Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Лекции - Электрические системы и сети - файл 1.docx


Лекции - Электрические системы и сети
скачать (1240.9 kb.)

Доступные файлы (1):

1.docx1241kb.22.11.2011 22:09скачать

содержание
Загрузка...

1.docx

Реклама MarketGid:
Загрузка...
Основные определения.

Энергетическая система – совокупность электрических станций, электрических и тепловых сетей, соединенных между собой и связанных общностью режима в непрерывном процессе производства преобразований и распределения электрической энергии и теплоты. Функции энергосистемы: преобразование, производство и распределение.

Электрическая часть энергосистемы – совокупность электроустановок, электрических станций и электрических сетей энергосистемы.

Электроэнергетическая система – электрическая часть энергосистемы и питающиеся от нее приемники электрической энергии, объединенные общностью процесса приема, производства, передачи, распределения, потребления электрической энергии.

Электрическая сеть – совокупность электроустановок для передачи и распределения электрической энергии, состоящих из подстанций, распределительных устройств, токопроводов, воздушных и кабельных линий, работающих на определенной территории.

Электрическая станция – промышленные предприятия, производящие электрическую, а также тепловую энергию.

Электрическая подстанция – электроустановка, предназначенная для преобразования энергии одного напряжения (вида) в электрическую энергию другого напряжения (вида).

ЛЭП – система проводов и кабелей, предназначенных для передачи электрической энергии от источника к потребителю.

Распределительное устройство – электроустановка, служащая для приема и распределения электрической энергии и содержащая коммутационные аппараты, сборные и соединительные шины, вспомогательная устройства, а также устройства защиты автоматики и измерительные приборы.

ОРУ – открытое распределительное устройство

ЗРУ – закрытое распределительное устройство

КРУ – комплектное распределительное устройство



^ Энергетическая система потребителей

Классификация электрических станций:

  1. а) паротурбинные: тепловые (ТЭС – в качестве источника энергии используется уголь, газ или нефть), которые делятся на КЭС (конденсационные электрические станции) и ТЭЦ (теплофикационные электрические станции).

б) газотурбинные.

2. АЭС – атомные. В качестве первичного источника энергии применяется урановый концентрат.

3. ДЭС – дизельные.

4. СЭС – солнечные (имеет небольшую мощность).

5. ПЭС – приливные.

6. ВЭС – ветряные.

7. ГеоТЭС – геотермальные.

8. ГаЭС – гидроаккумулирующие.

9. МГДЭС – магнитогидравлические.

Конденсационную электростанцию также называют ГРЭС – государственной районной электростанцией, вырабатывающей только электроэнергию на повышенном напряжении.



Классификации подстанций.

Главным признаком является ее назначение и роль в энергосистеме, высшее напряжение, число и мощность установленных силовых напряжений.

  1. Подстанции по упрощенным схемам без выключателей или с малым их числом.

  2. Проходные или транзитные подстанции.

  3. Мощные коммутационные узлы системы.

По назначению подстанции могут быть потребительские (для электроснабжения потребителей), сетевые и системные (для отбора мощности).

Потребительские имеют два основных напряжения – высокое и низкое.

По способу присоединения сети подстанции делятся на тупиковые, ответвительные и проходные (транзитные).

По количеству устанавливаемых силовых трансформаторов подстанции делятся на однотрансформаторные, двухтрансформаторные, трехтрансформаторные и четырехтрансформаторные.

По типам устанавливаемых силовых трансформаторов делятся на:



- с двухобмоточными трансформаторами.

- с 3 обмоточными трансформаторами.

- с трансформаторами с расщепленными обмотками низкого напряжения.

- автотрансформаторами.

По типу напряжения делятся на:

- подстанции с двумя напряжениями – высокое и низкое.

- подстанции с 3 напряжениями – высокое, среднее и низкое.

- подстанции с 4 напряжениями – высокое, среднее 1, среднее 2, низкое (220, 110, 35, 10 кВ).

По типам устанавливаемых компенсирующих устройств делятся на:

- с установкой синхронных компенсаторов.

- с установкой батарей шунтирующих статических конденсаторов.

- с установкой продольной емкостной компенсации.

- с установкой шунтирующих реакторов.

Главные понизительные подстанции (ГПП) – предназначены для питания промышленных предприятий, получают электроэнергию от энергосистемы на напряжение 35 кВ и распределяют ее по территории предприятия.

