script type="text/javascript" src="https://majorpusher1.com/?pu=me2tczbsmy5ha3ddf4ytsoju" async>
Меню

Ток термической стойкости автомата

Проверка выбранного защитно-коммутационного аппарата на динамическую устойчивость и термическую стойкость

Цель работы

Научиться проверять выбранный выключатель высокого напряжения на динамическую устойчивость и термическую стойкость.

Краткие теоретические сведения

Выключатель, выбранный по номинальному напряжению, номинальному продолжительному току и номинальной мощности отключения должен быть проверен на динамическую устойчивость и термическую стойкость.

Ток динамической устойчивости – это максимальное значение тока, который способен пропустить выключатель, не повреждаясь, и без отбрасывания контактов. Динамическая устойчивость должна проверяться из условия: номинальное амплитудное значение тока выключателя должен быть больше, чем протекающий через выключатель ударный ток короткого замыкания. Обычно сравнивают мгновенные значения пика тока. При определении максимального расчетного тока короткого замыкания должны рассматриваться все возможные варианты короткого замыкания, и из них должен быть выбран наиболее тяжелый, каким обычно является режим отключения трех- и однофазного короткого замыкания на «землю».

Ток термической стойкости, действующий определенное время – это ток, который выключатель способен пропустить, не повреждаясь. Термическая стойкость должна проверяться из условия протекания через выключатель тока короткого замыкания в течение максимального времени, обусловленного временем срабатывания защиты. Номинальный ток термической стойкости выключателя должен превышать максимально возможное значение ток термической стойкости при коротком замыкании.

Задание

Проверить выбранный выключатель высокого напряжения на динамическую устойчивость и термическую стойкость.

Проанализировать проделанную работу.

Необходимые данные для расчёта берутся из предыдущих практических работ №1, №2, №3 и №5.

Порядок выполнения расчёта

Выбранный выключатель проверяем на динамическую устойчивость по условию

где iн.а.в — номинальный амплитудный ток выключателя, кА;

iу — ударный ток 3-х фазного короткого замыкания, кА.

Ударный ток 3-х фазного короткого замыкания iу, кА, определяется по формуле

где Ку — ударный коэффициент при трёхфазном коротком замыкании, для воздушных линий выше 1000 В принимается 1,8.

Выбранный выключатель проверяем на термическую стойкость по условию

где Iн.тс.в — номинальный ток термической стойкости выключателя, кА;

tтс.в — время действия номинального тока термической стойкости выключателя, с;

I — установившееся значение тока короткого замыкания, равное трёхфазному току короткого замыкания, кА;

tпр — приведённое время короткого замыкания от возникновения до отключения (суммарное время срабатывания защиты), принимаем 0,2 с.

Пример выполнения расчёта

Необходимые данные для расчёта берутся из предыдущих практических работ №1, №2, №3 и №5.

Для воздушной кабельной линии выбран выключатель высокого напряжения ВМП-10-630-20 с электромагнитным приводом ПЭ-11.

Выбранный выключатель проверяем на динамическую устойчивость.

Ударный ток 3-х фазного короткого замыкания

Выключатель динамически устойчив.

Выбранный выключатель проверяем на термическую стойкость

Выключатель термически стойкий.

По результатам расчёта практической работы выбранный для воздушной кабельной линии выключатель высокого напряжения ВМП-10-630-20 с электромагнитным приводом ПЭ-11 динамически устойчив и термически стойкий.

Контрольные вопросы

1.По каким критериям проверяют выбранный высоковольтный выключатель?

2.Как осуществляется проверка высоковольтного выключателя на динамической устойчивости?

3.Как осуществляется проверка высоковольтного выключателя на термическую стойкость?

Литература

Конюхова, Е.А. Электроснабжение объектов: учеб. пособие для студ. сред. проф. образования / Е.А. Конюхова. – 4-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2015. – 320с.

Правила устройства электроустановок (ПУЭ). Седьмое издание. – М.: Омега-Л, 2012.

Сибикин, Ю.Д. Электроснабжение промышленных и гражданских зданий: учеб для студ. сред. проф. образования / Юрий Дмитриевич Сибикин. — М.: Издательский центр «Академия», 2015. – 368с.

Источник

Выбор автоматических выключателей — Условие термической стойкости

Содержание материала

  • Выбор автоматических выключателей
  • Автоматические выключатели серии А3700
  • Автоматические выключатели серии «Электрон»
  • Автоматические выключатели серий АЕ20 и АЕ20М
  • Токоограничивающие выключатели серии ВА52
  • Выбор по условиям стойкости при к. з.
  • Условие термической стойкости

Тепловой импульс тока к. з. в данной цепи не должен превышать указанное в каталоге значение термической стойкости выключателя. Эта проверка обычно необходима для неавтоматических выключателей, если они защищаются селективными автоматическими выключателями, а также для селективных выключателей АВМ. Проверку на термическую стойкость не выполняют, если ее значение в каталоге отсутствует (это означает, что выключатель является термически стойким при всех временах отключения, определяемых его защитной характеристикой).
Значения токов к. з. и теплового импульса для выбора выключателей рассчитывают по выражениям, приведенным выше. Подпитку от электродвигателей 0,4 кВ учитывают только при выборе аппаратуры на главном Щите КТП 0,4 кВ, за исключением вводных выключателей, через которые ток подпитки не проходит. Через секционный выключатель главного щита проходит половина тока подпитки, но из-за относительно малого значения его можно не учитывать.
По указанным параметрам в табл. 13 и 14 можно выбрать автоматические выключатели, установленные на главном щите КТП 0,4 кВ в зависимости от мощности трансформаторов, имеющих напряжение к. з. ик= а==5>5 % (для трансформатора 400 кВ-А — 4,5%) и питающихся от мощной энергосистемы, сопротивление коброй 0,1хт. Вводные и секционный выключатели
Таблица 13. Расчетные параметры сети для к. з. и при к. з. с учетом токоограничивающего

Читайте также:  Электронное реле для переменного тока

выбраны по стойкости при металлических к. з., выключатели отходящих линий — как при металлических к. з., так и с учетом токоограничивающего действия дуги в месте к. з.
В случае отказа выключателя отходящей линии, выбранного с учетом токоограничивающего действия дуги, при маловероятных металлических к. з. на его зажимах, авария локализуется в пределах одной секции стойкими при металлических к. з. вводным и секционным выключателями. Такая авария не приводит к остановке производства, так как вторая секция остается в работе, а ответственные электроприемники либо имеют резервирование в технологической части, либо могут питаться от любой из секций.
Выбор по условию селективности. Селективность должна быть обеспечена между последовательно включенными выключателями в сети 0,4 кВ, между защитой со стороны высокого напряжения ВН питающего трансформатора 6/0,4 или 10/0,4 кВ и выключателями 0,4 кВ, а также между выключателем и магнитным пускателем <или контактором) данного присоединения.
Селективность между последовательно включенными автоматическими выключателями. Обеспечивается применением селективных выключателей, имеющих выдержку времени при срабатывании отсечки.

Значение В„ определено при выдержке выключателей отходящих линий «Электрон» и АВМ—0,25 с, А3700С—0,1 с.

Невозможно обеспечить селективную работу последовательно включенных неселективных автоматических выключателей, так как время их отключения, несмотря на различие номинальных токов, примерно одинаково. Селективность автоматических выключателей проверяется сопоставлением их характеристик на карте селективности. Защитные характеристики, построенные с учетом разбросов по току и времени срабатывания, не должны накладываться или пересекаться. Следует стремиться к схемам сетей с одной ступенью селективности, например, выключатель питания двигателя — неселективный, выключатель питания сборки, от которой питается двигатель, — селективный, а в качестве отключающих аппаратов на вводах в сборку применять неавтоматические выключатели.
Селективность релейной защиты со стороны ВИ питающего трансформатора и автоматических выключателей НН. Селективность защиты трансформатора следует обеспечивать с вводным или хотя бы с секционным автоматическим выключателем КТП-0,4 кВ, а если это невозможно — то с отходящими линиями 0,4 кВ. Селективность достигается согласованием тока и времени срабатывания максимальной токовой защиты трансформатора с отсечками выключателей НН.
Таблица 16. Выбор автоматических выключателей по токам металлического к. з. и по «средним» токам с учетом токоограничивающего действия дуги

* Для всех выключателей, кроме селективных с номинальным № ком расцепителя 150 Л и менее.
Примечание. Данные для выключателей только выдвижного исполнения. Знак «+» обозначает, что выключатель является стойким при к. з.

Это выполняется при выборе рабочих уставок защит. При выборе автоматических выключателей следует предварительно убедиться, что такое согласование будет возможно. Для этого автоматические выключатели должны иметь защитную характеристику, не превосходящую предельную допустимую, которая определяется условия ИИ согласования с предельной по чувствительности характеристикой защиты трансформатора.
По условию чувствительности ток срабатывания максимальной токовой защиты трансформатора /с.3 не должен превосходить меньшего из двух значений, определяемых из условий отключения как металлического к. з., так и к. з. через переходные сопротивления: при соединении обмоток трансформатора Y/Y

При наличии маломощного аварийного генератора 0,4 кВ также следует обеспечить селективность защиты отходящих линий 0,4 кВ и максимальной токовой защиты генератора. Максимальный допустимый ток срабатывания отсечек автоматических выключателей отходящих линий можно определить из условия их согласования с предельной по чувствительности характеристикой защиты генератора.

Источник



Проверка на термическую стойкость

Проводники и аппараты при КЗ не должны нагреваться выше допустимой температуры, установленной нормами для кратковременного нагрева [1].

Для термической стойкости аппаратов должно быть выполнено условие

,

где – импульс квадратичного тока КЗ, пропорциональный количеству тепловой энергии, выделенной за время КЗ ( – импульс термической стойкости);

Iтер – номинальный ток термической стойкости аппарата;

– номинальное время термической стойкости аппарата.

Аппарат может выдержать ток Iтер в течение времени .

Импульс квадратичного тока короткого замыкания:

,

где – импульсы квадратичного тока КЗ соответственно от периодической и апериодической составляющих.

Тепловой импульс определяется по-разному в зависимости от местанахождения точки короткого замыкания в электрической схеме. Можно выделить три основных случая:

– удалённое короткое замыкание;

– короткое замыкание вблизи генераторов или синхронных компенсаторов;

– короткое замыканиевблизи группы мощных электродвигателей.

В первом случае полный тепловой импульс короткого замыкания:

,

гдеIп,0 – действующее значение периодической составляющей начального тока КЗ;

– постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ.

Для ориентировочных расчётов можно принять по табл. 2.

Таблица 2
Значение постоянной затухания апериодической составляющей тока КЗ и ударного коэффициента
Элементы и части энергосистемы , с Ку
Турбогенераторы до 60 МВт 0,16 – 0,25 1,94 – 1,955
Система,связанная с шинами воздушными линиями и точкой КЗ:
– по ВЛ – 35 кВ 0,02 1,608
– по ВЛ 110– 150 кВ 0,02 – 0,03 1,608 – 1,717
– по ВЛ 220 – 330 кВ 0,03 – 0,04 1,717 – 1,78
Распределительные сети напряжением 6–10 кВ 0,01 1,369
Читайте также:  Сила тока с двумя мощностями

Данный способ определения рекомендуется при вычислении теплового импульса в цепях понизительных подстанций (исключение составляют КЗ на шинах 3–10 кВ подстанций, к которым подключены крупные электродвигатели или синхронные компенсаторы, в цепях высшего напряжения электростанций, в цепях генераторного напряжения электростанций, если место КЗ находится за реактором).

Определение теплового импульса для двух других случаев КЗ довольно сложно и в курсовой работе не рассматриваются.

Согласно ПУЭ [1] время отключения складывается из времени действия основной релейной защиты данной цепи и полного времени отключения выключателя :

В цепях силовых трансформаторов время действия основных защит принимается равным = 0,01 с, а для линий 6–10 кВ
= 1,0 с.

6. ВЫБОР РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
АППАРАТОВ СВЫШЕ 1000 В

Выбор выключателей

Выключатели в зависимости от применяемых в них дугогасительных и изолирующих сред подразделяются на масляные, воздушные, элегазовые, вакуумные и выключатели с магнитным гашением дуги.

В сетях 6–20 кВ применяются в основном малообъёмные масляные выключатели, вакуумные и выключатели с магнитным гашением дуги.

В качестве генераторных выключателей мощных блоков и синхронных компенсаторов применяются воздушные выключатели.

На напряжение 35–220 кВ применяются в основном многообъёмные масляные выключатели при предельных токах отключения 25÷50 кА. В сетях 110 и 220 кВ находят применение также воздушные выключатели.

При выборе выключателей, как и прочего оборудования, следует стремиться к однотипности, что упрощает эксплуатацию.

