Херметичен ефект на токовете на късо съединение. Действие на токовете на късо съединение. Топлинен ефект на токовете на късо съединение

8. Изчисляване на топлинния ефект на токовете на късо съединение и изпитване на електрическо оборудване за топлинна устойчивост по време на късо съединение

8.1. Общи положения

8.1.1. За да се тестват проводници и електрически устройства за термично съпротивление по време на късо съединение, не само първоначалната проектна диаграма и проектната точка на късо съединение, но също така проектният тип на късо съединение и очакваната продължителност на късо съединение трябва първи да бъдат избрани.

Изчисленият тип късо съединение при проверка на проводници и електрически устройства на електрически инсталации с напрежение 110 kV и повече е трифазно или еднофазно късо съединение, в електрически инсталации над 1 kV до 35 kV - трифазно късо съединение верига, а в електрически инсталации на електроцентрали с генераторно напрежение - трифазно или двуфазно късо съединение, в зависимост от това кое води до по-голямо топлинно въздействие.

Очакваната продължителност на късо съединение при изпитване на проводници и електрически устройства за термично съпротивление по време на късо съединение трябва да се определи чрез добавяне на времето на действие на главния релейна защита, чиято зона на покритие включва проверяваните проводници и устройства и общото време на изключване на превключвателя, който е най-близо до мястото на повредата, а при проверка на кабелите за незапалимост - чрез добавяне на времето на работа на резервната релейна защита и общото време на изключване на съответния ключ.

Ако има устройство за автоматично повторно затваряне (ARD), трябва да се вземе предвид общият топлинен ефект на тока на късо съединение.

8.1.2. При изчислена продължителност на късо съединение до 1 s, процесът на нагряване на проводниците под действието на ток на късо съединение може да се счита за адиабатен, а с изчислена продължителност над 1 s и с бавно действащо автоматично повторно затваряне, трябва да се вземе предвид предаването на топлина към околната среда.

8.2. Топлинен ефект на тока на късо съединение. Определяне на Джаулов интеграл и термично еквивалентен ток на късо съединение

8.2.1. Препоръчва се количествено да се оцени степента на топлинно въздействие на тока на късо съединение върху проводници и електрически устройства, като се използва интегралът на Джаул

Където азкъм t - ток на късо съединение в произволен момент от време T, A;

Tизключено - прогнозна продължителност на късо съединение, s.

Количествена оценка на степента на топлинно въздействие на тока на късо съединение може да се направи и с помощта на термично еквивалентния ток на късо съединение азтер.ек, т.е. ток с постоянна амплитуда (синусоидален), който за време, равно на изчислената продължителност на късо съединение, има същия топлинен ефект върху проводника или електрическия апарат като реалния ток на късо съединение за същото време. Този ток е свързан с интеграла на Джаул чрез проста връзка

8.2.2. Интегралът на Джаул може да се определи приблизително като сума от интегралите на периодичните и апериодичните компоненти на тока на късо съединение, т.е.

IN k = IN k.p + IN k.a (8.3)

Където IN kp - Джаулов интеграл на периодичната компонента на тока на късо съединение;

IN k.a е Джаулов интеграл на апериодичния компонент на тока на късо съединение.

8.2.3. Интегралът на Джаул (и термично еквивалентният ток на късо съединение) е сложна функция на параметрите на енергийните източници (генератори, синхронни компенсатори, електродвигатели), конфигурацията на оригиналната проектна верига, позицията на проектната точка на късото съединение - веригата спрямо енергийните източници, отдалечеността й от последните и други фактори. Следователно препоръчителният метод за аналитични изчисления на интеграла на Джаул (термично еквивалентен ток на късо съединение) зависи от характеристиките на изчислителната схема.

Първо, въз основа на оригиналната проектна диаграма трябва да се изготви еквивалентна схема, в която, както при изчисляване на първоначалната стойност на периодичния компонент на тока на късо съединение (вижте параграф 5.2.2), синхронните и асинхронните машини трябва да бъдат представено намалено до основното ниво на напрежение или изразено в относителни единици при избрани основни условия чрез субпреходни съпротивления и субпреходни ЕМП. След това тази верига трябва да се трансформира в най-простата верига, чиято форма зависи от началните условия (вижте параграфи 8.2.4 - 8.2.7), и накрая, в зависимост от получената най-проста верига, като се използва една от формулите по-долу, определяне на интеграла на Джаул или термично еквивалентен ток на късо съединение.

8.2.4. Ако първоначалната проектна схема е произволна, но за всички генератори и синхронни компенсатори изчисленото късо съединение е дистанционно, т.е. съотношението на ефективната стойност на периодичния компонент на тока на всеки генератор (синхронен компенсатор) в началния момент на късо съединение към неговия номинален ток не достига две, след което чрез трансформиране на еквивалентната еквивалентна верига, всички източници на енергия (генератори , синхронни компенсатори и източници на по-отдалечена част от електроенергийната система) трябва да бъдат заменени с един еквивалентен източник, чиято ЕМП се счита за постоянна по амплитуда, а индуктивното съпротивление е равно на полученото еквивалентно съпротивление хот проектната диаграма (вижте фиг. 8.1 , А). В този случай интегралът на Джаул трябва да се определи по формулата

, (8.4)

Където аз ps - ефективна стойност на периодичната съставка на тока на късо съединение от еквивалентен енергиен източник (система), A;

T a.ek - еквивалентна времеконстанта на затихване на апериодичния компонент на тока на късо съединение, s.

