Дипломная (вкр): Монтаж буровых установок, строительство скважин (бурение), ремонт скважин и транспортное обеспечение

где

l - длина кабеля, км.

Для АСБ-3´50 протяженностью 40 м сопротивление составляет:

Результаты расчётов для всех кабелей на напряжение 6 кВ приведены в таблице 2.

Таблица 2 Выбор марки кабеля и сечения жил для сети напряжением 6 кВ

9. Расчёт токов короткого замыкания

.1 Определение параметров элементов системы электроснабжения

Расчёт токов короткого замыкания производится для целей проверки выбора выключателей по отключающей способности и определения уставок релейной защиты. Для решения первой задачи определяется ударный ток короткого замыкания, для второй - токи и напряжения установившегося аварийного режима. Методы определения параметров аварийного режима рассмотрены в [9]. Для проведения расчётов необходимо составить схему замещения системы электроснабжения и определить параметры её элементов. Поскольку основные элементы системы электроснабжения буровой установки выполнены на номинальное напряжение 6 кВ, а нагрузка, подключённая к трансформаторам Т-1 и Т-2 может быть представлена обобщённой нагрузкой, расчёт параметров аварийного режима будем производить в именованных единицах.

Воздушные и кабельные линии электропередачи представлены в схеме замещения своими активными и индуктивными сопротивлениями. При расчёте несимметричных видов повреждений сопротивление обратной последовательности ЛЭП принимается равным сопротивлению прямой, сопротивление нулевой последовательности определяется независимо.

Трансформаторы вводятся в схему замещения сопротивлениями, определяемыми из выражения:

,   (9.1)

где uk - напряжение короткого замыкания;

Pk - мощность короткого замыкания;

X1,X2 - реактивные сопротивления прямой и обратной последовательностей, Ом;

r1,r2 - активные сопротивления прямой и обратной последовательностей, Ом;

Z1,Z2 - полные сопротивления прямой и обратной последовательностей, Ом;

SН - номинальная мощность, МВА.

Сопротивление нулевой последовательности трансформаторов зависит от схемы соединения обмоток.

Генераторы вводятся в схему замещения прямой последовательности своими ЭДС и сопротивлениями. Для машин с демпферными обмотками используются сверхпереходные значения, для машин без демпферных обмоток - переходные значения.

                  (9.2)

                                        (9.3)

,           (9.4)

где IН - номинальный ток генератора, А;

 - относительное значение продольного сверхпереходного сопротивления;

Pн - номинальная активная мощность, МВт.

Сопротивление обратной последовательности генераторов:

.                             (9.5)

Крупные асинхронные двигатели вводятся в схему замещения аналогично генераторам своими ЭДС и сопротивлениями, определяемыми из выражений:

                                           (9.6)

, (9.7)

где IП - кратность пускового тока асинхронного двигателя;

IН - номинальный ток двигателя, определяемый по (9.3).

Сопротивление обратной последовательности двигателя принимается равным сопротивлению прямой последовательности.

Обобщённая нагрузка вводится в схему замещения своими сопротивлением и ЭДС, в относительных единицах принимаемых равными 0,35 и 0,85 соответственно.

Рисунок 2. Принципиальная схема системы электроснабжения буровой установки для расчёта параметров аварийного режима.

Учитывая наличие частотных преобразователей, будем считать, что подпитка короткого замыкания со стороны двигателей отсутствует (преобразователи не являются рекуперативными), поэтому двигатели в схеме замещения будем представлять их сопротивлениями. Принципиальная схема системы электроснабжения для расчёта параметров аварийного режима приведена на рисунке 2. Сопротивления кабельных линий определены и приведены в таблице 2. Сопротивление прямой последовательности двигателя привода ротора М-1 (IП = 6; cos(f)=0,85):

.

Аналогично сопротивление прямой последовательности двигателей М-2, М-3, М-4, М-5 (IП = 7; cos(f)=0,88)::

Сопротивления прямой последовательности трансформаторов Т-1 и Т-2 (Uk=5.5%, Pk=1.3 кВт):

.