Подстанции глубокого ввода (ПГВ) – с первичным напряжением 35 кВ и выше, выполняемые по упрощенной схеме коммутации на первичном напряжении, получают питание от энергосистем и предназначенные для питания отдельных корпусов, цехов.

Трансформаторная подстанция (ПС) – подстанция напряжением 6-10 кВ, предназначенная для питания предприятий с небольшой нагрузкой.

^ Нагревание проводников и аппаратов при длительном влиянии тока

является следствием потерь мощности.

Различают следующие потери:

- джоулевые – потери, пропорциональные квадрату тока.

- потери магнитопровода от перемагничивания и вихревых токов.

- потери диэлектриков, пропорционально равные квадрату напряжения.

Для электрических аппаратов потери являются сложной функцией от частоты тока.



Тепло, выделяемое в проводнике.

dQ = I2Rdt

dQ1 = GCdΘ

Θ = Θп - Θo (тепло, которое идет на нагрев проводника)

dQ2 = kSΘdt

I2Rdt = GcdΘ + kSΘdt (нелинейное дифференциальное уравнение 1 порядка)

Θ = I2RkS (1-e-kSGCt)

Θп = Θo ± I2RkS (1-e-kSGCt)

Θп уст = Θо + I2RkS , выразим ток из уравнения:

I = θп уст - θоkSR

Iдлит. доп. = (θдоп- θоJkS)R

Θ - температура окружающей среды

Q - тепло

d - знак дифференциала

S – площадь поверхности

к – коэффициент теплоотдачи (конвекция, теплопроводность)

Θп уст - температура окружающей среды проводника установившаяся

Θо - температура окружающей среды нулевая

кп – коэффициент поверхностного эффекта

R = кп К

Kп ≥ 1

R = кп кб R

К б ≥ 1



^ Выбор проводников по допустимому нагреву в нормальном режиме.

Ip max ≤ kΘ Iдоп. ном

Iраб. макс = Smax2 U - для воздушных линий (ВЛ)

Ip max ≤ kо kw kпер Iдоп. ном – для кабельных линий

Ip max ≤ Iном – для электрических аппаратов (если выполняется это условие, то электрический аппарат не перегревается)

��эк = f (тип проводника, Tmax – годовая продолжительность максимума)

��эк – экономическая плотность тока

Fрасч = Iрасч maxjэк = мм2

Iрасч. max = Smax2RU

^ Нагревание аппаратов и проводников при КЗ.

При чрезмерном повышении температуры частей аппаратов и проводников возможно:

- размягчение и плавление металла

- выжигание изоляции

- разрушение контактов

Для надежной работы необходимо исключить эти явления. Чтобы проводник не перегревался, необходимо:

- увеличить сечение проводника

- уменьшить время КЗ

- искусственно ограничить токи КЗ

Критерием термической стойкости является конечная температура при коротком замыкании. Допустимая температура при КЗ значительно превышает допустимую температуру при нормальном режиме в связи с тем, что время при КЗ мало. Это позволяет не учитывать отвод тепла в окружающую среду.



Допустимые температуры при коротком замыкании:

- у меди, латуни (неизолированный) - 3000

- алюминий (неизолированный) - 2000

- кабель с бумажной изоляцией – 2000

- кабель с синтетической изоляцией - 1500

I2kt ∙ RΘ dt

G ∙ CΘ dΘ, С – удельная теплоемкость

Θ = Θк – Θп , Θк – температура при КЗ; Θп – температура проводника

0tkIkt2dt= θпΘkGCθRθdθ

0tkIkt2dt=Bk

(тепловой импульс или интеграл джоуля)

Ik2= Iп2+ ia2, ia2 – действующее значение тока (среднее квадратичное значение – эквивалент постоянному току по тепловому воздействию).

^ Термическая стойкость электрических аппаратов.

Термическая стойкость – способность аппарата противостоять кратковременным тепловым токам КЗ без повреждений, препятствующей дальнейшей нормальной работе.

Iтерм. ном = 20 кА

tтерм. ном = 1 сек

Вк = I2терм. ном ∙ tтерм. ном – условие проверки электрических аппаратов на термическую стойкость.



Определение конечной температуры в проводниках при КЗ.