Ориз. 8.1. Съответстват най-простите еквивалентни схеми

различни първоначални схеми на проектиране

Термично еквивалентният ток на късо съединение в разглеждания случай е

. (8.5)

В случаите, когато Tизключено ³ 3 T a.ek, интегралът на Джаул и термично еквивалентният ток на късо съединение могат да бъдат определени с помощта на по-прости формули:

; (8.6)

. (8.7)

8.2.5. Ако първоначалната проектна схема съдържа един или повече генератори от същия тип (синхронни компенсатори), и последните са в същите условия спрямо изчислената точка на късо съединение (всички машини или агрегати са свързани към общи шини), и изчислената късо съединение е близо, т.е. ефективната стойност на периодичния компонент на тока на генератора (синхронен компенсатор) в началния момент на късо съединение надвишава неговия номинален ток два или повече пъти, тогава еквивалентната верига също трябва да бъде преобразувана в проста верига, съдържаща полученото еквивалентно съпротивление х g и емф д g (фиг. 8.1 , b), но това ЕМП се променя с времето.

, (8.8)

Където аз p0g - началната ефективна стойност на периодичния компонент на тока на късо съединение от генератора (синхронен компенсатор). А;

T a.d е времеконстантата на затихване на апериодичния компонент на тока на късо съединение от генератора (синхронен компенсатор), s;

Относителен джаул интеграл:

, (8.9)

Където аз p t g - ефективната стойност на периодичния компонент на тока на късо съединение от генератора (синхронен компенсатор) в произволен момент от време, A.

Стойностите на относителния интеграл на Джаул при различни разстояния на изчислената точка на късо съединение от генератора (синхронен компенсатор), т.е. различни съотношения на ефективната стойност на периодичния компонент на тока на машината в началния момент на късо съединение към неговия номинален ток могат да бъдат определени от кривите на фиг. 8.2.

В разглеждания случай термично еквивалентният ток на късо съединение трябва да се определи по формулата

. (8.10)

При Tизключено ³ 3 T a.d за определяне на интеграла на Джаул и термично еквивалентния ток на късо съединение е допустимо да се използват формулите

; (8.11)

. (8.12)

Ориз. 8.2.

8.2.6. Ако първоначалната проектна верига съдържа различни източници на енергия, а изчисленото късо съединение разделя веригата на две независими части, едната от които съдържа енергийни източници, за които късото съединение е отдалечено, а другата - един или повече генератори (синхронни компенсатори), разположени при същите условия спрямо точката Късо съединение и за тази машина или група машини изчисленото късо съединение е близко, тогава еквивалентната еквивалентна верига трябва да се преобразува в двулъчева (фиг. 8.1 , V): всички енергийни източници, за които късото съединение е отдалечено, и елементите, които ги свързват с точката на късо съединение, трябва да бъдат представени под формата на един клон с еквивалентна EMF, постоянна по амплитуда д х s, и машина или група машини, за които късото съединение е близо - под формата на друг клон с променящ се във времето ЕМП д g и съответното еквивалентно съпротивление хЖ .

В този случай интегралът на Джаул трябва да се определи по формулата

(8.13)

където е относителният интеграл на периодичната съставка на тока в мястото на късо съединение, причинено от действието на генератора (синхронен компенсатор):

Стойността на относителния интеграл при намереното разстояние на точката на късо съединение може да се определи от кривите.Такива криви за синхронни генератори с тиристорна независима система на възбуждане са показани на фиг. 8.3.

Ориз. 8.3. Криви за определяне от синхронни генератори

с тиристорна система за възбуждане

В случаите, когато 3 T a.g > Tизключено ³ 3 T a.ek, за определяне на интеграла на Джаул е допустимо да се използва изразът

(8.15)

Ако Tизключено ³ 3 Tа.д., тогава е допустимо да се използва формулата

Термично еквивалентният ток на късо съединение трябва да се определи с помощта на формула (8.2), като се замени предварително намерената стойност в нея INДа се.

8.2.7. Ако първоначалната проектна верига съдържа различни източници на енергия, а изчисленото късо съединение разделя веригата на две независими части, едната от които съдържа енергийни източници, за които късото съединение е отдалечено, а другата - група от подобни електрически двигатели (синхронни или асинхронен), за който късото съединение е близо, тогава еквивалентната еквивалентна верига също трябва да бъде преобразувана в двулъчева (фиг. 8.1 , Ж): всички енергийни източници, за които късото съединение е отдалечено, и елементите, които ги свързват с точката на късо съединение, трябва да бъдат представени като непроменени по амплитуда, еквивалентни на ЕМП дс и полученото еквивалентно съпротивление х s, и група електродвигатели - еквивалентни EMF д d и еквивалентно съпротивление хд.

В този случай интегралът на Джаул трябва да се определи по една от формулите, дадени в параграф 8.2.6, като преди това е заменен в него аз p0g и T a.d със съответните стойности аз p0d и T a.d за еквивалентен електродвигател, както и и - относителни интеграли на еквивалентен електродвигател. Кривите на зависимостта за синхронни и асинхронни електродвигатели при различни съотношения на ефективната стойност на периодичния компонент на тока на еквивалентния електродвигател в началния момент на късо съединение към неговия номинален ток са показани на фиг. 8.4-8.7.

Термично еквивалентният ток на късо съединение трябва да се определи с помощта на формула (8.2), замествайки в нея предварително намерената стойност на интеграла на Джаул INДа се .

