книги из ГПНТБ / Шаповалов, Б. Т. Электрооборудование насосных станций учебное пособие

Находим суммарное напряжение в материале шин

новки номинальным напряжением 10 кВ. Таким образом, необходи­ мое условие выбора по напряжению удовлетворено. Действительно, Нмакс.раб.уст^ 1,15 4/Ном.изол, так как 10,5 кВ< 1,15-10 кВ. Разруша­ ющая нагрузка на изгиб такого изолятора /?ра3р= 375 кг. Следова­ тельно, удовлетворено и условие необходимой механической проч­ ности /7расч^7'доп = 0,6 FразР; действительно, 214<0,6-375 = 224 кг. Поскольку необходимые условия удовлетворены, изолятор выбран

правильно.

Выбор и проверка на устойчивость разъединителей и выключа­ телей. В соответствии с условиями примера разъединители долж­ ны быть выбраны на ток 550 А при напряжении 10,5 кВ. Опреде­ лим ток термической устойчивости при коротком замыкании, кото­ рому должен удовлетворять выбираемый разъединитель.

Контрольной для проверки подлежащих выбору разъедините­ лей и масляных выключателей является точка К-2 (см. рис. 98), так как при коротком замыкании в этой точке через выбираемые разъединители и выключатели проходит максимальный возмож­ ный ток короткого замыкания.

Определяем t$, для чего предварительно узнаем действитель­ ную продолжительность действия на разъединители и выключате­ ли тока короткого замыкания и значение коэффициента р".

выбираемых разъединителей и выключателей определим ударное значение тока короткого замыкания (точка K-2 )i{3)? =/"(3). 2 , 5 5 = =46 150-2,55=117 600 А. Сопоставляя расчетные значения с со­ ответствующими гарантируемыми значениями (приведенными в ка­ талоге), выбираем трехфазные разъединители РВ с Пном=10 кВ и

7вдм= 1000 А.

152

Сопоставляем расчетные и приведенные- в каталоге данные:

но

При сопоставлении расчетных и гарантируемых значений разъе­ динителя обращает на себя внимание значительная разница в ве­ личине токов. Гарантируемый ток выбранного разъединителя почти в два раза превышает расчетное значение тока цепи, в которой он устанавливается. Однако это не является результатом неправиль­ ного выбора. Дело в том, что вследствие большого расчетного зна­ чения ударного тока выбрать разъединитель с меньшим номиналь­ ным током (например на 600 А) нельзя, так как разъединители, рассчитанные на меньший ток, не удовлетворяют условиям динами­

ческой У С Т О Й Ч И В О С Т И (/макс.амплС» р расч)•

Выбор масляных выключателей. По условиям примера выклю­ чатели должны быть выбраны на ток / п .0 = ///(3)= 46 150 А = 46,5 кА (согласно заданию). Определяем предельную отключаемую выклю­ чателем мощность 5по= уз//,(3)-Пном.уст= 1,73-46,5-10,5 = 839 мВА.

Десятисекундный ток термической устойчивости был определен выше при выборе разъединителя: /юс = 28 000 А. Ударный ток,«характеризующий динамическую устойчивость, также уже был

найден (ip3)= 117 600 А ).

Сравнивая расчетные значения с соответствующими значе­ ниями, приведенными в каталоге, выбираем выключатель МГ-10, рассчитанный на номинальный ток / ном = 2000 А и Дном=Ю кВ. Со­

его устойчивость к токам короткого замыкания и возможность их отключения. Так как токи короткого замыкания весьма велики, то

153

приходится выбирать выключатель, номинальный ток которого пре­ вышает расчетный почти в 10 раз. Очевидно, что установка таких мощных и дорогостоящих выключателей в распределительном уст­ ройстве насосной станции невыгодна, поэтому следует снизить значения токов короткого замыкания, использовав токоограничи­ вающие устройства (реакторы), что позволяет применить менее мощные выключатели.

