Проектирование подстанции ТОО 'Термо Мастер' и выбор электрооборудования

  • Вид работы:
    Дипломная (ВКР)
  • Предмет:
    Физика
  • Язык:
    Русский
    ,
    Формат файла:
    MS Word
    223,93 Кб
  • Опубликовано:
    2015-07-01
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!

Проектирование подстанции ТОО 'Термо Мастер' и выбор электрооборудования

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Костанайский социально-технический университет

Имени академика Зулхарнай Алдамжар

Технический факультет

Кафедра "Физики информатики и электроэнергетики"

Специальность 050718 "Электроэнергетика"






ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

Тема: "Проектирование подстанции ТОО "Термо Мастер" и выбор электрооборудования"


Дипломник: Проценко К.Ю.

Руководитель дипломной работы: Умбеталин Т.С. профессор, к.т.н.

Костанай, 2009

Содержание

 

Введение

1. Общая часть. Краткие сведения о подстанции. Производственная мощность подстанции

1.1 Общие сведения о подстанции

1.2 Основные электроприемники подстанции

1.3 Правила устройства распределительных устройств

2. Выбор числа и мощности трансформаторов подстанции

2.1 Выбор трансформаторов

3. Расчет токов короткого замыкания

4. Выбор электрооборудования подстанций

4.1 Выбор шин

4.2 Выбор изоляторов

4.3 Выбор выключателей

4.4 Выбор разъединителей

4.5 Выбор короткозамыкателей и отделителей

4.6 Выбор разрядников

4.7 Выбор трансформаторов тока

4.8 Выбор трансформаторов напряжения

4.9 Выбор трансформаторов собственных нужд

5. Релейная защита

5.1 Виды трансформаторов

5.2 Дифференциальная защита

5.3 Максимальная токовая защита от перегрузки автотрансформаторов

5.4 Газовая защита

6. Собственные нужды

7. Молниезащита и заземление

7.1 Молниезащита

7.2 Заземление

8. Компоновка электрооборудования подстанции

8.1 Компоновка электрооборудования ОРУ

9. Экономическая часть

9.1 Выбор числа и мощности трансформаторов подстанции

9.2 Расчет трансформатора АТДЦТН - 200000/220

9.3 Расчет трансформаторов АТДЦТН - 250000/220

10. Охрана труда

10.1 Анализ опасных и вредных факторов на подстанции и их влияние на организм человека

10.2 Мероприятия по снижению опасных и вредных факторов

10.4 Пожарная безопасность

10.4.1 Основные требования к подготовке персонала. Меры пожарной безопасности

10.4.2 Категории пожароопасных помещений

10.4.3 Средства пожаротушения, пожарная сигнализация и эвакуация людей

11. Промышленная экология

11.1 Искусственные электромагнитные поля от высоковольтных линий электропередач

11.2 Магнитное поле и защита населения

11.3 Шум преобразовательных агрегатов и методы борьбы с ним

Заключение

Список принятых сокращений

Список использованных источников

Введение

Экономическое развитие страны, всех отраслей народного хозяйства определяется уровнем развития электроэнергетики. Опережающее её развитие служит основой ускорения технического прогресса, темпов роста производительности труда и увеличения выпуска продукции.

Электроснабжение промышленных предприятий в настоящее время представляет собой одно из главных направлений электроэнергетики страны, от которого зависит увеличение темпов роста экономики республики за счёт повышения уровня производимой продукции, а также освоение новых отраслей промышленности. С возросшей ролью электрификации и автоматизации производства и закреплением их позиций в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства приходится предъявлять повышенные требования к бесперебойному обеспечению электрической энергией производственных объектов, а также её качеству. Успех любого вновь проектируемого предприятия во многом зависит от того, насколько грамотно и объективно будет построена его система электроснабжения.

Актуальными задачами сегодняшнего дня в области электроснабжения являются:

повышение уровня проектно-конструкторских разработок;

внедрение и рациональная эксплуатация высоконадёжного оборудования;

снижение непроизводительных расходов электроэнергии при её передаче, распределение и потребление.

Развитие и усложнение структуры систем электроснабжения, возрастающие требования к экономичности и надёжности их работы в сочетании с изменяющейся структурой и характером потребителей электроэнергии, широкое внедрение устройств управления распределением и потреблением электроэнергии на базе современной вычислительной техники ставят проблему подготовки высококвалифицированных инженеров.

Важнейшим этапом в развитии творческой деятельности будущих специалистов является курсовое проектирование, в ходе которого развиваются навыки самостоятельного решения инженерных задач и практического применения теоретических знаний.

Основными требованиями, которым должна удовлетворять любая система электроснабжения, является: надёжность электроснабжения, хорошие качества электроэнергии, безопасность и экономичность всех элементов системы.

Основой рационального решения всего сложного комплекса технико-экономических вопросов при проектировании электроснабжения современного предприятия является правильное определение ожидаемых электрических нагрузок. Определение электрических нагрузок является первым этапом проектирования любой системы электроснабжения. Значение электрических нагрузок определяют выбор всех элементов проектируемой системы электроснабжения, и её технологических показателей. От правильной оценки ожидаемых нагрузок зависит капитальные затраты в системе электроснабжения, расходов цветного метала, потери электроэнергии и эксплуатационные расходы.

подстанция электрооборудование трансформатор замыкание

1. Общая часть. Краткие сведения о подстанции. Производственная мощность подстанции


1.1 Общие сведения о подстанции


Проектируемая подстанция предназначается для электроснабжения ТОО "Термо Мастер" Площадка подстанции расположена на расстоянии 5 км от железнодорожной станции Костанай-2.

На проектируемой подстанции предусматривается установка двух трехфазных силовых автотрансформаторов 220/110/10 кВ мощностью 200 000 кВА.

На напряжении 220 кВ схема подстанции будет представлять собой ”мостик”, который состоит из двух автотрансформаторов 1АТ, 2АТ и четырех линий 220 кВ Выключатель ”мостика” присоединен со стороны автотрансформаторов.

На напряжение 110 кВ для надежности энергоснабжения выбираем четыре системы сборных шин с двумя обходными, с двумя обходными выключателями и с двумя шиносоединительными выключателями. На этом напряжении предусматривается семнадцать рабочих линий. На напряжение 10 кВ выполняется схема с двумя системами сборных шин. Трансформаторы собственных нужд запитаны с шин напряжением 10 кВ от низкой стороны силового автотрансформатора мощностью 200 000 кВА.

Из-за близости генерирующих мощностей и их количества (5 генераторов) токи к. з. могут достигать величины 35кА (воздушный выключатель выдерживает 32кА). Исходя из этого, приняли схему сети 110кВ с четырьмя системами сборных шин ввиду наличия ответственных потребителей.

Данная подстанция является проходной для данного района и предназначена для питания сети 110 кВ. Основными потребителями на напряжение 10 кВ являются собственные нужды подстанции.

На территории подстанции находится одно большое здание, разделенное на несколько комнат:

комната релейной защиты и автоматики, где производится ревизия, настройка и ремонт аппаратов защиты;

комната управления электроаппаратурой, где и находится дежурный персонал, который непосредственно осуществляет управление подстанцией; штат подстанции предусматривается в количестве 14 человек;

административная комната;

компрессорная.

Распределительные устройства на напряжение 220 и 110 кВ принимаются открытого типа с применением сборных железобетонных конструкций, а на 10 кВ - закрытого типа.

На подстанции предусматривается открытый склад масла, противопожарная насосная.

Площадь подстанции в пределах ограды составляет 5,4 гектара. Коэффициент использования равен 65%.

лан размещения строительных сооружений на территории понизительной подстанции представлен на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 План сооружений на территории подстанции:

- Оперативный пункт управления (ОПУ);

- Лаборатория релейной защиты и автоматики;

- Администрация подстанции;

- Компрессорная;

- ЗРУ-10кВ;

- Противопожарная насосная;

- Гараж;

- Аппаратная маслохозяйства;

- Открытый склад масла;

Проходная.

 

1.2 Основные электроприемники подстанции


В данной главе рассмотрены электроприемники, которые питаются от проектируемой подстанции по всем имеющимся направлениям.

Электрические нагрузки по каждому электроприемнику указывать не имеет смысла, так как они зависят от режима работы оборудования в зависимости от времени года, состояния энергосистемы [1].

Все присоединения, которые питаются от генераторов, по бесперебойности электроснабжения относятся к I категории; все остальные - ко II категории

1.3 Правила устройства распределительных устройств


В открытых распределительных устройствах все аппараты и токоведущие части размещают на открытом воздухе без каких-либо специальных защитных покрытий. При этом изоляторы токоведущих частей крепят на опорах специальной конструкции, а аппараты устанавливают на специальных основаниях или фундаментах.

Открытыми выполняют распределительные устройства при напряжениях от 6 до 500 кВ включительно [2]. Однако наибольшее применение они имеют при напряжениях 35-500 кВ, так как при этих напряжениях открытые распределительные устройства по сравнению с закрытыми обладают следующими основными преимуществами:

а) меньше объем строительных работ и в связи с этим ниже стоимость распределительного устройства. Последнее особенно заметно при выключателях с большим объемом масла, так как в этом случае объем закрытого распределительного устройства получается очень большим;

б) меньше опасность распространения возможных повреждений, так как расстояния между аппаратами смежных цепей могут быть приняты большими без заметного увеличения затрат;

в) меньше сроки сооружения распределительного устройства и существенная экономия строительных материалов (стали, бетона).

Хорошая обозреваемость и удобное расширение распределительного устройства, легкость замены оборудования (выключателей, разъединителей, силовых трансформаторов) другим с меньшими или большими габаритами, а также возможность быстрого демонтажа старого и монтажа нового оборудования.

Недостатками открытых распределительных устройств при сравнении их с закрытыми являются:

а) менее удобное обслуживание, так как переключение разъединителей и наблюдение за аппаратами должны производиться на воздухе при любой погоде;

б) значительно большая площадь сооружения;

в) аппараты подвержены резкому изменению температуры окружающего воздуха, ничем не защищены от загрязнения, запыления и т.д., что усложняет их эксплуатацию, принуждает применять аппараты специальной конструкций (для наружной установки), более дорогие.

Открытые распределительные устройства в зависимости от высоты установки аппаратов и расположения токоведущих частей подразделяют на распределительные устройства низкого и высокого типов.

В распределительных устройствах низкого типа все аппараты располагают в одной горизонтальной плоскости и устанавливают на специальных основаниях сравнительно небольшой высоты; сборные шины, выполняемые из гибких проводов или жесткими из труб, укрепляют на опорах также сравнительно небольшой высоты.

В распределительных устройствах высокого типа аппараты располагают в нескольких горизонтальных плоскостях; шинные разъединители устанавливают над выключателями, а сборные шины размещают над шинными разъединителями. Подобное расположение аппаратов и сборных шин требует сооружения высоких и сложных стальных конструкций.

Распределительные устройства высокого типа по сравнению с низкими требуют меньшей площади для своего сооружения. Однако при высоком типе значительно ухудшаются условия осмотра и ремонта сборных шин и шинных разъединителей; возможно повреждение изоляторов выключателей при поломке разъединителей. Поэтому в Казахстане строят преимущественно открытые распределительные устройства низкого типа.

2. Выбор числа и мощности трансформаторов подстанции


2.1 Выбор трансформаторов


Силовые трансформаторы, установленные на электростанциях и подстанциях, предназначены для преобразования электроэнергии с одного напряжение на другое.

Выбор числа и мощности трансформаторов для подстанции должен быть технически и экономически обоснованным, т.к. это существенно влияет на рациональное построение схем промышленного электроснабжения [5].

Показателями при выборе трансформаторов является надежность электроснабжения, потребная трансформаторная мощность и расход металла.

Оптимальный вариант выбирается на основе сравнения капиталовложений и годовых эксплуатационных расходов.

Важной характеристикой силовых трансформаторов является их нагрузочная способность, представляющая собой совокупность допустимых нагрузок и перегрузок. Различают систематические и аварийные перегрузки трансформаторов. Систематическая перегрузка трансформатора допустима за счет неравномерности его нагрузки в течение суток (года). Аварийная перегрузка допускается в исключительных условиях в течение ограниченного времени, когда перерыв в электроснабжении потребителей невозможен.

Большое распространение получили автотрансформаторы большой мощности, так как они имеют следующие преимущества перед трансформаторами такой же мощности:

меньший расход материалов;

меньшая масса, следовательно, меньшие габариты, что позволяет создавать автотрансформаторы больших номинальных мощностей;

меньшие потери и больший КПД.

К основным параметрам трансформатора относятся номинальная мощность, напряжение, ток, напряжение короткого замыкания, ток х. х., потери х. х. и короткого замыкания. Номинальной мощностью автотрансформатора называется указанное в заводском паспорте значение полной мощности, на которую непрерывно может быть нагружен автотрансформатор в номинальных условиях места установки и охлаждающей среды при номинальных напряжениях и частоте. Выбор номинальной мощности автотрансформатора является очень важным и ответственным элементом проектирования электрических систем и подстанций. При выборе числа и номинальной мощности трансформаторов необходимо стремиться к установке действительно необходимого их числа и мощности, обеспечивающих надежное электроснабжение.

Таблица 2.1 - Нагрузка проектируемой подстанции

Напряжение

2008 г.

220 кВ

98

110 кВ

87

10 кВ

0,46

Общая нагрузка

185,46 МВА


В соответствии с приведенными выше нагрузками на шинах 220 кВ проектируемо подстанции предусматривается установка двух автотрансформаторов с напряжением 220/110/10 кВ с проходной мощностью 200000 кВА. Все данные об автотрансформаторах сведены в таблицу 2.2.

Таблица 2.2 - Данные автотрансформатора

Тип автотрансформатора

Номинальное напряжение, кВ

 Потери, кВ

 Напряжение к. з., %

Ток х. х.


ВН

СН

НН

Х.Х.

К.З.

ВН-СН

ВН-НН

СН-НН


АТДЦТН - 200000/220

230

121

10,5

125

430

11

32

20

0,5

 


3. Расчет токов короткого замыкания


Короткими замыканиями называют всякое, не предусмотренное нормальными условиями работы замыкание между фазами, замыкание одной или нескольких фаз на землю, а также витковые замыкания в электрических машинах.

Короткие замыкания, как правило, сопровождаются увеличением токов поврежденных фазах до значений, превосходящих в несколько раз номинальное значение.

Протекание токов короткого замыкания приводит в проводниках и контактах к увеличению потерь электроэнергии, что вызывает их повышенный нагрев.

Резкое понижение напряжения при коротком замыкании может привести к нарушению устойчивости параллельной работы трансформаторов и к системной аварии с большим ущербом.

В трехфазных сетях с заземленными нейтралями различают следующие основные виды К.З. в одной точке [3]:

а) трехфазное замыкание. Относительная вероятность появления - 5%;

б) двухфазное замыкание. Относительная вероятность появления - 10%;

в) однофазное замыкание. Относительная вероятность появления - 65%;

г) двухфазное замыкание на землю (замыкание двух фаз между собой с одновременным соединением их с землей). Относительная вероятность появления - 20%.

