Электрооборудование нефтяной и газовой промышленности
..pdfЗначение силы тока к. з. для такого случая:
г |
Г |
UH |
1ц |
UH |
(1.42) |
•*К |
* |
Н о |
р |
7 * |
е * К
где /н — номинальный ток, A; Uu— среднее номинальное на пряжение, В; ек и е*к — напряжения к. з. трансформатора со ответственно в вольтах и в долях от номинального; zT— сопро тивление трансформатора, приведенное ко вторичной обмотке,
Ом.
Расчет токов к. з. в сетях напряжением ниже 1 000 В имеет некоторые особенности. В этом случае необходимо учитывать не только индуктивные, но и активные сопротивления линий, питающих, присоединений, небольших участков шин, трансфор маторов тока, рубильников, предохранителей и других аппа ратов.
Элементы сети напряжением выше 1 000 В мало влияют на значение тока к. з. за трансформатором, поэтому их можно за менить системой бесконечной мощности и определять ток к. з. по формуле
/" = /«, = / к= , |
(1-43) |
Z |
|
где z — полное сопротивление трансформатора и элементов це пи к. з. на стороне низшего напряжения.
Из-за относительно большого значения активного сопротив ления цепи короткого замыкания апериодическая слагающая тока к. з. в сетях с напряжением ниже 1 000 В затухает быстрее, чем в сетях с напряжением выше 1000 В, и ударный коэффици ент /Су для первых значительно меньше.
При к. з. на шинах напряжением до 1 000 В подстанций, питаемых трансформаторами мощностью 5Н= 630—1 000 кВ*А, можно принимать /Су =1,3, при SH^400 кВ-А /Су=1,2, а при к. з. в удаленных точках сети /Су~1. Значения индуктивных и активных сопротивлений элементов цепи к. з. в сетях напряже нием до 1 000 В есть в справочных таблицах.
Сети напряжением 0,4 кВ работают с заземленной ней тралью, поэтому кроме трехфазных и двухфазных к. з. важ ное значение имеют однофазные к. з. на землю.
Ток однофазного к. з. |
|
/»>= ------------- , |
(1.44) |
г + — г<» |
|
п + 3 т |
|
0 ,4
где UH.ф — номинальное фазовое напряжение, равное
У з
= 0,23 кВ; zn— сопротивление короткозамкнутой петли прово
дов «фаза—нуль», Ом; — zi1*— одна треть полного сопротив- 3
41
ления трахфазного стержневого трансформатора с обмотками, соединенными по схеме «звезда—звезда», при однофазном к. з. на стороне 230 В, приводимая в ПУЭ.
Ограничение тока к. з.
Для уменьшения токов к. з. применяют такие схемы сети и режимы ее работы, при которых суммарное сопротивление сети от генерирующих источников до рассматриваемой точки воз можного к. з. было бы достаточно большим. Для этого исполь зуют, например, раздельную работу источников энергии (транс форматоров, генераторов) на разъединенные друг от друга в нор мальных условиях секции шин. В сетях с напряжением выше 1 000 В включают специальные индуктивные катушки-реакторы, которые устанавливают на отходящих линиях станций или трасформаторных подстанций, искусственно повышающие сопротив ление цепи к. з.
Применение реакторов, кроме снижения силы тока при ко ротком замыкании на линии за реактором обеспечивает в ряде случаев остаточное напряжение на шинах, достаточное для ра боты потребителей, питаемых остальными линиями. При к. з. на линии, не имеющей реактора, напряжение на шинах, к кото рым присоединена эта линия, равное потере напряжения в ли нии, может быть очень малым. В случае установки реактора остаточное напряжение на шинах, равное сумме потерь напря жения в линии и реакторе, значительно.
Реактор представляет собой катушку, намотанную на осно вание из немагнитного материала, поэтому его индуктивное
сопротивление не зависит от силы тока и отсутствуют |
потери |
|
в стали. Потеря напряжения в реакторе, у которого |
0, в со |
|
ответствии с формулой |
(1.24) равна |
|
Af/ф = /д:sinф или |
Д/Уф* =** sinф |
(1-45) |
при номинальном режиме работы незначительна из-за малого значения <р и сильно возрастает при к. з., когда ф~90° Потери мощности в обмотках реактора также невелики и составляют 0,2—0,3% от пропускаемой им мощности.
Токоограничивающие установки со стороны высшего напря жения трансформаторов при к. з. в сети низшего напряжения до 1 000 В малоэффективны, так как сила тока к. з. здесь в ос новном определяется сопротивлением питающего трансформа
тора. |
Для снижения силы тока к. з. в |
сети напряжением |
до |
1 000 |
В снижают единичную мощность |
трансформаторов, |
пи |
тающих эти сети, так как с уменьшением последней возрастает сопротивление трансформаторов. Единичную мощность транс форматоров со вторичным напряжением 0,4 кВ принимают не более 1600—2 500 кВ-А.