Выбор кабеля. Выбираем кабель по экономической плотности тока. Определяем по каталогу при заданной продолжительности использования его максимальной нагрузки Рмаке^бООО ч экономи­ ческую плотность тока /эк= 2,0 А/мм2 (для кабелей с медными жи-

вочнику) .

Учитывая способ прокладки и стандартную температуру окру­ жающей среды, находим, что на трехжильный кабель с медными жилами при сечении жилы <7 = 240 мм2 допустим ток 350 А. Таким образом, кабель, выбранный по экономической плотности тока, не соответствует условиям нагрева.

По условиям допустимого нагрева возьмем вместо одного два кабеля с медными жилами сечением 185 мм2. На один такой кабель по условиям нагрева допустим ток 305 А. По таблице поправочных коэффициентов на число работающих кабелей, проложенных рядом, находим коэффициент, снижающий допускаемую нагрузку: А) =0,9

можно допустить нагрузку 275-2 = 550 А. Итак, выбираем два трех­ жильных кабеля с медными жилами сечением <7=185 мм2 с бумаж­ ной пропитанной изоляцией в свинцовой оболочке. Два выбранных параллельно работающих кабеля соответствуют условиям нагрева, так как I доп^^1макс.раб. Действительно, 275-2 = 550 А.

Проверка кабеля на термическую устойчивость при коротких замыканиях показывает, что он достаточно устойчив.

На динамическую устойчивость кабель не проверяется, поскольку он характеризуется высокой механической прочностью и при корот­ ком замыкании, как показывает опыт эксплуатации, механически не повреждается.

§ 36. НАЗНАЧЕНИЕ И КОНСТРУКЦИЯ РЕАКТОРОВ

Рассмотренный выше пример показал, что в установках, харак­ теризующихся большими значениями токов короткого замыкания, определяющими при выборе аппаратуры и токоведущих частей мо­ гут оказаться требования их динамической и термической устойчи­ вости при коротких замыканиях. Это может привести к необходи­

154

мости использования аппаратуры и токоведущих частей, значения номинальных токов которых значительно превышают номинальные токи установки. В разобранном выше примере оказалось необхо­ димым по условиям устойчивости использовать выключатели в це­ пях кабелей, отходящих от шин подстанции, рассчитанные на токи, в десять раз превышающие номинальные. Это ведет к резкому удо­ рожанию аппаратуры и всего распределительного устройства.

Для снижения стоимости и для использования аппаратуры, бо­ лее соответствующей номинальным параметрам, а также для под­ держания напряжения на шинах подстанций и станций на уровне,

ции фазных реакторов друг от друга и от земли используют опорные фарфоровые изоляторы, закрепляемые на торцах колонн.

Реактор характеризуется весьма малыми значениями активного сопротивления и значительным индуктивным сопротивлением. Включаются они во все фазы трехфазной системы, каждый реактор последовательно в свою фазу. При возникновении короткого замы­ кания, например, в кабельной линии за реакторами, суммарное со­ противление на участке от места повреждения до источника пита­ ния увеличивается (по сравнению с нереактированным кабелем), и ток короткого замыкания снижается. Подбирая реактор с боль­ шим или меньшим реактивным сопротивлением и номинальным то­ ком, можно ограничить ток короткого замыкания и поддержать на­ пряжение на питающих шинах на требуемом уровне.

155

Основные электрические параметры реакторов: номинальный ток (/ном.р), номинальное напряжение (UH0м.р) и индуктивное со­ противление (хр, %).

бранных в вертикальную колонку. Они выпускаются на напряже­ ние 6 —10 кВ и номинальный ток 150—4000 А.

На рис. 100 показано горизонтальное расположение трехфазно­ го комплекта реакторов. Размеры Б, S, А, В выбирают в соответ­ ствии с нормами по каталогу.

§ 37. ВЫБОР РЕАКТОРОВ

Реакторы выбирают по номинальному напряжению, номиналь­ ному току и индуктивному сопротивлению (в процентах). Номиналь­ ное напряжение реактора должно соответствовать номинальному напряжению установки, в которой его предполагается использовать, т. е. ^„ом.р^^/ном.уст. Номинальный ток реактора должен соответ­

Например, если заданные значения тока или мощности коротко­ го замыкания равна /" расч и З'^асч, то результирующее сопротивле­ ние схемы замещения до точки короткого замыкания должно быть не менее

/б 5б

расч расч

а относительное базисное сопротивление реактора

**р.б == А:* рез — АГ*с,

156

где х*с— результирующее сопротивление схемы замещения до точ­ ки короткого замыкания (без реактора). Тогда необходимое сопро­ тивление реактора при его номинальном токе равно

Хр = Х*р.б • / ном.р/ Ы % .

§ 38. КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ

Контрольно-измерительные приборы в распределительных уст­ ройствах и машинных залах насосных станций устанавливают для контроля режима работы двигателей агрегатов и другого электро­ оборудования, а также для контроля качества получаемой электро­ энергии (напряжения и частоты) и ее расхода.

С помощью электроизмерительных приборов контролируют со­ стояние изоляции электрической части насосной станции, ее распре­ делительного устройства, т. е. один из основных показателей ис­ правной работы электрооборудования. Без применения контрольно­ измерительных приборов невозможно обеспечить заданный режим работы агрегатов, надежную и экономичную работу насосной стан­ ции.

Измерительные приборы устанавливают в распределительном устройстве на лицевых панелях его ячеек, на щитах управления под­ станций, на местных щитах и панелях управления агрегатами, иног­ да в помещениях машинного зала и т. д.

Наиболее распространенные контрольно-измерительные прибо­ ры, применяемые на насосных станциях, — амперметры, вольтмет­ ры, ваттметры, вольтамперметры реактивные, счетчики активной и реактивной энергии. Необходимый минимум устанавливаемых при­ боров определяется возлагаемыми на них задачами. Широко ис­ пользуются показывающие (обычно стрелочные) приборы, а при необходимости учета показаний во времени — самозаписывающие приборы — «самописцы». При контрольно-наладочных работах иногда применяются осциллографы. Классы точности используе­ мых приборов должны соответствовать Правилам устройства элект­ роустановок (ПУЭ): для измерения переменного тока, напряжения и мощности должны применяться приборы, класс точности которых 1,5—2,5; для учета потребленной активной энергии двигателями насосных станций мощностью 1000—10 000 кВт — счетчики классом точности не ниже 1 , класс точности частотомеров также должен быть не ниже 1 .

Класс точности трансформаторов тока и напряжения для пита­ ния счетчиков, по которым производятся денежные расчеты, дол­ жен быть 0,5. Трансформаторы, служащие для подключения изме­ рительных приборов, не предназначенных для денежных расчетов, должны быть выбраны такими, чтобы при полной нагрузке их класс точности был не ниже 3.

Пределы измерения приборов тока и мощности должны быть вы­ ше номинальных:

157

для синхронных двигателей насосов и трансформаторов понизи­ тельной подстанции (исходя из условий кратковременной допусти­

мой перегрузки) — не менее чем на 25%; для короткозамкнутых асинхронных двигателей насосов с пря­

мым пуском — не менее чем на 50%- (для всех остальных случа­ ев — не менее чем на 1 0 %);

для вольтметров — не менее чем на 2 0 %; для частотомеров пределы измерений должны составлять 45—

55Гц.

Ниже приведен примерный минимум измерительных приборов,

устанавливаемых на низшей стороне понизительной подстанции, и в ее распределительном устройстве:

На автоматизированных насосных станциях, кроме перечислен­ ных, устанавливают также регистрирующие и суммирующие при­ боры. При питании основных двигателей насосов напряжением бо­ лее 1000 В применяется так называемый косвенный метод включе­ ния приборов, т. е. с использованием измерительных трансформато­ ров тока и напряжения.

§ 39. ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА

Трансформаторы тока применяют в электрических установках всех напряжений. В основном варианте они имеют две обмотки — первичную, включаемую последовательно в цепь измеряемого то­ ка, и вторичную — к которой подключаются последовательные об­ мотки измерительных приборов и реле. Обе обмотки трансформато­ ра тока располагаются на замкнутом сердечнике, состоящем из тонких листов электротехнической стали, изолированных друг от друга.

158

На рис. 101 приведена схема устройства трансформатора тока и векторная диаграмма его токов. Первичная обмотка трансформато­ ра имеет меньшее число витков, чем вторичная и выполнена из бо­ лее толстого провода. Вследствие неравенства числа витков (W i< W 2 ) ток вторичной обмотки меньше чем ток первичной обмот­

ки ( h < h ) - .

Трансформатор тока характеризуется действительным коэффи­ циентом трансформации, который представляет собой отношение

Рис. 101. Схема устройства трансформатора тока и векторная диа­ грамма его токов

действительного первичного тока к действительному вторичному: пт.т.д = / 1Д//гд. Наряду с действительным коэффициентом транс­ формации можно говорить и о номинальном коэффициенте транс­ формации, представляющем отношение номинального первичного

ТОКа К НОМИНаЛЬНОМу ВТОрИЧНОМу ТОКу П Т.т = / ш ом /А ш ом W 2/ W i .

Так как действительый коэффициент трансформации не остается постоянным при различных режимах работы, то в практике поль­ зуются номинальными коэффициентами трансформации, значения которых и указываются на щитке трансформаторов тока.

Вторичные номинальные токи трансформаторов стандартизиро­ ваны. В качестве стандратных значений приняты 1; 5 и 10 А. В на­ стоящее время чаще выпускают трансформаторы тока на /гном= 5 А. Таким образом, независимо от того, какой номинальный первичный ток имеет трансформатор, его вторичный номинальный ток остается неизменным, например, равным 5 А. Коэффициенты трансформации указывают на щитке в виде дроби

159

Измерительные приборы, включаемые через трансформаторы то­ ка, обычно имеют шкалу, проградуированную с учетом коэффициен­ та трансформации трансформаторов в единицах первичного тока. На шкале или в паспорте приборов указывается, какие коэффициен­ ты трансформации должны иметь трансформаторы, через, которые они включаются. Поскольку действительные и номинальные коэффи­ циенты трансформации трансформаторов тока не равны между со­ бой, применение этих трансформаторов вносит определенную по­ грешность в результате измерения по току:

= Птл — ?г-т—— • 100%.

П-т.т.д

Следовательно, погрешность по току есть погрешность в коэффици­ енте трансформации трансформатора тока.

Кроме этой погрешности, использование трансформаторов тока вносит и угловую погрешность — угол б, представляющий собой угол сдвига между вектором первичного тока 1 \ и повернутым относи­ тельно него на 180° вектором вторичного тока / 2 (см. рис. 101). Уг­ ловая погрешность измеряется обычно десятками минут. Если по­ грешность по току влияет на точность показания всех измеритель­ ных приборов, имеющих токовые обмотки, то угловая погрешность имеет значение только для приборов ваттметрового типа.

Трансформаторы тока, выпускаемые отечественной промышлен­ ностью, делятся по точности на пять классов: 0,2; 0,5; 1,0; 3,0; 10. Эти цифры указывают на значение погрешности по току, выражен­ ной в процентах (Д/%), при изменениях первичного тока / ь в пре­ делах от ( 1 0 0 —1 2 0 %) / 1ном.

Погрешности трансформаторов тока зависят от качества выпол­ нения их магнитной системы и от нагрузки (z2 или S 2), подключен­ ной к их вторичной обмотке. С возрастанием нагрузки погрешности трансформатора также возрастают. Следовательно, трансформатор тока, рассчитанный на наивысший (номинальный) класс точности, например 0,5, может работать и в более низких классах точности — 1 ; 3 и 1 0 , если нагрузка его вторичной цепи окажется больше пре­ дусмотренной (номинальной).

Можно назвать примерно следующие области применения транс­ форматоров тока в зависимости от их классов точности: 0 , 2 — для лабораторных измерений, 0,5 — для точных измерений, измерений, связанных с денежными расчетами (включение счетчиков абонен­ тов и т. д.), 1 — для питания приборов, не допускающих большие угловые погрешности, 3 и 1 0 — для реле и амперметров при измере­ ниях, не требующих большой точности. Для особо точных измере­ ний выпускаются трансформаторы многопредельные, класс точно­ сти которых 0,05; 0,1 и 0,2.

Чтобы знать, будет ли выбираемый трансформатор тока рабо­ тать в заданном классе точности, необходимо, как это следует из

160

вышесказанного, определить нагрузку (суммарное сопротивление), которая будет подключена к его вторичной обмотке. Зная, какие ре­ ле и приборы должны быть подключены ко вторичной обмотке трансформатора, по справочникам можно определить сопротивле­ ние их обмоток в Омах; суммируя эти сопротивления с сопротивле­ ниями подводящих проводов и переходных сопротивлений в кон­ тактных соединениях вторичной цепи, можно определить полную нагрузку вторичной обмотки трансформатора z2 m r 2. Это равен­ ство принимается из тех соображений, что индуктивные сопротив­ ления последовательных обмоток приборов, реле и соединительных

ление материала соединительных проводов; I — расстояние от мес­ та установки приборов до места установки трансформатора тока, м; К — коэффициент, зависящий от схемы соединения трансформа­ торов и приборов. При схеме соединения трансформаторов полной

звездой К= 1 , при неполной звезде K = i 3 и при одном трансфор­ маторе К = 2 ; Гперех — переходное сопротивление в контактных сое­ динениях вторичной цепи, принимаемое равным 0,1—0,05 Ом.

Чтобы трансформатор тока работал в заданном классе точности, необходимо чтобы гграсч^гграсч^ггкат. Если в каталогах дана до­ пустимая мощность в цепи вторичной обмотки трансформатора

ТОКа, ТО (ЗГприбЗ'/’пров + ^перех) '/^ном^/^ гкат , П р и / гн ом = 5 А, (^Гприб-!-

мыканию его вторичной обмотки.

Особенность работы трансформаторов тока по сравнению с си­ ловыми трансформаторами и трансформаторами напряжения за­ ключается в том, что магнитный поток его первичной обмотки зави­ сит только от тока нагрузки первичной цепи, т. е. тока h и не за­ висит от тока вторичной обмотки / 2. Суммарный магнитный поток Ф трансформаторов тока при 12 =12Пом, равный сумме магнитных потоков первичной обмотки Ф\, вторичной обмотке Ф2 и соответ­ ственно суммарная намагничивающая сила 0 о (см. рис. 1 0 1 ) неве­ лики. Невелика также э. д. с., наводимая во вторичной обмотке трансформатора Е2. Напряжение на зажимах вторичной обмотки обычно составляет 10—20 В. Если вторичную обмотку разомкнуть, то как это видно из векторной диаграммы (см. рис. 1 0 1 ), результи­ рующая намагничивающая сила ©о резко возрастает и становится равной намагничивающей силе первичной обмотки ©ь которая не изменилась (так как не изменились А и Ф{), Соответственно резко возрастает и результирующий магнитный поток трансформатора тока и индукция в его стальном сердечнике.

Возникновение таких явлений при размыкании вторичной об­ мотки (z2 = oo) весьма неблагоприятно, так как при резком возрас­ тании намагничивающей силы во много раз увеличивается напря­ жение на зажимах вторичной обмотки трансформатора тока (t/2), которое может достигнуть нескольких тысяч и даже десятков ты-