Методы ограничения токов кз реферат
Обновлено: 30.06.2024
В мощных электроустановках и питаемых ими электросетях токи короткого замыкания могут достигать больших величин, что приводит к завышению сечения проводников и утяжелению электрооборудования. Применение электрооборудования и проводников, рассчитанных на большие токи короткого замыкания, приводит к значительному завышению затрат. Поэтому в мощных электроустановках применяют искусственные меры ограничения токов короткого замыкания, чем достигается возможность применения более дешевого электрооборудования: более легких типов электроаппаратов, токоведущих частей меньших сечений.
Основные способы ограничения токов короткого замыкания:
- раздельная работа трансформаторов и питающих линий;
- применение трансформаторов с расщепленными обмотками;
Выбор того или иного способа ограничения токов короткого замыкания определяется местными условиями конкретной электроустановки и технико-экономическим сопоставлением вариантов.
Раздельная работа трансформаторов и питающих линий.
Раздельная работа трансформаторов и питающих линий, при Sc= , xc=0, позволяет снизить ток КЗ в 2 раза:
Необходимо отметить, что мощность трансформаторов и пропускная способность каждой линии, с учетом возможной перегрузки, должна быть достаточно для питания полной нагрузки электроустановки. С целью обеспечения бесперебойного питания потребителей на секционном выключателе предусматривается установка автоматического ввода резерва (АВР).
Применение трансформаторов с расщепленными обмотками.
Применение трансформаторов с расщепленными обмотками и раздельной работе обмоток низшего напряжения. Сопротивление обмотки низшего напряжения (хн) в 2 раза больше индуктивности сопротивления двухобмоточного трансформатора без расщепления обмоток. Поэтому, при Sc= , xc=0 и расщеплении обмоток ток КЗ на стороне низшего напряжения можно снизить в 2 раза.
Во всех электроустановках при рассмотрении вопроса ограничения токов КЗ и неудовлетворительных результатах рассмотренных выше способов возникает необходимость включение дополнительных сопротивлений (реакторов).
Активное сопротивление реактора незначительно, поэтому при расчетах токов КЗ его не учитывают.
Все реакторы выбираются по номинальному напряжению, по номинальному току и индуктивному сопротивлению.
Номинальное напряжение выбираем в соответствии с номинальным напряжением установки. При этом предполагается, что реакторы должны длительно выдерживать максимальные рабочие напряжения.
Номинальный ток реактора (ветви сдвоенного реактора) недолжен быть меньше максимального длительного тока нагрузки цепи, в которую он включен:
Для шинных (секционных) реакторов номинальный ток должен соответствовать мощности, передаваемой от секции к секции при нарушении нормального режима.
где Iном.г – номинальный ток генератора.
Индуктивное сопротивление реактора определяют, исходя из условий ограничения тока КЗ до заданного уровня. В большинстве случаев уровень ограничения тока КЗ определяется по коммутационной способности выключателей, намечаемых к установке или установленных в данной точке сети. Как правило, первоначально известно начальное значение периодической составляющей тока КЗ Iпо, которое с помощью реактора необходимо уменьшить до требуемого уровня.
Рассмотрим порядок определения сопротивления индивидуального реактора. Требуется ограничить ток КЗ так, чтобы можно было в данной цепи установить выключатель с номинальным током отключения Iном.отк (действующее значение периодической составляющей тока отключения)
По значению Iном.отк определяется значение периодической составляющей тока КЗ, при котором обеспечивается коммутационная способность выключателя. Для упрощения обычно принимают Iпо.треб =Iном.отк
Результирующее сопротивление [Ом] в цепи КЗ до установки реактора можно определить по выражению:
Требуемое сопротивление цепи КЗ для обеспечения Iпо.треб
Разность полученных значений сопротивлений даст требуемое сопротивление реактора
Далее по каталожным и справочным материалом выбирают тип реактора с ближайшим большим индуктивным сопротивлением.
Фактическое значение тока при КЗ за реактором определяют следующим образом:
вычисляется значение результирующего сопротивления цепи КЗ с учетом реактора:
а затем, определяется начальное значение периодической составляющей тока КЗ:
Аналогично выбираемое сопротивление групповых и сдоенных реакторов.
