Высоковольтные предохранители, назначение, устройство и принципы гашения дуги.

Высоковольтный предохранитель – это защитный однополюсный аппарат, обеспечивающий автоматическое однократное отключение высоковольтной цепи при коротком замыкании. Автоматическое отключение цепи происходит за счет расплавления специально предусмотренной в предохранителе плавкой вставки под действием протекающего тока, превышающего определенное значение. Возникающая при этом электрическая дуга гасится специальным дугогасительным устройством. Перед следующим включением цепи необходимо заменить перегоревшую плавкую вставку в предохранителе на исправную. Эта операция производится вручную. Высоковольтные предохранители характеризуются: номинальным напряжением – Uном; номинальным током - Iном. пред.; номинальным током плавкой вставки – Iном. вст.; номинальным током отключения – Iном. откл.. Изготавливаются они на напряжение до 110 кВ, номинальные токи до 400 А и токи отключения до 40 кА. Плавкие вставки к предохранителям выпускаются на токи от 2 А до 400 А с шагом при- мерно равным 1,6. В нормальном режиме работы цепи, когда по предохранителю протекает ток, не превышающий значения номинального тока плав- кой вставки (Iном. вст.), тепло, выделяемое в ней, передается в окружающую среду и температура всех частей предохранителя не превышает допустимую (100-105ºC). При увеличении тока в цепи выше Iном. вст. температура вставки возрастает. При некотором токе, называемом минимальным током плавления (Iпл.), вставка расплавляется. Возникающая электрическая дуга гасится в дугогасительной среде, и цепь оказывается отключенной. Чем больше ток превышает Iпл., тем быстрее расплавляется плавкая вставка.

В зависимости от способа гашения дуги и конструктивных особенностей предохранители могут быть с наполнителем и автогазовым гашением.

Предохранители с наполнителем.

В установках 3-110 кВ для защиты силовых и измерительных трансформаторов, асинхронных короткозамкнутых двигателей, косинусных конденсаторных батарей широко применяются 63 предохранители с мелкозернистым наполнителем (кварцевым песком). Предохранители серии ПК имеют металлическое основание с изоляторами, контактную систему с зажимами для присоединения токоведущих частей цепи, патрон с плавкой вставкой. Патрон предохранителя ПК представляет собой фарфоровую (стеклянную) трубку, армированную по концам латунными колпачками. Внутри трубки размещается плавкая вставка из меди или серебра. Для обеспечения нормальных условий гашения дуги плавкая вставка должна иметь значительную длину и малое сечение. Это достигается применением нескольких параллельных вставок, намотанных на ребристый керамический сердечник или выполненных спирально. Чтобы уменьшить температуру плавления вставок, на них в нескольких местах напаяны оловянные шарики. Патрон со вставкой засыпается кварцевым песком, закрывается торцевыми крышками и запаивается герметически. На нижней крышке патрона имеется указатель срабатывания. Он состоит из втулки с пружиной, натянутой тонкой стальной проволокой-вставкой. При перегорании медных плавких вставок перегорает и стальная, пружина освобождается и выскакивает из втулки наружу, сигнализируя, что предохранитель сработал. Возникающая при перегорании вставки дуга горит в узком извилистом канале и, соприкасаясь с сыпучим песком, хорошо охлаждается и гаснет за время 0,005-0,007 с. Возникающие при этом перенапряжения могут быть значительными. Чтобы ограничить их величиной 3-4 Uф, плавкие вставки выполняют из проволок, имеющих по длине 2-3 разных сечения. В отдельных конструкциях кварцевых предохранителей для этого могут устанавливаться вспомогательные вставки с искровыми промежутками.

Предохранители с автогазовым гашением.

Предохранители с автогазовым гашением дуги предназначены для наружной установки в РУ10, 35 и 110 кВ. Обычно они применяются для защиты трансформаторов комплектных трансформаторных подстанций. Предохранители с автогазовым гашением дуги марки ПВТ состоят из основания, двух изоляторов, верхней контактной головки, патрона, наружного коммутирующего механизма с контактным подпружиненным ножом. Верхняя контактная головка смонтирована на верхнем опорном изоляторе и представляет собой стальную трубу с устройством для удержания патрона и линейным выводом. Патрон предохранителя состоит из соединенных между собой винипластовой трубки и оголовника. Внутри патрона находится токопровод, состоящий из двух электродов, со- единенных плавкой вставкой; отключающая пружина с гибкой связью. Внутренний токопровод в рабочем состоянии закрепляется в оголовнике при помощи пробки, а с другого конца фиксируется штифтом. Плавкая вставка включает в себя два контакта, натяжной элемент из нихромовой проволоки, плавкий элемент, выполненный из медной спирали. При протекании тока КЗ или тока перегрузки плавкая вставка разрушается, между контактами возникает дуга. Возникающая дуга растягивается, поскольку отключающая пружина перемещает электрод, а пружина контактного механизма – электрод в противоположные стороны. Под действием высокой температуры дуги ма- териал дугогасительного канала разлагается с образованием большого количества газов. Внутри дугогасительного канала возникает давление (до 10-20 МПа), и создается поперечно-продольное дутье через канал патрубка и нижнее отверстие патрона. Дуга быстро гасится. Под действием контактной пружины контактный нож поворачивается, вытягивая электрод II из патрона и обеспечивая тем самым видимый разрыв электрической цепи. Гашение электрической дуги сопровождается выбросом раскаленных газов вниз под углом и резким звуком. В этой связи предохранители ПВТ еще называют стреляющими. Их устанавливают в ОРУ так, чтобы в зоне выхлопа не находились электрические аппараты.

 

7. При проектировании и эксплуатации электрических сетей промышленных предприятий приходится иметь дело с различными видами их нагрузок: по активной мощности P, по реактивной мощности Q и по току.

Кривая изменения активной, реактивной и токовой нагрузки во времени, называется графиком нагрузки по активной, реактивной мощностям и току соответственно.

Графики нагрузок дают возможность определить некоторые показатели, необходимые при расчетах нагрузок, и более рационально выполнить систему электроснабжения.

При проектировании и эксплуатации систем электроснабжения промышленных предприятий основными являются три вида нагрузок:

а) активная мощность P;

б) реактивная мощность Q;

в) ток I.

В расчетах систем электроснабжения промышленных предприятий используются следующие значения электрических нагрузок:

а) средняя нагрузка за наиболее загруженную смену – для определения расчетной нагрузки и расхода электроэнергии;

б) расчетный получасовой максимум активной и реактивной мощности – для выбора элементов систем электроснабжения по нагреву, отклонению напряжения и экономическим соображениям;

в) пиковый ток – для определения колебаний напряжения, выбора устройств защиты и их уставок.

Построение годового графика. На основании суточного графика строится годовой график по продолжительности. Т_max и τ_max определяются по формулам: Т_max= (ч), τ_max=(0,124+ )²*8760 (ч). Суточный график активной нагрузки перестраивается в годовой график нагрузки по продолжительности:

Площадь годового графика нагрузки по продолжительности – это количество потребленной за год промышленным предприятием электрической энергии(W_год). Число часов использования максимальной нагрузки (Tmax) – это такое время, в течение которого через электрическую сеть, работающую с максимальной нагрузкой, перердавалось бы такое же количество электроэнергии, которое передается через нее в течение года по действительному графику нагрузки. τ_max – время максимальных потерь, т.е. время, в течение которого электрическая сеть, работая с неизменной максимальной нагрузкой, имеет потери электроэнергии, равные действительным годовым потерям.

Основные коэффициенты, применяемые при расчете электрических нагрузок

Коэффициент использования – основной показатель для расчета нагрузки – это отношение средней активной мощности отдельного приемника (или группы их) к её номинальному значению.

(1)

Коэффициентом включения приемника k_В – называется отношение продолжительности включения приемника в цикле t_В ко всей продолжительности цикла t_ц. Время включения приемника за цикл складывается из времени работы t_р и времени холостого хода t_х:

(3)

Коэффициентом включения группы приемников, или групповым коэффициентом включения K_В, называется средневзвешенное (по номинальной активной мощности) значение коэффициентов включения всех приемников, входящих в группу, определяемое по формуле:

(4)

Коэффициентом загрузки k_з,а приемникапо активной мощности называется отношение фактически потребляемой им средней активной мощности P_С,В (за время включения t_В в течение времени цикла t_ц) к его номинальной мощности:

(5)

Групповым коэффициентом загрузки по активной мощности называется отношение группового коэффициента использования к групповому коэффициенту включения:

(6)

Коэффициентом максимума активной мощности называется отношение расчетной активной мощности к средней нагрузке за исследуемый период времени. Исследуемый период времени принимается равным продолжительности наиболее загруженной смены.

(8)

Коэффициентом спроса по активной мощности называется отношение расчетной (в условиях проектирования) или потребляемой P_n (в условиях эксплуатации) активной мощности к номинальной (установленной) активной мощности группы приемников:

8. Дуговые печи косвенного действия, применяемые преимущественно для плавки меди и ее сплавов, являются весьма простыми в обслуживании.

Дуговые печи косвенного действия применяют почти исключительно для переплавки цветных металлов (иногда чугуна), поэтому температуры в них значительно меньше. Кроме того, в них производят лишь расплавление и перегрев металла без шлака. Поэтому их футеровку можно выполнять из шамота и лишь при выплавке чугуна футеровка должна быть из динаса. Дуга в этих печах горит только между электродами, поэтому ее режим спокойнее. С другой стороны, футеровка дуговой печи косвенного действия находится по, прямым воздействием излучения дуг, что требует дополнительных мер для ее равномерного нагрева, особенно в конце плавки. Для этого в современных печах применяют качание корпуса печи, благодаря чему нагретые части футеровки периодически омываются (и тем самым охлаждаются) расплавленным металлом, более холодным, чем футеровка.

Конструктивно дуговая печь косвенного действия представляет собой цилиндрический или бочкообразный футерованный кожух, уложенный горизонтально двумя кольцевыми ободами на четыре роликовые опоры. Через отверстия в торцовых стенках по продольной оси в печь входят два угольных или графитизиро-ванных электрода, между которыми горит электрическая дуга. В боковой стенке печи имеется окно, через которое производятся загрузка шихты и слив расплавленного металла.

В печах косвенного нагрева очаг высокой температуры удален от поверхности металла на некоторое расстояние и на поверхность металла первоначально попадает лишь часть тепла, излучаемого дугой. Значительная его часть достигает поверхности металла после отражения от стен и свода, поэтому футеровка печи испытывает большие тепловые нагрузки. Низкая стойкость футеровки ограничивает возможность проведения в таких дуговых печах процессов, требующих нагрева металла свыше 1300—1400° С, и не позволяет применять их для плавления тугоплавких металлов. В черной металлургии такие дуговые печи иногда используют в небольших литейных цехах для расплавления чугуна.