Реконструкция электроснабжения колхоза "Прогресс"

Fмин = = 19,6 мм2.

Сравниваем полученное сечение с выбранным ранее А35, сечение которого составляет 35 мм2, т.е. выполняется условие

Fмин = 19,6 мм2 < Fкаб = 35 мм2.

Таким образом, кабель, выбранный ранее для линии 1 по экономической плотности тока, по термической стойкости также проходят.

3.4 Выбор трансформаторной подстанции

Принимаем для электроснабжения фермы в с. Медведово трансформарную подстанцию закрытого типа на два трансформатора 10/0,4кВ типа В-42-5-400М4 с АВР. Конструкция подстанции включает двухэтажное здание, силовые трансформаторы Т1 и Т2 мощностью по 160 кВА, РУ 10кВ и щит 0,4кВ. Конструкция здания позволяет использовать трансформаторы мощностью до 400 кВА для перспективного увеличения нагрузки.

РУ 10кВ расположено на 2-м этаже здания и укомплектовано камерами одностороннего обслуживания типа КСО-366. Дя резервного ввода установлены две камеры КСО-272.

Щит 0,4 кВ расположен на 1-м этаже и укомплектован панелью отходящих линий и распределительными панелями серии ЩО70. Здесь же смонтированы групповые щитки электрического освещения, обогрева и вентиляции, кнопочный пост управления и магнитный пускатель аварийной вентиляции, а также шкафы счётчиков электроэнергии и трансформатор 220/36В ремонтного освещения. Защита групповых щитков выполнена плавкими предохранителями. Для обогрева счётчиков электроэнергии использованы лампы накаливания 100 Вт 220В. Технологический обогрев камер КСО – 366 и КСО – 272 в РУ 10кВ производится двумя электропечами, включаемыми автоматически при температуре в помещении подстанции ниже -200С. Аварийная вытяжная вентиляция, осуществляется в соответствии с ПУЭ [5], и рассчитана на 5-кратный обмен воздуха в течение часа.

В камерах силовых трансформаторов размещены разрядники РВН-1У1, которые присоединены к выводам 0,4кВ. В силовых цепях РУ 10кВ устанавливаем выключатели нагрузки ВНР-10 и ВНР-10п, а также масляный выключатель ВМПП-10 с разъединителями типа РВФЗ-10.

Заземление секций сборных шин 10кВ (принята одинарная, разделённая на две секции система шин) выполнено стационарными заземляющими ножами РВ-10. Разрядники и трансформаторы напряжения (для учёта электроэнергии на стороне 10кВ) подключены через разъединители типа РВЗ-10.

Конструкция подстанции 10/0,4 кВ с трансформаторами представлена на рис. 3.12. Принципиальная схема цепей подстанции приведена на рис. 3.13. Для выбора трансформаторов тока в РУ-10 кВ определим расчётный ток в линии 10 кВ:

Iр = ; Iр =  = 9,2 А.

Принимаем к установке трансформаторы тока ТП-10 с коэффициентом трансформации

кТ = 30/5 = 6.

Присоединение 4-х линий к шинам 0,4 кВ предусмотрено через рубильники и предохранители. Сечение сборных шин щита 0,4 кВ принято из расчёта максимально возможной мощности силового трансформатора 400 кВА с учётом перегрузки до 40% и проверкой на динамическую и термическую устойчивость при трёхфазном КЗ.

Предусмотрено АВР на шинах 0,4 кВ включением секционного автомата при пропадании напряжении на одной из секций шин 0,4 кВ или отключении одного из силовых трансформаторов.

АВР 10 кВ реализуется выключателем Q3 на резервном вводе (рис. 3.13) после отключения рабочего ввода выключателем нагрузки Q4.

3.5 Расчёт релейной защиты подстанции

Для защиты трансформаторов Т1 и Т2 подстанции выполним расчёт токовой отсечки мгновенного действия. Исходные данные для расчёта и расчётная схема : линия 10 кВ выполнена проводом А50 (r0 = 0,588 Ом/км, х0 = 0,42 Ом/км), нагрузка – трансформатор ТМ160/10/0,4.

