- •«Самарский государственный технический университет»
- •Лекция №1
- •Тема 1.1. Основные типы электростанций.
- •Основные типы электростанций. Краткая характеристика режимов работы
- •Режимы работы электрических станций в энергосистеме.
- •Резервы мощности в энергосистеме
- •Лекция №2
- •Тема 1.2. Принципы построения схем электрических соединений электрических станций и подстанций. Основное электрооборудование станций и подстанций
- •Схемы соединений электрических станций и подстанций
- •Основные требования к главным схемам станций и подстанций.
- •Классификация подстанций
- •Лекция №3
- •Тема 1.2. Принципы построения схем электрических соединений электрических станций и подстанций (продолжение). Схемы со сборными шинами.
- •Схемы без сборных шин
- •Лекция №4
- •Тема 2.1. Расчет симметричных токов короткого замыкания
- •Механизм возникновения и протекания тока к.З. В системе неограниченно большой мощности.
- •Лекция №5
- •Тема 2.2. Расчет несимметричных ткз.
- •Лекция № 6
- •Тема 2.3. Методы ограничения токов короткого замыкания.
- •Лекция № 7
- •Тема 2.3. Методы ограничения токов короткого замыкания (продолжение).
- •Лекция №8
- •Тема 3.1. Краткая характеристика аппаратов ру и подстанций и методика их выбора
- •Лекция № 9
- •Тема 3.2. Трансформаторы и автотрансформаторы.
- •Измерительные трансформаторы напряжения
- •Лекция №10
- •Тема 3.3. Собственные нужды электростанций и подстанций.
- •Лекция №11.
- •Тема 3.4. Системы управления и измерения. Источники оперативного тока на электростанциях и подстанциях.
- •Лекция №12
- •Тема 4.1. Конструктивное устройство ру и подстанций.
- •Лекция №13
- •Тема 4.2. Вопросы эксплуатации. Оперативные переключения в распределительных устройствах.
- •Лекция №14
- •Тема 5.1. Распределение нагрузок между генераторами электростанций.
- •Лекция №15
- •Тема 5.2. Вопросы устойчивости работы энергосистем.
- •Лекция №16
- •Тема 6.1. Режимы работы нейтрали в сетях напряжением 110 кВ и выше.
- •Лекция №17
- •Тема 6.2. Электрические сети напряжением 110 кВ и выше. Схемы замещения лэп и трансформаторов.
- •Лекция №18
- •Тема 6.3. Методика расчета питающих (разомкнутых) сетей.
- •Лекция №19
- •Тема 6.4. Методика электрического расчета замкнутых цепей.
- •Перенос нагрузок в другие узлы сети
- •Расчет сложнозамкнутых сетей
- •Матричный способ расчета
- •Лекция №20
- •Тема 6.5. Потери мощности и электроэнергии в электрических сетях, пути их снижения.
- •Лекция №21
- •Тема 7.1. Заземляющие устройства в электрических сетях. Методика их расчета.
- •Лекция №22
- •Тема 7.2. Молниезащита.
- •Лекция №23
- •Тема 7.3. Защита от перенапряжений.
- •Основные положения по выбору параметров опн
- •Лекция №24 Заключение.
Лекция № 7
Тема 2.3. Методы ограничения токов короткого замыкания (продолжение).
Ток К.З., протекая по отдельным элементам установки, вызывает дополнительный нагрев и повышает тем самым их температуру. Процесс нагрева провода, как известно, описывается уравнением теплового баланса:
Т.к. процесс дополнительного нагрева проводника происходит достаточно быстро, тепло не успевает распространиться в окружающую среду и можно считать, что: ,
т.е. все тепло, выделяемое в результате нагрева током к.з. идет только на нагрев самого проводника.
Т.о., с учетом меняющегося при нагреве сопротивления элемента сети и емкостиуравнение теплового баланса запишется след. образом:
,
где и,- это вес отрезка круглого провода;- удельное сопротивление провода.
С учетом этих уравнений запишется:
.
Если разделим обе части на , получим:
.
Проинтегрируем за период от начала к.з. до его отключения аппаратом:
.
Интеграл в левой части равенства выражает собой количество тепла, выделяемого при нагреве током к.з. , которое можно выразить через тепловой импульс:
;
а , а
В правой части уравнения после интегрирования получим разность между количеством тепла в конце перегрева () и в его начале ():
.
Т.о. интересующее нас конечное значение количества тепла:
Как практически определить ?
Для алюминиевых и медных проводников составлены кривые зависимости их температуры () от количества выделяемого при к.з. тепла ().
Рис. 1
На рис. 1 представлена такая зависимость, представляющая собой графическую интерпретацию полученных выше соотношений. Отталкиваясь от начального значения температуры (т. 1) попадаем в т. 2, затем в т. 3. Зная величину тока к.з. и сечение проводника, определяем, откладываем его на оси абсцисс - получаем т. 4, далее т. 5 и, наконец, искомую температуру(т. 6) и сравниваем её с допустимой.
Медные шины допускают .
Алюминиевые меньше - .
Кабели с бумажной изоляцией , а с поливиниловой и резиновой -.
Из графика на рис. 1 видно, что:
.
Тепловой импульс можно представить себе как, где- приведенное (фиктивное) время от начала к.з. до его отключения аппаратом.
На рис. 2 площадь соответствует количеству тепла, выделяемого при к.з. при изменяющемся токе и действительному отрезку времени от начала к.з. до его отключения, а равная её площадь прямоугольника- при неизменном токе.
Рис. 2
Приведенное время можно определить из кривых- см. рис. 3.
Рис. 3
Т.о. из приведенного выше соотношения следует, что
.
Если обозначить через, то получим известный критерий для проверки сечения проводов и кабелей на термическую устойчивость:
зависит от материала провода или жил кабелей. Для кабелей с медными жилами , с алюминиевыми -.
напрямую связано с уставной времени релейной защиты.
Если положить, что не изменяется, т.е., то.
В чем особенность теплового воздействия тока К.З. на провод в отличие от воздействия на него тока нагрузки? Ответ на приведенном ниже графике, из которого видно, что начальная температура проводника существенно влияет на нагрев проводника, вызванного током К.З., и совершенно не влияет на установившуюся температуру, обусловленную током нагрузки.
Перейдем теперь к рассмотрению электродинамического действия тока к.з. на элементы электроустановок.
Возникающие при к.з. токи (имеется ввиду их амплитудные значения) достигают очень больших значений и вызывают электромагнитные усилия, которые могут стать причиной разрушения аппаратов, сборных шин. Поэтому важно уметь их рассчитывать исходя из закона Био – Саварра, усилие (на 1 см) между двумя проводниками определяется выражением:
.
Если говорить о трехфазных системах, надо заметить, что наибольшее усилие приходятся на среднюю фазу и определяется выражением:
,
где - амплитуда ударного тока;- расстояние между изоляторами вдоль фазы;
- расстояние между фазами.
Критерием электродинамической устойчивости шин, аппаратов является условие:
,
т.е. чтобы механическое напряжение, возникающее в шине не превышало бы допустимого значения.
Как известно, ,
где - изгибающий момент, действующий на шину,
- момент сопротивления шины, зависит от того, как оно монтируется на изделие: плашмя или на ребро:
если плашмя: ;
если на ребро: .
Здесь - толщина прямоугольной шины,- её высота.