Реконструкция существующей системы электроснабжения объекта

Номинальный ток силового трансформатора на стороне НН, А, (10.3)Определим расчетный первичный ток трансформаторов тока на стороне НН, АСтандартное значение первичного тока трансформаторов тока на стороне НН равна 2000 А, коэффициент трансформации ,Действительное значение вторичного тока в цепи РЗ, АТак как >, то сторона ВН будет основной.Выбираем трансформатор тока для подключения резервных защит со стороны ВН ТА3. Схема соединения трансформаторов тока на стороне высшего напряжения – звезда.Определим расчетный первичный ток трансформаторов тока на стороне ВН, АСтандартное значение первичного тока трансформаторов на стороне ВН равно 150 А, коэффициент трансформации .Нагрузка трансформатора тока показана в таблице 10.9Таблица 10.9 – Нагрузка трансформатора токаПриборТипКласс точностиНагрузка фазы, ВААВСАмперметрН-3931,50,5--Счетчик акт. энергииСЭТ 320,05-0,05Счетчик реак. энергииЦЭ 68011,50,3-0,3Итого0,85-0,35Суммарное сопротивление приборов, Ом(10.4)Сопротивление проводов, Ом,(10.5)где rк – сопротивление контактов.Принимаем длину контрольного кабеля равной l=50 м.Сечение провода, мм2, (10.6)где ρ – удельное электрическое сопротивление провода, Ом/м; для алюминиевых проводов принимается ρ = 0,0289 Ом/м.Принимаем стандартное сечение контрольного кабеля КВВГ 4 мм2.Реальное сопротивление провода, Ом(10.7)Вторичная нагрузка трансформатора тока, Ом(10.8)По [5] выбираем трансформаторы тока.Таблица 10.10 – Каталожные данные трансформаторов тока ТипUном,кВUном. раб.,кВIном, АпервичныйвторичныйТФЗМ-110Б-1 (ТА1)1101103005ТПЛК10 У3 (ТА2)101020005ТФЗМ-110Б-1 (ТА3)110110150510.7 Выбор трансформаторов напряженияТрансформаторы напряжения выбираем:по напряжению ;по схеме соединения обмотоки конструкции;по классу точности;по вторичной нагрузке:,где Sном – номинальная мощность в выбранном классе точности, В·А; S2Σ– нагрузка всех измерительных приборов и реле, присоединенных к трансформатору напряжения, В·А.Величину вторичной нагрузки представим в таблице 10.11.Таблица 10.11 – Вторичная нагрузка трансформатора напряженияПриборТипПотребляемая мощность катушки, В·АЧисло катушекcossinЧисло приборовОбщая потребляемая мощностьР, ВтQ, ВтВольтметрЭ-3352,011012,0-ВаттметрД-3351,521013,0-ВарметрЕ-8291,521013,0-Датчик активной мощностиЕ-83010-10110,0-Датчик реактивной мощностиИ-68010-0,380,925110,0-Счетчик электроэнергии«Евроальфа»2,021014,09,739,09,7Вторичная нагрузка трансформатора напряжения, В·А(10.9)Выбираем трансформатор НАМИ-10 У2 [5] имеющий номинальную мощность в классе точности 0,5, необходимом для присоединения счетчиков, 75 В·А. Таким образом, S2∑= 40,1 ВА< 200 В·А, трансформатор напряжения будет работать в выбранном классе точности. Таблица 10.12– Каталожные данные трансформаторов напряженияТипUном, кВUном обмоток, кВПервичнойвторичнойНАМИ-10 У2101000010010.8 Выбор трансформаторов собственных нуждМощность ТСН выбираем в соответствии с нагрузками в разных режимах работы подстанции, но не более 630 кВ·А[3].Мощность, потребляемая собственными нуждамиSрасч = 0,1% ∙ SрВН = 0,1% ∙ 30845,69 = 30,84 кВА(10.10)Выбираем два трансформатора ТСЗ-100/10.11 Релейная защита трансформатора ТДН-25000/110В качестве объекта защиты рассматриваем силовой трансформатор ГПП ТДН-25000/110. Он относится к трансформаторам средней мощности.Повреждениями силовых трансформаторов являются: междуфазные короткие замыкания на выводах, возникающие достаточно часто, и в обмотках, случающиеся гораздо реже;однофазные короткие замыкания (замыкание на землю и замыкание между витками обмотки;«пожар» стали сердечника.К ненормальным режимам относят перегрузки, токи, возникающие при внешних коротких замыканиях, снижение уровня масла, которое может быть вызвано, в том числе, понижением температуры. Перегрузки могут возникать при отключении одного из трансформаторов. Токи перегрузки при этом невелеки, потому перегрузка допустима на период времени, определяемым кратностью тока перегрузки относительно номинального. Токи внешних КЗ представляют опасность своим тепловым действием на обмотки, потому что эти токи обычно существенно превосходят номинальные. В случае, если повреждение на отходящем присоединении не отключается, может произойти длительное прохождение тока внешнего короткого замыкания.