В режим на късо съединение тоководещи елементи на електрическа инсталация (шини, кабели и др.) за кратко време на късо съединение T(секунди или части от секундата) се нагряват от ток на късо съединение. от някаква начална температура θ n до температура θ max. Токове на късо съединение много пъти по-високи от токовете в нормален режим, следователно, въпреки кратката продължителност на късото съединение, температурата на проводниците се повишава рязко и θ max става много по-голяма от θ N (фиг. 6.1).Определяне на температурата θ max и нейното сравняване с краткотрайно допустимото θ max допълнително е задача топлинни изчисления за режим на късо съединение

Фиг.6.1 Нагряване на проводника в режим на късо съединение

Малко време Tкъсо съединение ви позволява да извършвате топлинни изчисления по време на късо съединение. без да се отчита преносът на топлина към околната среда през това време. Нека разгледаме нагряването на проводника от периодичната компонента на тока на късо съединение, като засега оставим настрана допълнителното нагряване на неговата апериодична компонента на тока на късо съединение. Такова отделно разглеждане на двата компонента на тока на късо съединение. възможно е това да следва пряко от израза за ефективния ток на късо съединение I късо съединение. :

I 2 k.z = I 2 p t + I 2 при (6.1)

където I at е стойността на апериодичния компонент, а I p t – периодичният компонент.

Енергията, изразходвана за нагряване на проводника с ток t p t, се изразява със закона на Ленц. Тогава първоначалният израз за нагряване на проводника изглежда така:

i 2 n t R np t = C m θ (6.2)

където R np е съпротивлението на проводника, C е специфичният топлинен капацитет на материала на проводника, m е теглото на проводника.

Поради факта, че токът се променя през времето на късо съединение. а топлинният капацитет и съпротивлението на проводника са функция на температурата, първоначалното уравнение за нагряване е диференциално:

i 2 p t ρ o (1+ αθ) dt = s lγc o(1+ β θ)d θ (6.3)

където i p t е моментната стойност на периодичния компонент на късото съединение.

ρ o (1+ αθ) - съпротивление на проводника при температура θ o C, ома

c o(1+ β θ) - специфичен топлинен капацитет на материала на проводника при θ o C , вт. s/y o C

ρ o и c o– специфично съпротивление и топлинен капацитет при 0 o C

α и β температурни коефициенти на изменение ρ и ° С

с л –обем на проводника, cm 3; γ – победи тегло на материала на проводника, g/cm3

След като разделихме променливите и пренаредихме коефициентите, пренаписваме уравнението, както следва:

Dt = Да се d θ (6.4)

Където Да се = γ

По време на времето на късо съединение t, температурата на проводника се покачва от първоначалната стойност θ n до θ max на крайната стойност, следователно и двете страни на уравнението трябва да бъдат интегрирани в определените граници:

Законът за промяна на стойността i p t във времето е доста сложен, поради което интегрирането на тази функция се извършва чрез заместване на области (интеграли). Фиг.6.2. илюстрира този метод.∞

Фиг.6.2 Графика за определяне на фиктивното време на периодичния компонент.

На графиката на фиг. 6.2 площта на OABC, съответстваща на времето на късо съединение. T равна на топлината от тока на късо съединение. по време на T, тези.

площ OABC = dt

Същото количество топлина може да се генерира от постоянен (постоянен) ток на късо съединение. I 2 ∞, но за различно време T fp. Това време може да се намери чрез конструиране на правоъгълник ODEF с еднаква площ. За определяне T FP в известно време T според изчислените криви на тока на късо съединение. изградена зависимост T fп =f (λ) (фиг. 6.3), а λ = I” / I∞. Така интегралът може да се изчисли като:

T fp (6,6)

Фиг.6.3 Криви за определяне на фиктивно време

Топлината, генерирана от апериодичния компонент на тока на късо съединение. i и t се определя от уравнението, подобно на уравнение 6.6:

t f.a. (6,7)

където t f.a. – време, през което установеният ток на късо съединение ще отдели същото количество топлина като апериодичния компонент на тока на късо съединение. по време на късо съединение t.

Апериодичният компонент се разпада с времевата константа на веригата до точката на късо съединение. T a: i a t =√2 аз" о e - t / Ta (6.8)

Където аз о –известна (уравнение 5.9) ефективна стойност на субпреходния компонент на тока на късо съединение. във време, равно на 0. Тази функция се интегрира лесно и в резултат на това стойността на фиктивното време на апериодичния компонент:

t f.a = T a λ 2, (6.9)

където λ = аз о/

Пълно фиктивно време T f = T fp + t f.a

Интегрирането на дясната страна на уравнение 6.5 е сложно и води до тромав израз за определяне на желаната температура θ max. Въз основа на този израз са построени изчислените криви при предположението, че началната температура на проводника θ n =0. Редът, в който се използват кривите, следва от тяхната конструкция. Първо, намерете началната температура на проводника в момента на късо съединение. θ n. :

θ n = θ среда + (θ допълнителна - θ среда) Аз 2 роб / Аз 2 допълнителни (6.10)

където θ на средата е изчислената температура на средата

θ допълнителна – дългосрочно допустима температура на проводника

робувам– работен ток през проводника

аз допълнително– допустим ток през проводника

Стойностите на θ допълнителни са дадени в референтните таблици за избор на шини и кабели. Средата θ се приема за максимално възможна по време на работа (например +40 o C). След като определите началната температура, намерете от кривите (Фигура 6.4) стойността на съответната абциса a n. След това се изчислява t f и се определя абсцисата: a k = a n + t f. Стойността на θ max се определя от стойността на k. След това стойността на θ max се сравнява с θ max. за даден тип проводников материал.

Фиг.6.4 Криви за определяне на температурата на нагряване на проводници при късо съединение.

Поради факта, че продължителността на късото съединение е кратка (не надвишава няколко секунди), за θ maxdop се приемат температури, които са значително по-високи от допустимите температури при продължително нагряване. Взето е предвид, че изолацията на проводниците е в състояние да издържи θ max., без да се компрометира по-нататъшната работа.