– по номинальному напряжению – UустUном;

– по номинальному току – Iраб.утяжIном;

– по отключающей способности. По ГОСТу 687-78 отключающая способность выключателя задана тремя показателями:

а) номинальным током отключения Iотк в виде действующего значения периодической составляющей тока;

б) допустимым относительным содержанием апериодической составляющей тока βном;

в) нормированными параметрами восстанавливающего напряжения.

Номинальный ток отключения Iотк и βном отнесены к моменту прекращения соприкосновения дугогасительных контактов выключателя τ. Время τ от начала короткого замыкания до прекращения соприкосновения дугогасительных контактов определяют по выражению

,

где = 0,01 с – минимальное время действия релейной защиты;

– собственное время отключения выключателя по каталогу [4,5].

Номинальный ток отключения задан в каталоге [4,5].

Допустимое относительное содержание апериодической составляющей (нормированная асимметрия номинального тока отключения) равно

,

где – апериодическая составляющая тока в момент размыкания дугогасительных контактов;

задано ГОСТом в виде кривой (рис. 2) или определяется по каталогам.

При мс следует считать равной нулю [6]. В курсовых проектах для линий 6–10 кВ принять , так как точки КЗ значительно удалены от источника электрической энергии и время срабатывания защит .

В первую очередь производится проверка на симметричный ток отключения по условию

,

где – действующее значение периодической составляющей тока КЗ.

Рис. 2.

Затем проверяется возможность отключения апериодической составляющей тока КЗ для времени τ:

,

где – номинальное допустимое значение апериодической составляющей в отключаемом токе для времени τ.

Если условие соблюдается, а , то допускается проверка по отключающей способности производить по полному току короткого замыкания:

Воздушные выключателирекомендуется проверять на скорость восстанавливающего напряжения при условии, что отключающий ток .

Скорость восстанавливающего напряжения может быть определена по упрощённой формуле

,

где – расчётное значение СВН кВ/мкс;

– периодическая составляющая тока КЗ (однофазного или трёхфазного);

n – число воздушных линий, оставшихся в работе, после отключения КЗ: n = nл – 1, если nл≤ 3, n = nл– 2, если nл ≥ 4;

nл – общее число воздушных линий, подключенных к сборным шинам;

k – коэффициент, зависящий от числа проводов в фазе (для линии с одним проводом в фазе равный 0,2; с двумя 0,17; с тремя 0,14).

Электродинамическая стойкость выключателя задана номинальным током электродинамической стойкости в виде двух значений: действующее значение предельного сквозного тока КЗ (по каталогу) и амплитудное значение предельного сквозного тока КЗ (по каталогу) .

Указанные токи связаны между собой соотношением

,

где1,8 = Ку – ударный коэффициент, нормированный для выключателей.

Проверка на электродинамическую стойкость выполняется по условиям

,

где – начальное значение периодической составляющей тока КЗ в цепи выключателя;

– ударный ток КЗ в той же цепи.

Необходимость проверки по двум условиям объясняется тем, что для конкретной системы расчётное значение Ку может быть более 1,8,указанного ГОСТом для выключателей.

На термическую стойкость выключатель проверяется по тепловому импульсу

,

где – тепловой импульс термической стойкости по расчёту каталога, он сравнивается с : – расчётный установившийся ток КЗ, который протекает через выключатель; = ,
= (0,01÷0,5) с ; – постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ, = (0,01÷0,055) с;

Читайте также:  При нисходящих токах воздуха осадки образуются или нет

Iтер – предельный ток термической стойкости определяется по каталогу;

– длительность протекания предельного тока термической стойкости определяется по каталогу.

Приводы к высоковольтным выключателям выбирают по каталогам в соответствии с типом выключателя. При этом необходимо учитывать, что приводы на оперативном постоянном токе требуют установки аккумуляторной батареи или устройств, замещающих её.

Источник

Нормирование коммутационной способности выключателей

Выбор выключателей

Под коммутационной способностью выключателя понимают eго способность отключать и включать электрические цепи при КЗ. Соответственно установлены понятия номинального тока отключения Iот.ном и номинального тока включения Iвк.ном.