Принимаем для защиты вторичное реле прямого действия РТМ и сопутствующие ему параметры: кн = 1,4; ксх = 1(схема соединения трансформаторов тока – «неполная звезда»). Принимаем также трансформаторы тока ТПЛ-10 с коэффициентом трансформации кТ = 30/5 = 6.

Уставку тока срабатывания для реле РТМ принимаем из условий [4]

;

.

Рассчитаем полное сопротивление трансформатора:

ZT = ;

ZT = 28,1 Ом.

Определим полное сопротивление линии 10 кВ:

Zл = ;

Zл = 3,6 Ом.

Тогда ток трёхфазного КЗ в точке К1:

;

182 А.

Для определения суммарного намагничивающего тока трансформаторов учтём, что от одной линии питаются два трансформатора, следовательно:

;

18,5А.

Ток уставки за выключателем Q1:

IТО ³ = 42,5 А;

IТО ³ =13,9 А.

Принимаем большее значение тока уставки токовой отсечки 42,7 А.

Чувствительность токовой отсечки защиты трансформаторов к двухфазным КЗ

кч = ;

кч = 3,18.

Полученное значение чувствительности токовой отсечки больше значения 1,5, которое требуется для надёжной защиты трансформаторов. Следовательно, выбранные параметры и выполненный расчёт можно считать удовлетворительным.

4. Молниезащита и заземление электрооборудования подстанции

4.1 Защита подстанции от перенапряжений

Перенапряжения в электрических сетях могут быть грозовыми, возникающими при ударах молнии, например, в линию электропередачи или вблизи неё, и внутренними, которые связаны с коммутациями в аппаратах управления, дуговыми замыканиями на землю и резонансными явлениями.

Проектирование защиты от грозовых перенапряжений сводится к обоснованному выбору длины защищаемых подходов линий к подстанции, трубчатых разрядников, устанавливаемых на этих линиях, а также выбору числа мест установки и типа вентильных разрядников на подстанции.

В сетях 10 кВ, работающих с изолированной нейтралью, следует предусматривать предотвращение самопроизвольного смещения нейтрали включением в цепь вторичной обмотки трансформаторов напряжения, соединённой в разомкнутый треугольник, резистор сопротивлением 25 Ом и мощностью 400 Вт.

Принимаем для защиты подходов к подстанции питающих линий электропередачи 10 кВ от грозовых перенапряжений на рабочем и резервном вводах в подстанцию комплекты разрядников типа РДИ, разработанных в ОАО «НПО Стриммер». Разрядный элемент РДИ, вдоль которого развивается скользящий разряд, имеет длину, превышающую в несколько раз длину импульсного перекрытия защищаемого изолятора линии. Эта особенность обеспечивают более низкое разрядное напряжение при грозовом импульсе по сравнению с разрядным напряжением защищаемой изоляции. Сочетание большой длины с низким напряжением искрового разряда приводит к тому, что вероятность установления дуги КЗ практически сводится к нулю.

Согнутый петлей изолированный металлический стержень при помощи зажима прикреплен к штырю изолятора. В средней части петли поверх изоляции установлена металлическая трубка на некотором расстоянии от провода линии. Потенциал петли и опоры одинаков, а между металлической трубкой и металлической жилой петли относительно большая емкость. Из-за этого все перенапряжение, приложенное между проводом и опорой, оказывается приложенным между проводом и трубкой. При значительном перенапряжении искровой промежуток пробивается, и перенапряжение прикладывается между трубкой и металлической жилой петли к её изоляции. Под действием перенапряжения с трубки вдоль поверхности петли, по-одному или по обоим ее плечам, развивается скользящий разряд. Он развивается до тех пор, пока не замкнётся на узле крепления, гальванически связанном с опорой. Благодаря большой длине перекрытия по поверхности петли импульсное перекрытие не пере ходит в силовую дугу промышленной частоты.

Вследствие эффекта скользящего разряда вольтсекундная характеристика разрядника расположена ниже, чем изолятора, т.е. при воздействии грозового перенапряжения разрядник перекрывается, а изолятор нет.

Защиту РУ – 10 кВ трансформаторной подстанции от внутренних перенапряжений, коммутационных или резонансных явлений, а также от дуговых замыканий на землю выполним комплектами вентильных разрядников типа РВО-10.

4.2 Защита подстанции от прямых ударов молнии

Для защиты подстанции от прямых ударов молнии осуществляют стержневыми молниеотводами. ПУЭ [2] допускают установку стержневых молниеотводв на линейных порталах подстанций вместо отдельных фундаментов. Расчёты защиты молниеотводами сводятся к выбору их высоты, количества и мест установки при соблюдении условия, что всё обрудование подстанции попадает в зоны защиты. Размеры подстанции с трансформаторами 2х160 кВА составляют в плане 5,5 х 5 м2, высота здания hx = 7,6 м и высота силовых трансформаторов h = 4 м. Удельное сопротивление грунта площадки ρ = 150 Ом·м.

Ожидаемое число поражений молний за год незащищенного объекта

N = (l + 7h) · (m + 7h) · n · T · 10-6,

где n = 0,06 – число ударов молнии на 1 км2 земли за 1 ч. грозы, 1/(км2·ч);

 Т–средняя интенсивность грозовой деятельности в местности (60ч/год);

l – длина подстанции, м;

m – ширина подстанции, м;

h – наибольшая высота объекта, м.

N = (5,5 + 7·8,25) · (5 + 7·8,25) · 0,06 · 60 · 10-6 = 0,014 ударов/год.

Это значит, 1 удар может случиться за 7 лет, что недопустимо. При наличии защиты стержневым молниеотводом с вероятностью прорыва 10-2, т.е. один удар молнии из 100 может поразить защищаемый объект, поражение возможно лишь один раз в 240 лет.

Принимаем вариант защиты подстанции одним стержневым молниеотводом, установленном на концевой опоре высотой Н = 12 м. Определим высоту молниеотвода [3] из условия защиты угла подстанции на высоте hx = 7,6 м, при расстоянии между опорой и подстанцией 5 м. Из схемы компоновки подстанции найдём требуемый радиус защиты до точки А:

rx1 = 10,7 м.

Используя выражение, связывающее радиус защиты с высотой молниеотвода h, запишем равенство

10,7 = ,

которое преобразуем в квадратное уравнение:

1,6h2 -14,86h – 27,82 = 0.

Решая уравнение, находим высоту молниеотвода

h ≈ 10,8 м.

Требуемая высота молниеотвода оказалась меньше высоты опоры.

Принимаем h = 13 м, добавив к опоре металлический штырь с h=1 м.

Радиус защиты этого молниеотвода на высоте hх = 4 м равен

rx2 = ;

rx2 = 11 м.

Необходимый радиус, найденный из рис. 4.2

rx2 = 7,6 м

оказывается меньше расчётного, следовательно, рассматриваемая точка попадает в зону защиты молниеотвода. Окончательно принимаем высоту стержневого молниеотвода h = 13 м.

Сопротивление растеканию тока грозового разряда:

Rр = α·R,

где R = 0,5 Ом – сопротивление заземления при стационарном режиме;

 α- импульсный коэффициент, который зависит от тока заземлителя и удельного сопротивления грунта (при ρ=150 Ом·м α= 0,8).

Тогда Rр = 0,8·0,5 = 0,4 Ом.

4.3 Расчёт заземляющего устройства подстанции

Для защиты обслуживающего персонала от опасных напряжений и присоединения средств защиты от грозовых разрядов выполняем одно общее заземляющее устройство.

Площадь подстанции составляет 5,5 х 5 = 27,5 м2. Принимаем к установке сетчатый заземлитель с размерами S = 5 х 4,5 м2, помимо внешнего замкнутого горизонтального контура состоящий из lБ = 3 продольных полос вдоль длинной стороны и lМ = 4 поперечных полос вдоль короткой стороны. К сетке присоединяем 12 вертикальных электродов длиной lв = 3м.

Верхний слой земли толщиной h1 = 2м состоит из грунта (глина полутвердая) с удельным сопротивлением ρ1=60 Ом∙м, сопротивление нижнего слоя земли ρ2=30 Ом∙м (суглинок пластичный). Принимаем глубину заложения горизонтальных заземлителей t = 0,8м.

Ток однофазного КЗ, стекающий с заземлителя, принимаем приблизительно I(1)кз ≈ 0,5∙ I(3)кз на шинах 10 кВ подстанции, т.е. I(1)кз ≈ 100 А.

 Так как отношение ρ1/ρ2 = 60/30 = 2, то при расчёте будем учитывать двухслойность земли.

Определим параметр эффективной площади заземлителя

4,7 м.

Находим отношение

 0,8.

Так как найденное отношение 0,8 ≥ 0,5 , то безразмерный параметр А определяем по эмпирической формуле [5]:

А = 0,444 – 0,84 ;

А = 0,444 – 0,84 ·0,8 = - 0,228.

Суммарную длину всех элементов заземлителя определяем как:

L = nБlБ + nМlМ + nвlв .

Следовательно, суммарная длина элементов заземлителя составит

L = 3·5 + 4·4,5 + 12·3 = 69 м.

Эквивалентное удельное сопротивление грунта по формуле:

,

где α, β – коэффициенты, численно равные при ρ1> ρ2 α = 3,6 и β = 0,1. Тогда

 = 53,3 Ом.

Сопротивление сетчатого заземлителя в двухслойном грунте:

.

Тогда

 = - 0,26 + 0,77 = 0,51 Ом.

Чтобы не предусматривать мер по предотвращению выноса опасных потенциалов за пределы подстанции, напряжение на заземляющем устройстве при стекании с него тока замыкания не должно превышать Uз.доп=5 кВ.

Проверяем действующее напряжение на заземляющем устройстве с учётом тока однофазного КЗ, стекающего с заземлителя:

;

Uз = 100·0,51 = 51 В.

5. Организация эксплуатации электрооборудования

5.1 Обоснование и расчёт структуры электротехнической службы

Основная задача энергетического хозяйства – электротехнической службы (ЭТС) - состоит в обеспечении бесперебойного электроснабжения предприятия, надёжной и экономичной работы электрооборудования.

Управление энергетическим хозяйством, в том числе ЭТС осуществляется главным энергетиком, подчинённым руководителю хозяйства. Функции главного энергетика обусловлены действующими «Правилами технической эксплуатации электроустановок».

Чтобы определить к какой категории относится организационная структура управления энергохозяйством, необходимо найти сумму условных единиц (баллов), которые определяются в зависимости от годового потребления объектом электрической энергии, тепла и воды.

Годовое потребление тепла (Qг) определяется формулой:

, Гкал/год,

где Wг - годовое потребление электроэнергии (по данным табл. 1.2 дипломного проекта Wг = 217,7 тыс. кВт·ч);

Кэт. - энерготепловой коэффициент (принимаем Кэт.= 0,5 тыс. кВт/Гкал).

Следовательно,

Qг = 217,7/0,5 = 435,4 Гкал/год.

Количество воды, потреблённой объектом за год:

Дг = кп·Qг,

где кп = 0,85 м3/Гкал – коэффициент, учитывающий объём воды, расходуемый на единицу тепловой энергии.

Имеем годовой расход воды

Дг = 0,85·435,4 = 370 м3/год.

Расчёт суммы единиц (баллов) для определения категории энергослужбы предприятия выполнен в таблице 5.1.

Таблица 5.1 - Расчёт суммы условных единиц энергетического хозяйства

Сумма условных единиц (баллов), определяемая таблицей 5.1, равна 4, следовательно, ферма относится ко II категории энергослужбы. В энергослужбе II категории обслуживание электрооборудования и сетей производится электроучастком. В качестве руководителя энергослужбы II категории в хозяйстве рекомендуется иметь старшего инженера-электрика на правах энергетика. Однако, учитывая, что рассматриваемая ферма составляет лишь одно из подразделений хозяйства, принимаем в качестве руководителя ЭТС главного энергетика.

Численность персонала ЭТС, осуществляющего техническое обслуживание и текущий ремонт, определяется на основании годовых трудозатрат на ремонт и техническое обслуживание электрооборудования и сетей системы электроснабжения предприятия, определяемых из выражений.

, чел.·ч;

, чел.·ч,

где - годовые трудозатраты на текущий ремонт и техническое обслуживание;

т – количество единиц однотипного оборудования;

Тц – продолжительность ремонтного цикла, лет;

ТТ – продолжительность межремонтного периода, мес.;

Нк – норма трудозатрат на капитальный ремонт единицы оборудования;

НТ – норма трудозатрат на текущий ремонт единицы оборудования;

bсм – коэффициент, учитывающий сменность работы оборудования, который принимается при двухсменной работе оборудования равным единице;

Ксм – количество смен работы оборудования;

Ксл = 0,1 – коэффициент сложности технического обслуживания.

Принимаем число единиц электрооборудования в целом с учётом фермского – 150. Годовые трудозатраты на техническое обслуживание составят

UТО = 2·0,1·12·357 = 856,8 чел.·час.

Берём с учётом фермского электрооборудования UТО ≈ 1600 чел.·час.

Годовые трудозатраты на текущий ремонт (берём из таблицы 5.2)

UТР = 158 чел·час.

Берём с учётом фермского электрооборудования UТР ≈ 320 чел.·час.

Годовые трудозатраты на ремонт и техническое обслуживание

U = UТО + UТР ≈ 1920 чел.·час.

Численность электромонтеров и слесарей, выполняющих ремонт и техническое обслуживание электрооборудования и сетей, определим по следующему выражению:

, чел,

гдеU – годовые трудозатраты на ремонт и техническое обслуживание;

Тн – номинальный фонд рабочего времени (принимаем 870);

Ки – коэффициент использования рабочего времени (принимаем 0,87-0,9).

 = 2,5 ≈ 3 чел.

Исходя из годовых трудозатрат U ≈ 1920 чел.·час на эксплуатацию электрооборудования, находим структуру ЭТС:

инженер- электрик …… 1 человек;

техник – электрик ….. 1 человек;

электромонтёр …. 3 человека.

Графики планово-предупредительных ремонтов составляются на основании ПТЭ с учётом периодичности ремонтов оборудования. Ежемесячные планы составляются на основе годовых графиков предупредительно-планового ремонта с указанием вида ремонта и количества человеко-часов, необходимых на ремонт оборудования. Форма организации ремонтного обслуживания является централизованной. Средний и капитальный ремонт электрооборудования ведётся электроремонтным участком. Эксплуатационное обслуживание ведётся централизованно.

5.2 Надёжность проектируемой системы электроснабжения

Объективными показателями эксплуатационной надёжности i – той системы являются:

qi - вероятность отказа;

Рi - вероятность безотказной работы (показатель надёжности).

Эти показатели связаны сотоношением

Рi = 1 - qi

Системы электроснабжения согласно стандарту должны обладать эксплуатационной надежностью не ниже

Рдоп = 0,998.

Вероятность отказа определяется выражением

,

где Т = 8760 ч - длительность календарного года.

Для параллельного соединения двух одинаковых систем вероятность отказа равна:

Надёжность системы электроснабжения

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7