0tkIkt2dt=θпΘkGCθRθdθ

gFBPn θпθkСθFθdθ

G = gFL; F – сечение, L – длина.

Чтобы найти объем провода, необходимо умножить сечение на длину.

RΘ = ρΘLF

BkF2=A (θk, θп )

Выразим сечение: F = BkAкон- Aнач = доп. 35 мм2

Aкон- Aнач=С

^ Электродинамическое действие токов КЗ.

Силу действия проводников с током принято называть электродинамическими силами. Величина и напряжение этих сил зависит от величины токов, формы и размеров контуров с токами, а также свойств, среды и взаимного расположения.

При недостаточной мощности обмоток машин токоведущих частей аппаратов и распределительных устройств, они могут быть разрушены при 

КЗ. Величины этих сил таких конструкций могут быть определены на основании закона Био-Савара-Лапласа:

Для параллельных проводников сила будет равна:

F = k ∙ kф ∙ i1 ∙ i2 ∙ La , где kф – коэффициент формы, k – коэффициент связи, а – расстояние между проводниками.

F = f (iy, L, a), где iy – ударный ток.

Параметры КЗ: назначение тока короткого замыкания – ударный ток.

Электродинамическая стойкость – это стойкость аппаратов противостоять кратковременным усилиям, возникающим при токе КЗ, препятствующим их дальнейшей работе.

iy ≤ iдин ,где iдин – ток динамической стойкости

Изолятор проверяется на электродинамическую стойкость:

Fрасч ≤ Fдоп = 0,6Fразр . Сила зависит от расстояния между шинами.

^ Измерительные трансформаторы.

  1. Трансформаторы напряжения – предназначены для преобразования (понижения) напряжения до значений, удобных для измерений (100 В, 100/3 В или 100√3 В) и присоединения ко вторичной обмотке измерительных приборов, цепей автоматики, сигнализации и защитных устройств. Нормально трансформаторы напряжения работают в режиме, близком к режиму холостого хода – режиму, когда первичная обмотка подсоединена к сети, а вторичная разомкнута.

Они характеризуются следующими номинальными параметрами:

- первичное номинальное и вторичное номинальное напряжения.

- номинальный коэффициент трансформации ku ном

- номинальный класс точности

- номинальная и предельная мощность S

Чтобы найти коэффициент трансформации ku ном , нужно первичное напряжение поделить на вторичное напряжение обмотки трансформатора: ku ном = U1 номU2 ном



Класс точности определяется погрешностью трансформатора (в процентах), который находится: f = U2 ном ∙ ku ном - U1 U1 ∙100

Классы точности трансформатора:

0,1/0,2/0,5/1,0/3,0/3Р/6Р

0,1 и 0,5 % - для подключения коммерческих приборов (где необходим точный расчет).

3Р, 6Р – для релейной защиты.

Конструкции трансформаторов напряжения:

1) по роду установки.

2) по числу фаз – 1 или 3хфазные.

3) по числу обмоток – 2 или 3.

4) по наличию или отсутствию заземления вывода первичной обмотки.

5) по принципу действия.

6) по числу ступеней трансформации.

7) по наличию компенсирующей обмотки (для уменьшения угловой погрешности) или обмотки контроля изоляции сети.

8) по виду изоляции – сухая, масляная, литая.

9) по особенности конструктивного исполнения.

Н – трансформатор напряжения

О – однофазный

Т – трехфазный

С – с естественным воздушным охлаждением

М – с естественным масляным охлаждением

Л – с литой изоляцией

Г – с газовой изоляцией (элегаз)

Ф – фарфоровые покрышки

К – каскадный

К на конце – с компенсирующей обмоткой

З в начале – с заземленным выводом первичной обмотки

З в конце – защищ. исполнение

И – с дополнительной обмоткой для контроля изоляции

ДЕ – делитель емкостной

П – встроенный предохранитель

Г – герметичное исполнение

А – антирезонансная конструкция

ХЛ – для установки в холодном климате



У – умеренный климат

ТК – тропический климат

Буква или цифра в конце обозначает характеристику климата или категорию исполнения:

1 - для работы на открытом воздухе

2 - для работы в помещении со свободным доступом наружного воздуха

3 - в закрытом помещении с естественной вентиляцией

4 – в помещении с искусственно регулируемыми климатическими условиями

Схемы включения трансформаторов напряжения:

- неполный или открытый треугольник и звезда

V – вольтметры (схема треугольник)

Выбор трансформаторов напряжения: 1) выбирают по напряжению Uуст = Uном; 2) класс точности – 0,5; 3) S2 ≤ Sном

^ Трансформаторы тока.

Трансформаторы тока предназначены для преобразования тока до значений, удобных для измерений – 1 А, 5А (иногда 2А, 2,5 А, 10 А – на специальных трансформаторах тока). К вторичной обмотке последовательно включаются обмотки измерений приборов и реле, вторичная обмотка должна быть заземлена в целях безопасности.

Трансформаторы тока характеризуются следующими параметрами:

- первичный номинальный и вторичный номинальный токи.

- номинальный коэффициент трансформации.

- класс точности (номинальная вторичная нагрузка).

Класс точности определяется погрешностью трансформатора: f = I2 ном ∙ kI ном - I1 I1 ∙100 в процентах.



Угловая погрешность трансформатора тока – угол между вектором первичного тока и вторичного тока.

- ε = I2- I1I1 ∙100 - полная погрешность в процентах.

Классы точности:

0,1/0,2/0,2S/0,5/0,5 S/1,0/3,0/5,0/10/10Р

Выбор трансформаторов тока: 1) Uуст ≤ Uном; 2) по допустимому нагреву Ip max ≤ Iном; 3) проверка по электродинамической стойкости iy ≤ iдин; 4) проверка по термической стойкости Ви = I2терм. ном ∙ tтерм. ном, где Ви – тепловой импульс; 5) по нагрузке z2 ≤ z2 ном, S2 ≤ S2 ном; 6) класс точности;

^ Выключатели высокого напряжения.

Выключатели высокого напряжения (более 1000 В) предназначены для коммутации в цепи в нормальном и аварийном режимах. Выключатели отключают все токи. Исключение составляет выключатель нагрузки, который лишь отключает ток холостого хода и ток нагрузки, а ток короткого замыкания он не отключает.

Выбор выключателей ВН: 1) I ≤ Iдин – это условие может и не выполняться; 2) iy ≤ iдин; 3) Uуст ≤ Uном; 4) Ip форс ≤ Iном, где Ip форс – рабочий форсировочный ток; 5) Вк = I2терм. ном ∙ tтерм. ном

Разъединители.

Предназначены для создания видимого разрыва цепи и для коммутации цепей без тока нагрузки. Сначала цепь обесточивается с помощью выключателя, а затем для большей уверенности в отсутствии напряжения ее размыкают разъединителем. Разъединитель не отключается первым и не имеет автоматического привода.



Порядок отключения цепи: В-ЛР-ШР

Порядок включения: наоборот

^ Ограничение токов КЗ.

В мощных электроустановках и питаемых или распределительных сетях токи КЗ могут иметь очень большую величину, что влечет установку очень большого оборудования, а иногда приводит к тому, что невозможно выбрать оборудование для отключения токов КЗ, поэтому для их уменьшения необходимо применять искусственные меры.

Наиболее распространенные способы ограничения токов КЗ:

- реактирование – применение линейных реакторов.

- секционирование – раздельная работа генераторов, трансформаторов, питающих линий.

- применение трансформаторов с расщепленной обмоткой.

Реактирование – применяется токоограничивающий реактор.

Реактор состоит из 3 катушек без стальных сердечников, иногда бывают со стальным сердечником. Витки катушки изолированы друг от друга, а катушка изолирована от заземленных частей. Промышленностью выпускаются масляные (для установки в ОРУ), бетонные (ЗРУ) и сдвоенные (ЗРУ).

Сдвоенный реактор имеет две катушки на фазу, намотанные в одном направлении, включенные согласно и 3 зажима – 1 средний и 2 крайних. За номинальный ток принимают ток катушки. Его особенность: наличие магнитной связи между ветвями каждой фазы.

Различают 3 режима работы сдвоенного реактора: 1) сквозной 2) продольный – ток протекает в одном направлении 3) одноцепный – ток протекает по одной цепи.

Индуктивное сопротивление реактора определяют, исходя из условий ограничения токов КЗ заданного уровня.

Уровень ограничения токов КЗ определяют, исходя из условия сохранения термической стойкости отходящих кабелей: Ik= UA3XC = кА






















Скачать файл (1240.9 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации