ДонНТУ   Портал магистров
   

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

1.1 Безопасность и безперебойность єлектроснабжения
1.2 Структура системы электроснабжения низкого напряжения
1.3 Основные функции и принцип действия устройств защиты

Введение

Развитие технологий и повышение требований к электробезопасности вызвали существенное изменение в системах обеспечения надежной и бесперебойной работы электрооборудования. Современные тенденции развития автоматизации технологических процессов на предприятиях, требуют применения современных технологий электроснабжения.

Современные системы электроснабжения требуют установки защит на все классы напряжения. При этом защита на низком напряжении является одной из составляющих всего электроснабжения. Координация защит на низком напряжении является одной из основополагающих качественной и надежной работы энергосистемы на предприятии.

Целью магистерской работы является обоснование и разработка современных методов координации защит на низком напряжении.

1. Основные требования к системе электроснабжения

Бесперебойность и безопасность являются наиболее важными требованиями, которые предъявляются к системе электроснабжения. Координация защит позволяет удовлетворять этим требованиям при оптимальных затратах.

Электроустановки низкого напряжения должны иметь надежную защиту от следующих типов повреждений:

1.1. Безопасность и безперебойность єлектроснабжения

При применении защит от вышеуказанных повреждений необходимо учитывать:

    1. Нормативную базу и правила безопасности персонала;
    2. Технические и экономические требования.

Используемое оборудование для защиты должно:

    • Быть стойким к токам повреждения, устранять их с оптимальными затратами по отношению к требуемым техническим характеристикам;
    • Ограничивать отрицательное воздействие токов повреждения на электроустановку, а также обеспечивать надежное (бесперебойное) электроснабжение.

Вышеуказанные требования обеспечиваются при координации рабочих характеристик защит, это необходимо для:

    • Обеспечения безопасности и увеличения срока службы электроустановки путем ограничения тепловых и электродинамических воздействий;
    • Обеспечения бесперебойности электроснабжения за счет отключения только поврежденного участка, т.е. срабатывает только автоматический выключатель, который непосредственно защищает поврежденный участок.

Существуют следующие виды и способы координации между выключателями:

    • Каскадное соединение (согласно ГОСТ)[1];
    • Селективность.

Если в сети имеются средства дифференциальной защиты, необходимо также обеспечивать селективность дифференциальных защит.


1.2. Структура электроснабжения низкого напряжения

Структура электроснабжения низкого напряжения
Упрощенная схема типовой установки, отображающая большинство случаев встречающихся на практике.
Уровни системы электроснабжения низкого напряжения.

Каждый из трех уровней системы электроснабжения предъявляет свои требования к безопасности и бесперебойности.

1.3 Основные функции и принцип действия устройств защиты

Устройства защиты и их координация должны учитывать особенности электроустановки.

    1. На уровне главного распределительного щита низкого напряжения наиболее важное требование – это бесперебойное электроснабжени;
    2. На уровне промежуточных распределительных щитов важно ограничивать тепловые и электродинамические воздействия на электроустановку;
    3. На уровне конечного распределения наиболее важное требование – это электробезопасность.

Функции и назначение автоматических выключателей.

Эти коммутационные аппараты способны включать и отключать цепь при любой величине тока, т.е. вплоть до своей отключающей способности.

Основные выполняемые функции:

    • включение цепи;
    • обеспечение прохождения тока;
    • размыкание цепи и отключение тока; 
    • функция разъединения.

Выбор автоматических выключателей определяется:

    • требованиями и особенностями электроустановки;
    • требованиями по обеспечению бесперебойного и безопасного электроснабжения;
    • оптимизацией затрат.

Уровень A: главный распределительный щит низкого напряжения

Главный распределительный щит – это наиболее важная часть сети низкого напряжения.

Надежность (бесперебойность) электроснабжения является основным требованием на этом уровне.

Токи КЗ на этом уровне достигают высоких значений:

    1. из-за близости к источнику питания;
    2. из-за того, что сечение проводников (сборных шин, кабельных линий) достаточно велико и рассчитано на протекание больших токов.

Это уровень, где применяются автоматические выключатели на большие токи.

Эти автоматические выключатели предназначены для распределения больших токов:

    1. Oбычно устанавливаются в ГРЩ НН в качестве вводных аппаратов, а также могут быть предназначены для защиты мощных отходящих линий (фидеров);
    2. При коротких замыканиях некоторое время они должны оставаться во включенном состоянии, чтобы нижерасположенные выключатели смогли устранить повреждение. Поэтому, как правило, аппараты на ГРЩ срабатывают с выдержкой времени.

Стойкость автоматических выключателей к тепловым и электродинамическим воздействиям определяется кратковременно допустимым сквозным током короткого замыкания Icw (согласно ГОСТ Р 50030.2 [2], согласно ГОСТ Р 50030.1 [3]).