От перечисленных повреждениях устанавливаем следующие виды защит:в качестве основной – дифференциальную защиту от коротких замыканий, которая действует на отключение поврежденного трансформатора и выполняется без выдержки времени;газовую защиту от повреждений внутри бака и понижений уровня трансформаторного масла;максимальную токовую защиту с выдержкой времени от токов внешних КЗ;максимальную токовую защиту в одной фазе для защиты от перегрузок, действующую на сигнал или на отключение.Поскольку защищаемый трансформатор относится к трансформаторам средней мощности, перечисленные защиты устанавливаем только со стороны 110 кВ.11.1 Дифференциальная защитаПредусматриваем выполнение дифференциальной токовой защиты с на базе реле типа РНТ-565.Ток срабатывания зашиты, А(11.1)(11.2)где – составляющая тока небаланса, обусловленная погрешностью трансформаторов тока. А;– составляющая тока небаланса, появляется при изменении коэффициента трансформации силового трансформатора, А., (11.3)где Е – погрешность трансформаторов тока;kодн– коэффициент однотипности трансформаторов тока;kапер – коэффициент апериодической составляющей тока КЗ;– ток в точке К-2 (см. рисунок 9.1) приведенный к высокой стороне, АА, (11.4)где Uрег – относительная погрешность, обусловленная регулированием напряжения, .Iс.з.-2 = 1,3 (54,65 + 58,36) = 146,91Так как Iс.з.-1>Iс.з.-2, то для в дальнейшемрасчёте принимаем ток срабатывания защиты Iсз = 163,16 А.Ток срабатывания реле, А, (11.5)Расчетное число витков основной обмотки, шт. (11.6)где Fср – магнитодвижущая сила срабатывания реле;Fср= 100 А.Определяем стандартное значение количества витков основной обмотки, для чего округляем до целого числа в меньшую сторону .Находим расчётное число витков уравнительной обмотки, шт., (11.7)Стандартное значение количества витков уравнительной обмотки определяется округлением до ближайшего целого числа. Таким образом, .Определяем составляющую первичного тока небаланса, которая обусловлена округлением расчётного количества витков уравнительной обмотки, А, (11.8)Уточним ток срабатывания защиты на основной стороне, А, (11.9)Определим коэффициент чувствительности, (11.10)Ток двухфазного короткого замыкания на стороне 10 кВ, который приводим к стороне 110 кВ, А, (11.11)Отсюда коэффициент чувствительности защиты составитЗащита удовлетворяет всем требованиям.11.2 Защита от внешних токов коротких замыканийСверхтоки внешних КЗ являются ненормальным режимом работы для трансформатора. Внешние КЗ могут произойти как на шинах НН, так и на смежном элементе, присоединённом к этим шинам. Также защита от внешних КЗ служит резервной защитой в дополнение к основной и действует с выдержкой времени. Поскольку рассматриваемый трансформатор средней мощности, защиту устанавливаем только со стороны питания. Принимаем в качестве защиты максимальную токовую защиту (МТЗ).Ток срабатывания защиты, А, (11.12)где kн– коэффициент надежности;kс.з. – коэффициент самозапуска;kв– коэффициент возврата.Ток срабатывания реле, А, (11.13)Коэффициент чувствительности максимальной токовой защиты, (11.14)Защита удовлетворяет требованиям чувствительности к токам внешних КЗ.Защита действует с выдержкой времени.11.3 Защита от перегрузкиТехнологическая перегрузка – это увеличение нагрузки на трансформатор, что приводит к увеличению тока, протекающего через защищаемый трансформатор. Поскольку перегрузка происходит во всех трёх фазах, потому считается симметричной, таким образом релейная защита устанавливается в одну фазу. У защиты две ступени выдержки времени, первая – 9-10 с, действующая на сигнал, вторая ступень – 40 мин., действующая на отключение.