Параметры генераторов Г-1 и Г-2 (;cos(f)=0,8):

Параметры нагрузки Н-1:

9.2 Расчёт тока короткого замыкания на шинах ГРП и определение ударного тока

Для определения ударного тока короткого замыкания воспользуемся методикой, предложенной в [9]. Ударный ток определяется из выражения:

,

где kу - ударный коэффициент;

TAE - постоянная времени изменения апериодической составляющей тока короткого замыкания, с;

 - эквивалентное реактивное сопротивление цепи относительно точки короткого замыкания, вычисленное в условии, что активные сопротивления элементов равны нулю, Ом;

 - эквивалентное активное сопротивление цепи относительно точки короткого замыкания, вычисленное в условии, что реактивные сопротивления элементов равны нулю, Ом;

I’’ - модуль действующего значения сверхпереходного тока короткого замыкания, кА.

Для определения ударного тока для выбора выключателей по отключающей способности выберем точку короткого замыкания непосредственно на шинах ГРП при параллельной работе генераторов Г-1 и Г-2. Тогда ток трёхфазного металлического КЗ I’’ определяется суммой токов источников питания (генераторов Г-1, Г-2 и нагрузки Н-1), поскольку все остальные электроприёмники находятся за точкой КЗ:

.

Эквивалентные сопротивление и ЭДС источников питания для расчёта уставок релейной защиты:

.

Суммарные сопротивления, постоянная времени изменения апериодической составляющей тока КЗ и ударный ток:

.

10. Выбор выключателей

.1 Выбор и проверка выключателей по отключающей способности

Для установки в КРУ выберем вакуумные выключатели ВВ/TEL производства компании «Таврида Электрик». Вакуумные выключатели ВВ/TEL предназначены для эксплуатации в сетях трехфазного переменного тока частотой 50 Гц номинальным напряжением до 10 кВ с изолированной и компенсированной нейтралью в нормальных и аварийных режимах. Вакуумные выключатели ВВ/TEL применяются в ячейках КРУ внутренней и наружной установки, а также в камерах КСО, как при новом строительстве, так и при замене выключателей прежних лет выпуска. Основные отличительные особенности вакуумных выключателей ВВ/TEL-10:

1.  Высокий коммутационный и механический ресурс. Вакуумные выключатели ВВ/ТЕL-10-20/1000 общепромышленного исполнения рассчитаны на коммутационный ресурс - 50 000 циклов "ВО" при номинальном токе, механический ресурс привода при этом составляет 150 000 циклов "ВО", а выключатели для частых коммутаций, ориентированные на работу в электротермических установках выдерживают 100 000 циклов "ВО" при номинальном токе, при этом все выключатели имеют ресурс 100 циклов "ВО" или 150 операций отключения при номинальном токе отключения 20 кА. Такого числа циклов В-О не могут предложить даже зарубежные аналоги, стоимость на приобретение которых значительно превосходят стоимость выключателей ВВ/TEL.

2.      Отсутствие необходимости в проведении текущего, среднего и капитального ремонтов. Выключатель ВВ/TEL не требует проведения

.        планово-предупредительных ремонтов на протяжении всего срока эксплуатации благодаря высокой надежности конструкции, отсутствию изнашивающихся деталей и высокой стабильности заводских регулировок выключателя. Для поддержания высокой эксплуатационной готовности рекомендуются следующие операции по обслуживанию выключателя (согласно ТШАГ 674152.003 РЭ изм. 1 р 4.4.): протирка изоляции сухим безворсовым материалом; проверка электрической прочности главных цепей выключателя промышленным напряжением 42 кВ (1 мин); замер переходного сопротивления главных цепей выключателя; проверка выключателя многократными опробываниями (не менее 5 включений - отключений). Рекомендуемая периодичность проверок - через 2 года после установки выключателя, в дальнейшем подобные проверки производить один раз в 5 лет. При этом рекомендуется провести вторую проверку до истечения гарантийного срока - 7 лет с момента изготовления выключателя. Безотказность работы выключателя обеспечивается соблюдением условий монтажа и эксплуатации: минимальная рабочая температура -40°С; максимальная рабочая температура +55°С; группа по стойкости к внешним механическим воздействиям (работа в машинных залах, а так же вблизи молотов, дробилок, прессов) М7; максимальная относительная влажность (допускается конденсация росы) 100% при +25°С; максимальная высота над уровнем моря (без изменения рабочих характеристик) 1000 м.

