Электроснабжение железнодорожного предприятия (автоматизация учёта электроэнергии) (стр. 7 из 8)
Стойкость оборудования к термическому (тепловому) действию сверхтока также проверяется по трехфазному КЗ [4].
Местоположение точек короткого замыкания. При проверке электрооборудования на электродинамическую или термическую стойкость точки КЗ следует располагать таким образом, чтобы при этом проверяемое оборудование находилось в наиболее неблагоприятных условиях.
При выборе уставок релейной защиты точка КЗ принимается, в зависимости от назначения выполняемого расчета, в конце или в начале защищаемого участка.
При проверке кабелей на термическую стойкость расчетной точкой КЗ является:
- точка КЗ в начале кабеля (для одиночных кабелей одной строительной длины);
- точка КЗ в начале каждого участка нового сечения (для одиночных кабелей со ступенчатым сечением по длине);
- точка КЗ в начале каждого кабеля (для двух и более параллельно включенных кабелей одной кабельной линии) [3].
Токовую защиту отдельных ЭП депо выполним с применением низковольтных автоматических выключателей установленных на силовых пунктах и распределительных щитках. Схемы для расчёта КЗ приведена на рисунке 1.4.
Для обеспечения электробезопасности применяются различные системы нулевых и заземляющих проводников в сетях с напряжением менее 1 кВ. Для электроснабжения промышленных предприятий и в хозяйстве нетяговых потребителей железнодорожного транспорта наиболее широко применяется система TN-C-S с глухозаземлённой нейтралью источника питания и повторными заземлениями у потребителей [5]. При этом от нулевой точки трёхфазной обмотки с напряжением 380/220 В объединенный нулевой и защитный проводник РЕN силового кабеля соединяется со всеми распределительными шкафами и присоединяется к заземляющей магистрали.
По всем помещениям и цехам депо устраивается магистраль заземления, выполненная стальной шиной. Открытые проводящие части каждого электроприёмника в депо должны присоединяться к магистрали заземления металлическим заземляющим РЕ-проводником. Четвёртая жила низковольтных кабелей является объединенным РЕN-проводником. На силовых пунктах групп электроприёмников РЕ-проводники и N-проводники разъединяются и идут к нагрузкам отдельно. При этом N-проводники должны иметь изоляцию наравне с фазными проводами [5].
а) расчётная схема электроустановки;
б) схема замещения цепи КЗ;
в) эквивалентная схема замещения цепи КЗ в точке КЗ.
Рисунок 1.4 - Схемы расчета сверхтока
Аппараты защиты должны быть отстроены от нормальных кратковременных режимов работы (пусковой ток электрических двигателей,) – пиковых токов IПИК защищаемых участков сети. Например, для плавких вставок предохранителей и тепловых элементов расцепителей автоматических выключателей должно соблюдаться условие
, (1.23)где к – коэффициент тяжести пуска;
к = 5 – для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором;
к = 3 – для асинхронных двигателей с фазным ротором;
к = 1 – для сварочных трансформаторов;
α – коэффициент тепловой инерции плавкой вставки.
α = 2.5 – для нормальных условий пуска (станки, трансформаторы, вентиляторы), то есть при небольшой частоте включений;
α =1.6 – для кранов, сварочных аппаратов;
IН – номинальный ток электроприёмника, А.
Для одного двигателя IПИК - его пусковой ток, а для группы электродвигателей пиковый ток определяют по формуле
(1.24)где iН..МАКС – номинальный ток наибольшего ЭП из данной группы, определяемый по паспортным данным, А;
IР – расчетный ток группы приемников, А;
kИ - коэффициент использования, характерный для двигателя, имеющего наибольший пусковой ток.
Например, определим пиковый ток группы СП-2 кузнечного отделения. В составе группы из девяти ЭП с максимальным током IМ = 130,0 А самым крупным является сварочный преобразователь (ЭП №) с номинальной паспортной мощностью рН.П = 28,0 кВт и кИ = 0,40 и ПВ = 0,65 %. По формуле (1.21) для сварочного преобразователя определяем iН..МАКС = 56,0 А. По формуле (1.24) пиковый ток группы СП-2 определится
IПИК = 56,0 + 130,0 – 0,40 · 56,0 = 164 А.
Защиты в цепях 380/220 В наиболее целесообразно выполнять на автоматических выключателях, (автоматах), которые предназначены для нечастых оперативных отключений и защиты электрических цепей от перегрузок и сверхтоков. К достоинствам автоматов следует отнести то, что они при аварии отключают сразу все фазы сети и позволяют максимально безопасно производить оперативные действия при ручном отключении.
В зависимости от назначения автоматы оснащаются различными комбинациями расцепителей, среди которых наиболее распространены электромагнитные, для срабатывания на ток короткого замыкания (КЗ) и тепловые для защиты от перегрузки. Тепловые расцепители отключают автомат с выдержкой времени обратно зависимой от величины протекающего тока.
Автоматические выключатели выбираются по следующим условиям.
Номинальный ток расцепителя должен быть не меньше наибольшего расчетного тока нагрузки, длительно протекающего по защищаемому элементу
IН. РАСЦ ≥ IР. (1.25)
Автоматический выключатель не должен отключаться в нормальном режиме работы защищаемого элемента, поэтому ток уставки теплового расцепителя должен выбираться из условия
IН. РАСЦ. Т ≥ (1.1 – 1.3) IР. (1.26)
Автоматический выключатель не должен отключаться при кратковременных перегрузках, поэтому ток уставки электромагнитного расцепителя должен выбираться из условия
IН. РАСЦ. Э ≥ (1.25 – 1.35) IПИК. (1.27)
Характеристики срабатывания автоматических выключателей выбираются в зависимости от пиковых токов электроустановок [3].
Тип А мгновенный расцепитель срабатывает в диапазоне значений от двух до трёх номинальных токов. Применяется в электроустановках с большой протяжённостью электропроводок, а также для защиты полупроводниковых устройств;
Тип В мгновенный расцепитель срабатывает в диапазоне значений от трёх до пяти номинальных токов. Применяется для защиты групп электроприёмников (в жилых зданиях, малых производственных предприятиях);
Тип С мгновенный расцепитель срабатывает в диапазоне значений от пяти до десяти номинальных токов. Применяется для защиты электроприёмников с небольшими пусковыми токами;
Тип D мгновенный расцепитель срабатывает в диапазоне значений от 10 до 20 номинальных токов. Применяется для защиты электроприёмников с большими пусковыми токами.
При выполнении реконструкции электроустановок и при новом строительстве защиты от сверхтока должны соответствовать новым требованиям ПУЭ [5]. При этом характеристики защитных аппаратов и параметры защитных проводников должны быть согласованы, чтобы обеспечивалось нормированное время отключения поврежденной цепи защитно-коммутационным аппаратом. Для автоматического отключения питания могут быть применены защитно-коммутационные аппараты, реагирующие на сверхтоки или на дифференциальный ток.
При выполнении реконструкции электроустановок и при новом строительстве защиты от сверхтока должны соответствовать новым требованиям седьмой редакции ПУЭ [5]. При этом характеристики защитных аппаратов и параметры защитных проводников должны быть согласованы, чтобы обеспечивалось нормированное время отключения поврежденной цепи защитно-коммутационным аппаратом. Для проверки действия защиты от замыкания на землю выполняется расчет зануления в следующем порядке.
Рассчитываются полные сопротивления от трансформатора КТП до наиболее удаленного электроприемника (с учетом выбранных сечений сети по нагрузкам и сопротивления трансформатора). По рассчитанному сопротивлению петли фаза – нуль определяется ток однофазного короткого замыкания IОКЗ, А, который определится по формуле
, (1.28)где UФ= 220 В - фазное напряжение сети, В;
Zå - суммарное полное сопротивление цепи КЗ, Ом.
Суммарное полное сопротивление кабельной линии составит, Ом
ZWK = z0 ∙ L, (1.29)
где z0– удельное сопротивление кабеля, Ом/км;
L – длина кабельной линии, км.
Выбранный защитный аппарат проверяется по времени отключения поврежденной цепи. Допустимое время автоматического отключения для системы TN при фазном напряжении UФ = 220 В составляет 0,4 с [5]. В цепях, питающих распределительные, групповые, этажные и др. щиты и щитки, время отключения не должно превышать пять секунд [5].
Для проверки действия защиты от замыкания на землю выполняем расчет зануления для группы из девяти ЭП кузнечного отделения, питаемых от силового пункта СП-2. Открытые проводящие части присоединяются к глухозаземленной нейтрали источника питания. В этом случае нарушение изоляции фазных проводников должно вызвать протекание сверхтока и аварийное отключение повреждённой части электроустановки. Для обеспечения нормированного времени отключения поврежденной цепи защитно-коммутационным аппаратом проверим, как согласованы характеристики защитных аппаратов и параметры защитных проводников.
Подсчитываем полное сопротивление однофазного КЗ от трансформатора ТП Депо до наиболее удаленного электроприемника (с учетом выбранных сечений сети по нагрузкам и сопротивления трансформатора).