Токи к. з. можно снизить, применяя токоограничители, в ка честве которых могут быть использованы быстродействующие предохранители ПНБ-5 с засыпкой кварцевым песком. Они от ключают цепь за несколько миллисекунд, так что ток к. з. не успевает достичь своего наибольшего значения.
Термические и электродинамические действия тока к. з.
При протекании тока к. з. через проводники последние ин тенсивно нагреваются.
Начальная амплитуда тока к. з., имеющая очень большое значение, вызывает большие механические усилия в проводни ках и крепящих их конструкциях. Правильно выбранные про вода и аппараты должны обладать достаточной стойкостью против термического и динамического действия тока к. з.
Ввиду небольшой продолжительности нагрева током к. з. для токоведущих частей допускают при этом нагреве макси мальные температуры, намного превышающие длительную тем пературу, устанавливаемую для работы при нагрузке рабочим током (§4). В частности, наибольшая допустимая температура для медных шин 300; для алюминиевых шин и голых проводов при тяжении менее 9,81 Н/мм2 200; для остальных шин, не имеющих непосредственного соединения с аппаратами, 400, для кабелей до 10 кВ с бумажной пропитанной изоляцией 200° С.
При определении температуры нагрева током к. з. из-за кратковременности протекания тока принимают, что все выде ленное им тепло идет на повышение температуры проводника — оно не успевает передаваться окружающей среде.
Исходя из этого, можно написать
(1.46)
где О1— температура проводника в момент /, °С; р0 — удельное сопротивление при 0°С, Ом*мм2/м; а — температурный коэф фициент сопротивления; / и q — длина и площадь поперечного сечения проводника, м и мм2 соответственно; уу— плотность ма териала проводника, г/см3; Со — массовая теплоемкость при 0°С, Дж/(г*°С); (3 — температурный коэффициент изменения тепло емкости.
После упрощения выражение (1.46) принимает вид
t ^
(1.47)
43
Вычисление интеграла левой части выражения (1.47) затруд нено, так как изменение тока к. з. во времени не может быть выражено простой функцией. Ток неустановившегося режима заменяется током с постоянным действующим значением — установившимся током к. з. /«. Но при этом берется не действи тельное время протекания тока к. з. t, а приведенное время tn- Последнее определяется из расчета, что в течение приведен ного времени установившийся ток к. з. должен выделить такое же количество тепла, какое выделяет фактический изменяю щийся ток к. з. за действительное время t, т. е.
]i]dt = I 4 n. |
(1.48) |
о |
|
Рис. 1.18. Кривые для определения tu n
Рас. 1.19. Кривые для определения температуры нагрева токоведущих частей током к. э.
Приведенное время находят как сумму
с1-49)
где #вч а н а — слагающие приведенного времени, соответст
вующие периодической и апериодической слагающим тока к. з. Значение iu n может быть найдено по кривым рис. 1.18. На
v
оси абсцисс отложены значения = — и для разных значений
/ж
действительного времени t построены кривые, по которым для данного рГ на оси ординат находят слагающую приведенного времени
44
Значение же tn. а определяется из выражения |
|
t„. а = 0,05р" |
(1.50) |
Выражение (1.47) может быть переписано: |
|
|
(1.51) |
где величины Аь и А ь находятся по кривым рис. 1.19. |
оп |
ределяется для температуры Фо> соответствующей рабочей тем пературе проводника; Л& определяется для температуры О, до пустимой при нагреве током к. з.
Площадь сечения проводника (в мм2) определяется из усло вий допустимого нагрева при протекании тока к. з. (А):
q = Iос |
(1.52) |
Наибольшая величина механических усилий, возникающих между шинами (проводами), определяется ударным током к. з.
Сила взаимодействия между двумя параллельными провод никами бесконечно большой длины, имеющими малую по срав нению с расстоянием между ними площадь сечения, отнесенная к единице длины, выражается формулой
(1.53)
где i\ и h — силы токов, протекающих соответственно в одном и другом проводнике, кА; а — расстояние между осями провод ников, см.
Если поперечные размеры сечений проводников значительны по отношению к расстоянию между ними, то в выражение (1.53) должен быть внесен поправочный коэффициент.
В трехфазной системе, если провода расположены в одной плоскости, наибольшая электродинамическая сила будет дейст вовать на средний провод и на единицу длины она равна
Fmax |
(1.54) |
Здесь |
г'у3)— ударный ток трехфазового к. з., кА. |
Коэффициент 0,866 учитывает сдвиг во времени между мак симальными значениями силы тока разных фаз.
