Шпаргалка по дисциплине "Энергетика"

 

45. Виды, причины и последствия коротких замыканий

Коротким замыканием (КЗ) называется нарушение нормальной работы электрической установки, вызванное  замыканием фаз между собой, а  также замыканием фаз на землю  в сетях с глухозаземленными  нейтралями.

Причинами КЗ обычно являются нарушения изоляции, вызванные ее механическими повреждениями, старением, набросами посторонних тел на провода линий электропередачи, прямыми ударами молнии, перенапряжениями, неудовлетворительным уходом за оборудованием. Часто причиной повреждений в электроустановках, сопровождающихся короткими замыканиями являются неправильные действия обслуживающего персонала.

При КЗ токи в поврежденных фазах  увеличиваются в несколько раз  по сравнению с их нормальным значением, а напряжения снижаются, особенно вблизи места повреждения. Протекание больших токов КЗ вызывает повышенный нагрев проводников, а это ведет к увеличению потерь электроэнергии, ускоряет старение и разрушение изоляции, может привести к потере механической прочности токоведущих частей и электрических аппаратов.

Снижение уровня напряжения при КЗ в сети ведет к уменьшению вращающего момента электродвигателей, их торможению, снижению производительности и даже к полному останову. Резкое снижение напряжения при КЗ может  привести к нарушению устойчивости параллельной работы генераторов электростанций и частей электрической системы, возникновению системных аварий.

Важным фактором является относительная частота возникновения  различных видов K3. По усредненным  данным она составляет, %: трехфазные — 5; двухфазные — 10; однофазные — 65; двухфазные K3 на землю — 20.

 

 

Иногда один вид замыканий  переходит в другой (например, в  кабельных линиях 6 — 10 кВ замыкание  одной фазы на землю часто переходит  в междуфазные K3).

Как правило, в месте K3 возникает электрическая дуга, которая образует вместе с сопротивлениями элементов пути тока K3 переходное сопротивление. Иногда возникают металлические K3 без переходного сопротивления.

Для обеспечения надежной работы энергосистем и предотвращения повреждений оборудования при K3 необходимо быстро отключать поврежденный участок, что достигается применением устройств релейной защиты с минимальными выдержками времени и быстродействующих отключающих аппаратов (выключателей). Немаловажную роль играют устройства АРВ и быстродействующей форсировки возбуждения (УБФ) синхронных генераторов, которые увеличивают ток возбуждения синхронных генераторов при коротких замыканиях, благодаря чему меньше понижается напряжение в различных звеньях сети, а после отключения K3 напряжение быстрее восстанавливается до нормального.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

46. Назначение  и порядок выполнения расчетов

 

Расчеты токов K3 необходимы:

1.для сопоставления,  оценки и выбора главных схем  электрических станций, сетей и подстанций;

2.выбора и проверки  электрических аппаратов и проводников;

3.проектирования и  настройки устройств релейной  защиты и автоматики;

4.определения влияния  токов нулевой последовательности  линий электропередачи на линии  связи;

5.проектирования заземляющих  устройств;

6.анализа аварий в  электроустановках и электрических  системах;

7.оценки допустимости  и разработки методики проведения  различных испытаний в электрических  системах;

8.анализа устойчивости  работы энергосистем.

 

При расчетах токов K3 допускается не учитывать:

1.сдвиг по фазе ЭДС  и изменение частоты вращения  роторов синхронных генераторов,  компенсаторов и электродвигателей,  если продолжительность КЗ не  превышает 0 5 с;

2.ток намагничивания  силовых трансформаторов и автотрансформаторов; насыщение магнитных систем электрических машин;

3.поперечную емкость  воздушных линий электропередачи  напряжением 110 — 220 кВ, если их  длина не превышает 200 км, и  напряжением 330 — 500 кВ, если их  длина не превышает 150 км;

4.при расчете периодической составляющей тока КЗ — активные сопротивления элементов электроэнергетической системы, в частности воздушных и кабельных линий электропередачи, если результирующее эквивалентное активное сопротивление относительно точки K3 не превышает 30% результирующего эквивалентного индуктивного сопротивления. Однако активное сопротивление необходимо учитывать при определении постоянной времени затухания апериодической составляющей тока КЗ Т_a.

 

Указанные допущения  приводят к некоторому увеличению токов K3 (погрешность расчетов не превышает 5 — 10 %).

Расчет  токов трехфазного K3 выполняется в следующем порядке.

1.Составляется расчетная  схема рассматриваемой электроустановки, намечаются расчетные точки КЗ.

2.На основании расчетной  схемы составляется эквивалентная схема замещения, все сопротивления на ней нумеруются.

3.Определяются величины  сопротивлений всех элементов  схемы замещения в относительных  или именованных единицах и  указываются на схеме замещения;  обозначаются расчетные точки K3.

4.Путем постепенного  преобразования относительно расчетной точки K3 приводят схему замещения к наиболее простому виду, чтобы каждый источник питания или группа источников, характеризующаяся определенными значениями эквивалентной ЭДС Е^’’_экв и ударного коэффициента k_уд, были связаны с точкой K3 одним результирующим сопротивлением.

5.Определяют по закону  Ома начальное действующее значение  периодической составляющей тока K3 I_п.о., а затем ударный ток i_уд, периодическую и апериодическую составляющие тока K3 для заданного момента времени t (I_п.t, i_a.t).

 

 

 

 

 

 

47. Способы  преобразования схем замещения.Особенности  расчета токов КЗ в с.н.

 

1.Метод  последовательного и параллельного  соединения проводников.

2.Преобразования  «звезда» в «треугольник» и  наоборот.

3.Метод  перегиба/наложения: если схема симметрична онтносительно какой-то оси, то её можно перегнуть по этой оси, сложив параллельно сопротивления , которые накладываются друг на друга.

4.Метод  коэффициентов участия. Если в схеме необходимо несколько генераторных ветвей перенести в т. КЗ, то применяют этот метод, который заключается в следующем:

1) Определяют эквивалентное  сопротивление, сложив параллельно  переносимые сопротивления: Х_экв=Х₁|Х₂|Х₃

2) Определяют результирующее  сопротивление, сложив последовательно  Х_экв и то сопротивление, через которое нужно перепрыгнуть: Х_рез=Х₁+Х_экв

3) Определяют коэффициенты  участия, разделив Х_экв на каждое переносимое сопротивление:

С_G1=Х_экв/Х₂,

С_G2=Х_экв/Х₃,

С_G3=Х_экв/Х₄.

4) Проверяют правильность  сделанных преобразоваий: С_G1+С_G2+С_G3=1

5) Определяют переносимые в т. КЗ сопротивления, разделив Х_рез на каждый коэффициент участия:Х₅=Х_экв/С_G1,Х₆=Х_экв/С_G2,Х₇=Х_экв/С_G3.

При КЗ в системе собственных  нужд электростанций существенное влияние  на характер процесса и значение тока КЗ оказывают двигатели, включенные вблизи места повреждения. Наиболее существенно это проявляется в сетях собственных нужд (с.н.) 6 кВ крупных ТЭС и АЭС. Для привода механизмов с.н. применяют в основном асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. При близком КЗ напряжение на выводах двигателей снижается и оказывается меньше их ЭДС. Электродвигатели переходят в режим генератора, посылающего ток в место повреждения. Синхронные двигатели тоже подпитывают место КЗ.

Расчет токов при K3 на сборных шинах собственных нужд электростанций производится в следующей последовательности.

1. На основании исходных  данных составляется расчетная  схема электроустановки.

2. Составляется схема замещения  для определения токов K3 от внешних источников (энергосистемы, включая электростанцию) и определяется результирующее сопротивление их до т. КЗ, а затем рассчитываются составляющие тока КЗ I_п0С=I_пtС, i_at, i_удС со стороны системы.

1.Определяется суммарная номинальная  мощность всех электродвигателей  , подключенных к системе сборных шин с.н. 6 кВ, где рассматривается K3. Рассчитывается начальное значение периодической составляющей тока двигателей

или если рассматривается КЗ за ТСН  с расщепленной обмоткой НН.

2.Определяется периодическая  составляющая тока КЗ от двигателей в момент

                                                                                      

3.Рассчитывается апериодическая  составляющая тока КЗ от двигателей  в момент  :

                                                                                      

 

4.Находится ударный  ток КЗ от двигателей:

 

 

 

 

 

48. Способы ограничения  токов КЗ. Реакторы.

Рост генераторных мощностей  современных энергосистем, создание мощных энергообъединений, рост мощностей нагрузок приводят с одной стороны к росту электровооруженности и производительности труда, к повышению надежности и устойчивости электроснабжения, а с другой стороны — к существенному повышению уровней токов КЗ.

В настоящее время разработан комплекс мер, который позволяет регулировать уровни токов к. з., ограничивать их при развитии электроустановок. Однако применение таких средств не является самоцелью и оправданно только после специального технико-экономического обоснования.

Наиболее распространенными и  действенными способами ограничения токов КЗ являются: секционирование электрических сетей; установка токоограничивающих реакторов, широкое использование трансформаторов с расщепленными обмотками низшего напряжения.

Первый способ является эффективным  средством, которое позволяет уменьшить уровни токов КЗ в реальных электрических сетях в 1,5—2 раза. Решение о секционировании также должно приниматься после специального  технико-экономического обоснования.

В распределительных сетях 10кВ и  ниже широко применяется раздельная работа секций шин, питающихся от различных трансформаторов подстанции. Основной причиной, определяющей такой режим работы, является требование снижения  токов   КЗ,  хотя и в этом случае отказ от непосредственной параллельной работы трансформаторов имеет свои отрицательные последствия: разные уровни напряжения по секциям, неравномерная загрузка трансформаторов и т. п.

При мощности понижающего трансформатора 25 MBА и выше применяют расщепление обмотки низшего напряжения на две, что позволяет увеличить сопротивление такого трансформатора в режиме КЗ примерно в 2 раза по сравнению с трансформатором без расщепления обмотки.

К специальным техническим  средствам ограничения токов  КЗ в  первую очередь относятся  токоограничивающие реакторы. Реакторы служат для ограничения токов  КЗ в мощных электроустановках, а также позволяют поддерживать на шинах определенный уровень напряжения при повреждениях за реакторами. Токоограничивающие реакторы применяются на станциях типа ТЭЦ:

а)             между секциями ГРУ (секционные реакторы) — реактор LRK на рис  а;

б)           для питания местных потребителей от сборных шин ГРУ (линейные LR1 или групповые LR2 реакторы) — рис. а;

в) для питания местных  потребителей от блочных ТЭЦ через  реактированные отпайки — рис. б.

     

Допустимая   потеря   напряжения   в реакторе обычно не превышает 1,5—2%. Ограничений по потере

 

 

напряжения в нормальном режиме работы нет в случае секционного реактора, поэтому его сопротивление может быть большим.

Наряду с рассмотренными выше реакторами обычной конструкции в электроустановках находят применение сдвоенные реакторы. Конструктивно они подобны обычным реакторам, но от средней точки обмотки имеется дополнительный вывод. В случае применения сдвоенных реакторов источник может быть присоединен к средней точке, а потребители — к крайним, или наоборот. Преимуществом сдвоенного реактора является то, что в зависимости от схемы включения и направления токов в обмотках индуктивное сопротивление его может увеличиваться или уменьшаться. Это свойство сдвоенного реактора обычно используется для уменьшения падения напряжения в нормальном режиме и ограничения токов при КЗ. Особенности сдвоенного реактора определяются наличием магнитной связи между ветвями каждой фазы. За счет взаимной индуктивности  потеря напряжения в сдвоенном реакторе меньше, чем в случае обычного реактора с таким же индуктивным сопротивлением. Это обстоятельство позволяет эффективно использовать сдвоенный реактор в качестве группового. При использовании сдвоенного реактора по схеме когда к концам катушки реактора подключаются генераторы, а к середине - потребитель, выявляется дополнительное его свойство. При КЗ на выводах генератора 1 ток от генератора 2 протекает по ветвям в одном направлении. Взаимная индуктивность ветвей действует здесь согласно с собственной  индуктивностью обмоток, обеспечивая значительный токоограничивающий эффект.