Что относится к специальным техническим средствам для ограничения тока короткого замыкания

Что относится к специальным техническим средствам для ограничения тока короткого замыкания

8.8. В качестве средств ограничения токов КЗ на промышленных предприятиях могут быть применены:

— токоограничивающие реакторы;
— трансформаторы с расщепленной обмоткой низшего напряжения;
— трансформаторы с повышенным значением напряжения короткого замыкания;

— специальные тиристорные быстродействующие токоограничивающие устройства типа ТОУ;

8.9. При необходимости ограничения токов КЗ в РП 6-10 кВ следует производить установку токоограничивающих реакторов на питающих линиях или устанавливать групповые реакторы на отходящих линиях 6-10 кВ с присоединением до 4 линий к одному реактору.

Индивидуальное реактирование отходящих линий должно быть обосновано.
9. Качество электрической энергии
9.1. Для электрических сетей общего назначения устанавливаются согласно ГОСТ 13109 [18] следующие показатели качества электроэнергии (ПКЭ):

установившееся отклонение напряжения;
размах изменения напряжения;
доза колебаний напряжения;
коэффициент несинусоидальности;
коэффициент гармонической составляющей;
напряжения нечетного (четного) порядка;
коэффициент обратной последовательности напряжения;
коэффициент нулевой последовательности напряжения;
отклонение частоты;

9.2. Расчетной точкой является точка присоединения промышленного предприятия к сети энергоснабжающей организации.

Как правило, расчетная точка совпадает с границей балансового разграничения между потребителем и энергосистемой.

9.3. Энергоснабжающая организация определяет для расчетной точки согласно «Правилам присоединения потребителя к сети общего назначения по условиям влияния на качество электроэнергии» [19] значения допустимых расчетных вкладов (ДРВ) потребителя в нормируемые ГОСТ 13109 значения ПКЭ.

9.4. При проектировании системы электроснабжения промышленного предприятия следует предусматривать меры и устройства, обеспечивающие в расчетной точке заданные значения ДРВ и позволяющие осуществить контроль и анализ значений ПКЭ.

9.5. В целях стимулирования потребителя к улучшению качества электрической энергии установлены скидки (надбавки) к тарифу за качество электрической энергии, применяемые при отклонениях от установленных значений ДРВ [20].

9.6. Улучшение качества электроэнергии достигается рациональным построением схем электроснабжения, а также применением при необходимости специальных технических средств (силовых фильтров, устройств статической и динамической компенсации и др.).

9.7. При проектировании предприятий со специфическими нагрузками (нелинейными, резкопеременными, несимметричными) следует учитывать, что устанавливаемые специальные технические средства одновременно обеспечивают КРМ и поддержание значений ПКЭ.

Поэтому при проектировании вопросы качества электроэнергии и компенсации реактивной мощности для предприятий со специфическими нагрузками следует рассматривать одновременно.

9.8. Согласно ГОСТ 13109 нормируются установившиеся значения нормального предельного отклонения напряжения +/- 5% и максимального предельного отклонения напряжения +/- 10%.

В переходных режимах отклонения напряжения не нормируются и, например, при пуске крупного электродвигателя могут превышать указанные значения.

Значение превышения зависит от конкретной схемы электроснабжения, особенностей подключенных электроприемников, характеристик коммутационных аппаратов, но во всех случаях пуск крупного двигателя не должен приводить к нарушению работы других электроприемников.

9.8.1. Регулирование напряжения в системах электроснабжения промышленных предприятий, в основном, должно обеспечиваться применением трансформаторов и автотрансформаторов с автоматическим регулированием напряжения под нагрузкой и выбором оптимальных ответвлений у нерегулируемых под нагрузкой трансформаторов.

