Универсальная система управления маслонапорной установкой гидроэлектростанции (стр. 17 из 18)
- Защитное заземление (ГОСТ 12.1.019-79. ССБТ);
- Зануление (ГОСТ 12.1.030-81. ССБТ);
- Защитное отключение (ГОСТ 12.1.030-81. ССБТ);
- Применение малых напряжений.
Расчет зануления электрического оборудования МНУ
Основной мерой защиты персонала ГЭС от поражения электрическим током при аварии электрооборудования является зануление – преднамеренное электрическое соединение металлических нетоковедущих частей электроустановки, которые могут оказаться под напряжением с землей. Назначение зануления - устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу электроустановки и другим металлическим нетоковедущим частям, оказавшимся под напряжением относительно земли вследствие замыкания на корпус и по другим причинам (ГОСТ 12.1.030-35. ССБТ).
Принцип действия зануления - превращение замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание с целью вызвать ток, способный обеспечить срабатывание защиты и, тем самым, автоматически отключить поврежденную электроустановку от питающей сети. Кроме того, поскольку зануленные корпуса заземлены через нулевой защитный проводник, то в аварийный период проявляется защитное свойство этого заземления - снижение напряжения корпусов относительно земли. Схема зануления многодвигательной установки (МНУ) представлена на рис. 7.1.
Для того, чтобы снизить опасные потенциалы при замыкании на корпус, используются повторные заземлители с сопротивлением заземлителя не более 10 Ом.
Питание подводится алюминиевым проводом сечением 25 мм, а роль нулевого проводника выполняет стальная полоса сечением 50 мм.
Приведем типовой расчет зануления для электроустановок.
При использовании зануления оборудования МНУ должны быть выполнены следующие условия:
Iкз = k*Iном , (7.1)
где - коэффициент кратности номинального тока Iном (А) плавкой вставки предохранителя, k=3.
Номинальным током плавкой вставки Iном называется ток, значение которого указано непосредственно на вставке заводом-изготовителем. Номинальный ток Iном в помещении 40 А. Значение Iкз зависит от фазного напряжения сети и сопротивления цепи, в том числе от полного сопротивления трансформатора Zт, фазного проводника Zф, нулевого защитного проводника Zнз, внешнего индуктивного сопротивления петли "фазный провод - нулевой защитный провод" (петли "фаза-нуль") Xп, активного сопротивления заземлений нейтрали обмоток трансформатора Rо и повторного заземления нулевого защитного проводника Rп. Поскольку Rо и Rп, как правило, велики по сравнению с другими сопротивлениями, ими можно пренебречь.
Выражение для Iкз будет иметь вид:
Iкз = Uф/(Zт/3 + Zп), (7.2)
где Zп = Zф + Zнз + Xп - комплексное полное сопротивление петли "фаза-нуль".
Удельное сопротивление фазного провода:
p = 0,028 (Ом*мм 
)/м , Sсеч = 25 мм ,
отсюда сопротивление фазного провода :
rф = р * (Lф / Sф) = 0,028 * 300 / 25 = 0,336 Ом.
Удельное сопротивление нулевого провода:
p = 0,058 (Ом*мм )/м , Sсеч = 50 (мм ),
отсюда сопротивление нулевого провода:
Rнз = p * (L / S) = 0,058 * 300 / 50 = 0,348(Ом).
Значения Xф и Xнз малы, ими можно пренебречь.
Значение Xп можно определить по формуле:
Xп = 0,145*lg(dср/k 
* dф) (7.3)
где k = 0,3894,
dср - расстояние между проводниками,
dф - геометрический диаметр.
Расчеты дают значение Xп = 0,556 Ом.
Сопротивление электрической дуги берем равной
rд = 0,02 (Ом), Xд = 0.
В соответствии с мощностью трансформатора
rт = 0,0044 (Ом), Xт = 0,0127 (Ом)
Полное сопротивление петли "фаза-нуль":
(7.4)Zп = 0,716 (Ом).
При использовании зануления по требованиям ПУЭ (правила устройства электроустановок):
Rнз/Rф = 0,348/0,336 < 2 , следовательно ПУЭ выполняется.
Iкз = Uф/(Zт/3+Zп) = 220/(0,013+0,716) = 301,6 А.
При попадании фазы на зануленный корпус электроустановки должно произойти автоматическое отключение.
Iкз > k*Iном
301,6 > 3*40 = 120
Защитное зануление выполнено правильно, следовательно, отключающая способность системы обеспечена.
Определим напряжение прикосновения и ток через человека до срабатывания защиты:
Uпр = Iкзh * Rh
(7.5)Rпз = 0,348 (Ом), Rнп = 10 (Ом), Rо = 4 (Ом)
Rh = 1 (кОм)
Uпр = 29,9 (В)
Такое напряжение безопасно для человека при времени воздействия:
tдоп<=50/Ihрасч (7.6)
Iрасч =Uпр/Rh = 29.9/1000=29.9 (мА)
Предельно допустимое время пребывания человека под действием электрического тока:
tдоп <= 50/29,9 = 1,67 (с)
В качестве прибора защитного отключения можно выбрать автоматический выключат ель, расчитанный на Iном = 40 А и tср = 0,3 (с) при Iкз = 301 (А).
Tср = tср* Iном/Iкз = 0,11 (с).
Это должно обеспечить надежную защиту, при этом должно выполняться:
K = Iкз/Iном >= 1,4
K = 301/40 = 7,5 >> 1,4
Работа маслонапорной установки ГЭС практически не оказывает влияния ни какого влияния на экологическую обстановку окружающей территории. Единственны отрицательный фактор – это проникновение турбинного масла в водоем в небольшом количестве.
Во время работы сервомоторов привода лопастей поворотно-лопастной турбины может нарушится качество уплотнительных сальников и масло из гидропривода начинает просачиваться в водоем. При значительном количестве вытекшего масла, может ухудшиться экологическая ситуация в водоеме.
Вытекшее масло образует на поверхности водоема масляную пленку, препятствующую насыщению воды кислородом, как следствие угнетается фауна водоема. Водные насекомые не могут проникнуть из воды в воздух и наоборот. Масло скапливается на жабрах рыб, особенно это опасно для молодняка и при значительной концентрации машинного масла в водоеме происходит массовая гибель молодняка. масло скапливающееся на листьях водных растений препятствуют газообмену и ограничивают прохождение солнечного света.
Накопление химических элементов входящих в состав присадок масла и примесей (Fe, Al, Mg, Cr и других) приводит при определенных концентрациях к изменению биохимических процессов у большинства живых организмов. При высоких концентрациях наблюдается проявление снижение репродуктивной функции, замедлению метаболизма и может привести к смерти животного.
Для своевременного обнаружения течи масла в системе МНУ было применено следующее решение. В сливном баке МНУ устанавливается датчик уровня, контролирующий уровень масла, а следовательно и его количестве. Гидравлическом приводе системы регулирования ГЭС количество масла всегда постоянно. Изменяется лишь уровень масла в гидроаккумуляторе. Однако если контролировать уровень масла в сливном баке МНУ в момент срабатывания одного из датчиков уровня в ГА можно получить достаточное точное представление о динамике изменения количества масла в системе. Следовательно при периодичности опроса примерно раз в минуту, можно своевременно обнаружить течь.
Система управления МНУ выдаст предупредительный сигнал при обнаружение течи масла. Оператор примет решение о необходимости остановки ГЭС, если визуальный осмотр не выявит течь в маслопроводах и устройствах. расположенных внутри агрегатного помещения. Тем самым можно своевременно обнаружить протечку и предотвратить загрязнение водоемов. При выявление больших протечек масла, САУ ГЭС производит автоматическую остановку турбины и сброс давления в системе регулирования гидротурбины.
Использование разработанной системы управление позволяет снизить уровень загрязнения водоема до незначительного уровня, что улучшает экологическое состояние прилегающих к гидроэлектростанции.
Заключение
В результате работы над проектом был проведен анализ маслонапорной установки, как объекта автоматизации. Создана общая концепция разработки системы автоматизации. Создана логическая модель, эксперименты с которой позволили подтвердить правоту выбранных управляющих алгоритмов. Была создана компьютерная модель системы управления.
На основании анализа системы и выполненных моделей была разработана система управления МНУ, которая с может применяться практически на любой маслонапорной установке. Проведен подбор необходимых для реализации системы аппаратных средств и разработан алгоритм управляющей программы.
Выполнен экономический анализ эффективности внедрения системы в ходе которого выяснилось, что внедрение системы выгодно и обосновано. Данная САУ обладает хорошей окупаемостью и экономичностью.
Проведен анализ опасных факторов воздействия на человеческий организм при эксплуатации маслонапорных установок и разработан комплекс мер по охране труда.
В результате проведения работы был произведен многосторонний анализ проблем связанных с разработкой универсальных систем управления МНУ.
Поставленные при разработке САУ задачи считаю реализованными.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Клюев А.С. Автоматическое регулирование. М.: Высшая школа, 1986;
2. Абдурахманов Л.Ф., Ананьин Б.Н. и др. Гидроэнергетическое и вспомогательное оборудование ГЭС. М.: Энергоиздат., 1988;
3. Колпаков Н.П., Семенов Р.Л. Проектирование систем управления гидроэнергетическими станциями. М.: Энергоиздат., 1981;