9058

40

На ГПП, как правило, применяются два трансформатора, что обеспечива-

ет надежное электроснабжение потребителей всех категорий. Применение од-

нотрансформаторных подстанций допустимо применять, если имеется возмож-

ность обеспечить послеаварийное питание электроприемников по линиям вто-

ричного напряжения от соседних подстанций или других источников питания.

На двухтрансформаторных подстанциях трансформаторы обычно рабо-

тают раздельно. Стремятся применять трансформаторы одного конструктивно-

го исполнения одинаковой мощности. Это упрощает замену трансформатора в случае выхода одного из строя, сокращает номенклатуру заводского резерва.

Мощность трансформаторов определяется активной нагрузкой предприя-

тия и реактивной мощностью, передаваемой из системы в период мак-

симального потребления электроэнергии предприятием.

где Sт – расчетная мощность трансформатора; Sрасч – расчетная мощность нагрузки предприятия; Ррасч – расчетная максимальная активная нагрузка пред-

приятия; Qрасч – расчетная реактивная мощность, потребляемая предприятием в период максимума нагрузки с учетом или без учета компенсации реактивной мощности; kз – коэффициент загрузки трансформатора; N – количество транс-

форматоров на подстанции.

За расчетную нагрузку может быть принята не максимальная активная нагрузка в СЭС, а средняя нагрузка за наиболее загруженную смену.

Величину коэффициента загрузки трансформаторов можно принимать:

–при преобладании потребителей 1 категории kз = 0,6-0,7;

–при преобладании потребителей 2 категории kз = 0,7-0,8;

–для потребителей 3 категории kз = 0,9-0,95.

Мощность трансформаторов должна выбираться такой, чтобы при выходе из строя одного из трансформаторов, другой, резервирующий его, мог

принять всю нагрузку на себя с учетом нормальных и аварийных перегрузок.

41

Номинальная мощность трансформатора выбирается равной или большей расчетной мощности Sт.

Однако можно выбрать номинальную мощность трансформатора и мень-

ше расчетной, если при этом фактический коэффициент загрузки трансформа-

тора в послеаварийном режиме не будет превышать 1,6. Чтобы не было не до-

пустимой перегрузки трансформатора, должна быть предусмотрена автомати-

ческая разгрузка по току до перегрузки, не превышающей 1,4 номинальной.

Для питания приемников собственных нужд на ГПП устанавливаются трансформаторы собственных нужд. На однотрансформаторной ГПП принима-

ется один трансформатор с мощностью Sт > Sрасч. Мощность трансформаторов собственных нужд составляет приблизительно 1 % мощности главного транс-

форматора и не превышает 630 кВА. На двухтрансформаторных подстанциях применяется не менее двух трансформаторов мощностью до 630 кВА.

Количество и мощность трансформаторов также, как и на ГПП, зависит от категории надежности электроснабжения электроприемников при напряже-

нии до 1000 В и компенсации реактивной мощности.

Двухтрансформаторные подстанции применяются при преимуществен-

ном количестве приемников 1 и 2 категории. Целесообразным является приме-

нение двухтрансформаторных подстанций при неравномерном суточном или годовом графике нагрузок.

Однотрансформаторные подстанции применяются при наличии электро-

приемников 3 категории, которые допускают перерыв в электроснабжении на время замены вышедшего из строя трансформатора или при резервировании от соседних ТП по линиям вторичного напряжения. Резервирование осуществля-

ется по резервирующим перемычкам или линиям связи, которые связывают две подстанции и при необходимости передают электроэнергию с шин одного трансформатора на шины другого трансформатора.

42

5. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ

Электрическим аппаратом называется электротехническое устройство,

предназначенное для управления потоком электрической энергии.

В системах электроснабжения и электропотребления потребителей элек-

троэнергии для включения в работу и отключения из рабочего режима электро-

приемников и электроустановок применяются в основном контактные комму-

тационные аппараты. Некоторые конструкции коммутационных аппаратов могут отключать поврежденные участки электрической цепи в автоматическом режиме с целью предотвращения развития аварии. Такие аппараты называют

защитными аппаратами.

Любой электрический аппарат представляет собой совокупность токове-

дущих частей, способных замыкать и размыкать электрическую цепь, разде-

ленных между собой и от соседних конструкций надежной изоляцией, меха-

низмов для управления режимом работы и устройств, обеспечивающих надеж-

ность его эксплуатации.

Электроустановки и, следовательно, коммутационные и защитные аппа-

раты, применяемые в них, рассчитываются на разные напряжения:

–выше 1000 В (высокого напряжения, высоковольтные);

–до 1000 В (низкого напряжения, низковольтные).

По областям применения электрические контактные аппараты можно разделить на аппараты распределения электрической энергии высокого и низ-

кого напряжения, аппараты управления приводами и технологическими уста-

новками, аппараты релейной защиты и автоматики.

В зависимости от места установки аппаратов они делятся на аппараты на-

ружной установки и внутренней установки. Для каждого вида установки выби-

раются аппараты по их климатическому исполнению и категории размещения.

43

5.1Аппараты распределения электроэнергии низкого напряжения

иуправления

Наиболее распространенными аппаратами распределения электроэнергии при напряжении до 1000 В являются автоматические выключатели. Автома-

тические выключатели низкого напряжения предназначены для проведения и оперативной коммутации токов в нормальном режиме. Они предназначаются также для автоматической защиты электрических сетей и оборудования от ава-

рийных режимов (коротких замыканий и перегрузок, снижения и исчезновения напряжения, изменения направления тока и гашения магнитного поля мощных генераторов).

Автоматические выключатели применяются в цепях переменного и по-

стоянного тока. Они устанавливаются в распределительных устройствах низко-

го напряжения трансформаторных подстанций, в комплектных распредели-

тельных пунктах низкого напряжения и непосредственно у электроприемников.

Выключатели автоматического отключения снабжаются расцепителями:

–тепловыми;

–электромагнитными;

–электронными (полупроводниковыми).

Расцепитель является основным встроенным элементом выключателя, ко-

торый контролирует состояние цепи и выдает команду на отключение при на-

личии ненормальных режимов. Электромагнитные расцепители выполняют функции защиты цепи от больших перегрузок по току или от КЗ. Тепловые рас-

цепители предназначены для защиты в области перегрузок, в 1,15…1,35 раз превышающих номинальный ток. Полупроводниковые расцепители имеют ши-

рокий спектр выполняемых защитных функций (защита от КЗ, перегрузок по току) с большими возможностями регулировки.

В цепях управления широко применяются путевые (конечные) контакт-

ные выключатели, которые замыкают или размыкают цепь под действием пе-

ремещаемых частей управляемого механизма.

44

Аппараты управления электроприводамии технологическими уста-

новками. Для управления приводами и технологическими установками приме-

няются контакторы и магнитные пускатели.

Контактор – это электрический аппарат, предназначенный для коммута-

ции силовых электрических цепей как при номинальных токах, так и при токах перегрузки. Применяются для управления электроприемниками. Наибольшее распространение получили контакторы, в которых замыкание и размыкание контактов осуществляется под воздействием электромагнитного привода. Кон-

такторы бывают постоянного и переменного тока.

Магнитный пускатель – это электрический аппарат, предназначенный для пуска, остановки, реверсирования и защиты электродвигателей. Его прак-

тически единственное отличие от контактора – наличие устройства защиты

(обычно – тепловое реле) от токовых перегрузок.

Контакторы. Основными техническими параметрами контактора явля-

ются его механическая и коммутационная износостойкость, номинальный ток главных контактов, предельный отключаемый ток, номинальное напряжение отключаемой цепи, допустимое число включений в час и собственное время включения и отключения. В современных контакторах механическая износо-

стойкость достигает 10-20 млн операций.

Низковольтные плавкие предохранители – это электрические аппараты,

предназначенные для защиты электрических сетей и электрооборудования от токов короткого замыкания в электроустановках до 1000 В путем расплавления плавкой вставки. После срабатывания вставки заменяются.

Плавкие предохранители могут выполнять защиту и от токов перегрузки,

но с нестабильным срабатыванием и с большой выдержкой времени. Преиму-

щественно предохранители используются для защиты от токов короткого за-

мыкания, а для защиты от токов перегрузки в большинстве случаев предпочте-

ние отдается тепловым реле и автоматическим выключателям.

Предохранители изготавливаются на токи до 1000 А и напряжение до

660 В переменного тока и до 440 В постоянного тока.

45

Принцип защиты электрооборудования предохранителями низкого на-

пряжения аналогичен предохранителям высокого напряжения.

Основной элемент предохранителя - плавкая вставка постоянного или пе-

ременного сечения, которая при токах срабатывания сгорает (плавится с по-

следующим возникновением и гашением электрической дуги), отключая элек-

трическую цепь.

6. ЗАЗЕМЛЕНИЕ И ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ В ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ

6.1.Повреждение изоляции в электроустановках. Назначение заземления

Надежная и безопасная работа электрооборудования в электроустановках зависит от состояния изоляции. В электроустановках присутствует твердая изо-

ляция (бумага, слоистые диэлектрики, детали из пластмасс и др.), жидкая

(трансформаторное и конденсаторное масла), газообразная (воздух, неон и др.).

Все виды изоляции относятся к внешней и внутренней изоляции. К внешней изоляции относятся изоляторы и воздушные промежутки, характеристики ко-

торых зависят от внешних, атмосферных условий. Внутренняя изоляция не подвергается атмосферному воздействию. К ней относится изоляция трансфор-

маторов, электрических машин и аппаратов, электроизмерительных и кон-

трольных приборов, кабелей и статических конденсаторов.

Изоляция из-за изменения температуры, связанной с изменением элек-

трической и механической нагрузки подвергается старению. Под действием ча-

стичных электрических разрядов изоляция нагревается, разрушается, что может привести к ее тепловому пробою и как следствие к короткому замыканию в электроустановке.

При эксплуатации электроустановок на изоляцию воздействуют напря-

жения, значительно превышающие номинальные значения, называемые пере-

напряжениями. Перенапряжения бывают внешние или атмосферные и внут-

46

ренние, возникающие внутри электроустановок.

Атмосферные перенапряжения возникают в результате грозовых разрядов вблизи электроустановок или прямых ударов молнии в провода и опоры воз-

душных линий.

Внутренние перенапряжения являются следствием переходных электро-

магнитных процессов, вызванных резким изменением режима работы сетей.

Они возникают при оперативных переключениях в электрических сетях, по-

вреждениях в сетях, резком изменении нагрузки. Внутренние перенапряжения разделяются на коммутационные и резонансные.

Коммутационные перенапряжения зависят от быстродействия коммута-

ционных аппаратов и значения индуктивности и емкости цепи. Резонансные перенапряжения возникают при определенном соотношении между индуктив-

ностями и емкостями. Величина и длительность резонансных перенапряжений характеризуется интенсивностью преобразования электромагнитной энергии индуктивности в электростатическую энергию емкости. Обычно внутренние перенапряжения не превышают фазного значения напряжения в 2,5-3 раза.

Токи, вызванные перенапряжениями, с целью обеспечения надежности и безопасности в электроустановке, стремятся отвести в землю, для чего выпол-

няется заземление.

Заземлением называют преднамеренное электрическое соединение метал-

лических частей электроустановки, не находящихся под напряжением, с зазем-

ляющим устройством.

Заземляющее устройство – устройство для электрического соединения с землей заземляемого оборудования, предназначенное для использования земли в качестве проводника тока, а также для защиты от опасного действия электри-

ческого тока.

Заземление, предназначенное для создания нормальных условий работы электроустановки, называется рабочим заземлением. К рабочему заземлению относится заземление нейтралей генераторов, трансформаторов, дугогаситель-

ных реакторов. Без рабочего заземления электроустановка не может выполнять

47

своих функций, нарушается режим ее работы.

Заземление, предназначенное для защиты оборудования от повреждения ударом молнии, называется грозозащитным.

Заземление, предназначенное для защиты обслуживающего персонала от опасных напряжений прикосновения, называется защитным. Для выполнения защитного заземления все металлические части электроустановок, нормально не находящиеся под напряжением, но которые могут оказаться под напряжени-

ем из-за повреждения изоляции должны быть надежно соединены с землей.

В электроустановках напряжением выше 1 кВ заземлению подлежат:

корпуса электрических машин и трансформаторов, коммутационных и защит-

ных аппаратов и их приводов, вторичные обмотки вторичных трансформато-

ров. Заземляются также металлические конструкции распределительных уст-

ройств, каркасы распределительных щитов, пультов, шкафов, металлические корпуса кабельных муфт, оболочки и броня кабелей, кожухи и опорные метал-

лические конструкции шинопроводов и электрооборудования, лотки, короба и другие металлические конструкции, связанные с установкой электрооборудо-

вания.

В электроустановках напряжением выше 1 кВ с изолированной и эффек-

тивно заземленной нейтралью выполнение заземления обязательно. В электро-

установках 110 кВ и выше с эффективно заземленной нейтралью при поврежде-

нии изоляции возникает однофазное КЗ. Ток КЗ значителен, поэтому напряже-

ние на заземлителе может оказаться очень большим. Чтобы уменьшить напря-

жение прикосновения необходимо уменьшить сопротивление. При однофазном токе короткого замыкания 4-8 кА и сопротивлении заземлителя 0,5 Ом напряже-

ние на заземлителе может составить 2-4 кВ. Чтобы избежать поражения электри-

ческим током требуется очень быстрое отключение короткого замыкания.

48

6.2Заземления электроприемников в сети 380/220 В

Вэлектроустановках с напряжением до 1кВ (380/220 В) применяется ра-

бочее заземление, предназначенное для создания нормальных условий работы установки. К рабочему заземлению относится заземление нейтралей генерато-

ров, трансформаторов, дугогасительных реакторов. Без рабочего заземления электроустановка не может выполнять своих функций, нарушается режим ее работы.

В электроустановках до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью применяют защитное зануление. Защитным занулением называется преднамеренное элек-

трическое соединение металлических нетоковедущих частей электроустановок напряжением до 1 кВ, которые могут оказаться под напряжением с глухозазем-

ленной нейтралью генератора или трансформатора через нулевой защитный проводник. Полная проводимость нулевого защитного проводника должна быть не менее 50 % проводимости фазного проводника.

В электроустановках напряжением до 1 кВ заземлению подлежат: корпу-

са электрических машин и трансформаторов, коммутационных и защитных ап-

паратов, вторичные обмотки измерительных трансформаторов. Заземляются также металлические конструкции распределительных устройств, каркасы рас-

пределительных щитов, пультов, шкафов, металлические корпуса кабельных муфт, оболочки и броня кабелей, кожухи и опорные металлические конструк-

ции электрооборудования, лотки, короба, металлические корпуса технологиче-

ского оборудования и другие металлические конструкции, связанные с уста-

новкой электрооборудования.

Зануление применяется в сетях трехфазного тока, в сетях однофазного то-

ка с глухозаземленным выводом источника, в сетях постоянного тока с глу-

хозаземленной средней точкой источника.

Обычно для выполнения всех видов заземления используется одно зазем-

ляющее устройство.

49

6.3. Заземляющие устройства

Заземляющее устройство состоит из заземлителя и заземляющего про-

водника. Для выполнения заземления используются естественные и искусст-

венные заземлители.

В качестве естественных заземлителей применяют металлические и желе-

зобетонные конструкции зданий и сооружений, находящиеся в соприкосновении с землей; заземлители опор воздушных линий электропередачи, соединенные с заземляющим устройством грозозащитным тросом; рельсовые подъездные пути при наличии перемычек между рельсами, металлические трубы водопровода.

Естественные заземлители должны быть связаны с магистралями заземлений не менее чем двумя проводниками в разных точках. Не допускается использовать в качестве естественных заземлителей трубопроводы горючих жидкостей и горю-

чих или взрывчатых газов, алюминиевые оболочки кабелей, алюминиевые про-

водники, проложенные в кабельных каналах, туннелях, блоках.

В качестве искусственных заземлителей применяют вертикальные элек-

троды в виде стержней из прутковой стали диаметром не менее 10 мм (неоцин-

кованная) и 6 мм (оцинкованная), полосовой стали толщиной не менее 4 мм и сечением не менее 48 мм , уголковой стали, швеллеров с толщиной стенок не менее 4 мм, стальных труб с толщиной стенок не менее 3,5 мм. Вертикальные электроды имеют длину 2,5-3,0 м и погружаются в землю с расположением верхнего конца ниже уровня земли на 0,5-0,7 м. Возможна длина стержневого электрода 5 м в зависимости от грунта, в котором устанавливаются заземлите-

ли. Для установки стержневых электродов подготавливается траншея.

Заземляющие устройства делятся на выносные и контурные. При вынос-

ном заземлении заземлители располагаются на некотором удалении от заземля-

емого оборудования.

Заземляемые корпуса оборудования находятся вне поля растекания – на земле. Человек, касаясь корпуса оборудования с поврежденной изоляцией, ока-

зывается под полным напряжением относительно земли. Безопасность по-