9.8.2. Если режим работы электроприемников различен и они имеют разную удаленность от пункта питания, а также если имеются электроприемники, особо чувствительные к отклонениям напряжения, необходимо предусматривать дополнительные групповые или индивидуальные средства регулирования напряжения в узлах нагрузки, такие как применение управляемых конденсаторных батарей, автоматическое управление возбуждением синхронных электродвигателей, применение стабилизирующих установок, устройств по ограничению напряжения и др.

9.9. Несинусоидальность напряжения вызывается подключением к сети электроприемников с нелинейной вольтамперной характеристикой, являющихся источниками высших гармоник.

К таким электроприемникам относятся тиристорные электроприводы, дуговые электропечи, сварочные установки, газоразрядные лампы и др.

При проектировании в целях уменьшения негативного влияния высших гармонических на элементы электроустановок следует руководствоваться рекомендациями по построению схем электроснабжения (см. раздел 2), а также, если это возможно, увеличить число фаз выпрямления вентильных преобразователей.

При недостаточности указанных мер следует применять силовые резонансные CL фильтры.

9.10. Электроприемники, нагрузка которых имеет резкопеременный характер (электроприводы, дуговые электропечи и др.), вызывают недопустимые размахи изменений напряжения и дозы колебаний напряжения.

При построении системы электроснабжения следует руководствоваться положениями раздела 2, также целесообразно уменьшение реактивного сопротивления сети, в том числе могут быть эффективны установки продольной компенсации.

В тех случаях, когда совершенствованием схемы питания невозможно снизить значения указанных ПКЭ, могут быть применены быстродействующие синхронные компенсаторы или статические установки динамической компенсации прямого или косвенного действия.

9.11. Несимметричные режимы токов и напряжений связаны с подключением несимметричных нагрузок, т. е. таких электроприемников, симметричное многофазное исполнение которых нецелесообразно или невозможно.

К подобным электроприемникам относятся отдельные термические и сварочные установки, электрическое освещение, специальные однофазные нагрузки.

Подключение таких нагрузок к трехфазной сети ограниченной мощности вызывает длительные или кратковременные несимметричные режимы токов и напряжений, которые могут быть снижены подключением несимметричных нагрузок в точке сети с возможно большей мощностью КЗ и равномерным распределением однофазных и двухфазных нагрузок по всем трем фазам.

Если указанные меры недостаточны, рекомендуется применять симметрирующие устройства.

Для статичной однофазной или двухфазной нагрузки значительной мощности следует использовать нерегулируемые симметрирующие устройства, преобразующие эти нагрузки в трехфазные.

В тех случаях, когда нагрузка по фазам меняется за весьма малые промежутки времени, несимметрия сети носит кратковременный и случайный характер, следует применять регулируемые статические симметрирующие устройства с достаточным быстродействием.

9.12. Для ряда электроприемников производств с непрерывным технологическим процессом, средств вычислительной техники, средств связи и др. исключительное значение имеют длительность и глубина провалов напряжения.

Следует отметить, что нормирование указанных ПКЭ затруднено, так как зависит от особенностей оборудования и технологического процесса конкретной установки.

В качестве технических средств могут применяться агрегаты бесперебойного питания с аккумуляторными батареями и специальные технические средства, позволяющие обеспечить непрерывную и неискаженную форму кривой напряжения у потребителя при провалах различной глубины и длительности.

Источник

Лекция 8. Ограничение токов короткого замыкания

Содержание лекции: средства ограничения токов короткого замыкания.

Цели лекции: изучение средств ограничения токов короткого замыкания на стадии проектирования и в условиях эксплуатации.

8.1 Средства ограничения токов КЗ

Рост уровней токов КЗ вызывает снижение эксплуатационной надежности всех элементов электрической системы. В первую очередь страдают жесткие шины, кабели, электрические аппараты. В меньшей степени повышение уровней токов КЗ затрагивает генераторы и трансформаторы, хотя и для них необходимо предусматривать отрицательные последствия этого повышения.

