Проверка токоведущих частей на действие токов к.з.Электродинамическое действие токов к.з.

Лекция №7 Проверка токоведущих частей на действие токов к.з. Электродинамическое действие токов к.з. Динамические действия токов к.з. заключаются в том, что при протекании больших токов на проводники действуют электромагнитные силы, которые могут разрушить жёсткие проводники. Рис. 1. Расположения шин на изоляторах На динамическое действие при к.з. проверяют шины и изоляторы, к которым они крепятся. a) Проверка изоляторов по условию: ; 0,6–коэффициент запаса; Fразр – разрушающая нагрузка из справочника , где i уд – А; е – расстояние между креплениями шин (см) а – см. b) Проверка шин – заключается в том, что определяют механические напряжения возникающие в шинах при к.з. Gрас и сравнивают с допустимым напряжением Gдоп. Наибольшее допустимое при изгибе напряжение для различных шин МПа: медные МГМ – 170-740 при t = 300°С; алюминиевые АД 31Т – 80-75 при t = 200°С; стальные–190 при t=400°С. Условие динамической устойчивости: Gрас > Gдоп М – момент силы, его создаёт сила возникающая при к.з. W – момент сопротивления шин зависит от геометрических параметров и способа установки шин При расположении шин, плашмя: При расположении шин на ребро: Пример: Проверить шины на динамическую устойчивость при к.з. А (30*4); Iуд = 5 кА; ℓ = 160 см.; а = 20 см.; Кз = 1 1. Определяем усилие возникающее в шинах: 2. Определяем момент силы: 3. Определяем момент сопротивления шин плашмя: Вывод: Шина устойчива динамически, т.к. Gрас > Gдоп. 26,6 < 80. На ребро 9,5 < 71 Термическое действие токов к.з. При прохождении по цепи большого тока к.з. проводники нагреваются и могут сгореть в этом и заключается термическое действие токов к.з. По ПУЭ допускается кратковременно нагревать проводники до 200°C. Все токоведущие части должны быть проверены на термическую устойчивость при к.з. Существуют два способа проверки: 1.Определяют температуру нагрева проводника при к.з. и сравнивают её с допустимой t = 200° С 2.Определяют наименьшее сечение проводника термически устойчивого к данному току к.з. Smin. и сравнивают его с действительным сечением проводника, если , то проводник термически устойчив где - установившейся ток к.з. А; t пр – t ф – фиктивное или приведённое время к.з. (сек). С – коэффициент, который зависит от материала привода и его токовой загрузки до к.з. По проводнику при к.з. протекает ток к.з. от Iуд до Iуст, этот ток за время к.з. выделяет в проводнике тепло Qк.з.. Для упрощения расчётов считают, что по проводнику при к.з. протекает установившейся ток, тогда этот ток выделяет тоже количество тепла Qк.з. за время tотк + Та = tпр t отк- раскладывают на две составляющие: t защ – время действия защиты; t выкл – время отключения выключателя. t откл = tзащ + t выкл Tа – определяют по таблице 7.1 [2] Рекомендуемые значения С: Шины медные – 171 Шины алюминиевые – 88 Кабели до 10 кВ с ал. жил. бум. изоляцией – 85 Кабели и провода с алюминиевыми жилами ПВХ изол. – 75 Тоже с полиэтиленовой изоляцией – 65 Шины стальные – 60 Кабели с медными жилами – 141 Пример: Проверить на термическую устойчивость кабель ААБ (3*70) РУ – 10 кВ Рис.2. Расчетная схема 1. 2. по таблице 7.1 Коновалова распределительные сети 6-10 кВ 0,01 с 3. С = 85 4. 5. Кабель термически устойчив, т.к. Smin < Sкаб 47,4 < 70 Способы ограничения токов к.з. При питании электроустановок промышленных предприятий от мощных энергосетей приходится значительно повышать сечение токоведущих частей и габаритных размеров аппаратов, выбирать их по условиям нормального режима, а также термической и динамической устойчивость. Это и расход цветного металла. Ограничение токов к.з. является одним из способов уменьшения стоимости сооружения и эксплуатации электрических установок. Искусственно уменьшают ток одним из способов: 1.Применяют раздельную работу ЛЭП и трансформаторов в этом случае увеличивается, Iк.з. уменьшается. При раздельной работе: ; Согласно требованиям ПУЭ ЛЭП и трансформаторы должны работать раздельно. 2.На отходящих линиях устанавливаются реакторы при этом сопротивление линии возрастает, а Iк.з.–уменьшается. Большое индуктивное сопротивление реактора препятствует быстрому возрастанию тока к.з. в цепи. Недостаток: в нормальном режиме работы установка реактора создаёт дополнительные потери энергии в линии. 3.Применяют трансформаторы с расщеплённой обмоткой, т.е. вторичная обмотка выполнена в виде двух и более обмоток. При этом получается что один трансформатор делится на два параллельно включённых, т.к. каждая из вторичных обмоток включается на свою секцию, а секции работают раздельно. Их выпускают на большую мощность S > 25 МВА 3.Повышение напряжения сетей приводит к уменьшению токов к.з. 7. Выбор высоковольтных частей и аппаратов на подстанциях с учётом действия токов к.з. Условия выбора и проверки высоковольтных аппаратов приведены в таблице. Расчётные данные Выключатель нагрузки ВНП-17 Предохранитель ПК-10 Трансформатор тока ТПЛ-10 1) Номинальное напряжение: Uc=10 кВ Uн=Uc, 10 кВ=10 кВ Uн=10 кВ Uн=Uc 10 кВ=10 кВ Uн=10 кВ Uн=Uc 10 кВ=10 кВ Uн=10 кВ 2) Номинальный ток: Iн1=36,4 А IнIн1 IнIн1, Iн=50 А 50 А>36,4 А IнIн1, Iн=50 А 50 А>36,4 А IнIн1, Iн=40 А 40 А>36,4 А 3) Номинальный ток отключения Iноткл>Iпер, Iпер=4,64 кА Iноткл>Iпер Iноткл=12 кА 12 кА>4,64 кА Iноткл>Iпер Iноткл=12 кА 12 кА>4,64 кА Не отключает 4) Номинальная мощность отключение: Sоткл>Sкз, Sкз=84,4 МВА Sоткл>Sкз Sоткл=300 МВА 300МВА>84,4 МВА Sоткл>Sкз Sоткл=200 МВА 200МВА>>84,4 МВА Не отключает 5) Проверка на динамическую стойкость: IдинIуд, Iуд=11,812 кА IдинIуд Iдин=14,5 кА 14,5кА>11,812кА IдинIуд Iдин=12 кА 12 кА>11,812кА IдинIуд Iдин=кдинхх Iн1 Iдин=250хх х0,04=14,142 кА 14,142 кА> >11,812 кА 6) Проверка на термическую стойкость: Iпер2хtпр=4,642х0,015= =0,07 кА2хс I52хt5=122х5= =720 кА2хс 720 кА2хс> >0,07 кА2хс I52хt5=122х5= =720 кА2хс 720 кА2хс> >0,07 кА2хс (Iн1хктер)2х1сек= =(0,04х90)2х1= =12,96 кА2хс 12,96 кА2хс> >0,07 кА2хс Заземление и зануление в электроустановках Назначение заземления и зануления. Заземление – преднамеренное электрическое соединение части электроустановки (корпус, конструкция, броня) с заземляющим устройством. Зануление – преднамеренное соединение частей электроустановки, нормально не находящихся под напряжением, с глухозаземлённой нейтралью генератора или трансформатора. Рабочее заземление – заземление какой – либо точки токоведущих частей электроустановки, необходимое для обеспечения работы электроустановки. Защитное заземление – с целью обеспечения электробезопасности. В сетях с глухозаземлённой нейтралью применяют зануление. В сетях с изолированной нейтралью применяют заземление. В качестве дополнительно меры применяют защитное отключение. Расчёт заземляющего устройства. Согласно ПУЭ в электроустановках 6 – 35 кВ с изолированной нейтралью сопротивление заземляющего устройства должно быть Rз < 250/Iз, где Iз – расчётный ток замыкания на землю Uном – В; длина кабельной и воздушной линии км. Если в нейтраль включён заземляющий реактор, то ток Iз будет Iз = 125%*Iн.р. Rз должно быть < 10 Ом В электроустановках до 1кВ с изолированной нейтралью Порядок расчёта заземляющего устройства ОРУ выше 1 кВ. 1. Определяем расчётный ток замыкания Iз 2. Определяем сопротивление заземления (растекания тока) ; 3. При наличии естественных заземлителей Rе < Rз, то искусственных не требуется, если Rе > Rз, то 4. Определяем расчётное удельное сопротивление грунта по таблице: , где р – Ом*м Удельное сопротивление грунтов Ом*м Грунт Возможные приделы Рекомендуемые значения Ксез. Песок 400 – 1000 700 1,56 Супесь 150 – 400 300 1,5 Суглинок 40 – 150 100 1,5 Глина 8 - 70 40 1,36 Садовая земля 40 40 1,32 Чернозём 10 – 50 20 1,2 Торф 20 20 1,1 5. Определяем предварительно конфигурацию заземляющего устройства с учётом его размещения на территории. Расстояние между вертикальными электродами применяется не менее их длины, определяют их предварительное число и длину горизонтальных заземлителей. 6. Определяем сопротивления одного вертикального заземлителя, для уголка ,для прутка d = 12 мм, длиной 5 м, для трубы d = 60 мм, е = 2,5 м 7. Определяем сопротивление одного вертикального заземлителя: , где коэффициент использования вертикальных заземлителей, зависящие от расстояния между ними, их длиной и числа, таблица 7.1. [1] Число трубок заземлителей Коэффициент экранирования при отклонении расстояния между трубками и их длиной (а/е) 3 2 1 3 2 1 Трубы размещают в ряд трубы размещают по контуру 5 0,87 0,8 0,68 - - - 10 0,83 0,7 0,55 0,78 0,67 0,59 20 0,77 0,62 0,47 0,72 0,6 0,43 30 0,75 0,6 0,4 0,71 0,59 0,42 50 0,73 0,58 0,3 0,68 0,52 0,37 100 - - - 0,64 0,48 0,33 200 - - - 0,61 0,44 0,3 300 - - - 0,6 0,43 0,28 8. Определяем сопротивление горизонтальных заземлителей (соединительной полосы с учётом коэффициента использования полосы , где е – длина полосы, м в – ширина полосы, м t – глубина заложения, м = 0,7 м Сечение должно быть 48 мм², при толщине 4 мм 9. Определяем необходимое фактическое сопротивление вертикальных заземлителей с учетом использование соединительной полосы: На основе результатов расчёта уточняют конфигурацию заземляющего устройства.