Выбранный реактор следует проверить на электродинамическую стойкость и термическую стойкость при протекании через него тока КЗ.
Электродинамическая стойкость реактора гарантируется при соблюдении следующего условия:
где – ударный ток при трех фазном КЗ за реактором;
– ток электродинамической стойкости реактора, т.е максимальный ток (амплитудное значение), при котором не наблюдается остаточная деформация обмоток:
Термическая стойкость реактора характеризуется заводом изготовителем величиной tТ временем термической стойкости
Поэтому условие термической стойкости реактора имеет вид:
где – расчетный тепловой импульс тока при КЗ за реактором.
При соблюдении указанного условия нагрев обмотки реактора при КЗ не будет превышать допустимого значения.
Необходимо также определить остаточное напряжение на шинах:
Значение по условиям работы потребителей должно быть не менее 65 %.
Потеря напряжения при протекании максимального тока в нормальном режиме работы определяется по формуле:
Функция "чтения" служит для ознакомления с работой. Разметка, таблицы и картинки документа могут отображаться неверно или не в полном объёме!
Методы ограничения токов короткого замыкания
1. Координация токов КЗ в современных энергосистемах
3. Сдвоенные реакторы
4. Выбор реакторов
Введение Короткими замыканиями (КЗ) называют замыкания между фазами (фазными проводниками электроустановки), замыкания фаз на землю (нулевой провод) в сетях с глухо - и эффективно-заземленными нейтралями, а также витковые замыкания в электрических машинах.
Короткие замыкания возникают при нарушении изоляции электрических цепей. Причины таких нарушений различны: старение и вследствие этого пробой изоляции, набросы на провода линий электропередачи, обрывы проводов с падением на землю, механические повреждения изоляции кабельных линий при земляных работах, удары молнии в линии электропередачи и др.
Короткие замыкания, как правило, сопровождаются увеличением токов в поврежденных фазах до значений, превосходящих в несколько раз номинальные значения.
Протекание токов КЗ приводит к увеличению потерь электроэнергии в проводниках и контактах, что вызывает их повышенный нагрев. Нагрев может ускорить старение и разрушение изоляции, вызывать сваривание и выгорание контактов, потерю механической прочности шин и проводов и т.п. проводники и аппараты должны без повреждений переносить в течение заданного расчетного времени нагрев токами КЗ, т. е. должны быть термически стойкими.
Протекание токов КЗ сопровождается также значительными электродинамическими усилиями между проводниками. Для защиты токоведущих частей и их изоляции то разрушения принимаются необходимые меры.
1. Координация токов КЗ в современных энергосистемах Рост генераторных мощностей современной энергосистем, создание мощных энергообъединений, увеличение мощностей нагрузок приводят с одной стороны, к росту электровооруженности и производительности труда, к повышению надежности и устойчивости электроснабжения, а с другой – к существенному повышению токов КЗ.
Максимальный уровень токов КЗ для сетей 35 кВ и выше ограничивается параметрами выключателей трансформаторов, проводников и других электрооборудований, условиями обеспечения устойчивости энергосистемы, а в сетях генераторного напряжения, в сетях собственных нужд и в распределительных сетях 3 – 20 кВ — параметрами электрических аппаратов и токопроводов, термической стойкостью кабелей, устойчивостью двигательной нагрузки.
Таким образом, уровень тока КЗ, повышающийся в процессе развития современной электроэнергетики, имеет в своем росте ряд ограничении, которые необходимо учитывать. Конечно, аппаратуру и электрические сети можно усилить в соответствии с новым уровнем токов КЗ, перс вести на более высокое напряжение, однако это в ряде случаев приводи к таким экономическим и техническим трудностям, что себя не оправдывает.
В настоящее время разработан комплекс мер, который позволяет регулировать уровни токов КЗ, ограничивать их при развитии электроустановок. Однако применение таких средств не является самоцелью и оправданно только после специального технико-экономического обоснования.