Ограничению токов КЗ в энергосистемах всегда уделяется достаточно большое внимание. Для этого применяются как схемные решения, так и специальные устройства. Наиболее широко используются:

— оптимизация структуры и параметров сети;

— стационарное или автоматическое деление сети;

— применение токоограничивающих устройств;

— оптимизация режима заземления нейтралей в электрических сетях.

В зависимости от местных условий, требуемой степени ограничения токов при различных видах КЗ, а также технико-экономических показателей в сетях энергосистемы используются различные средства ограничения или их комбинации, дающие наибольший технико-экономический эффект.

8.1.1 Оптимизация структуры и параметров сети (схемные решения)

Схемные решения принимаются, как правило, на стадии проектирования схем развития энергосистем, при этом выбираются оптимальные схемы выдачи мощности электростанций и параметры элементов сетей энергосистем.

Оптимизация структуры сети являются эффективным средством ограничения токов КЗ. С этой целью применяется периферийное ( продольное) разделение сетей, при котором части территории сетей (районы) одного напряжения связываются между собой только через сеть повышенного напряжения (см. рисунок 8.1, а). Местное, или поперечное, разделение сетей (см. рисунок 8.1, б) осуществляется наложением сетей одного и того же напряжения на площади какого-либо района и связью этих сетей через сеть повышенного напряжения.

8.1.2 Стационарное или автоматическое деление сети

Деление сети применяют в процессе эксплуатации, когда требуется ограничить уровни токов КЗ при ее развитии. Различают деление сети стационарное (СДС) и автоматическое (АДС).

Стационарное деление сети осуществляется в нормальном режиме с помощью секционных, шиносоединительных и линейных выключателей. Оно производится тогда, когда уровень тока КЗ в узле сети превышает допустимые значения для параметров установленного оборудования. На рисунке 8.2 показан пример деления сети на электростанции с двумя распределительными устройствами двух повышенного напряжения. Деление производится в результате разрыва трансформаторной связи между распредустройствами двух повышенных напряжений. СДС оказывает существенное влияние на режимы, устойчивость и надежность работы электрической системы, также на потери мощности в сетях.

АДС производится в аварийном режиме для обеспечения работы коммутационных аппататов. Оно осуществляется на секционных или шиносоединительных выключателях, иногда – на выключателях мощных присоединений. При АДС образуется система каскадного отключения токов КЗ. Однако АДС имеет некоторые недостатки:

— возможность появления в послеаварийном режиме значительных небалансов мощностей источноков и нагрузки в разделившихся частях сети;

— увеличение времени восстановления нормального режима.

Несмотря на это, устройства АДС широко применяются в энергосистемах, так как дешевы, просты и надежны.

8.1.3 Токоограничивающие устройства

Токоограничивающие устройства, выполняя свою основную задачу – ограничение токов КЗ, не должны существенно влиять на нормальный режим работы сети, должны иметь стабильные характеристики при изменении схемы и параметров режима.

Токоограничивающие реакторы могут иметь различные конструктивные исполнения и параметры.

Реакторы с линейной характеристикой, включаемые последовательно в соответствующую линию, ограничивают ток КЗ и поддерживают относительно высокий уровень остаточного напряжения в узле подключения. Но в них в нормальном режиме теряются активная и реактивная мощности, а также возникают потери и падение напряжения. Возможные схемы включения линейных и секционных реакторов приведены на рисунке 8.3.

Реакторы с нелинейной характеристикой.. К этой группе относятся управляемые и насыщающиеся реакторы.

Управляемый реактор – это регулируемый реактор со сталью, изменение сопротивления которого осуществляется подмагничиванием магнитопровода полем постоянного тока. При КЗ сопротивление реактора увеличивается и происходит ограничение тока КЗ.

Насыщающий реактор – это неуправляемый реактор в нелинейной характеристикой ( со сталью), которая определяется насыщением магнитопровода полем обмотки переменного тока. Эквивалентное сопротивление реактора растет с увеличением тока. Это свойство реактора используется для ограничения тока КЗ.

