1.7 Расчет токов короткого замыкания

При проектировании системы электроснабжения кроме нормальных режимов работы необходимо учитывать аварийный режим - короткое замыкание. Короткое замыкание-это случайное или преднамеренное, непредусмотренное нормальным режимом работы, электрическое соединение различных точек электроустановки между собой или землей, при котором в ветвях электроустановки токи резко возрастают, намного превышая наибольший допустимый ток продолжительного режима. В системе трехфазного переменного тока могут быть замыкания между фазами - трехфазное короткое замыкание, между двумя - двухфазное короткое замыкание.

Если нейтраль электроэнергетической системы соединена с землей, то возможно однофазное короткое замыкание на землю в различных неэлектрически связанных системах с незаземленной нейтралью.

Короткое замыкание может возникнуть при неправильных оперативных переключениях, при повреждении изоляции, перекрытия токоведущих частей. Некоторые участки и после снятия напряжения остаются короткозамкнутыми, короткие замыкания в этих случаях называются устойчивыми. Неустойчивость к коротким замыканиям самоликвидируется во время бестоковой нагрузки коммутационного аппарата.

Последствиями короткого замыкания является резкое увеличение тока в короткозамкнутой цепи. Дуга, возникающая в месте короткого замыкания, приводит к частичному или полному разрушению коммутационных аппаратов. Увеличение тока короткого замыкания в ветвях электроустановки, примыкающих к месту короткого замыкания, приводит к значительным механическим воздействиям на токоведущие части. Прохождение больших токов вызывает повышенный нагрев токоведущих частей и изоляции. Напряжения приводят к нарушению нормальной работы механизмов. Ток короткого замыкания зависит от мощности генерируемого источника. От напряжения и сопротивления короткозамкнутой цепи в мощных энергосистемах токи короткого замыкания достигают десятки тысяч ампер, что очень влияет на работу электроустановок. Для уменьшения последствия коротких замыканий необходимо как можно быстрее отключить поврежденный участок, что достигается применением быстродействующих выключателей и релейной защиты.

Для расчетов короткого замыкания составляется расчетная схема и упрощенная однолинейная схема замещения электроустановок, в которой устанавливаются все источники питания: генераторы, трансформаторы, кабельные линии. Токи короткого замыкания рассчитываются при нормальном режиме работы электроустановок. В схеме замещения указываются все точки короткого замыкания и указываются сопротивления всех элементов: генераторы, трансформаторы, линии в схеме замещения представляются обычно их индуктивным сопротивлением.

Преобразование схемы замещения позволяет определить результирующее сопротивление от источника питания до точки короткого замыкания.

Производим расчет короткого замыкания в точках Кз1, Кз2, Кз3, от источника до данного потребителя.

Определяем сопротивление трансформатора rтр. и xтр. по справочнику для данного трансформатора

z₁=√r² + x²

Находим сопротивление ШМА:

rшма = r0 шма*l;

xшма = x0 шма*l

z₂=√r² + x²

Данное сопротивление определяем через удельное сопротивление; x0 и r0 находим по справочнику.

Определяем сопротивление провода идущего от ШМА к ШРА:

rпв = r0 апв*l;

xпв = x0 апв*l,

z₃=√r² + x²

где:

x0 и r0 находим по справочнику.

Определяем сопротивление ШРА:

rшра = r0 шра*l; (26) [Л1.2]

xшра = x0 шра*l,

z₄=√r² + x²

где:

x0 и r0 находим по справочнику.

Определяем индуктивное и активное сопротивление провода, идущего к потребителю:

rапв = r0 апв*l;

xапв = x0 апв*l,

z₅=√r² + x²

где:

x0 и r0 находим по справочнику.

Находим суммарное сопротивление z:

z = z₁₊ z₂₊ z₃₊ z₄₊ z₅

Определяем токи короткого замыкания в точках 1; 2; 3 по формуле:

Iкз = Uтр/(√3*z) (27 ) [Л1.2]

где:

Uтр – напряжение трансформатора, которое берется базовым – 400В.

Найдя токи короткого замыкания, находим ударный ток для точек короткого замыкания:

iуд =√2*Kуд* Iкз,

где:

Kуд – ударный коэффициент (Kуд = 1,8)

Определяем сопротивление трансформатора:

z₁ = √0,0236² + 0,0933² = 0,022 Ом

Находим сопротивление ШМА:

rшма = 0,031*0,068 = 0,00211 Ом

xшма = 0,017*0,068 = 0,001156 Ом

z₂ = √0,00116² + 0,00211² =0,00241 Ом

Определяем сопротивление ШРА:

rшра = 0,031*0,043 = 0,00133 Ом

xшра = 0,017*0,043 = 0,00073 Ом

z₃ = √0,00133² + 0,00073² = 0,00152 Ом

Определяем сопротивление провода идущего от ШМА к ШРА:

rпв = 0,477*0,0055 = 0,0026 Ом

xпв = 0,017*0,068 = 0,00045 Ом

z₄₌√0,0026² + 0,00045² = 0,00264 Ом

Определяем индуктивное и активное сопротивление провода, идущего к потребителю:

rкнрз = 0,09*0,004 = 0,00036 Ом

xкнрз = 0,086*0,004 = 0,000344 Ом

z₅ = √0,00036² + 0,000344² = 0,000498 Ом

Находим суммарное сопротивление z:

z = 0,022+0,00241+0,00152+0,00264+0,000498=0,0291 Ом

Определяем токи короткого замыкания в точках 1; 2; 3:

