Размещено на http://www.allbest.ru/

Московский энергетический институт (технический университет)

Методы проверки электрических аппаратов и проводников на термическую и электродинамическую стойкость

И.П. Крючков

М.В. Пираторов

Аннотация

Изложены основные положения национального стандарта о термическом и электродинамическом действии тока короткого замыкания и дается сравнение этого стандарта со стандартом Международной электротехнической комиссии.

Введение

На кафедре «Электрические станции» МЭИ (ТУ) в течение многих лет ведутся исследования в области коротких замыканий (КЗ) и стойкости электрооборудования по отношению к токам КЗ. Результаты исследований нашли отражение в различных нормативно-технических документах, в том числе в руководящих указаниях и государственных стандартах.

В 2007 году утвержден национальный стандарт ГОСТ С 52736-2007 «Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета электродинамического и термического действия токов короткого замыкания» [1].

1. Исходные положения

При проверке проводников и электрических аппаратов электроустановок на электродинамическую и термическую стойкость при КЗ предварительно должны быть выбраны расчетные условия КЗ, т.е. расчетная схема электроустановки, расчетный вид КЗ в электроустановке, расчетная точка КЗ, а также расчетная продолжительность КЗ в электроустановке (последнюю используют при проверке на термическую стойкость проводников и электрических аппаратов, а также при проверке на невозгораемость кабелей). термический электродинамический комиссия

Расчетная схема электроустановки должна быть выбрана на основе анализа возможных электрических схем этой электроустановки при продолжительных режимах ее работы. К последним следует относить также ремонтные и послеаварийные режимы работы.

В качестве расчетного вида КЗ следует принимать:

-- при проверке электрических аппаратов и жестких проводников с относящимися к ним поддерживающими и опорными конструкциями на электродинамическую стойкость -- трехфазное КЗ;

-- при проверке электрических аппаратов и проводников на термическую стойкость -- трех- или однофазное КЗ, а на генераторном напряжении электростанций -- трех- или двухфазное КЗ, в зависимости от того, какое из них приводит к большему термическому воздействию;

-- при проверке гибких проводников по условию их допустимого сближения во время КЗ -- двухфазное КЗ.

В качестве расчетной точки КЗ следует принимать такую точку на расчетной схеме, при КЗ в которой проводник или электрический аппарат подвергается наибольшему электродинамическому или термическому воздействию.

Расчетную продолжительность КЗ при проверке проводников и электрических аппаратов на термическую стойкость следует определять путем сложения времени действия основной релейной защиты, в зону которой входят проверяемые проводники и электрические аппараты, и полного времени отключения соответствующего выключателя, а при проверке кабелей на невозгораемость -- путем сложения времени действия резервной релейной защиты и полного времени отключения ближайшего к месту КЗ выключателя.

При наличии устройств автоматического повторного включения (АПВ) цепи следует учитывать суммарное термическое действие тока КЗ.

При расчетной продолжительности КЗ до 1 с допустимо процесс нагрева проводников под действием тока КЗ считать адиабатическим, а при расчетной продолжительности КЗ более 1 с и при небыстродействующих АПВ следует учитывать теплоотдачу в окружающую среду.

2. Отечественная методика проверки электрооборудования по условиям короткого замыкания

При разработке национального стандарта необходимо было соблюсти условие, чтобы он удовлетворял требованиям соответствующего стандарта Международной электротехнической комиссии (МЭК) [2]. Метод проверки коммутационных электрических аппаратов и проводников на термическую стойкость при КЗ, изложенный в этом стандарте, основан на использовании в качестве основного параметра, характеризующего степень термического воздействия тока КЗ -- так называемого термически эквивалентного тока КЗ. Последний представляет собой среднеквадратичное значение такого синусоидального тока, который оказывает на электрооборудование такое же термическое воздействие, как и действительный ток КЗ за то же время. Для определения этого тока необходимо знать начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ, а также коэффициенты тип, которые учитывают изменение во времени соответственно апериодической и периодической составляющих тока КЗ и определяются по специальным кривым.

Исходя из того, что в нашей стране для проверки коммутационных электрических аппаратов и проводников на термическую стойкость при КЗ давно применяется метод, в котором в качестве основного параметра, характеризующего степень термического воздействия тока КЗ, используется интеграл Джоуля, а в стандарте МЭК оговорена возможность использования и этого параметра, то при разработке национального стандарта именно этот метод был принят в качестве основного. В результате соответствующих исследований, проведенных в МЭИ, этот метод был уточнен и дополнен.

Следует отметить, что отечественный метод, изложенный в национальном стандарте, и метод, приведенный в стандарте МЭК, существенно отличаются друг от друга, хотя исходят из одних и тех же физических представлений. Сравнительный анализ этих методов показывает, что отечественный метод обладает рядом преимуществ:

-- метод МЭК применим только в случае простейшей расчетной схемы, содержащей изолированно работающую синхронную машину, а отечественный метод позволяет учесть особенности любой расчетной схемы, в том числе и при наличии связи генераторов или электродвигателей с энергосистемой;

-- отечественный метод более точно учитывает характер изменения во времени периодической составляющей тока КЗ от синхронных машин, в том числе и влияние типа системы возбуждения машин;

-- при определении степени термического воздействия периодической составляющей тока КЗ по методу МЭК необходимо предварительно находить установившийся ток КЗ. Отечественная практика давно отказалась от использования этого тока в каких-либо расчетах, так как при современных системах защиты синхронных машин установившийся ток КЗ является фиктивной величиной, а его определение лишь увеличивает объем расчетов;

-- метод МЭК применим только в тех случаях, когда ударный коэффициент тока КЗ не превышает 1,9, а установившийся ток КЗ не превышает начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ. Отечественный метод подобных ограничений не допускает.

Следует отметить, что национальный стандарт предусматривает возможность проверки термической стойкости электрооборудования и с использованием термически эквивалентного тока КЗ, что важно при экспортно-импортных операциях. Однако термически эквивалентный ток КЗ рекомендуется определять не по методу МЭК, а исходя из найденного по отечественной методике значения интеграла Джоуля, имея в виду, что термически эквивалентный ток численно равен корню квадратному из поделенного на расчетную продолжительность КЗ интеграла Джоуля. Это позволяет учесть особенность исходной расчетной схемы и не определять установившийся ток КЗ.

В соответствии с национальным стандартом проверку силовых кабелей на термическую стойкость при КЗ можно проводить как путем определения температуры нагрева жил кабелей к моменту отключения КЗ и сравнения полученной температуры с допустимой, так и путем сравнения найденного значения интеграла Джоуля с квадратом допустимого значения односекундного тока термической стойкости соответствующего кабеля. Значения этого тока для разных кабелей приведены в стандарте.

В национальном стандарте изложена также методика проверки силовых кабелей на невозгораемость при КЗ и указаны значения предельно допустимых температур нагрева жил кабелей напряжением 6 и 10 кВ разных видов по условию невозгораемости.

Что касается методики проверки проводников и электрических аппаратов на электродинамическую стойкость при КЗ, то в национальном стандарте особое внимание уделено методике расчета шинных конструкций и гибких проводников. Эта методика зависит от расчетной механической схемы системы проводников и соответствующих изоляторов. В стандарте рассмотрены:

-- статические системы, обладающие высокой жесткостью, у которых шины и опоры при КЗ остаются неподвижными;

-- квазидинамические системы с жесткими опорами, то есть системы, у которых при КЗ опоры остаются практически неподвижными, а шины колеблются;

-- динамические системы с упругоподатливыми опорами, у которых при КЗ колеблются и шины, и опоры;

-- динамические системы с гибкими проводниками.

Для каждой системы в стандарте дана методика расчета.

Список литературы

1. ГОСТ С 52736-2007. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета электродинамического и термического действия токов короткого замыкания. М.: Стандартинформ, 2007.

2. IEC 60865: 1993. Short-circuit currents - Calculation of effects.

Размещено на Allbest.ru