Токоограничивающие коммутационные аппараты уменьшают ударный ток КЗ, т.е являются аппаратами безынерционного действия. К ним относятся токоограничивающие предохранители и ограничители ударного тока взрывного действия.

Токоограничивающие предохранители изготавливают на напряжение 6 – 35 кВ. Они отличаются простотой конструкции и небольшой стоимостью, но имеют ряд недостатков:

— одноразовое действие, что затрудняет применение автоматического повторного включения;

— нестабильность токовременных характеристик;

— неуправляемость со стороны внешних устройств (релейной защиты) и т.д., в связи с чем предохранители устанавливаются в цепях менее ответственных потребителей.

Резонансные токоограничивающие устройства. Принцип их действия основан на использовании эффекта резонанса напряжений при работе в нормальном режиме и расстройке резонанса в аварийном режиме.

Кроме того, известны другие токоограничивающие устройства:

— токоограничивающие устройства трансформаторного и реакторно- вентильного типов;

— вставки постоянного тока;

— сверхпроводниковые токоограничивающие устройства.

Источник

Методы ограничения токов короткого замыкания

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 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 раза. Пример секционирования электроустановки с целью ограничения токов КЗ показан на рис.1. Когда выключатель QB включен, ток КЗ от генераторов G1 и G2 проходит непосредственно к месту повреждения и ограничен лишь сопротивлением генераторов и трансформаторов соответствующих энергоблоков.

Если выключатель QB отключен, в цепь КЗ дополнительно включается сопротивление линий. Ток КЗ от генераторов G1 и G2 при этом резко снижается по сравнению с предыдущим случаем.

Рис. 1. Распределение токов КЗ: а—секционный выключатель включен; б—секционный выключатель отключен

Рис. 2. Совместная (а) и раздельная (б) работа трансформаторов на подстанции

В месте секционирования образуется так называемая точка деления сети. В мощной энергосистеме с большими токами КЗ таких точек может быть несколько.

Секционирование электрической сети обычно влечет за собой увеличение потерь электроэнергии в линиях электропередачи и трансформаторах в нормальном режиме работы, так как распределение потоков мощности при этом может быть неоптимальным. По этой причине решение о секционировании должно приниматься после специального технико-экономического обоснования.

В распределительных электрических сетях 10 кВ и ниже широко применяется раздельная работа секций шин, питающихся от различных трансформаторов подстанции (рис. 2). Основной причиной, определяющей такой режим работы, является требование снижения токов КЗ, хотя и в этом случае отказ от непосредственной параллельной работы трансформаторов имеет свои отрицательные последствия: разные уровни напряжения по секциям, неравномерная загрузка трансформаторов и т. п. При мощности понижающего трансформатора 25МВА и выше применяют расщепление обмотки низшего напряжения на две, что позволяет увеличить сопротивление такого трансформатора в режиме КЗ примерно в 2 раза по сравнению с трансформатором без расщепления обмотки.

К специальным техническим средствам ограничения токов КЗ в первую очередь относятся токоограничивающие реакторы.

Источник

Применение технических средств ограничения токов КЗ

Реализация различных способов ограничения токов КЗ предусматривает применение специальных технических средств, которые непосредственно, благодаря своему конструктивному исполнению, ограничивают значение или продолжительность воздействия тока КЗ либо используются в схемах соединения элементов, выполняющих в совокупности эту функцию. К таким средствам относятся:

– аппараты и устройства, реализующие автоматическое деление сети;

– силовые трансформаторы и автотрансформаторы с особым исполнением конструкции и соединения фазных обмоток;

– токоограничивающие элементы и устройства;

– токоограничивающие коммутационные аппараты;

– устройства изменения режима работы нейтрали силовых трансформаторов.

Автоматическое деление сети может использоваться во внешнем электроснабжении предприятий в сетях напряжением 35 кВ и выше. Такая операция реализуется с применением устройств противоаварийной автоматики и коммутационных аппаратов, устанавливаемых на мощных присоединениях, между секциями РУ и на вводах.

