Тепловой спад токов кз

Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования

Посоветуйте книгу друзьям! Друзьям – скидка 10%, вам – рубли

Эта и ещё 2 книги за 299 ₽

Предлагаются в новой редакции (3-е издание) Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания (КЗ) и выбору электрооборудования. Разработаны методы расчета токов КЗ в электроустановках свыше 1 кВ и до 1 кВ как при симметричных, так и при несимметричных КЗ для начального и произвольного моментов времени. Дина методика определения параметров цементов расчетных схем и методика составления таких схем. Развиты вопросы определения токов КЗ с учетом влияния комплексной нагрузки, электрической дуги, теплового спада тока КЗ из-за нагрева проводников, вставок постоянного тока. Сформулированы расчетные условия для проверки электрооборудования по условиям КЗ. приведены методики проверки электрооборудования на электродинамическую и термическую стойкость и проверки электрических аппаратов на коммутационную способность. Даны примеры типовых расчетов.

• Возрастное ограничение: 0+
• Дата выхода на ЛитРес: 25 января 2010
• Дата написания: 2013
• Объем: 145 стр.

• ISBN: 5-93196-081-3
• Общий размер: 2 MB
• Общее кол-во страниц: 145
• Размер страницы:
• Редактор:
• Правообладатель: ЭНАС

Как проводится опыт холостого хода

При проведении опыта холостого хода появляется возможность определить следующие характеристики агрегата:

• коэффициент трансформации;
• мощность потерь в стали;
• параметры намагничивающей ветви в замещающей схеме.

Для опыта на устройство подаётся номинальная нагрузка.

Также читайте: Коэффициент трансформации

При проведении опыта холостого хода и расчёте характеристик на основе данной методики необходимо учитывать разновидность устройства.

В данном состоянии трансформатор обладает нулевой полезной мощностью по причине отсутствия на выходной катушке электротока. Поданная нагрузка преобразуется в потери тепла на входной катушке I02×r1 и магнитные потери сердечника Pm. По причине незначительности значения потерь тепла на входе, их в большинстве случае в расчёт не принимают. Поэтому общее значение потерь при холостом ходе определяется магнитной составляющей.

Далее приведены особенности расчёта характеристик для различных видов трансформаторов.

Для однофазного трансформатора

Опыт холостого хода для однофазного трансформатора проводится с подключением:

• вольтметров на первичной и вторичной катушках;
• ваттметра на первичной обмотке;
• амперметра на входе.

Приборы подключаются по следующей схеме:

Для определения электротока холостого хода Iо используют показания амперметра. Его сравнивают со значением электротока по номинальным характеристикам с использованием следующей формулы, получая итог в процентах:

Iо% = I0×100/I10.

Чтобы определить коэффициент трансформации k, определяют величину номинального напряжения U1н по показаниям вольтметра V1, подключённого на входе. Затем по вольтметру V2 на выходе снимают значение номинального напряжения U2О.

Коэффициент рассчитывается по формуле:

K = w1/w2 = U1н/ U2О.

Величина потерь составляет сумму из электрической и магнитной составляющих:

P0 = I02×r1 + I02×r0.

Но, если пренебречь электрическими потерями, первую часть суммы можно из формулы исключить. Однако незначительная величина электрических потерь характерна только для оборудования небольшой мощности. Поэтому при расчёте характеристик мощных агрегатов данную часть формулы следует учитывать.

Потери холостого хода для трансформаторов мощностью 30-2500 кВА

Для трёхфазного трансформатора

Трёхфазные агрегаты испытываются по аналогичной схеме. Но напряжение подаётся отдельно по каждой фазе, с соответствующей установкой вольтметров. Их потребуется 6 единиц. Можно провести опыт с одним прибором, подключая его в необходимые точки поочерёдно.

Также читайте: Как и какими огнетушителями тушить электрооборудование

При номинальном напряжении электротока обмотки более 6 кВ, для испытания подаётся 380 В. Высоковольтный режим для проведения опыта не позволит добиться необходимой точности для определения показателей. Кроме точности, низковольтный режим позволяет обеспечить безопасность.

Применяется следующая схема:

Работа аппарата в режиме холостого хода определяется его магнитной системой. Если речь идёт о типе прибора, сходного с однофазным трансформатором или бронестержневой системе, замыкание третьей гармонической составляющей по каждой из фаз будет происходить отдельно, с набором величины до 20 процентов активного магнитного потока.

В результате возникает дополнительная ЭДС с достаточно высоким показателем – до 60 процентов от главной. Создаётся опасность повреждения изолирующего слоя покрытия с вероятностью выхода из строя аппарата.

Предпочтительнее использовать трехстержневую систему, когда одна из составляющих будет проходить не по сердечнику, с замыканием по воздуху или другой среде (к примеру, масляной), с низкой магнитной проницаемостью. В такой ситуации не произойдёт развитие большой дополнительной ЭДС, приводящей к серьёзным искажениям.

Для сварочного трансформатора

Для сварочных трансформаторов холостой ход – один из режимов их постоянного использования в работе. В процессе выполнения сварки при рабочем режиме происходит замыкание второй обмотки между электродом и металлом детали. В результате расплавляются кромки и образуется неразъёмное соединение.

После окончания работы электроцепь разрывается, и агрегат переходит в режим холостого хода. Если вторичная цепь разомкнута, величина напряжения в ней соответствует значению ЭДС. Эта составляющая силового потока отделяется от главного и замыкается по воздушной среде.

Чтобы избежать опасности для человека при нахождении аппарата на холостом ходу, значение напряжения не должно превышать 46 В. Учитывая, что у отдельных моделей значение данных характеристик превышает указанное, достигая 70 В, сварочный агрегат выполняют со встроенным ограничителем характеристик для режима холостого хода.

Также читайте: Как определить фазу и ноль с помощью приборов и без них

Блокировка срабатывает за время, не превышающее 1 секунду с момента прерывания рабочего режима. Дополнительная защитная мера – устройство заземления корпуса сварочного агрегата.

Видео: измерение тока холостого хода

Необходимость измерения сопротивления Ф-Н

Метод позволяет сопоставить реальное сопротивление, измеренное на практике, с проектируемым показателем, заложенном при планировании. При качественной прокладке цепи оба значения совпадут, значит эксплуатация магистрали будет безопасной.

Цели измерения петли фаза-ноль:

• проверка монтажного качества для нахождения ошибок и слабых участков;
• оценка безопасности средств автоматической защиты;
• испытания электроустановок при сдаче и приемке в работу после реконструкции или монтажа;
• по требованию контролирующих организаций, например, Ростехнадзора;
• по желанию владельца магистрали или электрических агрегатов.

Как часто проводятся измерения

Периодичность снятия показаний и расчетов проводят в соответствии с графиком планово-предупредительного ремонта, разработанного инженерными работниками электротехнического хозяйства. Документ содержит рекомендации по обслуживанию, проверке систем, подписывается руководителем предприятия.

Рекомендованные сроки проверок в соответствии с ГОСТ Р 50.571 – 2007:

• для электроприборов, установок, работающих в зоне повышенной взрывоопасности — 1 раз в 2 года;
• при отказе автоматической защиты — немедленная внеплановая проверка;
• обязательно — при приемо-сдаточном оформлении, при вводе оборудования в работу;
• для стандартных условий, после успешной сдачи — 1 раз в 3 года.

По желанию собственника или рекомендации ответственного исполнителя в части техосмотра и наблюдения за электрохозяйством такие измерения производят чаще.

Методы защиты

Для защиты от короткого замыкания принимают специальные меры:

1. Ограничивающие ток короткого замыкания:
   • устанавливают токоограничивающие электрические реакторы;
   • применяют распараллеливание электрических цепей, то есть отключение секционных и шиносоединительных выключателей;
   • используют понижающие трансформаторы с расщеплённой обмоткой низкого напряжения;
   • используют отключающее оборудование — быстродействующие коммутационные аппараты с функцией ограничения тока короткого замыкания — плавкие предохранители и автоматические выключатели;
2. Применяют устройства релейной защиты для отключения поврежденных участков цепи

Компенсационные меры защиты

В соответствии с положениями ПУЭ в нормальных условиях работы сети должны предприниматься специальные меры защиты от возможного пробоя на землю.

Для ограничения емкостных токов в нейтраль трансформатора вводится специальный дугогасящий реактор (смотрите рисунок 1, б). С его помощью удаётся снизить (компенсировать) ток однофазного замыкания на землю, возникающий сразу после аварии.

Практически установлено, что при наличии компенсатора воздушные и кабельные линии могут работать в критическом аварийном режиме довольно продолжительное время и вот почему.

Как только протекающий в реакторе индуктивный ток Ip сравнивается по своей величине с противофазной емкостной составляющей Ic – наблюдается эффект компенсации, при котором Iр + Iс = 0 (явление резонанса токов).

Реакторы с индуктивным импедансом достаточно просто настраиваются на работу с переменным значением компенсационного потока и могут эксплуатироваться в режимах недо- и перекомпенсации.

Использование дугогасящего реактора оказывает определённое влияние на распределение потенциалов в линейных проводах и в нейтрали. В последней появляется напряжение смещения Ucм , вызванное асимметрией в цепи и приложенное к выводам реактора.

В резонансном режиме такое рассогласование приводит к искажению нормальной картины распределения потенциалов даже в отсутствии однофазного замыкания (ОЗЗ).

Искусственное предупреждение резонансных явлений может быть достигнуто путём преднамеренного рассогласования соответствующих цепей, в результате чего удаётся снизить Ucм и выровнять показания контрольных приборов.

Дополнительное замечание. Варьировать величину компенсационных токов допускается в пределах, при которых образовавшееся в случае аварии рассогласование не приводило бы к появлению Ucм более чем 0,7 Uф.

Используют несколько способов, в зависимости от степени увлажнения, применяемых средств и целей, которых необходимо достигнуть проведением данной операции. Далее – детальнее о возможных методиках сушки трансформаторного оборудования.

Индукционным нагревом

Эта методика достаточно распространена, в силу высокой эффективности. Принцип способа предполагает нагрев силового контура за счет образования вихревых токов. На бак наматывают намагниченные провода, при подаче нагрузки на которые возникает индукция.

Работы выполняют в таком порядке:

• операцию проводят при сухом баке, уплотнив отверстия,
• снаружи бак обматывают стеклотканью,
• к активному контуру подключают термопары и сопротивления,
• подключают приборы для контроля температуры,
• наносят обмотку для создания индукционных токов.

Затем включают печь, подогревающую днище бака. Нагретый воздух нагнетают насосами. Процедуру контролируют, следя за показаниями термометров и вакуумметров.

Токами КЗ

Методика токов короткого замыкания предполагает тепловые потери, за счет чего происходит нагрев. Эти процессы характерны для проводов катушек, подключенной стали сердечника.

Схема для сушки трансформатора методом короткого замыкания

Суть способа в том, что низковольтную часть трансформатора закорачивают по вводным зажимам. В это время высоковольтная схема устройства находится под напряжением. В результате возникающего короткого замыкания, электроустановка нагревается, что способствует испарению влаги.

Постоянным током

Методика предусматривает подачу на катушки трансформатора токов, приближенных к номинальной величине. Обычно задействуют обмотки среднего и высокого напряжения.

Схема для сушки трансформатора постоянным током

Те из контуров, которые не задействованы при данной процедуре, замыкают накоротко, с подводом к заземлительному контакту. Это распространяется на бак и прочие катушки, лишенные прямой электрической связи с прогреваемыми электричеством.

Точки нулевой последовательности

Этот метод применяют для трансформаторов с невысокими значениями мощности – в пределах до 400 кВА. Требуется подключение вторичных контуров по следующей схеме:

Схема для сушки трансформатора током нулевой последовательности

При выполнении работ необходимо соблюдать соответствующие меры предосторожности, поскольку контакты повышающей стороны остаются разомкнутыми.

За счет того, что фазы образуемых магнитных потоков совпадают и равны по величине, выделяется тепло, нагревающее токопроводящие элементы и испаряющее влагу. Данная методика очень проста, но не применима, если контакты выходных катушек соединены треугольником.

Перед началом сушки, активный контур подключают к напряжению, используемому при процедуре. Выполняют контрольный прогрев в течение 30 минут. Если в процессе проверки возникнет перегрев отдельных элементов сердечника, необходимо определить причину неисправности и устранить дефект. Только после этого проводят полноценную сушку.

Циркуляция масла через электронагреватели

Еще одна методика предполагает циркуляцию масла. Работы выполняют в такой последовательности:

• убирают масло из нижнего отсека бака,
• состав пропускают через нагревательное устройство,
• заливают нагретую жидкость в верхнюю часть бака.

Масло подают интенсивно, под давлением вводя в каждую фазу. Это исключает перегрев элементов, при равномерной просушке агрегата. После того, как цель достигнута, масло сливают и вновь заполняют бак в условиях вакуума.

Инфракрасное излучение

Использование инфракрасных лучей целесообразно для трансформаторных установок, мощностью до 1 000 кВА. Подводимую электроэнергию преобразуют в тепловое излучение, с эффективностью до 80%.

Процедура требует постоянного контроля температуры посредством термометров или термопар. Чаще применяют термопары. Используют инфракрасные лампы мощностью 250 или 500 Вт, рассчитанные на напряжение соответственно 120 и 220 В. Возможна замена этих устройств лампами накаливания.

Тепловое излучение направляют отражателями.

Обдув горячим воздухом

При использовании этого метода, не слишком распространенного, трансформатор обдувают нагретым воздухом, температура которого достигает 100°С. Тепловой поток направляют на активный контур, добиваясь нагрева катушек. Предусмотрена настройка расхода воздуха, с небольшой разницей температур на входе и выходе.

Метод сушки трансформатора горячим воздухом

Камера без вакуума

Данная методика предполагает такие последовательные операции:

• активный контур ставят в камеру,
• к входному и выходному отверстию камеры подключают воздуходувные устройства,
• нагнетают воздух, нагретый до температуры 105 градусов,
• контролируют нагрев оборудования по показаниям термометра,
• когда активная часть нагрета, снижают температуру внешнего изоляционного покрытия, подавая холодный воздух,
• по завершении сушки, активный корпус ревизируют, опускают в масляный бак.

Камера состоит из деревянного каркаса, обшитого и утепленного асбестом, сверху зашитого профнастилом. Зазор между оборудованием и внутренними стенками сооружения должен быть не менее 200 мм.

Стационарный сушильный шкаф

Эту установку применяют в условиях промышленных предприятий, когда требуется регулярная сушка трансформаторов. Данный способ характеризует высокая эффективность. Но покупка стационарного сушильного шкафа требует существенных финансовых затрат.

Электроосмос

Применение сушильных шкафов сопряжено с большим расходом энергии, длительным проведением операции сушки, неблагоприятным влиянием нагрева на элементы трансформатора в результате систематического нагрева.

Этих недостатков можно избежать, используя принцип электроосмоса. В данном случае создание внешнего электрического поля вызывает удаление жидкости через микроскопические поры оборудования. Установка работает импульсами, что не вызывает нагрев элементов.

Своевременная сушка позволит избежать возможной аварийной ситуации. Главное – правильно избрать метод, с учетом характеристик трансформатора и экономической целесообразности.

2.2.1. Неселективная токовая отсечка с выдержкой времени

С целью расширения зоны, контролируемой токовой отсечкой, можно допустить возможность ее действия при КЗ на смежной линии (рис. 2.4). Селективное действие неселективной отсечки в этом случае можно обеспечить за счет ограничения зоны ее действия пределами действия быстродействующей защиты следующей линии и небольшой выдержкой времени срабатывания.

Так, установка токовой отсечки мгновенного действия ТО1 на линию W1, очевидно, неэффективна ввиду очень ограниченной зоны действия (l( TO1 )). Для защиты линии W1 в этом случае целесообразно использовать неселективную отсечку НО1, которую и по току, и по времени следует отстроить от токовой отсечки ТО2 линии W2:

где I C TO2 — ток срабатывания токовой отсечки ТО2 линии W2;

k 3 — коэффициент запаса неселективной отсечки;

I C HO1 — время срабатывания токовой отсечки ТО2, t C HO1 ≈ 0,1 с;

Δt — ступень селективности, Δt = 0,4–0,6 с.

Выдержка времени неселективной отсечки обычно составляет 0,3–0,8 с [5]. За это время апериодическая составляющая тока КЗ практически полностью затухает, поэтому значения коэффициента запаса принимают в пределах 1,1–1,2 независимо от типа реле [4]. Кроме того, по этой же причине (наличие выдержки времени) нет необходимости в дополнительной отстройке от бросков тока намагничивания силовых трансформаторов.