Методические указания к курсовому проектированию по курсу Проектирование систем электрификации идипломному проектированию по курсу
 Скачать 3.43 Mb.
|
|
А В 2 1 2 1 Рисунок 10.2 Системы TN-С (приемник А) и TN-С-S (приемник В) переменного трехфазного тока (нулевой защитный и нулевой рабочий проводники разделены в точке повторного заземления PEN проводника): 1 заземлитель нейтрали (средней точки) источника питания; 2открытые токопроводящие части Система TN-S имеет N и РЕ проводники, которые работают раздельно по всей системе. В системе TN-S устройство защитного отключения может устанавливаться в любой точке сети. В трехфазных сетях переменного тока для реализации системы TN-S требуется применять пятипроводные линии во всей сети от источника питания до электроприемника. Это делает систему TN-S более дорогой и сложной (рисунок 10.3). В системе IT изолированная нейтраль трансформатора (генератора) изолирована от земли или заземлена через большое сопротивление. Открытые проводящие части электроустановки заземлены (присоединены к заземлителю, электрически независимому от заземлителя нейтрали трансформатора или генератора. Систему следует применять при недопустимости перерыва электроснабжения электроприемников. Так как наиболее частые аварии в сетях с глухозаземленной нейтралью однофазные короткие замыкания, то применение сетей с изолированной нейтралью позволяет не нарушать работу электроприемников в случае пробоя или нарушения изоляции в одной фазе. Сети с изолированными нейтралями применяются в шахтах, для передвижных установок, торфяных разработок, в отдельных цехах предприятий цветной металлургии.
. Для сетей с изолированной нейтралью заземление корпусов элекроприемников является обязательным. Кроме того, должен осуществляться непрерывный контроль изоляции сети и обеспечена возможность быстрого отыскания замыканий на землю. В сетях системы IT предусматриваются защиты: от сверхтоков, а от замыканий на землю могут применяться устройства защиты, реагирующие на дифференциальный ток. Защита от замыканий на землю должна отключать сеть в тех случаях, когда это необходимо для обеспечения безопасности обслуживающего персонала (рисунок 10.4А, 10.4.В).
В системе ТТ нейтраль трансформатора или генератора глухо заземлена, а открытые проводящие части заземлены с помощью заземляющего устройства, электрически независимого от глухозаземленной нейтрали источника питания. Система заземления имеет ограниченную область применения. .
ГОСТ Р 50669—94 рекомендует использовать систему ТТ при проектировании и монтаже электроустановок зданий из металла (киосков, павильонов). В электроустановках напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью достаточны сечения заземляющих проводников 70 [мм2] для алюминия, 50 [мм2] для меди, 800 [мм2] для стали. Система TТ переменного тока приведена на рисунке 10.5.
Минимальные сечения заземляющих проводников из условия механической прочности даны в таблице 10.2. Таблица 10.2 Минимальные сечения S [мм2] заземляющих проводников из условия механической прочности
Сечение стальных изолирующих проводников по меди определяют по таблице 10.3. Таблица 10.3 Сечение стальных изолирующих проводников по меди
Для воздушных сетей напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью необходима проверка обеспечения мгновенного отключения линии при коротком замыкании между фазами и нулевым проводом. Величина тока короткого замыкания IКЗ должна удовлетворять условиям: IКЗ 3 IВСТ ; IКЗ 1,5 IАВТ ; (10.1) где IВСТ номинальный ток плавкой вставки; IАВТ максимальный ток отключения расцепителя. Ток короткого замыкания IКЗ определяют из соотношения:  ; (10.2)где ZПЕЬЛИ полное сопротивление петли фаза – ноль [ Ом ]; ZТРРА полное сопротивление трансформатора [ Ом ] (учитывается только для трансформаторов со схемой соединение обмоток Y / Y0); значение ZТРРА приведены в таблице 10.4. Таблица 10.4 Полное сопротивление трансформатораZТРРА [ Ом ] со схемой соединение обмоток Y / Y0, приведенное к обмотке 0,4 кВ
Значение сопротивления грунтов приведены в таблице 10.5. Таблица 10.5 – Удельное сопротивления грунтов [ Ом м ]
10.2 Расчет токов короткого замыкания Элементы электрических сетей могут находиться в четырех характерных режимах работы: нормальном, перегрузки, аварийном и послеаварийном. В процессе короткого замыкания электрические сети работают в двух последних режимах работы. В нормальном режиме работы, который ограничен максимальными нагрузками, равными расчетным, система электроснабжения может функционировать практически неограниченное время. При этом сроки службы ее элементов будут соответствовать величинам, которые определены заводами-изготовителями. Режим перегрузки определен маловероятным стечением обстоятельств в состоянии электрической нагрузки, которые зачастую связаны с человеческим фактором. Исходя из экономических соображений мощности элементов системы электроснабжения на этот режим не рассчитываются для длительного функционирования, поэтому в процессе работы в этом режиме выделяется большее количество тепла, приводящее к перегреву свыше длительно допустимой температуры. Длительность действия данного режима на сеть ограничена соответствующей защитой от перегрузки. Причиной аварийных и послеварийных режимов (режимов короткого замыкания) являются повреждения изоляции элементов электрических сетей, приводящие к созданию цепочек с относительно малыми сопротивлениями, по которым протекают токи коротких замыканий, которые могут достигать значений, на порядок превышающих значения токов нормального режима работы, и в этом случае тепловые и электродинамические процессы могут привести к тепловому или механическому разрушению элементов электрических сетей, даже в пределах временя срабатывания защиты от токов коротких замыканий. Это заставляет проверять элементы системы электроснабжения на термическую и электродинамическую устойчивость. Коротким замыканием (КЗ) называется непосредственное соединение любых точек разных фаз или фазы и нулевого провода электрической цепи, которое не предусмотрено нормальными условиями работы установки. Короткие замыкания вызывают резкое увеличение токов в электрических установках, а также значительное снижение напряжения, особенно в местах повреждения. Причинами коротких замыканий чаще всего являются пробой изоляции электрических проводов и электрооборудования изза перенапряжений и постепенного старения изоляционных материалов, схлестывания голых проводов воздушных линий между собой и «набросы» на них, механические повреждения кабельных линий (при проведении земляных работ), а иногда и ошибочные действия персонала станций, подстанций и сетей. Выделяют несколько видов коротких замыканий: однофазное короткое замыкание — короткое замыкание на землю в трехфазной системе с глухо- или эффективно заземленной нейтралью силовых элементов, при котором с землей соединяется только одна фаза; двухфазное короткое замыкание — короткое замыкание между двумя фазами в трехфазной системе; двухфазное короткое замыкание на землю — короткое замыкание на землю в трехфазной системе с глухо- или эффективно заземленной нейтралью силовых элементов, при котором с землей соединяются две фазы; трехфазное короткое замыкание между тремя фазами в трехфазной системе. Наиболее частыми являются однофазные коротки замыкания на землю, для которых статистка характеризуют частоту возникновения до 65 % всех случаев. Наиболее редкие — трехфазные КЗ (около 5 %), являющиеся максимальными по амплитуде тока и самыми тяжелыми с точки зрения их воздействия на элементы электроэнергетических объектов. Как правило, в местах коротких замыканий возникает электрическая дуга, образуя переходное сопротивление. Короткое замыкание без переходного сопротивления называется металлическим коротким замыканием. Необходимость определения токов короткого замыкания в процессе проектирования и эксплуатации может возникнуть: при выборе и оценке, а также изменении схемы питания энергетического объекта; для проверки электрооборудования на термическое и электродинамическое действия токов короткого замыкания; для настройки уставок релейной зашиты, средств грозозащиты и автоматики; при проектировании заземляющих устройств; для выбора аппаратуры защиты, проверки селективности и (или) чувствительности их действия. При возникновении КЗ общее сопротивление цепи системы электроснабжения уменьшается, токи в ветвях системы резко увеличиваются, а напряжения на отдельных участках системы снижаются. За время КЗ с момента его возникновения до момента отключения поврежденного участка в цепи протекает переходный процесс с большими мгновенными токами, вызывающими тепловое и электродинамическое воздействие на электрооборудование. При длительном, более 0,01 с, коротком замыкании протекающий ток может привести к значительному повышению температуры электрооборудования. В нормальных эксплуатационных режимах электродинамические силы невелики. Однако при КЗ токи увеличиваются в 10...20 раз, а электродинамические силы в 100...400 раз. Последствием воздействия этих сил могут быть разрушения аппаратов и распределительных устройств. Поэтому для проверки динамической устойчивости аппаратуры и токопроводящих конструкций важно знать величину этих механических сил. Электродинамическое воздействие заключается в том, что проводники с токами притягиваются или отталкиваются друг от друга. Одинаковое направление токов в параллельных проводниках вызывает их притягивание, противоположное — отталкивание. Сила, с которой взаимодействуют проводники (электродинамическая сила), пропорциональна произведению взаимодействующих токов. Величина электродинамического усилия F, возникающего при протекании тока короткого замыкания, может быть определена на основании закона Ампера о взаимодействующих токах:  , (10.1)подставив значения магнитной проницаемости и поделив на длину L, получим силу FL, действующую на 1 метр проводника с током [ Н / м ]:  , (10.2)где d расстояние между осями проводников [ м ] . Поскольку максимальные усилия при коротком замыкании возникают практически мгновенно, обеспечить механическую прочность установленного оборудования можно только посредством уменьшения тока КЗ установкой реакторов, трансформаторов с расщепленными обмотками, секционированием шин… Не меньшую опасность представляет термическое (тепловое) действие токов КЗ, вызывающих дополнительный нагрев токоведущих частей электрических аппаратов, шин распределительных устройств и жил электрических кабелей. ТеплоQ, выделенное в проводнике при протекании по нему тока IКЗ за время t, согласно закону Джоуля Ленца, равно: Q= IКЗ2Rt, (10.3) где R— активное сопротивление проводника. Время t прохождения тока короткого замыкания определяется действием защитных устройств и отключающей аппаратуры. Чтобы повреждения от термического воздействия тока короткого замыкания были наименьшими, стремятся отключать КЗ возможно быстрее, так что обычно длительность короткого замыкания находится в пределах от долей секунды до нескольких секунд. Поскольку ток короткого замыкания | ||||||||||||||||||||||||||||
L1
L1 
L1 В
А L1