Электроснабжение электромеханического цеха

2.7 Релейная защита

2.7.1 Назначение релейной защиты

В процессе эксплуатации системы электроснабжения возникают повреждения отдельных её элементов. Наиболее опасными и частыми видами повреждений являются КЗ между фазами электрооборудования и однофазные КЗ на землю в сетях с большими токами замыкания на землю. В электрических машинах и трансформаторах могут возникать также витковые замыкания. Вследствие возникновения КЗ нарушается нормальная работа системы электроснабжения, что создает ущерб для промышленного предприятия.

При протекании токов КЗ элементы системы электроснабжения подвергаются термическому и динамическому действию. Для уменьшения размеров повреждения и предотвращения развития аварии устанавливают совокупность автоматических устройств, называемых релейной защитой.

2.8.2 Классификация реле

Реле делятся на основные и вспомогательные. Основные реле реагируют на возникновения повреждения или ненормального режима, а вспомогательные по команде первых производят отключение выключателя или другие операции, возложенные на данную защиту. Для защиты от не нормальных режимов и КЗ используют реле тока и напряжения. К числу вспомогательных реле относятся: реле времени, для замедления времени защиты; реле указательные для сигнализации действия защиты; промежуточные реле, передающие действие основных реле на отключение выключателя.

Также реле подразделяют на первичные и вторичные. Обмотка первичных реле включается непосредственно в защищаемую цепь, а обмотка вторичных – через измерительный трансформатор.

Также подразделяют на реле прямого и косвенного действия. В реле прямого действия, используемом в устройстве защиты, подвижная система механически связана с отключающим устройством выключателя. Реле косвенного действия не имеет механической связи с отключающим устройством выключателя.

2.8.3 Составление схемы релейной защиты

Схема изображенная на рисунке 2.8. имеет реле типа РТМ токовой отсечки и реле МТЗ типа РТВ прямого действия на ВН. Для защиты от междуфазных КЗ принимается схема соединения ТТ и вторичной нагрузки (реле) – на разность токов двух фаз. Замыкание одной фазы на землю контролирует УКИ с включением сигнализации при нарушении.

2.8.4 Выбор токового трансформатора

1) Определяем ток в линии ЭСН

,

где S_т – мощность силового трансформатора, МВА; U₁ – напряжение на высокой стороне силового трансформатора.

Принимаем к установке в РЗ трансформаторы тока типа ТПЛ-10 с I₁=10 А и I₂=5 А в количестве 2-х штук

2) Определяем коэффициент трансформации

3) Выбираем реле ТО типа РТМ.

Определяем ток срабатывания реле на токовую отсечку при КЗ

,

где I_мах – максимальный ток нагрузки, k_сх – коэффициент схемы, k_в – коэффициент возврата реле. Выбираем реле типа РТМ с номинальным током срабатывания I_ср=40 А.

4) Определяем надежность срабатывания реле токовой отсечки.

Реле токовой отсечки будет работать надежно, если коэффициент чувствительности его будет больше 1,2

,

где I_кз⁽²⁾ – ток 2-х фазного короткого замыкания, k_I – коэффициент трансформации токового трансформатора.

K_ч > 1,2 – защита будет работать надежно.

5) Для защиты трансформатора от перегрузок выбираем реле МТЗ типа РТВ.

Определяем ток срабатывания реле

,

где k_зап – коэффициент самозапуска ЭД, k_н – коэффициент надежности отстройки, учитывающий погрешности реле и ТТ

Выбираем реле типа РТВ – II с номинальным током срабатывания I _ср=12,5 А.

6) Определяем k_ч(мтз) и надежность срабатывания МТЗ

Условие надежности выполнено (k_ч(мтз)> 1,2)

2.8.5 Схема защиты трансформатора приведена на рисунке 2.7

Рисунок 2.7 Схема защиты трансформатора:

КА1, КТ1 – МТЗ от перегрузок; КА2, КА3 – МТЗ от междуфазных КЗ; КА4, КА5, КА6, КТ2 – МТЗ от внешних КЗ; КА7, КТ3 – МТЗ нулевой последовательности от однофазных КЗ; 1 – на сигнал; 2 – к приборам.