Ток срабатывания, А(11.13)где kн – коэффициент надежности. Ток срабатывания реле, АЗащита от перегрузки на чувствительность не проверяется, поскольку ток срабатывания защиты для неё меньше, чем для защиты от сверхтоков внешних КЗ, а эта защита прошла проверку по чувствительности.11.4 Защита от внутренних повреждений в трансформатореЗащита от внутренних повреждений в трансформаторах выполняется на базе газового реле, которое устанавливается в патрубке, ведущем из бака в расширитель. Газовая защита является резервной защитой от междуфазных КЗ, а также служит для защиты от:повреждений внутри бака;недопустимого уровня масла в баке;витковых замыканий в обмотках.Газовое реле различает степень повреждения в трансформаторе, при этом, когда повреждения небольшие, оно действует на сигнал, при больших повреждениях – на отключение.12 Охрана трудаЭлектрическая энергия является основой функционирования всех современных жизненно необходимых технических систем и объектов промышленности, сельского хозяйства, транспорта, коммунального хозяйства, сферы обслуживания и быта; создания и обеспечения комфортных условий существования и жизнедеятельности людей. Главные достоинства электрической энергии в том, что она легко может преобразовываться в другой вид энергии (тепловую и механическую), имеет низкую себестоимость передачи на большие расстояния, довольно просто аккумулируется и трансформируется. Среди многочисленных отраслей народного хозяйства энергетика наряду с машиностроением занимает ведущее положение. Уровень развития энергетики и электрификации в наиболее обобщенном виде отражает достигнутый технико-экономический потенциал любой страны.Проблема обеспечения безопасности человека была всегда актуальной. Особенно она обострилась в период научно-технического прогресса, когда человек стал иметь дело с большими энергетическими мощностями, сложными техническими комплексами и системами. Ухудшается экологическая обстановка, не снижается число пожаров, взрывов, катастроф и других чрезвычайных ситуаций. В условиях реформирования экономики разрушена устоявшаяся за многие годы система контроля и управления безопасностью. Положение усугубляется отсутствием на предприятиях оборотных средств и сокращением расходов на приобретение средств защиты и обеспечение безопасности. На некоторых предприятиях отсутствуют или сокращены службы безопасности производства. В этих условиях особую актуальность приобретает подготовка всех инженерно-технических работников в области безопасности жизнедеятельности, чтобы каждый человек на своем рабочем месте смог обеспечить свою безопасность и безопасность работающего рядом с ним персонала. Из всего, что сказано выше, можно сделать вывод, что задача обеспечения необходимого уровня безопасности, экологичности и устойчивости электроэнергетического производства остается по сей день очень актуальной.Проектируемые ГПП и цеховые трансформаторные подстанции по взрывопожарной и пожарной опасности относятся к категории В-4,по условиям электробезопасности – к электроустановкам до и выше 1000 В.12.1 Идентификация и анализ опасных и вредных факторов, условий и причин их проявления в электроустановкахПо опасности поражения людей электрическим током трансформаторные подстанции приравниваются к особо опасным помещениям. Питание завода по производству передельного чугуна осуществляется воздушными линиями напряжением 110 кВ, на переменном токе частотой 50 Гц и эксплуатируется в режиме с глухозаземлённойнейтралью. Такой режим работы обеспечивает безопасность обслуживающего персонала и потребителей электроэнергии. Согласно ПУЭ опасная зона приближения к токоведущим частям составляет при U=110 кВ, для людей – 1 м, для механизмов – 1,5 м. При U=10 кВ, для людей – 0,6 м, для механизмов – 1,0 м. При приближении к токоведущим частям на расстояние меньше допустимых, в результате возникновения электрической дуги возникает опасность поражения людей электрическим током. Электрический ток при различных обстоятельствах оказывает различное действие на организм:термическое – воздействие сопровождается ожогами участков тела с перегревом отдельных внутренних органов, вызывая в них функциональные расстройства;биологическое – выражается в раздражении и возбуждении живых клеток организма, что приводит к непроизвольным судорожным сокращениям мышц, нарушению нервной системы, органов дыхания и кровообращения. При этом могут наблюдаться обмороки, потеря сознания, расстройство речи, судороги, нарушения дыхания (вплоть до остановки). При тяжелой электротравме может произойти мгновенная смерть; электролитическое – воздействие проявляется в разложении плазмы крови и др. органических жидкостей, что может привести к нарушению их физико-химического состава;механическое – разрывы кожного покрова, мышц, связок, переломы костей из-за судорожного сокращения тканей и возможного падения человека при потере сознания.