Глава 2
Электрооборудование трансформаторных подстанций
ираспределительных устройств напряжением выше 1000 В
На рис. 2.1 показан вариант принципиальной схемы электри ческих соединений главных цепей понижающей потребительской трансформаторной подстанции (ТП), по которым энергия пере дается из сети переменного тока высшего напряжения U\ в сеть низшего напряжения U2. Трехфазный переменный ток напря жения U| от питающих линий передачи поступает на сборные шины через вводы высшего напряжения 1. Для отключения ли ний передачи от сборных шин на вводах установлены силовые выключатели напряжения выше 1 000 В ВВН и разъединители Р. От сборных шин напряжения U, отходят линии к трансфор маторам 2.
Со стороны напряжения U2 каждый трансформатор соеди нен со сборными шинами низшего напряжения через разъеди нитель Р. От этих шин отходят линии 3 к потребителям, снаб женные разъединителями Р и автоматическими выключателями АВ при напряжении U2t не превышающем 1 000 В. Если напря жение U2> 1000 В, в линиях 3 устанавливаются, как и на вво дах 7, выключающие аппараты ВВН и Р. На рис. 2.1 показаны также основные цепи источника переменного напряжения до 1 000 В, питающего потребителей собственных нужд подстанции (электроосвещение, защита и сигнализация, вентиляция и др.). В качестве такого источника при напряжении С/2 > 1 000 В ис пользуется специальный трансформатор собственных нужд 4, который подключается первичной обмоткой к шинам напряже ния t/2. Трансформатор собственных нужд может резервиро ваться вводом 5 от другой подстанции или вторым таким же трансформатором.
В ряде случаев для питания потребителей собственных нужд, работающих на постоянном токе, предусматриваются выпрями тельные устройства, преобразующие переменный ток в постоян ный, или аккумуляторная батарея 6 с зарядным выпрямите лем 7.
Комплекс электрического оборудования понижающей под станции может быть разделен на следующие элементы:
1) распределительное устройство высшего напряжения для приема на сборные шины энергии от питающих линий и распре деления ее между линиями понижающих трансформаторов н
4<б
другими линиями напряжения Uu включающее коммутацион ные, защитные и измерительные аппараты и приборы со связы вающими шинами и кабелями;
2) главные понижающие трансформаторы с их вспомога тельной аппаратурой;
Рис. 2.1. Принципиальная и структурная схемы понижающей трансформатор ной подстанции.
I — распределительное устройство высшего напряжения; // — главные трансформаторы; 111 — распределительное устройство низшего напряжения; IV — устройства питания соб ственных нужд
3) распределительное устройство низшего напряжения для приема на сборные шины энергии от главных трансформаторов и распределения ее между линиями напряжения U2, включаю щее коммутационные, защитные и измерительные аппараты и приборы с их шинами и кабелями;
4)устройства питания потребителей собственных нужд
подстанции — трансформатор собственных нужд с резервом,
47
источники постоянного тока, их коммутационная и измеритель ная аппаратура, шины, кабели.
На распределительных пунктах (РП), служащих для рас пределения энергии на напряжении C/L без его трансформации,
из схемы рис. |
2.1 исключаются трансформаторы |
2 и распреде |
||||||||||||
|
|
|
|
лительное |
устройство |
напря |
||||||||
|
|
|
|
жения и 2. |
|
|
|
|
рассматри |
|||||
|
|
|
|
В данной главе |
||||||||||
|
|
|
|
ваются устройство и выбор по |
||||||||||
|
|
|
|
нижающих |
|
трансформаторов, |
||||||||
|
|
|
|
электрооборудование |
распре |
|||||||||
|
|
|
|
делительных |
устройств |
на |
на |
|||||||
|
|
|
|
пряжение выше 1 000 В, а так |
||||||||||
|
|
|
|
же схемы и конструкции такю$ |
||||||||||
|
|
|
|
распределительных |
|
устройств |
||||||||
|
|
|
|
и подстанций. |
|
|
|
и защит |
||||||
|
|
|
|
Коммутационная |
||||||||||
|
|
|
|
ная аппаратура |
для |
напряже |
||||||||
|
|
|
|
ний до |
1000 |
|
В |
рассматрива |
||||||
|
|
|
|
ется |
в |
гл. |
5. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
§ 7. Силовые |
|
трансформаторы |
||||||||
|
|
|
|
|
|
и их выбор |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
На |
рассматриваемых |
здесь |
||||||||
|
|
|
|
подстанциях |
применяются |
си |
||||||||
|
|
|
|
ловые понижающие трансфор |
||||||||||
|
|
|
|
маторы |
110/35; |
110/6; |
35/6; |
|||||||
|
|
|
|
35/0,4—0,69; |
6—10/0,23—0,4— |
|||||||||
|
|
|
|
0,69 кВ. Мощности этих транс |
||||||||||
|
|
|
|
форматоров колеблются |
в пре |
|||||||||
|
|
|
|
делах |
|
от |
нескольких |
кило |
||||||
|
|
|
|
вольт-ампер до десятков ме |