За голи проводници (шини на разпределително табло) θ maxdop се взема от условията на механичната якост на материала. Например за голи медни шини θ maxdop = 300 o C.

Проводници, защитени с предпазители, не трябва да се проверяват за термична стабилност, както и проводници, защитени с токоограничаващи превключватели и прекъсвачи, без специално въведено времезакъснение при задействане.

Селективните прекъсвачи (вериги с регулируемо времезакъснение при изключване на късо съединение) се проверяват за термична устойчивост съгласно следните условия:

I 2 ¥ t f< (I 2 t) доп. ,

където I ¥ - стабилен ток на късо съединение; t f – фиктивно време на късо съединение;

(I 2 t) добавям. – термична стабилност съгл технически спецификации(референтни данни).

ЕЛЕКТРОДИНАМИЧНО ДЕЙСТВИЕ ТОК К, В,

Когато тече ток азвъв веригата в последния възниква електродинамична сила Е, склонни да деформират контура (фиг. 6.5). При постоянна стойност на тока нарастването на енергията на полето Укогато контурът е деформиран в посока хравна на работата, извършена от електромагнитната сила Еза същия период от време.

dW = Fdx(6.11)

Където х- координата на посоката на силата.

Уравнение 6.11 се нарича уравнение на Максуел.

Ориз. 6.5 Действието на електродинамичните сили върху тоководеща верига.

Магнитна енергия Увъв верига с индуктивност Ли токов удар азсе определя от добре познатия израз:

Е = (6.13)

С две вериги с индуктивности L 1 и L 2 испоред теченията аз 1 и аз 2и взаимна индуктивност Менергия на магнитното поле Усе определя от израза:

W= L 1 и 2 1 + L 2 i 2 2 + M i 1 i 2(6.14)

Електродинамична сила, стремяща се да промени относителната позиция на твърди вериги ( L 1 = const; L 2 = const) е равно на:

F = i 1 i 2 (6.15)

Взаимна индуктивност (H) на два успоредни проводника, разположени в една и съща равнина на разстояние много по-малко от тяхната дължина.

М= 2л(вътре - 1)10 -7 Hn (6.16)

dM/dx = dM/da = (2l/a) 10 -7 (6.17)

И F = (2i 1 i 2 l / a) 10 -7 N (6.18)

Тази формула се използва за определяне на силата на взаимодействие между шините на разпределителните устройства по време на преминаването на токове на късо съединение.

Когато изчисляваме механичната якост на шините в режим на късо съединение, ние изхождаме от предположението, че шината на всяка фаза е греда с много участъци, свободно лежаща върху твърди опори и под въздействието на равномерно разпределено натоварване. Шинопроводи за разпределителни табла. отговарят на изискванията за електродинамична стабилност, ако стойността на максималното проектно напрежение в шината е по-малка или равна на максимално допустимото напрежение, т.е. σ изч. ≤ σ добавяне.

а) намаляване на големината на тока на късо съединение;

б) увеличаване на разстоянието между осите на гумите;

в) намаляване на дължината на обхвата между опорните изолатори;

г) промени в размера на секцията на гумата.

Максималното напрежение в шината, когато гумите са разположени плоски, се определя от съотношенията:

Когато броят на участъците е повече от два

σ изч. = (1,06 K f i 2 r L 2 / a h 2 b) * 10 -10, kPa (6.19.)

с брой педя, равен на две

σ изч. = (1,33 K f i 2 r L 2 / a h 2 b) * 10 -10, kPa (6,20)

Когато гумите са разположени съгласно фиг. 6.6 a. максимално напрежение

в автобуса е равно на: .

σ изч. = (1,06 K f i 2 r L 2 / a h b 2) * 10 -10, kPa (6,21)

с броя на обхватите, равен на две,

σ изч. = (1,33 K f i 2 r L 2 / a h b 2) * 10 -10, kPa (6,22)

където i r е общият ударен ток на късо съединение;

a - разстояние между фазовите оси, cm, обикновено a = 6......7 cm

L - дължина на обхвата, cm, обикновено L = 60 cm;

h - височина на гумата, cm;

b - дебелина на гумата, cm;

Kf - коефициент на форма на гумата, определен от кривите, представени на фиг. 6.7

Ориз. 6.6 Подреждане на автобуси с един участък

Ориз. 6.7 Зависимост на форм-фактора на гумата от относителната позиция и конфигурация.

Прекъсвачите се проверяват за електродинамична устойчивост срещу ударен ток на късо съединение. докато превключвателят се изключи. В допълнение към динамичното съпротивление, селективните (генераторни) прекъсвачи се тестват и за максимална мощност на прекъсване.

Максималната мощност на прекъсване се определя от допустимата стойност на тока в момента на разминаване на контактите. Условия за изпитване на динамично съпротивление:

аз бия калк.< i уд. доп. ;

за капацитет на прекъсване:

Аз не изчислявам.< I t доп,

където победих. калк. – изчислен ударен ток на късо съединение. за точката, избрана за проверка на машината; аз бия добавете. – допустима стойност на ударния ток на късо съединение. машина; I t изчислен – изчислена ефективна стойност на тока на късо съединение. в момента на разминаване на дъгогасителните контакти (съответстващи на настройката на времето); Освен това, е допустимата ефективна стойност на тока на прекъсвача в момента на разминаване на дъгогасителните контакти.

Електродинамичен ефект на токовете на късо съединение.

По време на късо съединение, в резултат на възникване на ударен ток на късо съединение в шини и други конструкции на разпределителната уредба, възникват електродинамични сили, които от своя страна създават огъващ момент и механично напрежение в метала. Последното трябва да бъде по-малко от максимално допустимите напрежения за даден метал

Според литературата допустимото проектно напрежение за алуминий е 80 MPa.

Електродинамичната сила на ударния ток на късо съединение в трифазно късо съединение се определя от силата на взаимодействие между проводниците, когато ударният ток протича през тях.

където е ударният ток в точки K1, K2, kA,

Разстояние между изолаторите на една фаза mm,

Разстояние между проводниците на съседни фази, mm

За камери KSO-366: mm; мм

Нека изчислим силата на взаимодействие между AT 15x3 шини от страна на 10 kV, използвайки формула (62):

Нека разгледаме гумата като равномерно натоварена греда и изчислим огъващия момент, създаден от ударния ток

където е силата на взаимодействие, N

Разстояние между гумите, m

Огъващ момент

За да се определи механичното напрежение в метала, е необходимо да се изчисли моментът на съпротивление, като се вземе предвид местоположението на гумите. Гумите могат да се поставят плоски или на ръба.

Фигура 2.5.1.1. Плоско поставяне на гуми

Фигура 2.5.1.2 Подреждане на гумите по ръба

В моя курсов проект гумите са поставени плоски. В този случай моментът на съпротивление се определя от формулата

къде е съпротивителният момент,

Ширина на гумата, см,

Дебелина на гумата, см

Нека да определим проектното напрежение в гумите:

От условията виждаме, че гумите с марка AT (15x3) са тествани за електродинамично съпротивление. По същия начин ще проверим правоъгълни автобуси на марката AT (15x3) от страна на 0,4 kV.

Нека изчислим силата на взаимодействие между AT шини (15x3) от страна на 0,4 kV, (63)

Нека изчислим огъващия момент, създаден от ударния ток (64):

Да определим проектното напрежение в гумите (62):

От теста виждаме, че гумите с марка AT (15x3) са тествани за електродинамично съпротивление.

Топлинен ефект на токовете на късо съединение

По време на късо съединение частите под напрежение, включително кабелите, могат да се нагреят до температура, значително по-висока от тази при нормална работа.

При проверка за термично съпротивление се проверява напречното сечение на кабела или шините по формулата:

където VC е топлинният импулс,

st - коефициент в зависимост от материала на проводника, взет съгласно PUE: st = 85 за алуминиеви проводници; st = 88 за медни жила

Нека първо определим топлинния импулс:

VK = ·t изключено, (68)

където I pk е периодичният компонент на тока, I pk = I pk1 = kA = 2350 A

t изкл. - време за изключване в случай на късо съединение,

t изключено = t изключено.. + t включено, (69)

където t е изключено - време на работа на превключвателя; s, t изкл. =0,2 s,

t z - времето за реакция на защитата; s, t s = 1.1s

t изключено = 0,2 + 1,1 = 1,3s

Нека определим топлинния импулс за въздушната линия и шините от страната 10 kV (68):

V k1 = 1,3 = 7179250

Да определим минималното напречно сечение на марката ASBG CL (3x16) (67):

F min == 31,52 mm²

Според условията на изпитване за термична устойчивост, избраното напречно сечение на марката CL

ASBG (3x16) трябва да бъде по-голямо или равно на минималното проектно напречно сечение

F min S допълнително (70)

31,52 mm² 16 mm²

От условието виждаме, че избраното напречно сечение на кабелната линия на марката ASBG (3x16) не преминава, така че го избираме отново към по-голямо напречно сечение на марката ASBG (3x35):

30,72 mm² 35 mm²

От условието виждаме, че избраният участък от кабелната линия на марката ASBG (3x35) преминава

Нека определим минималното напречно сечение на гума AT 15x3 (66):

F min == 31,52 mm²

Проверяваме условие (70):

31,52 mm² 45 mm²

От условието виждаме, че правоъгълните шини от страната 10 kV на марката AT (15x3) преминават

Ще проведем теста от страна на 0,4 kV чрез сравняване на температурите; за това ще изготвим таблица 2.5.2.1 параметри на тоководещи части

Таблица 2.5.2.1 Параметри на части под напрежение

За да проверим CL AAB 2 (4x25) за термично съпротивление от ниската страна, ще изясним температурата на нагряване в нормален режим на работа, т.к. Токът на отопление не съвпада с дългосрочно допустимия ток.

n= 0 +(допълнително n - 0) · () 2 ; (71)

n=15+(65-15) () 2 = 15.69°C

Нека определим топлинния еквивалент за нормална работа съгласно графика на фиг. 3.13 литература

An=0,12 10 4 A 2 S/mmI

Нека определим действителното време на протичане на тока на късо съединение

т истински = t in + t in, (72)

където t е изключено - време на работа на превключвателя; с,

t z - времето за реакция на защитата; с

t акт = 0.2+1.1=1.3s

Нека определим намаленото време на апериодичния компонент на тока на късо съединение

t pr.a = 0,003 · ", (73)

където "=; защото Ipko= Ipk, означава „=1

t pr.a = 0,003·1= 0,003 s

Нека определим намаленото време на периодичния компонент на тока на късо съединение съгласно фигура 3.12 в литературата: t pr.p = 0,85 s

Нека определим общото намалено време:

t pr = t pr + t pr.p (74)

t pr = 0,003+0,85 = 0,853 s

Нека определим топлинния еквивалент за късо съединение:

A k = A n +, (75)

A k = 0,12 · 10 4 += 0,205 · 10 4 A 2 s/mmI,

следователно температурата на нагряване е 30C

Трябва да бъде изпълнено следното условие:

Условието е изпълнено, следователно CL преминава през термично съпротивление.