психологическое – шоковое состояние, испуг, стресс. Основные условия поражения электрическим током:доступ к открытым токоведущим частям под напряжением из-за отсутствия и нарушения ограждений, укрытий, изоляции, блокировок, отступления от правил выбора высоты подвески токоведущих частей и др.;внезапное появление напряжения на металлических корпусах и кожухах электрооборудования в результате нарушений изоляции при ее старении, механических повреждениях, перегрузок оборудования, атмосферных и коммутационных перенапряжений, перехода напряжения с высокой стороны на низкую в преобразователях (трансформаторах), наведённого напряжения, коротких замыканий и т.п.; внезапное появление напряжение шага при коротких замыканиях тока на землю через упавший на землю токопровод, нарушенную изоляцию кабеля, металлический корпус (кожух) электрооборудования и тело человека, случайно оказавшиеся под напряжением и др.; случайное появление напряжения на отключенных токоведущих частях в процессе ремонта вследствие ошибочных включений, обратной трансформации тока, наведенного напряжения, остаточных емкостных токов, возможных перетоков и др.Причиной аварий в трансформаторных подстанциях и на воздушных линиях могут быть короткие замыкания. КЗ возникают при нарушении изоляции электрических цепей. Причины таких нарушений различны: старение и вследствие этого пробой изоляции, обрывы проводов, механические повреждения кабельных линий при земляных работах, удары молнии в линии электропередач и др.12.2 Меры безопасности, обеспечивающие недоступность токоведущих частейЧтобы предупредить случайное прикосновение человека к незащищённым токоведущим частям электроустановок, а также предотвратить возможность случайно приблизиться на опасное расстояниепредусмотриваем следующие мероприятия:предусмотрены безопасные проходы к электрооборудованию при плановых осмотрах и ремонтных работах;двери, ведущие в электроустановки, заираются на ключ, который хранится у оперативно-ремонтного персонала и выдаётся только тем лицам, которые имеют права и заняты непосредственно в обслуживании указанных электроустановок;ограждение открытых токоведущих частей;предусмотрена предупредительная сигнализация;на дверцах шкафов предусмотрена механическая блокировка;наглядное отображение положения выключателей, разъединителей;двери и ограждения электроустановок обеспечены предупредительными знаками. электрооборудование нанесены диспетчерские наименования; выполнены устройства контроля напряжения и сигнализации замыкания на землю.По утверждённому графику производятся осмотры электроустановок с целью выявления и устранения несоблюдения вышеперечисленных мер12.3 Защитные меры и средства при случайном появлении напряжений на металлических корпусах электрооборудования и шагового напряженияДля снижения вероятности случайного возникновения напряжения на металлических частях электрооборудования, в нормальном режиме не находящиеся под напряжением, и шагового напряжения, а также снизить возможные повреждения, применяем следующие меры:коммутационные аппараты выбираются, учитывая допустимые нагрузки и токи КЗ;измерение сопротивления изоляции в заданный период времени, а также её визуальный контроль;выполнение защитного заземления трансформаторных подстанций.12.4 Пожарная безопасностьОпасность возникновения пожара обуславливается применяемым в электрооборудовании горючих материалов, таких как изоляция кабелей, электрических двигателей и т. д. Источником возникновения пожаров с большой вероятностью могут стать открытые коммутационные аппараты или плавкие предохранители, искрообразование при отключении которых возникает в окружающей среде (без дугогасящих камер). Помимо этого, пожары в электроустановках могут возникнуть при коротком замыкании, при технологической перегрузке, при перегреве изоляции, при старении изоляции, от выброса горящего масла, при попадании молнии и т. д.