ´ 5,2= 0,0001612 Ом.

Сопротивление ответвления от ШМА к ШРА проводом АПВ 7 (1 ´ 95):

х0 = 0,06 мОм/м = 0,00006 Ом/м;

r0 = 0,28 мОм/м = 0,00028 Ом/м.

хапв1 = х0 ´ ℓ3 = 0,00006 ´ 18,5 = 0,00111Ом;

rапв1 = r0 ´ ℓ3 = 0,00028 ´ 18,5 = 0,00518 Ом.

Сопротивление ШРА4–400–32–1УЗ:

х0 = 0,1 мОм/м = 0,0001 Ом/м;

r0 = 0,13 мОм/м = 0,00013 Ом/м.

хшра = х0 ´ ℓ4 = 0,0001 ´ 22,75 = 0,002275 Ом;

rшра = r0 ´ ℓ4 = 0,00013 ´ 22,75 = 0,0029575 Ом.

Сопротивление ответвления от ШРА к электроприемнику проводом АПВ‑4 (1 ´ 16)

х0 = 0,07 мОм/м = 0,00007 Ом/м;

r0 = 2,08 мОм/м = 0,00208 Ом/м.

хапв2 = х0 ´ ℓ5 = 0,00007 ´ 3,6 = 0,000252 Ом;

rапв2 = r0 ´ ℓ5 = 0,00208 ´ 3,6 = 0,007488 Ом.

Составляем схему замещения, на которой показываем отдельные элементы схемы в виде активного и индуктивного сопротивлений.

Находим ток короткого замыкания в заданных точках по формуле:

 (41)

где zкз – полное сопротивление электрической цепи до заданной точки короткого замыкания, Ом.

 (42)

Находим ток короткого замыкания в точке К‑5:

 Ом

кА

Находим ток короткого замыкания в точке К‑4:

 Ом

 кА

Находим ток короткого замыкания в точке К‑3:

 Ом

 кА

Находим ток короткого замыкания в точке К‑2:

Для этого определяем сопротивление участка цепи на стороне 10 кВ в относительных базисных единицах:

х*б.рез.кз2 = х*б.расч. + х*б.к.

где х*б.расч. = 24,26;

х*б.к. – сопротивление кабельной линии, в относительных базисных единицах:

х*б.рез.кз2 = 24,26 + 0,76 = 25,02

Тогда ток короткого замыкания в точке К‑2 будет равен:

 кА

Для того, чтобы проверить селективность действия реле РТ‑81/1 ток короткого замыкания в точке К‑2 пересчитываем на U = 0,4 кВ по формуле:

 (43)

 кА

1.9 Выбор и расчет релейной защиты. Построение карты селективности

1.9.1 Выбор и расчет релейной защиты

Для защиты фидера 10 кВ предусматривается максимальнотоковая защита и токовая отсечка. Защиту выполняем на реле типа РТ‑80.

Ток срабатывания определяем по формуле:

 (44)

где Imax нагр. – максимальный ток нагрузки, который может проходить по защищаемому элементу в наиболее тяжелом режиме при аварийном отключении параллельно работающих трансформаторов и линии 10 кВ, А:

 (45)

 А

ктт – коэффициент трансформации тока:

;

кн. – коэффициент надежности. кн. = 1,6; [8]

ксх. – коэффициент схемы. ксх. = 1 (трансформаторы тока включены в неполную звезду); [8]

кр. – кратность тока нагрузки. кр = 2,2;

кв – коэффициент возврата реле. Для реле типа РТ‑80 кв = 0,85, но при кр > 1,6 кв не учитывается. [8]

А

Принимаем ток установки реле iуст. = 5 А. Определяем ток срабатывания защиты Iс.з., А:

 (46)

Определяем коэффициент чувствительности защиты кч.:

 (47)

Условие кч  1,5 выполняется.

Коэффициент чувствительности защиты, как резервной:

Iкз3(0,4) = 20,8 кА

 кА

Согласование защиты трансформатора ТП на стороне 0,4 кВ и фидера 10 кВ по току:

Для защиты принимаем реле типа РТ‑81/1: [9]

iн.уст. = (4 – 10) А, принимаем iуст. = 5 А;

tн.ср. = (0,5 – 4) с.

Время уставки срабатывания защиты tуст. определяется:

tуст. = tср.АВМ + t, (48)

где tср.АВМ – уставка времени срабатывания АВМ. tср.АВМ = 0,25 с;

t – ступень селективности. t = 0,75 с.

tуст. = 0,25 + 0,75 = 1 с

Таблица 10. Времятоковая характеристика реле РТ‑81/1

Ток отсечки отстраивается от тока короткого замыкания на низшей стороне трансформатора, ток короткого замыкания берется в конце защищаемого участка, т.е. на вводах 0,4 кВ трансформатора (К2).

 кА

 Ом

Ток токовой отсечки на стороне 0,4 кВ определяется по формуле:

Iто(0,4) = кн. ´ Iкз2, (49)

Iто(0,4) = 1,6 ´ 23,59 = 37,75 кА

Ток токовой отсечки на стороне 10,5 кВ составит:

 кА

Кратность тока токовой отсечки для выбранного реле РТ‑81/1 принимаем

кто = 5.

 (50)

1.9.2 Построение карты селективности ступеней МТЗ

Селективностью, другими словами избирательность, защиты называют способность защиты при токах короткого замыкания и перегрузках отключать только поврежденный участок сети ближайшим к месту повреждения защитным аппаратом. Во всех случаях нужно стремиться к тому, чтобы токи короткого замыкания отключались аппаратом защиты без выдержки времени. Это уменьшает размеры повреждений, снижает опасность возгорания изоляции, прожога труб.

Проверку селективности действия защиты осуществляем путем сопоставления их защитных характеристик, наносимых в одном масштабе на карту селективности. Карту селективности строят в логарифмическом масштабе, по оси X откладывают ток, А, а по оси Y – время. Далее на построенную сетку карты селективности наносим защитные характеристики выбранных аппаратов защиты для рассматриваемого участка сети с указанием их типов; откладываем величины Iн.дв., Iп.дв., Iн.шра, Iпик.шра. Затем величины токов короткого замыкания рассчитанных для рассматриваемого участка откладываем на карту селективности по шкале токов и восстанавливаем перпендикуляры. Выбранная защита считается селективной, если отношение времени срабатывания соответствует условию:

tбол./tмен. ³ (1,7 ¸ 3).

1.10 Выбор и проверка элементов высокого напряжения: ячейки КРУ и ее оборудования, высоковольтного кабеля к цеховой ТП

1.10.1 Выбор ячейки КРУ на ГПП

Принимаем к установке на РП ячейки типа КРУ‑2–10Э с выключателями ВМП‑10К с электромагнитным приводом ПЭ‑11. [2] ъ

1 Выключатель ВМП‑10К с электромагнитным приводом ПЭ‑11

2 Трансформатор ТПЛ‑10

3 Трансформатор ТЗЛ – 0,5

Рисунок 7

В ячейке установлены два трансформатора тока ТПЛ‑10. Для питания земляной защиты применяется трансформатор тока ТЗЛ. [2]

1.10.2 Выбор и поверка оборудования ячейки

1) Выбор и проверка высоковольтного выключателя

Исходные данные:

I» = I¥ = 7,94 кА; Uн.уст. = 10 кВ (по заданию) iу. = 20,24 кА S² = 144,4 МВА

Iраб. = 39 А; tф. = 0,25 с

По исходным данным выбираем выключатель ВМП‑10К.

Таблица 11 Технические данные выключателя ВМП‑10К

Проверяем выбор высоковольтного выключателя по следующим условиям:

а) по электрической прочности Uн.уст £ Uн.выкл.

Uн.уст. = 10 кВ = Uн.выкл. = 10 кВ

б) по нагреву в длительном режиме Iраб. £ Iн.выкл.

Iраб. = 39 А < Iн.выкл. = 600 А

в) поверка на динамическую устойчивость iу. £ imax

iу. = 20,24 кА < imax = 52 кА

г) поверка на отключающую способность S» £ Sпо (I» £ Iпо)

S» =144,4 МВА < Sпо = 350 МВА

I» = 7,94 кА < Iпо = 20 кА

д) проверка на термическую устойчивость I¥2 ´ tф £ It2 ´ t

I¥2 ´ tф = 7,942 ´ 0,25 = 15,8 кА2с < It2 ´ t = 142 ´ 10 = 1960 кА2с

Выбранный выключатель – ВМП‑10К подходит по всем условиям.

