КУРСОВАЯ РАБОТА

Диагностирование электрического оборудования и расчет графика планового предупредительного ремонта

 

Аннотация

 

Курсовая работа содержит  35  страниц, в том числе  10 рисунков, 5 таблиц, 5 источников, 1 приложение.

Данный отчет содержит задание на курсовую работу, аннотацию, введение, основную часть, индивидуальное задание, заключение, список использованных источников. Во введение обоснована актуальность курсовой работы. В основной части подробно расписан расчет по курсовой работе, который включает в себя расчет и построение ГЭН, выбор номинально напряжения и режима нейтрали, выбор числа и сечения ЛЭП до ТП, выбор кабелей для электродвигателей, выбор трансформаторов и проверка их на перегрузочную способность, расчет и построение графика ППР. В заключении подводится итог курсовой работы. К отчету также приложено приложения А. В приложении содержится таблица с картой учета электрооборудования.

 

Содержание

 

Введение.............................................................................................................. 5

1 Расчет и построение ГЭН.................................................................................. 6

2 Выбор номинального напряжения сети и режима нейтрали............................. 9

3 Расчет сечения и числа ЛЭП до ТП................................................................ 10

4 Выбор кабелей и проводов для осветительных установок и силовых    электродвигателей............................................................................................... 12

5 Выбор числа и мощности силовых трансформаторов и проверка их на перегрузочную способность..... 14

6 Расчет и построение графика ППР.................................................................. 16

6.1 Расчет объема работ при эксплуатации электрооборудования.................... 16

6.2 Расчет затрат труда на профилактическое обслуживание........................... 16

6.3 Планирование ремонтов электрических машин........................................... 17

6.4 Определение трудоемкости ремонта и численности ремонтного персонала

................................................................................................................  18

6.5 Определение продолжительности ремонтных циклов................................. 19

6.6 Расчет годовой трудоемкости...................................................................... 20

7 Выбор защиты электрических машин............................................................. 23

7.1 Основные виды защиты электродвигателей................................................. 23

7.2 Защита электродвигателей от КЗ между фазами......................................... 23

7.3 Защита электродвигателей от перегрузки.................................................... 24

7.4 Защита электродвигателей от замыкания на землю.................................... 26

7.5 Защита электродвигателей от понижения напряжения................................ 28

7.6 Защита электродвигателей напряжением ниже 1000 В............................... 30

Заключение....................................................................................................... 33

Список использованных источников................................................................. 34

Приложение А Расчетная таблица с картой учета электрооборудования.......... 35

 

 

Введение

 

В настоящее время асинхронные электродвигатели являются потребителями более 70% всей электроэнергии в стране. Опыт эксплуатации электродвигателей свидетельствует о большом количестве отказов, происходящих по причине аварийных ситуаций. Аварийность ежегодно составляет 25% и более. Выход из строя электродвигателя наносит большой ущерб. В основном этот ущерб связан с простоем технологического оборудования или порчи продукции вследствие аварии двигателя. Дополнительно к убыткам добавляется снижение электро- и пожаробезопасности, связанное с возможными короткими замыканиями которые могут присутствовать в обмотке статора или ротора поврежденного электродвигателя.

Общепринятые средства защиты не обеспечивают сохранность электродвигателя и снижают вероятность возникновения лишь некоторых из вышеперечисленных случаев. Поэтому возникает потребность диагностики состояния электродвигателя в процессе его работы, т.е. функциональной диагностики. Обнаружение дефектов в работающем электродвигателе на ранней стадии их развития не только предупредит внезапную остановку производства в результате аварии, но и значительно снизит расходы на ремонт электродвигателя и увеличит срок его службы. Кроме этого, в настоящее время достаточно актуально применение адаптивных устройств защиты и диагностики, позволяющих выполнять диагностику электродвигателей независимо от их мощности и конструкции.

Современные системы и методы диагностики электрооборудования можно разделить на две группы.

К первой группе относятся методы тестовой диагностики, требующие формирования искусственных возмущений, воздействующих на изучаемый объект: измерение сопротивления изоляции, токов утечки, внутреннего сопротивления обмоток, тангенса угла диэлектрических потерь обмоток, метод высоковольтного импульса и др.

Вторая группа включает в себя методы оперативной или функциональной диагностики, используемые в первую очередь для электрооборудования, являющегося источником естественных возмущений в процессе работы.

Кроме этого каждая группа делится на две других - это методы, позволяющие выявить неисправность электрооборудования в целом и методы, выявляющие и локализующие конкретную неисправность или дефект в электрооборудовании.

В настоящее время тестовое диагностирование - основной вид выявления дефектов электрооборудования в отечественной энергетике. Оно определило сложившуюся структуру технического обслуживания и ремонта по регламенту. Однако такая диагностика способствует не только предупреждению развития различных дефектов, но и их появлению. Среди других недостатков тестовой диагностики можно отметить также временную приостановку работы проверяемого оборудования, отсутствие возможности защитного отключения оборудования во время его работы для предотвращения полного выхода его из строя, отсутствие контроля ненормальных режимов работы данного оборудования и т.д. [2]

 

1 Расчет и построение ГЭН

 

В задании на курсовую работу представлено предприятие резинотехнической промышленности. На рисунке 1 представлен график электрических нагрузок в относительных единицах.

 

	S* о.е.
0,9
0,7
0,5
0,3
0,1
0    1     2    3   4    5    6    7    8    9    1  11   12   13  14  15  16  17  18  19  20 21  22  23  24ч

 

__________    зимние сутки;

     __  __  __  __   летние сутки.

 

Рисунок 1 – Суточный график электрических нагрузок

 

Ступени летнего и зимнего графиков условного нумеруют, начиная с максимального значения графика нагрузки. Получается пять ступеней мощности.

Условно принимаем число «зимних» суток равным 213, «летних» – 152.

Суммарная продолжительность i-ой ступени годового графика Т_iз,ч:

 

                                              Т_i= Т_iл+ Т_iз,                                                             (1)

 

где Т_iз – суммарная продолжительность i-ой ступени по зимнему графику;

      Т_iл – суммарная продолжительность i-ой ступени по летнему графику.

 

                                                          Т_iл=152* t_iл,                                                                          (2)

 

                                                          Т_iз=213* t_iз,                                                                           (3)

 

где t_iл–суммарная продолжительность i-ой ступени по суточному летнему графику;

      t_iз–суммарная продолжительность i-ой ступени по суточному зимнему графику.

