Из таблицы видно, что кабель идущий от ГПП до РП2 термически стойкий. Остальные КЛЭП увеличиваем до 120 мм2.
10. РАСЧЁТ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ
Распределительные сети 6-220 кВ промышленных предприятий обычно имеют простую конфигурацию и выполняются, как правило, радиальными или магистральными. Силовые трансформаторы подстанций на стороне низшего напряжения обычно работают раздельно. По этому промышленные электросети и электроустановки для своей защиты от повреждений и анормальных режимов в большинстве случаев не требуют сложных устройств релейной защиты. Вместе с тем особенности технологических процессов и связанные с ними условия работы и электрические режимы электроприёмников и распределительных сетей могут предъявлять повышенные требования к быстродействию, чувствительности и селективности устройств релейной защиты, к их взаимодействию с сетевой автоматикой: автоматическим включением резервного питания (АВР), автоматическим повторным включением (АПВ), автоматической частотной разгрузкой (АЧР).
Исходными данными определено произвести расчёт релейной защиты трансформаторов ПГВ.
Согласно [3] для трансформаторов, устанавливаемых в сетях напряжением 6 кВ и выше, должны предусматриваться устройства релейной защиты от многофазных коротких замыканий в обмотках и на выводах, однофазных коротких замыканий в обмотке и на выводах, присоединённых к сети с глухозаземлённой нейтралью, витковых замыканий в обмотках, токов в обмотках при внешних КЗ и перегрузках, понижений уровня масла в маслонаполненных трансформаторах и в маслонаполненных вводах трансформаторов.
10.1. Защита от повреждений внутри кожуха и от понижений уровня масла
Тип защиты — газовая, реагирующая на образование газов, сопровождающих повреждение внутри кожуха трансформатора, в отсеке переключателя отпаек устройства регулирования коэффициента трансформации (в отсеке РПН), а также действующая при чрезмерном понижении уровня масла. В качестве реле защиты в основном используются газовые реле. При наличии двух контактов газового реле защита действует в зависимости от интенсивности газообразования на сигнал или на отключение.
Типовыми схемами защиты предусматривается в соответствии с требованиями ПУЭ возможность перевода действия отключающего контакта газового реле (кроме реле отсека РПН) на сигнал и выполнения раздельной сигнализации от сигнального и отключающего контактов реле. Газовое реле отсека РПН должно действовать только на отключение.
При выполнении газовой защиты с действием на отключение принимаются меры для обеспечения надёжного отключения выключателей трансформатора при кратковременном замыкании соответствующего контакта газового реле.
Газовая защита установлена на трансформаторах ГПП и на внутрицеховых трансформаторах мощностью 630 кВА и более. Применяем реле типа РГУЗ-66.
Защита от повреждений внутри кожуха трансформатора, сопровождающихся выделением газа, может быть выполнена и с помощью реле давления, а защита от понижения уровня масла — реле уровня в расширителе трансформатора.
10.2. Защита от повреждений на выводах и от внутренних повреждений трансформатора
Для этой цели будем использовать продольную дифференциальную токовую защиту, действующую без выдержки времени на отключение повреждённого трансформатора от неповреждённой части электрической системы с помощью выключателя. Данная защита осуществляется с применением реле тока, обладающих улучшенной отстройкой от бросков намагничивающего тока, переходных и установившихся токов небаланса. Согласно рекомендациям [3] будем использовать реле с торможением типа ДЗТ-11. Рассматриваемая защита с реле ДЗТ-11 выполняется так, чтобы при внутренних повреждениях трансформатора торможение было минимальным или совсем отсутствовало. Поэтому тормозная обмотка реле обычно подключается к трансформаторам тока, установленным на стороне низшего напряжения трансформатора.
Произведём расчёт продольной дифференциальной токовой защиты трансформаторов ПГВ, выполненной с реле типа ДЗТ-11.
Для этого сначала определим первичные токи для всех сторон защищаемого трансформатора, соответствующие его номинальной мощности:
(10.2.1)
где SHOM— номинальная мощность защищаемого трансформатора, кВА;
UHOM.CP—номинальное напряжение соответствующей стороны, кВ. Ток для высшей стороны напряжения:
для низшей стороны напряжения:
Применяем трансформаторы тока с nтвн=50/5 и nтнн=1000/5. Схемы соединения трансформаторов тока следующие: на высшей стороне , на низшей стороне — Y.
Определим соответствующие вторичные токи в плечах защиты:
(10.2.2)
где Ксх — коэффициент схемы включения реле защиты, который согласно [3] для ВН равен, для НН - 1 .
Тогда с использованием выражения (10.2.2):
Выберем сторону, к трансформаторам тока которой целесообразно присоединить тормозную обмотку реле. В соответствии с [9]на трансформаторах с расщеплённой обмоткой тормозная обмотка включается на сумму токов трансформаторов тока, установленных в цепи каждой из расщеплённой обмоток.
Первичный минимальный ток срабатывания защиты определяется из условия отстройки от броска тока намагничивания:
(10.2.3)
где Котс-1,5 — коэффициент отстройки.
Iс.3=1,5·50,2=75,3 А.
Расчётный ток срабатывания реле, приведённый к стороне ВН:
Расчётное число витков рабочей обмотки реле, включаемых в плечо защиты со стороны ВН:(10.2.4)
где Fcp=100 — магнитодвижущая сила срабатывания реле, А.
Согласно условию WBH WBHpacnпринимаем число витков WBH=8, что соответствует минимальному току срабатывания защиты :
Расчётное число витков рабочей обмотки реле, включаемых в плечо защиты со стороны НН:
Принимаем ближайшее к WHHpacчцелое число, то есть WHH=13.
Определим расчётное число витков тормозной обмотки, включаемых в плечо защиты со стороны НН:
(10.2.6)
где =0,1 — относительное значение полной погрешности трансформатора тока;
u— относительная погрешность, обусловленная РПН, принимается равной половине суммарного диапазона регулирования напряжения;
— угол наклона касательной к тормозной характеристике реле типа ДЗТ-11, tg a=0,75. Для ТДН-10000/110 u=0,16
Согласно стандартного ряда, приведённого в [3], принятое число витков тормозной обмотки для реле ДЗТ-11 wT=7.
Определим чувствительность защиты при металлическом КЗ в защищаемой зоне, когда торможение отсутствует. Для этого определим ток КЗ между двумя фазами на стороне НН трансформатора:
Коэффициент чувствительности:
(10.2.7)
> 2, что удовлетворяет условиям.
Определим чувствительность защиты при КЗ в защищаемой зоне, когда имеется торможение. Вторичный ток, подводимый к рабочей обмотке реле:
(10,2,8)
Вторичный ток, подводимый к тормозной обмотке:
Рабочая МДС реле:
(10.2.9)
Fраб=70.5·7=493.5А. Тормозная МДС рле:
FТОР=IТОР·WТОР, (10.2.10)
FТОР=2,1·7=14,7 A.
По характеристике срабатывания реле, приведённой в [10], графически определяем рабочую МДС срабатывания реле: Fc.p=100 A. Тогда коэффициент чувствительности:
(10.2.11)
>1,5;что удовлетворяет условиям.
10. 3. Защита от токов внешних многофазных КЗ
Защита предназначена для отключения внешних многофазных КЗ при отказе защиты или выключателя смежного повреждённого элемента, а также для выполнения функций ближнего резервирования по отношению к основным защитам трансформатора (дифференциальной и газовой). В качестве защиты трансформатора от токов внешних КЗ используются: 1 токовые защиты шин секций распределительных устройств низшего и среднего напряже-
ний, подключенных к соответствующим выводам трансформатора;
2. максимальная токовая защита с пуском напряжения, устанавливаемая на стороне высшего напряжения защищаемого трансформатора.
Защита, установленная на стороне ВН, выполняется на двухобмоточных трансформаторах с двумя, а на трёхобмоточных с тремя реле тока. Реле присоединяются ко вторичным обмоткам ТТ, соединённым, как правило, в треугольник.
Непосредственное включение реле защиты от токов внешних КЗ в токовые цепи дифференциальной защиты не допускается.
Расчёт МТЗ.
Ток срабатывания защиты МТЗ-1 на стороне НН.
(10.3.1)
где Ко=1,2—коэффициент отстройки реле;
Кв=0,85—коэффициент возврата реле РТ-40;
Ксз=2,3—коэффициент самозапуска секции шин потерявшей питание;
Ток срабатывания защиты МТЗ-2 на стороне ВН:
(10.3.2)
Ток срабатывания реле на стороне ВН:
(10.3.4)
Коэффициент чувствительности МТЗ-2
(10.3.5)
Ток срабатывания реле МТЗ на стороне НН:
(10.3.6)
Коэффициент чувствительности защиты в основной зоне:
(10.3.7)
Условие чувствительности выполняется.
Коэффициент чувствительности защиты в резервной зоне:
,
чувствительности защиты в резервной зоне обепечивается.
10.4. Защита от токов внешних замыканий на землю на стороне ВН
Защита предусматривается для трансформаторов с глухим заземлением нейтрали обмотки высшего напряжения при наличии присоединений синхронных электродвигателей в целях резервирования отключения замыканий на землю на шинах питающей подстанции и для ускорения отключения однофазного КЗ в питающей линии выключателями низшего напряжения трансформатора. Реле максимального тока защиты подключается к трансформатору тока, встроенному в нулевой вывод обмотки ВН трансформатора.
10.5. Защита от токов перегрузки
Согласно [3] на трансформаторах 400 кВА и более, подверженных перегрузкам, предусматривается максимальная токовая защита от токов перегрузки с действием на сигнал с выдержкой времени. Устанавливается на каждой части расщеплённой обмотки. Продолжительность срабатывания такой защиты должна быть выбрана примерно на 30% больше продолжительности пуска или самозапуска электродвигателей, получающих питание от защищаемого трансформатора, если эти процессы приводят к его перегрузке.
Расчёт тока срабатывания от перегрузки.
ток срабатывания от перегрузки равен:
(10.5.1)
где kотс=1,05, для реле РТ-40.
Kв=0,85, коэффициент возврата реле РТ-40
ток срабатывания реле равен:
(10.5.2)
11. РАСЧЁТ ЗАЗЕМЛЯЮЩЕГО УСТРОЙСТВА
Защитное заземление необходимо для обеспечения безопасности персонала при обслуживании электроустановок. К защитному заземлению относятся заземления частей установки, нормально не находящиеся под напряжением, но которые могут оказаться под ним при повреждении изоляции. Заземление позволяет снизить напряжение прикосновения до безопасного значения.
Произведём расчёт заземляющего устройства подстанции ГПП.
Установим необходимое допустимое сопротивление заземляющего устройства. В данном случае заземляющее устройство используется одновременно для установок выше 1000 В с заземлённой нейтралью и изолированной нейтралью. Согласно [12] сопротивление растекания R3для установок выше 1000 В с заземлённой нейтралью R3< 0,5 Ом, а для установок выше 1000 В с изолированной нейтралью R3<
, но не более 10 Ом. Из двух сопротивлений выбираем наименьшее, то есть R, < 0,5 Ом.
Определим необходимое сопротивление искусственного заземлителя Rи. Так как данных о естественных заземлителях нет, то Rи=Rз=0,5 Ом.
Выберем форму и размеры электродов, из которых будет сооружаться групповой заземлитель. В качестве вертикальных электродов выбираем прутки диной 5 м диаметром 14 мм. Эти заземлители наиболее устойчивы к коррозии и долговечны. Кроме того, их применение приводит к экономии металла. Прутки погружаем в грунт на глубину 0,7 м с помощью электрозаглубителей. В качестве горизонтальных электродов применяем полосовую сталь сечением 4x40 мм. Во избежание нарушения контакта при возможных усадках грунта укладываем её на ребро. Соединение горизонтальных и вертикальных электродов осуществляем сваркой.
Размеры подстанции 37x28 метров. Тогда периметр контурного заземлителя равен р=2·(37-4+28-4)=114 м, а среднее значение расстояния между электродами:
(11.1)
где nв=60 — предварительное число вертикальных электродов.
Отношение а/1= 1,9/5=0,38, тогда из [12] коэффициент использования вертикальных электродов Ки верт=0,29.
Определим расчётное удельное сопротивление грунта отдельно для горизонтальных и вертикальных электродов с учётом повышающих коэффициентов Кс, учитывающих высыхание грунта летом и промерзание его зимой.
Расчётное удельное сопротивление грунта для вертикальных электродов:
расч.верт=Кс.в·о(11.2)
где Кс.в=1,3 — коэффициент сезонности для вертикальных электродов и климатической зоны 2 согласно [12];
о=40 — удельное сопротивление грунта для глины, Ом-м.
Расчётное удельное сопротивление грунта для горизонтальных электродов:
расч.гор=Кс.в·о (11.3)
где Кс.г=3 — коэффициент сезонности для горизонтальных электродов и климатической зоны 2 согласно [12];
расч.верт=1,3·40=52 Ом·м; расч.гор=3·40=:120 Ом·м.
Определим сопротивление растеканию тока одного вертикального электрода:
(11.4)
где 1=5 — длина вертикального электрода, м;
d=14-10-3—диаметр электрода, м;
t=3,2 — расстояние от поверхности грунта до середины электрода, м;
Определим примерное число вертикальных электродов п„ при предварительно принятом коэффициенте использования вертикальных электродов Ки.верт=0,29:
,принимаем nв=80.
Определим сопротивление растеканию тока горизонтального электрода:
(11.6)
где l=114 — длина горизонтального электрода, м;
t=3,2 — глубина заложения , м;
d3 — эквивалентный диаметр электрода, м; d3=0,5·b=0,5·0,04=0,02 м;
Уточнённые значения коэффициентов использования: Ки.верт=0,276;
Ки.гор=0,161, тогда уточнённое число вертикальных электродов с учётом проводимости горизонтального электрода:
, (11.7)
, принимаем nву=81.
100%= 1,25 %, отличие меньше 10%, следовательно, окончательное число вертикальных электродов — 81.
Для выравнивания потенциала на поверхности земли с целью снижения напряжения прикосновения и шагового напряжения на глубине 0,7 м укладываем выравнивающую сетку с размером ячейки 6,6x6 метров. План подстанции с контурным заземлителем представлен на рисунке
Рисунок 21. Заземление ПГВ
68
Охрана труда
Раздел 1
1 Повышенное значение тока и напряжения в электрической цепи
Для персонала электрохозяйств важнейшим вопросом охраны труда является электробезопасность представляющая собой систему организационных и технических мероприятий и средств, обеспечивающих защиту людей от вредного и опасного воздействия электрического тока, электрической дуги, электромагнитного поля и статического электричества (ГОСТ 12.1.009-76 ССБТ).
К числу опасных и вредных факторов ГОСТ 12.01.003-74 ССБТ относятся повышенное значение напряжения в электрической цепи, замыкание которой может произойти через тело человека, повышенный уровень статического электричества, электромагнитных излучений, повышенную напряжённость электрического и магнитного полей. Электрический ток и электрическая дуга могут вызвать повреждение организма-электротравму.
Возникновение электрической цепи через тело человека возможно в случаях:
а) однофазного прикосновения неизолированного от земли человека к одной фазе электроустановки, находящейся под напряжением;
б) двухфазного прикосновения человека к двум фазам электроустановки, находящейся под напряжением;
в) приближение на опасное расстояние человека к неизолированным токоведущим частям электроустановки, находящейся под напряжением, в результате искрового разряда через человека;
г) прикосновение человека неизолированного от земли к металлическим корпусам электрооборудования оказавшегося под напряжением;
д.) включение человека, находящегося в зоне растекания тока замыкания на землю, на “Напряжение шага’’.
е.) воздействие атмосферного электричества при грозовых разрядах.
ж.) прикосновения к накопителям электрической энергии отключенным от питающей сети (БСК, кабельные или воздушные линии, дугогасящие катушки.
Электрический ток в теле человека обуславливает преобразование поглощённой организмом электрической энергии в другие виды и производит термическое, электролитическое, механическое и биологическое дейсвие.
Наиболее опасным видом электротравмы является электрический удар–поражение организма, при котором наблюдаются явления паралича мышц опорно-двигатетельного аппарата, мышц грудной клетки, мышц желудочков сердца.
Различают три ступени воздействия тока при прохождении через организм человека : ощутимый ток –вызывающий ощутимые раздражения; неотпускающий ток–вызывающий непреодолимые судорожные сокращения мышцруки в которой зажат проводник; фибриляционный ток –вызывающий фибриляцию сердца.
Их наименьшие значения называются пороговыми. Так на пример переменный ток промышленной частоты 50Гц имеет пороговые значения: 2мА –ощутимый, 10–15мА –неотпускающий; 100мА– фибриляционный. Ток более 5А вызывает паралич сердца, удушье и тяжёлый ожёг. Основными критериями электробезопасности в промышленных установках являются:
1. допустимый ток Iчел.допв зависимости от времени воздействия t,с Iчел.доп;
2. допустимый ток Iчел.доп,равный или меньший 6мА при времени воздействия больше 1с, Iчел.доп;
3. допустимый ток Iчел.доп,равный или меньший 0,3мА при времени воздействия не более 10минут в сутки, при нормальном режиме работы электроустановки нормируется также напряжение прикосновения В, напряжение между двумя точками цепи тока которых одновременно касается человек:
при t1c; Uпр.доп36 В при t1с.
2. Повышенный уровень электромагнитных излучений
В технологии ряда производств используют высокочастотные электромагнитные поля (ЭМП), в частности для быстрого разогрева различных материалов при их термической обработке.
В процессе эксплуатации промышленных термических ВЧ установок не исключены частичные утечки электромагнитной энергии в ближайшее пространство, а следовательно, есть опасность воздействия на людей.
Воздействие на живую ткань организма, ЭМП вызывает переменную поляризацию молекул и атомов, составляющих клетки, в результате чего происходит опасный их нагрев. Избыточная теплота может нанести вред отдельным органам и всему организму человека. Особенно вреден перегрев таких органов как глаза, мозг, почки и т.д. Возможны также нарушение функций сердечно-сосудистой и нервной системы. Электромагнитные излучения в зависимости от частоты колебаний подразделяются на несколько диапазонов. К диапазону низких частот относятся ЭМП промышленной частоты (50 Гц), которые заметно проявляются в электроустановках сверхвысоких напряжений, более 400кВ–на линиях электропередач, в распределительных устройствах электростанций. Их воздействие оценивается значением электрической составляющей, оказывающей влияние главным образом на нервную систему человека.
Область распространения ЭМП от источника его излучения условно разделяют на три зоны. Ближняя (зона индукции) имеет радиус от излучателя, равного примерно 1/6 длины волны. Дальняя зона начинается с расстояния от излучателя равного примерно шести длинам волны, между ними находится промежуточная зона. В ближней и промежуточной зоне волна ещё не сформировалась, по этому интенсивность поля оценивается по электрической напряжённости поля (В/м) и магнитной составляющей (А/м).
В дальней волновой зоне поле оценивается не по напряжённостям, а по плотности потока энергии.
Степень вредного действия ЭМП зависит от диапазона его частоты, интенсивности поля, продолжительности облучения, характера излучения (непрерывное или модулированное), режима облучения, размеров облучаемой поверхности тела и индивидуальных особенностей человека.
Нормируемыми параметрами ЭМП в диапазоне частот от 60кГц до 300МГц согласно ГОСТ 12.1.006-84 ССБТ являются напряжённости Е и Н, поскольку практически человек находится в зоне индукции в которой преобладает электрическая и магнитная составляющие поля в зависимости от вида излучателя.
Предельно допустимая напряжённость ЭМП на рабочем месте не должна превышать в течении рабочего дня следующих значений (табл. 1):
По электрической составляющей |
По магнитной составляющей |
f,МГц 0,06-3 3-30 30-50 50-300 |
f,МГц 0,06-15 30-50 |
Е,В/м 50 20 10 5 |
Н,А/м 5 0,3 |
В диапазоне более высоких частот от 300МГц до 300ГГц предельно допустимая плотность потока энергии (ППЭ) с учётом времени работы не должна превышать 200мкВт•ч/см2.
Для электроустановок промышленной частоты сверхвысокого напряжения (400кВ и выше) облучение электрическим полем регламентируется ГОСТ 12.1.002–84 ССБТ. По значению напряжённости электрического поля Е и продолжительности пребывания в нём человека в течении суток.