Трехфазное замыкание является симметричным, т.к. при нем все фазы находятся в одинаковых условиях, все остальные виды К.З. являются несимметричными.

Рисунок 3.1 - Схема для расчета токов короткого замыкания

Целью данного раздела дипломного проекта является расчет мощности и токов короткого замыкания на шинах подстанции [1].

Ниже приводится схема замещения для расчетов токов короткого замыкания.

Для расчетов токов короткого замыкания ниже приводятся следующие исходные данные:

Для точки :

Базисное напряжение ступени кВ;

Базисная мощность МВА.

Рисунок 3.2 Схема замещения для расчета токов короткого замыкания

Базисное сопротивление обмоток автотрансформатора мощностью 200000 кВА определяются по соотношениям.

, (3.1)

, (3.2)

, (3.3)

где  - напряжение К.З. на высокой стороне трансформатора;

 - напряжение К.З. на средней стороне трансформатора;

 - напряжение К.З. на низкой стороне трансформатора.

Соответственно базисные сопротивления обмоток автотрансформатора равны:

 %;

 %;

 %.

Формула приведения к базисной мощности:

, (3.4)

где  - номинальная мощность автотрансформатора, соответственно;

;

;

.

Определение базисного сопротивления линий l. Активным сопротивлением линии пренебрегаем, а индуктивное принимаем Ом/км.

Сопротивление линии, заданное в Ом, переводим в относительное по формуле:

, (3.5)

где X - сопротивление линии;

,

где U2б1 - базисное напряжение первой ступени;

 = 60 км - длина линии;

.

Сопротивление системы определим по формуле:

.

Результирующее сопротивление для точки К1:

.

Базисный ток:

. (3.6)

Значение тока короткого замыкания:

. (3.7)

Значение ударного тока:

, (3.8)

где =1,8 - ударный коэффициент [1].

Наибольшее действующее значение полного тока короткого замыкания:

. (3.9)

Мощность короткого замыкания:

МВА. (3.10)

Рассчитываем ток короткого замыкания и мощность на шинах 110 кВ в точке .

Базисное напряжение ступени:  кВ.

Базисная мощность:  МВА.

Базисный ток:

 кА.

Результирующее сопротивление:

 Ом.

Значение тока короткого замыкания:

 кА.

Значение ударного тока короткого замыкания:

 кА.

Наибольшее действующее значение полного тока короткого замыкания:

 кА.

Мощность короткого замыкания:

 МВА.

Рассчитаем ток и мощность короткого замыкания для точки  на шине напряжением 10 кВ [20].

Среднее номинальное напряжение:  кВ.

Базисная мощность:  МВА.

Базисный ток:

 кА.

Результирующее сопротивление:

 Ом.

Значение тока короткого замыкания:

 кА.

Значение ударного тока:

 кА.

Наибольшее действующее значение полного тока короткого замыкания:

 кА.

Мощность короткого замыкания:

 МВА.

Рассчитанные токи короткого замыкания по всем точкам схемы сводим в таблицу 3.1

Таблица 3.1 - Результат расчета токов короткого замыкания

Точка к. з.

, Ом, кА, кА, кА, кА, МВА






 (шины 220 кВ) 0,076320,2513,298,44,91309







 (шины 110 кВ) 0,130,5033,8610,15,8768







 (шины 10 кВ) 0,641325,58,5821,812,9590









4. Выбор электрооборудования подстанций


4.1 Выбор шин


На подстанциях в качестве токоведущих частей, как правило, применяют шины. Алюминиевые шины используют для выполнения сборных шин РУ и для присоединения к сборным шинам электрических аппаратов отдельных цепей, а также используются для соединения РУ с основным электрическим оборудованием подстанции [3].

В закрытых РУ 6-10 кВ ошиновка и сборные шины выполняются жесткими алюминиевыми шинами.

Медные шины из-за высокой стоимости не применяются даже при больших токовых нагрузках. При токах до 3000 А применяются одно - или двухполосные шины. При больших токах лучше использовать шины коробчатого сечения, так как они обеспечивают лучшие условия охлаждения, а также меньшие потери от эффекта близости и поверхностного эффекта.

Согласно ПУЭ, сборные шины электроустановок и ошиновка в пределах открытых и закрытых РУ всех напряжений по экономической плотности тока не выбираются. На электродинамическое действие тока короткого замыкания проверятся гибкие шины распределительных устройств при токе трехфазного короткого замыкания  кА и провода ВЛ при  кА. Сечение шин выбирают по длительно-допустимому току и проверяют шины на электродинамическую и термическую стойкость к токам короткого замыкания.

Выбираем шины по длительно-допустимому току на напряжении 220 кВ:

,

 А, (4.1)

 А, (4.2)

Выбираем шины круглого сечения, изготовленные из сталеалюминевого провода марки АСО-300 с каталожными данными: сечение 300 мм2, длительно-допустимая токовая нагрузка Iдоп=690 А, d=23,5 мм.

Проверим сечение провода, минимально необходимое по термической устойчивости при коротком замыкании:

, (4.3)

где с - для сталеалюминевых шин принимаем по справочнику равным 91;

 - полный импульс квадратичного тока короткого замыкания;

, кА2, (4.4)

где tотк - время отключения короткого замыкания, равное 2 секунды;a - постоянная времени цепи короткого замыкания, равная 0,23;

 мм2, кА2.

Из расчета видно, что qmin = 54 мм2 удовлетворяет принятому сечению 300 мм2.

Проверим сечение провода по условиям короны.

Разряд в виде короны возникает при максимальном значении начальной критической напряженности:

, кВ/см, (4.5)

где m = 0,82 - коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности провода;0 - радиус провода, см;

 кВ/см.

Напряженность электрического поля около поверхности нерасщепленного провода определяется по выражению:

, кВ/см, (4.6)

где D ср - среднее геометрическое расстояние между проводами фаз, см.

При горизонтальном расположении фаз:


где D - расстояние между соседними фазами, см;

 см,

 кВ/см.

Провода не будут коронировать, если наибольшая напряженность поля у поверхности любого провода не более 0,9E0. Таким образом, условие образования короны можно записать в виде 1,07E < 0,9E0.

 кВ/см

Выбор шины на стороне 110 кВ.

Определяем расчетные токи продолжительных режимов:

 А. (4.7)

 А.

Выбираем шины круглого сечения изготовленные из сталеалюминевого провода марки АС-300 с каталожными данными: сечение 300 мм2, длительно-допустимая токовая нагрузка Iдоп = 690 А, диаметр d=24,4 мм.

По условию нагрева в продолжительном режиме шины проходят:

.

Проверяем шины на термическую стойкость:

 мм2,

где  кА2,qmin=63 мм2, что меньше принятого сечения, т.е. удовлетворяет условиям термической стойкости.

Проверка сечения провода по условиям короны. Разряд в виде короны возникает при максимальном значении начальной критической напряженности электрического поля:

 кВ/см.

Напряженность электрического поля около поверхности нерасщепленного провода определяется по выражению [20]:

 кВ/см.

 см.

Провода не будут коронировать, если наибольшая напряженность поля у поверхности любого провода не более 0,9E0. Таким образом, условие образования короны можно записать в виде 1,07E < 0,9E0.

 кВ/см

Выбор шины на стороне 10 кВ.

 А,  А.

Выберем сечение шин по длительно-допустимому току. Принимаю однополосную шину ;  А.

По условию нагрева в продолжительном режиме шины проходят:

.

Проверяем шины на термическую стойкость:

 мм2,где  кА2.

qmin=141 мм2, что меньше принятого сечения, т.е. удовлетворяет условиям термической стойкости. Проверим шины по условиям воздействия токов короткого замыкания на динамическую стойкость:

,

где .

, (4.8)

где M - момент инерции, кг/см3;

 кг/см3,

где W - момент сопротивления изгибу поперечного сечения шины

относительно оси перпендикулярной направлению силы, см3;

 см3,

 кг/см2, кг/см2.

4.2 Выбор изоляторов


В распределительных устройствах шины крепятся на опорных, проходных и подвесных изоляторах.

Изоляторы выбираются по следующим условиям:

по номинальному напряжению ;

по допустимой нагрузке ;

по роду установки.

Выбор изоляторов по роду установки предусматривает наружное или внутреннее применение.

Выбор изоляторов по допустимой механической нагрузке:


где Fрасч. - сила, действующая на изолятор;доп - допустимая нагрузка на головку изолятора;


где Fразр. - разрушающая нагрузка на изгиб.

Изоляторы надежно работаю при напряжениях превышающих их номинальные напряжения на 15 %. Так как максимальное рабочее напряжение электрической установки превышает их номинальное напряжение не более чем 5 - 10 %, то достаточно соблюсти условие:

,

где  - номинальное напряжение изолятора;

 - номинальное установившееся напряжение.

Для напряжения 220 кВ выбираем изоляторы марки ПС-11 с каталожными данными:  = 220 кВ, = 65 кВ, = 40 кВ, = 11000 Н, масса = 6,6 кг.

Выбранный изолятор проверяем по допустимой механической нагрузке:

 Н (4.9)

где l - расстояние между опорными изоляторами вдоль проводников;- расстояние между осями проводников.


Количество штук.

Для напряжения 10 кВ выбираем изоляторы марки ОНШ-10-2000У1 с каталожными данными: = 10 кВ,  = 47 кВ,  = 34 кВ, = 2000 Н, масса = 10 кг.

Выбранный изолятор проверяем по допустимой механической нагрузке:

.

.

4.3 Выбор выключателей


Выключатели являются важнейшими аппаратами распределительных устройств. Они предназначены для включения, отключения и повторного включения электрических цепей. Эти операции выключатели способны совершать в нормальном режиме, а также при коротких замыканиях, когда ток может превышать нормальный в десятки и сотни раз. Выключатели снабжены электромагнитными, пневматическими, пружинными и другими приводами для неавтоматического и автоматического управления. Автоматическое включение и отключение происходит без вмешательства человека с помощью автоматических устройств, замыкающих те же цепи управления.

Кроме приводного механизма в выключателях имеется контактная система с дугогасительным устройством, токоведущая часть, корпус и изоляционная конструкция [1].

К выключателям высокого напряжения представляются следующие требования:

надежное отключение любых токов (от десятков ампер до номинального тока отключения);

быстрота действий, т.е. наименьшее время отключений;

пригодность для быстродействующего автоматического повторного включения (АПВ), т.е. быстрое включение выключателя сразу же после отключения;

легкость ревизии и осмотра контактов;

удобство транспортировки и эксплуатации.

Выключатели высокого напряжения должны длительно выдерживать номинальный ток и номинальное напряжение.

Выбор выключателей осуществляется по следующим параметрам:

по номинальному напряжению и току;

по роду установки и условий работы.

Условия выбора.

; ; ; ; .

Выберем выключатели на стороне 220 кВ.

Номинальное напряжение установки U уст=220 кВ.

Номинальный рабочий ток находим по формуле:

, кА, (4.10)

где S - мощность подстанции, кВА. . Выбираем выключатель марки ВВБ-220-31,5-2000У10 (данные приведены в таблице 4.1).

Проверяем выключатель на отключающую способность. Проверка производится из условия:


Ток короткого замыкания подсчитан выше и равен:  кА.

Номинальный ток отключения для данного выключателя 31,5 кА.

Проверка выключателей на электродинамическую стойкость производится из условия:

,

где iy - ударный ток к. з., для шин 220кВ-8,4 кА;пр. с. - предельный сквозной ток, кА;пр. с. - для данного выключателя равен 80 кА;

,4 < 80 кА. Отсюда следует, что выключатель проходит по электродинамической стойкости.

Таблица 4.1 - Технические данные выключателя

Тип

, кВ, А, АПараметры сквозного тока к. з. Время протеания тока t, сПолное время отключенияоткл., сСобственное время отключения, сПривод








 





Ток электро-динамической стойкости

Ток термической стойкости





 





iдин, кА

Iдин, кА






ВВБ 220

220

2000

31,5

80

31,5

31,5

3

0,08

0,06

ШРИА


Проверим ВВБ-220-31,5-2000У1 на термическую стойкость к сквозным токам короткого замыкания.

Расчетный ток термической устойчивости находим по формуле:

 кА.

Табличное значение тока термической устойчивости равно 31,5 кА. Из этого следует, что ВВБ-220-31,5-2000У1 пригоден по термической устойчивости. Из вышеперечисленных расчетов видно, что выключатель ВВБ-220-31,5 - 2000У1 проходит по всем условиям проверок.

Выберем выключатель на стороне 110 кВ.

Номинальное напряжение установки: .

Номинальный рабочий ток:

 А.

Выбираем выключатель серии ВВН-110-2000-31,5У1.

Таблица 4.2 - Технические данные выключателя

Тип           , кВ, А, АПараметры сквозного тока, к. з. Время протекания тока t, сПолное время отключения, tоткл, сСобственное время отключения,

с







 





Ток электро-динами-ческой стойкости

Ток термической стойкости. кА








iдин, кА

Iдин, кА





ВВБ 220

220

2000

31,5

80

31,5

31,5

3

0,25

0,07


Проверяем выключатель на отключающую способность. Проверка производится из условия:

,

 кА.

Проверка выключателей на электродинамическую стойкость производится из условия:

,

 кА.

Проверим ВВН-110-2000-31,5У1 на термическую стойкость к сквозным токам короткого замыкания.

Расчетный ток термической устойчивости находим по формуле:

 кА.

Табличное значение тока термической устойчивости равно 31,5 кА. Из этого следует, что ВВН-110-2000-31,5У1 пригоден по термической устойчивости.

Из вышеперечисленных расчетов видно, что выключатель

ВВН-110-2000-31,5У1 проходит по всем условиям проверок.

Выбираем выключатель на напряжение 10 кВ.

Выбор выключателей на шинах 10 кВ производится аналогично расчетам приведенным выше.

В таблице 4.3 сведены результаты выбора выключателей на стороне 10 кВ.

Таблица 4.3 - Технические данные выключателя

Расчетные величины

Каталожные данные

Тип выключателя

Uуст, кВ  I р. м., кА             ,

кА, кАI, кАUн,

кВIн,

кАIн. т. у.

кАIотк.,

кАIпр.,

кА









 

10

26

8,58

26,5

6,9

10

630

20

20

64

ВМП-10-630-20У3


4.4 Выбор разъединителей


Разъединитель - это контактный коммутационный аппарат, предназначенный для коммутации электрической цепи без тока или с незначительным током, который для обеспечения безопасности имеет между контактами в отключенном положении изоляционный промежуток.

Разъединители имеют основное назначение изолировать на время ремонта в целях безопасности электрические машины, трансформаторы, линии, аппараты и другие элементы системы, находящихся под напряжением [4]. Разъединители способны размыкать электрическую цепь только при отсутствии в ней тока или при весьма малом токе, например, токе намагничивания небольшого трансформатора. Перед операцией разъединителем цепь должна быть разомкнута выключателем.

