Проектирование систем электроснабжения промышленных предприятий на основании технико-экономических расчетов (стр. 10 из 17)
Максимальной токовой называют защиту, действующую в случаях, когда ток в защищаемой цепи превышает значение, равное максимальному рабочему току этой цепи. Эта защита является наиболее надежной, дешевой и простой по выполнению. Ее применяют для защиты кабельных и воздушных линий при одностороннем их питании, генераторов, трансформаторов, высоковольтных электродвигателей.
Цеховые трансформаторы защищают при следующих повреждениях и ненормальных режимах:
– при междуфазных КЗ в обмотках одной фазы;
– при междуфазных КЗ в обмотках и на выводах;
– при замыкании на землю;
– при внешних КЗ;
– при перегрузке;
– при понижении уровня масла.
Для цехового трансформатора типа ТМН выбираем типы защиты и определяем токи срабатывания защит и реле цехового трансформатора.
Рассмотрим защиту цехового трансформатора ТП-31 при междуфазных КЗ в обмотках и на выводах высокого напряжения, при внешних КЗ, при однофазных КЗ и при перегрузе. ТМН 1000/6/0,4
U1т ном /U2т ном = 6 /0,4 кВ;
I1 ном = S /
·U1тном (11.1)I1 ном = 1000/1,73·6 = 96,3 А
I2 ном = S /
·U2т ном (11.2)I2 ном = 1000/1,73·0,4 = 1445 А
Sт ном = 1000 кВА
1. Защита трансформатора при междуфазных КЗ в обмотках и на выводах.
Для защиты подобного рода принимаем токовую отсечку без выдержки времени с использованием токового реле типа РТ – 40. Токи срабатывания и реле определяем по формулам:
I с.з.= Кн· I к.макс(11.3)
Iс.з = 1,4·1750 = 2450 А
где Кн – коэффициент надежности учитывает погрешности работы реле и трансформатора тока, возможные кратковременные перегрузки в цепи и неточности расчетов Кн = 1,4 [15.81]
Iк.макс – номинальный ток трансформатора в первичной обмотке, А;
Uк% – напряжение КЗ трансформатора;
– ток 3-хфазного КЗ, кА.I к.макс=
= I1тном/Uк% ·100 (11.4)Iк.макс = 96,3·100/ 5,5 = 1750 А
Ток срабатывания реле:
Iср = Кс.х · Iс.з / Ктт (11.5)
где Кс.х – коэффициент схемы представляет собой отношение тока в обмотке реле к току во вторичной обмотке ТТ в нормальном режиме.
Ктт – коэффициент трансформации ТТ.
Iср = 1·2450 /(150/5) = 81,6 А
Выбираем реле тока РТ – 40/100
2. Защита трансформатора при внешних КЗ.
Для защиты трансформатора при внешних КЗ и резервирования токовой отсечки и газовой защиты принимаем МТЗ с выдержкой времени. Токи срабатывания защиты и реле находим по формулам:
Iс.з = Кн · Кс.х · I1т ном /Кв · Ктт (11.6)
Кв – коэффициент возврата токового реле, равный 0,8;
Кн – коэффициент надежности равный 1,2;
Кс.х – коэффициент схемы, равный 1 при соединении ТТ «звездой», [15.81]
Iс.з = 1,2·1· 96,3 /0,8·(150/5) = 14,5 А
Принимаем реле тока РТ – 40/20
Коэффициент чувствительности защиты определяем при 3-хфазном коротком замыкании за трансформатором на стороне НН.
Кч = Iк.макс/ Iс.з · Ктт (11.7)
Кч = 1750/14,5· 60 = 2,03 < 1.5
Выдержку времени МТЗ трансформатора выбирают из условия избирательности на ступень Δt выше наибольшей выдержки времени защит присоединений tпр питающихся от трансформатора, т.е.:
tмтз = tпр + Δt (11.9)
tмтз = 0.5+ 0.5 = 1.0 сек
3. Защита цехового трансформатора при перегрузе.
Для защиты цехового трансформатора при перегрузе принимаем МТЗ трансформатора, выполняемую с помощью одного токового реле, включенного на фазный ток и действующую на сигнал с выдержкой времени. МТЗ отстраиваем от номинального тока трансформатора.
Токи срабатывания защиты и реле определяем по формуле (11.7):
Iс.р = 1·96,3/ (150/5) = 3,21 А
Выбираем токовое реле РТ-40/6
Выдержку времени МТЗ от перегруза в этом случае выбирают больше выдержки времени защиты трансформатора от КЗ. Принимаем tпер = 5 сек.
4. Защита цехового трансформатора при однофазных КЗ в обмотках и на выводах НН.
Для этой защиты применяем токовую защиту нулевой последовательности. Защиту выполняем с помощью одного токового реле типа РТ – 40, включенного на ТТ, установленый в цепи заземления нейтрали цехового трансформатора. Защита действует на отключение, с выдержкой времени, выключателя ВН.
В реле протекает полный ток однофазного короткого замыкания. Токи срабатывания защиты определяем по формулам:
Iс.р = Ic.з / Ктт
(11.10)где Iотс – ток отстройки от небаланса равный 1800 А
Iс.з = 2400 / 1500/5 = 16 А
Принимаем реле тока РТ – 40/20.