Наиболее распространенными и действенными способами ограничения токов КЗ являются: секционирование
Методы ограничения токов короткого замыкания Содержание Введение 1. Координация токов КЗ в современных энергосистемах 2. Реакторы7 3. Сдвоенные реакторы 4. Выбор реакторов Заключение Список литературы Введение Короткими замыканиями (КЗ) называют замыкания между фазами (фазными проводниками электроустановки), замыкания фаз на землю (нулевой провод) в сетях с глухо - и эффективно-заземленными нейтралями, а также витковые
замыкания в электрических машинах. Короткие замыкания возникают при нарушении изоляции электрических цепей. Причины таких нарушений различны: старение и вследствие этого пробой изоляции, набросы на провода линий электропередачи, обрывы проводов с падением на землю, механические повреждения изоляции кабельных линий при земляных работах, удары молнии в линии электропередачи и др. Короткие замыкания, как правило,
сопровождаются увеличением токов в поврежденных фазах до значений, превосходящих в несколько раз номинальные значения. Протекание токов КЗ приводит к увеличению потерь электроэнергии в проводниках и контактах, что вызывает их повышенный нагрев. Нагрев может ускорить старение и разрушение изоляции, вызывать сваривание и выгорание контактов, потерю механической прочности шин и проводов и т.п. проводники и аппараты должны без
повреждений переносить в течение заданного расчетного времени нагрев токами КЗ, т. е. должны быть термически стойкими. Протекание токов КЗ сопровождается также значительными электродинамическими усилиями между проводниками. Для защиты токоведущих частей и их изоляции то разрушения принимаются необходимые меры. 1. Координация токов КЗ в современных энергосистемах Рост генераторных мощностей современной энергосистем,
создание мощных энергообъединений, увеличение мощностей нагрузок приводят с одной стороны, к росту электровооруженности и производительности труда, к повышению надежности и устойчивости электроснабжения, а с другой – к существенному повышению токов КЗ. Максимальный уровень токов КЗ для сетей 35 кВ и выше ограничивается параметрами выключателей трансформаторов, проводников и других электрооборудований, условиями
Рост генераторных мощностей современных энергосистем, создание мощных энергообъединений, увеличение мощностей нагрузок приводят к существенному повышению уровней токов короткого замыкания.
В настоящее время разработан комплекс мер, который позволяет регулировать уровни токов КЗ, ограничивать их при развитии электроустановок. Наиболее распространенными и действенными способами ограничения токов КЗ являются: секционирование электрических сетей; установка токоограничивающих реакторов; широкое использование трансформаторов с расщепленными обмотками низшего напряжения.
Первый способ является эффективным средством, которое позволяет уменьшить уровни токов КЗ в реальных электрических сетях в 1,5 – 2,0 раза. Пример секционирования электроустановки показан на рисунке.
Секционирование электрической сети обычно влечет за сбой увеличение потерь электроэнергии в линиях электропередачи и трансформаторах в нормальном режиме работы, т.к. распределение
потоков мощности при этом может быть неоптимальным. По этой причине решение о секционировании должно приниматься после специального технико-экономического обоснования.
Следующий способ - это установка реакторов. Реакторы служат для ограничения токов КЗ в мощных электроустановках, а также позволяют поддерживать на шинах определенный уровень напряжения при повреждениях за реакторами.
Реактор представляет собой индуктивную катушку, не имеющую сердечника из магнитного материала. Благодаря этому он обладает постоянным индуктивным сопротивлением, не зависящим от протекающего тока. На схеме реактор обозначается таким же образом как и на рисунке.
Основным параметром реактора является его индуктивное сопротивеление:
Основная область применения реакторов – электрические сети напряжением 6 -10 кВ. Иногда токоограничивающие реакторы используются в установках 35 кВ и выше, а также при напряжении ниже 1000 В.
Для случаев, когда требуются значительные ограничения токов КЗ, разрабатывают специальные более сложные устройства, так называемые БТУ – безинерционые токоограничивающие устройства.
Выбор реакторов: Ректоры выбираю по номинальным напряжению, токо и индуктивному сопротивлению.
Ø Номинальное напряжение выбирают в соответствии с номинальным напряжение установки. При этом предполагается, что реакторы должны длительно выдерживать максимальные рабочие напряжения, которые могут иметь место в процессе эксплуатации.