Разъединители играют важную роль в схемах электроустановок, от надежности их работы зависит надежность работы всей электроустановки, и поэтому к ним предъявляются следующие требования:

создание видимого разрыва в воздухе;

исключение самопроизвольных отключений;

четкое включение и отключение при наихудших условиях работы;

электродинамическая и термическая стойкость.

Разъединители по конструкции бывают рубящего, катящего, поворотного и подвесного типа. По роду установки:

для внутренних установок;

для наружных установок.

По числу полюсов:

однополюсные;

трехполюсные.

По способу установки:

с вертикальным расположением ножей;

с горизонтальным расположением ножей.

Выбор разъединителей осуществляется по следующим параметрам:

по номинальному напряжению и току;

по роду установки и условий работы.

Проверяется на электродинамическую и термическую стойкость к сквозным токам короткого замыкания.

Условия выбора:

; ; ; .

Результаты выбора и расчетов разъединителей сведены в таблице 4.4.

Таблица 4.4 - Технические данные разъединителя

Объект установки

Расчетные величины

Каталожные величины

Тип разъединителя


, кВ, А, кА, кА, кВ, А, кА, кА









ОРУ-220 кВ

220

487

8,4

2,51

220

1000

80

27

РНДЗ-1-220/1000У1

ОРУ-110 кВ

110

457

10,1

2,9

110

1000

80

31

РНДЗ-1-110/1000

ОРУ-10 кВ

10

26

21,8

6,55

10

1000

81

28,5

РНДЗ-1-10/1000


4.5 Выбор короткозамыкателей и отделителей


Короткозамыкатель предназначен для создания искусственного короткого замыкания на линии электропередач переменного тока напряжением 110 - 220 кВ при повреждении в трансформаторе понижающей подстанции.

Выбор короткозамыкателей производится по номинальному напряжению и проверяется на термическую и электродинамическую стойкость к токам короткого замыкания.

Выбираем короткозамыкатель марки КЭ-220 с каталожными данными: =220 кВ, =70 кА, = 27 кА/зс, полное время включения = 0,15 с., привод ППК.

Проверка на термическую и электродинамическую стойкость:

;

.

Короткозамыкатель марки КЭ-220 по условиям термической и электродинамической стойкости проходит.

Отделитель предназначен для автоматического отключения поврежденного участка линии в момент отключения выключателя на питающем конце линии и повторного включения.

Отделитель представляет собой обычный трехполюсный разъединитель, снабженный приводом для автоматического управления и способный производить отключение и включение участков цепи. Выбор отделителей производится по номинальному напряжению и номинальному току и проверка на термическую и электродинамическую стойкость к токам короткого замыкания.

Выбираю отделитель марки ОЭ-220/1000 с каталожными данными:

=220 кВ, =1000 А, = 70 кА, = 27,5 кА/зс, полное время отключения - 0,15 с., привод ППО.

Проверка на термическую и электродинамическую стойкость:

;

.

4.6 Выбор разрядников


Разрядники применяются для защиты от атмосферных и кратковременных внутренних перенапряжений. Разрядники конструкции РВС (вентильный стационарный) применяют для защиты от кратковременных и атмосферных перенапряжений (в пределах пропускной способности разрядников) изоляции оборудования подстанции переменного тока номинальным напряжением 15 - 500 кВ.

Выбираем разрядники по напряжениям установки.

На шинах подстанции напряжением 220 кВ выбираем разрядники марки РВС-220 с каталожными данными: = 220 кВ, = 400 кВ.

На шинах 110 кВ устанавливаются разрядники марки РВС-110 с каталожными данными: = 110 кВ, = 200 кВ.

На шинах 10 кВ устанавливаются разрядники марки РВС-10 с каталожными данными: = 10 кВ, = 25 кВ.

4.7 Выбор трансформаторов тока


Трансформаторы тока предназначены для передачи сигнала измерительной информации электроизмерительным приборам, устройствам релейной защиты и управления.

Трансформаторы тока по назначению разделяются на трансформаторы тока для измерений и трансформаторы тока защиты [5]. В некоторых случаях эти функции совмещаются в одном.

Трансформаторы тока для измерений предназначены для передачи информации измерительным приборам. Они устанавливаются в целях высокого напряжения, или в целях с большим током, т.е. в целях, в которых невозможно непосредственное включение измерительных приборов. К вторичной обмотке трансформатора для измерений подключаются амперметры, токовые обмотки ваттметров, счетчиков и аналогичные приборы. Трансформатор тока для измерений обеспечивает:

а) преобразование переменного тока любого значения в переменный ток, применяемый для измерения с помощью стандартных измерительных приборов;

б) изолирование измерительных приборов, к которым имеет доступ обслуживающий персонал, от цепи высокого напряжения.

Трансформаторы тока для защиты предназначаются для передачи измерительной информации в устройство защиты и управления. Соответственно этому, трансформатор тока для защиты обеспечивает:

преобразование переменного тока любого значения в переменный ток, применяемый для питания устройств релейной защиты;

изолирование реле, к которой имеет доступ обслуживающий персонал, от цепи высокого напряжения.

Трансформаторы тока в установках высокого напряжения необходимы даже в тех случаях, когда уменьшения тока для измерительных приборов или реле не требуется.

Трансформаторы тока выбираются по минимальным значениям напряжения первичного и вторичного токов, класса точности, проверяют на термическую и электродинамическую стойкость, при коротком замыкании. Ниже приведены формулы для выбора и проверки трансформаторов тока:

номинальное напряжение, кВ: ;

номинальный первичный ток, кА: ;

номинальная нагрузка вторичной обмотки, Ом:

; (4.11)

номинальная вторичная мощность трансформатора тока, ВА:

; (4.12)

ток электродинамической стойкости трансформатора тока, кА:

, (4.13)

где  - допустимая кратность первичного тока (по справочнику);

ток термической стойкости за время :

 

Выбираем трансформатор на 220 кВ типа ТФНД-220-IV.

Таблица 4.5 - Технические данные трансформатора тока

Расчетные данные

Каталожные данные

Uуст., кВ

Imax., А

Iу, кА

Вк, кА

S2расч., ВА

Uн., кВ

Iн., А

Iдин., кА

Iт., кА Tт., с

ВА

220

609

8,4

24,1

10

220

1000

100

30



Проверка трансформатора тока по вторичной нагрузке:

;

, (4.14)

где  - удельное сопротивление материала провода;  - расчетная длина, зависящая от схемы соединения трансформаторов тока. По условию механической прочности выбираем кабель АКРВГ с жилами сечения 4мм2.

Выбираем трансформаторов на 110 кВ типа ТНДФ-110 м-II.

Таблица 4.7 - Технические данные трансформатора тока

Расчетные данные

Каталожные данные

Uуст., кВ

Imax., А

Iу, кА

Вк, кА

S2расч., ВА

Uн., кВ

Iн., А

Iдин., кА

Iт., кА Tт., с

ВА

110

640

8,58

33,2

6,5

110

2000

110

30



Проверяем трансформатор тока ТНДФ-110м-II по вторичной нагрузке:

 Ом;  Ом;  Ом.

Таблица 4.8 - Вторичная нагрузка трансформатора тока

Приборы

Тип

Нагрузка. ВА



А

В

С

Амперметр

Э-335

0,5


0,5

Ваттметр

Д-335

0,5


0,5

Варметр

Д-335

0,5


0,5

Счетчики активной Реактивной энергии

И-680 И-689

2,5 2,5


2,5 2,5

Итого:


6,5


6,5


Определяем сечение соединительных проводов:

 мм2.

По условию механической прочности выбираем кабель АКРВГ с жилами сечением 4 мм2.

Выбираем трансформатор на 10 кВ типа ТПЛ 10-УЗ (таблица 4.9).

Проверяем трансформатор тока ТПЛ 10-УЗ:

 Ом;

 Ом;

 Ом.

Таблица 4.9 - Технические данные трансформатора тока


Вторичная нагрузка трансформатора тока приведена в таблице 4.10

Таблица 4.10 - Вторичная нагрузка трансформатора тока

Приборы

Тип

Нагрузка, ВА



А

В

С

Амперметр

Э-335

0,5


0,5

Счетчики активной Реактивной энергии

И-680 И-689

2,5 2,5


2,5 2,5

Итого:


5,5


5,5


Определяем сечение соединительных проводов:

 мм2. (4.18)

По условию механической прочности выбираем кабель АКРВГ с жилами сечением 4 мм2.

4.8 Выбор трансформаторов напряжения


ТН предназначены для понижения высокого напряжения до стандартной величины 100 или  В и для отделения цепей измерения и релейной защиты от первичных цепей высокого напряжения [1].

ТН широко применяются в электроустановках высокого напряжения; от их работы зависит точность электрических измерений и учета электроэнергии, а также надежность действия релейной защиты и противопожарной автоматики.

ТН выбирают:

по номинальному напряжению первичной обмотки ;

по конструкции и схеме соединения обмотки;

по классу точности;

по вторичной нагрузке;

,

где  - номинальная мощность в выбранном классе мощности;

 - нагрузка всех измерительных приборов и реле, присоединенных к трансформатору напряжения, ВА;

, (4.19)

Выбираем ТН на 220 кВ.

Таблица 4.11 Вторичная нагрузка трансформатора напряжения

Приборы                Тип        Нагрузка             Число обмоток   Число

приб. Общая мощность




 








Pприб, Вт

Qприб, кВар

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Ваттметр

Д-335

1,5

2

1

0

3

9


Варметр

1,5

2

1

0

3

9


Ваттметр

Д-335

1,5

2

1

0

1

3


Варметр

Д-335

1,5

2

1

0

1

3


Счетчики акт.

И-680

2

2

0,38

0,9

2

8

19,4

Счетчики акт.,

И-680

2

2

0,38

0,9

3

12

21,1

реакт. энергии

И-676

3

2

0,38

0,9

3

18

43,8

Вольтметр

Э-335

2

1

1

0

1

2


Вольтметр

Н-334

10

1

1

0

1

10


Фиксир. приб.

ФИП

3

1

1

0

3

9


Итого







69

72,9


 ВА.

Выбираем НКФ - 100 - 57 с  ВА.

 ВА.

Выбираем ТН на 10 кВ.

4.9 Выбор трансформаторов собственных нужд


Таблица - 4.12 Нагрузка собственных нужд подстанции

Вид потребителя

Установленная мощность

Нагрузка




количество, ед2

всего



Руст

Qуст

1

2

3

4

5

6

7

Охлаждение АТДЦТН-250

900,850,629056






Подогрев выключателей: ВВН-220 и ВВН-110


30

1

0

30


Подогрев ОПУ


50

1

0

50


Компрессоры

20010200






Пожаротушение (2 насоса)

401040






Освещение: ОРУ-220 и ОРУ-110


50

1

0

50


Итого:





460

56


 кВА,

где -расчетная мощность трансформатора, кВА;

-коэффициент спроса [1].  кВА.

Выбираем .

5. Релейная защита


5.1 Виды трансформаторов


Важнейшим и основным оборудованием понижающей подстанции являются трансформаторы. Поэтому релейная защита должна быть направлена прежде всего на защиту трансформаторов и автотрансформаторов.

В обмотках трансформатора и автотрансформатора могут возникать короткие замыкания между фазами, одной или двух фаз на землю, между витками одной фазы и замыкания между обмотками высшего и низшего напряжения. На вводах трансформаторов, ошиновке и в кабелях также могут возникать короткие замыкания между фазами на землю [6].

Кроме указанных повреждений, в условиях эксплуатации могут происходить нарушения нормальных режимов работы трансформаторов, к которым относятся: прохождение через трансформатор сверхтоков при повреждении других, связанных с ним элементов, перегрузка, выделение газа из масла, понижение уровня масла, повышение его температуры.

Из этого следует, что защита трансформаторов и автотрансформаторов должна выполнять следующие функции:

подавать предупредительный сигнал дежурному персоналу подстанции при перегрузке трансформатора, выделении газа из масла, понижения уровня масла, повышение его температуры;

отключать трансформатор от всех источников при его повреждении;

отключать трансформатор от поврежденной части установки при прохождении через него сверхтоков в случае повреждения шин или другого оборудования, связанного с трансформатором.

В соответствии с назначением для защиты трансформаторов при их повреждениях применяются следующие типы защит:

а) дифференциальная защита для защиты при повреждениях обмоток, вводов и ошиновки трансформаторов и автотрансформаторов;

б) максимальная токовая защита или максимальная токовая защита с пуском минимального напряжения для защиты от сверхтоков, проходящих через трансформатор, при повреждениях, как самого трансформатора, так и других элементов, связанных с ним. Эта защита действует с выдержкой времени;

в) защита от перегрузки, действующая на сигнал для оповещения дежурного персонала или с действием на отключение на подстанциях без постоянного дежурного персонала;

г) газовая защита для защиты при повреждении внутри бака трансформатора, сопровождающихся выделением газа, а также понижением уровня масла.

5.2 Дифференциальная защита


Для защиты от повреждения на вводах трансформаторов, а также от внутренних повреждений (короткое замыкание между фазами на землю и замыканием витков одной фазы) широко применяется дифференциальная защита.

Принцип действия продольной дифференциальной защиты основывается на сравнении токов в начале и конце защищаемой зоны.

Дифференциальную защиту трансформатора выполним в виде дифференциальной токовой защиты с реле, имеющим торможение ДЗТ-11. Основные достоинства реле ДЗТ: простота конструкции, хорошая тормозная характеристика, надежная отстройка от апериодической составляющей токов небаланса и токов намагничивания [6].

Производим расчет продольной дифференциальной токовой защиты.

Исходные данные и выбор трансформаторов тока сводим в таблицу 5.1.

Таблица 5.1 - Исходные данные и выбор трансформаторов тока

Наименование расчетных величин

Расчетная формула

Числовое значение расчетных величин для стороны



I-ВН

II-СН

III-НН

1

2

3

4

5

Первичные номинальные токи на сторонах трансформатора (соответствующие его номинальной мощности), А

502,61005,311010,2




Соединение вторичных обмоток трансформатора тока




Расчетные коэффициенты трансформации трансформатора тока   

1743482202




Принятый тип трансформаторов тока                        ТФНД-220 1000/5            ТНФД-110 2000/5            ТПЛ-10

10000/5

Первичные токи в обмотках при внешних к. з. на шинах, стороны I, II, III, в максимальном режиме, приведенные к стороне наибольшим вторичным номинальным током (основная сторона 10 кВ), А              



8580




 

Стандартный коэффициент трансформации принятые ТТ


200

400

2000

Вторичные токи в плечах защиты, соответствующие номинальным мощностям трансформаторов, А              

4,354,355,505




Первичные максимальные токи в обмотках для определения небаланса при расчетных внешних к. з., приведенные к основной стороне, А: Для расчета тока срабатывания; Для расчета витков тормозной обмотки.       

8580







Производим определение уставок защиты.

Первичный ток небаланса, обусловленный погрешностью трансформатора тока при расчетном внешнем к. з., приведенный к основной стороне:

, А, (5.1)

где  = 0,1 - относительная погрешность трансформатора тока [6];

,

 А.

Первичный ток небаланса, обусловленный регулированием напряжения ответвлениями обмоток защищенного трансформатора при внешних к. з.:

, А, (5.2)

где  - максимальное относительное изменение напряжения от напряжения среднего ответвления;

 А.

Первичный расчетные ток небаланса при внешнем к. з.:

, А; (5.3),  А.

Первичный ток срабатывания защиты из условий отстройки от расчетного тока небаланса при внешнем к. з.:

, А,

где -коэффициент надежности, =1,5 [6];

 А.

Первичный ток срабатывания защиты из условий отстройки от броска тока намагничивания, приведенного к стороне с наибольшим вторичным номинальным током:

, А, где ;  А.

Предварительный наибольший первичный ток срабатывания защиты:

 А.

Ток срабатывания на основной стороне:

, А, (5.4),  А.

Расчетное число витков насыщающегося трансформатора обмотки реле для основной стороны:

 (5.5)

где  - м. д. с. срабатывания реле ДЗТ-11;

.

Принятое число витков для установки на основной стороне (ближайшее меньше, чем  = 12).

Соответствующий  ток срабатывания реле:

, А, (5.6)


Принятое включение обмоток реле:

уравнительная обмотка 1 - 115 кВ;

уравнительная обмотка 2 - 230 кВ.

Определение расчетного числа витков 1-ой уравнительной обмотки:

; (5.7)

.

Предварительные принятое число витков 1-ой уравнительной обмотки: . Определение расчетного числа витков 2-ой уравнительной обмотки:

.

Предварительные принятое число витков 1-ой уравнительной обмотки: . Первичный виток небаланса при внешнем коротком замыкании, обусловленный округлением числа витков обмотки реле 2-ой уравнительной (предварительно):

, А, (5.8)

 А.

Первичный ток небаланса с учетом :

, А, (5.9)

 А.

Уточнение значения первичного тока срабатывания защиты из условия отстройки от расчетного тока небаланса при внешнем коротком замыкании:

, (5.10), где  = 1,5;

 А

Принятый первичный ток срабатывания защиты на основной стороне:

, А; (5.11)

 А.

Произведем расчет витков тормозной обмотки.

Первичный ток небаланса при внешнем коротком замыкании, обусловленный округлением расчетного числа витков уравнительных обмоток (приведенные к основной стороне):

, А; (5.12)

 А.

Первичный ток небаланса при внешнем коротком замыкании:

, А, (5.13)

 А.

Первичный тормозной ток, приведенный к основной стороне:  А

Число витков тормозной обмотки:

. (5.14)

Для реле ДЗТ-11: ; ;

.

Принимаем 1 виток тормозной обмотки.

Производим расчет чувствительности защиты, она должна удовлетворять условию:

, (5.15), .

Условие (5.15) выполняется.

Окончательно принятые числа витков обмотки насыщающегося трансформаторы реле для установки на основной стороне (10,5 кВ) и не основных сторон (115 и 230 кВ):

на стороне 10,5 кВ W=24;

на стороне 230 кВ W=7;

на стороне 115 кВ W=7

5.3 Максимальная токовая защита от перегрузки автотрансформаторов


На понижающих трансформаторах в качестве защиты от сверхтоков, обусловленных внешними к. з., должна предусматриваться максимальная токовая защита с действием на отключение с комбинированным пуском напряжения.

Расчет максимальной токовой защиты, а также расчет защиты от перегрузки автотрансформатора сведем в таблицу 5.2.

Таблица 5.2 - Максимальная токовая защита от перегрузки автотрансформатора

Наименование расчетных величин

Обозначения и расчетная формула

Автотрансформатор 200000 кВА



Сторона 220 кВ

Обдув трансформатора

110 кВ

10 кВ



Максимальная защита с блокировкой минимального напряжения

Защита от перегрузок


Максимальная защита с блокировкой минимального напряжения

Максимальная защита с блокировкой минимального напряжения

1

2

3

4

5

6

7

Максимальный рабочий ток, А

502,645035031005,311010,2






Коэффициент трансформации ТТ

2002002004002000






Максимальное значение тока короткого замыкания в зоне основной защиты, А

329038608580






Расчетный коэффициент кратности макс. тока

1,210,51,21,2






Расчетный коэффициент схемы

11111






Расчетный коэффициент надежности

1,21,051,21,2






Расчетный коэффициент возврата реле

0,80,80,80,8






Ток срабатывания реле: расчетный, А

4,5243,2991,2374,5249,909






Принятый

4,523,31,264,529,91






Первичный, А

904660252180819820






Чувствительность защиты в зоне основной защиты

3,642,140,43






За трансфор-матором 0,645







Тип реле


РТ-40/6

РТ-40/2

РТ-40/2

РТ-40/6

РТ-40/6

Пределы уставок тока реле, А






Тип реле времени.


ЭВ-122А

ЭВ-122А


ЭВ-122А

ЭВ-122А

Пределы уставок, сек.







Для повышения чувствительности МТЗ при коротком замыкании и улучшении отстройки ее от токов нагрузки применяется блокировка при помощи реле минимального напряжения. Защита действует на отключение только при срабатывании реле напряжения.

Установки реле напряжения выбираются так, чтобы реле не работало при максимальном уровне рабочего напряжения. Защиту устанавливаем с каждой стороны трансформатора.

Напряжение срабатывания защиты определяется по следующему условию на стороне 220 кВ:

, (5.16)

Для реле типа РН-54; ; ;

 кВ.

 кВ.

Напряжение срабатывания защиты на стороне 110 кВ:

 кВ.

 кВ.

Напряжение срабатывание защиты на стороне 10 кВ:

 кВ.

 кВ.

Время срабатывания МТЗ выбираем 0,5 секунд, а время срабатывания защиты от перегрузок принимаем на ступень селективности больше, то есть 1 секунда.

5.4 Газовая защита


Газовая защита получила широкое распространение в качестве весьма чувствительной защиты от внутренних повреждений трансформаторов. Она основана на использовании явления газообразования. Образование газов в трансформаторе является следствием разложения масла и других изолирующих материалов под действием электрической дуги при витковых замыканиях или недопустимого нагрева при "пожаре стали”. Интенсивность газообразования зависит от характера и размера повреждения. Это дает возможность выполнить газовую защиту, способную различить степень повреждения и в зависимости от этого действовать на отключение или сигнал. При сильном газообразовании, вызванным коротким замыканием, защита действует на сигнал и отключение или только на сигнал при опасном понижении уровня масла в трансформаторе. При медленном газообразовании защита дает предупредительный сигнал. Газовая защита очень чувствительна, она реагирует на такие опасные повреждения, на которые не реагируют другие защиты из-за недостаточной величины тока при этом виде повреждения. Основным элементом газовой защиты является газовое реле KSG, установленное в маслопроводе между баком и расширителем. Реле РГЧЗ-66 с чашеобразными элементами имеет 3 уставки срабатывания отключенного элемента. При скорости потока масла 0,6: 0,9; 1,2 м/с время срабатывания реле составляет 0,05-0,5 сек. Уставка по скорости потока масла определяется мощностью и характером охлаждения трансформатора. [11]

Достоинства газовой защиты:

высокая чувствительность и реагирование не все повреждения внутри бака;

простота выполнения;

небольшое время срабатывания;

способность защитить трансформатор от понижения масла по любым причинам.

Недостатки газовой защиты:

ложное срабатывание при попадании воздуха в бак;

не реагирует на повреждения вне бака (на выводах, между трансформатором и выключателем).

6. Собственные нужды


Приемниками собственных нужд являются оперативные цепи, электродвигатели систем охлаждения автотрансформаторов, компрессоров, освещение, электроотопление помещений, электроподогрев коммуникационной аппаратуры высокого напряжения и шкафов, установленных на открытом воздухе, связь, сигнализация и т.д. [11]

Приемниками собственных нужд классифицируются по ответственности и по длительности включения.

Приемники, отключение питания которых приводит к нарушению нормального режима эксплуатации, к частичному или полному отключению подстанции, к аварии основного оборудования. Для приемников этой группы необходимо предусмотреть двойное питание от разных секций щита собственных нужд с автоматическим резервированием.

Приемники, отключение питание которых допустимо на 20-40 мин на подстанции с дежурным персоналом, или до обслуживания этой группы приемников допустимо осуществлять вручную

По длительности включения:

приемники постоянно включены в сеть (в том числе цепи управления и релейной защиты);

приемники, включаемые периодически;

приемники, включаемые во время ремонта.

На подстанции, как правило, сеть собственных нужд имеет напряжение

В с заземленной нейтралью. Напряжение 220 В с изолированной нейтралью применяется как исключение.

Для питания сети собственных нужд подстанции используется два масляных трансформатора серии ТМ со схемой соединения обмоток звезда-звезда мощностью 630 кВ×А. Применение трансформаторов большей мощности ограничивается стойкостью аппаратуры низкого напряжения к токам к. з.

Электрическое освещение на подстанции подразделяется на рабочее и аварийное.

Рабочее освещение является основным видом освещения и предусматривается во всех помещениях подстанции, а также на открытых участках территории, где в темное время суток может производиться работа или происходить движение транспорта или людей.

Питание сети рабочего освещения осуществляется от общих с силовыми потребителями трансформаторов собственных нужд с глухозаземленной нейтралью, при этом защитные и разъединяющиеся автоматические выключатели устанавливаются только в фазных проводах.

Напряжение ламп общего освещения принимается равным 220В, стационарного местного 36 В, переносных ручных ламп 12 В.

Освещение ОРУ осуществляется прожекторами ПЗС-35 с лампами накаливания мощностью 500 Вт.

7. Молниезащита и заземление


7.1 Молниезащита


Наиболее опасным проявлением молнии с точки зрения поражения зданий и сооружений является прямой удар. 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. Подстанция "Термо Мастер" относится по типу зоны защиты к зоне А, по категории устройства молниезащиты к I категории. [12]

)                                                                         б)

Рисунок 7.1 Конструкция стержневого (а) и тросового (б) молниеотводов: 1-молниеприемник; 2-несущая конструкция; 3-токоотвод; 4-заземлители

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

Каждый молниеотвод состоит из следующих элементов: молниеприемника 1, непосредственно воспринимающего удар молнии; несущей конструкции 2, предназначенной для установки молниеприемника; токоотвода 3, обеспечивающего отвод тока в землю, и заземлителя 4, отводящего ток в землю и обеспечивающего контакт с землей молниеприемника и токоотвода.

Название молниеотвода определяется типом молниеприемника. Стержневые молниеприемники изготовляют из прокатной стали различного профиля. В качестве тросового молниеприемника часто используют стальной оцинкованный спиральный канат марки ТК сечением 48,26 мм2. Для устройства токоотводов применяют круглую сталь и стальной канат диаметром 5-6мм или полосовую сталь прямоугольную и угловую с площадью поперечного сечения 24 и 48 мм2. На металлических молниеотводах токоотводом может служить металлическая ферма или стальная арматура конструкции.

Металлические молниеотводы находят широкое применение при защите высоких, протяженных объектов, где требуемая высота молниеотвода составляет 20-30 м.

Наибольшая оптимальная высота несущих конструкций отдельно стоящих молниеотводов (тросовых и стержневых) не превышает 45-50 м.

Заземляющее устройство молниезащиты выполняют аналогично и в ряде случаев эти устройства можно объединять.

Тип, количество и взаимное расположение молниеотводов определяют геометрическую форму зоны защиты. На проектируемой подстанции принимаем исполнение защиты шестью отдельно стоящими металлическими молниеотводами стержневого типа высотой 50 м.

Рисунок 7.2 - Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода

Определяем параметры зоны защит:

1.  м;

.  м;

Зоны защиты построим для трех уровней:

м, м,  м.

Радиусы зон защиты составят:

м;

м;

м.

7.2 Заземление


Заземлением называют преднамеренное гальваническое соединение металлических частей электроустановки с заземляющим устройством. Различают следующие виды заземлений: защитное - выполняют с целью обеспечения электробезопасности при замыкании токоведущих частей на землю; рабочее - предназначено для обеспечения нормальных режимов работы установки; молниезащитное - для защиты электрооборудования от перенапряжений и молниезащиты зданий и сооружений. В большинстве случаев одно и то же заземление выполняет несколько функций, т.е. одновременно является защитным, рабочим и т.д. [2]

Заземляющее устройство - это совокупность заземлителя и заземляющих проводников. Заземляющие устройства являются составной частью большинства электроустановок и служат для обеспечения необходимого уровня электробезопасности в зоне обслуживания электроустановки и за ее пределами, для отвода в землю импульсных токов с молниеотводов и разрядников, для создания цепи при работе защиты от замыкания на землю и для стабилизации напряжения фаз электрических сетей относительно земли.

Заземлителем называют металлический проводник или группу проводников, находящихся в соприкосновении с землей. Различают естественные и искусственные заземлители. [4].

Естественные заземлители - это различные конструкции и устройства, которые по своим свойствам могут одновременно выполнять функции заземлителей: водопроводные и другие металлические трубопроводы (кроме трубопроводов горючих и взрывчатых жидкостей и газов, а также трубопроводов, покрытых изоляцией от коррозии), металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, имеющих надежное соединение с землей.

Под искусственными заземлителями понимают закладываемые в землю металлические электроды, специально предназначенные для устройства заземлений.

Заземляющие проводники служат для присоединения частей электроустановки с заземлителем.

Наиболее жесткие требования предъявляются к заземляющим устройствам - условие обеспечения безопасности, так как для изоляции электрооборудования опасные разности потенциалов во всех случаях значительно превышают напряжения, опасные для человеческого организма.

Заземлению подлежат корпуса электрических машин, трансформаторов, аппаратов, приводов электрических аппаратов, каркасы распределительных щитов, щитов управления, ящиков и шкафов, а также вторичные обмотки измерительных трансформаторов.

Расчет заземляющих устройств сводится к расчету заземлителя, т.к. заземляющие проводники в большинстве случаев принимают по условиям механической прочности и стойкости к коррозии по ПУЭ:

а) в соответствии с ПУЭ устанавливаю допустимое сопротивление заземляющего устройства Rз. Если заземляющее устройство является общим для установок на различное напряжение, то за расчетное сопротивление заземляющего устройства принимаю наименьшее из допустимых. Принимаю сопротивление заземляющего устройства Rз = 0,5 Ом. [4].

б) предварительно с учетом отведенной территории намечаю расположение заземлителей - по контуру.

