Лекция 14. Средства ограничения токов короткого замыкания.

Для ограничения токов КЗ в мощных энергоустановках служат токоограничивающие реакторы. Это позволяет применить более лёгкие и дешёвые выключатели и уменьшить площадь сечения кабелей, а следовательно, удешевить РУ.

Основная область применения реакторов – электрические сети напряжением 6 и 10 кВ. Иногда их используют и в установках напряжением 35 кВ

Для ограничения тока КЗ в РУ 6 – 10 кВ ТЭЦ применяют секционные и линейные реакторы (рис. 14.1).

 

Рис. 14.1. Схема включения реакторов в ГРУ.

В нормальном режиме работы станции через секционные реакторы проходят небольшие токи и потери напряжения в них малы. При нарушении нормального режима, например при отключении генератора или трансформатора, через реакторы проходят значительные рабочие токи и потери напряжения достигают в них (4 - 6) % U_ном. Секционные реакторы ограничивают ток КЗ в зоне сборных шин, присоединений генераторов, трансформаторов, и сопротивление реакторов должно быть достаточным для того, чтобы ограничивать ток КЗ до значений, соответствующих параметрам намечаемых к установке выключателей. Номинальный ток секционного реактора должен соответствовать мощно сти, передаваемой от секции к секции при нарушении нормального режима.

Обычно принимают

I_р.ном≥(0,6 – 0,7)I_г.ном; x_р=0,2 – 0,35 Ом

Задав сопротивление реактора, рассчитывают ток КЗ на шинах установки. Если ток окажется больше ожидаемого, следует изменить сопротивление реактора и повторить расчет.

Линейные реакторы включаются последовательно в цепь отходящей линии, они хорошо ограничивают ток КЗ в распределительной сети и поддерживают остаточное напряжение U_ост на шинах установки при КЗ на одной из линий. Последнее благоприятно сказывается на потребителях электрической энергии, и по условиям самозапуска электродвигательной нагрузки U_ост должно составлять не менее (65 - 70) % U _ном.

Для ограничения тока КЗ целесообразно иметь возможно большее индуктивное сопротивление реактора. Однако значение х_р должно быть ограничено допустимым значением потери напряжения в реакторе при нормальном режиме работы установки (1,5—2% номинального).

Основные параметры реакторов следующие: номинальное напряжение, номинальный ток, индуктивное сопротивление, а также ток динамической стойкости I_mдин (амплитудное значение), ток термической стойкости I_Т и допустимое время действия тока термической стойкости t_Т.

При большом числе линий применяют групповые реакторы, т. е. один реактор на несколько линий. Затраты, связанные с установкой реактора, в этом случае уменьшаются, однако уменьшается и токоограничивающее действие реактора с большим номинальным током при заданном значении потери напряжения.

Сдвоенные реакторы лишены недостатков групповых реакторов. К среднему выводу реактора присоединены источники питания, а потребители подключаются к крайним выводам (рис. 14.1). Сдвоенные реакторы характеризуются номинальным напряжением, номинальным током ветви и сопротивлением одной ветви x_р=x_в=ωL при отсутствии тока в другой. При эксплуатации стремятся к равномерной загрузке ветвей (I₁=I₂=I). В нормальном режиме работы установки потеря напряжения в ветви реактора с учетом взаимной индукции ветвей определится как

Δu^’=(IωL-IωM)sinφ= IωL(1-k_c) sinφ,

где k_c = M/L — коэффициент связи ветвей реактора.

Если х_в = ωL, то индуктивное сопротивление ветви с учетом взаимной индукции x'_B = x_B(1—k_c). Обычно коэффициент связи k_c близок к 0,5, тогда х'_в = 0,5х_в, т. е. потеря напряжения в сдвоенном реакторе вдвое меньше по сравнению с обычным реактором.

При КЗ за одной из ветвей ток в ней значительно превышает ток в неповрежденной ветви. Влияние взаимной индукции мало, и x_р=x_в, т. е. сопротивление реактора при КЗ вдвое больше, чем в нормальном режиме.

Рассмотрим порядок выбора линейных реакторов.

Реакторы выбирают по номинальному напряжению и номинальному току:

U_уст≤U_р.ном; I_{раб.утяж}≤I_р.ном

Индуктивное сопротивление реактора выбирают исходя из условий ограничения тока КЗ до заданного уровня, определяемого коммутационной способностью выключателей, которые установлены в данной сети. Например, на линиях часто устанавливаются выключатели ВМП-10К с током отключения I_отк= 20 кА. Первоначально известно значение периодической составляющей тока КЗ I_п0, которое с помощью реактора необходимо уменьшить. Результирующее сопротивление цепи КЗ до места присоединения реакторов (рис. 14.2) можно определить по выражению

.

Рис. 14.2. Схема замещения для определения сопротивления реактора.

 

Начальное значение периодической составляющей тока за реактором должно быть равно току отключения выключателя:

I_{п0 К2}=I_откл

Сопротивление цепи КЗ до точки К2 за реактором

.

Разность полученных сопротивлений даст необходимое сопротивление реактора:

x_р=x_{рез К2} – x_{рез К1}.

Выбирают по каталогу тип реактора с ближайшим большим значением x_р и рассчитывают действительное значение периодической составляющей тока КЗ за реактором.

Выбранный реактор необходимо проверить на электродинамическую стойкость:

i_у≤I_{m дин},

где i_у — ударный ток трехфазного КЗ за реактором.

Проверка на термическую стойкость проводится по условию

B_k≤I²_T t_T

где В_к — расчетный импульс квадратичного тока при КЗ за реактором.

Короткое замыкание за реактором можно считать удаленным, поэтому

B_к=I²_{п0 К2}(t_откл+T_а),

при этом в значение t_откл входит время действия релейной защиты отходящих линий, составляющее 1—2 с.

Необходимо также определить потерю напряжения в реакторе и остаточное напряжение на шинах установки (в процентах):

Δu=√3I_рабx_рsinφ100/U_ном;

U_ост=√3I_{п0 К2}x_р 100/U_ном

и сравнить полученные значения с допустимыми.

 

Перечень вопросов для подготовки к промежуточной аттестациям и экзаменам

 

Рейтинг

1.Обозначение аппаратов и электрических машин на схемах в соответствии с ЕСКД.

2. Основные условия выбора аппаратов и токоведущих частей.

3. Режимы нейтралей в главной схеме разработанного объекта.

4. Схемы соединения трансформаторов тока и трансформаторов напряжения и их режимы работы.

5. Защитные и рабочие заземления в схемах объектов, заземляющие ножи.

6. Причины перенапряжений в схемах и защита от них на примере проектируемого объекта.

7. Способы регулирования напряжения в схеме электростанции и подстанции.

8. Особенности схем РУ.

9. Оперативные переключения в главной схеме электростанции и подстанции.

10. Рабочее и резервное питание собственных нужд.

11. Элементы ВЧ-обработки линии.

12. Применение трансформаторов с расщеплённой обмоткой в схемах электростанций и подстанций..

13. Токоограничивающие реакторы в электрических схемах.

14. Преимущества применения сдвоенных реакторов.

15. Особенности выбора токоограничивающих реакторов.

16. Регулирование Р и Q в генераторах.

17. Включение генераторов в работу.

18. Особенности конструктивного выполнения выключателей.

19. Конструкция ячейки РУ.

20. Расчёты ТКЗ для выбора и проверки токоведущих частей и аппаратов.

21. Дайте краткую характеристику основных типов электростанций. Как они влияют на окружающую среду?

22. Чем обусловлена необходимость объединения электростанций в энергосистемы?

23. Каким образом распределена нагрузка энергосистемы между электростанциями?

24. Какие показатели характеризуют качество электроэнергии, как влияют они на работу потребителей электроэнергии?

25. Какие электроприёмники относятся к первой, второй и третьей категории, какие требования в отношении надёжности их электроснабжения?

26. В каких аппаратах используется для гашения дуги восстанавливающаяся электрическая прочность околокатодной области?

27. Как влияют шунтирующие резисторы на скорость переходного восстанавливающегося напряжения на контактах выключателя?

28. Какова зависимость между величиной отключаемого тока и скоростью восстанавливающегося напряжения?

29. Как влияет апериодическая составляющая тока КЗ на энергию дуги, восстанавливающееся напряжение на контактах?

30. Каковы особенности отключения ёмкостного тока?

31. Какое назначение имеет разъединитель в схемах электрических станций и подстанций? Как выбирают разъединители?

32. Почему может произойти самопроизвольное отключение разъединителя и как его предупредить?

33. Почему система двойных ножей разъединителя обеспечивает возрастание силы нажатия при коротком замыкании?

34. Для какой цели разъединители снабжают заземляющими ножами?

35. В чём различие устройств и управления разъединителей, отделителей и короткозамыкателей?

 

Рейтинг

1. Какие типы приводов применяют для разъединителей, отделителей, короткозамыкателей?

2. В чём заключается модульный принцип построения выключателей?

3. Какие требования предъявляются к приводам выключателей?

4. Почему отношение числа витков первичной и вторичной обмоток трансформаторов напряжения и тока не принимают равным номинальному коэффициенту трансформации?

5. Какие конструкции и схемы включения трансформаторов напряжения применяют для контроля за состоянием изоляции в сети с изолированной нейтралью?

6. Какие способы компенсации погрешностей применяют при конструировании трансформаторов тока?

7. Почему не допускается работа трансформаторов тока с разомкнутой вторичной обмоткой?

8. Какой класс точности должны иметь трансформаторы тока для включения электроизмерительных приборов и счетчиков?

9. По каким условиям выбирается трансформатор напряжения и тока?

10. Как проверяют соответствие трансформаторов напряжения и тока заданному классу точности?

11. Перечислите номинальные параметры генераторов, дайте их определение.

12. Дайте сравнительную оценку эффективности систем охлаждения генераторов.

13. Опишите сущность нормального режима работы синхронного генератора.

14. Изложите методы включения генераторов на параллельную работу.

15. Какова сравнительная эффективность и область применения различных систем охлаждения трансформаторов?

16. Какие факторы влияют на допустимые систематические перегрузки трансформаторов и как определяют эти перегрузки?

17. Чем отличается типовая мощность автотрансформатора от номинальной? При каких режимах заземления нейтрали возможно применение автотрансформатора?

18. В чём особенности трансформатора с расщеплённой обмоткой низшего напряжения?

19. Какие механизмы устанавливают в системе собственных нужд тепловой и гидравлической станций?

20. Какие напряжения применяют для питания собственных нужд и как распределяется нагрузка между ними?

21. Как выбирается мощность рабочего трансформатора собственных нужд первой ступени на тепловой электростанции.

22. Как выбирают число и мощность резервных трансформаторов собственных нужд?

23. Какие способы ограничения токов КЗ применяют в системе собственных нужд?

24. Какое напряжение на шинах собственных нужд считается допустимым для успешного самозапуска? Почему?

25. По какому признаку разделяются механизмы собственных нужд на ответственные и неответственные? Двигатели каких механизмов должны участвовать в самозапуске?

26. Какие формы оперативного управления применяют на ТЭЦ, КЭС, ГЭС и на подстанциях?

27. За счёт чего может быть получен экономический эффект при применении АСУ электростанций?

28. Каково назначение блочных и центральных щитов управления на электростанции?

29. Чем отличаются понятия рабочего и защитного заземления? Приведите примеры этих заземлений в схеме электростанции и подстанции.

30. Что такое напряжение шага, прикосновения?

31. Что такое искусственный заземлитель, какую конструкцию он имеет?

32. В установках какого напряжения применяют жёсткие шины?

33. В каких случаях применяют шины фасонного сечения? В чём особенности этих шин?

34. Какое оборудование устанавливается на первом этаже многоэтажных РУ и почему?

35. Чем отличаются КРУ от КРУН?

36. Как связаны резерв мощности и мощность энергосистемы?

37. Что такое горячий резерв?

38. Как планируется график ремонта оборудования на различных электростанциях и подстанциях?