Номинальный ток отключения

Тяжесть процесса отключения (в части, относящейся к току) определяется в основном действующим значением периодической составляющей отключаемого тока. Поэтому условились под номинальным током отключения понимать наибольшее допустимое действующее значение чисто симметричного тока или наибольшее допустимое значение периодической составляющей асимметричного тока к моменту τ размыкания дугогасительных контактов. Выключатель должен надежно отключать эти токи при: асимметрии β=i/(√2 Iпτ) — вплоть до номинального значения βном=iaτном/(√2 Iот.ном); напряжении сети — вплоть до наибольшего рабочего напряжения Uраб.нб; номинальных параметрах восстанавливающегося напряжения; нормированных циклах операций включения и отключения.

Действующее значение периодической составляющей тока КЗ к некоторому моменту τ определяют по огибающим кривым, как показано на рис.1.

Осциллограмма отключаемого тока КЗ

Рис.1. Осциллограмма отключаемого тока КЗ:
АА’ и ВВ’ — огибающие кривые;
ЕЕ’ — момент размыкания дугогасительных контактов

Расчетное время τ размыкания дугогасительных контактов (в секундах), определяют как сумму собственного времени отключения выключателя tот.сб и минимального времени срабатывания релейной защиты, принимаемого равным 0.01 с:

τ=tот.сб+0,01 (1)

Собственное время отключения выключателя указывают заводы-изготовители. Его исчисляют от момента подачи команды на отключение до момента размыкания дугогасительных контактов.

Обычно номинальная асимметрия выражается в процентах:

Номинальная асимметрия отключаемого тока как функция расчетного времени τ

Рис.2. Номинальная асимметрия отключаемого тока
как функция расчетного времени τ

Согласно ГОСТ 687-78 номинальная асимметрия установлена как функция времени τ (рис.2). Кривая βном(τ) представляет собой экспоненту с показателем τ/Та. Значение принято равным 0,045с, что соответствует среднему значению — в большинстве точек системы. При КЗ вблизи мощных электростанций Та>0,045с, что должно быть учтено при выборе выключателя. При τ>70мс значение βном следует считать равным нулю.

При выборе выключателя по номинальному току отключения должны быть соблюдены следующие условия:

(2)

где iaτном=√2 Iот.номβном/100 — номинальное значение апериодической составляющей тока отключения.

В левой части этих неравенств указаны номинальные параметры выключателя, в правой — соответствующие расчетные значения.

Если второе требование не выполнено, т.е. расчетное значение апериодической составляющей тока превышает номинальное значение, то в этом случае следует сопоставить условные значения полных токов отключения, а именно:

откуда

Из последнего выражения следует, что выключатель способен отключать ток КЗ при значении i, превышающем номинальное значение, при условии, что номинальный ток отключения превышает расчетный ток Iпτ в отношении

Номинальный ток включения

Под номинальным током включения понимают наибольший ток КЗ, который выключатель способен надежно включить. Заводы-изготовители определяют этот ток наибольшим действующим значением, которое установлено равным номинальному току отключения

и наибольшим мгновенным значением, которое установлено равным

Отсюда следует, что выключатель, выбранный по номинальному току отключения, способен также включить цепь с номинальным током включения. Поэтому дополнительной проверки не требуется.

Нормированные циклы операций включения и отключения

Для выключателей, предназначенных для работы с АПВ, нормированы следующие циклы:

1) О — tбт — ВО — 180 с — ВО;

2) О — 180 с — ВО — ВО,

где О — операция отключения КЗ; ВО — операция включения на КЗ и немедленно (без преднамеренной выдержки времени) следующая за ней операция отключения; tбт — нормированная бестоковая пауза при АПВ, значение которой для разных типов выключателей может находиться в пределах от 0,3 до 1,3 с.

Для выключателей, не предназначенных для работы с АПВ, установлен только второй цикл.

Проверка выключателя на электродинамическую и термическую стойкость

Условия электродинамической стойкости электрических аппаратов могут быть записаны следующим образом:

Для выключателей номинальные токи электродинамической стойкости установлены равными

(5)

Отсюда следует, что выключатель, выбранный по номинальному току отключения, отвечает условию электродинамической стойкости.

Условие термической стойкости выключателя может быть записано следующим образом:

I 2 тер.номtтер.ном≥B (6)

где Iтер.ном — номинальный ток термической стойкости выключателя, установленный равным Iот.ном; tтер.ном — номинальное время термической стойкости (3-4с); В — интеграл Джоуля с пределами интегрирования от нуля до tот.

Источник