2) Выбор и проверка выключателя нагрузки

Исходные данные:

I» = I¥ = 7,94 кА; Uн.уст. = 10 кВ (по заданию) iу. = 20,24 кА S² = 144,4 МВА

Iраб. = 39 А; tф. = 0,25 с

По исходным данным выбираем выключатель ВНП3-17.

Таблица 12 Технические данные выключателя нагрузки ВНП3-17

Проверяем выбор выключателя нагрузки по следующим условиям:

а) по электрической прочности Uн.уст £ Uн.выкл.

Uн.уст. = 10 кВ = Uн.выкл. = 10 кВ

б) по нагреву в длительном режиме Iраб. £ Iн.выкл.

Iраб. = 39 А < Iн.выкл. = 50 А

в) поверка на динамическую устойчивость iу. £ imax

iу. = 20,24 кА < imax = 25 кА

г) поверка на отключающую способность S» £ Sпо (I» £ Iпо)

S» =144,4 МВА < Sпо = 300 МВА

I» = 7,94 кА < Iпо = 12 кА

д) проверка на термическую устойчивость I¥2 ´ tф £ It2 ´ t

I¥2 ´ tф = 7,942 ´ 0,25 =15,8 кА2с < It2 ´ t = 122 ´ 10 = 1440 кА2с

Выбранный выключатель нагрузки – ВНП3-17 подходит по всем условиям.

3) Выбор и проверка трансформатора тока

Для питания релейной защиты фидера от междуфазных коротких замыканий и токовых цепей измерительных приборов устанавливаем в фазах А и С трансформаторы тока типа ТПЛ‑10 . [5]

Вторичные обмотки соединены по схеме неполной звезды Ксх. = 1.

Таблица 11 Технические данные трансформаторы тока ТПЛ‑10

Проверяем выбор трансформатора тока по следующим условиям:

а) по электрической прочности Uн.уст £ Uн.тт

Uн.уст. = 10 кВ = Uн.тт = 10 кВ

б) по нагреву в длительном режиме Iраб. £ Iн1

Iраб. = 39 А < Iн1 = 200 А

в) поверка на динамическую устойчивость iу. £ Кд. ´ Iн1 ´

iу. = 20,24 кА < Кд. ´ Iн1 ´  =250 ´ 200 ´  = 70,71 кА

г) проверка на термическую устойчивость I¥2 ´ tф £ (Кt1 ´ Iн1)2 ´ t

I¥2 ´ tф = 7,942 ´ 0,25 = 15,8 кА2с < (Кt1 ´ Iн1)2 ´ t = (90 ´ 0,2)2 ´ 0,25 = 81 кА2с

Выбранный трансформатор тока удовлетворяет всем условиям. Окончательно принимаем трансформатор рока типа ТПЛ‑10 .

1.10.3 Расчёт и выбор высоковольтного кабеля U = 10 кВ к ТП

Для питания трансформаторов цеховой КТП от РП – 10 выбираем два кабеля марки ААБ, прокладываемые в траншее [2]

Выбор кабелей производим по четырём условиям:

а) по электрической прочности Uн.каб. ³ Uн.уст.

Uн.каб. = 10 кВ = Uн.уст. = 10 кВ

б) по нагреву в аварийном режиме Iдоп. ³ Iав.

Ток в аварийном режиме Iав., А:

Iав. = 1,3 ´  = 1,3 ´  = 75 А

Iдоп. = 75 А = Iав. = 75 А

Принимаем кабель ААБ‑10 1 (3 ´ 16), Iдоп. = 75 А

в) по экономической плотности тока S ³ Sэк.

Экономически целесообразное сечение, мм2 определяют по формуле:

Sэк. = , (51)

где jэк. – экономическая плотность тока, А/мм2. jэк = 1,4, Тм.а. = 4000 ч [2];

Iраб. – расчётный ток линии, А.

