Термическое действие токов КЗ

Ток КЗ, протекая по отдельным элементам установки, вызывает дополнительный нагрев и тем самым повышение их температуры. Поскольку протекание тока КЗ обычно происходит в течение малого промежутка времени (не более нескольких секунд), то для различных токове- дущих частей и элементов допускаются некоторые повышения температур сверх тех, которые устанавливаются для рабочего режима.

Естественно, что повышения температуры при КЗ не должны выходить за определенные пределы, так как в противном случае может быть нарушена изоляция и повреждены токоведу- щие части.

Допустимые температуры элементов т_доп при КЗ, °С:

Медные шины....................................................................................................... 300

Алюминиевые шины........................................................................................... 200

Кабели с бумажной пропитанной изоляцией:

до 10 кВ................................................................................................................... 200

20...220 кВ.............................................................................................................. 150

Кабели и изолированные провода:

с поливинилхлоридной и резиновой изоляцией.................................... 150

с полиэтиленовой изоляцией......................................................................... 120

Алюминиевые неизолированные провода.................................. 160... 200

За действительное время протекания тока КЗ t_K принимают суммарное время действия защиты и собственное время отключения выключателя с приводом t_c._B:

t_K = t +1 .                                                                  (14.48)

v K v защ v с.в                                                                                                                                                              ^{4                                y}

Мерой количества выделенной теплоты за время tK является тепловой импульс

B_K = j (I _п)² dt.                                                    (¹⁴⁴⁹)

При проверке токоведущих частей на термическую стойкость пользуются понятием при­веденного времени t_np, в течение которого установившийся ток КЗ 1_{к з} выделяет то же количе­ство теплоты, что и изменяющийся во времени ток КЗ I_nt, за действительное время t_K:

\2

j (I _п)² dt

t_ПР = ₍I f                                                                          (14-50)

к. з'

Тепловой импульс вычисляется в зависимости от вида КЗ и расчетной схемы. Для КЗ на подстанции без двигателей, за трансформатором, в РУ напряжением 6... 10 кВ, в сети напряже­нием до 1 кВ (удаленное КЗ) периодическая составляющая тока КЗ неизменна во времени и равна 1_{к з} , a tnp=4

Тогда тепловой импульс от полного тока КЗ (с учетом апериодической составляющей):

в_к = f,Xt_K+Ta (1-e^2t/Ta)l                       (¹⁴⁵¹)

где Т_а = Х_к/(314^р_к) - постоянная времени затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания, обычно равная 0,005... 0,2 с.

в_к = I,3 [t к + Та].                                                  (^{14 52})

Способы ограничения токов КЗ

Уровни токов и мощностей КЗ характеризуют ожидаемые условия работы электрообо­рудования в аварийных режимах. Они определяют выбор сечения шин, проводов и кабелей, от­ключающую и коммутационную способность аппаратов, электродинамическую и термическую стойкость токоведущих частей и конструкций электрооборудования.

При проектировании систем электроснабжения решается технико-экономическая задача ограничения уровней токов и мощностей КЗ до значений, допустимых параметрами электро­оборудования, которое экономически целесообразно применять. В процессе эксплуатации сис­тем электроснабжения, сопровождающейся их развитием с включением новых источников электрической энергии, возникает задача ограничения уровней токов и мощностей КЗ, если они превышают технические параметры установленного электрооборудования. При ее решении ис­пользуют различные меры, связанные с ограничением токов КЗ и направленные на увеличение сопротивления цепи КЗ, локализацию в аварийном режиме источников ее питания, отключение поврежденной электрической сети за время t < 5 мс.

К таким методам относятся следующие:

выбор структуры и схемы электрических соединений элементов системы электроснаб­жения;

стационарное и автоматическое деление электрической сети;

выбор режима ее эксплуатации;

выбор схем коммутации;

применение оборудования с повышенным электрическим сопротивлением, использова­ние быстродействующих коммутационных аппаратов;

изменение режима нейтрали элементов сети.

При построении схем электроснабжения должно обеспечиваться секционирование и раз­дельная работа всех ступеней распределения электрической энергии. Такое построение системы электроснабжения позволяет увеличить электрическое сопротивление сети протеканию тока КЗ, предотвратить развитие аварии и локализовать место КЗ.

Применение электрооборудования с повышенным индуктивным сопротивлением преду­сматривает установку как общесетевых, так и специальных элементов. К специальному элек­трооборудованию относятся трансформаторы с расщепленными обмотками вторичного напря­жения, одинарные и сдвоенные реакторы и др.

Токоограничивающее действие коммутационных аппаратов проявляется при быстродей­ствии, соизмеримом с периодом изменения тока. При этом они выполняют функции ограниче­ния воздействия по амплитуде и длительности отключения тока КЗ. В качестве таких аппаратов могут применяться безынерционные предохранители, тиристорные выключатели с принуди­тельной коммутацией, а также некоторые типы автоматов на напряжение до 1 кВ.

Весьма существенным фактором изменения значений токов КЗ, которые протекают в контурах проводники - земля, является изменение режима нейтрали электрической сети. Зазем­ление нейтралей элементов через цепи с дополнительными сопротивлениями приводит к изме­нению эквивалентного сопротивления нулевой последовательности.

Глава 15

ВЫБОР АППАРАТОВ И ПРОВОДНИКОВ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ НАПРЯЖЕНИЕМ ВЫШЕ 1 кВ

Общие сведения

Аппараты и проводники первичных цепей должны удовлетворять следующим требова­ниям:

соответствию окружающей среды и роду установки;

необходимой прочности изоляции для надежной работы в длительном режиме и при кратковременных перенапряжениях;

допустимому нагреву токами длительных режимов;

стойкости в режиме короткого замыкания;

технико-экономической целесообразности; достаточной механической прочности;

допустимым потерям напряжения в нормальном и послеаварийном режимах; допустимым потерям на коронирование для проводников напряжением 35 кВ и выше. Соответствие окружающей среде и роду установки. Изоляция аппаратов и про­водников соответствующего рабочего напряжения может быть нормальная и облегченная.

Для выбора целесообразного вида изоляции необходимо учитывать род установки (в по­мещении, на открытом воздухе, в земле, в воде), температуру окружающей среды, влажность и загрязненность ее, высоту установки оборудования над уровнем моря.

Необходимая прочность изоляции для надежной работы в длительном ре­жиме и при кратковременных перенапряжениях. Номинальное напряжение электрообо­рудования и_номэ, указанное на его заводской табличке, соответствует уровню его изоляции, причем нормально всегда имеется некоторый запас электрической прочности, позволяющий ап­парату неограниченно длительное время работать при напряжении на 10... 15 % выше номи­нального. Это напряжение называют номинальным рабочим напряжением электрооборудова­ния. Так как отклонения напряжения в условиях эксплуатации обычно не превышают 10... 15 % номинального напряжения установки и_ном._у, то при выборе оборудования по напряжению дос­таточно соблюсти условие и_ном._у > и_номэ.

Условия выполнения остальных требований по выбору электрооборудования рассмотре­ны отдельно для каждого вида.

Все номинальные параметры аппаратов, приводимые в справочниках, соответствуют температуре окружающей среды и₀ < 40 °С среднесуточной и_0ср< 35 °С. Высота над уровнем моря не больше 1000 м.

Для большинства аппаратов перегрузка их током сверх номинального не допускается, если температура окружающего воздуха равна расчетной для данного аппарата. Если макси­мальная температура окружающего воздуха меньше расчетной (меньше 35°С), то рабочий ток высоковольтных выключателей, разъединителей и трансформаторов тока можно увеличивать на 0,5 % номинального тока на каждый градус понижения температуры ниже 35 °С, но всего не более чем на 20 %.