Для предупреждения возникновения пожара в электроустановках предусматриваютсяследующие меры: применение выключателей с дугогасящей камерой;выбраны кабели, оболочки которы не распространяют горение;резервные кабели проложены в отдельных огнестойких каналах. В тех местах, где это неприменимо, кабели покрыты огнезащитным составом;электроустановки, применяющиеся в системе электроснабжения завода по производству передельного чугуна соответствуют классу пожаровзрывоопасной зоны, где они расположены;распределительные устройства имеют защиту, которая исключает распростронение пожара из отсека силового в отсек слаботочный и наоборот; предусмотрена система противопожарной защиты и система обнаружения пожара и оповещения.Пожарыв электроустановках ликвидируются при помощи огнетушителей углекислотных (типа ОУ), порошковых (типа ОП). Также применяется песок, находящийся в ящиках, расположенных возле с противопожарными щитами.ЗаключениеВ данном проекте выполненареконструкциясистемы электроснабжения участка по производству передельного чугуна ПАО «Надеждинский металлургический завод». В работе рассмотрелись основные принципы формирования схемы: расчет нагрузок, определение места расположения ГПП, определение числа и мощности трансформаторов ГПП, выбор рационального напряжения питания, выбор цеховых трансформаторов, расчёт компенсирующих устройств с высокой и низкой стороны, выбор кабелей, расчёт токов КЗ и выбор основного оборудования подстанции по ним. Так же была рассчитана схема электроснабжения ремонтно-механического цеха, входящего в состав потребителей завода по производству передельного чугуна, произведён расчёт релейной защиты трансформатора ГПП и рассмотрены вопросы безопасности жизнедеятельности.Список использованных источников1. Системы электроснабжения: Сб. заданий по курсовому проектированию / Л. С. Синенко, Ю. П. Попов, Е. Ю. Сизганова, А. Ю. Южанников. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2003. 84 с.2. Б. Н. Неклепаев, И. П. Крючков. Электрическая часть электрических станций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломногопроектирования: Учеб. пособие для вузов.4-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1989.3. Электроснабжение: Учеб. пособие по курсовому и дипломному проектированию: В 2 ч. Ч. 1 / Синенко, Л. С., Рубан, Т. П., Сизганова, Е. Ю., Попов, Ю. П. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2005. 135 с.4. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий. В 2-х кн. Под общ. ред. А. А. Федорова и Г. В. Сербиновского. Кн. 2. Технические сведения об оборудовании. М., «Энергия», 1974. 528 с. с ил.5. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию: В 2 т. Т.1. Электроснабжение / Под общ. ред. А. А. Федорова. – М.: Энергоатомиздат,1986.6. Ульянов, С. А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах: учеб. для вузов / С. А. Ульянов. – М.: Энергия, 1970. – 520 с.7. А. А. Федоров, А. Е. Старкова. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования поэлектроснабжению промышленных предприятий: Учеб. пособие для вузов, - М.: Энергоатомиздат, 1987.8. Л. Д. Рожкова, В. С. Козулин. Электрооборудование станций и подстанций: Учебник для техникумов. – 2-е перераб. –М.: Энергия, 1980. – 600 с.9. Справочник по проектированию электроэнергетических систем / Под ред.С. С. Рокотяна и И. М. Шапиро. – 3-е изд., перераб. и доп. – М. :Энергоатомиздат, 1985.10. Электронный каталог электротехнических изделий.11. Правила устройства электроустановок. - 7-е изд. - Электрон. текстовые данные. - М.: ЭНАС, 2013. - 104 c.ISBN 978-5-4248-0036-8.12. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей. - М.: ИНФРА-М, 2017. - 262 с.13. Технический регламент о требованиях пожарной безопасности. Федеральный закон №123-ФЗ от 22.07.2008 г.