2.8 Расчет заземляющих устройств

2.8.1 Защитное заземление – это преднамеренное электрическое соединение какой- либо части электроустановки с заземляющим устройством для обеспечения электробезопасности. Задачей защитного заземления является снижение до безопасной величины напряжений заземления, прикосновения и шаговое.

Заземляющее устройство состоит из заземления заземляющих проводников. В качестве заземлений используются естественные заземлители: водопроводные трубы, стальная броня и свинцовые оболочки силовых кабелей, проложенных в земле, металлические конструкции зданий и сооружений. Если естественных недостаточно, применяют искусственные заземлители: заглубление в землю вертикальных электродов из труб, уголков или прутков стали и горизонтально проложенных в земле на глубину не менее 0,5 полосы.

В электроустановках до 1 кВ с изолированной нейтралью сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 4 Ом.

2.8.2 Расчет заземлителей

1) Определяем расчетное сопротивление одного электрода

где ρ – удельное сопротивление грунта (для чернозема 50 Ом·м), К_сез – коэффициент сезонности.

2) Предельное сопротивление совмещенного ЗУ. На низкое напряжение

, принимаем R_ЗУ = 4 Ом.

3) Определяем количество вертикальных электродов

Принимаем N^/_в.р = 5.

С учетом экранирования

где η – коэффициент использования вертикальных электродов

4) Определяем длину полосы заземляющего устройства

L_п=2∙5=10 м

5) Определяем уточненные значения сопротивлений вертикальных и горизонтальных электродов

где b – ширина полосы, для круглого горизонтального заземлителя b = 40, t – глубина заложения

5) Определяем фактическое сопротивление заземляющего устройства

Фактическое сопротивление заземляющего устройства (2,7 Ом) меньше допустимого сопротивления, значит заземляющее устройство будет эффективным.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

В.П. Шеховцов “Расчет и проектирование схем электроснабжения”. Методическое пособие М:Форум – 2003.

Б.Ю. Липкин “Электроснабжение промышленных предприятий и установок” М. Высшая школа 1975.

А.А. Федоров, Л.Е. Старкова Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования по электроснабжению промышленных предприятий. М. Энергоатомиздат 1987.

Л.Д. Рожкова, В.С. Козулин “Электрооборудование станций и подстанций”
М. Энергоатомиздат 1987.

Конюхова Е.А. " Электроснабжение объектов" Учебное пособие для студентов учреждений среднего профессионального образования. – М.: Издательство "Мастерство", 2002.

2.9 Молниезащита

2.9.1 Наиболее опасным проявлением молнии с точки зрения поражения зданий и сооружений является прямой удар.

2.9.2 Ожидаемое число поражений молнией в год зданий и сооружений высотой не более 60 м, не оборудованных молниезащитой, определяют по формуле:

Где B – ширина защищаемого объекта, м; L – длина защищаемого объекта, м; - высота объекта по его боковым сторонам, м; n – среднее число поражений молнией 1 км² земной поверхности в год, значения которого приведены в таблицах (ПУЭ) в зависимости от интенсивности грозовой деятельности, n=40ч60.

N=

Производственные, жилые и общественные здания и сооружения в зависимости от их назначения, а также интенсивности грозовой деятельности в районе их местонахождения выделены в категории по степени устройства молниезащиты.

По рекомендации для промышленных предприятий и технологических объектов категория устройства молниезащиты и тип зоны защиты берем: категория устройства молниезащиты ΙΙΙ, тип зоны защиты Б.

Под зоной защиты молниеотвода понимают часть пространства, внутри которого здание или сооружение защищено от прямых ударов молнии с определенной степенью надежности. Различают зону защиты типа А, где степень надежности составляет 99,5% и выше, и зону защиты типа Б со степенью надежности 95% и выше.

В практике для защиты зданий и сооружений от прямых ударов молнии наибольшее распространение получили стержневые и тросовые молниеотводы.

Принимаем исполнение защиты двойным металлическим молниеотводом стержневого типа высотой 30 м. Определяем параметры зоны защиты.

