Релейний захист, автоматика та облік електроенергії

Вибір раціональної схеми розділу електроенергії має дуже важливе значення. Вірно вибрана схема повинна бути надійною, економічною, зручною в експлуатації. Розрахунок навантаження на проводи і кабелі, а також їхнього захисту має також важливе значення для безаварійної експлуатації мереж.

2.8.1 Вибір перерізу проводів і кабелів

Вибір виконується за допустимим струмовим навантаженням для відповідних умов прокладки.

Довготривалий струм лінії живлення двигунного навантаження, А

, (2.91)

де cos , – номінальні величини коефіцієнта потужності та корисної дії; визначаються з каталогу для конкретного двигуна.

Довготривалий струм трансформатора, А

(2.92)

За довготривалим струмом визначається переріз жили кабелю з умови

I_д ≤ I_доп, (2.93)

де I_доп – допустимий струм жили кабелю [2].

Критичний струм кабелю, А

. (2.94)

Довготривалий струм магістралі, А

. (2.95)

Критичний струм магістралі, А

(2.96)

Для інших підключень розрахунки зводяться в таблицю 2.6.

Якщо є декілька однотипних споживачів, то розрахунки виконуються для найвіддаленішого, тоді для інших спрацьовування захисту буде надійнішим. При розрахунках розподільчого шинопроводу для вибору його за довготривалим струмом, розрахунковий струм визначається так:

, (2.97)

де S_сз – середньозмінна потужність підключених до шинопроводу електроприймачів .

В розрахунку в.к.з. опір шинопроводу враховується на повну довжину не залежно від місця підключення відпайки.

Таблиця 2.6 – Дані розрахунків захисту

2.8.2 Автоматика у системах електропостачання

З метою підвищення надійності електропостачання підприємства та його цехів застосовуються такі види автоматики:

1) Пристрої автоматичного повторного вмикання (АПВ). Сутність АПВ полягає в тому, що елемент системи, який відключився під дією релейного захисту, електропостачання (якщо немає заборони на повторне вмикання під дією засобів автоматики) вмикається знову через якийсь час під напругу і якщо причина, що викликала дію релейного захисту, зникла (наприклад, перекриття ізоляторів, повітряного проміжку між проводами або шинами тощо), то цей елемент залишається в роботі. АПВ дозволяє здійснити підвищення надійності живлення при наявності навіть одного елемента системи електропостачання.

Практика доводить ефективність застосування АПВ в енергетичній системі країни та системах електропостачання підприємств. У цьому легко переконатися, якщо врахувати витрати, пов'язані з простоєм робочої сили, устаткування й недовипуском продукції, не говорячи вже про інші наслідки перебоїв в електропостачанні, які можуть бути відвернені застосуванням АПВ.

Найефективніше застосовувати АПВ для повітряних ліній. У цьому випадку застосування АПВ зберігає в роботі 60 – 90 % ліній, що відключилися. Однак АПВ може бути застосовано також для кабельних ліній, секцій або систем шин, одиночних трансформаторів, але з накладенням в останньому випадку заборони на дію АПВ при роботі газового або диференціального захисту.

Схеми АПВ можуть бути виконані на постійному або змінному оперативних струмах.

У системах електропостачання промислових підприємств застосовуються АПВ однократної дії. Можливе застосування поряд з однократними АПВ дво- і трикратних АПВ. Однак, як показує практика експлуатації, збільшення кількості випадків збереження живлення від застосування таких АПВ невелике (при дворазовому АПВ приблизно 10 %, при триразовому – 2 % всіх аварій, які усувають АПВ), а пристрій АПВ при цьому виходить досить складним.

2) Пристрої автоматичного вмикання резерву (АВР) працюють після відключення робочого живлення будь-якими видами захисту. Пристрої АВР застосовуються тільки в тих випадках, коли в системі електропостачання промислових підприємств є в наявності або проектується спеціально для цієї мети установка додаткового (резервного) елемента, наприклад, трансформатора, ліній, секції шин. У цьому випадку при відключенні робочого елемента, наприклад, під дією релейного захисту або помилкових дій чергового персоналу, засобами автоматики (АВР) вмикається другий елемент, який нормально перебуває в резерві, у результаті чого забезпечується необхідна надійність живлення. Такі системи діють дуже надійно, але вимагають для свого здійснення значних капітальних витрат коштів й устаткування.

Для усунення цього недоліку найчастіше застосовуються системи АВР з устаткуванням, яке у нормальному режимі теж працює, але використовується неповністю (що часто відповідає доцільному режиму роботи цих установок; зокрема к.к.д. трансформаторів досягає свого максимуму при завантаженні його 60 – 80 %). У цьому випадку при відключенні одного з робочих елементів другий елемент (наприклад, трансформатор) під дією пристроїв АВР приймає на себе все навантаження й, перевантажуючись (у допустимих межах), забезпечує нормальне безперебійне електропостачання установки.

У системі електропостачання промислових підприємств автоматичне вмикання резерву (АВР) виконується на оперативному постійному й змінному струмі.

Слід зазначити, що при проектуванні нових схем автоматики (АПВ й АВР) систем електропостачання перевагу треба віддавати в першу чергу оперативному змінному струму. Оперативний постійний струм повинен застосовуватися в особливо відповідальних установках.

У випадку наявності в робочому елементі живлення пристрою АВР і неприпустимості паралельної роботи робочого й резервного елементів (наприклад, відсутність синхронізму між робочими й резервними джерелами, можливість неправильної роботи тощо) треба передбачити блокування, яке виключає можливість паралельної роботи. Для цього застосовується один з наступних способів:

- передбачається відключення робочого елемента від навантаження незалежно від роботи пристрою АВР (наступне вмикання при вдалому АВР роблять вручну);

- вибирається витримка часу пристрою АВР більше, ніж повний цикл АПВ.

3) Автоматичне розвантаження по частоті (АЧР). При порушенні балансу між виробленою та споживаною потужностями у системі електропостачання відбувається зниження або підвищення частоти струму, який виробляється генераторами. При підвищенні частоти автоматичні пристрої здійснюють зменшення виробництва потужності генераторів електростанцій шляхом відключення частини з них або зниження їхньої активної потужності. При зниженні частоти, коли збільшити потужність виробленої енергії неможливо, для відновлення балансу частина менш відповідальних споживачів на якийсь час відключається. Це відключення повинно здійснюватися автоматично за допомогою пристроїв АЧР.

АЧР полягає у відключенні частини споживачів при зниженні частоти у системі з метою зменшення на навантаження генераторів електростанцій і відновлення нормальної частоти.

АЧР є одним з важливих й необхідних засобів автоматизації енергосистеми. Завдяки широкому впровадженню АЧР у системах електропостачання промислових підприємств майже повністю припинилися важкі аварії через глибоке зниження частоти внаслідок раптового виникнення дефіциту активної потужності.

У системах електропостачання промислових підприємств, приєднаних до районних енергосистем, АЧР застосовується тільки за вказівками енергосистеми.

На промислових підприємствах пристрої АЧР, як правило, діють на відключення окремих ліній, що відходять із шин ГПП або ЦРП підприємства, без витримки часу.

Витримка часу встановлюється тільки в тих випадках; коли можливо зниження частоти внаслідок к.з. (у системах малої потужності) або через короткочасні перерви живлення при роботі пристроїв АВР й АПВ у межах системи електропостачання промислових підприємств. Це пояснюється тим, що після зняття живлення напруга зберігається протягом 0, 5 – 4, 5 с, навіть при відсутності синхронних двигунів і компенсаторів, за рахунок накопиченої електромагнітної й механічної енергії в асинхронних двигунах і приводних механізмах. Це явище може викликати дію АЧР і необґрунтоване відключення частини споживачів. Введення ж витримки часу дозволяє уникнути помилкової дії АЧР.

Найраціональнішим варто вважати встановлення АЧР безпосередньо на окремих приймачах або групах приймачів, зв'язаних технологічними процесами.

Натепер існують дві системи АЧР: автоматичне розвантаження за абсолютною величиною частоти; автоматичне розвантаження за швидкістю зміни частоти.

2.8.3 Облік електричної енергії

Облік витрати електроенергії в промислових підприємствах необхідний для: комерційного розрахунку з енергосистемою; контролю витрати активної енергії по цехах; контролю вироблення реактивної енергії компенсувальними пристроями; комерційного розрахунку зі споживачами, які одержують електроенергію через підстанції підприємства, наприклад, госпрозрахункові допоміжні підприємства, житловий сектор тощо.

У системі загального обліку витрати лектроенергії на підприємстві важливе місце займає контроль витрати електроенергії по цехах. Наявність такого контролю дозволяє визначати питому витрату електроенергії на різні види продукції, яка випускається. Питома витрата електроенергії є одним з важливих техніко-економічних показників роботи заводу, цеху або агрегату. Наявність контролю дає основу для порівняння й оцінки питомих витрат електроенергії на різних підприємствах, установлення норм споживання електроенергії на одиницю продукції створює можливість вивчення й впровадження досвіду роботи передових бригад, підприємств тощо. В умовах ринкової економіки контроль сприяє створенню умов для економії електроенергії.

Лічильники внутрішньозаводського контролю (контрольні лічильники) звичайно вмикаються у мережу низької напруги, що має низку переваг: встановлення лічильника на боці нижчої напруги обходиться дешевше, ніж на боці вищої напруги; при наявності лічильників на лініях нижчої напруги цехових підстанцій визначити втрати в трансформаторах й у мережі високої напруги підприємства можна розрахунковим шляхом; монтаж й експлуатація лічильників у мережі низької напруги значно простіше.

Вимоги точності, які висуваються до контрольних лічильників, значно нижчі, ніж вимоги до комерційних лічильників. Пояснюється це тим, що за контрольними лічильниками не здійснюються грошові розрахунки. Контрольні лічильники можуть підключатися до вимірювальних трансформаторів класу точності 1, причому, крім лічильника, до трансформаторів струму можуть підключатися ще й інші вимірювальні прилади й навіть реле захисту.