Iраб. = =  = 57,8 А

Sэк =  = 41,29 мм2

S = 50 мм2 > Sэк. = 41,29 мм2

Принимаем кабель ААБ‑10 1 (3 ´ 50), Iдоп. = 140 А

г) по термической устойчивости к токам короткого замыкания S ³ Sмин.

Минимальное сечение кабеля Sмин., мм2

Sмин. = I¥ ´ , (52)

где С – коэффициент, соответствующий разности выделенной теплоты в проводнике после и до короткого замыкания. С = 85; [2]

I¥ – действующее значение тока короткого замыкания, А. I¥ = 7,94 кА;

tф. – фиктивное время протекания тока короткого замыкания, с;

tф. = tф.п. + tф.а. (53)

где tф.п. – фиктивное время периодической составляющей Iкз, с;

tф.а. – фиктивное время апериодической составляющей Iкз, с.

Величину tф.п. находят по кривым зависимости: [2]

tф.п. = ¦ (b»; t)

b» = , (54)

где I». – сверхпереходное значение тока короткого замыкания, А.
I» = 7,94 кА;

I¥ – действующее значение тока короткого замыкания, А. I¥ = 7,94 кА;

b» =  = 1

t – действительное время действия токов короткого замыкания

t = tзащ. + tоткл., (55)

где tзащ. – время срабатывания защиты, с. tзащ. = 0,15 с;

tоткл. – время отключения выключателя, с. tоткл. = 0,09 с.

t = 0,15 + 0,09 = 0,24 с

tфп = 0,24 с [2]

Время апериодической составляющей Iкз равно:

tф.а. = 0,05 ´ b2 (56)

tф.а. = 0,05 ´ 1,2 = 0,05 с

tф. = 0,24 + 0,05 = 0,29 с

Sмин. = 7940 ´  = 47,6 мм2

S = 50 мм2 > 47,6 мм2

По термической устойчивости выбираем кабель ААБ‑10 1 (3 ´ 50),
Iдоп = 140 А

Окончательно исходя из всех условий проходит кабель ААБ‑10 1 (3 ´ 50), Iдоп = 140 А

1.11 Сведения по управлению, релейной защите автоматике и измерению электроэнергии

Различают следующие виды управления: дистанционное, местное и автоматическое.

·  Дистанционное управление – это управление на расстоянии нескольких сот метров, производится оператором, подающим команду с поста или щита управления путем замыкания специальным ключем цепи управления приводом выключателя, разъединителя или двигателя.

·  Местное управление – это управление приводом выключателя, разъединителя и другой аппаратуры непосредственно на месте.

·  Автоматическое управление – его используют в системе электроснабжения предприятий с большой потребляемой мощностью. Автоматическое управление осуществляется с помощью вычислительных машин управления ВМУ. Информация, поступающая в ВМУ, обрабатывается и используется для отключения и включения источников питания, регулирования нагрузок отдельных потребителей предприятия и выдачи о них соответствующих данных (мощность, напряжение и так далее), автоматической регистрации основных параметров системы электроснабжения, для предупреждения об аварийных режимах.

Общие сведения о релейной защите

Для непрерывного контроля за состоянием и режимом работы всех элементов системы электроснабжения на промышленных предприятиях применяется релейная защита, которая является основным видом электрической автоматики. Релейной защитой называют специальные защитные устройства

Основные условия надёжной работы релейной защиты следующие:

·  релейная защита должна обладать селективностью, то есть отключать только повреждённый участок;

·  релейная защита должна обладать достаточной чувствительностью ко всем видам повреждений;

·  релейная защита должна быть выполнена по наиболее простой схеме с наименьшим числом аппаратов и обладать достаточной надёжностью;

·  релейная защита должна иметь необходимую сигнализацию неисправностей в цепях питающих аппаратов релейной защиты;

·  релейная защита должна быть быстродействующей, т.е. повреждённый участок должен быть отключён как можно быстрее.

В схеме электроснабжения завода предусматриваются следующие виды защиты: а) силовых трансформаторах ГПП:

·  продольно – дифференциальная защита с действием на отключение элегазового выключателя и на отключение выключателей вводов 10 кВ;

·  МТЗ от внешних коротких замыканий с двумя выдержками времени;

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5