в) определяю необходимое сопротивление искусственного заземлителя с учетом использования естественного заземлителя, включенного параллельно, из выражения:

 Ом,

где  - сопротивление искусственного заземлителя,е-сопротивление естественного заземлителя,з - допустимое сопротивление заземляющего устройства, принятое по п.1;

г) определяю расчетное удельное сопротивление грунта ρр для горизонтальных и вертикальных электродов с учетом повышающего коэффициента Кп, учитывающего высыхание грунта летом и промерзание его зимой.

ρр= ρсум∙ Кп,

где ρсум - измеренное удельное сопротивление грунта, ρсум = 100 Ом;

Кп - повышающий коэффициент, для вертикальных заземлителей Кп=1,4; для горизонтальных заземлителей Кп=3,4; [4].

ρрв=100∙1,4=140 Ом; ρрг= 100∙3,4=340 Ом;

д) определяю сопротивление растеканию одного вертикального электрода по формуле:

,

где l-длина электрода;

 Ом;

е) определяю ориентировочное число вертикальных заземлителей при предварительно принятом коэффициенте использования Кив.

,

где Кив - коэффициент использования, учитывает увеличение сопротивления заземлителя вследствие явления экранирования соседних электродов, Кив = 0,65;

ж) определяю расчетное сопротивление растеканию горизонтальных электродов по выражению:

 Ом,

где Кигэ - коэффициент использования горизонтальных электродов,

Кигэ=0,33 (для горизонтальных полос сечением 40Х4 мм);

з) уточняю необходимое сопротивление вертикальных электродов:


и) Определяю число вертикальных электродов по формуле:


Принимаю окончательно 150 вертикальных электродов.

Общая длина вертикальных заземлителей:

 м;

Действительный план заземляющего устройства преобразует расчетную квадратную модель со стороной

 м;

Число ячеек по стороне квадрата

,

где Lr - длина горизонтальных заземлителей, м; Принимаем m=9.

Длина полос в расчетной модели

м;.

Длина сторон ячейки

 м;

Расстояния между вертикальными электродами:

 м;

к) для установок U›1000В в сетях с заземленной нейтралью заземляющие проводники проверяют на термическую стойкость по формуле:

,

где Iр - расчетный ток через проводник;п - приведенное время прохождения тока кз на землю, tп=1,1с;

Кт - температурный коэффициент, учитывающий ограничение допустимой температуры нагрева проводника для стали, Кт=74; [4].

 мм2;

Полученное сечение должно быть меньше сечения полосы, а именно

мм2 ‹ 160 мм2, т.е. полоса удовлетворяет условиям термической стойкости.

8. Компоновка электрооборудования подстанции


8.1 Компоновка электрооборудования ОРУ


Компоновка и конструкция ОРУ разрабатываются для ранее принятых номинального напряжения, схемы электрических соединений, количества присоединяемых линий, трансформаторов и автотрансформаторов, выбранных параметров и типов высоковольтной коммутационной и измерительной аппаратуры (выключатели, разъединители, трансформаторы тока и напряжения) и ошиновки; при этом должны быть учтены местные условия размещения площадки, отведенной для проектируемой подстанции: рельеф, грунты, размеры площадки, направления выводимых линий (коридоры для вывода линий), примыкание железнодорожных путей и автомобильных дорог. Должны быть также учтены климатические условия. [3].

В соответствии с местными условиями и генпланом понижающей подстанции ОРУ принимается с однорядным, двухрядным или четырехрядным расположением выключателей с расположением этих рядов параллельно или перпендикулярно рядам силовых трансформаторов или главного корпуса ПС. Собственно, ОРУ может быть выполнено широким, но коротким или узким, но длинным; ОРУ может быть выполнено с гибкой, жесткой и смешанной (и гибкой, и жесткой) ошиновкой, что отразится на конструкциях для установки (подвески) этой ошиновки и на размерах этих конструкций - пролетах порталов, высоте колонии, их количестве и массе, количестве опорных и подвесных изоляторов.

Каждое из решений имеет свои достоинства и недостатки и задача состоит в том, чтобы выбрать для данных местных условий наиболее целесообразное решение, обеспечивающее надежность, удобные условия для эксплуатации и экономичностью по сравнению с другими вариантами.

Размеры каждой ячейки ОРУ определяются типами коммутационного оборудования (выключателей, разъединителей, трансформаторов тока и напряжения) и их габаритами, а также принятыми согласно ПУЭ изоляционными промежутками (Аф-фф-з - расстояния соответственно между фазами и от фаз до заземленных конструкций) и расстояниями, допустимыми по условиям безопасного для персонала прохода вблизи оборудования, находящегося под напряжением, или длительного пребывания вблизи последнего при проведении ремонтных работ.

Решающее значение для определения шага ячейки и высоты конструкций для установки оборудования и подвески ошиновки имеет разработка проекта ОРУ в увязке с механизмами, с помощью которых будет осуществляться первоначальный монтаж этого оборудования и проведение впоследствии периодических ремонтов оборудования при сохранении соседних цепей под напряжением; при этом должен быть проезд по ОРУ механизмов и приспособлений, а также увозимого и привозимого оборудования и материалов, нужных для ремонта (для демонтажа и монтажа). Для определения размеров конструкций ОРУ необходимы также решения следующих вопросов:

а) допустимость прохождения над ремонтируемыми выключателями гибкой ошиновки находящейся в работе (под напряжением) какой - либо линии или трансформатора;

б) высота стульев под оборудование;

в) тип ошиновки для сборных шин и перемычек между коммутационной аппаратурой, установленной на ОРУ, - гибкой или жесткой. Каждое из решений имеет свои достоинства и недостатки и задача состоит в том, чтобы выбрать для данных местных условий наиболее целесообразное решение, обеспечивающее надежность, удобные условия для эксплуатации и экономичностью по сравнению с другими вариантами. При проектировании ОРУ высших напряжений следует разрабатывать несколько вариантов ошиновки; окончательный выбор варианта должен быть обоснован технико-экономически;

г) типы электрооборудования (разъединители - опорные, подвесные; выключатели - масляные, воздушные и т.д.; измерительные трансформаторы тока и напряжения);

д) размещение подъездных дорог и монтажно-ремонтных механизмов при монтаже и ремонтах выключателей;

е) способ канализации больших потоков кабелей (подземные туннели, наземные короба).

8.2 Компоновка электрооборудования ЗРУ


Наилучшее решение для ЗРУ как с точки зрения надежности работы безопасности обслуживания, так и с точки зрения скорости сооружения и наименьших затрат обеспечивается применением комплектных устройств.

В случае отсутствия комплектных распределительных устройств и необходимости сооружения распределительного устройства на месте оно выполняется сборной конструкции с внутренней (закрытой) или наружной (открытой) установкой электрооборудования, с малообъемными масляными или безмасляными выключателями. [3].

Применение малообъемных масляных или вакуумных выключателей позволяет выполнять такое РУ сборным с большей безопасностью в пожарном отношении, большей надежностью и большими удобствами в эксплуатации.

При применении малообъемных масляных или вакуумных выключателей конструкции РУ существенно упрощаются благодаря тому, что эти выключатели могут устанавливаться в открытых камерах с выходом в общий коридор обслуживания; это дает также весьма значительное улучшение условий наблюдения за состоянием электрооборудования.

Компоновка сборных устройств ЗРУ могут быть подразделены на две группы:

с отдельно стоящими конструкциями и двумя коридорами обслуживания;

с конструкциями прислоненного типа и одним коридором обслуживания.

Сборные шины обычно располагаются горизонтальной плоскости. При величине ударного тока КЗ 25-50 кА и шаге ячейки до 1,5-1,7м такое расположение шин требует наименьших габаритов здания. Опорные изоляторы устанавливаются на конструкциях с шагом, равным шагу ячеек.

Сборная отдельно стоящая конструкция предназначается для ответственных подстанций и позволяет выполнять как кабельные, так и воздушные выводы. В этой компоновке часто применяется один общий привод для шинных и линейных разъединителей.

Вертикальная перегородка доведена до перекрытия, что способствует локализации аварий.

В сборных конструкциях прислоненного типа все электрооборудование отдельной цепи размещается по вертикали, благодаря чему высота здания увеличивается на 0,6-0,8м. Обслуживание всего электрооборудования осуществляется из одного центрального коридора

Шинные разъединители устанавливаются непосредственно под сборными шинами или отделяются от сборных шин полкой с проходными изоляторами. Последняя повышает надежность РУ вследствие защиты сборных шин от оплавления дугой при ошибочных операциях с шинными разъединителями (отключение под током). Такие конструкции применяются в наиболее ответственных РУ, от которых питается значительное число потребителей. При отсутствии полки с проходными изоляторами возможность поражения шин дугой в результате неправильной операции с разъединителями исключается блокировкой между приводами выключателей и разъединителей, не допускающих оперирования шинными разъединителями при включенном выключателе.

Шинные разъединители, как правило, устанавливаются трехполюсные с дистанционными приводами, что обеспечивает более безопасное управление ими и исключает возможность включения или отключения не всех трех фаз, что может иметь место при однополюсных разъединителях вследствие ошибок персонала.

Приводы трехполюсных разъединителей размещаются рядом с приводами выключателей, что позволяет просто выполнить механическую блокировку между ними. При трехполюсных разъединителях упрощается также установка сигнально - блокировочных контактов: один комплект контактов связывается с приводом трехполюсного разъединителя.

Линейные (выходные) разъединители и концевые кабельные воронки устанавливаются в нижней или верхней части камеры в зависимости от типа вывода - кабельного или воздушного.

Трансформаторы тока устанавливаются вертикально или горизонтально; в некоторых компоновках они используются в качестве проходных изоляторов.

Сборные конструкции изготовляются из металлического каркаса с заполнением их гипсолитовыми или асбоцементными плитами.

Силовые кабели линий в устройствах ЗРУ обычно выводятся из камер непосредственно наружу с помощью труб - керамиковых, стальных, асбоцементных.

Контрольные кабели прокладываются в кабельных каналах первого этажа. Эти каналы перекрываются съемными плитами из несгораемых материалов (рифленая сталь, асбоцемент, железобетон). Кабельные каналы располагаются вблизи передней стены камер ячеек и так, чтобы часть коридора управления оставалась со сплошным полом для прохода эксплуатационного персонала.

9. Экономическая часть


Основой рационального решения всего сложного комплекса технико-экономических вопросов при проектировании электроснабжения современного предприятия является правильное определение ожидаемых электрических нагрузок. Определение электрических нагрузок является первым этапом проектирования любой системы электроснабжения. От правильной оценки ожидаемых результатов нагрузок зависят капитальные затраты в системе электроснабжения, расход цветного металла, потери электроэнергии и эксплуатационные расходы. [7].

Если в расчетах будет увеличение расчетных нагрузок, то это приведет к увеличению капитальных затрат и неполное использование электрооборудования и проводников. В ряде случаев это может привести к росту потерь электроэнергии. Уменьшение электрических нагрузок вызовет повышенные расходы на потери электроэнергии в системе, ускорит износ оборудования, может ограничить производительность всего предприятия. Поэтому потребуется вскоре после ввода предприятия в эксплуатацию увеличивать сечение проводов электрических сетей и производить замену электрооборудования. С целью уменьшения эксплуатационных расходов и капитальных затрат в системах электроснабжения проводят технико-экономические расчеты.

Их выполняют для выбора:

наиболее рациональной схемы электроснабжения предприятия;

экономически обоснованного числа, мощности и режима работы трансформаторов подстанции;

электрических аппаратов и токоведущих устройств;

сечение проводов, шин и жил кабелей;

рациональных напряжений в системе внешнего и внутреннего электроснабжения;

экономически целесообразных средств комплексации реактивной мощности;

трасс и способов прокладки электросетей с учетом коммуникаций электрохозяйства в целом.

Целью технико-экономических расчетов является определение оптимального варианта схемы, параметров сети и её элементов.

9.1 Выбор числа и мощности трансформаторов подстанции


Номинальная мощность трансформатора определяется по условию [4]:

, (9.1)

где  - коэффициент загрузки трансформатора (=0,5) с учетом предполагаемого режима предприятия [4];

 кВА.

Принимаем к установке два трансформатора 200 МВА. Проверим возможность перегрузки трансформаторов:

,

где 1,4 - коэффициент, учитывающий допустимую предельную перегрузку трансформатора в аварийном режиме;

 кВА.

Технико-экономические показатели применения трансформаторов.

Принимаем к рассмотрению два варианта:

вариант 1 - трансформаторы АТДЦТН - 200000/220;

вариант 2 - трансформаторы АТДЦТН - 250000/220.

Рассмотрим каждый из вариантов, для чего по таблицам находим все численные значения этих трансформаторов и сводим в таблицу 9.1.

Таблица 9.1 - Технико-экономические показатели трансформаторов

Вариант

, кВА, кВт, кВт2k, %, %






1

200000

125

430

11

0,5

138000

2

250000

145

520

11

0,5

170000


9.2 Расчет трансформатора АТДЦТН - 200000/220


Коэффициент загрузки трансформаторов в нормальном режиме работы составит:

, (9.2)

где  - номинальная мощность трансформатора, кВА;

.

Этот трансформатор сможет пропустить всю нагрузку, так как суммарный нагрузочный коэффициент согласно ПУЭ составит 1,4.

Определим потери мощности в трансформаторах по формулам:

, кВар; (9.3)

, кВар; (9.4)

, кВт; (9.5)

, кВт; (9.6)

 кВар;  кВар;

 кВт;  кВт.

Определим капитальные затраты по формуле:

 тыс. тг.

Определим амортизационные отчисления по формуле:

 (9.7)

где

 - коэффициент амортизационных отчислений, трансформатора [7]; (=0,1) [7];

 тыс. тг. /год.

Стоимость потерь электрической энергии определим из выражения:

,

где  - коэффициент загрузки трансформатора;  - время максимальных потерь, ч/год;  - стоимость электроэнергии ().


Суммарные эксплуатационные расходы найдем из выражения [7]:

, тыс. тг. /год, (9.8)

 тыс. тг. /год.

9.3 Расчет трансформаторов АТДЦТН - 250000/220


Расчет трансформатора АТДЦТН - 250000/220 проведем аналогично по тем же условиям и формулам.

.

Работы этого трансформатора также допустимы, как и первого.

Определим потери мощности в трансформаторах:

 кВар,  кВар,

 кВт,  кВт.

Определим капитальные затраты:

 тыс. тг. /год.

Стоимость потерь электрической энергии:

 тыс. тг. /год.

Находим суммарные эксплуатационные расходы:

 тыс. тг. /год.

Амортизационные отчисления равны:

 тыс. тг. /год.

В вышеприведенных расчетах был произведен сравнительный анализ двух вариантов, принятых к рассмотрению, проверка трансформаторов на условия нормального и аварийного режима работы, а также выбор числа и мощности силовых трансформаторов для подстанции на основании тщательных экономических расчетов. Главными критериями выбора стали показатели капитальных вложений и годовых эксплуатационных затрат. Итоговые сравнения вариантов сведем в таблицу 9.2.

