В ряде важнейших областей техники нельзя обойтись без постоянного тока. Основными потребителями постоянного тока являются электролизные установки для получения алюминия, меди, цинка и других технически чистых металлов
 Скачать 5.29 Mb.
|
 = 25 МВт ч в год.Из таблицы 4.3 видно, что ЧДД имеет положительное значение. Внедрение 100 выпрямителей позволяет получить экономический эффект 20,6 млн. руб. при коэффициенте загрузки 0,25. Внедрение кольцевых выпрямителей наиболее рационально на подстанциях со значительной переработкой электрической энергии, где коэффициент загрузки не меньше 0,3 и полученный экономический эффект будет в 3-4 раза больше. Таблица 4.3 - Расчет суммарного экономического эффекта (ЧДД) для кольцевого выпрямителя
Выводы по главе Таким образом, разработка, производственная проверка и внедрение кольцевых выпрямителей на тяговых подстанциях железнодорожного транспорта, с учетом вышеизложенного, и того, что при любых условиях работы кольцевого выпрямителя и при любой его загрузке, потери в вентилях сокращаются на 25% по сравнению с мостовым выпрямителем, а надежность возрастает, являются востребованными и не требуют больших капиталовложений. 5. Охрана труда .1 Электробезопасность Понятие электробезопасности подразумевает под собой систему организационных и технических мероприятий и средств, обеспечивающих защиту людей от вредного и опасного воздействия электрического тока, электрической дуги, электромагнитного поля и статического электричества. Опасность электрического тока в отличие от прочих опасностей усугубляется тем, что человек не в состоянии без специальных приборов обнаружить напряжение дистанционно, как, например, движущиеся части, раскаленные объекты, открытые люки, не огражденные края площадки, находящейся на высоте. Анализ смертельных несчастных случаев на производстве показывает, что на долю поражений электрическим током приходится до 40%, а в энергетике - до 60% от общего количества травм. Большая часть смертельных электропоражений (до 80%) наблюдается в электроустановках напряжением до 1000 В. Анализ опасности электрических сетей практически сводится к определению значения тока, протекающего через тело человека в различных условиях, в которых может оказаться человек при эксплуатации электрических сетей и электроустановок. Анализ также ставит перед собой задачу оценки влияния различных факторов и параметров сети на опасность поражения. Поражение человека электрическим током может наступить при двухфазном и однофазном прикосновении к токоведущим частям, при прикосновении к заземленным нетоковедущим частям, оказавшимся под напряжением, и при включении на шаговое напряжение. Электроустановками называются установки, предназначенные для производства, преобразования, распределения энергии, а также потребления электроэнергии. В различных электроустановках различна опасность поражения электрическим током, так как параметры электроэнергии, условия эксплуатации электрооборудования и характер среды помещений, в которых оно установлено, очень разнообразны. Комплекс защитных мер должен соответствовать виду электроустановки и условиям применения электрооборудования и обеспечивать достаточную безопасность. Опасность поражения током, а также возможная его тяжесть прежде всего зависят от номинального напряжения. По напряжению различают электроустановки напряжением до 1000 В и электроустановки напряжением выше 1000 В. Существенно влияние на безопасность условий среды, от которых зависит состояние изоляции, а также электрическое сопротивление тела человека. В зависимости от вида электроустановки, номинального напряжения, режима нейтрали, условий среды помещения и доступности электрооборудования необходимо применять определенный комплекс необходимых защитных мер, обеспечивающих достаточную безопасность, которая редко может быть обеспечена единственной мерой. В электроустановках применяют следующие технические защитные меры: - малые напряжения; - электрическое разделение сетей; - контроль и профилактика повреждений изоляции; - компенсация емкостной составляющей тока замыкания на землю; - обеспечение недоступности токоведущих частей; - защитное заземление; - зануление; - двойная