Расчеты суточного графика нагрузки сведем в таблицу 1.

 

Таблица 1 – Расчетные данные по суточному графику электрических нагрузок

Ступень	Рi, о.е.	tiз,ч	tiл,ч	Тiз,ч	Тiл,ч	Тi= Тiл+ Тiз,ч	РiТi, о.е.*ч
1	1	12	–	2556	–	2556	2556
2	0,8	2	14	426	2128	2554	2043,2
3	0,6	2	–	426	–	426	255,6
4	0,4	8	–	1704	–	1704	68,6
5	0,3	–	10	–	1520	1520	456
Всего:		24	24	3648	5112	8760	5992,4

 

Далее находим следующие показатели:

– активную мощность каждой ступени графика в МВт:

 

                                          ,                                                                            (4)

 

где   – мощность на i-той ступени суточного графика, МВт;      

        n_i  – мощность на i-той ступени суточного графика, о.е.;

        P_max– максимальная нагрузка, МВт.

 

P₁=n₁*P_max=1*21=21 МВт;

 

P₂=n₂*P_max=0,8*21=16,8 МВт;

 

P₃=n₃*P_max=0,6*21=12,6 МВт;

 

P₄=n₄*P_max=0,4*21=8,4 МВт;

 

P₅=n₅*P_max=0,3*21=6,3 МВт.

 

– годовой расход электроэнергии W_г, МВт*ч:

             
                                                  (5)

 

где  Р_max – максимальная нагрузка, МВт;

        – годовой расход электроэнергии, о.е.*ч.

– продолжительность использования максимума нагрузки, Т_max, ч:

                                     
                                                                                       (6)

где  Р_m – максимальная нагрузка, о.е.;

        – годовой расход электроэнергии, о.е.*ч.

– средняя нагрузка за рассматриваемый период (год)   , МВт:

                                          
                                                                                         (7)

 

где   – продолжительность года – 8760 часов;

        W_г –  годовой расход электроэнергии, МВт.

– коэффициент заполнения графика, к_зг который показывает степень неравномерности графика работы установки:

                                  
                                                                                                    (8)

 

где Р_ср – средняя нагрузка за рассматриваемый период, МВт;

      Р_max – максимальная нагрузка, МВт. [3]

 

Рисунок 2 – Годовой график нагрузки по продолжительности

 

2 Выбор номинального напряжения сети и режима нейтрали

В России получили распространение две системы напряжения электрических сетей класса 35 кВ и выше: 35-110-220-500-1150 кВ и 35-110(150) -330-750 кВ. Напряжение 110 кВ имеет наибольшее распространение для распределительных сетей во всех ОЭС России независимо от принятой системы напряжения.

  Номинальное напряжение сети существенно влияет как на ее экономические показатели, так и на технические характеристики.

Определяющими факторами, влияющими на выбор напряжения сети, являются передаваемая мощность и расстояние, на которое она передается.

Рассчитываем ориентировочное напряжение по формуле Г.А. Илларионова:

                              

 

где l – длина линии, кВ;

      Р – активная мощность, передаваемая по линии, МВт.

Также для проверки воспользуемся эмпирической формулой Стилла:

                                  

 

где Р – активная мощность передаваемая по линии, МВт;

       l – длина линии, км.

Из стандартного ряда напряжений выбираем ближайшее большее U_ном=110 кВ.

Нейтралями (нейтральными точками) электроустановок называют общие точки фаз обмоток генераторов и трансформаторов, соединенных в звезду.

В зависимости от режима нейтрали электрические сети разделяют на четыре группы:

– сети с незаземленными (изолированными) нейтралями;

– сети с резонансно-заземленными (компенсированными) нейтралями;

– сети с эффективно-заземленными нейтралями;

– сети с глухо-заземленными нейтралями.

Для U_ном=110 кВ выбираем эффективно-заземленную нейтраль.

  

3 Расчет сечения и числа ЛЭП до ТП

 

Сечение это важнейший параметр линии. С увеличением сечения проводов увеличиваются затраты, но уменьшаются потери электоэнергии, увеличивается пропускная способность, уменьшается стоимость передаваемой электоэнергии.

Для определения сечения выбираем  материал жилы – алюминий. Значение числа часов максимума нагрузки Т_м=5992,4 ч.

По таблице в Приложении  определяем экономическую плотность тока: j_эк=1 А/мм² .

Исходя из значения экономической плотности тока находим экономическое сечение проводника, как:

 

                                                                                       

 

где I_расч – расчетное значение тока находится как:

                                   

 

где S_max – максимальная мощность нагрузки, МВА;

      U_ном – номинальное напряжение сети, кВ;

       n – количество проводников.

Полученное сечение округляем до стандартного из справочника F_эк=95 мм².

По  этой величине  определяем  длительно  допустимый ток I_{дл. доп} = 330 А. Это максимальный ток, который может выдержать данное сечение без видимой деформации и разрушений в любом режиме сколь угодно длительное время.

Проверка Вл осуществляется сначала по длительно допустимому току, исходя из условий, что I_дл.доп≥I_ав:

 

                                          

 

где к – это температурный коэффициент, равный 1 из таблицы 8.2 Приложения 8.

Если линия является двухцепной, то аварийный ток рассчитывается по формуле:

                        

 

 

где S_max – максимальная мощность нагрузки, МВА;

      U_ном – номинальное напряжение сети, кВ;

       n – количество проводников.

Ниже приведенное условие выполняется, то тогда проверка выполнена и сечение выбрано верно: 330 А >131,2 А.

Проверка по условиям «короны» выполняется для ЛЭП, начиная с напряжения 35 кВ и выше.

Необходимо выполнения условия:

 

                                                                     

 где

              
                   

 

где m – коэффициент шероховатости провода, принимается 0,87;

       r – радиус провода, его значение берется из справочника для определенного сечения, см;

       а – расстояние между фазами, см.

Расчет произведен верно, так как выполняется условие: 115 кВ>110 кВ.

Выбираем провод АС-95.

 

4 Выбор кабелей и проводов для осветительных установок и силовых электродвигателей

 

Для резинотехнической промышленности выбираем следующие группы двигателей:

– 2 двигателя АОД–1250–4У1с Р_н=1250 кВт, U_ном=6600 В, n=1500 об/мин;

– 4 двигателя АОД–1600–16У1 с Р_н=1600 кВт, U_ном=6600 В, n=600 об/мин;

– 4 двигателя АОД–630–8У1 с Р_н=630 кВт, U_ном=6600 В, n=750 об/мин;      

– 4 двигателя АОД–1000/500–8/10У1 с Р_н=1000 кВт, U_ном=6600 В, n=750 об/мин;

– 3 двигателя АОД–1700–12У1 с Р_н=1700 кВт, U_ном=6600 В, n=500 об/мин.

Суммарная мощность двигателей установленных на предприятии равна  20,52 МВт. [4]

Далее выбираем кабель АВВГ и рассчитываем сечение кабеля для каждой группы двигателей по формуле:

                                         

                                                                   

 

где P_Н – номинальная мощность объекта, Вт;

      U_Н – номинальное напряжение объекта, В;

       j – экономическая плотность тока, А/мм².

Экономическая плотность тока j=1,6 А/мм²  может бать выбрана из таблицы представленной в таблице 8.1 Приложении 8.

Расчет сечения кабеля для каждой группы двигателя:

– АОД–1250–4У1:

 

 

Принимаем кабель АВВГ 4×120.

– АОД–1600–16У1:

 

 

Принимаем кабель АВВГ 4×150.

 

– АОД–630–8У1:

 

 

Принимаем кабель АВВГ 4×70.

 

– АОД–1000/500–8/10У1:

 

 

Принимаем кабель АВВГ 4×95.

– АОД–1700–12У1:

 

 

Принимаем кабель АВВГ 4×185.

 

5 Выбор числа и мощности силовых трансформаторов и проверка их на перегрузочную способность

 

При выборе количества трансформаторов необходимо опираться на категорийность потребителей в составе нагрузки. При наличии в этом составе потребителей 1 и 2 категории необходимо задаться числом к  установке силовых  трансформатора – два. Выбираем число трансформаторов – 2.

   Определяем среднюю квадратичную нагрузку по графику характерных «зимних» суток.

 

           

 

где  – мощность ступени нагрузки в относительных единицах;

        t_i   - продолжительность ступени в часах

        k – количество ступеней графика.

Ориентировочная мощность трансформатора:

 

                         

где S – ориентировочная мощность трансформатора, МВА;

     

      S_ск – среднеквадратичная мощность трансформатора, о.е.;

      S_м – максимальная мощность нагрузки, МВА;

       n – количество трансформаторов, принимаемых к установке.

Из каталога соответственно выбираем трансформатор ТДН 16000/110. Данные трансформатора представлены в таблице 2.

 

Таблица 2 – Данные трансформатора ТДН 16000/110

Марка трансформатора	Sнт, кВА	Uнв, кВ	Uнн, кВ	ΔРхх, кВт	ΔРкз, кВт	Uk%	Ixx%
ТДН 16000/110	16000	115	6,6 11	21	85	10,5	0,85

 

Далее проверяем трансформатор на перегрузочную способность.

Проверяем трансформаторы подстанций по ГОСТ 14209-97 на систематическую перегрузку.

  Определяем коэффициент покрытия трансформаторами нагрузки:
                                                
                                                

где S_нт – номинальная мощность трансформатора, МВА;

       S_м  - расчетная максимальная нагрузка, МВА;

       n – количество трансформаторов принятых к установке.

Так как К_нт^*≥1 то трансформаторы подстанции не испытывают систематических перегрузок.

Проверяем трансформаторы  на аварийную перегрузку.

Проверку осуществляем только для 2-х трансформаторных подстанций при отключении одного из трансформаторов.

Определяем коэффициент:                                                         
                                                        
                                                        

 

Так как К_{нт ав}^*≤ 1 то трансформатор не испытывает аварийных перегрузок, слеовательно на суточный зимний график нагрузки наносим линию параллельную оси абсцисс с ординатой равной величине К_{нт ав}^*. По пересечению графика нагрузок и линии К_{нт ав}^* определяем предварительное время аварийной  перегрузки t_п.ав=14 ч.

Определяем  коэффициент  начальной   загрузки   в  аварийном  режиме К_1ав:

 

        

 

Определяем предварительный коэффициент аварийной  перегрузки по графику К^’_2ав:

               

 

Так  1,52≥0,9·0,64, то принимаем расчетный коэффициент аварийной перегрузки К_{2 ав} = К^’_2ав = 1,52, а время перегрузки t_{п ав} = t_{п ав}=14 ч.

По таблицам ГОСТ аварийных перегрузок (таблица 1.28), в зависимости от К_1ав, t_{п ав}, эквивалентной температуры охлаждающей среды Θ=-13,4 для области  и системы охлаждения трансформатора, находим допустимый коэффициент перегрузки К_{2доп ав}=1,6.

Проверку осуществляем по выражению

 

                                         К_2ав ≤ К_2допав.                                                              (24)

 

Так как 1,6≥1,52, то трансформаторы подстанции проходят проверку на  аварийные перегрузки.

  

6 Расчет и построение графика ППР

 

6.1 Расчет объема работ при эксплуатации электрооборудования

 

При оценке трудоемкости технического обслуживания (ТО), текущего (ТР) и капитального ремонта (КР), а также замены смазки (ЗС), используются принципы комплексного и дифференциального нормирования.

Комплексное нормирование основано на определение объема работ в условных единицах электрооборудования (УЕЭ). Условные единицы служат для расчета общего количества эксплуатационного персонала ЭТС. Коэффициенты перевода физического электрооборудования в условные единицы представлены в Приложении 2.

Дифференциальное нормирование может использовать два способа определения трудоемкости работ. При первом способе объем работ определяется непосредственно в единицах трудоемкости (чел. – часах). При втором способе электрооборудование сначала переводят в условные ремонты (УР), а затем по трудоемкости одного УР определяют трудоемкость отдельных видов работ (ТО, ТР, ЗС и КР).

С целью сокращения объема расчетов при оценке объема работ при эксплуатации электрооборудования допускается использование интегральных (укрупненных) показателей трудоемкости для комплексов машин и механизмов.

На практике наиболее распространены методы расчета объема работ с использованием УЕЭ и УР.

Расчетная таблица с картой учета электрооборудования представлена в Приложении А.

 

6.2 Расчет затрат труда на профилактическое обслуживание

 

Содержание электрооборудования в технически исправном состоянии на протяжении всего амортизационного периода обеспечивается выполнением плановых и внеплановых мероприятий по обслуживанию и ремонту. К плановым мероприятиям относятся технические обслуживания, текущие ремонты, замена смазки и капитальные ремонты.

К неплановым мероприятиям относится оперативное (дежурное) обслуживание, выполняемое оперативным персоналом.

Расчет затрат труда по видам работ представлен в таблице 3.

 

Таблица 3 – Расчет затрат труда по видам работ

№ п/п	Виды электрооборудования	Количество условных ремонтов в год, шт.				Затраты труда на проведение видов работ, чел∙ч.
		ТО	ТР	ЗС	КР	ТО	ТР	ЗС	КР	ТО
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
1	Электродвигатели(АОД-1250-4У1)	112	16,68	1	4,68	56	80	0,25	58,5	20,4
2	Электродвигатели(АОД-1700-12У1)	168	26,02	1	7,02	84	120	0,25	87,75	30,6
3	Электродвигатели(АОД-1600-16У1, АОД-630-8У1, АОД-1000/5000-8/10У1)	224	33,36	1	9,36	112	160	0,25	117	40,8
4	Трансформаторы (ТДН – 16000/110)	126	24,6	1	3,6	63	118	0,25	45	27,2

 

6.3 Планирование ремонтов электрических машин

 

При планировании структуры ремонтного цикла, под которой понимаются виды и последовательность чередования плановых ремонтов, исходят из длительности ремонтного цикла в соответствии с кривой жизни технического изделия. Период времени между плановыми капитальными ремонтами T_пл определяется продолжительностью ремонтного цикла Т_табл. В промежутке времени между двумя капитальными ремонтами проводят несколько текущих. Период времени между двумя плановыми текущими ремонтами t_пл определяется продолжительностью межремонтного периода t_табл.

Плановая продолжительность работы между двумя капитальными и текущими ремонтами определяется по следующим формулам:

           

 

где β_i – коэффициенты, косвенно учитывающие реальный характер нагрузки электрической машины принимаем равным 1;

       β_р – коэффициент, учитывающий сменность работы машины, он определяется числом смен К_см принимаем равным 2;

    β_и – коэффициент использования, определяемый в зависимости от отношения коэффициента фактического спроса К_ф.с к нормируемому К_с принимаем равным 1:
                                                               

6.4 Определение трудоемкости ремонта и численности ремонтного персонала

 

Для планирования производства и определения годовой программы ремонтного предприятия необходимо иметь сведения о количестве, мощности, режимах и условиях работы электрического и электромеханического оборудования, которое установлено на обслуживаемых этим предприятием производствах. Следует также учитывать возможное расширение  (развитие) предприятия на 5-7 лет.

Годовая производительность электроремонтного предприятия в единицах продукции определяется по формуле:

(29)

 

где А₁,А₂…А_n – количество электрических машин в каждой группе, шт;

       Т₁,Т₂…Т_n – средняя длительность ремонтного цикла для каждой группы машин, лет;

       t₁,t₂…t_n – средняя длительность межремонтного периода для этих групп, лет;

       К_р – коэффициент, учитывающий развитие обслуживаемых производств и возможные случайные отказы (К_р = 1,3-1,6).

Нормативное время ремонта зависит от типа электрической машины, частоты вращения, напряжения и вида ремонта. Для низковольтных асинхронных двигателей (менее 1000 В) с короткозамкнутой обмоткой ротора мощностью до 630 кВт и частотой вращений 1500 об/мин ремонтные заводы электротехнической промышленности используются нормы трудоемкости ремонта.

Трудоемкость капитального М и текущего m ремонтов электрической машины мощностью i можно определить по формулам:

                                                    
                                                    

 

где М_iбаз – трудоемкость капитального ремонта базового асинхронного двигателя мощности i;

        m_iбаз – трудоемкость текущего ремонта базового асинхронного двигателя мощности i;

        К_n К_t К_u – коэффициенты трудоемкости.

В качестве примера приведем расчет трудоемкости капитального и текущего ремонтов для группы двигателей АОД–1250–4У1:

 

 

 

Для других групп двигателей трудоемкость капитального и текущего ремонтов будут следующими:

–  двигатели АОД–1600–16У1: М₂=1375,92; m₂=275,184; 

–  двигатели АОД–630–8У1 и двигатели АОД–1000/500–8/10: М₃=1179,36; m₃=225,872;       

–  двигатели АОД–1700–12У1: М₄=1474,2; m₄=294,84.

Поскольку время ремонта зависит от других факторов нежели длительность ремонтного цикла, то каждую группу А_i необходимо предварительно разбить на В_ij в соответствии с их типом, напряжением и частотой вращения. Тогда годовую трудоемкость по ремонту обслуживаемого парка электрических машин, чел час, можно определить по формуле:

 

                     ,             (32)

 

где М_i – среднее нормативное время капитального ремонта для каждой группы А_i электрических машин;

       m_i – среднее нормативное время текущего ремонта для каждой группы А_i электрических машин.

 

 

Рассчитав по формулам трудоемкость ремонта всего парка обслуживаемых двигателей, определяют количество производственных рабочих N, необходимых для выполнения годовой программы T_p:

                                                  

 

где Ф – годовой фонд времени одного рабочего.

 

6.5 Определение продолжительности ремонтных циклов

 

Основным документом, по которому организуется планово-предупредительный ремонт эксплуатируемого электрооборудования и сетей, является годовой план-график ППР, представленный в таблице 4.

 

 Рассчитаем структуру ремонтного цикла по формулам: 

 

 

Таблица 4 – Структура ремонтного цикла

Наименование электрооборудования и участков электрических сетей	Продолжительность периода между ремонтами, мес			Продолжи-тельность ремонтного цикла , лет	Структура ремонтного цикла
	ТО	ТР	КР
ТДН – 16000/110	6	12	144	12	КР-nтоТО-nтрТР-КР
Электрические двигатели(все группы)	6	12	144	12	КР-nтоТО-nтрТР-КР

                                                                     
                                     

Рассчитаем структуру ремонтного цикла по формулам: 

                                                                                                    

                                   

где Т _КР , Т _ТР и Т _ТО  - продолжительность периодов соответственно между капитальными ремонтами, текущими ремонтами и работами по техническому обслуживанию в месяцах  для конкретного вида электрооборудования и участка сетей.

 

6.6 Расчет годовой трудоемкости

 

Для обеспечения эффективного использования трудовых ресурсов на предприятии,  необходимо правильно определить потребность в рабочей силе, т.е. ремонтно-эксплуатационном персонале.  С этой целью производится расчет трудоемкости производственного плана   ремонтно-эксплуатационных работ в  человеко-часах и на основе этих данных определяется потребность в рабочих.

Рассчитаем условное количество ремонтов и работ по техническому обслуживанию, планируемое на год,  по формулам:

 

                                                                        

где  Т _КР, Т _ТР, Т _ТО  - продолжительность периодов соответственно между капитальными, текущими ремонтами, работами по техническому обслуживанию в месяцах для каждого вида электрооборудования согласно таблице 7.5.1.

Годовая  нормативная трудоемкость  работ  по  техническому  обслуживанию Т_{р ТО год}   для каждого вида электрооборудования и участка сетей определяется по формуле:

                        
            

 

где  n _ТО  - количество работ по техническому обслуживанию в год;

       Т_{р ТО}  - норма трудоемкости выполнения одного типового объема работ по техническому обслуживанию, человеко-часы (для силового трансформатора принять 9 чел∙ч);

        N - количество электрооборудования определенного вида или протяженность определенного участка сети;

       1,1 -  коэффициент, повышающий нормативную трудоемкость на  10 %  с целью учета трудоемкости неплановых работ, увеличения трудозатрат при производстве работ в зимнее время и трудозатрат на допуск к работе, инструктаж по ПТБ, оформление и закрытие наряда, проезд рабочих к месту работы и обратно, переезды с одного объекта на другой.

Годовая  нормативная  трудоемкость  работ   по  текущему  ремонту Т_{р ТР год} для каждого вида электрооборудования и участка сетей определяется по формуле:
                           
             

 

где  n _ТР  - количество работ по текущему ремонту в год;

       Т_{р ТР}  - норма трудоемкости выполнения одного типового объема работ по текущему ремонту, человеко-часы (для силового трансформатора принять 130).

Годовая нормативная  трудоемкость работ по капитальному ремонту  Т_{р КР год} для каждого вида электрооборудования и участка сетей определяется по формуле:

         

 

где   n _КР  - количество работ по капитальному ремонту в год;

        Тр _КР  - норма трудоемкости выполнения одного типового объема работ по капитальному ремонту, человеко-часы (для силового трансформатора принять 600).

Годовая общая трудоемкость ремонтно-эксплуатационных работ      Т_{р общ}   для каждого вида электрооборудования и участка сетей определяется по формуле:

 

 

На основании годовой общей трудоемкости ремонтно-эксплуатационных работ и эффективного фонда рабочего времени одного рабочего рассчитаем потребность в рабочих по формуле:

 

                                          

                              

где       Тр _общ  -  годовая общая трудоемкость ремонтно-эксплуатационных    работ, человек-часы;

Т _эф  -  эффективный фонд рабочего времени одного рабочего, часы;

В _норм - планируемый уровень выполнения норм выработки, %.

Удельный вес каждого разряда в общей численности рабочих вычисляется по формуле:                     

 

 

7 Выбор защиты электрических машин

 

7.1 Основные виды защиты электродвигателей

 

Междуфазные КЗ в обмотках статора сопровождаются большими токами КЗ и вызывают значительные разрушения поврежденных электродвигателей. Поэтому РЗ электродвигателей от междуфазных повреждений является обязательной. Однофазные замыкания обмотки статора на землю менее опасны, так как сети, от которых питаются электродвигатели, как правило, работают с изолированными нейтралями или заземленными через дугогасительные реакторы. Согласно ПУЭ защита электродвигателей от замыкания на землю устанавливается в тех случаях, когда ток замыкания на землю достигает 5 А. Но, так как замыкания на землю

сопровождаются перенапряжениями, вызывающими развитие аварии, защиту от замыканий на землю стали устанавливать во всех случаях с действием на отключение. РЗ от витковых замыканий не применяются, так как простых способов ее выполнения нет.

 

7.2 Защита электродвигателей от КЗ между фазами

 

Защита от КЗ между фазами является основной РЗ электродвигателей, и установка ее обязательна во всех случаях. В качестве РЗ электродвигателей мощностью до 5000 кВт от КЗ согласно ПУЭ применяется МТЗ (токовая отсечка). Наиболее просто токовая отсечка выполняется с реле прямого действия, встроенными в привод выключателя.

Если ток срабатывания отсечки отстроен от пускового тока электродвигателя, то она надежно отстроена и от тока, который электродвигатель посылает в сеть при внешнем КЗ.

Токовую РЗ электродвигателей мощностью до 2000 кВт следует выполнять, как правило, по наиболее простой и дешевой однорелейной схеме (рисунок 3). Недостатком этой схемы является более низкая чувствительность по сравнению с отсечкой, выполненной по схеме на рисунок 4, к двухфазным КЗ между одной из фаз, на которых установлен ТТ, и фазой без ТТ. Это имеет место, так как ток срабатывания реле отсечки, выполненной по однорелейной схеме, в корень из 3 раз больше, чем в двухрелейной схеме.

Поэтому на электродвигателях мощностью 2000-5000 кВт токовая отсечка выполняется двухрелейной. Двухрелейную схему отсечки следует также применять на электродвигателях мощностью до 2000 кВт.

На электродвигателях мощностью 5000 кВт и более устанавливается продольная дифференциальная РЗ, обеспечивающая более высокую чувствительность к КЗ на выводах и в обмотках электродвигателей, чем токовая отсечка и МТЗ.

 

       а - цепи тока; б - цепи оперативного постоянного тока

        

Рисунок 3 – Схема однорелейной токовой отсечки электродвигателя

      

 

 

       а - цепи тока; б - цепи оперативного постоянного тока

 

Рисунок 4 – Схема двухрелейной токовой отсечки электродвигателя:

 

Дифференциальная РЗ предусматривается и на электродвигателях мощностью до 5000 кВт, если токовая отсечка не удовлетворяет требованиям чувствительности. Дифференциальная РЗ обычно выполняется в двухфазном исполнении с реле типа РНТ-565.  

 

7.3 Защита электродвигателей от перегрузки

 

Перегрузка электродвигателей возникает при затянувшемся пуске и самозапуске; из-за перегрузки приводимых механизмов. Для электродвигателя опасны только устойчивые перегрузки. Сверхтоки, обусловленные пуском или самозапуском электродвигателя, кратковременны и самоликвидируются при достижении нормальной частоты вращения.

Значительное увеличение тока электродвигателя получается также при обрыве фазы, что встречается, например, у электродвигателей, защищаемых предохранителями, при перегорании одного из них.

Также устойчивый характер носят сверхтоки, обусловленные механическими повреждениями электродвигателя или вращаемого им механизма и перегрузкой механизма. Основной опасностью сверхтоков является сопровождающее их повышение температуры отдельных частей, и в первую очередь обмоток.

При решении вопроса об установке РЗ от перегрузки и характере ее действия руководствуются условиями работы электродвигателя, имея в виду возможность устойчивой перегрузки его приводного механизма:

– на электродвигателях механизмов, не подверженных технологическим перегрузкам (например, электродвигателях циркуляционных, питательных насосов и т. п.) и не имеющих тяжелых условий пуска или самозапуска, РЗ от перегрузки не устанавливается;

– на электродвигателях, подверженных технологическим перегрузкам (например, электродвигателях мельниц, дробилок, багерных насосов и т. п.), а также на электродвигателях, самозапуск которых не обеспечивается, РЗ от перегрузки должна устанавливаться;

–  защита от перегрузки выполняется с действием на отключение в случае, если не обеспечивается самозапуск электродвигателей или с механизма не может быть снята технологическая перегрузка без останова электродвигателя;

– защита от перегрузки электродвигателя выполняется с действием на разгрузку механизма или сигнал, если технологическая перегрузка может быть снята с механизма автоматически или вручную персоналом без останова механизма и электродвигатели находятся под наблюдением персонала;

– на электродвигателях механизмов, могущих иметь как перегрузку, устраняемую при работе механизма, так и перегрузку, устранение которой невозможно без останова механизма, целесообразно предусматривать действие РЗ от сверхтоков с меньшей выдержкой времени на отключение электродвигателя. В тех случаях, когда ответственные электродвигатели собственных нужд электростанций находятся под постоянным наблюдением дежурного персонала, тогда РЗ их от перегрузки можно выполнить с действием на сигнал.

Защиту электродвигателей, подверженных технологической перегрузке, желательно иметь такой, чтобы она, с одной стороны, защищала от недопустимых перегрузок, а с другой - давала возможность наиболее полно использовать перегрузочную характеристику электродвигателя с учетом предшествовавшей нагрузки и температуры окружающей среды. Наилучшей характеристикой РЗ от сверхтоков являлась бы такая, которая проходила несколько ниже перегрузочной характеристики.

Защита с тепловым реле. Лучше других могут обеспечить характеристику, приближающуюся к перегрузочной характеристике электродвигателя, тепловые реле, которые реагируют на количество тепла Q, выделенного в сопротивлении его нагревательного элемента. Тепловые реле выполняются на принципе использования различия в коэффициенте линейного расширения различных металлов под влиянием нагревания. Тепловые реле сложны в обслуживании и наладке, имеют различные характеристики отдельных экземпляров реле, часто не соответствуют тепловым характеристикам электродвигателей и имеют зависимость от температуры окружающей среды, что приводит к нарушению соответствия тепловых характеристик реле и электродвигателя. Поэтому тепловые реле следует применять лишь в тех случаях, когда более простые токовые реле не обеспечивают защиты двигателей.

 

 

а, в - цепи переменного тока; б, г - цепи оперативного постоянного тока для защит с независимой и с зависимой выдержками времени соответственно

 

Рисунок 5 – Схема защит электродвигателей от перегрузки

 

Защита от перегрузки с токовыми реле. Для защиты электродвигателей от перегрузки обычно применяются МТЗ с использованием реле с ограниченно зависимыми характеристиками типа РТ-80 или МТЗ с независимыми токовыми реле и реле времени (рисунок 5).

Максимальная токовая РЗ с независимой выдержкой времени в однорелейном исполнении (рисунок 5, а, б) применяется на всех асинхронных электродвигателях собственных нужд тепловых и атомных электростанций, а на промышленных предприятиях - для всех синхронных.

В случае выполнения РЗ от междуфазных КЗ при помощи токовых реле типа РТ-80 эти же реле используются и для защиты от перегрузки. Если при этом РЗ от сверхтоков должна действовать не на отключение, а на сигнал, то применяются реле типа РТ-84, имеющие раздельные контакты отсечки и индукционного элемента (рисунок 5, в, г).

Время действия МТЗ от перегрузки tз.п должно быть таким, чтобы оно было больше времени пуска электродвигателя tпycк, а у электродвигателей, участвующих в самозапуске, больше времени самозапуска.

 

7.4 Защита электродвигателей от замыкания на землю

 

В соответствии с ПУЭ РЗ от замыканий на землю в обмотке статора с действием на отключение устанавливается на электродвигателях мощностью 2000 кВт и более при токах замыкания на землю более 5 А, а на электродвигателях меньшей мощности - при токах замыкания на землю более 10 А.

Защита от замыканий на землю реагирует на емкостный ток сети и выполняется с помощью одного токового реле типа РТЗ-51 (РТЗ-50, применявшихся раньше), которое подключается к ТТ нулевой последовательности (ТТНП), установленному на кабеле, питающем двигатель. Применяются ТТНП типов ТЗ, ТЗЛ, T3J1M и др. (рисунок 6, а). Защита действует так же, как аналогичная РЗ генераторов.

На электродвигателях большой мощности, для питания которых прокладывается больше четырех кабелей, РЗ от замыканий на землю выполняется с одним общим ТТНП типа ТНПШ с подмагничиванием аналогично защите генераторов.

 

а - защита двигателя от замыканий на землю; б - схема подключения до-полнительного трансформатора с заземляющими резисторами

 

Рисунок 6 – Структурная схема защиты от замыканий на землю в сети собственных нужд 6,3 кВ

 

Поскольку мощность ТТНП (типов ТЗ, ТЗР и др.) невелика, для обеспечения максимальной чувствительности РЗ от замыканий на землю к каждому типу ТТНП необходимо подбирать токовое реле на определенный ток срабатывания, имеющее соответствующее сопротивление обмотки (реле РТЗ-51, РТЗ-50, РТ-40/0,2).

Защита электродвигателя от замыканий на землю, как отмечено выше, выполняется с помощью реле РТЗ-51 (РТЗ-50), подключенного к ТТНП и действующего на отключение электродвигателя без выдержки времени (см. рисунок 6). При отказе защиты от замыканий на землю или выключателя на поврежденном присоединении или при замыкании K3 на шинах секции имеется опасность повреждения заземляющих сопротивлений R в нейтрали дополнительного трансформатора ДТ (рисунок 6, б). Для исключения этого на ДТ предусматривается защита нулевой последовательности (КА, КТ), действующая с выдержкой времени 0,6 с на отключение трансформатора (линии), питающего секцию 6 кВ.

Для электродвигателей механизмов карьеров, рудников, торфоразработок и других предприятий, где требуется по условиям безопасности незамедлительное отключение замыкания на землю даже при очень малых значениях тока в месте повреждения (0,2-0,5 А) рекомендуется применять более чувствительную направленную РЗ от замыканий на землю типа ЗЗП-1.

 

Для РЗ от двойных замыканий на землю на электродвигателях, оснащенных продольной дифференциальной РЗ в двухфазном исполнении, ко вторичной обмотке ТТНП подключается действующее на отключение второе токовое реле.

 

7.5  Защита электродвигателей от понижения напряжения

 

Защита минимального напряжения устанавливается на электродвигателях, которые необходимо отключать при понижении напряжения для обеспечения самозапуска ответственных электродвигателей, а также электродвигателей, самозапуск которых при восстановлении напряжения недопустим по условиям техники безопасности или особенностям технологического процесса.

На электростанциях к ответственным относятся такие электродвигатели, отключение которых вызывает снижение нагрузки или остановку электростанции: питательных, конденсатных и циркуляционных насосов, дутьевых вентиляторов и питателей пыли.

Неответственными считаются электродвигатели, отключение которых не отражается на нагрузке электростанции: мельниц при наличии промежуточных бункеров, багерных насосов и т. п.

Отключение электродвигателей при исчезновении напряжения обеспечивается установкой одного реле минимального напряжения, включенного на линейное напряжение. Существенным недостатком такой РЗ минимального напряжения является возможность ее неправильной работы в случае обрыва цепей напряжения.

 

 

а - цепи переменного напряжения; б - оперативные цепи: I - на отключение неответственных электродвигателей; II - на отключение ответственных электро-двигателей

 

Рисунок 7 – Схема защиты минимального напряжения на постоянном оперативном токе

 

Поэтому РЗ с одним реле напряжения применима лишь для неответственных электродвигателей.

В установках с постоянным оперативным током РЗ минимального напряжения выполняется для каждой секции сборных шин собственных нужд по схеме, приведенной на рисунке 7. В цепи реле времени КТ1, действующего на отключение неответственных электродвигателей, включены последовательно контакты трех минимальных реле напряжения KV1. Благодаря такому включению контактов

реле предотвращается ложное срабатывание РЗ при перегорании любого предохранителя в цепях ТН. Напряжение срабатывания реле KV1 принимается порядка 70% Uном. Выдержки времени на отключение: 0,5- 1,5 с - для неответственных электродвигателей, 10-15 с - для ответственных.

Как показывает опыт эксплуатации, в ряде случаев самозапуск электродвигателей продолжается 20-25 с при снижении напряжения на шинах собственных нужд до 60-70% Uном. При этом, если не принять дополнительных мер, защита минимального напряжения (реле KV1), имеющая уставку срабатывания (0,6 - 0,7) Uном, могла бы доработать и отключить ответственные электродвигатели. Для предотвращения этого в цепи обмотки реле времени КТ2, действующего на отключение ответственных электродвигателей, включается контакт KV2.1 четвертого реле напряжения KV2. Реле KV2 будет длительно держать замкнутым свой контакт KV2.1 только при полном снятии напряжения с шин собственных нужд.

 

 

    а - цепи напряжения; б - оперативные цепи

 

Рисунок 8 ­– Схема защиты минимального напряжения с фильтр-реле напряжения обратной последовательности

 

На электростанциях применяется и другая схема РЗ минимального напряжения, показанная на рисунке 8. В этой схеме используются три пусковых реле: фильтр-реле напряжения обратной последовательности KV1 типа РНФ-1М и реле минимального напряжения KV2 и KV3 типа РН-54/160. В нормальном режиме, когда напряжения симметричны, размыкающий контакт KV1.1 в цепи обмоток реле времени КТ1 и КТ2 замкнут, а замыкающий KV1.2 в цепи сигнализации разомкнут. Размыкающие контакты KV2.1 и KV3.1 в нормальном режиме разомкнуты.

При снижении (или исчезновении) напряжения на всех фазах контакт KV1.1 останется замкнутым и поочередно подействуют: первая ступень РЗ, которая осуществляется с помощью реле KV2 (уставка срабатывания 0,7 Uном) и КТ1 (выдержка времени 0,5-1,5 с); вторая - с помощью реле KV3 (уставка срабатывания 0,5 Uном) и КТ2 (выдержка времени 10-15 с). При нарушении одной или двух фаз цепей напряжения сработает реле напряжения ОП и контактом KV1.1 выведет РЗ из действия, а контактом KV1.2 подаст сигнал о неисправности цепей напряжения. При срабатывании каждой ступени РЗ подается плюс на шинки минимального напряжения - ШМН1 и ШMH2 соответственно, откуда он поступает на цепи отключения электродвигателей. Действие РЗ сигнализируется шунтовыми реле КН1 и КН2.

 

7.6 Защита электродвигателей напряжением ниже 1000 В

 

Защиту электродвигателей напряжением 500, 380 и 220 В осуществляют, исходя из тех же требований, что и к электродвигателям более высоких напряжений. Для этих электродвигателей применяются мгновенная РЗ от междуфазных КЗ, РЗ от перегрузки, РЗ минимального напряжения. Защита от КЗ осуществляется с помощью плавких предохранителей, а также максимальных токовых реле прямого или косвенного действия. На электродвигателях напряжением до 500 В широко применяются аппараты, в которых совмещены устройства РЗ и управления - магнитные пускатели и автоматические выключатели.

Магнитные пускатели (рисунок 9) в большинстве случаев не имеют защелки и во включенном положении удерживаются действием электромагнита YA, обмотка которого подключена на напряжение питания. Включение магнитного пускателя осуществляется нажатием кнопки SB1. При этом замыкается цепь обмотки удерживающего электромагнита, якорь которого притягивается и замыкает механически связанные с ним силовые контакты. Кнопка SB1 имеет самовозврат, поэтому после ее размыкания цепь обмотки электромагнита остается замкнутой через вспомогательный контакт SQ, шунтирующий кнопку SB1.

Для отключения пускателя вручную служит кнопка SB2, при нажатии которой разрывается цепь удерживания электромагнита, и якорь его, отпадая, размыкает силовые контакты YA1. При понижении напряжения питающей сети электромагнит отпадает, и электродвигатель отключается, чем осуществляется защита минимального напряжения. После восстановления напряжения магнитный пускатель сам включиться не может - включение его должно вновь осуществляться вручную. Защита электродвигателя от перегрузки выполняется тепловыми реле КА1 и КА2. Тепловые реле настраиваются таким образом, чтобы они не срабатывали от токов, проходящих при пуске и самозапуске электродвигателя.

Схема включения цепей магнитного пускателя, приведенная на рисунке 9, применяется для защиты неответственных электродвигателей, подверженных технологической перегрузке. В случае, если электродвигатель не подвержен перегрузкам, из схемы исключаются контакты тепловых реле. После восстановления напряжения магнитный пускатель вновь включается, так как рубильник S остается замкнутым.

 

Рисунок 9 – Схема защиты электродвигателя напряжением до 500 В с магнитным пускателем

 

На электродвигателях мощностью 40-50 кВт применяются автоматические воздушные выключатели типов АВМ, A3100, АП50-ЗМТ, А3700.

Защита от междуфазных КЗ осуществляется электромагнитными расцепителями мгновенного срабатывания - отсечкой автоматического выключателя, которая резервируется расцепителем с зависимой характеристикой выдержки времени. В отдельных случаях, когда встроенные в автоматический выключатель расцепители не обеспечивают надежной защиты электродвигателя, применяется выносная защита в виде токовой отсечки с реле тока, подключенным к ТТ двух фаз, действующая без выдержки времени на независимый расцепитель.

При выполнении защиты электродвигателей от КЗ необходимо учитывать, что сети напряжением до 500 В работают с заземленной нейтралью и, следовательно, в этих цепях возможны все виды КЗ, в том числе и однофазные. Поэтому предохранители устанавливаются во всех фазах, а расцепители и токовые реле, с помощью которых осуществляется РЗ от КЗ, также должны реагировать на токи, проходящие во всех фазах и нулевом проводе.

Поскольку токи однофазного КЗ на землю в сети 380 В обычно меньше токов трехфазного КЗ, не всегда удается обеспечить необходимую чувствительность электромагнитных расцепителей автоматических выключателей к однофазным КЗ. При этом для РЗ от однофазных КЗ используется чувствительное токовое реле типа РТ-40/0,2, присоединенное к ТТНП, надеваемому на силовой кабель, питающий электродвигатель. Так, выносную РЗ от однофазных КЗ на землю рекомендуется устанавливать на электродвигателях, питающихся от трансформаторов собственных нужд со схемой соединения обмоток A/Yo, у которых уставка отсечки автоматического выключателя 4000 А и более. Такая же РЗ рекомендуется для электродвигателей с уставкой токовой отсечки автоматического выключателя 2000 А и более, питающихся от трансформаторов собственных нужд со схемой соединения обмоток Y/Yo.

Вследствие значительного загрубления отсечки автоматического выключателя по условию отстройки от пускового тока электродвигателя часто не удается обеспечить необходимую чувствительность защиты от перегрузки с помощью расцепителей, имеющих зависимую характеристику. При этом РЗ от перегрузки выполняется с помощью выносных реле тока и времени.

В отдельных случаях на электродвигателях устанавливается специальная РЗ от работы на двух фазах, действующая на отключение электродвигателя. Применение такой РЗ допускается на электродвигателях, защищенных от КЗ плавкими предохранителями и не имеющих действующей на отключение РЗ от перегрузки.

 

 

а — токовые цепи; б — выходное реле защиты минимального напряжения; в - цепи оперативного постоянного тока

 

Рисунок 10 – Схема защиты асинхронного электродвигателя 6,3 кВ мощностью 4000 кВт и выше

 

Поскольку для питания электродвигателей большой мощности используется несколько параллельно соединенных силовых кабелей, то для выполнения защиты от замыканий на землю ТТНП TAN1-TAN3, к которым подключено реле КА4, соединяются параллельно.

Если электродвигатель используется в качестве главного циркуляционного насоса (ГЦН) АЭС, РЗ от перегрузки (реле КАЗ и КТ) не устанавливаются. [5]

                                             

Заключение

 

В данной работе был рассчитан и построен ГЭН. Было выбрано номинальное напряжение сети и выбор нейтрали. Было выбрано число и  сечение ЛЭП до ТП. Для резинотехнической промышленности были выбраны пять групп асинхронных двигателей и два силовых трансформатора. В заключительном пункте рассчитан и построен график ППР. Также в конце рассмотрен вопрос выбора защиты электрических машин.

 

Список использованных источников

 

1. 1. СТО 02069024.101-2010 Работы студенческие. Общие требования и правила оформления, 2010. - 93с.
2. Еремеев С.Н. Профилактическое обслуживание электродвигателей высоконагруженного технологического оборудования [Текст] / С.Н. Еремеев: Электрика. - № 3, 2001.
3. Идельчик В. И. Электрические системы и сети: Учебник для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 592 с.: ил. - ISBN 5-283-01012-0.
4. Справочник по электрическим машинам: В 2 т. Т. 2 / Под общ. Ред. И. П. Копылова, Б. К. Клокова. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 688 с.: ил. – ISBN 5-283-00531-3
5. Релейная защита энергетических систем. – Режим доступа: http://releyschik.ru/elektrodvigateli. – 15.11.14

Скачать: 4518.rar