Таблица 9.2 - Технико-экономические характеристики трансформаторов

Вариант

Мощность трансформа- тора, кВА

Капитальные затраты, тыс. тг.

Амортиза-ционные отчисления, тыс. тг. /год

Стоимость потерь электро-энергии, тыс. тг. /год

Суммарные эксплуата-ционные расходы, тыс. тг. /год

1

200000

276000

27600

6343

33943

2

250000

340000

34000

6886

40886


Из таблицы видно, что у трансформатора мощностью 200 МВА приведенные затраты меньше, чем у трансформатора 250 МВА, а суммарные эксплуатационные расходы обойдутся предприятию в меньшую сумму.

Следовательно, мы делаем вывод, что установка трансформатора мощностью 200 МВА по технико-экономическим соображениям выгоднее, чем трансформаторы мощностью 250 МВА. Окончательно принимаем к установке на подстанцию "Термо Мастер” два трансформатора мощностью 200 МВА.

10. Охрана труда


ПС является опасным производственным объектом. Поэтому, согласно статьи 10 [17], физические лица, находящиеся на опасных производственных объектах, обязаны:

соблюдать требования промышленной безопасности;

незамедлительно информировать администрацию организации, имеющей опасные производственные объекты, об аварии, отказах оборудования и средств противоаварийной защиты, отклонениях от режимов технологических процессов, которые могут привести к аварии;

проходить инструктаж и обучение, переподготовку, аттестацию по вопросам промышленной безопасности;

оказывать содействие при расследовании причин аварии.

Согласно статьи 16 [18]:

. Обучение, инструктирование, проверка знаний работников по вопросам безопасности и охраны труда проводятся работодателем за счет собственных средств.

. Порядок и сроки проведения обучения, инструктирования и проверок знаний по вопросам безопасности и охраны труда работников определяются нормативными правовыми актами Республики Казахстан.

. Лица, принятые на работу, в обязательном порядке проходят организуемое работодателем предварительное обучение с последующим обязательным проведением проверки знаний по вопросам безопасности и охраны труда. Работники, не прошедшие предварительного обучения, инструктирования и проверки знаний по вопросам безопасности и охраны труда, к работе не допускаются.

. Руководящие работники и лица, ответственные за обеспечение безопасно

сти и охраны труда, производственных организаций периодически, не реже одного раза в три года, обязаны пройти обучение и проверку знаний по вопросам безопасности и охраны труда на курсах повышения квалификации в соответствующих высших учебных заведениях.

10.1 Анализ опасных и вредных факторов на подстанции и их влияние на организм человека


Значение электрического тока, проходящего через тело человека, является основным фактором, обусловливающим исход поражения. Большое влияние оказывает длительность воздействия тока, его частота, а также другие факторы. Сопротивление тела человека и значение приложенного к нему напряжения также влияют на исход поражения, так как они определяют значение тока, проходящего через человека. [13]

Человек начинает ощущать воздействие проходящего через него тока малого значения: 0,6-1,5 мА при переменном токе и 5-7 мА при постоянном токе. Этот ток называется пороговым ощутимым током.

Большие токи вызывают у человека судороги мышц и неприятное болезненное ощущение, которые с увеличением тока усиливаются и распространяются на все участки тела. Все эти токи называются неотпускающими.

Чем продолжительнее действие тока, тем больше вероятность тяжелого или смертельного исхода.

Особую опасность представляют работы на высоте (выше 5 м. от грунта или настила), требующие подъема на электрооборудование и строительные конструкции. Эти работы выполняются верхолазами, к состоянию которых предъявляются повышенные требования. [2]

Для работ на высоте используются леса и подмосты, имеющие ограждения. При отсутствии ограждений рабочий непременно применяет предохранительный пояс.

Особые меры предосторожности нужно соблюдать при работе на отключенных проводах (шинах) ОРУ, пересекаемых другими проводами (шинами), находящимися под напряжением. Такая работа выполняется под надзором инженерно-технического работника из числа электротехнического персонала.

В электроустановках подстанции пожары могут возникнуть на следующих объектах:

пожары в РУ (могут возникнуть из-за неосторожного ведения газосварочных или электросварочных работ, вследствие коротких замыканий;

пожары в маслонаполненных трансформаторах (могут возникнуть вследствие выброса масла и его паров при к. з. внутри трансформатора и несрабатывания газовой защиты.

Эффект воздействия электромагнитного поля на биологический объект оценивается количеством электромагнитной энергии, поглощаемой этим объектом при нахождении его в поле. Электромагнитное поле можно рассматривать состоящим из двух полей: электрического и магнитного. При малых частотах

(50 Гц) электрическое и магнитное поля практически не связаны между собой, поэтому можно рассматривать отдельно влияние, оказываемое ими на человека. В результате измерений поглощаемой телом человека энергии было установлено, что отрицательное действие на организм человека электромагнитного поля в электроустановках промышленной частоты обусловлено электрическим полем; магнитное же поле оказывает незначительное биологическое воздействие и в практических условиях им можно пренебречь.

Поле электроустановок является неравномерным, т.е. напряженность его изменяется вдоль силовых линий. Вместе с тем оно обычно несимметричное, поскольку возникает между электродами различной формы, например между токоведущей частью и землей или металлической заземленной конструкцией.

Наряду с биологическим действием электрическое поле обуславливает возникновение разрядов между человеком и металлическим предметом, имеющим иной потенциал, чем человек.

Если человек стоит непосредственно на земле или на токопроводящем заземленном основании, то потенциал его тела практически равен нулю, а если он изолирован от земли, то тело оказывается под некоторым потенциалом, достигающим иногда нескольких киловольт.

В случае прикосновения к изолированному от земли металлическому предмету большой протяженности или большого размера ток через человека может достигать значений, опасных для жизни. [13]

В пространстве вблизи электроустановок напряженность электрического поля имеет различные значения. Она зависит от ряда факторов: номинального напряжения электроустановки, расстояния между точкой, в которой определяется напряженность поля, и токоведущими частями; высота размещения над землей токоведущих частей и рассматриваемой точки и т.п. Напряженность можно измерить с помощью специальных приборов, а в некоторых случаях, например, вблизи воздушных ЛЭП, определить расчетом. Сведения о значениях напряженности электрического поля и шума на рабочих местах на подстанции "Термо Мастер" приведены в таблице 10.1. Метеорологические условия или микроклимат оказывают большое влияние на работу оборудования подстанции. При сильном ветре и урагане происходит схлестывание проводов, при очень низкой температуре - их обледенение.

Таблица 10.1 - Значение напряженности и шума

Наименование мест замеров значений вредных факторов

Значение показателей вредных факторов

Дата производства замеров

Наименование организации, производившей замеры

1

2

3

4

5


Напряжён-ность электрического поля (кВ/м)

Шумовое давление (дБ)



1. Щит управления

Не измеряли.

Не измеряли.



2. ОРУ 220 кВ по маршруту обхода в местах установки следующего оборудования:





2.1 Силовой трансформатор

3,8

Не измеряли.

06.2008 года

"Национальный центр гигиены труда и профзаболеваний"

2.2 Трансформатор напряжения секции шин

4,2

Не измеряли.

06.2008 года

"Национальный центр гигиены труда и профзаболеваний"

2.3 Компрессорная станция

Не измеряли.

Не измеряли

-

-


10.2 Мероприятия по снижению опасных и вредных факторов


Организация безопасной работы

В системах электроснабжения промышленных предприятий, городов и сельского хозяйства важную роль играют электрические подстанции, на которых понижается напряжение и распределяется электроэнергия среди объектов потребления.

До начала ремонтных или наладочных работ выполняются технические и организационные мероприятия, обеспечивающих безопасность работающих.

Организационные мероприятия - это оформление работы нарядом или распоряжением, допуск ремонтной бригады к работе, надзор во время работы за безопасностью работающих, оформление в наряде окончания работы.

Техническими мероприятиями, обеспечивающими безопасность работ в электроустановках, являются:

отключение ремонтируемого оборудования и принятие мер против ошибочного его включения или самовключения;

установка временных ограждений неотключенных токоведущих частей и вывешивание предупредительных плакатов "Не включать - работают люди" и другие;

присоединение переносного заземления к заземляющей шине и проверка отсутствия напряжения на токоведущих частях, которые с целью безопасности работ подлежат замыканию накоротко и заземлению;

наложение переносных заземлений на отключенные токоведущие части электроустановки сразу после проверки отсутствия напряжения или включение заземляющих ножей, имеющихся на каждом присоединении электроустановки;

ограждение рабочего места и вывешивание на нем разрешающего плаката "Работать здесь".

Электрический расчет основного оборудования приведен в главе 4, расчет релейной защиты - в главе 5, расчет молниезащиты и заземления - в главе 7.

Эксплуатация оборудования подстанций осуществляется в соответствии с ПУЭ, которые предусматривают соответствующие меры электробезопасности для обслуживающего электротехнического персонала. Согласно ПТЭ проводятся периодические осмотры электрооборудования РУ, при этом необходимо обращать внимание на общее состояние помещения, исправность дверей, замков и окон, отсутствие течи в кровле и перекрытиях, исправность освещения, заземляющего устройства, наличие электрозащитных средств и др. Все это важно для безопасности как оперативного, так и ремонтного персонала. Ниже приводятся сведения по ряду специальных вопросов обслуживания трансформаторных подстанций.

Перед допуском к ремонту коммутационных аппаратов помимо общих мер безопасности необходимо выполнить дополнительно следующие:

а) в цепи оперативного тока автоматических выключателей необходимо снять плавкие предохранители на обоих полюсах;

б) для воздушных выключателей (на открытых подстанциях) закрыть вентили на системе подачи воздуха в рабочий трубопровод пневмопривода, на закрытых вентилях повесить плакаты "Не открывать - работают люди";

в) в грузовых приводах выключателей груз должен быть опущен в нижнее положение, а устройство его подъема деблокировано;

г) если работа предстоит на воздушном выключателе, то вентиль на системе подачи воздуха в баки должен быть заперт на замок, а штурвал с него снят;

д) на всех ключах и кнопках дистанционного управления следует повесить плакаты "Не включать - работают люди".

Для пробных включений ремонтируемого электрооборудования временная подача напряжения в цепи оперативного тока, в силовые цепи электропривода выключателя, в цепи сигнализации и подогрева, а также подача сжатого воздуха в пневмопривод и на воздушный выключатель осуществляются оперативным персоналом данной установки или под его наблюдением производителем работ ремонтной бригады. Дистанционное управление коммутационным аппаратом для его опробования производится по требованию производителя работ оперативным персоналом. По окончании опробования аппарата при необходимости продолжения ремонтных работ рабочее место снова подготавливается в соответствии с требуемыми техническими мероприятиями по обеспечению электробезопасности.

Если предполагается работать на отходящих от КРУ кабельных или воздушных линиях или присоединенных к ним электродвигателях и других электроприемниках, то тележку с выключателем следует выкатывать полностью, после чего запереть на замок шторку отсека, в котором токоведущие части остались под напряжением, и вывесить плакат "Не включать - работают люди". На отходящие кабели в отсеках КРУ следует наложить переносные заземления. Если предстоит работа на кабельной воронке, находящейся в отсеке КРУ за выключателем, то тележка с выключателем выкатывается полностью, на дверцах или на задней стенке отсека вывешивается плакат "Не включать - работают люди", а автоматические шторки запирают на замок и на них помещают плакат "Стой. Напряжение". После этого для доступа в отсек, где находится кабельная разделка, снимается специальная перегородка, на ремонтируемом кабеле проверяется отсутствие напряжения, после чего накладывается переносное заземление. В самом отсеке вывешивается плакат "Работать здесь". [15]

Для ремонта электрооборудования, находящегося на тележке, ее выкатывают полностью, двери шкафа запирают и на электрооборудовании тележки вывешивают плакат "Работать здесь". Если предстоит работать в отсеке, из которого выкачена тележка, то запираются автоматические шторки и на верхней шторке вывешивается плакат "Стой. Напряжение", а внутри отсека - "Работать здесь". Выкатывание тележки и обратная ее установка разрешаются только лицу оперативного персонала с квалификационной группой IV.

Силовые трансформаторы периодически осматривают, обращая при этом внимание на состояние их кожухов, показания термометров, уровень масла в расширителях, состояние изоляции вводов, пробивных предохранителях, заземления, а также общее состояние помещения. При обнаружении сильного неравномерного шума, потрескивания внутри трансформатора, ненормально высокой температуры масла, наличия выброса масла из расширителя или разрыва диафрагмы на выхлопной трубе, недопустимого снижения уровня масла трансформатор немедленно выводится из работы путем всестороннего отключения.

До начала ремонтных работ на силовом трансформаторе после всестороннего его отключения и проверки отсутствия напряжения на всех выводах обмоток на них накладываются переносные заземления-закоротки, чем гарантируется невозможность появления напряжения на участке ремонтируемого трансформатора.

Оперативное обслуживание подстанции предусматривает периодические и внеочередные осмотры распределительных устройств, включая коммутационные аппараты, силовые и измерительные трансформаторы, приборы защиты и автоматики, контроля и учета электроэнергии, а также необходимые оперативные переключения, обеспечивающие бесперебойное питание электроприемников электроэнергией.

Во избежание поражения электрическим током при осмотре действующей электроустановки соблюдаются следующие меры безопасности.

При осмотре электроустановки выше 1000 В одним лицом не разрешается проникать за ограждения и входить в камеры распредустройств. Осматривать камеру следует только с порога камеры. В случае необходимости работнику с IV или V квалификационной группой разрешается для осмотра вход за ограждение, при этом учитывается, что в проходах расстояние от пола до нижних фланцев изоляторов, аппаратов, трансформаторов не менее двух метров, а до не огражденных токоведущих частей не менее 2.75 м. при напряжении до 35 кВ и 3.5 - 4 м. при напряжении 110, 220 кВ.

При обнаружении во время осмотра случайного замыкания какой-либо токоведущей части электроустановки на землю запрещается до отключения поврежденного участка приближаться к месту такого замыкания на расстояние менее 4 - 5 метров в закрытом распределительном устройстве 6 кВ и 8 - 10 метров на открытых распределительных устройствах во избежание поражений человека шаговым напряжением.

В процессе эксплуатации электроустановок необходимо периодически производить их плановый профилактический ремонт, наладку электроприводов, релейной защиты.

Ремонтируемое оборудование на подстанции отключается со всех сторон, откуда может быть подано на него напряжение. Это отключение выполняется с видимым разрывом электрической цепи, для чего в этой цепи отключают разъединители, выключатели нагрузки во избежание опасности обратной трансформации напряжения силовыми или измерительными трансформаторами. Эти трансформаторы отключают со стороны как высшего, так и низшего напряжения.

Чтобы исключить случайное включение отключенных аппаратов, их приводы должны быть надежно заперты механическим запором, а у дистанционных приводов снимаются плавкие вставки предохранителей в цепи электромагнитов включения.

При ремонте отключают не только те токоведущие части, на которых предполагается производство работ, но также и соседние с ними части, если от них до работающих будет расстояние менее 0.7 м. при напряжении 6 кВ, 1 м. при напряжении 35 кВ, 1.5 м. при напряжении 110 кВ, 2.5 м. при напряжении 220 кВ.

Токоведущие части, которые необходимо оставить под напряжением, ограждают временными ограждениями.

Предупредительные (запрещающие) плакаты с надписью "Не включать - работают люди" вывешиваются на рукоятках приводов выключателей и разъединителей или на ключах управления, с помощью которых может быть подано напряжение к месту работы.

Для защиты людей от поражения электрическим током при повреждении изоляции должна быть применена, по крайней мере, одна из следующих защитных мер: заземление, зануление, защитное отключение, разделительный трансформатор, малое напряжение, двойная изоляция, выравнивание потенциалов. На подстанции "Термо Мастер" используется заземление, защитное отключение (отключение электроустановки при повреждении), малое

напряжение (не более 42В - электрофицированный инструмент и т.д.), выравнивание потенциалов.

.3 Индивидуальные и коллективные средства защиты

При эксплуатации подстанции важную роль в обеспечении безопасности электротехнического персонала играют различные защитные средства и предохранительные приспособления. [15]

По своему назначению все защитные средства условно подразделены на изолирующие, ограждающие и вспомогательные.

К основным защитным изолирующим средствам на подстанции относятся оперативные и измерительные штанги; изолирующие и токоизмерительные клещи; указатели напряжения и изолирующие устройства и приспособления для ремонтных работ (изолирующие лестницы, изолирующие площадки, изолирующие тяги и др.). Основные защитные изолирующие средства способны длительно выдерживать рабочее напряжение электроустановки и позволяют персоналу посредством их касаться токоведущих частей, находящихся под напряжением.

К дополнительным защитным средствам, применяемым на подстанции, относятся диэлектрические перчатки, диэлектрические боты, диэлектрические резиновые коврики, изолирующие подставки на фарфоровых изоляторах. [15]

Их назначение - усилить защитное действие основных изолирующих средств, вместе с которыми они должны применяться. При использовании основных защитных средств достаточно применить одно дополнительное защитное средство.

10.4 Пожарная безопасность


10.4.1 Основные требования к подготовке персонала. Меры пожарной безопасности

Пожарная подготовка ИТР, рабочих и служащих состоит из противопожарного инструктажа, занятий по пожарно-техническому минимуму, изучения и проверки знаний правил пожарной безопасности, а также проведения противопожарных тренировок. В целях выявления нарушений противопожарного режима и недостатков по пожарной безопасности в технологических процессах энергетических предприятий, а также привлечения ИТР, рабочих и служащих к проведению противопожарных профилактических мероприятий на этих предприятиях должны создаваться пожарно-технические комиссии. [14]

Для проведения мероприятий по улучшению противопожарного режима, контролю за состоянием первичных средств пожаротушения и совершенствованию организации тушения возникших загораний и пожаров на энергетических предприятиях создаются добровольные пожарные дружины.

Для обучения персонала предприятий быстрым и правильным действиям при ликвидации пожара, в том числе совместно с пожарными подразделениями, периодически должны проводиться противопожарные тренировки (на объекте и на полигоне).

Проверка у персонала знаний правил и инструкций по пожарной безопасности должна производиться в соответствии с требованиями ПТЭ и правил подготовки персонала.

Оперативный план тушения пожара должен быть основным документом, который определяет действия персонала энергопредприятия при возникновении пожара, порядок тушения пожара в электроустановках, находящихся под напряжением, взаимодействие с личным составом пожарных подразделений, прибывающих на место пожара, а также применение сил и средств пожаротушения с учетом мер безопасности. [16]

В качестве мер против распространения начавшегося пожара применяют общие или местные противопожарные преграды. [9]

Общие противопожарные преграды, разделяющие здание по вертикали или горизонтали на отдельные отсеки, представляют собой противопожарные стены, выполняемые из несгораемых материалов.

Местные противопожарные преграды - это бортики и пороги в дверях помещения, кюветы или обваловки вокруг открытых резервуаров с огнеопасными жидкостями и др.

10.4.2 Категории пожароопасных помещений

Для правильного выбора электрооборудования ПУЭ установили следующую классификацию пожароопасных помещений:

класс П-I - помещения, в которых применяют или хранят горючие жидкости с температурой вспышки выше 45°С;

класс П-II - помещения, в которых происходит выделение горючей пыли или волокон, переходящих во взвешенное состояние.

класс П-IIа - производственные и складские помещения, содержащие твердые или волокнистые горючие вещества.

класс П-III - наружные установки, в которых применяют или хранят горючие жидкости с температурой вспышки паров выше 45°С. [9].

На подстанции "Термо Мастер" пожароопасными являются следующие помещения и установки: закрытое распределительное устройство (ЗРУ) - класс П-I, трансформаторные камеры с маслонаполненными трансформаторами - класс П-III, кабельные помещения (тоннели, подвалы), закрытый маслосклад.

Способность конструкций задерживать распространение огня (пожара) оценивается пределом их огнестойкости, выражаемом временем (в часах) от начала испытания строительной конструкции на огнестойкость до возникновения в них следующих признаков: образования сквозных трещин, обрушения и т.д. [9].

Здания и сооружения огнестойкости подразделяются на пять степеней, характеризуемых пределами огнестойкости основных строительных конструкций и распространения огня по этим конструкциям.

10.4.3 Средства пожаротушения, пожарная сигнализация и эвакуация людей

Производственные, административные, складские и вспомогательные здания, помещения и сооружения должны быть обеспечены первичными средствами пожаротушения: огнетушителями (ручными типа ОУ-5 и передвижными типа УП-2М), ящиками с песком (при необходимости), асбестовыми покрывалами и др.

Первичные средства пожаротушения, находящиеся в производственных помещениях, лабораториях, мастерских, складах и установках передаются на сохранность начальникам цехов, мастерских, лабораторий, сладов и другим лицам соответствующих подразделений предприятия. [16]

Для размещения первичных средств пожаротушения в производственных и других помещениях, а также на территории предприятия, как правило, должны устанавливаться специальные пожарные щиты (посты).

Одиночное расположение огнетушителей допускается в небольших помещениях.

На пожарных щитах (постах) должны размещаться только те первичные средства тушения пожара, которые могут применяться в данном помещении, сооружении или установке. Средства пожаротушения и пожарные щиты должны быть окрашены в соответствующие цвета по действующему государственному стандарту.

На предприятии должна систематически проводиться работа по совершенствованию установок автоматического пожаротушения и улучшению состояния защищаемых ими помещений в целях исключения ложного срабатывания установок.

Система оповещения о пожаре с щита управления должна работать в течение расчетного времени возможной эвакуации персонала.

Для оповещения о пожаре должны использоваться общеобъектовая громкоговорящая связь, а также сигналы условных звуковых устройств (сирены, ревуна).

Согласно СниП, эвакуационными выходами считаются дверные проемы, которые ведут наружу, на лестничную клетку с выходом наружу, в проход или в коридор с выходом наружу и др.

Эвакуационными путями считаются такие, которые непосредственно ведут к эвакуационному выходу и обеспечивают безопасное движение людей. Лифты и эскалаторы не относятся к путям эвакуации, так как при пожаре они могут отказать в работе.

Все проходы, эвакуационные выходы и подступы к оборудованию, машинам, материалам и средствам пожаротушения должны быть свободными.

Пути эвакуации, не имеющие естественного освещения, должны постоянно освещаться электрическим светом. [16].

Во всех помещениях должен быть вывешен на видное место схематический план эвакуации с соответствующего здания, помещения с обозначением эвакуационных выходов и путей движения к ним, мест размещения средств пожаротушения и сигнализации с необходимым пояснительным текстом.

11. Промышленная экология


11.1 Искусственные электромагнитные поля от высоковольтных линий электропередач


Бурное развитие научно-технического прогресса привело к тому, что уровень электромагнитных полей, созданных человеком, в отдельных районах в сотни раз выше среднего уровня естественных полей естественных диапазонов. В условиях современного города на организм человека оказывают влияние электромагнитные поля, источниками которых являются различные радиопередающие устройства, электрифицированные транспортные линии и линии электропередач. При этом количество источников электромагнитных полей с каждым годом возрастает. [10]

В диапазоне звуковых электромагнитных полей токи промышленной частоты являются сильными источниками электромагнитных волн. Измерения напряженности поля в районах прохождения высоковольтных линий электропередачи показали, что под линией она может достигать несколько тысяч и десятков тысяч вольт на ампер.

Волны этого диапазона сильно поглощаются почвой, поэтому на небольшом удалении от линии (50-100 м) напряженность поля падает до нескольких сотен и даже нескольких десятков вольт на метр. Часто высоковольтные линии передач проходят рядом с жилой постройкой и даже пересекают ее.

Наибольшая напряженность поля наблюдается в местах максимального провисания проводов, в точке проекции крайних проводов на землю и в пяти метрах от нее снаружи от продольной оси трассы: для ЛЭП 330 кВ - 3,5ч5,0 кВ/м, ЛЭП 500 кВ - 7,6ч8 кВ/м и для ЛЭП 750 кВ - 10,5ч15,0 кВ/м. При удалении от проекции крайнего провода на землю напряженность электрического поля заметно снижается.

Высокие кустарники, деревья и строительные конструкции существенно изменяют картину поля, оказывают экранирующий эффект. Рельеф местности, где проходит трасса, также может влиять на интенсивность электромагнитного поля. Повышение уровня местности по отношению к условной прямой, соединяющей основание двух соседних опор, приводит к приближению к поверхности земли токонесущих проводов и увеличению напряженности поля, понижение уровня местности - к снижению напряженности поля.

Таким образом, изучение характера распространения электромагнитного поля, создаваемого ЛЭП 330, 550 и 750 кВ, позволяет заключить, что высоковольтные ЛЭП служат линейным источником электромагнитного поля промышленной частоты в населенных пунктах. Напряженность поля под линией и вблизи нее зависит от напряжения на ней, а также от расстояния между проводами и точкой измерения.

Под влиянием электромагнитного поля, создаваемого ЛЭП и открытыми

распределительными устройствами (ОРУ), систематическим находится определенная часть населения. Экспериментальное изучение биологического действия этого фактора внешней среды показало, что он обладает биологической активностью. Его неблагоприятное действие на организм может проявиться при напряженности электрического поля, равной 1000 В/м. Наиболее чувствительна к такому воздействию нервная система, функциональное изменение которой влечет за собой напряжение других систем организма, в частности эндокринного аппарата, а также обменных процессов. Поэтому электромагнитное поле промышленной частоты в условиях населенных мест как биологически действующий фактор подлежит всестороннему изучению с разработкой гигиенических рекомендаций по защите населения от его влияния.

Ю.Д. Думанский и другие ученые изучали функциональное состояние системы гипофиз-корка надпочечника, играющей важную роль в осуществлении защитно-приспособительных реакций организма.

В настоящее время согласно методическим рекомендациям по нормированию электромагнитных полей радиочастот рекомендованы для условий населенных мест следующие предельно допустимые уровни электромагнитной энергии, которые представлены в таблице 11.1.

Таблица 11.1 - Предельно допустимые уровни электромагнитной энергии

Наименование диапазона волн

Частота, Гц

Предельно допустимый уровень напряжения, В/м

Средние

105 - 1,5×106

10

Короткие

6×106 - 3×107

4

Ультракороткие

2


В качестве функции, описывающей зависимость предельно допустимой напряженности электрической составляющей от частоты электромагнитного поля, можно принять выражение типа:

, (11.1)

гдеА = 5000 В/м;н - нижняя частота диапазона электромагнитного поля, Гц;в - верхняя частота диапазона электромагнитного поля, Гц.

С помощью нереляционной зависимости можно определить допустимый уровень облучения электрическим полем в частотном диапазоне до 300 МГц с погрешностью t (10¸40%).

Отсутствие экспериментальных данных о допустимых уровнях облучения для широкого диапазона частот затрудняет получение более точной корреляционной зависимости.

На основании установленной корреляционной зависимости можно ориентировочно рекомендовать для условий населенных мест, в которых расположены линии электропередач и открытые распределительные устройства, следующие предельно допустимые уровни облучения: постоянное электрическое поле промышленной частоты - 1000 В/м.

11.2 Магнитное поле и защита населения


Человек с момента рождения находится под воздействием электромагнитных излучений. На него действует прежде всего магнитное поле Земли. Еще полтора столетия назад начались научные исследования биологического эффекта излучений, но лишь в последние годы это приобрело более широкий и целенаправленный характер. Быстро увеличивающийся интерес к этой проблеме связан с бурным проникновением во все сферы человеческой деятельности и в быт электро - и радиотехники, других средств, использующих электромагнитные излучения. Радиочастотные излучения в случае существенного превышения предельно допустимого уровня неблагоприятно воздействуют на человека, на животных. Как от них защититься? Вредное химическое соединение можно заменить на другое, как сделали, например, с ДДТ. Так же можно поступить с неудачной машиной. Но радиоволны ничем не заменишь. Без них невозможна радиопередача. Нельзя их и изолировать, окружить какой-то оболочкой, как реакторы на атомных электростанциях или кораблях. Следовательно, невозможно исключить воздействие этого фактора на человека, на весь животный, а также растительный мир, но возможно снизить его воздействие до допустимых пределов. [10].

К естественным электромагнитным полям (ЭМП) относится магнитное поле (ГМП) Земли. Магнитное поле характеризуется напряженностью, которая измеряется в амперах на метр (А/м). Напряженность магнитного поля Земли возрастает с широтой. Наряду с закономерным изменением характеристик магнитного поля по земной поверхности имеют место глобальные, региональные и локальные особенности или аномалии. Некоторые аномалии используются в качестве поисковых признаков полезных ископаемых, прежде всего железной руды.

Магнитное поле Земли оказывает сильное влияние на электрические частицы, движущиеся в межпланетном пространстве около Земли. Установлено, что магнитное поле Земли удерживает огромное число энергичных частиц как электронов, так и протонов. Их энергия и концентрация зависят от расстояния до Земли и геомагнитной широты. Частицы заполняют как бы огромные кольца или пояса, охватывающие Землю вокруг геомагнитного экватора. Обнаружены два основных радиационных пояса.

Всю область околоземного пространства, заполненную частицами, движущимися в магнитном поле Земли, называют магнитосферой. Она отделена от межпланетного пространства магнитопаузой, вдоль которой частицы корпускулярных потоков ("солнечного ветра") обтекают магнитосферу.

Под влиянием корпускулярных потоков магнитное поле Земли испытывает кратковременные изменения. Это явление называется магнитной бурей.

Геомагнитное поле Земли - фактор окружающей среды, в условиях которой протекала многовековая эволюция организмов на нашей планете.

Изменения в геомагнитном поле связаны в основном с солнечной активностью. Однако эта связь не представляет собой строгой функциональной зависимости, ибо является следствием наложения процессов разного масштаба и разной физической природы, т.е. процессов, протекающих на Солнце, в межпланетном пространстве и атмосфере Земли.

Если на Солнце произошла вспышка, то в сторону Земли вырывается быстрый поток солнечной плазмы. Солнечный ветер, проникая в магнитосферу, резко повышает температуру частиц. В верхних слоях атмосферы частицы корпускулярных потоков создают дополнительную ионизацию, которая изменяет условия распространения радиоволн, возбуждают свечения, наблюдаемые в виде полярных сияний, и магнитные бури.

Геомагнитное поле, как и гравитационное, - всепроникающий и всеохватывающий физический фактор, поэтому оно оказывает влияние на процессы, происходящие на Земле и в окружающем ее пространстве.

ГМП воздействует на все живое, в том числе и на человека. Так, в периоды магнитных бурь увеличивается количество сердечно-сосудистых заболеваний, ухудшается состояние больных, страдающих гипертонией, и т.д. Изучение характера магнитного поля и воздействия на живые организмы представляет одно из новых и перспективных направлений в биологии.

Электромагнитное поле промышленной частоты в условиях населенных мест как биологически действующий фактор подлежит всестороннему гигиеническому изучению и нормированию с разработкой гигиенических рекомендаций по защите населения от его влияния.

Электромагнитные поля от радиотелевизионных и радиолокационных станций. Основные источники высокочастотной энергии в среде обитания человека - радио - и телепередающие центры и радиолокаторы. За последние годы в Казахстане построено большое количество передающих станций, начато внедрение стереофонического вещания в ультракоротковолновом диапазоне, развернуто широкое строительство телецентров. В связи с развитием радиовещания, телевидения, радиолокации увеличивается возможность воздействия ЭМП на население. Интенсивность этих полей зависит прежде всего от мощности объекта, конструктивных особенностей антенных систем и их установки, рельефа местности. Она может быть определена не только инструментальными, но и расчетными методами. Определение ожидаемой напряженности электромагнитного поля на различных расстояниях от источника излучения дает возможность заранее решить вопрос о рациональном размещении радиопередающего объекта или вновь строящихся жилых массивов в районе действующих радиоперёдающих объектов, а также предусмотреть защитные мероприятия от воздействия электромагнитного поля на население.

Радиоволны делятся на ряд узких диапазонов: длинноволновый, средневолновый, коротковолновый и ультракоротковолновый. Радиоволны распространяются в пространстве в виде электромагнитного поля.

Антенны передающих объектов являются источниками излучения электромагнитных волн радиочастот в населенных местах. Интенсивность излучения электромагнитной энергии, т.е. напряженность электромагнитного поля, может быть определена с помощью инструментального и расчетного методов.

Для защиты населения устанавливаются предельно допустимые уровни напряженности поля КВ-диапазона. Мощные (свыше 100 кВт) коротковолновые радиостанции размещают за пределами населенных мест, вдали от жилой застройки. Кроме того, создаются санитарно-защитные зоны. Размеры санитарно-защитных зон должны обеспечивать предельно допустимый уровень напряженности поля в населенных местах. Он устанавливается расчетным методом для каждой конкретной радиостанции и зависит от мощности и количества передатчиков, типа и диаграммы направленности антенн, коэффициента усиления антенны, рельефа местности.

11.3 Шум преобразовательных агрегатов и методы борьбы с ним


Шум представляет собой колебательное движение, тесно связанное с распространением колебаний в упругой среде. Всякий звук, мешающий работе или отдыху человека, является для него шумом. [10].

При рассмотрении вопросов борьбы с шумом различают следующие шумы по способу их распространения:

шум, распространяющийся в воздухе, называется воздушным или аэродинамичным шумом;

шум, распространяющийся в твердых телах, называется структурным или материальным шумом.

В свободном звуковом пространстве звук убывает обратно пропорционально квадрату расстояния. А в помещении шум распространяется несколько иначе, чем в свободном пространстве. При наличии в помещении всевозможных ограничений от последних происходит отражение звуковых волн и в помещении создается диффузное звуковое поле. Поэтому уровень шума в помещении зависит не только от расстояния до источников шума, но также от формы и размеров помещения и акустических свойств его ограждений.

Большое значение в вопросах борьбы с шумом имеет явление поглощения звука. Это явление заключается в следующем. Звуковая волна, попадая на стенку, покрытую пористым материалом, частично заходит в эти поры, вызывая при этом колебания частиц воздуха, находящихся в порах. Колебания вызывают появление трения частиц воздуха в порах стенки, в результате чего колебательная энергия переходит в тепловую, вызывая при этом уменьшение энергии падающей звуковой волны.

Уменьшение энергии в основном зависит от толщины и степени пористости облицовочного материала стенки.

Степень поглощения звука материалом характеризуется коэффициентом звукопоглощения "a", равным отношению поглощенной ограждением звуковой энергии и энергии, падающей на него. Единицей звукопоглощения принято считать сэбин.

Основными источниками шума полупроводниковых преобразователей электрической энергии являются:

трансформаторное оборудование (силовые трансформаторы цепей управления, трансформаторы тока, датчики тока, дроссели насыщения, токоограничивающие реакторы, компенсирующие реакторы, индуктивные накопители);

оборудование систем охлаждения (вентиляторы, насосы, электродвигатели);

защитные оболочки (листы, обшивки, крыши, двери и т.д.).

При рассмотрении вопросов борьбы с шумом трансформаторов и вентиляторов было указано, что самым рациональным средством борьбы с шумом является уменьшение его в самом источнике.

Однако осуществить мероприятие, способствующее уменьшению шума в самом источнике бывает очень трудно, а иногда и совсем не возможно. Поэтому приходиться заниматься вопросами глушения устройства. Однако не любая конструкция шумоглушащих устройств может дать требуемый эффект по снижению шумности преобразовательных агрегатов.

Для того, чтобы та или иная конструкция устройств обеспечили необходимую величину уменьшения шума, чтобы правильно ее спроектировать, необходимо знать методику расчета устройств. Одним из наиболее распространенных видов шумоглушащих устройств являются звукоизолирующие кожухи.

Кожухи должны быть выполнены таким образом, чтобы они могли обеспечивать свободный доступ к агрегату, были простыми и удобными в монтаже и демонтаже. Особое внимание должно быть обращено на недопущение неплотностей, щелей и отверстий, которые ухудшают звукоизулирующую способность кожуха.

Звукопоглощающий материал для предохранения его от выдувания воздушным потоком и для удержания его на стенках должен быть закрыт тонкой металлической перфорированной зашивкой. Коэффициент перфорации не должен составлять 20%.

Решение проблемы борьбы с шумом осуществляется по нескольким параметрам:

нормирование шума машин, механизмов, агрегатов;

создание малошумного оборудования на основе научно-исследовательских и опытных работ;

разработка эффективных шумоглушащих устройств.

Все эти направления неизбежно сопровождаются измерением характеристик шума.

Измерение уровня шума в исследовании его характеристик является отправным пунктом в решении вопросов борьбы с шумом любого вида оборудования. Поэтому знание методики измерений уровня шума и условий, в которых проводятся эти измерения, является обязательным, так как только в этом случае возможно правильное определение характеристик шума, а следовательно, определение и изыскание наиболее эффективных мер по борьбе с шумом.

Дело в том, что каждый вид оборудования имеет свои специфические особенности, которые оказывают большое влияние на результаты замеров шума, а поэтому они должны учитываться при контроле акустических параметров агрегатов и исследовании их шумовых характеристик. Не учет этих особенностей и условий, в которых производится измерение шума, ведет к неправильному определению характеристик шума, а, следовательно, к разработке совершенно не эффективных методов борьбы с шумом.

В настоящее время измерение шума осуществляется согласно методике контроля и нормирования вибрации и воздушного шума механизмов и электрических машин на заводских стандартах МКШС-61. Однако методика МКШС-61 без соответствующей корректировки не всегда может быть применена, т.к. она предусматривает правила и порядок контроля акустических параметров источника шума, не являющихся источниками излучения переменных магнитных полей.

Уровни шумов можно замерять с помощью аппаратуры, снабженной электродинамическими микрофонами, а именно:

с помощью шумомеров, снабженных конденсаторными микрофонами, маловосприимчмвыми к влиянию электромагнитных полей, или пьезоэлектрическими микрофонами, совершенно не воспринимающими подобные наводки;

с помощью шумомеров МИУ, Ш-63, Ш-3м, снабженных приспособлениями, уменьшающих влияние наводок от магнитных полей, а также с помощью приборов, учитывающих искажения, вносимые этими наводками в показания шумомеров. [15].

Заключение


В результате проделанной работы была спроектирована понизительная подстанция ТОО "Термо Мастер" 220/110/10 кВ, предназначенная для питания потребителей на напряжение 110 кВ.

В проекте было принято следующее электрооборудование на подстанции 220/110/10 кВ с учетом надежности электроснабжения потребителей: два силовых автотрансформатора марки АТДЦТН-200000/220; выключатели ВВБ-220, ВВН-110; разъединители РНДЗ-1-220/1000, РНДЗ-110/1000,РВ-10/1000; трансформаторы тока ТФНД-220-IV, ТФНД-110М-II; трансформаторы напряжения НКФ-220-58, НКФ-110-57, НТМИ-10-66, также выбирались и проектировались установки релейной защиты и автоматики.

В разделе "Экономика" был рассмотрен вопрос выбора оптимального варианта по технико-экономическим показателям трансформаторов на главной понизительной подстанции.

В разделе "Охрана труда" были рассмотрены опасные и вредные производственные факторы на подстанции, организационные и технические мероприятия, требования к электроустановкам, основные правила техники безопасности и пожарной безопасности.

В разделе "Экология” были рассмотрены вопросы влияния искусственных электромагнитных полей на организм человека и окружающую среду.

В ходе выполнения проектирования электроснабжения были востребованы знания по следующим дисциплинам: "Электроснабжение промышленных предприятий”, "Электрооборудование станций и подстанций”, "Электрические сети и системы”, "Переходные процессы в системах электроснабжения”. Таким образом, дипломное проектирование, являясь заключительным этапом подготовки бакалавра, позволяет обобщить все полученные знания, проявить себя в выборе оптимальных вариантов и закрепить полученные навыки и методики проектирования по специальности "Электроэнергетика”.

Список принятых сокращений


КЗ - короткое замыкание

ХХ - холостой ход

АПВ - автоматическое повторное включение

ВН - высокое напряжение

НН - низкое напряжение

СН - среднее напряжение

МТЗ - максимальная токовая защита

ВЛ - воздушные линии

ОРУ - открытое распределительное устройство

ПУЭ - правило устройства электроустановок

ГПП - главная понизительная подстанция

ТП - трансформаторная подстанция

ПТЭ - правила технической эксплуатации

РУ - распределительное устройство

КРУ - комплектное распределительное устройство

ПТБ - правила техники безопасности

ЛЭП - линии электропередач

ЭМП - электромагнитные поля

ГМП - геомагнитные поля

Список использованных источников


1.      Рожкова П.Д., Козулин В.С. Электрооборудование станций подстанций: Учебное пособие для вузов. - , Высшая школа, 1969. - 458с.

2.      Правила устройства электроустановок. Минэнерго СССР - 6-е изд., перераб. И доп. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 640с.

.        Баптиданов Л. Н, Тарасов В.И. Электрооборудование электрических станций и подстанций. Государственное энергетическое издательство. М-Л. 1959. - 319с.

.        Справочник по проектированию подстанций 35-500 кв. / К.Г. Вишняков, Е.А. Гоберман, С.Л. Гольцман и др.; Под ред.С. С. Рокотян, Я.С. Самойлова. Москва.: Энергоиздат. 1982. - 352с.

.        Федоров А. А, Старкова Л.Е. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования по электроснабжению промышленных предприятий: Учебное пособие для вузов. - М: Энергоатомиздат. 1987. - 368с.

.        Справочник по релейной защите: Под ред. Берковича М.А. - М.: Госэнергоиздат, 1963. - 248с.

.        Фесенко А.А. Методические указания по выполнению экономической части по дипломному проектированию для студентов специальностей 2104, 3308. Караганда, 2000. - 10с.

.        Справочное пособие. Техника безопасности в электроэнергетических установках: Под ред. П.Р. Долина. - М.: Энергоиздат. 1987. - 400с.

.        Князевский Л.Н. Охрана труда в электроустановках: - М.: Энергия, 1977. - 320с.

.        Поскробко А.А. Шум преобразовательных агрегатов и методы борьбы

.        с ними. М.: Энергия. 1971. - 80с. Шабад М.А. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей. Л.,”Энергия”, 1972. - 94 с.

.        Справочник по электроснабжению промышленных предприятий:

.        Промышленные электрические сети.2-е изд., перераб. и доп. /Под общей редакцией А.А. Федорова и Г.В. Сербиновского. М.: Энергия, 1986 - 134 c.

.        Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей / Министерство энергетики и электрификации СССР. - 14-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 288 с.

.        Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок / Упр. Техники безопасности и пром. Санитарии Минэнерго СССР - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 123 с.

.        Правила пожарной безопасности для энергетических предприятий / Минэнерго СССР. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 144 с.

.        Правила применения и испытания средств защиты, используемых в электроустановках ПО Союзтехэнерго, - 7-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 64 с.

.        Инструкция по тушению пожаров на электроустановках электростанций и подстанций МИНЭНЕРГО СССР. - М. 1980. - 23 с.

.        Закон Республики Казахстан от 28 февраля 2004 года. О безопасности и охране труда. - Ведомости Парламента Республики Казахстан, 2004 г., N 3-4, ст.17; "Казахстанская правда" от 12 марта 2004 года N 49-50

.        Закон Республики Казахстан от 3 апреля 2002 года. О промышленной безопасности на опасных производственных объектах. - Ведомости Парламента Республики Казахстан, 2002 г., N 7-8, ст.77; "Казахстанская правда" от 18 апреля 2002 года N 085

.        Электротехнический справочник. Под общей редакцией Чиликина М.Г. - М.: Энергия, 1972 г. - 243 с.

.        Справочник по проектированию электрических сетей и электрооборудования/Под ред. Ю.Г. Барыбина и др. - М.: Энергоатомиздат, 1991 г. - М.: Энергия, 1986 г. - 464 с.

.        Электротехнический справочник: в 3т-х. Том 3. Производство и распределение электрической энергии. /Под общ. ред. Профессоров МЭИ: (И.Н. Орлова (гл. ред. ) и др.) 7 - е изд. испр. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1988 г - 880 с.

.        Учебное пособие к выполнению курсового и дипломного проектирования/ Под ред. А.А. Федорова. - М.: Энергоатомиздат, 1991 г - 456 с.

Похожие работы на - Проектирование подстанции ТОО 'Термо Мастер' и выбор электрооборудования

 

Не нашли материал для своей работы?
Поможем написать уникальную работу
Без плагиата!