Влияние напряжения короткого замыкания

Действие токов КЗ и последствия коротких замыканий

date image2014-02-09
views image8085

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Можно выделить несколько последствий КЗ:

Наибольшая опасность при коротком замыкании угрожает элементам системы, прилегающим к месту его возникновения. В зависимости от места и продолжительности КЗ его последствия могут иметь местный характер (удаленное от источников питания КЗ) или отражаться на функционировании всей системы.

При анализе работы энергосистемы, а также при выборе электрооборудования необходимо учитывать следующие влияния токов КЗ на элементы системы.

1. Термическое действие, которое оценивается следующим выражением:

Термическое действие вызывает повреждение электрооборудования, связанное с его недопустимым нагревом токами КЗ.

2. Динамическое действие оценивается следующим условием:

Динамическое действие может вызывать механическое повреждение электро-

оборудования из-за воздействия больших электромагнитных сил между токоведущими частями. Последствия термического и динамического действия в большей степени угрожают элементам системы, прилегающим к месту возникновения КЗ.

3. Отрицательные влияния на линии других напряжений и на линии связи (проявляется при несимметрии). При этом при несимметричных КЗ наводятся ЭДС в соседних линиях связи и сигнализации, опасные для обслуживающего персонала и оборудования.

4. Ухудшение показателей качества электрической энергии, таких как отклонение напряжения, несинусоидальность кривой напряжения и тока, несимметрия трехфазной системы и т.д. При этом ухудшаются условия работы потребителей. При понижении напряжения, например, до 60–70 % от номинального в течение 1 с и более возможна остановка двигателей ответственных механизмов промышленных предприятий. Это, в свою очередь, может вызвать нарушение технологического процесса, приводящее к экономическому ущербу.

5. Потеря устойчивости системы (выпадение генераторов из синхронизма). Данный вопрос рассматривается в курсе «Устойчивость узлов нагрузки».

Потеря устойчивости может привести к системной аварии. Это наиболее опасное последствие коротких замыканий. Оно приводит к значительным технико-экономическим ущербам и нарушениям электроснабжения регионов.

Существуют определенные противоречия между некоторыми действиями токов КЗ, а именно: при ограничении величины токов КЗ падает запас статической и динамической устойчивости системы и ухудшаются условия пуска и самозапуска электродвигателей.

В связи со сложностью комплексного исследований переходных процессов принято их разделение по скорости протекания, что сформировало несколько дисциплин:

техника высоких напряжений (изоляция и защита от перенапряжений), изучающая быстро протекающие процессы (до 1 мс);

электромагнитные переходные процессы − предмет настоящего курса, изучающий процессы при синхронной скорости вращения электрических машин ( ) (до 0,5с);

электромеханические переходные процессы (устойчивость узлов нагрузки) при одновременном учете электромагнитных и механических процессов
(0,1…10 с);

электрические системы и сети, изучающие стационарные режимы работы систем.

1.3. Задачи расчета электромагнитных переходных процессов

К основным задачам расчета электромагнитных переходных процессов относят следующие.

1. Выбор схемных решений.

Ярким примером тому являются исторические изменения схемы питания.

Рис. 1.1. Блочные схемы электроснабжения

При использовании блочных схем, представленных на рисунке 1.1, снижаются токи КЗ, поскольку увеличивается количество ступеней трансформации.

2. Выбор и проверка оборудования к термическому и динамическому действию тока КЗ. Например, нормирование параметров выключателя.

3. Выбор уставок устройств релейной защиты. При этом при расчете необходимо найти минимальные и максимальные значения токов КЗ в различных точках системы электроснабжения.

4. Выбор и проверка устройств системной автоматики.

5. Проверка условий работы оборудования в пусковых и аварийных режимах.

Расчеты токов КЗ необходимы для достижения следующих целей:

1) определения условий работы потребителей в аварийных режимах;

2) выбора аппаратов и проводников, их проверки по условиям электродина-

3) проектирования и настройки устройств релейной защиты и автоматики;

4) сопоставления, оценки и выбора схем электрических соединений;

5) определения влияния линий электропередачи на линии связи;

6) определения числа заземленных нейтралей и их размещения в ЭС;

7) выбора разрядников;

8) анализа аварий;

9) подготовки к проведению различных испытаний в ЭС.

Точность расчета КЗ зависит от его цели. В связи с этим вводятся понятия:

расчетные условия КЗ, т.е. наиболее тяжелые, но достаточно вероятные условия КЗ;

расчетная схема, как правило, включающая в себя все элементы электроустановки, через которые протекает ток в режиме КЗ;

расчетный вид короткого замыкания для определения максимальных и минимальных величин тока КЗ;

расчетная точка короткого замыкания, находящаяся непосредственно с одной или с другой стороны от рассматриваемого элемента электроустановки в зависимости от того, когда для него создаются наиболее тяжелые условия в режиме КЗ;

расчетная продолжительность короткого замыкания, понимаемая как сумма времен действия токовой защиты ближайшего к месту КЗ выключателя и полного времени отключения этого выключателя.

Так, при выборе и проверке электрических аппаратов не требуется высокая точность расчета, потому что параметры аппаратов ступенчато изменяются в случае перехода от одного их типа к другому. При выборе устройств релейной защиты и автоматики точность расчета должна быть значительно выше, необходимо определение максимальных и минимальных токов КЗ для момента отключения КЗ. Часто не рабочие режимы, а условия выбора и проверки оборудования и кабельных линий к действию токов КЗ являются определяющими.

1.4. Координация и оптимизация токов короткого замыкания

Сущность задач, решаемых в курсе «Электромагнитные переходные процессы», кроме непосредственного расчета уровней токов КЗ, заключается в нижеследующем.

1. Координация – согласование параметров оборудования с существующими уровнями токов КЗ электрических сетей при минимальных расчетных затратах и при соблюдении технических ограничений. Эта задача имеет место при расширении и реконструкции предприятий и электрических сетей со сложившимися исторически уровнями токов КЗ. При решении этой задачи необходима ориентация на новые типы оборудования.

2. Оптимизация – определение оптимальных с экономической точки зрения уровней токов КЗ электрических сетей при минимальных расчетных затратах и соблюдении технических ограничений. Такая задача возникает при проектировании новых предприятий и электрических систем. Поскольку наиболее дешевое оборудование ориентировано на уровни токов, не превышающие 20 кА, допущение иных уровней токов КЗ должно быть экономически обосновано.

Таким образом, как задача координации, так и задача оптимизации являются задачами технико-экономическими и требуют, кроме расчета уровней токов КЗ, сведения к минимуму затрат

где З – затраты на строительство и реконструкцию энергосистемы, определяются по следующему выражению:

где − доля ежегодных отчислений на капитальные вложения;

− эксплуатационные расходы, включающие стоимость потерь электрической энергии;

− ущерб от перерывов электроснабжения, вызванный различным уровнем надежности оборудования.

В связи с дискретным рядом параметров электротехнического оборудования решение этих задач сводится к технико-экономическому сравнению двух или нескольких вариантов.

Источник

Влияние величины напряжения короткого замыкания ( ) на размеры и параметры силового трансформатора

Напряжение короткого замыкания является одним из основных стандартизованных параметров силовых трансформаторов. При проектировании новых серий силовых трансформаторов выбор допустимой величины ограничивается некоторыми пределами. Нижний предел выбирается исходя из необходимости ограничения токов внезапного короткого замыкания с целью уменьшения их теплового действия и электромеханических усилий в обмотках. Верхний предел ограничивается, в основном, величиной допустимого колебания напряжения в сетях и необходимостью уменьшить реактивную мощность, потребляемую трансформатором при нагрузке. Окончательный проектный вариант должен быть рассчитан на заданную стандартную величину , обусловленную требованиями параллельной работы трансформатора в энергетической системе. Величина оказывает существенное влияние на соотношение основных геометрических размеров активных элементов трансформатора.

Величина определяется главным образом величиной реактивной составляющей , которая в свою очередь зависит от индуктивного сопротивления короткого замыкания трансформатора . Из (4.30) следует, что при заданных частоте и величинах напряжений обмоток значение определяет соотношение средней образующей канала рассеяния ( ) и средней высоты обмоток (4.31).

Поэтому с ростом значения высота окна ( ) трансформатора уменьшается, а ширина увеличивается. Характерные зависимости диаметра стержня МС, ее высоты и межосевого расстояния (МО) трансформатора 2,5 МВ∙А/35кВ от величины приведены на рис.4.5. при разных значениях отношения потерь и стоимостей обмоток и МС ( ).

Рис.4.5. Зависимости , , МО от при (——); (−).

Значение промышленных трансформаторов обычно находятся на верхней границе зоны оптимальных значений этого параметра по затратному критерию.

Литература: 2,3,4,6,7,13,14,16,17,19

Контрольные вопросы.

1.Как изменяется расход материалов и потери на единицу трансформируемой мощности с увеличением мощности трансформатора?

2.Почему с ростом мощности силового трансформатора необходимо повышать интенсивность его охлаждения?

3.Какие показатели используются для оценки эффективности использования объема пространства, занимаемого элементами активной части трансформатора?

4.Почему с ростом единичной мощности трансформаторов увеличивается их к.п.д.?

5. За счет каких факторов можно повысить мощность трансформатора в заданных габаритах (при неизменных основных размерах D,F,H )?

6. Каковы зависимости массы активных материалов от частоты питающего напряжения?

7. Как зависят от частоты потери в МС?

8. Как зависят потери в обмотках от частоты?

9. Почему при увеличении частоты уменьшаются размеры и масса активных материалов трансформатора?

10. Как можно найти оптимальную величину частоты?

11. На какие параметры трансформатора существенно влияет величина ?

12. Как выбирают оптимальное значение ?

13. Как влияет на соотношение главных размеров трансформатора?

14. Чем ограничиваются верхняя и нижняя границы величины ?

15. Почему значения в силовых трансформаторах стандартизованы?

1. Аветисян Д.А. Основы автоматизированного проектирования электромеханических преобразователей. Учеб. пособие для вузов. Г.: Высш. шк., 1988.-271с.

2. Васютинский С.Б. Вопросы теории и расчета трансформаторов. Л.: Энергия, 1970.-432с.

3. Джонс Дж.К. Методы проектирования. 2-е изд.,доп.-М.: Мир, 1986.-326с.

4. Гончарук А.И. Расчет и конструирование трансформаторов. Г.: Энергоатомиздат, 1990.-256с.

5. Расчет импульсных воздействий в обмотках трансформаторов с применением ЭВМ. Серия ТС-3. Трансформаторы. Обзорная информация. // З.М. Белецкий, А.Г. Бунин, А.Ф. Горбунцов, Л.Н. Конторович. М.:Информэлектро., 1978г.-79с.

6. Лейтес Л.В. Электромагнитные расчеты трансформаторов и реакторов. Г.: Энергия.-1981.-392с.

7. Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов. М.: Энергоатомиздат. 1986.-526с.

8. Шинкаренко В.Ф. Основи теорії еволюції електромеханічних систем. Київ: Наукова думка, 2002,-288 с.

9. Моделирование и автоматизация проектирования измерительных преобразователей тока. // Стогний Б.С., Кириленко А.В., Пуйло Г.В. и др. Отв. ред. Рогоза В.В.Киев: Наукова думка, 1989, -272с.

10. Пуйло Г.В., Шевченко В.П., Гололобов В.В. Автоматизированное проектирование трансформаторов токаУчебн. пособие с грифом Минобразования. Одесса: ОДПУ, 1994,-124с.

11. Методические указания по курсовому и дипломному проектированию силовых трансформаторов со слоевыми обмотками и масляным охлаждением. // Сост. Г.В. Пуйло, С.И.Крысенко.- Одесса: ОГПУ, 2000.-65с.

12. РТМ 16800.376-76 Трансформаторы силовые масляные общего назначения. Параметры продольной изоляции обмоток 110-750 кВ.

13. Валькман Ю.Г. Интеллектуальные технологии исследовательского проектирования: формальные системы и семиотические модели.- Киев:Port-Royal, 1998 – 250с.

14. Силовые трансформаторы. Справочная книга/ под ред.С.Д. Лизунова, А.К. Лоханина: М.: Энергоиздат,2004-616с.

15. Пуйло Г.В., Якимец А.М. Методы оптимизации. Конспект лекций. Одесса:ОНПУ, 2008.-120с.(электронный вариант).

16. Казаджан Л.Б. Магнитные свойства электротехнических сталей и сплавов/ под.ред. В.Д. Дурнева. – М.: ООО «Наука и технология».-2000.- 224с.

17. Холоднокатаные электротехнические стали: Справ. изд. Молотилов Б.В., Миронов Л.В., Петренко А.Г. и др. М.: Металлургия, 1989.-169с.

18. Лизунов С.Д., Лоханин А.К. Проблемы современного трансформаторостроения в России. Информационный портал «Тransformаторы», 15с. transform.ru

19. Балашов К.К., Пуйло Г.В. Проектирование трансформаторов. Ч.I. Учебн. пособие. Одесса: ОПИ, 1975.-73с.

20. Дружинин В.В. Магнитные свойства электротехнической стали. М.: «Энергия», 1974. – 240с.

21. Мишин Д.Д. Магнитные материалы. М.: Высш. Школа, 1981.- 335с.

22. Шафир Ю.Н. Распределение тока в обмотках трансформатора. М.: Энергоатомиздат, 1992. -192с.

23. Петров Г.Н. Электрические машины ч.1. Введение. Трансформаторы. М.: «Энергия», — 1974. – 240с.

24. Пуйло Г.В., Кузьменко И.С., Тонгалюк В.В. Современные тенденции совершенствования силовых трансформаторов.// Електротехніка та Електромеханіка, 2008. -№2.- С.48-52.

25. Трансформаторы силовые. Расчет потерь и тока холостого хода. РД16.317 – 86. Запорожье: изд.ВИТ, 1986. – 92с.

Источник

Воздействие токов КЗ на электрооборудования.

В трансформаторах: при коротких замыканиях, возникающие динамические усилия деформируют обмотки, разрушают изоляцию, вызывают замыкание обмоток на корпус и выводят трансформатор из строя.

Термическое повреждение электрооборудования, связанное с его недопустимым перегревом тока КЗ.

Степень термического воздействия тока КЗ определяется значением интеграла Джоуля Вк, А 2 ∙с,

Механическое повреждение, вызываемое воздействием больших электромагнитных сил между токоведущими частями.

Допустимое напряжение в материале жестких шин σдоп, Па, следует принимать равным 70 % временного сопротивления разрыву материала шин σдоп = 0,7σр,

При уменьшении напряжения 60-70% от номинального в течении 1с и более, возможно остановка двигателя, следовательно нарушение технологического процесса, экономический ущерб.

Электромагнитное наведение при несимметричном КЗ в соседних линиях связи и сигнализации ε, опасных для обслуживания персонала.

Наибольшая опасность при КЗ угрожает элементам системы, прилегающей к месту КЗ.

Воздушные линии: возможно разрушение провода за счет испарения металла, если не сработает защита.

Кабели: разрушение изоляции и как следствие вероятное замыкание на землю или межфазное. Истончение жилы кабеля и разрыв самой жилы.

Двигатели: если выводы с обмоток статора, то отгорание одного вывода, перегрев, разрушение изоляции обмоток (стекание диэлектрического лака), спаивание витков обмоток, резкое увеличение токов двигателя, а затем и возможное спаивание роторных пластин, что приводит к разрушению машины.

Электродинамическое действие тока короткого замыкания , а – расстояние между осями проводов.

Дата добавления: 2015-04-18 ; просмотров: 17 ; Нарушение авторских прав

Источник

Поделиться с друзьями
Электрика и электроника
Adblock
detector