||||||||||
|
|
|
|
гавольт-ампер, число типов н |
||||||||||
Рне, 2,2. |
Понижающий трехфазный |
конструкций этих трансформа |
||||||||||||
масляный |
трансформатор |
мощно |
торов |
велико. |
|
|
распростра |
|||||||
стью 250 кВ*А для первичного на |
Наибольшее |
|
||||||||||||
пряжения 0—10 кВ: |
|
нение |
при |
всех |
напряжениях |
|||||||||
4— бак; 2 — поэдухооедшгтель; |
а — масло* |
|||||||||||||
указатель; |
4—5— поды ш ш но а ню* |
и мощностях |
получили |
трех |
||||||||||
«юта «зифзж%аай; $— ртутный |
термометр; |
фазные |
масляные |
трансфор |
||||||||||
V— переключатель; |
9 — предохранитель; |
|||||||||||||
3 — термоспфопкый фпльтр |
|
маторы. |
Для |
мощностей |
до |
|||||||||
|
|
|
|
1600 |
кВ*А |
|
и |
первичных |
на |
пряжений 6— 10 кВ используются также сухие трансформаторы с воздушным охлаждением, предназначенные для внутренней установки.
Для силовых трехфазных трансформаторов мощностью от Ш кВ*А в настоящее время принята шкала с шагом 1,6, т. е. номинальные мощности (в кВ*А) составляют 10'10®, 16*10®, 10®, 40* 10®, 63' 10®, где п изменяется от 0 до 3. Таким ©б-
т
хода Рх.х и короткого замыкания Рк.3 (кВт); 6) ток холостого хода трансформатора /х.х в процентах от номинального.
Номинальная (паспортная) мощность представляет собой мощность, на которую может быть нагружен трансформатор непрерывно в течение всего своего срока службы при нормальных температурных условиях охлаждающей
среды.
|
|
|
|
|
|
|
|
В масляных трансформа |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
торах |
о |
температуре обмо |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ток |
судят |
|
по температуре |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
нагрева масла под крышкой |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
бака, |
для |
чего устанавли |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
вают ртутные и другие тер |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
мометры. В |
частности, |
|
при |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
естественном масляном |
ох |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
лаждении |
принимают |
пре |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
дельно |
|
допустимую |
темпе |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ратуру масла 95° С. При эк |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
сплуатации |
трансформатора |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
его нагрузка меняется в те |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
чение суток и в зависимости |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
от времени года. Если выб |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
рать |
|
номинальную |
мощ |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ность трансформатора, |
рав |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ную |
максимуму |
суточного |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
графика нагрузки, то транс |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
форматор |
не будет |
исполь |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
зован |
полностью, |
так |
|
как |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
длительное время |
будет |
не |
|||||||
Рис. 2.4. Внешний вид сухого трансфор |
догружен. |
|
Поэтому |
|
для |
||||||||||||
матора мощностью |
250 кВ • А |
для |
пер |
трансформатора |
допуска |
||||||||||||
вичного |
напряжения |
|
6— 10 кВ: |
|
|
|
ются длительные системати |
||||||||||
1 — кожух; 2 — панель |
с зажимами |
для |
пере |
ческие |
|
перегрузки, |
опреде |
||||||||||
ключения; |
3 — активная |
часть; |
4 — вводы |
|
|||||||||||||
в. н.; 5 — опорная |
рама; |
6 — шины |
н. н.; |
7 — |
ляемые |
в |
зависимости |
от |
|||||||||
коробка вводов в. н. |
|
|
|
|
|
графика |
|
нагрузки |
|
и |
недо |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
грузки |
|
трансформаторов в |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
летнее время. |
|
|
|
|
|||||
Допустимые длительные перегрузки в зависимости от дли |
|||||||||||||||||
тельности t, |
представленные |
отношением |
допустимого |
тока |
максимальной нагрузки 1тах к номинальному току трансфор матора /ю могут быть найдены по диаграммам нагрузочной способности для масляных (рис. 2.5, а) и сухих (рис. 2.5, б) трансформаторов. Кривые построены для различных значений коэффициента заполнения суточного графика /СнЭтот коэф фициент равен отношению площади, ограниченной суточным графиком нагрузки, к площади прямоугольника, сторонами
50