Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Лекции - Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения - файл 1.doc


Лекции - Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения
скачать (190 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc190kb.19.12.2011 06:43скачать

содержание
Загрузка...

1.doc

Реклама MarketGid:
Загрузка...
Лекция 1

1. Общие сведения об аппаратах в системах электроснабжения.

1.1. Аппараты защиты систем электроснабжения до 1 кВ.
Для защиты электрических сетей и электрооборудования до 1 кВ от ненормальных режимов применяют автоматические выключатели, плавкие предохранители и различные комбинированные аппараты.

Предохранители дешевле и проще в эксплуатации, чем автоматы, но автоматические выключатели по сравнению с предохранителями имеют ряд преимуществ: при перегрузках и КЗ отключают все фазы защищаемой сети и исключают неониофазные режимы; уменьшают длительность простоя электроустановок; более безопасны в обслуживании.

Автоматы применяют при использовании средств и устройств автоматики и в случаях необходимости автоматического или дистанционного управления, быстрого восстановления напряжения и при частых аварийных отключениях.

В других случаях рекомендуется применять инерционные и безинерционные предохранители, при этом инерционность предохранителя выбирается в зависимости от характера нагрузки. Для исключения наполиофазных режимов применяют предохранители с блок-контактном в сочетании с пускателями или контакторами. Перспективны полупроводниковые (электронные) защитно-коммутационные и пускорегулирующие устройства: тиристорные выключатели, пускатели, станции управления и т.п.

Если для защиты электрических сетей и электрооборудования выбраны автоматические выключатели, то на ответвлениях от распределительных устройств и минопроводов рекомендуется применять установочные автоматы на номинальные токи до 630 А. Автоматы подстанционные устанавливаются на трансформаторных и преобразовательных подстанциях при токах выше 400 А.

При относительно больших токах КЗ рекомендуется применять блок «автоматический выключатель-предохранитель». В этом случае предохранители отключают токи КЗ, близкие по величине к одноразовой предельной коммутационной способности автомата.

Меньшие токи КЗ отключаются автоматическим выключателем.

Согласно требованиям правил устройств электроустановок (ПУЭ) кроме защиты от КЗ все низковольтные сети должны быть защищены от перегрузки. К ним относят:

а) сети, выполненные открыто проложенным кабелем внутри любых помещений;

б) осветительные сети, независимо от способа прокладки проводов и кабелей;

в) силовые сети промышленных предприятий;

г) сети во взрывоопасных помещениях.

В целом условия согласования характеристик аппаратов защиты (предохранителей и автоматов) с сечениями проводов и кабелей защищаемых сетей, можно обобщить в виде:



где - номинальный ток или ток срабатывания аппарата защиты, А; - кратность допустимого длительного тока по отношению к номинальному току (или току срабатывания) аппарат защиты, %.

Значение нормируются ПУЭ в зависимости от условий окружающей среды, типа аппарата защиты, изоляции проводов и кабелей. Таким образом, выбор предохранителей и автоматов для защиты сетей напряжени5ем до 1 кВ тесно связан с выбором сетей проводов и кабелей.

Выбор предохранителей и автоматов для защиты электродвигателей напряжением до 1 кВ рассматривались в курсе «Электрические и электронные аппараты».
^ 1.2. Аппараты в системах электроснабжения напряжением свыше 1 кВ.
Аппараты высокого напряжения (АВН) используются в электроэнергетических системах для формирования схем передачи электроэнергии и электроснабжения потребителей нормальных и аварийных режимах; для контроля за состоянием высоковольтных электроустановок и ограничения перенапряжений и токов возникающих при их эксплуатации.

По назначению аппараты высокого напряжения в системах электроснабжения подразделяют на следующие виды:

Коммутационные аппараты (выключатели, выключатели нагрузки, разъединители, короткозамыкатели, отделители), предназначенные для формирования схем передачи электроэнергии и электроснабжения потребителей в нормальных и аварийных режимах;

Измерительные трансформаторы тока и напряжения, применяемые для непрерывного контроля за системой электроснабжения в качестве датчиков сигналов её состояния, передаваемых устройствам защиты и автоматики. Применяются измерительные трансформаторы при высоких напряжениях и больших токах, когда непосредственное включение в первичные цепи контрольно-измерительных приборов, реле и устройств автоматики технически невозможно или недопустимо по условиям безопасности обслуживающего персонала. Основные требования к измерительным трансформаторам – это обеспечение передачи информации м минимально возможным искажениями.

Ограничивающие аппараты (предохранители, реакторы, разрядники, нелинейные ограничители перенапряжений), применяемые для ограничения токов и реле напряжений, возникающих при эксплуатации систем электроснабжения.

Токоограничивающие предохранители рассматривались ранее. и предназначены для ограничения токов КЗ.

Токоограничивающие реакторы представляют собой катушку индуктивности без сердечника, включаемую последовательно в токоведущую цепь. Реактор выбирается из условия ограничения тока КЗ в цепях 6-10 кВ до уровня, при котором обеспечивается динамическая и термическая стойкость коммутационных аппаратов и кабелей (когда их параметры недостаточны для эксплуатации без реакторов).

Наиболее распространенным средством ограничения грузовых и внутренних перенапряжений являются разрядники. Эти аппараты состоят из нелинейных резисторов (варисторов) и искровых промежутков, автоматически подключающих варисторы к токоведущей цепи при превышении заданного уровня напряжения.

В настоящее время используют нелинейные ограничители перенапряжений (ОПН) на основе варисторов с высоконелинейной вольтамперной характеристикой, подключаемые к токоведущи элементам без исковых промежутков. Протекающий по ОПН ток при номинальном напряжении составляет миллиамперы, а при повышениях напряжения возрастает до тысяч ампер. ОПН сравнительно дешевы и надежны, ограничивают коммутационные и грозовые перенапряжения.

Согласно ПУЭ к коммутационным аппаратам (КУ) относятся низковольтные автоматические выключатели и предохранители. Условия выбора КА для систем электроснабжения рассмотрены ниже, примеры их выбора и задачи для самостоятельного решения приведены в л. [1].


Лекция 2

^ 2. Выбор аппаратов для систем электроснабжения.

2.1.Условия выбора коммутационных аппаратов.
Согласно ПУЭ электрические аппараты выбирают по расчетным условиям нормального режима:

где номинальные напряжения и ток «а» - аппарата, «с» - сети; и проверяют по условиям наиболее тяжелого режима короткого замыкания по термической и электродинамической стойкости, включающей и отключающей способности аппарата.

^ Термической стойкостью называют способность аппарата выдерживать кратковременное тепловое действие тока КЗ без повреждений, препятствующих его дальнейшей исправной работе. Характеризуется током термической стойкости, который зависит от времени его прохождения, поэтому термическая стойкость относится к определенному времени в зависимости от параметров аппарата [1].

^ Электродинамической (динамической) стойкостью называют способность аппарата выдерживать кратковременное действие электродинамических усилий в режиме КЗ без повреждений, препятствующих его дальнейшей нормальной эксплуатации. Электродинамическая стойкость характеризуется наибольшим допустимым током КЗ для данного аппарата [2].

Отключающая способность – это значение ожидаемого тока отключения, который способен отключить коммутационный аппарат или плавкий предохранитель при установленном напряжении в предписанных условиях эксплуатации и поведения.

Для переменного тока это симметричное действующее значение периодической составляющей (ГОСТ 50030.1-92).

Включающая способность коммутационного аппарата – это значение ожидаемого тока включения, который способен включить коммутативный аппарат при установленном напряжении в предписанных условиях эксплуатации и поведения (ГОСТ 50030.1-92).

В зависимости от назначения при выборе аппарата учитывают те или иные параметры, основные их которых приведены в таблице 6.3.1., где учитываемые параметры обозначены знаком «+»; не учитываемые – знаком «-»; параметры, отмеченные знаком «+» учитываются в частных случаях.

Таблица 2.1. Основные параметры выбора аппаратов.


Аппарат



Номинальные


В режиме КЗ


напряже-

ние

ток

стойкость

способность

терми-

ческая

дина-

миче-

ская

отклю-

чающая

вклю-

чающая

Автомат

Предохранитель

Рубильник

Выключатель

Разъединитель

Короткозамыкатель

Отделитель

Выключатель

нагрузки

+

+

+

+

+

+

+
+

+

+

+

+

+

-

+
+

-

-

+

+

+

+

+
+


(+)

-

+

+

+

+

+
+


+

+

-

+

-

-

-
+

-

-

-

+

-

-

-
-




В электрических аппаратах токи КЗ могут в 10-20 раз превышать токи длительного режима, однако время КЗ ограничение времени срабатывания релейной защиты и выключателя .
^ 2.2 Понятие о термической и электродинамической стойкости.
С учетом продолжительности КЗ допустимая температура токоведущих элементов при КЗ значительно выше, чем в длительном режиме и зависит от свойств изоляционных и конструктивных материалов аппарата, но не должна превышать предельно допустимых температур нагрева аппарата. Поэтому количественная характеристика термической стойкости аппарата является ток термической стойкости: и время его протекания:

Связь между токами термической стойкости для различного времени его протекания выражается равенством:



где 1,3,5,10 – стандартное время термической стойкости аппарата.

Вышеприведенная формула позволяет сделать пересчет к одному времени термической стойкости. Пока термической стойкости аппаратов.

Аналогично пересчитывай реальный ток КЗ в сети к определенному по справочно-католожным данным времени термической стойкости аппарата:


где периодически составляет ток в сети; время КЗ; время термической стойкости аппарата; ток термической стойкости в сети рассчитан.

При этом аппарат будет удовлетворять условиям термической стойкости, если


где ток термической стойкости аппарата

рассчитан ток термической стойкости сети.
Электродинамическая стойкость аппарата в режиме КЗ определена его способность противостоять разрушающему воздействию электродинамических сил.



На рис. 5.3.1. показано взаимодействие двух параллельных нитевидных проводников с током, где обозначено токи в проводниках; магнитная, создаваемая током

(направление определяется по правилу буравчика); электродинамическая сила, направление которой можно определить по правилу левой руки. При многократном возрастании тока при КЗ электродинамические силы способны разрушить конструкцию аппарата и его токоведущие части.

Аппараты выдерживают воздействие ЭДС, если выбирается по условию:

Здесь обозначен действующие (мгновенно). Значение периодически составляют предельного сквозь тока КЗ «а» - аппарата; «с» - сети; - ударный коэффициент.

Условия выбора аппаратов по включающей и отключающей способности зависят от назначения аппарата и рассматриваются на примерах в л. [7].
Контрольные вопросы.


  1. Дайте определение термической и электродинамической стойкости, включающий и отключающей способности.

  2. Напишите условия выбора по термической и электродинамической стойкости

  3. Напишите условия выбора по включающей и отключающей способности выключателя, выключателя нагрузки, предохранителя.

  4. объясните конструкцию и назначение реактора, разрядника, ОПН, измерительных трансформаторов.

Лекция 3

^ 3. Выключатели переменного тока высокого напряжения

3.1. Общие сведения.
Высоковольтные выключатели (ВВ) предназначены для коммутации цепей переменного тока напряжением выше 1кВ во всех регионах, возможных в эксплуатации: включение и отключение номинальных токов, токов короткого замыкания, токов холостого хода силовых трансформаторов и емкостных токов.

Наиболее тяжелым режимом работы выключателя является отключение и включение токов короткого замыкания (КЗ). Отключение и включение токов КЗ происходит по сигналу, который подаётся на ВВ устройства или релейной защиты и автоматики, как это показано на рисунке 3.1, где обозначено: Q – вВ; УАПВ – устройство автоматического повторного включения; УРЗ – устройство релейной защиты: ТА1, ТА2 –измерительные трансформаторы тока


Рис. 3.1

На рисунке 3.1 приведена схема управления контактами выключателя вместе с устройствами автоматики и релейной защиты от токов КЗ. Устройство релейной защиты выполнено с использованием реле РТВ, которые встраиваются в и пружинные приводы выключателей на напряжение 6-35кВ. Механические АПВ и пружинных приводов некоторых типов ВВ, встречающихся в эксплуатации, действуют при срабатывании встроенные в привод реле прямого действия и включают выключатель без выдержки времени.

Необходимость использования АПВ вызвана тем, что в большинстве случаев причина, вызывающая КЗ носит временный характер. Например, в результате перенапряжений произошло перекрытие изолятора и возникло КЗ на землю. Если причина быстро исчезла, а фарфоровая изоляция осталась неповрежденной, то при новом включении удается возобновить подачу энергии потребителю, что позволяет надежность электроснабжения.

Если к моменту повторного включения КЗ в цепи не исчезло, то ВВ включается на существующее КЗ, после чего следует вновь отключение КЗ. В ряде выключателей, например, в масляных, отключение второго КЗ происходит в более тяжелых условиях, так как после первого отключения дугогасительное устройство может быть заполнено маслом только частично. Поэтому номинальное значение тока отключения зависит от цикла работы ВВ (без АПВ, с одно или двукратных АПВ и т.д.).

Согласно ГОСТ 687-78 под номинальным током отключения ВВ понимается действующее значение периодической составляющей тока КЗ в момент расхождения контактов.

Контакты выключатели расходятся спустя время после начала КЗ: где время действия релейной защиты; собственное время отключения ВВ, представляющие собой время с подачи команды на отключение (т.е. подачи напряжения на электромагнит отключения) до начала расхождения контактов.

Так как к моменту времени ток КЗ уменьшается, то с периодической составляющей тока КЗ необходимо считаться у быстродействующих ВВ, когда и постоянная времени стала периодической составляющей

Сохранность энергетического оборудования, бесперебойность электроснабжения и динамическая устойчивость параллельно работающих систем требует, чтобы длительность КЗ была, возможно, меньшей и ограничивалась времени 0,05-0,1 с. Поэтому все выключатели имеют дугогасительные устройства, а полное время отключения ВВ определяется:

(3.1)
где - полное время отключения ВВ; - собственное время отключения; - время гашения дуги.

Способность ВВ включаться на существующие КЗ характеризуется номинальным током включения (включающая способность), который определяется начальные действующие значением периодической составляющей тока КЗ.

Другие основные технические параметры выключателей: номинально напряжение, номинальный (длительный) ток, токи термической и электродинамической стойкости в режиме КЗ рассматривались ранее.
^ 3.2. Электрическая дуга в выключателях.
При размыкании контактов ВВ возникает электрическая дуга. Электрическая дуга представляет собой самостоятельный, т.е. не зависящий от внешнего ионизатора, разряд у дуги различают три характерные области: ионокатодную, ионоакодную и столб дуги. Столб дуги представляет собой плазму, состоящую из электронов и положительных ионов, температура в центре столба доходит до (25000-50000)0 К.

В дуге непрерывно идут процессы ионизации и деионизации. Процессы ионизации поддерживают горение дуги, деонизации – способствует ее гашению. Воздействие на эти процессы является основой различных способов гашения дуги в выключателях.

Различают четыре вида ионизации: ударная, термическая ионизация, а также автоэлектронная и термоэлектронная эмиссия.

Ударная ионизация вызывается соударениями электронов, двигающихся под воздействием электрического поля вдоль столба дуги, с нейтральными молекулами и атомами газа в дуговом промежутке. Наименьшая разность потенциалов на длине свободного пробега, при которой электрон приобретает скорость, достаточную для начала ударной ионизации, составляет для паров металла (6-7,5) В.

Термическая ионизация – это процесс образования ионов под воздействием высокой температуры. Наличие паров металла в межконтактном промежутке (а это имеет место в ВВ), существенно снижает температуру, при которой начинается термическая ионизация: если ионизация воздуха начинается примерно при 80000 К, то ионизация паров меди при температуре примерно 40000 К.

Автоэлектронная эмиссия – это выход электронов с катода в межэлектродное пространство под действием сильного электрическог7о поля между контактами выключателя, напряженность которого примерно (1-3)10+7 В/см.

Термоэлектронная эмиссия – это выход электронов с горячего катода в межэлектродное пространство. Она имеет место при температуре катода около (3000-4000)0

К.

Основным видом ионизации, поддерживающим горение дуги в наиболее распространенных воздушных и масляных выВыключателях является термическая ионизация; в вакуумных выключателях горение дуги определяется процессами автоэлектронной эмиссии.

Отключение ВВ цепи переменного тока с активной нагрузкой показано на рисунке 3.2, где обозначено: t – время начала расхождения контактов ВВ; υпр – электрическая прочность межконтактного промежутка; υg – напряжение на дуге ВВ; U – напряжение сети.

Рис. 3.2
При расхождении контактов на них загорается электрическая дуга; при переходе тока через О дуга гаснет, дуга загорается вновь и горит до следующего перехода тока через О: в этом момент времени υпр״g, поэтому дуга гаснет окончательно. Резкий рост напряжения к концу полупериода приводит к тому, что ток в цепи обрывается до своего естественного прохождения через О, что является причиной коммутационных перенапряжений при отключении тока в сети.

Физические процессы0, происходящие в дуге и принципы гашения дуги определяют особенности дугогасительных камер и в целом конструкций выключателей.


Скачать файл (190 kb.)

Поиск по сайту:  

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