ВЫБОР И ПРОВЕРКА КОММУТАЦИОННЫХ АППАРАТОВ НА

ТЕРМИЧЕСКУЮ, ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКУЮ СТОЙКОСТЬ И

КОММУТАЦИОННУЮ СПОСОБНОСТЬ

1.Общие положения

Электрооборудование, как правило, выбирается в два этапа.

Первый этап-это предварительный выбор электрооборудования по параметрам продолжительных режимов, включая режимы допустимых перегрузок.

Второй этап- проверка предварительно выбранного электрооборудования по параметрам кратковременных режимов, определяющим из которых является режим расчетного короткого замыкания (КЗ).

По режиму КЗ электрооборудование проверяется на электродинамическую и термическую стойкость, а также коммутационную способность.

1.1.Выбор выключателей и разъединителей по условиям рабочих продолжительных режимов

В соответствии с ГОСТ 687-78 выключатели и разъединители выбираются по следующим условиям:

где - номинальное напряжение выключателя (разъединителя); - номинальное напряжение сети, в которой устанавливается выключатель, кВ; - номинальный ток выключателя, кА; -расчетный ток нормального режима, кА; - нормированный коэффициент возможной перегрузки выключателя при продолжительном режиме его работы; - расчетный ток продолжительного режима.

2.Проверка выключателей и разъединителей по режиму короткого замыкания

2.1.Проверка на термическую стойкость

Критерием термической стойкости проводников и изоляции является допустимая температура их нагрева токами КЗ. Предельные значения допустимых температур нагрева при КЗ устанавливаются с учётом:

1. снижения механических свойств проводников

2. снижения изолирующих свойств изоляционных материалов

3. надежности работы контактных систем при повышении температуры

Для электрических аппаратов в технических характеристиках устанавливаются нормированный ток термической стойкости и нормированное допустимое время его воздействия на аппарат

Ток термической стойкости электрического аппарата при коротком замыкании - нормированный ток, термическое действие которого электрический аппарат способен выдержать при коротком замыкании в течение нормированного времени термической стойкости

Количественную оценку термической стойкости аппарата при КЗ принято оценивать с помощью интеграла Джоуля, характеризующего тепловое действие тока на рассматриваемый элемент установки, численно равный интегралу от квадрата тока по времени в пределах от начального момента КЗ до момента его отключения

Проверка электрического аппарата на термическую стойкость при КЗ состоит в сравнении найденного при расчётных условиях значения интеграла Джоуля с его допустимым для проверяемого аппарата Аппарат удовлетворяет условию термической стойкости, если выполняется условие

Для коммутационных аппаратов (выключателей, разъединителей, выключателей нагрузки и т.п.) допустимое значение интеграла Джоуля зависит не только от указываемого заводом-изготовителем нормированного тока термической стойкости проверяемого аппарата , но и от соотношения между расчетной продолжительностью КЗ и предельно допустимым временем воздействия нормированного тока термической стойкости (также указывается заводом-изготовителем).

Если , то допустимое значение интеграла Джоуля

,

поэтому условием термической стойкости коммутационного аппарата является выполнение соотношения

Если , то допустимое значение интеграла Джоуля составит

,

и условием термической стойкости коммутационного аппарата является выполнение соотношения

Расчётный интеграл Джоуля зависит от вида расчетной схемы, положения расчётной точки КЗ относительно источников энергии, её удалённости от последних и других факторов. Для расчёта интеграла Джоуля рассматривают 4 простейших схемы замещения, соответствующие различным исходным расчётным схемам (рис.1)

Если исходная расчётная схема носит произвольный характер, но для всех генераторов (синхронных компенсаторов, синхронных и асинхронных двигателей) расчётное КЗ является удалённым, т.е. отношение действующего значения периодической составляющей тока любого генератора в начальный момент КЗ к его номинальному току не достигает двух, то путем преобразований эквивалентной схемы замещения все генераторы и источники более удаленной части электроэнергетической системы следует заменить одним эквивалентным источником, ЭДС которого считать неизменной по амплитуде, а индуктивное сопротивление равным результирующему эквивалентному сопротивлению расчетной схемы.(рис. 1а) При этом интеграл Джоуля определяется по формуле

,

(2.1)

где - действующее значение периодической составляющей тока КЗ от эквивалентного источника энергии, А; - эквивалентная постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ, с

В тех случаях, когда интеграл Джоуля определяется по формуле

(2.2)

Если исходная расчётная схема содержит один или несколько однотипных генераторов (синхронных компенсаторов), причем последние находятся в одинаковых условиях относительно расчётной точки КЗ, а расчётное КЗ является близким , то исходную схему замещения также преобразуют в простейшую схему, содержащую результирующее эквивалентное сопротивление и эквивалентную ЭДС (рис.1.б), однако амплитуда этой ЭДС изменяется во времени. В этом случае интеграл Джоуля определяется по формуле

(2.3)

где - начальное действующее значение периодической составляющей генератора; - постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ от генератора; - относительный интеграл Джоуля.

Значение относительного интеграла Джоуля при разных удалённостях расчетной точки КЗ от генератора (синхронного компенсатора) , т.е. разных отношениях действующего значения периодической составляющей тока машины в начальный момент КЗ к её номинальному току, могут быть определены по кривым на рис.2.

Если для определения допустимо использовать формулы:

(2.4)

Если исходная расчётная схема содержит различные источники энергии, а расчётное КЗ делит схему на две независимые части, одна из которых содержит источники энергии, для которых КЗ является удалённым, а другая - один или несколько генераторов, находящихся в одинаковых условиях относительно точки КЗ и связанных с точкой КЗ по радиальной схеме, причем для этой машины или группы машин расчётное КЗ является близким, то эквивалентную схему замещения преобразуют в двухлучевую (рис.1в): все источники энергии, для которых КЗ является удалённым и связывающие их с точкой КЗ элементы представляют в виде одной ветви с неизменной по амплитуде эквивалентной ЭДС и результирующим эквивалентным сопротивлением , а машина или группа машин, для которой КЗ является близким, -в виде другой ветви с изменяющейся во времени ЭДС и соответствующим эквивалентным сопротивлением .

В этом случае интеграл Джоуля определяют по формуле

(2.5)

где - относительный интеграл от периодической составляющей тока в месте КЗ, обусловленный действием генератора(синхронного компенсатора).

(2.6)

Значения относительного интеграла при найденной удаленности точки КЗ можно определить по кривым .Такие кривые для синхронных генераторов с тиристорной независимой системой возбуждения приведены на рис.3.

В тех случаях, когда , для определения интеграла Джоуля допустимо использовать выражение

(2.7)

Если же , то допустимо использовать формулу

(2.8)

Если исходная расчетная схема содержит различные источники энергии, а расчетное КЗ делит схему на две независимые части, одна из которых содержит источники энергии, для которых КЗ является удаленным, а другая - группу однотипных электродвигателей (синхронных или асинхронных), для которых КЗ является близким, то эквивалентную схему замещения также преобразуют в двухлучевую(рис.1г): все источники энергии, для которых КЗ является удалённым, и связывающие их с точкой КЗ элементы представляют неизменной по амплитуде эквивалентной ЭДС и результирующим эквивалентным сопротивлением , а группу электродвигателей - эквивалентной ЭДС и соответствующим эквивалентным сопротивлением .

В этом случае интеграл Джоуля в зависимости от соотношения постоянной времени затухания апериодической составляющей тока электродвигателя , расчетной продолжительности КЗ и эквивалентной постоянной времени определяют по одной из формул (2.5),(2.7),(2,8), предварительно заменив в ней и соответствующими величинами и для эквивалентного электродвигателя, а также и - относительными интегралами и эквивалентного электродвигателя. Кривые зависимости и для синхронных и асинхронных электродвигателей при разных отношениях действующего значения периодической составляющей тока эквивалентного электродвигателя в начальный момент КЗ к его номинальному току приведены на рис.4,5,6,7.