Основні теоретичні положення

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 4

"Струми короткого замикання в електричних мережах"

Мета роботи. Ознайомлення із засобами компенсації ємнісних струмів і оцінка правильності налаштування дугогасних реакторів. Перевірка на термічну стійкість кабелів

Основні теоретичні положення.

Мережі доводиться обирати не тільки з умов нормального режиму, а виходячи з її стійкої роботи при коротких замиканнях.

Площу перерізу провідників вибирають по нормованій економічній щільності струму і перевіряють на відповідність іншим умовам (допустиме тривале струмове навантаження по нагріванню, втрати та відхилення напруги, механічна міцність, термічна стійкість при струмах КЗ, корона на лініях).

Для запобігання пожеж і підтримання надійності електроустановок на прийнятному рівні необхідно, при виборі силових кабелів, враховувати максимально можливі термічні дії струмів КЗ, а в процесі експлуатації, після кожного КЗ, необхідно виконувати розрахунок температури струмопровідних жил і замінювати кабелі з розрахунковими значеннями температури, перевищуючим межу термічної стійкості.

Дугогасний реактор - електричний апарат, призначений для компенсації ємнісних струмів в електричних мережах з ізольованою нейтраллю, що виникають при однофазних замиканнях на землю. Застосовуються для заземлення нейтралі трифазних мереж 6 - 110 кВ. Через розподілену по лінії електропередач або кабелю ємності, при однофазному замиканні на землю в місці пошкодження ізоляції виникає ємнісний струм. Якщо він перевищує 20-30 А, виникає електрична дуга, горіння якої руйнує ізоляцію і провідник кабелю, що може призводити до переходу Однофазного замикання на землю в дво- або трифазне замикання.

Значення повного струму в місці замикання на землю рівне потроєному нормальному ємкісному струму фази і визначається з виразу:

де U_ф - середнє значення фазної напруги ступені, на якій відбулося замикання на землю;

X_{o рез.с} - сумарний ємнісний опір нульової послідовності елементів мережі (ПЛ і КЛ), електрично пов'язаних з точкою замикання.

Стан нейтралі мережі - режим її заземлення - має пряме відношення до проблеми аварійності та надійності забезпечення споживачів електроенергією. При глухому заземленні нейтралі кожне замикання на землю є коротким замиканням і повинно швидко відключатися релейним захистом. У період безструмної паузи дуга згасає, і дією АПВ (автоматичного повторного включення) лінія повинна бути знову введена в роботу. Оскільки лінії напругою до 50 кВ мають порівняно слабку ізоляцію, то часті замикання на землю при глухому заземленні нейтралі приводили б до обтяжливих для експлуатації відключень.

Навпаки, при неефективному заземленні нейтралі замикання фази на землю не викликає труднощів в живленні споживачів і не вимагає негайного відключення лінії. Тому мережі 3-35 кВ працюють без ефективного заземлення нейтралі. У місці замикання протікає ємнісний струм мережі. У мережах невеликої протяжності, особливо в повітряних, ємнісний струм малий, і має місце самогасіння дуги.

Виходячи з досвіду експлуатації, а також досліджень небезпеки впливу дуг, що виникають при замиканні на землю, і перенапруг, граничними для мереж з незаземленими нейтралями слід вважати струми 20 А при 6 кВ, 15 А при 10 кВ та 5 А в блокових схемах генератор - трансформатор (на генераторній напрузі) і мережах 3-35 кВ з підвищеними вимогами до електробезпеки (торфорозробки, шахти і т. п.).

У попередньому виданні ПТЕ допускалося налаштування з перекомпенсацією, при якому реактивна складова струму замикання повинна бути не більше 5 А, а в разі великої різниці струмів суміжних відгалужень реактивна складова струму замикання на землю допускалася не більше 10 А.

Обмеження струму I_з досягається включенням між нейтраллю трансформатора і землею реактора, яка називається дугогасна, з індуктивністю L, налаштованої в резонанс з ємністю мережі.

Струм реактора, при нехтуванні малим активним її опором, визначається виразом:

Результуючий струм в точці замикання фази на землю при ввімкненій ДГР, дорівнює геометричній сумі струмів, тобто та

При експлуатації електричних мереж обслуговуючому персоналу важливо знати практичні (розрахункові) значення струмів однофазного замикання на землю, а також можливість компенсації цих струмів за допомогою встановлених дугогасних реакторів. З цією метою були розроблені програми, що дозволяють отримати розрахункові значення сумарних ємнісних струмів замикання на землю на шинах підстанції, а також оцінити величину компенсації цих струмів за допомогою дугогасних реакторів і правильність їх налаштування.

Для розрахунку струмів КЗ прийнята спрощена методика - розрахунок за формулами (без використання розрахункових кривих і еквівалентування ІП).

Енергосистема прийнята як джерело нескінченно великої потужності з шинами незмінної напруги (U_c = U_ср = const), участь якого в живленні місця КЗ, обмежене тільки опорами тих елементів (лінії, трансформатори, реактори), через які точка КЗ. пов'язана з енергосистемою. Опір енергосистеми або задається в явному вигляді, або знаходиться за заданим початкового значення періодичної складової струму КЗ на шинах 6-10 кВ ІП (Iп, о) або потужності КЗ на шинах ІП (Sк.з.), які задаються енергосистемою, за формулою:

[Ом]

де U_ср - середня напруга тієї ступені, для якої відомий струм або потужність КЗ (Зазвичай шини 6-10 кВ підстанції).

Розрахунок проводиться в іменованих одиницях. При розрахунку в іменованих одиницях всі опори схеми повинні бути виражені в Омах і приведені до однієї напруги (до номінальної напруги одного електричного ступеня).

Робоче завдання

Попередні розрахунки:

· Виконати розрахунки значень ємнісних струмів.

· Виконати розрахунки мінімально допустимого перерізу кабелів по термічній стійкості

Розрахунки виконати згідно варіантів приведених у таблиці 1. Розрахункова схема зображена на рисунку 1.. Додаткові данні для розрахунку приведені у таблиці 2 та таблиці 3.

Лабораторні дослідження:

· За допомогою комплексу «ИВК СЭС» дослідити можливості компенсації ємнісних струмів у вузлах мережі

· За допомогою комплексу «ИВК СЭС» перевірити значення токів трифазного короткого замикання у вузлах та порівняти їх з максимально допустимими значеннями для заданих перерізів.

У звіті мають бути представлені:

– розрахункові схеми і їх параметри;

– результати аналітичних розрахунків;

– результати лабораторної перевірки;

– рекомендації щодо вибору перерізів кабелів та відгалужень дугогасячих реакторів;

– висновки по кожному з експериментів.