изоляция; - защитное отключение. Применение этих защитных мер регламентируется правилами установки электрооборудования (ПУЭ) и другими правилами. Применение малых напряжений - эффективная защитная мера, но ее широкому распространению мешает трудность осуществления протяженной сети малого напряжения. Поэтому источник малого напряжения должен быть максимально приближен к потребителю. Вследствие того, что потребители рассредоточены на значительных территориях, надо устанавливать источники питания (трансформаторы) на небольшую группу потребителей или даже на каждый потребитель, что экономически невыгодно. Поэтому область применения малых напряжений 12, 36 и 42 В ограничивается ручным электрифицированным инструментом, ручными переносными лампами и лампами местного освещения в помещениях с повышенной опасностью и особо опасных. Область применения защитного разделения сетей - электроустановки напряжением до 1000 В, эксплуатация которых связана с повышенной степенью опасности, в частности передвижные электроустановки, ручной электрифицированный инструмент и т.п. Поскольку основная цель этой защитной меры - уменьшить ток замыкания на землю за счет высоких сопротивлений фаз относительно земли, не допускается заземление нейтрали или одного из выводов вторичной обмотки разделительного трансформатора или преобразователя. Немалую опасность представляет возможность продолжения работы электроустановки при глухом замыкании на землю, так как человек, прикоснувшийся к исправной фазе, попадает под линейное напряжение. В этом случае защитное разделение сети не достигает цели. Чтобы избежать опасности возникновения замыкания на землю, необходимо постоянно следить за состоянием изоляции и своевременно устранять ее повреждения. Контроль изоляции - измерение ее активного или омического сопротивления с целью обнаружения дефектов и предупреждения замыканий на землю и коротких замыканий. Состояние изоляции в значительной мере определяет степень безопасности эксплуатации электроустановок. В сетях напряжением выше 1000 В снижение сопротивления изоляции почти всегда приводит к глухому замыканию на землю. При заземленной нейтрали ток замыкания на землю и ток через человека не зависят от сопротивления изоляции. Но при плохом состоянии изоляции часто происходят ее повреждения, что приводит к глухим замыканиям на землю (корпус) и к коротким замыканиям. При замыкании на корпус возникает опасность поражения людей электрическим током, так как нетоковедущие части, с которыми человек нормально имеет контакт, оказываются под напряжением. Чтобы предотвратить замыкания на землю и другие повреждения изоляции, при которых возникает опасность поражения людей электрическим током, а также выходит из строя оборудование, необходимо проводить испытания повышенным напряжением и контроль изоляции. При испытаниях повышенным напряжением дефекты изоляции обнаруживаются вследствие пробоя и последующего прожигания изоляции (током). Выявленные дефекты устраняются, и производятся повторно испытания исправленного оборудования. Прикосновение к токоведущим частям всегда может быть опасным даже в сети напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью, с хорошей изоляцией и малой емкостью, не говоря уже о сетях с заземленной нейтралью и о сетях напряжением выше 1000 В. В последнем случае опасно даже приближение к токоведущим частям. В электроустановках напряжением до 1000 В применение изолированных проводов уже обеспечивает достаточную защиту от поражения при прикосновении к ним. Изолированные провода, находящиеся под напряжением выше 1000 В, не менее опасны, чем голые, так как повреждения изоляция обычно остаются незамеченными, если провод подвешен на изоляторах. Чтобы исключить возможность прикосновения или опасного приближения к изолированным токоведущим частям, должна быть обеспечена недоступность с помощью ограждения, блокировок или расположения токоведущих частей на недоступной высоте или в недоступном месте. Ограждения применяют как сплошные, так и сетчатые. Сплошные ограждения в виде кожухов и крышек применяют в электроустановках напряжением до 1000 В. Сетчатые ограждений применяются в установках напряжением до 1000 В и выше. Сетчатые ограждения имеют двери, запирающиеся на замок. Блокировки применяются в электроустановках, в которых часто производятся работы на ограждаемых токоведущих частях. Блокировки также применяются в электрических аппаратах, работающих в условиях, в которых предъявляются повышенные требования безопасности. Блокировки по принципу действия разделяют на электрические и механические. Блокировки применяются также для предупреждения ошибочных действий персонала при переключениях в распределительных устройствах и на тяговых подстанциях. Расположение токоведущих частей на недоступной высоте или в недоступном месте позволяет обеспечить безопасность без ограждений, при этом следует учитывать возможность случайного прикосновения к токоведущим частям длинными предметами, которые человек может держать в руках. .2 Влияние электрического тока на человека В процессе эксплуатации, а также в процессе ремонта электрического оборудования тяговой подстанции работник может прикоснуться к токоведущим частям, находящимся под рабочим напряжением, вследствие неисправности электрического оборудования, либо при несоблюдении работником мер безопасности. Действие электрического тока на живую ткань носит разносторонний характер. Проходя через организм человека, электрический ток производит термическое, электролитическое, механическое, биологическое и световое воздействия. Термическое воздействие тока характеризуется нагревом кожи и тканей до высокой температуры, вплоть до ожогов. Электролитическое воздействие заключается в разложении органической жидкости, в том числе крови, и нарушении ее физико-химического состава. Механическое воздействие тока приводит к расслоению, разрыву тканей организма в результате электродинамического эффекта, а также мгновенного взрывоподобного образования пара из тканевой жидкости и крови. Механическое воздействие связано с сильным сокращением мышц вплоть до их разрыва. Биологическое воздействие проявляется в раздражении и возбуждении живых тканей и сопровождается судорожными сокращениями мышц. Световое воздействие приводит к поражению слизистых оболочек глаз. Следует выделить два вида поражений электрическим током: электрический удар и местные электрические травмы, которые резко отличаются друг от друга. Местными электрическими травмами являются поражения тканей и органов электрическим током: ожоги, электрические знаки, электрометаллизация кожи, механические повреждения и электроофтальмия. Электрический ожог возможен при прохождении через тело человека значительных токов (более 1 А). В тканях, через которые проходит ток, как и в любом сопротивлении, выделяется некоторое количество теплоты, пропорциональное приложенному напряжению и току. Этой теплоты при больших токах достаточно для нагрева поражаемых тканей до температуры 60-743°С, при которой свертывается белок и возникает ожог. Такие ожоги проникают глубоко в ткани тела и поэтому очень болезненны и требуют длительного лечения, а иногда приводят к частичной или полной инвалидности. В электроустановках напряжением 35 кВ и выше ожоги могут возникать и без непосредственного контакта с токоведущими частями, а лишь при случайном приближении на опасное расстояние. Когда это расстояние меньше или равно разрядному, возникает сначала искровой разряд, который переходит в электрическую дугу. Температура дуги достигает 4000 °С, кроме того, ткани тела человека нагреваются проходящим через них током. Это приводит к ожогу. Под действием тока происходит резкое сокращение мышц, которое приводит к разрыву дуги. Поскольку ток проходил через тело человека кратковременно, нарушений дыхания и кровообращения может не наступить, однако полученные ожоги весьма серьезны, а иногда и смертельны. В электроустановках до 1000 В возможны также ожоги электрической дугой. В этом случае дуга возникает между токоведущими частями, а человек попадает в зону действия дуги. Возможны ожоги и без прохождения тока - при прикосновении к сильно нагретым частям электрооборудования, от разлетающихся раскаленных частиц металла и т. п. Электрические знаки (метки тока) возникают при хорошем контакте с токоведущими частями. Они представляют собой припухлость с затвердевшей в виде мозоли кожей серого или желтовато-белого цвета круглой или овальной формы. Края электрического знака резко очерчены белой или серой каймой. Последствия электрического знака при больших его размерах могут быть очень серьезными. Глубокое поражение большого участка живой ткани может привести к нарушению функций пораженного органа, хотя электрические знаки безболезненны. Природа электрических знаков не выяснена. Есть предположение, что они вызываются химическим и механическим действием тока. Электрометаллизация кожи - проникновение под поверхность кожи частиц металла вследствие разбрызгивания и испарения его под действием юка, например, при горении дуги. Металл, может проникать в кожу также вследствие электролиза в местах соприкосновения человека с токоведущими частями. Поврежденный участок кожи приобретает жесткую шероховатую поверхность, цвет которой определяется цветом соединений металла, внедрившегося в кожу. Со временем металл рассасывается или поврежденная кожа сходит, пораженный участок восстанавливает нормальный вид и болезненные явления исчезают. Электроофгальмия. К электрическим травмам следует отнести также поражение глаз вследствие воздействия ультрафиолетового излучения электрической дуги или ожогов. Механические повреждения (ушибы, переломы и пр.) при падении с высоты вследствие резких непроизвольных движений или потери сознания, вызванных действием тока, также относятся к электрическим травмам. Электрический удар наблюдается при воздействии малых токов - обычно до нескольких сотен миллиампер и соответственно при небольших напряжениях - как правило, до 1000 В. При такой малой мощности выделение теплоты ничтожно и не вызывает ожога. Ток действует на нервную систему и на мышцы, причем может возникнуть паралич пораженных органов. Паралич дыхательных мышц, а также мышц сердца может привести к смертельному исходу. Небольшие токи вызывают лишь неприятные ощущения. Если ток имеет значение, достаточное, чтобы парализовать мышцы рук, человек неспособен самостоятельно освободиться от тока, таким образом, действие тока будет длительным. Ток в несколько десятков миллиампер при длительном воздействии (более 20 секунд) приводит к остановке дыхания. Но наиболее опасны остановка и фибрилляция сердца. Остановка сердца вызывается током в несколько сотен миллиампер при сравнительно малой длительности воздействия (доли секунды), причем мышцы сердца расслабляются и остаются в таком состоянии. Фибрилляция сердца заключается в беспорядочном сокращении и расслаблении мышечных волокон сердца. Сердце затрачивает значительную энергию, но не производит полезной работы, кровообращение прекращается, сердце истощается и останавливается. Как при остановке, так и при фибрилляции сердца работа его самостоятельно не восстанавливается. Необходимо оказание помощи. Можно выделить следующие пороговые значения тока: порог ощущения тока - наименьший ощутимый ток (0,5-1,5 мА); порог неотпускающего тока - наименьший ток, при котором человек уже не может самостоятельно освободиться от захваченных электродов действием тех мышц, через которые проходит ток (6-10 мА). Меньшие токи называются отпускающими; смертельный ток (100 мА и более). .3 Расчет зануления на отключающую способность Занулением называется преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Нулевой защитный проводник - это проводник, соединяющий зануляемые части с глухозаземленной нейтральной точкой обмотки источника тока или ее эквивалентом. Зануление применяется в четырехпроводных сетях напряжением до 1000В с заземленной нейтралью. Зануление превращает замыкание на корпус в однофазное короткое замыкание, в результате чего срабатывает максимальная токовая защита и селективно отключает поврежденный участок сети. Кроме того, зануление снижает потенциалы корпусов, появляющиеся в момент замыкания на землю. Основное назначение зануления - обеспечить срабатывание максимальной токовой зашиты при замыкании на корпус. Для этого ток короткого замыкания должен значительно превышать уставку защиты или номинальный ток плавких вставок. Согласно правилам установки электрооборудования ток однофазного короткого замыкания должен превышать не менее чем в 3 раза номинальный ток плавкой вставки ближайшего предохранителя или ток срабатывания расцепителя автоматического выключателя с обратно зависимой от тока характеристикой. Нулевой провод должен иметь надежные соединения, и должна обеспечиваться непрерывность цепи от каждого корпуса до нейтрали источника. Нулевой провод соединяется со всеми заземленными металлическими конструкциями, создающими параллельные цепи короткого замыкания: металлическими конструкциями зданий, подкрановыми путями, стальными трубами электропроводок, свинцовыми и алюминиевыми оболочками кабелей, металлическими трубопроводами, проложенными открыто, исключая трубопроводы для горючих и взрывоопасных смесей. Эти проводники могут служить в качестве единственного нулевого провода, если по проводимости они удовлетворяют приведенным выше требованиям. Для примера произведём расчёт зануления силового трансформатора для передачи и распределения электроэнергии на собственные нужды тяговой подстанции Сокур, когда нагрузка несёт осветительно-силовой характер. Трансформатор установлен на открытом распределительном устройстве. Основным опасным фактором является поражение электрическим током непосредственным прикосновением к токоведущим частям, находящимся под рабочим напряжением. Исходные данные: Р = 160 кВА - номинальная мощность трансформатора;= 6 кВ - номинальное напряжение первичной обмотки;= 220 В - номинальное напряжение вторичной обмотки; ∆ / Yн - схема соединения обмоток;т = 0,141 Ом - сопротивление обмотки трансформатора;ф = Lн = 100 м - длина фазного и нулевого проводника. Сечения проводов выбираются по номинальному току:   Проведем расчёт сопротивлений однофазного и нулевого защитного проводников:  Тогда значение тока короткого замыкания будет равно:  Проверяем условие соблюдения формулы:  Для этого рассчитаем напряжение прикосновения по формуле:   Для напряжения прикосновения меньшего 120 В t =0,4 c (согласно ПУЭ, 7 изд. 1 разд. таблице 1.7.1). Определим  По таблице 3.145 ПУЭ выбираем плавкий предохранитель типа ПР-2-350 с реальным номинальным током  Определим время срабатывания плавкой вставки при kp = 9. Получим tср = 0,3 c. Следовательно, условие  выполняется (0,4с>0,3с).На основании проделанных расчётов выявлено, что выбранный плавкий предохранитель ПР-2-350 полностью удовлетворяет требованиям, предъявляемым к защитным устройствам. Произойдёт надёжное избирательное автоматическое отключение повреждённой установки за допустимое время. Заключение Целью дипломного проекта была разработка и расчет энергосберегающей вентильной конструкции кольцевого типа, которая обеспечивала бы снижение потерь мощности при 12-пульсном преобразовании энергии переменного тока в энергию постоянного тока. В результате работы над ней были решены следующие задачи. Проведен обзор схемных решений многопульсных выпрямителей, применяемых на тяговых подстанциях электрического транспорта. Рассмотрены основные расчетные соотношения для анализа и сравнения выпрямителей и обоснование выбора 12-пульсной схемы выпрямления, как схемы с более высокими технико-экономическими показателями. Рассчитаны числа силовых полупроводниковых приборов в вентильных плечах, мостовых, кольцевых вентильных конструкций и оно составляет 2 СПП, и 3 СПП соответственно. При высоких классах силовых полупроводниковых приборов кольцевые схемы более экономичны, т.к. числа вентильных плеч, обтекаемых током нагрузки, последовательно уменьшается с 4 при мостовой схеме до 3 при кольцевой. Произведен расчёт потерь мощности в вентильных конструкциях модернизированных 12-пульсовых выпрямителей, собранных по параллельно-последовательной и кольцевой схеме. Наглядно показано уменьшение потерь мощности при кольцевой схеме соединения выпрямителя. При Кз=0,6 разница в потерях мощности достигает 17 кВт, а при Кз=0,8 она уже равна 24 кВт. Проведено технико-экономическое сопоставление модернизированных многопульсных выпрямительных агрегатов. Рассчитан экономический эффект от модернизации выпрямителя при различных коэффициентах загрузки. Наибольший эффект достигается по кольцевой схеме соединения, и особенно при возрастании Кз. Приложение  Рисунок П.Б.1 - Схема кольцевая двенадцатипульсового выпрямительного агрегата |