1) Определяем высоту вершины конуса стержневого молниеотвода

h₀= 0,92∙h=0,92∙28=25,76 м

где h – полная высота стержневого молниеотвода

2) Определяем радиус защиты на уровне земли

r₀=1,5∙h₀=1,5∙28=42 м

3) Определяем радиус защиты на уровне защищаемого сооружения

r_х=1,5(h-1,1∙h_x)=1,5(28-1,1∙8)=28,8 м

где h_x – высота защищаемого сооружения

4) Определяем высоту средней части двойного стержневого молниеотвода

h_c=h₀-0,14(L-h)=23-0,14(48-28,8)=20 м

где L – расстояние между двумя стержневыми молниеотводами, м

r_c=r₀=42

5) Определяем радиус защиты двух стержневых молниеотводов

r_cx=r₀(h_c-h_x) =42(20-8) =25,4 м

2.9.3 Принцип защиты двойного стержневого молниеотвода равной длины представлен на рисунке 2.9

Рисунок 2.9 Зона защиты двойного стержневого молниеотвода равной длины.

ВВЕДЕНИЕ

Первое место по количеству потребляемой электроэнергии принадлежит промышленности, на долю которого приходится более 60% вырабатываемой в стране энергии. С помощью электрической энергии приводятся в движение миллионы станков и механизмов, освещение помещений, осуществляется автоматическое управление технологическими процессами и др. Существуют технологии, где электроэнергия является единственным энергоносителем.

В связи с ускорением научно-технологического прогресса потребление электроэнергии в промышленности значительно увеличилось благодаря созданию гибких автоматизированных производств.

Энергетической программой предусмотрено создание мощных территориально-производственных комплексов (ТПК) в тех регионах, где сосредоточены крупные запасы минеральных и водных ресурсов. Такие комплекс добывают, перерабатывают, транспортируют энергоресурсы, используя в своей деятельности различные электроустановки по производству, передаче и распределению электрической и тепловой энергии.

Объединение региональных ОЭС в более мощную систему образовало Единую энергетическую систему (ЕЭС) Российской Федерации. ЕЭС позволило снизить необходимую генераторную мощность по сравнению с изолированно работающими электростанциями и осуществлять более оперативное управление перетоками энергетических мощностей с Востока, где находиться около 80% топливных и гидроресурсов, на Запад страны, так как в европейской части страны размещается 80% всех потребителей энергии. Для электрической связи между ОЭС служат сверхдальние линии электропередач напряжением 330; 500; 750 и 1150 кВ и выше.

Управление ЕЭС РФ ведется из центрального диспетчерского управления (ЦДУ ЕЭС РФ) в Москве. Задачей ЦДУ ЕЭС РФ является обеспечение руководства региональными ОЭС, расчет и внедрение наиболее рациональных режимов работы управляемых электростанций, ликвидация аварий в энергосистемах.

Энергетическая политика РФ предусматривает дальнейшее развитие энергосберегающей программы. Экономия энергетических ресурсов должна осуществляться путем: перехода на энергосберегающие технологии производства; совершенствование энергетического оборудования, реконструкция устаревшего оборудования; сокращение всех видов энергетических потерь и повышение уровня использования вторичных энергетических ресурсов. Предусматривается также замещение органического топлива другими энергоносителями, в первую очередь ядерной и гидравлической энергией.

Кроме прямого энерго- и ресурсосбережения существует целый ряд актуальных задач, решение которых в конечном итоге приводит к тому же эффекту в самих производственных установках, в производстве в целом. Сюда, в первую очередь относится повышение надежности электроснабжения, так как внезапное, иногда даже весьма кратковременное прекращение подачи электропитания может привести к большим убыткам в производстве.

Но повышение надежности связано с увеличением стоимости системы электроснабжения, поэтому важной задачей должно считаться определение оптимальных показателей надежности, выбор оптимальной по надежности структуры системы электроснабжения.

Также важной задачей является обеспечение требуемого качества электроэнергии. Низкое качество электроэнергии приводит помимо прочих нежелательных явлений к увеличению потерь электроэнергии как в электроприемниках, так и в сети. Важное значение приобрело измерение показателей качества электроэнергии.

За последние десятилетия достигнуты значительные успехи не только в микроэлектронике, но и в электроаппаратостроении, в разработке новых электрических и конструкционных материалов, в кабельной технике. Эти достижения открывают новые возможности в способах канализации электроэнергии и в конструкции распределительных устройств (РУ). В частности, применение новых комплектных легко заменяемых узлов электрических сетей и сетевых устройств может потребоваться