Коэффициент чувствительности при однофазном КЗ на выводах трансформатора:
где
кА – минимальный ток однофазного КЗ на шинах НН для цехового трансформатора с соединением обмоток Δ / Υ0.12. Расчет заземляющего устройства
Многие части электроустановок, не находящиеся под напряжением (корпуса электрических машин, кожухи трансформаторов, осветительная арматура, привода и кожухи электрических аппаратов, каркасы распределительных шкафов и щитов управления, металлические оболочки кабелей и кабельные муфты, стальные трубы электропроводок и т.п.) могут во время аварии оказаться под напряжением, что вызывает опасность поражения электрическим током обслуживающего персонала при прикосновении к ним. Обеспечить безопасность прикосновения к таким частям должно защитное заземление.
Заземление снижает потенциал по отношению к земле металлических частей электроустановки, оказавшихся под напряжением при аварии, до безопасного значения.
Защитные действия заземления состоят в уменьшении тока, возникающего в теле человека при соприкосновении с корпусом машины, оказавшемся под напряжением. Сопротивление заземляющих устройств для электроустановок при различных напряжениях должно приниматься в соответствии с нормами ПУЭ.
Рассчитать заземляющее устройство (ЗУ) в электроустановках с изолированной нейтралью – это значит:
– определить расчетный ток замыкания на землю и сопротивление ЗУ;
– определить расчетное сопротивление грунта;
– выбрать электроды и рассчитать их сопротивление;
– уточнить число вертикальных электродов и разместить их на плане.
1. Характеристика установки: Uн = 0,4 кВ. Наибольший ток через заземление при замыканиях на землю на стороне 0,4 кВ составляет 4,48 кА
2. Периметр насосной Р = 85 м
3. В качестве вертикальных электродов выбираем уголок (размеры сторон 60 х 60 мм²) длиной 2 метра, который погружаем ниже уровня земли на 0,7 метров. В качестве горизонтальных электродов выбираем полосы 40 х 4 мм², приваренные к верхним концам уголков.
4. Грунт в месте сооружения насосной – суглинок (удельное сопротивление суглинка 100 Ом·м; климатическая зона – III).
5. В качестве естественных заземлителей насосной используем ее железобетонные конструкции, имеющие надежное соединение с землей и с сопротивлением растеканию 0,8 Ом.
Используя исходные данные, рассчитаем заземляющее устройство.
а) Для стороны 0,4 кВ в соответствии с ПУЭ наибольшее допустимое сопротивление заземляющего устройства для электроустановок до 1кВ и с токами замыкания на землю ≥ 500 А составляет Rз = 0,5 Ом.
б)Сопротивление искусственного заземлителя рассчитываем с учетом использования естественного заземлителя, включенного параллельно:
1/ Rи = 1/ Rз – 1/ Rе (12.1)
где Rз – расчетное сопротивление заземляющего устройства по ПУЭ;
Rи – сопротивление искусственного заземлителя, Ом;
Rе – сопротивление естественного заземлителя, Ом.
На основание имеющихся данных записываем:
1/ Rи = 1/ 0,5 – 1/ 0,8 отсюда Rи = 1,33 Ом
в) Определяем расчетные удельные сопротивления грунта для горизонтальных и вертикальных заземлителей:
ρр, г = ρуд · kп.г (12.2)
ρр, в = ρуд · kп.в (12.3)
где ρуд – удельное сопротивление грунта (суглинок), равное 100 Ом ·м [15.90]
kп.г и kп.в - повышающие коэффициенты для вертикальных и горизонтальных электродов для заданной климатической зоны.
Повышающие коэффициенты для климатической зоны III принимаем равными 2 для горизонтально протяженных электродов при глубине заложения 0,8 м и 1,4 – для вертикальных стержневых электродов длиной 2 – 3 метра при глубине заложения из вершины 0,5 – 0,8 метра.
Расчетные удельные сопротивления:
– для горизонтальных электродов: ρр, г = 100 · 2 = 200 Ом ·м
– для вертикальных электродов: ρр, в = 100· 0,14 = 140 Ом ·м
г) Определяем сопротивление растеканию одного вертикального электрода – уголок длиной 2 м при погружении ниже уровня земли на 0,7 м по формуле:
(12.4)При применении уголков для вертикальных электродов в качестве диаметра принимаем эквивалентный диаметр уголка:
d = d у, э = 0,95· b (12.5)
где b – ширина сторон уголка.
Для уголка с шириной полки b = 0.06 м:
d = 0.95 – 0.06 = 0.057 м
Омд) Определяем примерное количество вертикальных заземлителей при предварительно принятом коэффициенте использования. Коэффициент использования находим по справочным данным [15.91].
Отношение расстояния между вертикальными электродами к их длине d/l = 2; так как d = 4 м, принимаем, что расстояние между электродами равно 4 м;
l = 2 м, следовательно 4 / 2 = 2.
По справочнику [15.91] предварительно коэффициент использования:
kп.в = 0,66 (при числе уголков порядка 60 и отношении d/l = 2)
Примерное число вертикальных заземлителей n: