Материал: Выбор измерительных трансформаторов тока и напряжения

. Выбор сборных шин

Шиной называется голый металлический проводник в виде стержня любого профиля сечения.

Шины распределительных устройств выбирают по номинальным параметрам (току и напряжению) в соответствии с максимальными расчетными нагрузками и проверяют по режиму КЗ. Наибольшие напряжения в металле при ударном КЗ не должны превосходить 70 % допустимого по ГОСТ, что составляет: для меди марки МТ  кгс/см² при = 250, для алюминия марки АТ  кгс/см² при = 200. Сборные шины распределительных устройств не проверяют на экономическую плотность тока.

Шинопроводы используют для передачи, распределения электроэнергии внутри цехов и освещения. Наиболее распространенные комплектные шинопроводы из сборных унифицированных элементов.

Достоинство: гибкость высокая, универсальность, изменение конфигурации с небольшими затратами времени, труда и материалов; быстрое и безопасное подключение в любом месте новых токоприемников без перебоя в питании.

Комплектные шинопроводы имеют алюминиевые и медные шины, изолированные друг от друга в защитную кожуху. Шинопроводы подразделяют на магистральные, распределительные, осветительные, троллейные и монотроллейные.

Шины бывают: круглого, прямоугольного, квадратного сечения. По способу защиты от прикосновения к токопроводящим частям и воздействия окружающей среды, шинопроводы делят: на открытые, закрытые и защищенные. По материалу шины делятся: на алюминиевые, медные и сталеалюминевые. Шинопроводы магистральные и распределительные. Шинопроводы представляют собой жесткий, составленный из комплектных секций напряжением до 1000 В. Длины секций унифицированы и кратны 770 мм.

Магистральные шинопроводы типа ШМА в защищенном исполнении имеют три шины. Нулевой шиной шинопровода служат два алюминиевых уголка, расположенных вне корпуса и используемых для крепления шинопроводов. Каждая фаза шинопровода ШМА выполнена из двух алюминиевых изолированных шин прямоугольного сечения. Магистральный шинопровод ШМА комплектуют из прямых секций длиной 0,75, 1,5, 3 и 3,5 м., угловых, тройниковых, ответвительных, присоединительных и подгоночных секций. Кроме того, выполняют специальные секции: гибкие - для обхода препятствий и фазировочные - для изменения чередования фаз. Основной вид секций шинопроводов ШМА - прямая длиной 3 м. Из набора секций комплектуют шинопровод любой сложности. Шины смежных секций соединяют сваркой или специальным одноболтовым сжимом. Стремятся наибольшее число секций шинопровода вополнять сваркой.

Согласно условиям шинопровод проверяется:

на динамическую стойкость:

σш.доп ≥ σш (102)

Для алюминиевых шин σдоп = 7*10³ Н/см²

σ = Ммакс / W; (103)

σ = 5148,75 / 0,8 = 6435,9 Н/см² (103)

Ммакс = 0,125 * Fм⁽³⁾ *l; (104)

Ммакс = 0,125 * 0,125*137,3*10² Н/см (104)

м⁽³⁾ = 0,176*(l/a) * iy²; (105)

м⁽³⁾ = 0,176*(3*10²/10)*5,1² = 137,3 Н (105)

так как Lш = 2 м, то достаточно иметь один пролет l = 3 м.

 = b*h² / 6; (106)

 = 0,3*4² / = 0,8 см³. (106)

σш.доп ≥ σш (102)

*10³ ≥ 6,4*10³ (102)

. Выбор измерительных трансформаторов тока и напряжения

Измерительный трансформатор - электрический понижающий трансформатор, позволяющий измерять ток, напряжение и мощность в высоковольтных и сильноточных электрических цепях с помощью амперметров, вольтметров и ваттметров с относительно небольшими пределами измерений. Это устройств электроснабжения трансформатора необходимо рассчитать защиту от междуфазных коротких замыканий.

Тип трансформатора ТМ-160/10/0,4

I= 2,5 А

I= 3,3 А

₁ =  , А (107)

₁ =  = 9,2 А (107)

Принимаются к установке в релейной защите трансформаторы тока ТЛ-10 с I1= 10 А и I2 = 5 А в количестве 2х штук.

Определяем коэффициент трансформации:

Кт =  (108)

Кт =  = 2 (108)

Рисунок 5 - Схема релейной защиты

. Расчет релейной защиты

Сеть высокого напряжения цехового трансформатора на напряжение 0,4...10 кВ имеет изолированную нейтраль. В схемах защиты с силовыми выключателями на высоком напряжения можно применить следующие виды релейной защиты:

токовая отсечка (без выдержки времени) на реле типа РТ-40 косвенного действия при наличии электромагнита отключения , типа РТМ прямого действия при наличии пружинного привода;

МТЗ на реле типа РТ - 40\200 в сочетании с реле времени типа ЭВ-100 или ЭВ-200 для выключателей с электромагнитной отключением, типа РТВ для выключателя с пружинным приводом;

Сочетание токовой отсечки и МТЗ на реле типа ИТ-80, РТ-80, РТ-90 для выключателей с электромагнитным отключением, типа РТМ и РТВ для выключателей с пружинным приводом.

Токовая отсечка обеспечит защиту в зоне короткого замыкания, а максимальная токовая защита - в зоне перегрузки. Наиболее распространенные схемы, сочетающие токовой отсечки и максимальной токовой защиты , могут быть однорелейные и двухрелейные, на постоянном и переменном оперативном токе.

Выбирается реле токовой отсечки типа РТМ

Iср.р.(то) =  *Iк2.мин, А (109)

Iср.р.(то) = *3,3*10³ = 3425,4 А (109)

Выбираю РТ-400/1000 Iср = 4000 А

Определяется Кч(то) и надежность срабатывания токовой отсечки при наименьшем (двухфазном) токе короткого замыкания в начале линии электроснабжения:

Кч(то) =  (110)

Кч(то) =  = 0,15 (110)

Iк.мин = Iк⁽²⁾ = 0,87 * Iк⁽³⁾ (111)

Iс.з = Кт * Iср (112)

Условие надежности К_ч ≥ 1,2 выполнено, следовательно, токовая отсечка срабатывает надежно.

Выбирается реле МТЗ типа РТВ.

Определяется ток срабатывания реле:

Iср.р(мтз) ≥  * Iнб , А (113)

Iср.р(мтз) ≥  * 14,5 = 13,02 А (113)

Iср.р ≥

Выбираю РТВ-III, Iср = 15 А [7, стр. 103, табл. 1.12.2]

Определяется Кч(мтз) и надежность срабатывания МТЗ на остальном участке при Iк2⁽²⁾ (в конце линии):

Кч(мтз) =  (114)

Кч(мтз) =  = 179,8 (114)

Условие надежности выполнено (Кч(мтз) ≥ 1,2).

Составляется схема зоны действия релейной защиты:

Рисунок 6 - Схема зоны действия релейной защиты

. Расчет заземления и молниезащиты

Рассчитать заземляющие устройство (ЗУ) в электроустановках (ЭУ) с изолированной нейтралью (ИН) - это значит:

определить расчетный ток замыкания на землю (I_з) и сопротивление ЗУ (R_з);

определить расчетное сопротивление грунта (ρ_р);

выбрать электроды и рассчитать их сопротивление;

уточнить число вертикальных электродов и разместить их на плане.

При использовании естественных заземлений

_и = R_е * R_з / R_е - R_з , (115)

где;_и, R_е - сопротивление искусственных и естественных заземлений, Ом.

Сопротивление заземления железобетонных фундаментов здания, связанных между собой металлическими конструкциями, определяется по формуле:

_е = ρ / √S, (116)

где;

ρ = 100 Ом*м (суглинок);- площадь, ограниченная периметром здания, м².

Определение I_з и R_з

В любое время года согласно ПУЭ

_з ≤ 250 / I_з , (117)

где;_з - сопротивление заземляющего устройства, Ом (не более 10 Ом);_з - расчетный ток замыкания на землю, А (не более 500 А).

Расчетный (емкостный ) ток замыкания на землю определяется приближенно

_з = U_н *35 * L_кл * L_вл / 350, (118)

где;_н - номинальное линейное напряжение сети, кВ;_кл , L_вл - длина кабельных и воздушных электрически связанных линий, км.

В электроустановках с ИН до 1 кВ

R_з ≤ 125 / I_з (не более 4 Ом). (119)

При мощности источника до 100 кВ А - не более 10 Ом.

По этой же формуле рассчитывают R_з, если заземляющее уствойство выполняется общим для сетей до и выше 1 кВ.

При совмещении заземляющих уствройств различных напряжений принимается Р_з наименьшее из требуемых значений [7, стр. 90, табл.1.13.1]

Определение ρ_р грунта

ρ_р = К_сез*ρ, (120)

где;

ρ_р - расчетное удельное сопротивление грунта, Ом м;

К_сез - коэффициент сезонности, учитывающий промерзание и просыхание грунта,

К_сез = F (климатическая зона, вид заземлителей). [7, стр. 110, табл.1.13.2.]

Выбор и расчет сопротивления электродов

Выбор электродов.               [7, стр. 111, табл.1.13.4.]

Приближенно сопротивление одиночного вертикального заземления определяется по формуле

_в = 0,3* ρ_р. (121)

Сопротивление горизонтального (полосы) определяется по формуле

_р = (0,4*ρ_р / L_п) lg (2*L_п² / bt), (122)

где;_п - длина полосы, м;- ширина полосы, м; для круглого горизонтального заземлителя b = 1,1 d;- глубина заложения, м.

Определение сопротивлений с учетом коэффициента использования.

_в = r_в / η_в ; (123)_г = r_г / η_г ; (124)

где;_в , R_г - сопротивление вертикального и горизонтального электродов с учетом коэффициентов использования, Ом;

η_в, η_г - коэффициенты использования вертикального и горизонтального электродов, определяется по таблице [7, стр. 111, табл. 1.13.5]

η = F (тип ЗУ, вид заземлителя, а / L, N_в), (125)

где;

а - расстояние между вертикальными заземлителями, м;- длина вертикального заземлителя, м;_в - число вертикальных заземлителей.

Необходимое сопротивление вертикальных заземлителей с учетом соединительной полосы.

_в ≤ R_г * R_з / R_г - R_з. (126)

Уточнение числа вертикальных электродов.

Необходимое число вертикальных заземлителей определяется следующим образом:

^'_в = R_в / R_и * η_в (при использовании естественных и искусственных заземлителей);^'_в = R_в / R_з * η_в (при использовании только искусственных заземлителей);_в = r_в / R_и * η_в.ут ,

где;

η_в.ут - уточненное значение коэффициента использования вертикальных заземлителей.

Производим расчет заземляющего устройства для цеха с площадью 40×30:×B = 40×30

Uлеп = 10 кВлеп = 4 кмн = 0,4 кВ

ρ = 300 Ом*м (супесь)

t = 0,7 м

Вид ЗУ - контурное

Климатическая зона - III

Вертикальный электрод - уголок (75×75), L = 3 м

Горизонтальный электрод - полоса (40×4) мм

. Определяется расчетное сопротивление одного вертикального электрода

_в = 0,3*ρ *К_сез.в = 0,3 * 40 *1,5 = 18 Ом. (127)

К_сез.в = F (зона I) = 1,5; [7, стр. 90, табл. 1.13.2]

К_сез.г = F (зона I) = 2,3. [7, стр. 90, табл. 1.13.2]

Определяется расчетное сопротивление совмещенного заземляющего устройства

_зу1 ≤ 125 / I_з = 125 / 4 = 31,3 Ом ; (119)_з = U_лэп * 35* L_кл / 350 = 10* 35* 4 / 350 = 4 А. (118)

Требуемое по НН Rзу2 ≤ 4 Ом

Принимается Rзу2 = 4 Ом

Rзу ≤ 4* ρ / 100 = 4 * 300/100 = 12 Ом (128)

Следовательно, для расчета принимается R_зу = 12 Ом .