Средства противоаварийной автоматики включают в себя релейную защиту, реагирующую на появление КЗ, устройства автоматического выполнения последовательного отключения коммутационных аппаратов (рис. 14.1 г), устройства автоматической частотной разгрузки, АПВ и АВР. Эта система последовательного отключения токов КЗ должна обладать высокими надежностью и быстродействием как при отключении КЗ, так и при восстановлении исходного режима. Ее коммутационные аппараты должны выдерживать полный сквозной ток КЗ и включение без повреждения на КЗ в данном присоединении.

Силовые трансформаторы и автотрансформаторы могут создаваться с учетом необходимости ограничения токов КЗ. Для ограничения уровня мощности КЗ на шинах вторичного напряжения может быть использована конструктивная особенность трансформатора. Известно, что напряжение КЗ определяется номинальным напряжением и проходной мощностью трансформатора, которые обусловливают геометрические размеры его обмоток. При концентрированном размещении обмоток у двухобмоточных трансформаторов обмотка низшего напряжения располагается внутри, а высшего напряжения – снаружи; у трехобмоточных трансформаторов обмотка среднего напряжения помещается между обмотками низшего и высшего напряжения.

Снижение уровня мощности КЗ на выводах понижающих трансформаторов (рис. 14.4) определяется выражениями:

– для двухобмоточных трансформаторов

; (14.4)

– для трехобмоточных трансформаторов

(14.5)

Из (14.4) и (14.5) следует, что снижение мощности КЗ зависит от напряжения КЗ между соответствующими обмотками трансформатора, их единичной мощности и мощности КЗ, поступающей от ЭЭС. Понижающие двух- и трехобмоточные трансформаторы по напряжению КЗ имеют некоторый диапазон варьирования. Например, для двухобмоточных трансформаторов на напряжения 35/6-10 кВ и мощности 1-80 МВ·А он лежит в пределах 6,5-14,4 %, на напряжения 110/6-10 кВ и мощности
2,5-400 МВ·А – в пределах 10,5-13,5 %, на напряжения 220/6-10 кВ и мощности 31,5-125 МВ·А – в пределах 10,6-14 %. Поэтому для ограничения токов КЗ на шинах вторичного напряжения, согласно (14.4) и (14.5), следует выбирать трансформаторы с повышенным для соответствующих обмоток напряжением КЗ, разукрупнять по мощности понижающие подстанции на связях с мощной ЭЭС, использовать раздельную работу трансформаторов.

Трансформаторы и автотрансформаторы могут выполняться с расщепленными обмотками низшего напряжения. Части расщепленной обмотки размещаются симметрично относительно обмотки высшего напряжения, имеют самостоятельные выводы и допускают произвольное распределение нагрузки между обмотками. Ограничение токов КЗ конструктивно достигается большим значением напряжения КЗ между частями расщепленной обмотки.

Для ограничения несимметричных токов КЗ существенную роль играет схема соединения фазных обмоток трансформаторов и автотрансформаторов. Так как в схему замещения нулевой последовательности включаются только те ветви, по которым циркулируют токи нулевой последовательности, то она не содержит участков электрической сети, находящихся за обмотками, соединенными в треугольник.

Рис. 14.4. К ограничению уровня мощности КЗ выбором параметров двухобмоточных (а) и трехобмоточных (б) трансформаторов

Токоограничивающие реакторы представляют собой дополнительные реактивные сопротивления, включаемые в различных точках электрической сети напряжением 6-220 кВ. Их назначение – снижение тока КЗ за реактором и сохранение требуемого уровня остаточного напряжения в узловых точках сети перед реактором. В зависимости от места включения различают реактирование присоединений (рис. 14.5 а), вводов (рис. 14.2 и 14.5 б), секции (14.5 в) и их сочетания (рис. 14.5 г). По схеме включения различают одноцепные и сдвоенные (расщепленные). Отличие сдвоенного реактора от одноцепного заключается в наличии среднего вывода обмотки, в связи с чем возможны различные схемы его включения и использования.