Основные характеристики автоматических выключателей на большие токи:

    1. применение на промышленных и гражданских объектах согласно МЭК 6094772;
    2. большие значения отключающей способности Icu: от 40 до 150 кА;
    3. выключатели категории Б:
      • большие значения кратковременно допустимого сквозного тока короткого замыкания Icw: от 40 до 150 кА в течение 1 с;
      • высокая электродинамическая стойкость;
    4. выключатели могут быть оснащены моторным приводом для дистанционного управления, что позволяет реализовать АВР.

Hадежное и бесперебойное электроснабжение обеспечивается за счет полной селективности:

    1. C вышерасположенными защитами силовых трансформаторов, например, предохранителями;
    2. C нижерасположенными аппаратами защиты отходящих линий (используется, как правило, временная селективность).

Следует отметить, что наиболее важно обеспечить полную селективность между устройствами защиты 6, 10,20 кВ и 0,4 кВ, так как восстановление питания на стороне высшего напряжения требует значительно больших усилий и затрат.

Уровень Б: промежуточные распределительные щиты

Особенности этого уровня электроснабжения:

    1. Pаспределение электроэнергии осуществляется по кабельным линиям и шинопроводам;
    2. Удаленность от источников питания небольшая, поэтому токи КЗ могут достигать значений до 100 кА;
    3. на этом уровне также очень важно обеспечить бесперебойное электроснабжение.

Таким образом, автоматические выключатели на уровне Б должны ограничивать тепловые и электродинамические воздействия и быть полностью скоординированными с вышерасположенными и нижерасположенными устройствами защиты.

Это уровень, где применяются автоматические выключатели в литом корпусе.

Автоматические выключатели в литом корпусе, как правило, являются быстродействующими.

Основная задача – это снижение тепловых и электродинамических воздействий на проводники (кабельные линии, сборные шины), а также на потребителей. Это достигается за счет токоограничения, т.е. путем отталкивания контактов (подвижной части контакта от неподвижной), что позволяет отключать ток КЗ раньше, чем он достигнет своего ожидаемого установившегося значения.

Уровень В: конечное распределение

На этом уровне автоматические выключатели защищают непосредственно конечного потребителя. Таким образом, должна быть обеспечена селективность с вышестоящими защитами.

Для этого уровня характерны малые значения токов короткого замыкания.

Это уровень, где применяются модульные автоматические выключатели.

Эти выключатели предназначены для защиты цепей конечного распределения, где необходимо ограничивать тепловые и электродинамические воздействия как на проводники (кабели, устройства присоединения), так и на потребителей. Модульные автоматические выключатели позволяют удовлетворить вышеперечисленным требованиям. Токоограничение модульных автоматических выключателей частично зависит от электромагнитного элемента (исполнительного механизма). После освобождения он воздействует (ударяет) по подвижному контакту, сообщая последнему изначально высокую скорость. Таким образом, напряжение дуги начинает развиваться рано и очень быстро. Автоматические выключатели с меньшим номинальным током имеют большее сопротивление полюса, которое дополнительно способствует токоограничению. Модульные автоматические выключатели предназначены для бытового применения, а также для защиты вторичных цепей: в таком случае они соответствуют стандарту МЭК 60898. В случае промышленного применения они должны соответствовать стандарту МЭК 6094772.

Основные характеристики модульных автоматических выключателей:

    1. отключающая способность в зависимости от применения;
    2. номинальный ток: от 1,5 до 125 А, в зависимости от потребителя;
    3. предназначены, как правило, для бытового применения и соответствуют стандарту МЭК 60898.

Эти автоматические выключатели должны обеспечивать:

  1. токоограничение;
  2. удобство эксплуатации;
  3. полную безопасность персонала.

2 Стандарты МЭК 6094772

Стандарт МЭК 6094772 определяет основные характеристики автоматических выключателей для применения на промышленных и гражданских объектах:

    1. категорию применения;
    2. регулируемые характеристики;
    3. основные конструктивные решения.

Данный стандарт предусматривает и устанавливает широкую серию испытаний, отражающих реальные условия эксплуатации выключателей.

Основные определения по координации защит:

    1. селективность, каскадное соединение (согласно ГОСТ Р 50030.2 [1]).
    2. Соответствие выключателя стандарту МЭК 6094772 гарантирует его качество.

Развитие технологий и повышение требований к электробезопасности вызвали существенное изменение нормативной базы автоматических выключателей промышленного и гражданского применений. Соответствие стандарту МЭК 94772 (с 1997 года МЭК 6094772) может считаться гарантией от любого риска при эксплуатации выключателей. Этот стандарт был согласован и одобрен большинством стран.

Основные положения

Стандарт МЭК 6094772 входит в серию стандартов, которые определяют требования к оборудованию низкого напряжения:

    1. Стандарт МЭК 6094771 «Общие требования и методы испытаний». Этот стандарт дает общие определения и порядок проведения испытаний для всей аппаратуры распределения и управления низкого напряжения;
    2. Стандарты МЭК 6094772..7 определяют требования и методы испытаний для конкретных изделий.

Стандарт МЭК 6094772 относится к автоматическим выключателям и расцепителям. От расцепителей зависят рабочие характеристики аппаратов.

Этот стандарт определяет основные характеристики автоматических выключателей для промышленного и гражданского применений:

    1. классификацию: категория применения, способность обеспечивать функцию разъединения и т.д.;
    2. основные электрические характеристики;
    3. конструктивные решения;
    4. координацию защит.

Стандарт предусматривает и устанавливает серии испытаний автоматических выключателей.

Эти испытания проводятся по многим пунктам и очень близки к реальным условиям эксплуатации. Проведение испытаний согласно стандарту МЭК 6094772 контролируется аккредитованными лабораториями.

Таблица 1 Основные характеристики (приложение К стандарта МЭК 6094772)

Напряжение Ue
Ui
Uimp		 Номинально рабочее напряжения
Номинальное напряжение изоляции
Номинальное импульсное выдерживанемое напряжение
Ток In
Ith
Ithe
Iu		 Номинальный ток
Условный тепловой ток на открытом воздухе
Условный тепловой ток в оболочке
Номинальный длительный ток
Ток Icm
Icu
Ics
Icw		 Номинальная наибольшая включающая способность
Номинальная предельная наибольшая отключающая способность
Номинальная рабочая наибольшая отключающая способность
Наибольшая рабочая наибольшая отключающая способность
Номинальный кратковременно выдерживаемый ток
Характеристики
расцепителя		 Ir
1.05xIr
1.05xIr
Ii
Isd
 Регулируемая уставка защиты перегрузок
Условный ток несрабатывания
Условный ток срабатывания
Уставка мгновенной токовой отсечки
Уставка селективной токовой отсечки


Категории автоматических выключателей

Стандарт МЭК 6094772 определяет две категории автоматических выключателей:

    1. выключатели категории А, у которых не предусмотрена какаяялибо выдержка времени при отключении. Обычно к этой категории относятся выключатели в литом корпусе. Между данными автоматическими выключателями можно реализовать, например, токовую селективность;
    2. выключатели категории Б (англ. «В»), у которых для обеспечения временной селективности существует возможность установить выдержку времени (до 1 с), если отключаемый ток короткого замыкания меньше Icw.

Обычно к этой категории относятся автоматические выключатели на большие токи. Для выключателей, устанавливаемых в ГРЩ НН, важно иметь Icw равный Icu, чтобы естественным образом обеспечить селективность при токах короткого замыкания вплоть до предельной отключающей способности аппаратов[4].

Основные электрические характеристики автоматических выключателей

Времятоковые характеристики автоматических выключателей могут быть изменены и точно заданы основными регулировками.

Времятоковые характеристики имеют несколько зон, разграниченных нижеуказанными токами (дополнительно см. Приложение К стандарта МЭК 6094772)[5].

Времятоковые характеристики

Времятоковые характеристики

Номинальный ток (In)

In, А (действующее значение)

Для автоматических выключателей номинальным является максимальное непрерывное значение тока, выдерживаемое аппаратом при данной температуре окружающей среды без какого-либо перегрева.

Пример: 125 А при 40 0С.

Регулируемая уставка защиты от перегрузок (Ir)

Ir, А (действующее значение), зависит от In.

Уставка Ir характеризует защиту от перегрузок. При перегрузке условные токи несрабатывания (Ind) и срабатывания (Id) составляют:

При перегрузке, когда протекаемый ток превышает Id, отключение происходит согласно времятоковой характеристике. Она имеет обратнозависимый характер.

Ir носит название защиты от перегрузок (LТ или фр. LR). 

Уставка селективной токовой отсечки (Isd)

Isd, кА (действующее значение), зависит от Ir. Уставка Isd характеризует защиту от коротких замыканий. Отключение выключателя происходит согласно времяятоковой характеристике в зоне защиты от коротких замыканий:

Isd называется селективной токовой отсечкой или Im.

Уставка мгновенной токовой отсечки (li)

Ii, кА (действующее значение), зависит от In. Уставка li характеризует мгновенную защиту от коротких замыканий для всех категорий автоматических выключателей.

При больших значениях токов короткого замыкания, превышающих li, автоматический выключатель должен мгновенно отключать повреждение. Эта защита может выводиться из действия в зависимости от категории аппарата (например, может быть выведена у аппаратов категории Б (англ. «В»)).

Графики кратковременного сквозного тока короткого заміканис и связи между Ісu и Іудар

Времятоковые характеристики 

Таблица 2 Таблица с указанием соотношения К между наибольшими включающей и отключающей способностями выключателей (см. ГОСТ Р 50030.2299 п.4.3.5.3)[7].

Iкз: ожидаемое значение периодической составляющей тока КЗ, кА (действительных значений) lblbl
4<I<6
6<I<10
10<I<20
20<I<50
50<I		 1.5
1.7
2.0
2.1
2.2

Номинальная наибольшая включающая способность (Icm)*

Icm, кА (максимальное пиковое значение), представляет собой максимальное значение тока короткого замыкания, которое выключатель способен включить. Включение на КЗ представляет собой наиболее тяжелый режим для автоматического выключателя.

Номинальная предельная наибольшая отключающая способность (Icu)

Icu, кА (действующее значение), представляет собой максимальное значение тока короткого замыкания, которое способен отключить выключатель. Оно подтверждается серией испытаний согласно стандарту. После проведения серии испытаний автоматический выключатель не должен представлять опасности. Значение Icu указывается для определенного значения рабочего напряжения Ue[5].

Номинальная рабочая наибольшая отключающая способность (Ics)*

Ics, кА (действующее значение), указывается производителем. Значение Ics выражается в % от Icu. Этот параметр очень важен. Он характеризует способность аппарата обеспечивать нормальную работу после трехкратного отключения этого тока короткого замыкания (Ics). Чем выше значение Ics, тем более высокие значения токов КЗ выключатель может отключать многократно.

Номинальный кратковременно выдерживаемый ток (Icw)*

Иногда этот параметр называется кратковременно допустимым сквозным током короткого замыкания. Он определяется для выключателей категории Б (англ. «В»). Icw, кА (действующее значение), представляет собой максимальный ток короткого замыкания, который выключатель способен выдерживать в течение короткого промежутка времени (до 1 с) без какиххлибо ухудшений характеристик.

Данный параметр проверяется при испытаниях.

Координация между автоматическими выключателями

«Координация» – это термин, который определяет и характеризует поведение двух аппаратов, расположенных последовательно в цепи при повреждении (коротком замыкании). 

Каскадное соединение или согласно ГОСТ Р 50030.2

Этот принцип заключается в установке верхнего автоматического выключателя D1 с целью «оказания помощи» нижнему выключателю D2 в отключении токов короткого замыкания, которые превышают его наибольшую отключающую способность Icu D2. Значение тока короткого замыкания, которое могут отключить аппараты при каскадном соединении, обозначается Icu D2+D1.

Стандарт МЭК 6094772 допускает выбор и расположение аппаратов согласно каскадному принципу. Для особых, критических точек, т.е. там, где времяятоковые характеристики сходятся (зона неопределенности), каскадное соединение должно быть проверено дополнительными испытаниями. 

 Селективность

Селективность заключается в обеспечении такой координации между времятоковыми характеристиками последовательно расположенных выключателей, чтобы в случае повреждения отключался только выключатель, наиболее близкий к повреждению.

Стандарт МЭК 6094772 определяет значение тока Is, называемое предельным током селективности:

Как и каскадное соединение, селективность в критических точках должна проверяться дополнительными испытаниями.

Селективность и каскадное соединение могут быть гарантированы только производителем, который указывает результаты испытаний в специальных таблицах[6]. 

Времятоковые характеристики

Времятоковые характеристики.

Обозначения:

 

Выводы 

Таким образом применение подобных систем защиты позволят улучшить качество электроснабжения и защиты предприятия от не нормальных режимов работы предприятия вызванных аварией в системе электроснабжения.

При написании данного реферата магистерская работа еще не является завершенной. Окончательное завершение: декабрь 2013 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

Список источников

  1. ГОСТ Р 50030.2   «резервная защита»;
  2. ГОСТ Р 50030.2 «номинальным кратковременно выдерживаемым током»
  3. ГОСТ Р 50030.1 «номинальным кратковременно допустимым током»
  4. Стандарты Международной электротехнической комисии  – IEC
  5. Амельницкая Е.В. Совершенствование управления локальными электрическими сетями как субъектами хозяйствования // Наукові праці Донецького національного технічного університету. – Донецьк, ДонНТУ, 2005. – с.101-115.
  6. Мукосеев Ю.Л. Электроснабжение промышленных предприятий М:, "Энергия", 584 с.
  7. Федоров А.А., Сербиновский Г.В. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий: Электрооборудование и автоматизация. 1981. М.: Энергоиздат  – 624 с, ил.


    8.