Разработка вопросов электробезопасности подстанции «Красноармейская» 110/35/10 кВ

Подстанция является понижающей, расположенная в III климатической зоне, имеет два автотрансформатора напряжением 110/35/10, кВ, для питания собственных нужд имеется два трансформатора 10/0, 4; Распределительные устройства 110 и 35 кВ открытого типа, 10 кВ закрытого.

Ожидаемый ток короткого замыкания на низкой стороне 10 кВ = 8990 А.

Площадь подстанции Красноармейская 110/35/10 кВ . Р = (40+90)2 = 260 м

Грунт двухслойный: удельное сопротивление верхнего слоя (песок) нижнего (суглинок) -

По периметру контура в грунт забиты вертикальные элементы (стержни) диаметром d = 0, 04 м и длиной Ɩ = 10 м, соединенные стальной полосой сечением 40х4 мм, горизонтальная сетка внутри контура состоит из полос сечением 4х40 мм.

Толщина верхнего слоя земли

Глубина погружения электрода в землю – расстояние от поверхности земли до электрода

Составляем предварительную схему заземлителя, по которой определяем площадь территории, занимаемой заземлителем, S, .

Сетка заземления не должна пролегать непосредственно под оборудованием, поэтому, рассчитав количество электродов, необходимо сгустить линии сетки там, где нет оборудования, и, наоборот, разредить там, где находится оборудование.

(6.7)

где ψ = 2 – коэффициент сезонности для слоя сезонных изменений.

(6.8)

Так как условная толщина слоя сезонных изменений в III климатической зоне h = 1, 8 м, что меньше толщины верхнего слоя земли то

(6.9)

Отношение с учетом коэффициента сезонности:

12.5. (6.10)

Примем расстояние между электродами в модели заземлителя а = 5, м.

Определим число вертикальных электродов при известном а:

, (6.11)

где S – площадь территории, занимаемой заземлителем,

n – число вертикальных электродов.

50.

Или определим число вертикальных электродов при известном а по формуле:

50, (6.12)

где Р – периметр контура заземлителя: [P = (90+40)2=260]

Относительная длина верхней части вертикального электрода, то есть части, находящейся в верхнем слое земли, определяется из выражения:

0.25м. (6.13)

Эквивалентное удельное сопротивление двухслойной земли для сплошного заземлителя в виде горизонтальной сетки с вертикальными электродами может быть определено также по формуле:

(6.14)

где показатель степени:

(6.15)

(6.16)

Определим сопротивление сплошного заземлителя, состоящего из контура вертикальных заземлителей, соединенных горизонтальными электродами, и сетки, которая находится внутри сетки.

Сопротивление сложного заземлителя, состоящего из сетки и ряда вертикальных проводников, может быть определено из следующего выражения:

(6.17)

(6.18)

(6.19)

где n – число вертикальных проводников;

L – общая длина проводников.

Двухслойная модель земли показана на рисунке 7.3.

Рисунок 7.3 – Двухслойная модель земли

Коэффициент напряжения прикосновения может быть определен из следующего приближенного выражения для заземлителей типа сетки с равномерным распределением проводников и дополненной вертикальными проводниками:

(6.20)

где – расстояние между проводниками, м;

– периметр сетки, м;

– функция отношения .

Коэффициент снижения прикосновения, зависящий от удельного сопротивления верхнего слоя земли, может быть определен из формулы:

(6.21)

где - сопротивление тела человека;

- удельное сопротивление верхнего слоя земли.

Напряжение прикосновения определяется по следующей формуле:

(6.22)

Допустимое напряжение при с учетом АПВ, рекомендуемое время для расчета напряжения прикосновения и напряжения шага составляет 450 В.

Потенциал заземлителя определяется по формуле:

(6.23)

Находим максимальное напряжение прикосновения:

(6.24)

Из условия безопасности прикосновения человека к заземленным предметам в зоне ЗУ в эффективно заземленной сети:

(6.25)

где ток через человека.

0, 4572 А = 457, 2 мА. (6.26)

Проверим условие безопасности, где определяемое ГОСТ 12.1.038 – 82.

Условие выполняется.

Коэффициент напряжения шага для сложного заземлителя, состоящего из сетки и ряда вертикальных проводников, может быть определен в зависимости от типа заземлителя. Принимаем Определяем коэффициент – коэффициент снижения напряжения шага, зависящий от удельного сопротивления верхнего слоя земли согласно следующей формуле:

0, 143. (6.27)

По следующей формуле определяем напряжение шага:

(6.28)

Условие безопасности для человека, шагающего в зоне распространения тока:

(6.29)

где согласно ГОСТу для времени действия короткого наомзамыкания с учетом АПВ .

(6.30)

Ток через человека находим по формуле:

(6.31)

Проверим условие безопасности:

.

Условие выполняется.

Рассмотрим возможность использования данного заземлителя по требованиям

0, 834 Ом, (6.32)

2, 33 Ом. (6.33)

Полученное в результате расчетов сопротивление заземления , удовлетворяет условиям

Рассмотрим возможность использования заземляющего устройства ОРУ 110 кВ в качестве выносного для РУ СН 10/0, 4 кВ и сети 10/0, 4 кВ.

Протяженность кабелей питания составляет 40 м. Длина отдельных кабелей достигает 60 м на 1 блок, соответственно длина увеличивается в 3 раза. Проводим расчет длины кабелей:

В электроустановках свыше 1000 В с изолированной нейтралью в качестве расчетного тока можно принять ток, вычисленный приближенно по формуле:

1, 14 А, (6.34)

где – фазное напряжение сети, кВ;

– общая длина подключенных к сети кабельных линий, кВ;

– общая длина подключенных к сети воздушных линий, кВ.

При выносном исполнении заземления заземлители располагаются на некотором удалении от заземляемого оборудования. Поэтому заземленные корпуса находятся вне поля растекания – на земле, и человек, касаясь корпуса, оказывается под полным напряжением относительно земли, если не учитывать коэффициент , . Так как ток через человека:

(6.35)

– время действия тока К.З.

;

;

;

.

С учетом :

(6.36)

(6.37)

(6.38)

(6.39)

где .

Расчетная модель заземлителя показана на рисунке 6.4.

Рисунок 6.4 – Расчетная модель заземлителя

Допустимые значения напряжения прикосновения и проходящего через человека тока для сети выше 1000 В с изолированной нейтралью при и более и , то есть условия безопасности выполнены и существует возможность использования заземляющего устройства ОРУ 110 кВ в качестве выносного для РУ СН 10/0, 4 кВ и сети 10/0, 4 кВ.

Заключение

В дипломном проекте спроектирована релейная защита подстанции «Красноармейская» напряжением 110/35/10 кВ. в Российской федерации в районе Красноармейская. Произведен выбор основного электрического оборудования.

В разделе «Разработка главной схемы электрических соединений подстанции» разработана главная электрическая схема подстанции и выбрано основное электрооборудование, устанавливаемое на проектируемой подстанции: два трансформатора типа ТДТН-40000/110, выключатели, разъединители, предохранители, ограничители перенапряжений, трансформаторы тока и напряжения.

В целом подстанция представляет собой надёжную электроустановку, способную осуществлять бесперебойное электроснабжение потребителей.

В разделе «Релейная защита элементов подстанции» рассчитаны основные защиты трансформатора, резервные защиты, установленные на трансформаторе. В качестве основных защит рассчитаны: газовая защита и дифференциальная токовая защита, выполненная с использованием цифровых терминалов производства фирмы АВВ. Резервные защиты, установленные на трансформаторе, представлены следующими видами защит: максимальной токовой защитой с минимальным пуском по напряжению, максимальной токовой защитой с комбинированным пуском по напряжению.

Релейная защита отходящих линий 110 кВ выполнена на терминале дистанционной защиты производства фирмы АВВ, который состоит из резервного и основного комплекта защит.

В специальной части дипломного проекта произведен анализ устройства резервирования при отказе выключателя

В разделе «Безопасность жизнедеятельности» расчет искусственного освещения диспетчерского помещения, а также расчет заземляющего устройства.

В экономической части дипломного проекта произведена экономическая оценка эффективности проекта, включающая в себя расчет инвестиционной приемлемости проекта, рентабельности инвестиций, норму прибыли, а также срока окупаемости данного проекта.

Список литературы

1. Схемы и подстанции электроснабжения: Справочник: Учеб. пособие. – М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2006. – 480 с. – (Высшее образование).

2. Высоковольтные выключатели SIЕMЕNS 3АP1/2 на напряжения от 72, 2 кВ до 500 кВ.

3. Элегазовые выключатели АВВ типа «РМ» на напряжение от 110 кВ до 169 кВ.

4. Правила устройства электроустановок - 648 с.

5. Выключатели АВВ VD 4 на 35 кВ.

6. Комплектные распределительные устройства 6-10 кВ серии К – 63.

7. Техническое справочное руководство «Интеллектуальное электронное устройство защиты трансформатора RЕT 670» - АВВ, 2008.

8. Санатова Т.С., Мананбаева С.Е. Безопасность жизнедеятельности. Методические указания к выполнению раздела «Электробезопасность в электроустановках» в выпускных работ.

9. Электрооборудование электрических станций и подстанций: Учебник для студ. сред. проф. образования /Л.Д. Рожкова, Л.К. Карнсева, Т.В.Чиркова. – 4-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2007. – 448 с.

10. Электромагнитные переходные процессы в электроэнергетических системах [Электронный ресурс]: метод. указания по практ. занятиям /А.Э. Бобров, А.М. Дяков, В.Б. Зорин, Л.И. Пилюшенко. – Электрон. дан. (2 Мб). – Красноярск: ИПК СФУ, 2009. – 92с.

11. Правила устройства электроустановок Республики Казахстан (ПУЭ). – Алматы, 2007. – 588 с.

12. Дифференциальная защита SIPROTEC 4 7UT613/63x. Руководство по эксплаутации. – Siemens AG 2008. – 694 с.

13. В.И. Гуревич. Электрические реле. Устройство, принцип действия и применения. Настольная книга электротехника. Серия «Компоненты и Технологии». – М.: СОЛОН-Пресс, 2011. – 688 с.: ил.

14. Справочник по проектированию электрических сетей (Под редакцией Д.Л. Файбисовича).- М.: НЦ ЭНАС, 2006. – 349с.

15. Методические указания по выполнению комплексного курсового проекта по специальности «Электротехнические систем электропотребления». – Сумы: СГУ, 2013. – 33с.

16. Копьев В.Н. Релейная защита основного электрооборудовании электростанций и подстанций. Вопросы проектирования: Учебное пособие. 2-е изд., испр. и доп. – Томск: Изд. ЭЛТИ ТПУ, 2005. – 107с.