Стартовая >> Архив >> Подстанции >> Справочник по проектированию подстанций

Электродинамическое и термическое действия токов короткого замыкания - Справочник по проектированию подстанций

Оглавление
Справочник по проектированию подстанций
Особенности, технология и принципы проектирования подстанций
Стадии проектирования, состав и объем проектной документации
Исходные данные для проектирования, продолжительность
Техническое задание на разработку ТЭО
Классификация подстанций и присоединение их
Надежность главных схем
Автоматичность, эксплуатационные удобства и экономическая целесообразность схемы
Классификация схем
Синхронные компенсаторы,  конденсаторные батареи и реаторы в схемах
Расчет токов короткого замыкания
Электродинамическое и термическое действия токов короткого замыкания
Ограничение токов короткого замыкания
Токи замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью
Типы и технические характеристики трансформаторов
Выборы мощности и числа устанавливаемых трансформаторов
Выключатели
Разъединители, отделители, короткозамыкатели
Источники реактивной мощности
Характеристики трансформаторов, выключателей
Провода, шины, кабели, изоляция
Механический расчет жесткой ошиновки
Механический расчет проводов гибкой ошиновки ОРУ
Защита от грозовых перенапряжений
Заземление
Собственные нужды переменного тока
Электрическое освещение
Нормы освещенности подстанций
Классификация и принципы выполнения схем управления, сигнализации и автоматизации
Организация управления элементами подстанций
Регулирование напряжения и охлаждение силовых трансформаторов
Автоматическая компенсация емкостного тока замыкания на землю
Организация сигнализации элементами ПС
Питание цепей оперативным током, аппаратура схем, маркировка
Электрические измерения и учет электроэнергии
Фасады и компоновка панелей, ряды зажимов схем управления, автоматики, защиты, сигнализации
Монтажные схемы и кабельные журналы
Оперативный ток, источники постоянного тока
Шкафы КРУ, КРУН, КТП, КТПН
Релейная защита
Релейная защита трансформаторов и автотрансформаторов
Релейная защита шунтирующих и компенсационных реакторов
Защита синхронных компенсаторов
Защита шин
АПВ и АВР
УРОВ
Защита элементов собственных нужд
Принципы компоновок распределительных устройств
Открытая установка маслонаполненного оборудования
Компоновка закрытых распределительных устройств и подстанций
Комплектные распределительные устройства с газовой изоляцией
Эксплуатационные и вспомогательные средства
Рельсовые пути для перекатки трансформаторов и стационарные анкеры
Ограды
Выбор площадки для строительства
Состав комиссии и акт выбора площадки
Особенности выбора и согласования площадки, размещаемой на территории города
Технико-экономическое сравнение вариантов выбора площадки
Генеральный план
Горизонтальная планировка
Внутриплощадочные автомобильные дороги и проезды
Инженерные сети
Вертикальная планировка
Озеленение и благоустройство территории
Технико-экономические показатели генерального плана
Приложение к генеральному плану
Режимы работы строительных конструкций ОРУ
Опоры под ошиновку и оборудование
Кабельные лотки, каналы
Здания и фундаменты синхронных компенсаторов
Отопление и вентиляция зданий
Водоснабжение, канализация, отвод масла
Противопожарные мероприятия
Приложение к здания и фундаменты
Защита окружающей среды
Защита от шума
Устройства связи и сигнализации
Внешняя связь
Требования к помещениям для узлов связи и к размещению оборудования связи
Пожарная сигнализация
Охранная сигнализация и охранное освещение
Основные положения по организации строительства и сметы
Особенности проектирования ПС в северных труднодоступных районах
Рекомендации но усилению стальных конструкций

ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОЕ И ТЕРМИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЯ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
Между двумя любыми проводниками при прохождении по ним тока возникают электродинамические усилия взаимодействия.
Для случая параллельного расположения проводников (рис. 3.3) это усилие, даН, можно определить по формуле

где i1 и i2 - мгновенные значения токов в проводниках; А; l -длина параллельных проводников, см; а - расстояние между осями проводников, см; kф - коэффициент формы, зависящий от формы сечения проводников и их взаимного расположения. Сила взаимодействия равномерно распределена по длине проводников. При одинаковом направлении токов в проводниках они притягиваются, а при разном отталкиваются.
При малом расстоянии между проводниками прямоугольного сечения (шинами) коэффициент формы можно определить по кривым на рис. 3.4, которые дают зависимость коэффициента формы 6ф от отношений

где а - расстояние между осями шин; b - ширина шины: h - высота шины.
Если расстояние в свету между шинами больше периметра шины 2(b + h), то можно принимать kф= 1.

Рис. 3.3. Взаимодействие двух проводников


Рис. 3.4. Кривые для определения коэффициента формы проводников прямоугольных сечений
Наибольшее усилие взаимодействия, даН, возникает между параллельными шинами при токе двухфазного КЗ:

При токе трехфазного КЗ и при параллельном расположении шин трех фаз в одной плоскости (конфигурация, наиболее часто встречающаяся на ПС) в наиболее тяжелых условиях находится средняя фаза, на которую действует усилие

При указанном выше расположении фаз шин усилие при трехфазном КЗ в 1,15 раза больше, чем при двухфазном, поэтому трехфазное КЗ является расчетным.
Токи короткого замыкания нагревают токоведущие части, по которым они протекают. Для каждого элемента электрической установки нормами устанавливается определенная температура нагрева, выше которой он не должен нагреваться при данных условиях работы.
Различают два основных режима - длительный (нормальный) режим работы и кратковременный режим короткого замыкания.
Температура нагрева проводника в нормальном режиме работы определяется как сумма температуры окружающей среды и температуры его перегрева по отношению к температуре окружающей среды.
Температура перегрева определяется из условия, что количество тепла, выделенного в проводнике, равно количеству тепла, отведенного от него и за то же время в окружающую среду.
При кратковременном протекании тока КЗ температура нагрева проводника не успевает достичь своего установившегося значения и определяется как сумма температуры проводника до короткого замыкания и температуры перегрева его током КЗ.
Время протекания тока КЗ не превышает нескольких секунд, что позволяет не учитывать отвод тепла в окружающую среду, за время короткого замыкания и считать, что все тепло, выделенное в проводнике за время короткого замыкания, идет на повышение его температуры. Так как наивысшая температура проводника при коротком замыкании носит кратковременный характер, то при этом допускается нагрев проводника значительно больший, чем в нормальном режиме.
Максимальные допустимые температуры, °С, нагрева проводников током КЗ приведены в табл. 3.3.
Проверка токоведущей части (шин, проводов, кабеля) на термическую стойкость сводится к определению наибольшей температуры нагрева током КЗ и сравнению ее с максимальной допустимой температурой.
Максимальная температура определяется значением тока КЗ и временем его протекания.

Таблица 3.3. Допустимые температуры нагрева проводников при коротком замыкании


Тип шин, кабеля, проводов

Допустимая температура нагрева, °С

Шины:

 

медные

300

алюминиевые

200

стальные, не имеющие непосредственного соединения с аппаратами

400

стальные с непосредственным присоединением к аппаратам

300

Кабели с бумажной пропитанной изоляцией на напряжение, кВ:

 

до 10

200

20-220

125

Кабели и изолированные провода с медными и алюминиевыми жилами и изоляцией:

 

поливинилхлоридной и резиновой

150

полиэтиленовой

120

Медные неизолированные провода при тяжениях, Н/мм2: менее 20

250

20 и более

200

Алюминиевые неизолированные провода при тяжениях, н/мм2:

 

менее 10

200

10 и более

160

Алюминиевая часть сталеалюминиевых проводов

200

При расчете термической стойкости в качестве расчетного времени следует принимать сумму, полученную от сложения времени действия основной защиты (с учетом действия АПВ), установленной у ближайшего к месту КЗ выключателя, и полного времени отключения этого выключателя (включая время горения дуги).
При наличии зоны нечувствительности у основной защиты ( по току, напряжению, сопротивлению и т. п.) термическую стойкость необходимо дополнительно проверять, исходя из времени действия защиты, реагирующей на повреждение в этой зоне, плюс полное время отключения выключателя. При этом в качестве расчетного тока КЗ следует принимать значение, которое соответствует месту повреждения.
Количество тепла, выделяемого током КЗ за время t, определяется по закону Ленца-Джоуля:

Аналитическое определение количества тепла, выделяемого периодической слагающей тока КЗ, представляет значительные трудности вследствие сложности закона ее изменения во времени.
Рис. 3.5. Графическое определение фиктивного времени периодической слагающей

При упрощенном методе подсчета этого тепла периодическую составляющую тока КЗ за весь процесс принимают постоянной и равной установившемуся току КЗ, а вместо действительной длительности короткого замыкания вводят фиктивное время периодической слагающей, т. е. время, в течение которого установившийся ток КЗ выделяет то же количества тепла, что и периодическая слагающая тока КЗ за действительное время (рис 3.5).

Значение фиктивного времени периодической слагающей определяется по кривым на рис. 3.6, дающим фиктивное время tф.п в зависимости от действительного времени и от отношения действующего значения начального сверхпереходного тока КЗ к установившемуся току:


Фиктивное время апериодической слагающей тока КЗ можно определить по формуле

Рис. 3.6. Кривые фиктивного времени периодической слагающей тока КЗ с учетом автоматических регуляторов напряжения.

Рис. 3.7. Кривые для определения нагрева проводников током КЗ
Фиктивное время tф определяется как сумма:

Апериодическую слагающую тока КЗ следует учитывать только при расчетном времени действия тока КЗ, меньшем 1 с.
Температура нагрева проводника  током КЗ определяется по кривым (рис. 3.7) следующим образом.
Сначала по температуре проводника до короткого замыкания Vкн определяют по соответствующей кривой значение абсциссы, соответствующей температуре нагрева проводника током нагрузки Ан.
Затем определяют значение абсциссы, соответствующей температуре нагрева проводника током КЗ

где S - сечение проводника, мм2, а по ней - температуру проводника Vк нагретого током КЗ.



 
« Современная система противопожарной защиты кабелей   Сравнение вакуумных и элегазовых выключателей среднего напряжения »
электрические сети