Определяется количество вертикальных электродов:

без учета экранирования

^'в.р = rв / Rзу = 135 / 12 = 11,3, принимается N^'в.р = 20; (129)

с учетом экранирования

в.р = N^'в.р / ƞв = 20/ 0,47 = 42,5, принимается Nв.р = 43 (130)

ƞв = F(тип заземляющие устройство, вид заземления , Nв) =F(контурное, вертикальное 2, 10) = 0,6 [7, стр. 91, табл. 1.13.5 ]

Минимальное расстояние от объекта - 1 м

Lп = (А + 2) * 2+ (В + 2) * 2 = (40+2) * 2 + (30+2) * 2 = 148 м (131)

Тогда расстояние между электродами уточняется с учетом формы объекта. По углам устанавливаю по одному вертикальному электроду, а оставшиеся - между ними.

Для равномерного распределения электродов окончательно принимается Nв=44,

тогда

ав = B^' / nв -1 = 32/8 = 4 м; аа = А^' / nа -1 = 42/10 = 4,2 м

ƞв = F (контурное; 1, 4; 44) = 0,43 [7, стр. 91, табл.1.13.5]

ƞг = F (контурное; 1, 4; 44) = 0,24 [7, стр. 91, табл.1.13.5]

_г = (0,4 / L_п * η_г)* ρ * К_сез.г lg (2* L_п² / b*t); (132)

_г = (0,4 / 148 * 0,24) * 40* 1,5 lg (2*148² / 1,1* 40*10^-3*0,7) = 30,5 Ом (132)

К_сез.г = 1,5 [7, стр. 90, табл. 1.13.2]

_в = r_в / N_в*η_в = 135/44 * 0,43 = 7,14 Ом (133)

Определяется фактическое сопротивление ЗУ:

_зу.ф= R_в * R_г / R_в + R_г = 30,5*7,14/30,5+7,14 = 5,8 Ом (134)_зу.ф (5,8) ≤ R_зу (12)

Расчет молниезащиты.

А×В×Н = 40×30×9 м

м - 150 кА

Rи - 5,8 Ом

a - 40 м

hх - 30 м

Определяем импульс напряжения молний

= , кВ (135)

=  = 1302 кВ (135)

≤ Sв + a, м (136)

≤ 5 + 40 = 45 м (136)

= , м (137)

 =  +  +  = 88,6 м (137)

. Список литературы

1. Правила устройства электроустановок. г. Астана, 2003 г., 320 стр. (министерство энергетики и министерство ресурсов РК).

. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П., Электрическая часть электростанций и подстанций. М.: Энергоатомиздат, 1989 г., 608 стр.

. Липкин Б.Ю., Электроснабжение промышленных предприятий и установок. М.: Высшая школа, 1999 г., 376 стр.

. Алиев И.И., Справочник по электротехники и электрооборудованию. Ростов-на-Дону: Феникс, 2004 г., 480 стр.

. Кнорринг Г.М., Справочник для проектирования электрического освещения. М.: Энергия, 1968 г., 390 стр.

. Шеховцов В.П., Справочное пособие по электрооборудованию и электроснабжению. М.: Форум, 2011 г, 136 стр.

. Шеховцов В.П., Расчет и проектирование схем электроснабжения. Методическое пособие для курсового проектирования. М.: Форум: ИНФРА-М, 2010 г., 214 стр.