Нека проверим гумите за термична устойчивост:

За да проверим правоъгълна гума от марката AT (15x3) за термично съпротивление от ниската страна, ще изясним температурата на нагряване в нормален режим на работа, т.к. Токът на нагряване не съвпада с дългосрочно допустимия ток (71):

n=25+(88-25) () 2 = 48.69°С

Нека определим топлинния еквивалент за нормална работа съгласно графика на фиг. 3.13 литература, An=0.38 10 4 A 2 C/mmI

Нека определим топлинния еквивалент за късо съединение (75):

A k = 0,38 10 4 += 0,76 10 4 A 2 s/mmI,

следователно температурата на нагряване е 110C

Условие (76) трябва да бъде изпълнено:

Условието е изпълнено, следователно гумите на марката AT (15x3) са термично устойчиви.

При протичане на ток на късо съединение температурата на проводниците и тоководещите части на електрическите устройства се повишава. Тъй като токът на късо съединение значително надвишава работния ток, нагряването може да достигне опасни стойности, надвишаващи най-високите допустими температури. Критерият за термично съпротивление на проводниците е допустимата температура на нагряване от токове на късо съединение.

Степента на термично въздействие на тока на късо съединение върху проводници и електрически устройства се получава с помощта на интеграла на Джаул: ,

Където аз към– ток на късо съединение в произволен момент от време T, A; t до– прогнозна продължителност на късо съединение, s.

Термично еквивалентен ток на късо съединение I ter– ток с постоянна амплитуда (синусоидален), който за време, равно на изчислената продължителност на късо съединение, има същия термичен ефект върху проводника или електрическия апарат, както реалният ток на късо съединение за същото време. Този ток е свързан с интеграла на Джаул чрез връзката: .

Определянето на температурата на нагряване на проводниците в момента на изключване на късото съединение се извършва с помощта на криви в зависимост от температурата на нагряване на проводниците θ от размера А(константа на интегриране).

Процедурата за определяне на температурата на нагряване на проводника е следната:

– въз основа на началната температура на проводника θ nнамерете стойността на количеството от кривата A nпри тази температура;

– определяне на стойността на Джаулов интеграл VCпри проектни условия на късо съединение;

– намерете стойността на A k, съответстваща на крайната температура на нагряване на проводника: , и за стоманено-алуминиеви проводници С– площ на напречното сечение на алуминиевата част на проводника;

– според намерената стойност на количеството A къмС помощта на кривата се определя температурата на нагряване на проводника в момента на изключване на късото съединение θ към . .

Електродинамичен ефект на токовете на късо съединение

Два проводника с токове аз 1И аз 2опит механично въздействиепомежду си. Изразява се в привличане на проводниците един към друг или в отблъскване един от друг. Това явление се обяснява с взаимодействието на магнитни полета, възникващи около проводници с токове.

Ако проводниците са разположени успоредно на разстояние Аедин от друг и разстоянието л, при което те вървят успоредно един на друг, е значително по-голямо от разстоянието между проводниците А, след това магнитна индукция Б 1, създадени от ток аз 1в точките, където се намира вторият проводник: ,Където μ – относителна магнитна проницаемост на въздуха; μ 0 – магнитна проницаемост на вакуум, H/m.

Силата между проводниците е: .

Когато фазите са разположени в една и съща равнина, проводниците на външната и средната фаза са в различни условия. За да се определи най-голямата сила, действаща върху определена фаза на разглежданата система, е необходимо да се сравнят силите, действащи върху крайната и средната фаза. В най-тежки условия е средната фаза, която трябва да бъде фазата на проектиране при изпитване на електродинамичното съпротивление на трифазни системи.

Силите на взаимодействие между проводниците на фазите на трифазна система се определят от уравненията:

;

;

.

За отдалечени къси съединения съотношението на двуфазните и трифазните токове на повреда ще бъде:

следователно силата на взаимодействие между проводниците по време на двуфазно късо съединение е по-малка от силите, действащи върху проводниците по време на трифазно късо съединение. По този начин изчисленият тип късо съединение при изпитване на проводници и електрически устройства за електродинамично съпротивление е трифазно късо съединение.

Взаимодействието на проводниците при работни токове по правило е незначително. По време на късо съединение най-големите електродинамични сили Еопределя се от стойността на ударния ток на късо съединение.

При устройства за проверка за термично и електродинамично съпротивление се съставя таблица за сравняване на паспортните данни с изчислените стойности на възможния процес на късо съединение.

Пример за избор на прекъсвач 10 kV

Показатели за качество на електроенергията.

Формирането на принципите за регулиране на режимите се основава на определени изисквания за качеството на електрическата енергия. Такива изисквания са формулирани в междудържавния стандарт ГОСТ 13109-97.

Качеството на електроенергията се характеризира с качеството на честотата на напрежението променлив токи качество на напрежението.

За оценка на качеството на честотата е установен един индикатор - честотно отклонение, което се разбира като бавни плавни промени в честотата (по-малко от един процент в секунда) спрямо нейната номинална стойност: Δf = f – f ном

Причината за отклонението на честотата е дисбаланс на генерираната и консумираната активна мощност в електроенергийната система. Стандартът установява съответно нормално допустими и максимално допустими стойности на отклонение на честотата δf норми= ±0,2 Hz и δf пре= ±0,4 Hz.

Качеството на напрежението се оценява по няколко показателя, повечето от които също се характеризират с приемливи стойности.

Отклонение на напрежението: .

Оценяват се колебанията на напрежението обхват на промяна на напрежението: ,

Където U i , U i +1– стойности на следващите един след друг екстремуми на обвивката на стойностите на амплитудното напрежение.

Несинусоидално напрежениехарактеризиращ се с разлика във формата на кривата на напрежението от синусоидална. Тя се определя количествено коефициент на изкривяване на синусоидалната крива на напрежението: ,

Където U(n) i – ефективна стойност на напрежението нта хармонична за азто наблюдение.

Асиметрия на напрежениетохарактеризиращ се с разлики в стойностите на напрежението в различни фази. Причинява се от неравномерното свързване на еднофазни електрически приемници във фази.Асиметрията на напрежението се характеризира количествено коефициенти на асиметрия на напрежението за отрицателни и нулеви последователности

; ,

Където U 2(1) i е ефективната стойност фаза към фаза на напрежението на отрицателната последователност на основната честота на трифазната система на напрежение в i-то наблюдение; U0(1) i – ефективна стойност на напрежението на нулевата последователност на основната честота; U nom– номинално междуфазно напрежение.

Регулиране на напрежението

Способността за регулиране и промяна на напрежението се определя от устройствата за превключване под товар (регулиране под товар) и комутационни устройства без товар (невъзбудено превключване). Трансформатори с PBB 10/0,4 kV в момента се произвежда с основен и четири допълнителни клона.

Характеристиките на регулируемите трансформатори са посочени под формата на максимален брой положителни и отрицателни регулируеми клонове спрямо главния извод на намотката HV, като се посочва стъпката на коефициента на трансформация Δk Твъв формата ± n×Δk t. Например за стъпален превключвател под товар: ±6×1,5%, ±8×1,5%, ±10×1,5%, ±9×1,78%, ±12×1%; за PBB: ±2×2,5%.

Промяната на коефициента на трансформация се постига чрез промяна на броя на крановете (завоите) на една от намотките. За трансформатори с регулиране на напрежението, по-специално стъпални превключватели под товар, коефициентът на трансформация трябва да съответства на действителната позиция на превключвателя за неговия n-ти клон:

.

Контролът на коефициентите на трансформация на трансформаторите се извършва с цел осигуряване и регулиране на определени условия на напрежение. Ако трансформаторите са направени без превключватели под натоварване (какъвто обикновено се случва в мрежи 6-20 kV и в редица електроцентрали), тогава регулирането на техните коефициенти на трансформация обикновено се извършва сезонно. Ако на трансформаторите има превключвател на натоварване, регулирането се извършва, ако е необходимо, ежедневно, в зависимост от промените в товара.

Видове къси съединения в електрическите мрежи

Електрическите мрежи се характеризират с нормални, ненормални и аварийни режими на работа. В нормален режим през всички елементи на мрежата протичат работни токове, които не надвишават допустимите; електричеството се прехвърля от източници на енергия към потребители с нормални изчислени загуби на напрежение и електричество на всички елементи на мрежата. В случай на ненормални условия (например претоварване), електрическата инсталация се оставя да работи за определено време, след което трябва да последва изключване. Аварийният режим на работа се характеризира с рязко изменение на редица параметри (повишаване на тока, намаляване на напрежението) и изисква незабавно изключване на електрическата инсталация.

Повечето от катастрофите в електрически мрежипричинени от късо съединение (късо съединение), чиято основна причина е нарушение на изолацията на части под напрежение. Механични повредиизолация възниква, например, когато изолацията на захранващите кабели е повредена по време на изкопни работи, когато опорите на въздушната линия паднат или проводниците се скъсат. Повреда на изолацията може да възникне при пренапрежения, например поради директни удари на мълния в проводниците на въздушни линии или отворени електрически инсталации. Възможни са и къси съединения поради блокиране на части под напрежение от птици и животни или погрешни действия на персонала.

Когато възникне късо съединение, общ електрическо съпротивление електрическа системанамалява, токовете и ъглите между токовете и напреженията се увеличават, напреженията в отделни частисистемите западат. Токовете на късо съединение могат да надвишават десетки и стотици пъти работните токове на елементите на електрическата инсталация и да достигат десетки хиляди ампера. Появата на авариен режим на късо съединение води до значителни електродинамични (механични) и термични (термични) ефекти върху части под напрежение и електрическо оборудване.

В трифазните променливотокови мрежи има пет основни вида къси съединения (фиг. 4.1): еднофазни, двуфазни, двуфазни към земята, трифазни и трифазни към земята. Ако всички видове къси съединения се приемат за 100%, тогава относителната честота на поява на къси съединения в мрежата е: еднофазни - 65%; двуфазни - 10 %; двуфазни към земя - 20%; трифазен и трифазен към земя - 5%.

Ориз. 4.1.

Еднофазни повреди в система със заземена неутрала възникват, когато изолацията на системната фаза към земята се повреди и са краткотрайни. Под въздействието на напрежението на повредената фаза (на фиг. 4.1 --), протича ток, който достига от голямо значение, тъй като съпротивлението на веригата е малко

Фаза C напрежение на захранването, V;

Еднофазно съпротивление на късо съединение, Ohm.

Големината на еднофазния ток по време на късо съединение на генераторните шини е 1,5 пъти по-висока от тока на двуфазно късо съединение и 2,5 пъти по-висока от тока на трифазно късо съединение. Въпреки това, то може да бъде значително намалено чрез включване на голямо активно или индуктивно съпротивление в заземяващата неутрала N. В резултат на това най-високият възможен еднофазен ток на късо съединение не надвишава трифазния ток на късо съединение.

Еднофазни повреди в система с изолирана неутрала не са

са кратки и следователно извънредни. На фиг. 4.2, a показва диаграма на система с изолирана неутрала. Всяка фаза на системата има определен капацитет спрямо земята, равномерно разпределен по дължината на линията. За да опростим диаграмата, заменяме разпределения капацитет на фазата с капацитета, концентриран в средата на линията. Ако изолацията на една от фазите, например CC, е повредена и тя бъде окъсена със земята, през връзката към земята ще протече ток, който ще се върне в мрежата чрез кондензатори CB и CA. Капацитивното съпротивление между фазите и земята е доста високо, така че токът / като правило не надвишава няколко десетки ампера и има капацитивен характер (). Стойността зависи от напрежението и дължината на мрежата, дизайна на линиите (кабелни или въздушни).

a - схема на система с изолирана неутрала; b -- векторна диаграма на системните напрежения с еднофазно земно съединение

Приблизително токът Ic може да се определи по формулите: за мрежи с въздушни линии

за мрежи с кабелни линии

U -- линейно напрежение на мрежата, kV;

l-- дължина на електрически свързани мрежови линии с дадено напрежение, км.

От векторната диаграма (фиг. 4.2, b) става ясно, че когато една фаза е затворена към земята, неутралното напрежение се увеличава спрямо земята с размера на фазовото напрежение, а напреженията на другите две фази спрямо земя стават равни на линейни U"A = UAC, U"B = UBC, т.е. те се увеличават с коефициент (U"A = U"A ;) - Изолацията на фазите на мрежата спрямо земята трябва да се извърши за мрежово напрежение.

Дългосрочната работа на мрежа с фаза на късо към земята е неприемлива, тъй като в случай на повреда на изолацията на всяка друга фаза по отношение на земята, възниква двуфазно късо съединение през земята, придружено от потока на голям ток, който може да причини значително разрушаване на електрическото оборудване. Следователно в мрежи с изолирана неутрала трябва да се осигури защита, която да уведомява персонала за появата на такъв необичаен работен режим. В мрежи с генераторно напрежение, както и в мрежи, към които са свързани електрически двигатели с напрежение по-високо от 1000 V, когато възникне еднофазна повреда в намотката на статора, машината трябва автоматично да се изключи от мрежата, ако токът на заземяване надвишава 5 A. При ток на повреда, който не надвишава 5 A, работата е разрешена за не повече от 2 часа, след което машината трябва да се изключи. Ако се установи, че мястото на земното съединение не е в намотката на статора, по преценка на лицето, отговорно за електрообзавеждането, се допуска работа на ротационна машина с земно съединение в мрежата за продължителност 6 часа. В електрически мрежи 6-35 kV с изолирана неутрала, работата на въздуха и кабелни линиипредаването на мощност с фаза, затворена към земята, е позволено, но персоналът трябва да започне да намира местоположението на повредата и незабавно да поправи повредата възможно най-скоро.

Еднофазно заземяване чрез електрическа дъга е по-опасно, тъй като последното може да повреди електрическото оборудване. При определени условия на мястото на заземяването може да възникне така наречената прекъсваща дъга, която периодично изгасва и светва отново. Тъй като мрежата е индуктивна, в моментите на гасене и запалване на дъгата в индуктивните елементи се индуцира ЕМП, чиято стойност е пропорционална на скоростта на изменение на тока

Скоростта на промяна на тока в момента на възникване и изгасване на прекъсваща дъга е висока, а произтичащата ед.с. може да превиши мрежовото напрежение няколко пъти. Тези пренапрежения обхващат цялата електрическа мрежа, което води до възможни пробиви на изолация и късо съединение в части от електрическата инсталация с отслабена изолация.

В електрически мрежи с напрежение 6-10 kV пренапреженията, причинени от прекъсваща електрическа дъга, не са опасни за изолацията на електрическото оборудване. За разлика от това, в електрически мрежи с напрежение от 35 kV и повече, пренапреженията, произтичащи от образуването на прекъсваща дъга, са опасни за изолацията. В такива мрежи токът на заземяване не трябва да надвишава 10 A (10 A), тъй като при по-висок ток обикновено възниква прекъсваща електрическа дъга при заземяване. Мрежите от 110 kV с незаземени неутрали по правило не работят, тъй като при значителна дължина и високо напрежение токът в тези мрежи винаги надвишава 10 A.

Заземяването на неутралата води до увеличаване на броя на аварийните ситуации, тъй като заземяващите повреди, които съставляват 65% от всички видове повреди, стават късо съединение и изискват незабавно изключване на повредения мрежов елемент, което е значителен недостатък на такива мрежа. Практиката на работа на електрически инсталации с напрежение над 1000 V показва, че повечето от еднофазните повреди в надземните електрически мрежи са краткотрайни по природа, изолацията в точката на заземяване се възстановява бързо след изключване на повредената секция и електропроводът може незабавно да бъде пуснат отново в експлоатация с помощта на устройства за автоматично повторно затваряне (APV). Ако заземяването е временно (прищипване на проводници на електропровода при силен вятър, птици, блокиращи изолацията и т.н.), тогава линията се включва и захранването на потребителите се възстановява за няколко секунди. В противен случай линията се прекъсва за втори път.

Предимството на мрежите със заземени неутрали е, че при еднофазни заземявания напрежението на неповредените фази спрямо земята не се увеличава и остава равно на фазовото напрежение. Благодарение на това, чрез улесняване на фазовата изолация съгл

по отношение на земята, разходите за изграждане на такива мрежи са значително намалени. Колкото по-високо е мрежовото напрежение, толкова по-големи са постигнатите спестявания.

Мрежи с напрежение над 1000 V със заземени неутрали и токове на заземяване над 500 A се класифицират като мрежи с високи токове на заземяване. Мрежи с незаземени неутрали или с неутрали, заземени чрез токоограничаващи устройства с високи съпротивления, напрежения до 35 kV и токове на заземяване до 500 A, се класифицират като мрежи с ниски токове на заземяване.