Разработка ветроэнергетической установки (стр. 11 из 13)
При прикосновении человека к заземленному оборудованию, оказавшемуся под напряжением, через его тело пройдет ток малой величины, безопасный для организма. Основной ток замыкания на землю пойдет по заземляющему устройству. Заземляющее устройство – совокупность заземлителя и заземляющих проводников. Заземлитель – металлический проводник, находящийся в непосредственном соприкосновении с землей. Заземляющие проводники соединяют заземляемые части электроустановки с заземлителем. Сопротивление заземляющего устройства в основном определяется сопротивлением растеканию тока с заземлителя в грунт.
Для заземления используют естественные и искусственные заземлители. Естественные заземлители – арматура железобетонных сооружений, фундаменты зданий, трубопроводы и другие металлические конструкции, имеющие надежный контакт с землей. В качестве искусственных заземлителей чаще всего используют вертикально заглубленные стальные трубы, стержни, уголки, соединенные поверху стальной горизонтальной полосой.
Сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединены нейтрали трансформаторов либо выводы источников однофазного тока, в любое время годе должно быть не более 4 Ом соответственно при линейном напряжении 380 В источника трехфазного тока.
Сопротивление растеканию тока не должно превышать нормативной величины. Для электроустановок напряжением до 1000 В нормативное значение составляет 4 Ом, а если подсоединенная к сети мощность не превышает 100 кВА – 10 Ом.
Монтажный участок по сборке силового блока привода постоянного тока находится на первом этаже двухэтажного отдельно стоящего кирпичного здания размером 20×10м. Мощность тока, потребляемая участком, превышает 100 кВА и поэтому нормативная величина сопротивления заземлителя Rн не должна превышать 4 Ом. Заземлитель предполагается выполнить из стальных вертикальных стержневых электродов длиной lв = 1,5 м, диаметром d = 0,02 м, верхние концы которых расположены на глубине t0 = 0,8 м. Вертикальные электроды соединены между собой с помощью горизонтального электрода – стальной полосы сечением 4x40 мм, уложенной в земле на глубине t0 = 0,8 м. Вертикальные электроды расположены на расстоянии а = 3м друг от друга. Тип заземлителя выбираем контурный по периметру участка.
Выбираем 3-ю климатическую зону.
Определяем коэффициент сезонности φ для однородной земли: φв =1,2, φг = 2.
Удельное сопротивление однородного грунта (суглинок) ρ0 = 100 Ом·м.
Рассчитываем удельное сопротивление грунта для вертикального электрода:
(3.40)Удельное сопротивление грунта для горизонтального электрода:
(3.41)Сопротивление одиночного вертикального заземлителя:
(3.42)Число вертикальных заземлителей:
(3.43)Длина горизонтальной полосы:
(3.44)Сопротивление горизонтального заземлителя:
(3.45)где b – ширина стальной горизонтальной полосы.
Определяем сопротивление группового заземлителя:
(3.46)где ηв – коэффициент использования вертикальных заземлителей;
ηг – коэффициент использования горизонтальных заземлителей.
По условиям безопасности заземление должно обладать малым сопротивлением (Rн < 4 Ом), обеспечить которое можно путем увеличения геометрических размеров электродов или увеличив их число, соединенных в контур. Второй путь намного экономичнее по затратам металла и другим условиям. Кроме того, при применении нескольких электродов можно выровнять потенциальную кривую на территории, где они размещены. Поскольку расчетное Rз =4,72 Ом > Rн = 4 Ом, то увеличиваем количество вертикальных электродов до n = 24.
Тогда длина горизонтальной полосы:
(3.47)Сопротивление горизонтального заземлителя:
(3.48)Сопротивление группового заземлителя:
(3.49)где ηв = 0,624; ηг = 0,312.
Так как Rз = 3,6 Ом < Rн = 4 Ом, то этот результат принимаем как окончательный.
Таким образом, проектируемый заземлитель контурный, состоит из 24 вертикальных стержневых электродов длиной 1,5 м, диаметром d = 20мм, заглубленных в землю на 0,8 м и соединенных стальной горизонтальной полосой длиной 75 м, сечением 4х40 мм (рис. 3.4).
Рисунок 3.4 – Схема заземления: 1 – монтажный участок, 2 – вертикальный заземлитель, 3 – горизонтальный заземлитель
3.3.2 Расчет автоматического защитного отключения
Защитным отключением называется система защиты, обеспечивающая автоматическое отключение всех фаз или полюсов аварийного участка сети с напряжением до 1000 В с полным временем отключения с момента возникновения однофазного замыкания не более 0,2 с.
Экспериментальный стенд питается напряжением 220 В, находясь в конце линии 380/220 В и будучи зануленным потребителем энергии. Вследствие удаленности ее от трансформатора возможны случаи отказа зануления. Вместе с тем по условию безопасности требуется безусловное отключение установки при замыкании фазы на корпус, причем напряжение прикосновения Uпр.доп не должно превышать длительно 60В. Для выполнения этих условий снабжаем установку защитно-отключающим устройством, реагирующим на потенциал корпуса. При этом используется реле напряжения, у которого напряжение срабатывания Uср = 30 В, сопротивление обмотки активное Rр = 400 Ом и индуктивное X = 200 Ом.
Принимаем, что при касании к корпусу человек стоит на сырой земле вне зоны растекания тока с заземлителей, т. е. считаем, что α1 = α2 = 1. В этом случае условие безопасности будет:
φз.доп = Uпр.доп , В (3.50)
Следовательно
(3.51) 
Откуда находим значение сопротивления вспомогательного заземления:
Rв £ 470 Ом, при котором защитное отключение будет срабатывать, если напряжение прикосновения достигнет 60 В.
Таким образом, если при прикосновении человека к корпусу оборудования или фазе сети напряжение прикосновения (или ток через человека) превысит длительно допустимое значение, то возникает реальная угроза поражения человека током, и мерой защиты в этом случае может быть лишь быстрый разрыв цепи тока через человека, т. е. отключение соответствующего участка сети.
Для выполнения этой задачи в качестве реле в схеме защитного отключения выбираем однофазное реле переменного тока с тиристорным выходом 5П19.01-ТС-1-4 с параметрами:
– Коммутируемое напряжение (ср. кв. значение), В –140;
– Коммутируемое напряжение (пик. значение), В – 400;
– Коммутируемый ток, А – 1,0;
– Ударный ток, А – 15.
4 МОДЕЛИРОВАНИЕ СПП ИМИТАТОРА ВТ
4.1 Построение семейства внешних характеристик СПП
В процессе проектирования СПП автоматизированного электропривода имитатора необходимо провести его моделирование. Для моделирования рассчитанной схемы будем использовать программу схемотехнического проектирования MICROCAP 7.1 (рис. 4.2). Результаты моделирования представлены на рисунках 4.4, 4.5, 4.6, 4.7.
При моделировании силовых полупроводниковых вентилей (тиристоров) будем использовать их макромодели. Нагрузкой трехфазного мостового выпрямителя является якорная цепь двигателя постоянного тока, поэтому такая работа выпрямителя называется работой на противо-ЭДС. В данном случае, якорная цепь двигателя постоянного тока содержит в схеме замещения не только RL-элементы якорной обмотки, но и нелинейный зависимый источник напряжения NFV, который описывается функциональной зависимостью:
(4.1)Задачей моделирования является рассмотрение влияния значения индуктивности в цепи нагрузки Ld на внешнюю характеристику выпрямителя. Внешней характеристикой называется зависимость выпрямленного напряжения от среднего значения тока нагрузки, т. е. Ud = f(Id) при α = const. Внешняя характеристика определяется внутренним сопротивлением выпрямителя, которое приводит к снижению выпрямленного напряжения с ростом нагрузки. Снижение напряжения обусловлено активным сопротивлением схемы ∆UR, падением напряжения в тиристорах ∆UVS и индуктивным сопротивлением ∆Uх, которое проявляется при процессах коммутации:
(4.2)где
(4.3)Согласно (4.2) выходное напряжение выпрямителя снижается по мере увеличения тока нагрузки Id за счет внутреннего падения напряжения.