Инженерный расчет термической стойкости проводников.

Свойство (способность) аппарата, проводника противостоятькратковременному тепловому действию тока к.з. без повреждений, препятствующих дальнейшей исправной работе, называется термической стойкостью.

 

где время срабатывания РЗ 0.01сек. и время отключения выключателя 4сек.
- для Al – 200(градусов)

для стали – 300 (градусов)

;

С – зависит от типа проводника, уровня U, конструкции проводн.

 

- условие допуска

 

9. ЭДУ при трехфазном токе.

Определим максимальное значение - отталкивание, - притягивание

(единицы измерения – Н/м)

(единицы измерения – Н/м)

(единицы измерения – Н/м)

Силы, действующие на В на 7% больше, чем на А,С. Если А,В,С расположены треугольником, то f рассчитывается также, а если прямоугольным треугольником, то
(единицы измерения – Н/м)

 

Расчет электродинамической стойкости жестких шин при КЗ

Наизолятора шинки:

1) однополюсные (рис. 1)

2) двухполюсные шины. Жесткое защемление балок из 2-ух полос.(рис. 2)

; (ед.измер. – Н/м)

Чтобы компенсировать удлинение шин

 

;

Электрическая дуга переменного тока и ее гашение.

Дуга возникает в резко ионизационном поле при расхождении контактов. При перехода тока через 0 дуга гаснет и восстанавливается напряжение.

За 6-8 периодов через 0 дуга гасится. В масляных выключателях – 8 – 12 переходов тока через 0. В вакуумных или элегазовых выключателях – 3 – 4 перехода тока через 0. Самые быстродействующие: двухполупериодные выключатели. Если погасить дугу в середине периода, то возникнет перенапряжение. Дуга гаснет в момент, когда отсутствует напряжение восстановления.

 

 

Отключение неудаленных КЗ

Неудаленноекз – это кз на линии, возникающее на небольшом расстоянии (1-5 км) от выключателя

Особенность неудаленныхкз – это резкое повышение скорости восстановления напряжения на контактах выключателя, отключающего поврежденную линию и высокая частота восстанавливающегося напряжения.

В современных Эл. сетях при очень мощных неудаленныхкз меняется характер кривой восстан. напряжения. Оно из синусоидальной колебательной формы переходит в апериодическую пилообразную треугольную. Это обстоятельство затрудняет работу выключателя, так как на главную экспоненциальную кривую накладываются высокочастотные колебания и скорость нарастания напряжения в начальной части кривой может быть выше, чем при колебательном процессе.

На первый взгляд кривая А является круче чем В (В – отключение неудаленныхкз). Но в начальной области можно убедиться, что скорость изменения напряжения для неудаленныхкз за время 5-10 мкс больше, чем в цепи с удаленными кз.

Ухудшение работы выключателей происходит из-за того, что проявляется «километрический эффект». В момент отключения тока напряжение на выключателе равно остаточному напряжению и снижается по мере приближения к точке кз.

После погасания дуги в выключателе начнется процесс восстановления напряжения, состоящий из серии колебаний пилообразной формы. Частота колебаний, возникших на участке l , где с – скорость света. Участок l играет роль генератора высокочастотных колебаний частотой 15-60 кГц.

В результате к зажимам выключателя будут приложены 2 волна напряжения:

со стороны источника напряжения синусоидальной формы

со стороны линии – пилообразной.

Суммарный пик восстанавл. напряжения на выключателе равен разности потенциалов со стороны шин и отрезка линии.

Для облегчения работы дугогасительных камер выключателя при отключении неудаленныхкз можно увеличивать количество разрывов на фазу или применять низкоомные шунтирующие сопротивления 300-600 Ом.

 

 

13. Выключатели высокого напряжения. Назначение, классификация требования и параметры.

Выключатель — это коммутационный аппарат, предназначенный для включения и отключения тока.

Выключатель является основным аппаратом в электрических установках, он служит для отключения и включения цепи в любых режимах: длительная нагрузка, перегрузка, короткое замыкание, холостой ход, несинхронная работа. Наиболее тяжелой и ответственной операцией является отключение токов к. з. и включение на существующее короткое замыкание.

Требования к выключателям:

а) надежное отключение любых токов; б) быстрота действия; в) быстрое включение после отключения; г)пофазное управление; д) легкость ревизии и осмотров е) взрыво и пожаробезопастность ж) выключатели высокого напряжения должны длительно выдержи­вать номинальный ток Iном номинальное напряжение Uном.

Параметры выключателей:

1. Номинальный ток отключения I_{отк.ном} — наибольший ток к. з. (действующее значение), который выключатель способен отключить при напряжении, равном наибольшему рабо­чему напряжению при заданных условиях восстанавливающегося напряжения и заданном цикле операций.

2. Допустимое относительное содержание апериодического тока в токе отключения βном, которое определяется по кривой.

3. Цикл операций выполняемая выключателем последовательность коммутационных операций с заданным интервалом между ними. Например выключатели без АПВ должны выдерживать цикл 0-180-ВО-180-ВО, где О — операция отключения; ВО — операция включения и не­медленного отключения; 180 — промежуток времени в секундах;

4. Стойкость при сквозных токах., которое характеризуется токами термической и электродинамической стойкости. I_дин=2,55 I_{откл ном}

5. Номинальнй и ток включения — ток к. з., который выключатель с соответствующим приводом способен вклю­чить без приваривания контактов и других повреждений при Uном и заданном цикле.

6. Собственное время отключения t_с.в — промежуток времени от момента подачи команды на отключение до момента начала расхождения дугогасительных контактов.

Время отключения t_о.в. — промежуток времени от подачи команды на отключение до момента погасания дуги во всех полюсах. Время включения tв.в — промежуток времени от мо­мента подачи команды на включение до возникновения тока в цепи.

7. Параметры восстанавливающегося напряжения при номинальном токе отключения — скорость вос­станавливающегося напряжения, нормированная кривая, коэффи­циент превышения амплитуды и восстанавливающегося напряже­ния.

Типы выключателей По конструктивным особенностям и способу гашения дуги раз­личают:

масляные баковые (масляные многообъемные), маломасляные (масля­ные малообъемные), воздушные, элегазовые, элек­тромагнитные, автогазовые, вакуумные вы­ключатели. К особой группе относятся выключатели нагрузки, рассчитанные на отключение токов нормального режима.

Выбор выключателей:

по напряжению установки:

по длительному току:

по отключающей способности:

В первую очередь производится проверка на симметричный ток отключения по условию:

Затем проверяется возможность отключения апериодической составляющей тока КЗ:

i_at i_а.ном= * β_ном*I_{отк.ном}/100

где i_а.ном – номинальное допускаемое значение апериодической составляющей в отключаемом токе для времени t;

Вном – номинальное значение относительного содержания апериодической составляющей в отключаемом токе.

Если условие соблюдается, а i_at i_а.ном , то допускается проверку по отключающей способности производить по полному току КЗ:

( *Int +i_at) *I_{отк.ном}*(1+β_ном);

По включающей способности:

На электродинамическую стойкость выключатель проверяется по предельному сквозному току КЗ: I_по I_пр.с.; i_у i_пр.с; где I_пр.с – действующее значение предельного сквозного тока КЗ;

i_пр.с – амплитудное значение сквозного тока КЗ;

На термическую стойкость выключатель проверяется по тепловому импульсу: В_к I²_t*t_т, где В_к – тепловой импульс по расчету; В_к = I²_по*(t_отк+Т_а), [кА²с]; где I_т – предельный ток термической стойкости по каталогу; t_т – длительность протекания тока термической стойкости, с.

14. Разъединители. Назначение, классификация требования и параметры.

Разъединитель — это контактный коммутационный аппарат, предназначенный для отключения и включения электрической цепи без тока. или с незначительным током, и который для обеспечения безопасности имеет между контактами в отключенном положении изоляционный промежуток. При ремонтных работах разъединителем создается видимый разрыв между частями, оставшимися под напряжением, и аппара­тами, выведенными в ремонт. Разъединителями нельзя отключать токи нагрузки, так как контактная система их не имеет дугогасительных устройств и в слу­чае ошибочного отключения токов нагрузки возникает устойчивая дуга, которая может привести к междуфазному к. з. и несчастным случаям с обслуживающим персоналом. Перед операцией разъеди­нителем цепь должна быть разомкнута выключателем.

Назначение: отключения и включения нейтралей трансформаторов и зазем­ляющих дугогасящих реакторов при отсутствии в сети замыкания на землю;

отключения и включения зарядного тока шин и оборудования всех напряжений (кроме батарей конденсаторов);

отключения и включения нагрузочного тока до 15 А трехполюс­ными разъединителями наружной установки при напряжении 10 кВ и ниже;

разъединителем разрешается производить также операции, если он надежно шунтирован низкоомной параллельной цепью (шиносоединительным или обходным выключателем);

разъединителями и отделителями разрешается отключать и включать незначительный намагничивающий ток силовых трансформаторов и зарядный ток вл и кабельных линий.

К разъединителям предъявляются следующие требования:

-создание видимого разрыва в воздухе, электрическая прочность которого соответствует максимальному импульсному напряжению;

-электродинамическая и термическая стойкость при протекании токов к. з.;

-исключение самопроизвольных отключений;

-четкое включение и отключение при наихудших условиях работы(обледенение, снег, ветер).

Классификация:

-по числу полюсов могут быть одно- и трех- полюсными,

-по роду установки — для внутренних и наружных установок,

по конструкции — рубящего, поворотного катящегося пантографического и подвесного типа,

-по способу установки различают разъединители с вертикальным и горизонттальным расположением ножей.

Выбор разъединителей и отделителей производится:

по напряжению установки

;

по току

;

по конструкции и роду установки;

по электродинамической стойкости

,

где i_пр._с и I_пр.с предельный сквозной ток амплитуда и действующее значение;

по термической стойкости

, где В_к-тепловой импульс по расчету, кА² I_тер предельный ток термической стойкости, t_тер длительность протекания предельного тока термической стойкости.
15. Измерительные трансформаторы тока. Назначение, принцип конструкции, параметры, режим работы. Погрешности. Схемы включения.

Трансформатор тока предназначен для уменьшения первич­ного тока до значений, наиболее удобных для измерительных приборов и реле, а также для отделения цепей измерения и защиты от первичных цепей высокого напряжения.

Конструкция. Трансформатор тока имеет замкнутый магнитопровод 2 и две обмотки — первичную 1 и вторичную 3. Первичная обмотка включается последовательно в цепь измеряемого тока I₁, ко вторичной обмотке присоединяются измерительные приборы, обтекаемые током I₂.

Трансформатор тока характеризуется номинальным коэффициентом трансформации: K₁=I_1НОМ/I_2НОМ., где I_1НОМ — номинальный первичный ток; I_2НОМ — номинальный вторичный ток.

Значения номинального вторичного тока приняты равными 5 и 1 А.

Коэффициент трансформации трансформаторов тока не является строго постоянной величиной и может отличаться от номинального значения вследствие погрешности, обусловленной наличием тока намагничивания. Токовая погрешность определяется по выражению ∆I%=(K_II₂-I₁)100/I₁.

Погрешность трансформатора тока зависит от его конструктивных особенностей: сечения магнитопровода, магнитной проницаемости материала магнитопровода, средней длины магнитного пути, величины I₁ω₁. В зависимости от предъявляемых требова­ний выпускаются трансформаторы тока с классами точности 0,2; 0,5; 1; 3; 10. Указанные цифры представляют собой токовую по­грешность в процентах номинального тока при нагрузке первич­ной обмотки током 100—120% для первых трех классов и 50— 120% для двух последних. Для трансформаторов тока классов точности 0,2; 0,5 и 1 нормируется также угловая погрешность.

Погрешность трансформатора тока зависит от вторичной на­грузки (сопротивление приборов, проводов, контактов) и от крат­ности первичного тока по отношению к номинальному. Увеличение нагрузки и кратности тока приводит к увеличению погрешности.

Трансформаторы тока класса 0,2 применяются для присоеди­нения точных лабораторных приборов, класса 0,5 — для присое­динения счетчиков денежного расчета, класса 1 — для всех тех­нических измерительных приборов, классов 3 и 10 — для релейной защиты.

Кроме рассмотренных классов выпускаются также трансформа­торы тока со вторичными обмотками типов Д (для дифференциаль­ной защиты), 3 (для земляной защиты), Р (для прочих релейных защит).

Режим работы. Токовые цепи измерительных приборов и реле имеют малое сопротивление, поэтому трансформатор тока нормально работает в режиме, близком к режиму к. з. Если разомкнуть вторичную обмотку, магнитный поток в магнитопроводе резко возрастает, так как он будет теперь определяться только м. д. с. первичной обмотки. В этом режиме магнитопровод может нагреться до недопу­стимой температуры, а на вторичной разомкнутой обмотке появится высокое напряжение, достигающее в некоторых случаях десятков киловольт.

Трансформаторы тока выбираются:

По напряжению установки: U_уст U_ном

По току: I_норм I_1ном I_мах I_1ном

(номинальный ток должен быть как можно к рабочему току установки, так как недогрузка первичной обмотки к увеличению погрешностей); - по конструкции и классу точности;

- по электродинамической стойкости:

i_у к_эд

где i_y – ударный ток КЗ по расчету;

к_эд – кратность электродинамической стойкости по каталогу;

I_1ном - номинальный первичный ток трансформатора тока;

(электродинамическая стойкость шинных трансформаторов тока определяется устойчивостью самих шин распределительного устройства, вследствие этого такие трансформаторы по такому условию не проверяются);

- по термической стойкости:

В_к (к_тI_1ном)²*t_т

где Вк –тепловой импульс по расчету;

к_т – кратность термической стойкости по каталогу; t_т – время термической стойкости по каталогу;

- по вторичной нагрузке:

z₂ z_2ном

где z₂ = вторичная нагрузка трансформатора тока;

z_2ном – номинальная допустимая нагрузка трансформатора тока в выбранном классе точности.

На нулевых выводах генератора имеются встроенные трансформаторы тока, которые расчитаны и выбраны по мощности и количеству приборов, питающихся от встроенных трансформаторов тока (ТТ).