.        Питание от сети постоянного, выпрямленного и переменного оперативного тока в широком диапазоне напряжений. Блоки управления выключателями имеют входы для питания по цепям постоянного, выпрямленного и переменного оперативного тока. Шкала номинальных напряжений имеет следующие значения 24, 30, 48, 60, 110, 220 В постоянного тока, 100, 127, 220 В переменного тока. Работоспособность сохраняется при колебании напряжения в диапазоне 80-125% от номинального напряжения. При отсутствии оперативного тока включение выключателя ВВ/TEL возможно одним из следующих способов:

а. от вспомогательного источника 12-30 В, например 2-х 9 вольтовых элементов питания типа "Крона";

б. от блока автономного включения BAV/TEL-220-02 (при применении блока BU/TEL-220-05a совместно с BP/TEL-220-02a).

5.  Малое потребление мощности по цепи оперативного питания. Все модификации устройств управления имеют встроенные конденсаторы включения и отключения, которые обеспечивают дозированную подачу электроэнергии на электромагниты выключателя ВВ/TEL, обеспечивая тем самым оптимальные условия для его работы. При этом потребление энергии от сети оперативного питания небольшое, так как расходуется только на заряд конденсаторов и на работу внутренней схемы устройств управления. Например, потребляемая мощность блока BU/TEL-220-05a (совместно с BP/TEL-220-02a) составляет 120 ВА при подготовке к включению в течение 4 сек. и 35 ВА в стационарном режиме. Вышеперечисленное позволяет использовать облегченные источники оперативного питания, например УСН-24-01 или UPS (автоматы бесперебойного питания). В цепи электромагнита выключателя ВВ/TEL величина тока составляет 16 А при включении и 2 А при отключении. Непосредственно из сети оперативного питания данный ток не потребляется.

.    Высокое быстродействие при включении и отключении. Движение механизма при включении и отключении происходит вдоль одной линии, механическая часть привода выключателя практически не содержит вращающихся частей, величина перемещения составляет не более 8 мм. Блоки управления приводом выключателя строятся на современной микропроцессорной элементной базе. Все это обеспечивает полное время отключения выключателя не более 60 мс (с момента подачи команды на блок управления).

7.      Возможность отключения при потере оперативного питания. Для отключения выключателя используется энергия, предварительно накопленная в конденсаторе отключения, что дает возможность отключения выключателя в течение 10-30 с после исчезновении оперативного напряжения. Кроме того, блоки управления выключателями имеют входы для подключения цепей трансформаторов тока, что обеспечивает: возможность отключения выключателя в аварийном режиме по схеме с дешунтированием; дополнительное питание отключающего конденсатора блока управления.

.        Совместимость с любыми существующими типами ячеек КРУ и КСО. Конструктивные особенности выключателя ВВ/TEL позволили разработать более 70 проектов модернизации (ретрофита), причем на сегодняшний день 40000 выключателей применены при модернизации в соответствии с этими проектами. Выключатель ВВ/TEL так же активно применяется при новом строительстве. Более 70 КРУ и КСО - строительных заводов Российской Федерации являются активными партнерами компании "Тавриды Электрик". В изделиях КРУ и КСО применено 60000 выключателей.

.        Допускается работа в любом пространственном положении. Отсутствие дугогасящей среды, для которой важно положение в пространстве (дуга гасится в вакууме), позволяет устанавливает выключатель в любом пространственном положении без ухудшения качественных параметров выключателя. Это создает дополнительные удобства при монтаже.