Для уменьшения затрат следует стремиться к применению групповых реакторов вместо индивидуальных в цепях присоединений, вводов и схем коммутации ГПП. Вместе с тем, в схемах, содержащих групповые реакторы на большие номинальные токи и с большим реактивным сопротивлением, возможны колебания напряжения, вызываемые изменением их нагрузки. Этот недостаток устраняется установкой сдвоенных реакторов с обеспечением равномерной загрузки их ветвей.

Первоначальным действием при выборе реактора является определение его индуктивного сопротивления. Исходя из необходимого уровня мощности КЗ за реактором S_k2= S_{к.необх.}, требуемое сопротивление в процентах или в омах рассчитывают, соответственно, по формулам:

; (14.6)

, (14.7)

где x_сб – сопротивление связи данного узла цепи с источником электрической энергии, приведенное к базисным условиям;

I, U_c – рабочий ток и напряжение сети, соответствующее длительному режиму работы реактора.

Рис. 14.5. Схемы реактирования присоединений (а),
вводов (б), секций (в, г) и их сочетаний

По току, напряжению сети, индуктивному сопротивлению выбирают реактор с ближайшим большим стандартным значением x_p, который проверяют (при необходимости) по значению остаточного напряжения

. (14.8)

Секционные реакторы ограничивают ток КЗ на сборных шинах и присоединениях. По сравнению с линейными реакторами они оказывают меньшее токоограничивающее действие, так как рассчитываются на большие номинальные токи, протекающие между секциями при нарушении нормального режима работы.

Секционные реакторы выбирают по номинальному напряжению, наибольшему из рабочих токов секций и индуктивному сопротивлению. Сопротивлением реактора в начале задаются и путем проверочных расчетов изменяют его до значения, допустимого параметрами устанавливаемого электрооборудования.

Сдвоенные реакторы конструктивно подобны обычным реакторам, но от средней точки обмотки имеется дополнительный вывод. В случае применения сдвоенных реакторов источник может быть присоединен к средней точке, а потребители – к крайним, или наоборот.

Преимуществом сдвоенного реактора является то, что в зависимости от схемы включения и направления токов в обмотках индуктивное сопротивление его может увеличиваться и уменьшаться. Это свойство сдвоенного реактора обычно используется для уменьшения падения напряжения в нормальном режиме и ограничения токов при КЗ.

Ветви реактора выполняют на одинаковый номинальный ток I_ном., а средний вывод – на удвоенный номинальный ток ветви 2I_ном.. За номинальное сопротивление сдвоенного реактора принимают относительное сопротивление ветви обмотки при отсутствии тока в другой ветви:

, или (14.9)

,

где L – индуктивность ветви реактора (индуктивности ветвей в реакторе обычно равны между собой).

Выбор сдвоенного реактора аналогичен выбору одноцепного реактора. Значение тока каждой ветви сдвоенного реактора должно быть не менее 0,675 номинального тока обмотки трансформатора либо суммарного тока нагрузки. При этом предполагается равномерное распределение нагрузки между ветвями реактора.

Наличие сопротивления у токоограничивающих реакторов приводит к дополнительным потерям напряжения, мощности и энергии.

Токоограничивающие коммутационные аппараты совмещают функции ограничения наибольших значений токов КЗ и защиты от воздействия сверхтоков нет путем их отключения. К ним относятся быстродействующие токоограничивающие предохранители, ограничители ударного тока и специальные автоматические выключатели на напряжение до 1 кВ.

Токоограничивающие предохранители обеспечивают защиту электроустановки при условии, если

.