Ø Номинальный ток реактора не должен быть меньше максимального длительного тока нагрузки цепи, в которую он включен:
Ø Индуктивное сопротивление реактора определяют, исходя из условий ограничения тока КЗ до заданного уровня. В большинстве случаев уровень ограничения тока КЗ определяется по коммутационной способности выключателей, намечаемых к установке или установленных в данной точке сети.
Расчет токов короткого замыкания с учетом влияния мощных двигателей
Если в короткозамкнутой цепи подключены мощные двигатели, то при коротком замыкании двигатель по инерции продолжает вращаться и переходит в генераторный режим, что подпитывает точку короткого замыкания дополнительным током. Влияние двигателей учитывается при мощности двигателя более 100 кВт. Ток подпитки двигателей: Iпд = 4,5Iнд
25 Действие токов короткого замыкания
Электродинамическое действие токов кз: при коротком замыкании по токоведущим частям проходят токи переходного режима, вызывая сложное усилие в шинах конструкциях и аппаратах электрических установок. Эти усилия изменяются во времени по значению, направлению и имеют колебательный характер.
Термическое действие токов КЗ: токи КЗ вызывают нагрев токоведущих частей, значительно превышающий нормальный. Чрезмерное повышение температуры может привести к выжиганию изоляции, разрушению контактов и даже их расплавлению, несмотря на кратковременность процесса КЗ. После отключения поврежденного участка прохождение тока КЗ прекращается, токоведущие части охлаждаются.
Расчет и выбор шин
1. Определим ток расчетный.
Iрас = Р / (√3 × Uн × cosj)
2. Выбираем шины марки АТ – h*b
3. Проверяем выбранные шины на динамическую устойчивость к токам к.з.
3.1. Определяем усилие, действующие на среднюю фазу при трехфазном к.з.
F = 1,76 × iуд 2 × (l/a) × 0,1, Н
3.2. Определяем изгибающий момент
3.3. Определим момент инерции
W = (h 2 b) / 6 - плашмя, см 3
W = (hb 2 ) / 6 - на ребро, см 3
3.4. Определяем расчетное напряжение, возникшее в средней шине
sрас £ sдоп – условие динамической устойчивости шин.
sдоп = 65 МПа для шин алюминиевых прямоугольного сечения.
4. Проверяем выбранные шины на термическую устойчивость к токам к.з.
Sмин = (Iк × √tп) / c tп= Ik√tп/с
Задачи для самопроверки
Задача 1Выбрать материал и сечение шин для РУ - 10 кВ,
l =900 мм, а=260мм, нагрузка шин Р=8500 кВт, cos φ=0.85, Iк=15 кА, tп=0.4 с. Проверить шины на устойчивость к токам К.З. Расшифровать марку шин.
Задача 2Выбрать сечение шин и проверить их на устойчивость к токам К.З. Sмак=12100 кВА, l =1350 мм, а=350 мм, Uном=10 кВ, Iк=2.3 кА, tп=0.1 с. Расшифровать марку шин.
Задача 3Выбрать шины, расшифровать марку, проверить на устойчивость к токам К.З. Sмак=20 MBA, Uном=6 кB, iy=40 кA, tп=1 с, l=900 мм, а=260 мм.
Задача 4 Выбрать шины, расшифровать марку, проверить на устойчивость к токам К.З. Sмак=12 MBA, Uном=10 кВ, Iк=10 кА, tп=0.12 с, l=1000 мм, а=350 мм.
Задача 5 Выбрать шины, расшифровать марку, проверить на устойчивость к токам К.З. Sмак=16000 кBA, Uном=10 кВ, Iк=8,7 кА, tп=0.5 с, l=900 мм, а=260 мм.
Задача 6 Выбрать шины, расшифровать марку, проверить на устойчивость к токам К.З. Sмак=14 MBA, Uном=6 кВ, Iк=11 кА, tп=0.7 с,
l=1350 мм, а=350 мм.
Расчет многополосных шин
При токе более 2070А применяют многополосные шины, которые фиксируются в пакете с помощью прокладок, количество зависит от числа полос в пакете. Если шины трех полосные, то длина пролета делится на 3. При определении механического напряжения учитывают дополнительное усилие, возникающие от взаимодействия шин в пакете.
Формула механического напряжения для многополосных шин
Задачи для самопроверки
Вариант 1
1. Как определить расположение шин на изоляторах.
2. iуд > Iк , почему проверку на термическую устойчивость ведут не по iyд , а по Iк?
3. Формула для определения усилия действующего на среднюю шину при 3 фазном к.з.
4. Укажите длительно допустимую температуру шин.
5. Ipac = 2700 А. Выберите шины.
Вариант 2
1. Что означает динамическая устойчивость к токам к.з.?
2. Формула для определения момента инерции при расположении шин "плашмя".
3. Что означает "ℓ" , откуда оно берется?
4. Ipac = 2300 А. Выберите шины.
5. Что дает расположение шин "плашмя"?
Вариант 3
1. Что означает термическая устойчивость к токам к.з.?
2. Что означает "а", откуда оно берется?
3. Условие динамической устойчивости токоведущих частей к токам к.з.
4. Формулы изгибающего момента при различном количестве ячеек в РУ.
5. Ipac = 3500 А. Выберите шины.
Вариант 4
2. Что дает расположение шин на "ребро"?
3. Записать марку шин и расшифровать.
4. Iрас= 330 А. Выберите шины.
5. Условие термической стойкости шин к токам к.з. (пояснить).
Вариант 5
1. Как определить расположение шин на изоляторах.
2. iуд > Iк , почему проверку на термическую устойчивость ведут не по iyд , а по Iк?
3. Формула для определения усилия действующего на среднюю шину при 3 фазном к.з.
4. Укажите длительно допустимую температуру шин.
5. Ipac = 2700 А. Выберите шины.
Вариант 6
1. Что означает динамическая устойчивость к токам к.з.?
2. Формула для определения момента инерции при расположении шин "плашмя".
3. Что означает "ℓ" , откуда оно берется?
4. Ipac = 2300 А. Выберите шины.
5. Что дает расположение шин "плашмя"?
Вариант 7
1. Что означает термическая устойчивость к токам к.з.?
2. Что означает "а", откуда оно берется?
3. Условие динамической устойчивости токоведущих частей к токам к.з.
4. Формулы изгибающего момента при различном количестве ячеек в РУ.
5. Ipac = 3500 А. Выберите шины.
Коэффициент мощности
Коэффициент мощности (cosj) показывает какая часть выработанной мощности расходуется на создание полезной работы.
Коэффициент мощности является комплексным показателем, характеризующим линейные и нелинейные искажения, вносимые нагрузкой в электросеть. Равен отношению активной и полной мощностей P/S (Вт/ВА), потребляемых нагрузкой. Типовые значения коэффициента мощности : 1 - идеальное значение; 0.95 - хороший показатель; 0.9 - удовлетворительный показатель; 0.8 - плохой показатель; 0.7 - компьютерное оборудование; 0.65 - двухполупериодный выпрямитель. При наличии только гармонических искажений коэффициент мощности равен косинусу угла сдвига между током и напряжением и бывает двух видов: опережающий и отстающий. При наличии только нелинейных искажений тока коэффициент мощности равен доле мощности первой гармоники тока в общей активной мощности, потребляемой в нагрузку.
Р – активная мощность. Преобразуется в тепловую, световую, механическую энергию и энергию
химических реакций. Малая часть активной мощности создает тепловые потери.
Q – реактивная мощность. Расходуется на создание электрических и магнитных полей. Реактивная мощность возникает в цепях переменного тока и может быть индуктивного и емкостного характера.
Основные потребители реактивной мощности: асинхронные двигатели, трансформаторы, реакторы, индукционные печи.
На электростанции установлены 2 генератора Sг=60 МВА Потребитель работает с cosjд=0,6, cosjв=0,8, а возможный cosjв=0,8
Вывод: т.е при действительном cosj полезная мощность будет меньше чем при возможном при расходовании одного и того же количества топлива
© 2014-2022 — Студопедия.Нет — Информационный студенческий ресурс. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав (0.013)
Читайте также: