Контрольные вопросы

1. Чем характеризуется термическое воздействие тока КЗ на проводники и электрооборудование?

2. Что такое термически эквивалентный ток КЗ?

3. Что такое интеграл Джоуля и какова методика его определения?

4. Каковы последствия термического воздействия токов КЗ?

5. Каковы критерии термической стойкости проводников?

Лекция 13 Тема: Выбор и проверка электрических аппаратов и проводников

Цель лекции: Изучить теоретическую часть темы

Выбор электрооборудования состоит в определении его типа (марки, сечения) по условиям продолжительных режимов и проверке по условиям кратковременных режимов, определяющим из которых, как правило, является режим короткого замыкания. Выбор электрических аппаратов и проводников, как и другого электрооборудования, производится на основе сформулированных для них расчетных условий и данных электропромышленности о параметрах и технико-экономических характеристиках выпускаемого и осваиваемого перспективного электрооборудования. Под расчетными условиями понимаются наиболее тяжелые, но достаточно вероятные условия, в которых могут оказаться электрический аппарат или проводник при различных режимах их работы в электроустановках.

Расчетные условия - это требования энергосистем и электроустановок к параметрам электрооборудования конкретной электрической цепи. Различают четыре режима работы электроустановок и их элементов: нормальный, аварийный, послеаварийный и ремонтный.

Аварийный режим является кратковременным режимом, остальные - продолжительными. Хотя различные аварийные режимы по продолжительности составляют обычно доли процента от продолжительности рабочих режимов, но их условия могут оказаться крайне опасными для успешного функционирования электрооборудования, поэтому оно выбирается по расчетным условиям продолжительных рабочих режимов и обязательно проверяется по расчетным условиям аварийных режимов. В ряде случаев проверка электрооборудования по условиям аварийных режимов оказывается определяющей при его выборе.

Для каждого из названных режимов характерны свои специфические расчетные условия. В общем случае расчетные условия для каждого режима включают в себя: расчетную схему и продолжительность режима, расчетные условия окружающей среды, а также расчетные параметры режима цепи или электроустановки (напряжение, ток, частота и т. п.).

Расчетные условия нормального режима электроустановки включают в себя:

• расчетную схему электроустановки;

• расчетные условия окружающей среды (климатические условия - температура окружающей среды, ветровая нагрузка, возможность гололеда, агрессивность внешней среды, высота над уровнем моря);

• способ прокладки проводников (на воздухе, в земле, в воде);

• вид электроустановки (внутренняя или закрытая, наружная или открытая);

• исполнение электрооборудования (открытое, закрытое, защищенное и т.п.);

• сведения о системе принудительного охлаждения;

• расчетные параметры режима (напряжение, ток, частота);

• значения расчетных перегрузок по различным параметрам режима.

Расчетные условия ремонтного режима электроустановки включают в себя расчетную схему электроустановки, а также расчетные параметры и продолжительность режима. При этом обычно учитывается вывод в ремонт только одного из основных элементов электроустановки (генератора, трансформатора, автотрансформатора, синхронного компенсатора, блока и т. п.). Наложение ремонтов двух и более технологически жестко не связанных элементов электроустановки не рассматривается.

Следует, однако, отметить, что при оценке надежности работы электроустановок наложение ремонтных, а также ремонтных и аварийных режимов отдельных элементов электроустановки учитывается в обязательном порядке, естественно, с учетом вероятности таких событий. Оценка допустимости работы конкретного электрооборудования при ремонтных режимах в сети или в электроустановке производится с учетом допустимых систематических и аварийных перегрузок этого электрооборудования. Из возможных аварийных режимов (КЗ различных видов, обрывы проводов, нарушение устойчивости параллельной работы и возникновение асинхронного хода частей электрической системы, сложные виды повреждений и т.п.) расчетным для выбора электрооборудования обычно является режим КЗ.

Расчетные условия КЗ включают в себя: расчетную схему электроустановки, расчетное место КЗ, расчетный вид КЗ, расчетную продолжительность КЗ.

В качестве расчетной схемы, как правило, принимается схема со всеми включенными в работу элементами электроустановки. В от дельных случаях в качестве расчетной может оказаться схема, в которой тот или иной элемент отключен.

Расчетное место КЗ находится в схеме непосредственно с той или другой стороны от выбираемого электрооборудования, в зависимости от того, какой случай КЗ обусловливает большее значение тока в токоведущей части электрооборудования.

Расчетный вид КЗ принимается в зависимости от степени воздействия тока КЗ на электрооборудование. Расчетным видом КЗ при проверке на термическую стойкость проводников и электрических аппаратов электроустановок напряжением свыше 1 кВ вплоть до 35 кВ является трехфазное КЗ, в электроустановках напряжением 110 кВ и выше - трех- или однофазное КЗ, а в электроустановках генераторного напряжения электростанций - трех- или двухфазное КЗ, в зависимости от того, какое из них приводит к большему термическому воздействию.

Расчетная продолжительность КЗ принимается в зависимости от назначения расчета.

Электродинамическая стойкость проводников и электрических аппаратов проверяется обычно по условиям воздействия электродинамических сил от ударного тока КЗ (t=0,01 с). В отдельных случаях следует учитывать кумулятивное действие токов КЗ за время их существования. Расчетную продолжительность КЗ при проверке проводников и электрических аппаратов на термическую стойкость при КЗ определяют сложением времени действия основной релейной защиты, в зону действия которой входят проверяемые проводники и аппараты, и полного времени отключения ближайшего к месту КЗ выключателя. Токопроводы и трансформаторы тока, применяемые в цепях генераторов мощностью 60 МВт и более, проверяют на термическую стойкость, определяя расчетную продолжительность КЗ путем сложения времени действия основной защиты (при установке двух основных защит) или резервной защиты (при установке одной основной защиты) и полного времени отключения генераторного выключателя.

Коммутационные электрические аппараты в цепях генераторов мощностью 60 МВт и более проверяют на термическую стойкость как по времени воздействия тока КЗ, определяемому действием основной быстродействующей защиты, так и по времени, определяемому действием резервной защиты, если оно превышает время, нормируемое заводом-изготовителем. При проверке кабелей на невозгораемость расчетную продолжительность КЗ определяют путем сложения времени действия резервной релейной защиты и полного времени отключения соответствующего выключателя. При наличии устройства автоматического повторного включения следует учитывать суммарное термическое действие тока КЗ. При расчетной продолжительности КЗ до 1с процесс нагрева проводников под действием тока КЗ допустимо считать адиабатическим, а при расчетной продолжительности более 1 с и при не-быстродействующих АПВ следует учитывать теплоотдачу в окружающую среду.

Расчетные условия послеаварийного режима схожи с расчетными условиями ремонтного режима. Они включают в себя расчетную схему электроустановки, расчетные параметры и продолжительность режима. Здесь также учитывается отказ только одного из основных элементов электроустановки и не учитывается наложение отказов нескольких технологически жестко не связанных элементов электроустановки. В отличие от ремонтного режима, который обычно заранее планируется и намечается на наиболее благоприятный для электроустановки и энергосистемы период, послеаварийный режим может возникнуть в любое время года и суток, в том числе в период наиболее напряженной работы энергосистемы или электроустановки (например, в период годового максимума нагрузки). Продолжительность послеаварийного режима, определяемая временем оперативных переключений в главной схеме электроустановки или временем аварийного ремонта, может существенно отличаться от продолжительности ремонтного режима, определяемой временем профилактического или капитального ремонта.