Токоограничивающие предохранители применяются в сетях напряжением до 35 кВ. Они характеризуются следующими показателями: номинальным напряжением, током патрона и током плавкой вставки, который не должен превышать номинального тока патрона предохранителя, а также наибольшим и наименьшим токами отключения, зависимостями времени плавления вставки t_пл, времени отключения t_откл и тока ограничения I_у.скв от периодической составляющей I_п.к ожидаемого тока КЗ.

Токоограничивающее действие предохранителей определяется номинальным током плавкой вставки I_ном.пл, а также значениями периодической составляющей и ударного тока КЗ при отсутствии в сети предохранителя. Если степень токоограничения оценивать по коэффициенту ограничения

, (14.10)

то значение последнего уменьшается с увеличением номинального тока плавкой вставки и становится наименьшим при номинальном токе патрона предохранителя.

Как средство токоограничения предохранители сравнительно дешевы и просты, но имеют ряд недостатков: одноразовое использование плавких вставок, нестабильность токовременных характеристик, плохая совместимость действия с устройствами релейной защиты и системой автоматики, а также недостаточная эксплуатационная надежность.

Ограничители ударного тока, как и предохранители являются коммутационными аппаратами одноразового действия. В них используется принцип отключения цепи взрывом токоведущего проводника пиропатроном. Сигнал на срабатывание ограничителя поступает от внешних устройств релейной защиты, контролирующих ток КЗ и его первую производную. Ток КЗ ограничивается за время около 0,5 мс при полном отключении сети за 5 мс.

Недостатком ограничителей ударного тока являются высокая стоимость и сложность управления.

Автоматические выключатели, применяемые в сетях напряжением до 1 кВ, срабатывают при токах КЗ за время 0,2 – 0,6 с. Это время достаточно для обеспечения защиты электрооборудования от теплового воздействия токов КЗ, благодаря чему электрические сети, защищаемые такими выключателями, на термическую стойкость не проверяются.

Известны конструкции специальных автоматических выключателей (токоограничивающие выключатели, выключатели с ограничителями) для снижения амплитуды тока КЗ в течение времени отключения. В них ограничение сверхтоков достигается введением в электрическую цепь больших сопротивлений. Для этой цели используется сопротивление электрической дуги, образующейся между размыкающимися контактами выключателя или в специальных элементах (ограничителях). Быстрое нарастание сопротивления электрической дуги реализуется отбросом контактом выключателя под действием электродинамических сил, вызываемых протекающим током КЗ, или в результате срабатывания быстродействующих электромагнитных элементов. В ограничителях сопротивления дуги уровень тока КЗ снижается до такого значения, при котором электрическую цепь может разомкнуть выключатель, работающий совместно с ограничителем.

Устройства, включаемые в цепь заземления нейтрали силовых элементов, могут иметь различное целевое назначение, так как режим нейтрали сети влияет на решение многих вопросов электроснабжения: обеспечение условий работы релейной защиты; выбор класса рабочей изоляции проводников; снижение уровня атмосферных и коммутационных перенапряжений и др. К ним относятся также вопросы ограничения токов наиболее распространенных однофазных КЗ на землю. По данным исследований ток однофазных КЗ может превышать ток трехфазного КЗ на 25 %; поэтому их необходимо рассчитывать с целью принятия мер для ограничения тока однофазного КЗ.

Режим работы нейтралей сетей в СЭС зависит от уровня напряжения, значения емкостных токов КЗ на землю, требований безопасности и рабочей среды предприятий. С глухозаземленной нейтралью работают сети напряжением до 1 кВ. В условиях рабочей среды, где определяющим фактором является требование электро- и взрывобезопасности, сети напряжением до 1 кВ выполняют с изолированной нейтралью. С изолированной или заземленной через дугогасящие реакторы нейтралью работают сети напряжением 6 – 35 кВ. С эффективно заземленной нейтралью эксплуатируются сети напряжением 110 кВ и выше с большими токами КЗ на землю, когда коэффициент замыкания на землю

, (14.11)

где U_ф.з – разность потенциалов между неповрежденной фазой и землей в точке КЗ на землю другой или двух других фаз;

U_ф.ном – разность потенциалов между фазой и землей в этой точке до КЗ.

Неравенство (14.11) выполняется при соотношении параметров сети

или , (14.12)

где Z_орез, x_орез – результирующее полное и реактивное сопротивление прямой последовательности;

Для ограничения токов КЗ на землю разземляют нейтраль части силовых трансформаторов (рис. 14.6 а), включают в цель нейтрали элементов сети реакторы с линейной характеристикой (рис. 14.6 б), насыщающиеся реакторы (рис. 14.6 в), дугогасящие реакторы и резисторы
(рис. 14.6 г), нелинейные сопротивления (рис. 14.6 д); гальванически разделяют сеть установкой трансформаторов или заменой автотрансформаторов трансформаторами, что расширяет возможности изменения режима нейтрали ее участков.

Эти устройства могут включаться постоянно в нейтраль, вводиться в цепь ее рабочего заземления при КЗ на землю (рис. 14.6 е) с помощью коммутационных аппаратов или изменять результирующее сопротивление при появлении КЗ на землю путем срабатывания пороговых элементов (насыщающихся реакторов); индуктивно-емкостных контуров, настроенных в резонанс напряжений.

Рис. 14.6. Схемы, поясняющие выполнение рабочего заземления нейтрали

При атмосферных и коммутационных перенапряжениях заземление нейтрали через резистор равносильно ее глухому заземлению. Заземление нейтрали через реакторы или резонансные токоограничивающие устройства преследует цель ввести при КЗ в цепь заземления нейтрали индуктивное сопротивление. Оно ограничивает ток КЗ в большей степени, чем при заземлении через устройства с активным сопротивлением того же значения, снижает напряжение на нейтрали, но менее эффективно при атмосферных перенапряжениях.

В сетях напряжением 110 кВ для ограничения тока КЗ эффективнее использовать резисторы, чем реакторы. Степень снижения тока при этом ограничивается допустимым повышением напряжения на неповрежденных фазах (до 1,4 U_ф.ном). В сетях напряжением 220 кВ (в зависимости от параметров сети) эффективным может быть применение как резисторов, так и реакторов. Заземление нейтрали трансформаторов через резистор или реактор позволяет снизить установившийся ток КЗ до 50 – 80 % значения тока КЗ при глухозаземленной нейтрали без превышения допустимых уровней напряжений на нейтрали и неповрежденных фазах.

В сетях с изолированной или заземленной через дугогасящие реакторы нейтралью ток замыкания на землю наименьший. Он обусловливается активной проводимостью на землю и степенью компенсации емкостного тока дугогасящим реактором электрически связанной части сети. Поэтому в данном случае наиболее просто ограничить токи неполнофазных замыканий сети на землю путем разземления нейтрали ее силовых элементов.

Степень снижения тока КЗ с помощью рассмотренных средств ограничивается допустимым повышением напряжения на нейтрали и неповрежденных фазах в процессе КЗ, а также классом применяемой изоляции. Так как трансформаторы на напряжение 110 кВ и выше имеют низкий класс изоляции нейтрали, то степень токоограничения уменьшается с повышением номинального напряжения сети. Разземление нейтралей трансформаторов на напряжение 330 кВ и выше не допускается.

Выбор схемы и устройств цепи рабочего заземления нейтралей силовых элементов для снижения токов неполнофазных КЗ на землю зависит от режима нейтрали всей сети, ее параметров и ограничений по уровням перенапряжений, которые определяются шкалой номинальных напряжений. При этом весомыми являются следующие факторы: удобство эксплуатации, требования надежности и бесперебойности электроснабжения, стремление найти экономически выгодную границу между снижением токов КЗ на землю и допустимым повышением уровня различных видов перенапряжений.

Дата добавления: 2015-05-19 ; просмотров: 2669 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник