Проверка токоведущих устройств на термическую и динамическую стойкость

Кабели и шины выбирают по номинальным параметрам (току и напряжению) и проверяют на термическую и динамическую стойкость при КЗ. Поскольку процесс КЗ кратковременный, то можно считать, что все тепло, выделяемое в проводнике кабеля, идет на его нагрев. Температура нагрева кабеля определяется его удельным сопротивлением, теплоемкостью, рабочей температурой. Температура нагрева кабеля в нормальном рабочем режиме

(10.26)

где t_о.ср - температура окружающей среды (почвы); t_доп- допустимая температура при нормальном режиме, принимаемая равной 60 °С;I_доп- допустимый ток для выбранного сечения.

Максимально допустимые кратковременные превышения температуры при КЗ для силовых кабелей с бумажной пропитанной изоляцией принимаются: до 10 кВ с медными и алюминиевыми жилами - 200 °С; 20-35 кВ с медными жилами - 175 °С.

Проверка сечения кабеля на термическую стойкость к токам КЗ проводится по выражению

(10.27)

где В_к- тепловой импульс; С = А_кон–А_нач- коэффициент, соответствующий разности выделенного тепла в проводнике после короткого замыкания и до него.

Для кабелей напряжением 6-10 кВ с бумажной изоляцией и медными жилами С= 141, с алюминиевыми жилами С=85; для кабелей с поливинилхлоридной или резиновой изоляцией с медными жиламиС=123, с алюминиевыми жиламиС= 75.

При КЗ по токоведущим частям проходят токи переходного режима, вызывая сложные динамические усилия в шинных конструкциях и аппаратах электрических установок. Усилия, действующие на жесткие шины и изоляторы, рассчитывают по наибольшему мгновенному значению тока трехфазного КЗ i_у. При этом определяют максимальное усилиеFна шинную конструкцию без учета механических колебаний, но с учетом расстоянияlмежду изоляторами шинной конструкции и расстояния между фазами а(рис. 10.2).

Рис. 10.2. Расстояние между фазами (b,h- размеры шин)

Допускаемые напряжения, МПа: для меди МТ - 140, для алюминия AT- 70, для алюминия АТТ - 90, для стали - 160.

В многополосных шинах кроме усилия между фазами возникает усилие между полосами, расчет в этом случае усложняется.

Электродинамические усилия в токоведущих частях выключателей, разъединителей и других аппаратов сложны и трудно поддаются расчету, поэтому заводы-изготовители указывают допустимый через аппарат предельный сквозной ток КЗ (амплитудное значение) I_{ном дин}, который не должен быть меньше найденного в расчете ударного токаI_упри трехфазном КЗ.

Сроки службы электротехнического оборудования в зависимости от режимов работы и характеристик внешней среды

Лекция №12-13 Показатели качества электроэнергии и способы ее обеспечения Нормы качества электрической энергии и область их применения в системах электроснабжения

Важной составной частью многогранной проблемы электромагнитной совместимости, под которой понимают совокупность электрических, магнитных и электромагнитных полей, которые генерируют электрообъекты, созданные человеком, и воздействуют на мертвую (физическую) и живую (биологическую) природу, на техническую, информационную, социальную реальности, становится подсистема качества электроэнергии ПКЭ, которая в электрической сети характеризуется показателями качества электроэнергии. Перечень и нормативные (допустимые) значения ПКЭ установлены ГОСТ 13109-97 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения», введенного с 01.01.1999 взамен существующего ГОСТ 13109-87.

Понятие качества электрической энергии отличается от понятия качества других товаров. Качество электроэнергии проявляется через качество работы электроприемников. Поэтому, если он работает неудовлетворительно, а в каждом конкретном случае анализ качества потребляемой электроэнергии дает положительные результаты, то виновато качество изготовления или эксплуатации. Если ПКЭ не соответствуют требованиям ГОСТа, то предъявляются претензии к поставщику – энергетическому предприятию. В целом ПКЭ определяют степень искажения напряжения электрической сети в результате кондуктивных помех (распределяющихся по элементам электрической сети), вносимых как энергоснабжающей организацией, так и потребителями.

Снижение качества электроэнергии обусловливает:

- увеличение потерь во всех элементах электрической сети;

- перегрев вращающихся машин, ускоренное старение изоляции, сокра­щение срока службы (в некоторых случаях выход из строя) электрооборудования;

- рост потребления электроэнергии и требуемой мощности электрообору­дования;

- нарушение работы и ложные срабатывания устройств релейной защиты и автоматики;

- сбои в работе электронных систем управления, вычислительной техники и специфического оборудования;

- вероятность возникновения однофазных коротких замыканий из-за ус­коренного старения изоляции машин и кабелей с последующим переходом однофазных замыканий в многофазные;

- появление опасных уровней наведенных напряжений на проводах и тро­сах отключенных или строящихся высоковольтных линий электропередач, на­ходящихся вблизи действующих;

- помехи в теле- и радиоаппаратуре, ошибочную работу рентгеновского оборудования;

- неправильную работу счетчиков электрической энергии.

Часть ПКЭ характеризует помехи, вносимые установившимся режимом работы электрооборудования энергоснабжающей организации и потребителей, т. е. вызванные особенностями технологического процесса производства, передачи, распределения потребления электроэнергии. К ним относятся отклонения напряжения и частоты, искажения синусоидальности формы кривой напряжения, несимметрия и колебания напряжения. Для их нормирования установлены допустимые значения ПКЭ.

Другая часть характеризует кратковременные помехи, возникающие в электрической сети в результате коммутационных процессов, грозовых и атмосферных явлений, работы средств защиты и автоматики и послеаварийных режимов. К ним относятся провалы и импульсы напряжения, кратковременные перерывы электроснабжения. Для этих ПКЭ допустимые численные значения ГОСТом не установлены. Однако такие параметры, как амплитуда, длительность, частота и другие, должны измеряться и составлять статистические массивы данных, характеризующие конкретную электрическую сеть в отношении вероятности появления кратковременных помех.

ГОСТ 13109-97 устанавливает показатели и нормы в электрических сетях систем электроснабжения общего назначения переменного трехфазного и однофазного тока частотой 50 Гц в точках, к которым присоединяются электрические сети, находящиеся в собственности различных потребителей электрической энергии, или приемники электрической энергии (точки общего присоединения). Нормы применяют при проектировании и эксплуатации электрических сетей, а также при установлении уровней помехоустойчивости электроприемников и уровней кондуктивных электромагнитных помех, вносимых этими приемниками. Установлено два вида норм: нормально допустимые и предельно допустимые. Оценка соответствия нормам проводится в течение расчетного периода, равного 24 часам.

Качество электроэнергии характеризуется параметрами (частоты и напряжения) в узлах присоединений уровней системы электроснабжения.

Частота- общесистемный параметр определяется балансом активной мощности в системе. При возникновении дефицита активной мощности в системе происходит снижение частоты до такого значения, при котором устанавливается новый баланс вырабатываемой и потребляемой электроэнергии. При этом снижение частоты связано с уменьшением скорости вращения электрических машин и уменьшением их кинетической энергии. Освобождающаяся при этом кинетическая энергия используется для поддержания частоты. Поэтому частота в системе меняется сравнительно медленно. Однако при дефиците активной мощности (более 30%) частота меняется быстро и возникает эффект «мгновенного» изменения частоты - «лавина частоты». Изменение частоты со скоростью более 0,2 Гц в секунду принято называть колебаниями частоты.

Напряжение в узле электроэнергетической системыопределяется балансом реактивной мощности по системе в целом и балансом реактивной мощности в узле электрической сети. Устанавливается 11 показателей качества электроэнергии:

1. установившееся отклонение напряжения δU_у;

2. размах изменения напряжения δU_t;

3. доза фликера Р_t;

4. коэффициент искажения синусоидальности кривой междуфазного (фазного) напряжения К_U;

5. коэффициент n-й гармонической составляющей напряжения К_U(n);

6. коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности К_2U;

7. коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности К_0U;

8. отклонения частоты Δf;

9. длительность провала напряжения Δt_п;

10. импульсное напряжение U_имп;

11. коэффициент временного перенапряжения K_{пер U}.

Не на все ПКЭ стандартом установлены нормы. Так, установившееся отклонение напряжения (под этим термином понимается среднее за 1 мин отклонение, хотя процесс изменения действующего значения напряжения в течение этой минуты может быть совсем неустановившимся) нормируется только в сетях 380/220 В, а в точках сетей более высокого напряжения его следует рассчитывать. Для провалов напряжения установлена лишь предельно допустимая длительность каждого (30 с) в сетях напряжением до 20 кВ и представлены статистические данные об относительной дозе провалов разной глубины в общем числе провалов, но не приводятся статистические данные о их числе за единицу времени (неделю, месяц и т. п.). По импульсным напряжениям и временным перенапряжениям нормы не установлены, но дана справочная информация о возможных их значениях в сетях энергоснабжающих организаций.

При определении значений некоторых показателей КЭ используют следующие вспомогательные параметры электрической энергии:

- частоту повторения изменений напряжения F_δUt;

- интервал между изменениями напряжения Δt_i,i+1;

- глубину провала напряжения δU_п,

- частость появления провалов напряжения F_п;

- длительность импульса по уровню 0,5 его амплитуды Δt_{имп 0,5};

- длительность временного перенапряжения Δt_{пер U}.

На все ПКЭ, численные значения норм на которые есть в стандарте, договорно запускается механизм штрафных санкций, формируемый на шесть ПКЭ из 11 перечисленных: отклонение частоты; отклонение напряжения; доза фликера; коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения; коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности; коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности.

Ответственность за недопустимые отклонения частоты безусловно лежит на энергоснабжающей организации. За недопустимые отклонения напряжения энергоснабжающая организация несет ответственность в случае, если потребитель не нарушает технических условий потребления и генерации реактивной мощности. Ответственность за нарушение норм по четырем остальным (ПКЭ с определяемой ответственностью) возлагается на виновника, определяемого на основе сопоставления включенного в договор допустимого вклада в значение рассматриваемого ПКЭ в точке учета электроэнергии с фактическим вкладом, вычисляемым на основе измерений. Если допустимые вклады в договоре не указаны, энергоснабжающая организация несет ответственность за низкое качество, независимо от виновника его ухудшения.