Iкз1 = 630/(3*0,022) = 9,6 кА

Iкз2 = 630/(3*(0,022+0,00241+0,00152)) = 8,09 кА

Iкз3 = 630/((3*0,022+0,00241+0,00152+0,00264+0,000498)) = 7,22 кА

Находим ударный ток для точек короткого замыкания:

iуд1 =2*1,8*9,6 = 34,6 кА

iуд2 =2*1,8*8,09 = 29,1кА

iуд3 =2*1,8*7,22 = 26 кА

1.8 Выбор высоковольтного кабеля

Для присоединения КТП рассчитываем и выбираем высоковольтный кабель. Расчет высоковольтного кабеля делаем по 3-м режимам и из трех режимов выбираем наибольшее сечение кабеля:

1. расчет кабеля в продолжительном режиме. Определяем ток продолжительного режима Iр, А, по формуле:

Iр = Sполн/ 3 *Uном, (28) [Л1.3]

где Iр - ток нормального режима работы электроустановки. Сечение кабеля выбираем из условия:

Iдоп ≥ Iрас

2. рассматриваем выбор кабеля по экономическому сечению, по формуле:

Fэк = Imax / jэк, (29) [Л1.3]

где Imax - ток трансформатора в аварийном режиме

Jэк - экономическая плотность тока равная, 1,1 – для алюминия и 1,8 – для меди.

Imax = Kзав*Iтр,

где Kзав – коэффициент загрузки в аварийном режиме, который берется в относительных единицах

3. выбираем кабель по термоустойчивости к токам короткого замыкания, определяем сечение кабеля, Fтер, мм, по термоустойчивости.

Выбираем кабель для подключения к КТП:

Iр = 859,31/3*6 = 82,7 А

Iтр = Sтр/3*Uном = 630/3*6 = 60,6 A

Imax = 1,4*60.6 = 84.8 А

Fэк =84.8/1,1 = 77.1 мм²

Fтер = I∞*√tcp/C = 12,7*√0,5/85 = 55,7 мм²

По наибольшему сечению выбираем марку кабеля: ААБ6(3*90)

1.9 Выбор и расчет релейной защиты

Для автоматического отключения поврежденной сети или части электрической установки в аварийном режиме или сигнализации о нарушении в сетях служит релейная защита, которая представляет собой совокупность специальных устройств и средств (реле, измерительные трансформаторы, автоматы).

При повреждении в сети в результате ошибочных действий персонала, релейная защита выявляет поврежденный участок и отключает его, воздействуя на коммутационные аппараты.

Основные условия надежной работы релейной защиты:

• быстродействие;

• селективность;

• чувствительность;

• надежность.

Быстродействие заключается в быстром обнаружении и отключении поврежденного участка, быстродействие релейной защиты снижает ущерб при коротком замыкании и повышает эффективность работы автоматики.

Селективность релейной защиты заключается в способности отключать при коротком замыкании только поврежденный участок, ближайший к месту повреждения, оставляя в работе потребители, подключенные к неповрежденному участку.

Чувствительность релейной защиты является ее способность реагировать на самые малые изменения контролируемых органов. Достаточная чувствительность по всем видам повреждений на защищаемой линии и на линиях, питаемых от нее, а также чувствительность к изменениям в связи с этими параметрами называется коэффициентом чувствительности. Коэффициент чувствительности – величина нормируемая и оговаривается в требованиях ПУЭ. Это значит, что коэффициент чувствительности выбирается из условия k_ч > 1,5.

Надежность релейной защиты заключается в ее правильном и безопасном действии во всех предусмотренных по ее назначению случаях.

При расчете релейной защиты необходимо знать коэффициент трансформации измерительного трансформатора тока, коэффициент срабатывания реле и время срабатывания защиты. Поэтому при выборе релейной защиты устанавливают кроме трансформатора тока реле тока, например РТ-80, РТМ или же РТ-40 и отдельно реле времени.

Для того, чтобы рассчитать токовую защиту, необходимо определить минимальный ток короткого замыкания, I_к.min, который определяем по формуле:

I_к.min = (Kн*Kсх*Kкр)/(Kтт*Kв)*Iк.max

где:

I_к.max = I”.

Данные коэффициенты определяются по справочнику:

k_н – коэффициент надежности (равен 1,6 -2);

k_сх – коэффициент схемы (равен 1);

k_кр – коэффициент кратности тока нагрузки (равен 2,1 - 3);

k_в – коэффициент возврата реле (равен 0,85);

k_тт – коэффициент трансформации тока (равен 20) .

Максимальная токовая нагрузка на стороне высшего напряжения, I_max.н, определяется по формуле:

Imax = (1.15*Sтр)*√3*Uном

Находим ток срабатывания реле:

Iср.р = (Kн*Kсх*Kкр)/(Kтт*Kв)*Imax.нагр (30) [Л1.3]

Определив ток срабатывания, выбираем реле тока РТМ, РТВ, которые имеют ток срабатывания 5 – 35 А; РТ-80, которое имеет ток срабатывания 2-10 А; РТ-40, имеющее два предела тока срабатывания: 0,5-25 А, 25-50 А.

Зная ток срабатывания реле, находим ток срабатывания защиты, I_ср.з., по формуле:

Iср.з = Iср*Kтт/Kсх (31) [Л1.3]

Определяем коэффициент чувствительности:

Kч = Ikmin/Iср.з

Если коэффициент чувствительности меньше 1,5, то выбираем другие реле и другие трансформаторы тока.

Выбираем релейную защиту на стороне высшего напряжения.

Найдем максимальную токовую нагрузку:

Imax.нагр = (1,11*630)/(√3*6) = 67,29 А

I_к.min = (1,8*1*2,5)/(20*0,85)*14000 = 3706 А

Iср = (1,8*1*2,5)/(20*0,85)*69,73 = 19 А

Iср.з = 19*20/1 = 380 А

Определяем коэффициент чувствительности:

Kч = 3706/380 = 9,75

Так как k_ч > 1,5, то выбираем реле тока РТ-40 и отдельно реле времени.

2.0. Охрана труда и техника безопасности при эксплуатации электрооборудования Механического цеха

Общие сведения об охране труда и технике безопасности.

Электромонтажные работы требуют особого внимания к обеспечению безопасности, так как связаны с работой на высоте, вблизи частей электроустановок, находящихся под напряжением, с применением электрифицированного инструмента и приспособлений, машин и механизмов.

Техника безопасности включает в себя мероприятия, обеспечивающие безопасные и рациональные условия труда на производстве. Техника безопасности входит как важнейший раздел в общие мероприятия по охране труда.

Охрана труда включает в себя полный комплекс вопросов санитарии и соблюдение трудового законодательства.

Травматизм делят на два вида: производственный травматизм, к которому относят все несчастные случаи с трудящимися на производстве или связанные с выполнением служебных обязанностей вне производства и бытовой травматизм, к которому относят несчастные случаи, не связанные с выполнением работ на производстве или служебных обязанностей.

Несчастные случаи наносят здоровью человека и народному хозяйству, вызывая временную или постоянную утрату трудоспособности пострадавших.

Частичную потерю трудоспособности вызывают также неблагоприятные условия труда, например, чрезмерно низкая или чрезмерно высокая температура окружающего воздуха, повышенная влажность, запыленность, загазованность, недостаточная освещенность, повышенный шум, вибрация и т.п. все эти ненормальные условия труда способствуют возникновению несчастных случаев, связанных с ушибами, порезами, увечьем, и даже гибелью человека.

Охрана труда и техника безопасности в механическом цехе.

К мерам обеспечения безопасности работы в цехе относятся:

• проверка технической исправности оборудования;

• автоматизация и механизация технологического процесса;

• оборудование цехов вентиляцией, рациональным световым освещением и отоплением

• проверка качества приспособлений и инструмента;

• составление инструкций и плакатов по охране труда;

• применение рациональных машин и конструкций;

• проведение планового предупредительного ремонта.

Одним из основных мероприятий является соблюдение требований электробезопасности, которое является общим для всех цехов.

Основные мероприятия обеспечивающие электробезопасность станков, заключается в защите токоведущих частей от случайного соприкосновения. Проводка должна защищаться от воздействия охлажденных жидкостей и масел, а также механического воздействия, поэтому для нее применяются гибкие металлические рукава и трубы, в которых прокладываются провода.

Электрические двигатели для станков применяются закрытого типа, чтобы туда не попадала стружка. Электрическая аппаратура должна быть в определенном шкафу управления и находится вблизи от станков. Дверцы шкафов должны иметь блокировку. Блокировка заключается в том, что при открывании дверей цепь разрывается и обесточивается.

К электрическим печам предъявляются следующие требования:

• надежное охлаждение всех находящихся под напряжением токоведущих частей;

• все металлические части электрооборудования, которые могут оказаться под напряжением должны заземляться. Управление электрооборудования должно находиться на стороне низшего напряжения.

Основным условием безопасности при устройстве в действующих установках является полное снятие напряжения на участке работы, и обеспечение условий исключающих возможность включения этой установки. Под напряжением разрешается работать под непосредственным наблюдением производственного рабочего имеющего квалификацию не ниже четвертого разряда. Для работы в устройствах высокого напряжения применяются основные и дополнительные защитные средства. Защитные средства периодически проверяются и испытываются.