Как определяется необходимость в ограничении величины токов короткого замыкания и какие существуют методы их ограничения.

Принцип регулирования напряжения с помощью трансформаторов с регулированием напряжения под нагрузкой, почему невозможно регулирование напряжения с помощью перераспределения активных нагрузок.

Трансформаторы с регулированием напряжения под нагрузкой, со встроенным устройством РПН (рис. 9.8, а) отличаются от трансформаторов с ПБВ наличием специального переключающего устройства, а также увеличенным числом ступеней регулировочных ответвлений и диапазоном регулирования. Например, для трансформаторов с номинальным напряжением основного ответвления обмотки ВН, равным 115кВ, предусматривается диапазон регулирования +16 % при 18 ступенях регулирования по 1,78 % каждая.

Рис. 9.8. Трансформатор с РПН: а - условное обозначение; б - схема обмоток рансформатора с РПН; в, г - переключение ответвлений

На рис. 9.8, б изображена схема обмоток трансформатора с РПН. Обмотка ВН этого трансформатора состоит из двух частей: нерегулируемой (а) и регулируемой (б). На регулируемой части имеется ряд ответвлений с неподвижными контактами 1…4. Ответвления 1, 2 соответствуют части витков, включенных согласно с витками основной обмотки (направление тока указано стрелками). При включении ответвлений 1,2 коэффициент трансформации увеличивается. Ответвления 3,4 соответствуют части витков, соединенных встречно по отношению к виткам основной обмотки. Их включение уменьшает коэффициент трансформации, так как компенсирует действие части витков основной обмотки. Основным выводом обмотки ВН трансформатора является точка 0.

На регулируемой части обмотки имеется переключающее устройство, состоящее из подвижных контактов (в) и (г), контактов К1 и К2 и реактора Р. Середина обмотки реактора соединена с нерегулируемой частью обмотки (а) трансформатора. Нормально ток нагрузки обмотки ВН распределяется поровну между половинами обмотки реактора. Поэтому магнитный поток мал и потеря напряжения в реакторе также мала.

Допустим, что требуется переключить устройство с ответвления 2 на ответвление 1. При этом отключают контактор К1 (рис. 9.8, в), переводят подвижный контакт в на контакт ответвления 1 (рис. 9.8, г) и вновь включают контактор К1. Таким образом, временно секция 1-2 обмотки оказывается замкнутой на обмотку реактора Р. Значительная индуктивность реактора ограничивает уравнительный ток, который возникает вследствие наличия напряжения на секции 1-2 обмотки. После этого отключают контактор К2, переводят подвижный контакт (г) на контакт ответвления 1 и включают контактор К2.

С помощью РПН можно изменять ответвления и коэффициент трансформации под нагрузкой в течение суток, выполняя, таким образом, требования встречного регулирования. При выборе ответвлений опираются на два крайних режима: наибольших и наименьших нагрузок. Все другие ответвления в течение суток будут выбираться между ними.

По условиям встречного регулирования (9.6) принимают U₂^жел_нм; U₂^жел_нб.

По значениям U^в_2н.нб и U^в_2н.нм определяются желаемые ответвления регулируемой обмотки высшего напряжения трансформатора в режимах наибольших и наименьших нагрузок:

(9.11)

Желаемые ответвления, определенные по (9.11), округляются до таких ближайших стандартных значений U_{СТ НБ,} U_{СТ НМ}, чтобы выполнялись условия (9.6).

Реальные напряжения на шинах НН в режимах наибольших и наименьших нагрузок при выбранных U_{СТ НБ,} U_{СТ НМ}:

(9.12)

Автотрансформаторы 220-330кВ выпускаются с РПН, встроенным на линейном конце обмотки среднего напряжения. Ранее для автотрансформаторов устройство РПН выполнялось встроенным в нейтраль, при этом изменение коэффициентов трансформации между обмотками ВН и СН и обмотками ВН и НН нельзя было производить независимо друг от друга и нельзя было осуществлять встречное регулирование одновременно на среднем и низшем напряжениях. В настоящее время с помощью РПН, встроенного на линейном конце обмотки СН, можно изменять под нагрузкой коэффициент трансформации только для обмоток ВН-СН. Если требуется одновременно изменить под нагрузкой коэффициент трансформации между обмотками ВН и НН, то необходимо установить дополнительно последовательно с обмоткой НН автотрансформатора линейный регулятор. С экономической точки зрения такое решение оказывается более целесообразным, чем изготовление автотрансформаторов с двумя встроенными устройствами РПН.

Как определяется необходимость в ограничении величины токов короткого замыкания и какие существуют методы их ограничения.

Выбор электрических аппаратов и токоведущих частей электроустановок производят по условиям работы в нормальном режиме и проверяют на термическую и динамическую устойчивость при коротком замыкании.

При коротком замыкании ток в цепи значительно возрастает по сравнению с током нормального режима. В высоковольтных сетях токи короткого замыкания могут достигать таких величин, что подобрать установки, которые смогли бы выдержать электродинамические силы, возникающие вследствие протекания этих токов, не представляется возможным.

При проверке выбранных электрических аппаратов и токоведущих частей электроустановки на термическую и динамическую устойчивость при коротком замыкании (КЗ) необходимо правильно выбрать положение расчетной точки и расчетный вид КЗ.
Расчетную точку КЗ для проверки выбирают так, чтобы через электрический аппарат или токоведущую часть электроустановки протекал наибольший ток КЗ.
Расчетным видом КЗ, для проверки электрических аппаратов и токоведущих частей на динамическую и термическую устойчивость, является трехфазное КЗ. По трехфазному току КЗ производится так же проверка выключателей на отключающую способность, а в сетях напряжением 110 кВ и выше - дополнительно по однофазному току КЗ. При проверке на термическую стойкость проводников и аппаратов в цепях генераторного напряжения электростанций расчетным током короткого замыкания может быть двухфазное КЗ, если оно обуславливает больший нагрев проводников и аппаратов, чем при трехфазном КЗ.

Для проверки электрических аппаратов и токоведущих частей на термическую устойчивость, а выключателей дополнительно на отключающую способность, необходимо знать расчетное время протекания тока КЗ, т.е. время через которое происходит отключение тока КЗ. Согласно время отключения тока КЗ для проверки проводников и электрических аппаратов на термическую стойкость складывается из времени действия основной релейной защиты рассматриваемой цепи и полного времени отключения выключателя

В мощных электроустановках и питаемых ими электросетях токи короткого замыкания могут достигать столь больших величин, что электрооборудование электрических станций и подстанций, а также сечения кабелей электросети приходится выбирать не по условиям нормального режима, а исходя из устойчивости работы их при коротких замыканиях. Применение электрооборудования и кабелей, рассчитанных на большие токи короткого замыкания, приводит к значительному увеличению затрат на сооружение электроустановок и их сетей. В некоторых случаях токи короткого замыкания могут быть настолько велики, что вообще оказывается невозможным или весьма затруднительным выбор электрооборудования и кабелей, устойчивых при коротких замыканиях.
Поэтому в мощных электроустановках применяют искусственные меры ограничения токов короткого замыкания, чем достигается возможность применения более дешевого электрооборудования: более легких типов электроаппаратов, шин и кабелей меньших сечений.
Существуют несколько способов ограничения токов короткого замыкания. Выбор того или иного способа ограничения определяется местными условиями установки и должен быть подкреплен технико-экономическим расчетом.
В общем случае ограничение тока короткого замыкания достигается увеличением сопротивления цепи короткого замыкания либо путем осуществления раздельной работы питающих агрегатов и линий электросети, либо путем включения последовательно в цепь специальных сопротивлений.
Устройства предназначены для ограничения уровней токов к.з. и сохранения живучести электроэнергетической системы. В схемах питания мегаполисов эти проблемы особо актуальны в связи с высокой плотностью нагрузки, значением токов к.з., превышающих предельно коммутационные способности существующих выключателей.

Методы ограничения токов короткого замыкания:

· установка токоограничивающих электрических реакторов;

· распараллеливание электрических цепей, отключение секционных и шиносоединительных выключателей;

· использование понижающих трансформаторов с расщеплённой обмоткой низкого напряжения;

· отключающее оборудование — быстродействующие коммутационные аппараты с функцией ограничения тока короткого замыкания (плавкие предохранители и автоматические выключатели);

· внедрение устройств релейной защиты.

Устройства ограничения токов к.з. можно разделить на две группы:

· устройства ограничения уровня токов к.з. на сравнительно небольшую степень;

· устройства глубокого ограничения токов к.з., обладающие высоким быстродействием и большим сопротивлением в режимах к.з.

К первым устройствам относятся стандартные токоограничивающие реакторы, включаемые в электрическую сеть последовательно, допускающие сравнительно небольшую степень токоограничения, обладающие сравнительно низкой стоимостью и нашедшие широкое практическое применение.

В последнее время большое значение приобретают быстродействующие устройства глубокого токоограничения, обладающие в нормативных режимах малым (в идеале нулевым) сопротивлением, а при к.з. – требуемым.

К этим устройствам относятся устройства глубокого токоограничения на базе силовой электроники (рис. 6), на базе быстродействующих коммутационных элементов взрывного действия (рис.7), на базе использования высокотемпературных сверхпроводников.

Устройство на базе силовой электроники состоит из последовательно включённых индуктивности и ёмкости равной величины. В нормальном режиме ключ разомкнут. Падение напряжения равно нулю. При КЗ тиристорный ключ замыкает емкость и индуктивность L ограничивает ток КЗ.

Устройство глубокого ограничения токов короткого замыкания, реализованное на основе магнитосвязанного реактора с быстродействующим коммутатором в его вторичной обмотке приведено на рис.7.

Специальный трансформатор (магнитосвязный реактор) с коммутационным элементом взрывного типа во вторичной обмотке включается последовательно в сеть и имеет в нормальном режиме малое сопротивление. Автоматическое повышение сопротивления при КЗ. Возможно глубокое токоограничение ударного и установившегося тока КЗ.

Основу токоограничителя составляет быстродействующий коммутационный элемент, состоящий из трех основных элементов:

· быстродействующее разъединительное устройство;

· плавкий предохранитель, включенный параллельно;

· блок логических схем с трансформатором тока.

В нормальном режиме ток протекает через медную шину, расположенную в патроне разъединителя. Ток в предохранителе ~0,1 % от этого тока.

При КЗ по сигналу блока логических схем при определенном значении тока пиротехническим составом рвется шина, после чего ток полностью переходит на плавкий предохранитель, что практически исключает коммутационные перенапряжения. Блок логических схем по сигналу РЗА даёт команду на замыкание контактов быстродействующего замыкателя, благодаря чему устройство возвращается в первоначальное состояние.

Элемент КЭ состоит из нормально замкнутого (1) и нормально разомкнутого (2) контактов. Количество элементов определяется условиями эксплуатации. За рубежом и в России проводятся многочисленные исследования создания токоограничителей на базе сверхпроводимости, созданы макеты и опытные образцы этих устройств, коммерческое использование которых по различным оценкам возможно на уровне 2015 г.

Дата добавления: 2015-09-02