6) Электродинамические и термические действия токов короткого замыкания, их ограничение

Электродинамические и термические действия токов короткого замыкания. Ограничение токов короткого замыкания.

Электродинамические действия токов короткого замыкания.

При коротких замыканиях в результате возникновения наибольшего удар­ного тока короткого замыкания в шипах и других конструкциях рас­пределительных устройств возникают электродинамические усилия, которые в свою очередь создают изгибающий момент, а следовательно, механическое напряжение в металле. Последнее должно быть меньше максимально допустимого напряжения для данного металла.

Электродинамические действия ударного тока короткого замыка­ния при трехфазном коротком замыкании определяются силой взаи­модействия между проводниками при протекании по ним ударного тока iy. Наибольшая сила F⁽³⁾ (Н), действующая на шину средней фазы при условии расположения проводников (шин) в одной пло­скости:

Где - коэффициент, учитывающий несовпадение мгновенных [аоного токя r гЪячя

значении ударного тока в фазах; / и а — длина и расстояние между токоведущими частями, см.

Рассматривая шину как равномерно нагруженную многопролет­ную балку, изгибающий момент (Нм), создаваемый ударным током,

Тогда наибольшее механическое напряжение в металле при из­гибе (МПа)

где / — расстояние между опорными изоляторами, см; а — расстоя­ние между осями шин смежных фаз, см; W — момент сопротивления, см³« ■ ' ^; - " . .

. п л

(3.76)

Р асчетные величины напряжений в шине о_р должны быть меньше допустимых напряжений а_доп.

Термические действия токов короткого замыкания. Токоведущие части, в том числе и кабели, при коротких замыканиях могут нагре­ваться до температуры, значительно большей, чем при нормальном ре­жиме. Чтобы токоведущие части бы­ли термически устойчивы к токам короткого замыкания, величина рас­четной температуры т_р должна быть ниже допустимой температуры т_дсш для данного материала.

t ■— ^заш.

За действительное время проте­кания тока короткого замыкания принимают суммарное время дейст­вия защиты /_защ и выключающей ап-

паратуры t_Eb

При проверке токоведущих час­ час­тей на термическую устойчивость обычно пользуются понятием приве­денного времени /_пр, в течение ко­торого установившийся ток коротко­го замыкания /со выделяет то же ко­личество тепла, что и изменяющийся во времени ток короткого замыкания, за действительное время t.

(3.77)

Приведенное время определяется составляющими времени периодиче­ской и апериодической составляющих тока короткого замыкания;

Величину /_пр>п при действительном времени / кривым зависимости £_пр._п = / (Р") (рис. 3.12), где

5 с находят по (3.78)

При действительном времени t > 5 с величина t_n?n = /_пр5 + (t —5), где /_пр5 —приведенное время для / = 5с.

Приведенное время апериодической составляющей

Va = 0,005p"². (3.79)

При действительном времени / < 1 с величина t_n?gL не учитывается.

85

Токоведущие части рассчитывают на термическую устойчивость по кривым нагрева различных металлов, представляющих зависимость (рис. 3.13) т = / (Л) = / (/²*_пр), где / = lis — плотность тока, А/мм²; ^п_Р — приведенное время действия тока короткого замыкания, с.

Если известны величины /«, и *_пр, то, зная максимально допусти­мую температуру для данного металла т°_оп, по указанным кривым нагрева находят величину

откуда определяют сечение проводника s.

Если известна также начальная температура нагрева провод­ника до короткого замыкания (т_нач), то по тем же кривым нагрева для

Рис. 3.12. Кривые приведенного Рис. 3.13. Кривые нагрева токо-

времени периодической составляю- ведущих частей при коротких за- щей тока короткого замыкания при мыканиях

питании от генератора с АРВ

т_нач определяют величину Л_нач. Обозначим через А_к величину, про­порциональную полному количеству тепла, выделяемого в провод­нике после короткого замыкания. Тогда

Сечение кабеля на термическую устойчивость для трехфазного короткого замыкания проверяется по формуле

деленного тепла в проводнике после и до короткого замыкания (для кабелей напряжением 6—10 кВ с медными жилами с = 141; с алю-

86

миниевыми жилами с = 85; для алюминиевых шин с = 88; для мед­ных шин с = 171; для стальных шин с = 60).

Ограничение токов короткого замыкания. При питании электро­установок промышленных предприятий от мощных энергосистем при­ходится значительно повышать сечение токоведущих частей и габа­риты аппаратов, выбирать их по условиям нормального режима, а также динамической и термической устойчивости. Это увеличивает капитальные затраты и расход цветного металла. Ограничение вели­чины токов короткого замыкания является одним из способов умень­шения стоимости сооружения и эксплуатации электрических устано­вок. Наиболее распространенными способами ограничения токов ко­роткого замыкания являются: а) раздельная работа трансформато­ров и питающих линий; б) включение в сеть дополнительных сопро­тивлений — реакторов; в) применение трансформаторов с расщеплен­ными обмотками.

Наибольшее применение находит установка реакторов на линиях потребителей, подключаемых непосредственно на шины электриче­ских станций, а также на районных подстанциях большой мощности, питающих маломощные заводские подстанции.

Выбор токоведущих частей и аппаратуры. Токоведущие части (шины, кабели) и все виды аппаратов (выключатели, разъединители, предохранители, измерительные трансформаторы для электроустано­вок) должны выбираться в соответствии с вычислительными макси­мальными расчетными величинами(токами, напряжениями, мощно­стями отключения) для нормального режима и короткого замыкания. Для их выбора сравнивают указанные расчетные величины с допу­скаемыми значениями для токоведущих частей и высоковольтного оборудования. Составляют таблицу сравнения указанных расчетных и допустимых величин. При этом для обеспечения надежной безава­рийной работы расчетные величины должны быть меньше допустимых.

Выбор шин и изоляторов. Шины распределительных устройств выбирают по номинальным параметрам (см. табл. П. 5), соответствующим нормальному режиму и условиям окружающей среды, и проверяют на-режим короткого замыкания.

Наибольшее допустимое при изгибе напряжение а_доп для различ­ных шин, МПа:

Изоляторы выбирают на номинальное напряжение и номинальный ток и проверяют на механическую нагрузку при коротких замыка­ниях.

Рачетная нагрузка (И) на опорные изоляторы F_paC4 = 1,76 X X Ю-² (На) i²y.

Полученное значение F_paC4 не должно превышать 60% от разру­шающей нагрузки для данного типа изолятора [171.

Пример 3.6. Выбрать и проверить шины на динамическую устойчивость к токам короткого замыкания при расчетном токе нагрузки /_н = 1200 А, ударном токе