Что такое рабочий ток линии

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ ТОКОВ РАБОЧЕГО РЕЖИМА

2015-05-26
14599

Номинальный ток I_ном – наибольший ток (действующее значение), который аппарат или проводник способен длительно проводить при заданном напряжении, номинальной частоте и номинальной температуре воздуха, при этом температура частей аппарата не должна превышать допустимую, установленную для длительной работы.

Рабочий режим аппаратов и проводников по их нагрузке делится на нормальный и утяжеленный.

Под нормальным режимом электроустановки понимают такой режим работы, при котором значения ее параметров не выходят за пределы, допустимые при заданных условиях эксплуатации. В нормальном режиме функционируют все элементы данной электроустановки без вынужденных отключений и без перегрузок.

Утяжеленным режимом называется режим при вынужденном отключении части присоединений вследствие их повреждения или в связи с профилактическим ремонтом, когда рабочие токи других присоединений могут заметно увеличиться. При этом в качестве расчетного принимают наиболее тяжелый режим, когда в электроустановке протекает наибольший ток.

При выборе сечения проводников по экономической плотности тока исходят из рабочего нормального режима без учёта непродолжительных перегрузок, а по условию нагрева из условий утяжеленного режима.

Таким образом, для выбора аппаратов и проводников в нормальных режимах нужно знать значения рабочих токов присоединений нормального I_{раб.норм} и утяжеленного I_раб.ут режимов.

В общем случае силу тока можно определить по формуле:

где S_нагр – полная мощность нагрузки, в кВ . А, (значение можно определить по методу упорядоченных диаграмм или коэффициенту спроса);

U_ном – номинальное напряжение, в кВ.

Приведенные ниже формулы для расчета токов в отдельных элементах энергосистемы в основном используются для приблизительных расчетов, когда их нагрузка неизвестна. Если нагрузка у элементов отличается от номинальной, то для расчета рабочих и аварийных токов необходимо учитывать реальную нагрузку в рабочем и аварийном режимах.

Рассмотрим некоторые конкретные случаи определения расчетных рабочих токов.

Для присоединений генераторовисинхронных компенсаторов,расчётный рабочий ток нормального режима принимают равным соответствующему номинальному току

где Р_ном – номинальная мощность генератора, в кВт;

cos φ_ном – номинальный коэффициент мощности генератора.

Для синхронных двигателей при номинальном токе возбуждения и асинхронных двигателей

где Р_ном – номинальная мощность двигателя, в кВт;

U_ном – номинальное напряжение питающей сети, в кВ

cos φ_ном – номинальный коэффициент мощности двигателя;

η_ном – номинальный КПД двигателя.

Утяжеленный режим у генераторов, синхронных компенсаторов и двигателей практически отсутствует, так как допустимая продолжительная перегрузка по току не превышает 5% (при снижении напряжения на 5 %), при этом ток утяжеленного режима

Для присоединений силовых трансформаторов расчетный рабочий ток нормального режима должен быть равен номинальному току трансформатора, меньше или больше его в зависимости от назначения и метода резервирования трансформатора.

Так для присоединений блочныхповышающих трансформаторов на электростанциях, включаемых последовательно с генераторами,

где S_ном — номинальная мощность трансформатора (выбранная с учетом соответствующей мощности генератора), в кВ . А.

Аналогично определяются токи для однотрансформаторных подстанций. Утяжеленный режим здесь исключён.

На подстанциях с двумя трансформаторами, загруженными одинаково, номинальную мощность S_ном каждого трансформатора обычно выбирают из условия допустимой перегрузки в послеаварийном режиме

где S_max — максимальная нагрузка подстанции в перспективе.

При нормальной работе нагрузка каждого трансформатора составляет приблизительно 0,7 его номинальной мощности, поэтому расчётный рабочий ток нормального режима присоединений трансформатора I_{раб.норм} со стороны высшего и низшего напряжений должен быть принят равным

В случае вынужденного отключения одного трансформатора второй принимает на себя всю нагрузку подстанции и в течение 5 суток по 6 часов в сутки нагружен до 1,4 номинальной мощности.

Расчетный ток утяжеленного режима

При определении расчетных рабочих токов присоединений трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов нужно учитывать распределение мощности между обмотками в нормальном и утяжеленном режимах. Так, например, в цепи высшего напряжения трехобмоточного трансформатора или автотрансформатора на понизительной подстанции расчетные токи нормального и утяжеленного режима определяются так же, как в цепи двухобмоточного трансформатора.

На стороне среднего и низшего напряжений при двух работающих трансформаторах (автотрансформаторах), нагруженных одинаково:

Читайте также:  Амплитудная модуляция колебаний силы тока

где S_нагр — наибольшая перспективная нагрузка на стороне среднего или низшего напряжения, в кВ . А.

При отключении одного трансформатора

Цепь линии. Для одиночной, радиальной линии

и определяется по наибольшей нагрузке линии

где S_нагр — наибольшая мощность, передаваемая по линиям.

Для n параллельных линий,загруженных одинаково

Утяжеленный режим для параллельных линий возникает при отключении одной из них

В частности для двух параллельно работающих линий, загруженных одинаково

Для цепей кабельных линий необходимо учитывать перегрузочную способности кабелей. Так для кабелей с бумажной пропитанной изоляцией напряжением 10 кВ и ниже согласно ПУЭ на время ликвидации аварии допускается перегрузка кабеля до 1,3 × I_доп, если нагрузка в часы максимума составляла не болев 0,8 × I_доп. Указанная перегрузка допускается в период максимальной нагрузки (не более 6 часов в сутки) в течение пяти суток.

Для сборных шин станций и подстанций, аппаратов и шин в цепях шиносоединительных и секционных выключателейток утяжеленного режима определяется с учетом токораспределения по шинам при наиболее неблагоприятном эксплуатационном режиме. Такими режимами являются отключение части генераторов, перевод отходящих линий на одну систему шин, а источников питания — на другую. Обычно ток, проходящий по сборным шинам, секционному и шиносоединительному выключателю не превышает I_раб.ут самого мощного источника питания, присоединенного к этим шинам.

В цепи группового сдвоенного реактора в нормальном режиме ветви реактора загружены равномерно

где S_нагр — нагрузка присоединенных к ветви потребителей, в кВ . А.

Утяжеленный режим наступает при отключении одной из потребительских линий, присоединенных к ветви реактора, когда нагрузка другой ветви может соответственно возрасти

где n — число линий, присоединенных к одной ветви реактора. При правильно выбранном реакторе I_раб.ут не превышает номинального тока ветви реактора.

Источник

Режимы работы электрической цепи (линии электропередачи)

Замена нескольких параллельных ветвей, содержащих источники тока, одной эквивалентной

Если несколько источников тока соединены параллельно (рис. 1.19), то они могут быть представлены одним эквивалентным (рис. 1.20):

Эквивалентная проводимость цепи:

Рис.1.19. Участок цепи постоянного тока Рис.1.20. Эквивалентная схема с тремя источниками тока

Основными режимами работы электрической цепи (рис. 1.21) являются следующие:

1.Режим номинальной нагрузки (номинальный режим).

2. Режим холостого хода.

3. Согласованный режим.

4. Режим короткого замыкания.

Рис. 1.21. Линия электропередачи постоянного тока

Остальные режимы являются промежуточными. Для всех режимов работы справедливы следующие уравнения.

Напряжение на входе линии:

где: U_л– падение напряжения в линии;

U_нагр – напряжение на нагрузке.

где: R_л – сопротивление проводов линии;

R_нагр – сопротивление нагрузки.

Мощность, потребляемая всей цепью:

где: P_л – мощность, выделяемая в проводах линии;

P_нагр – мощность, потребляемая нагрузкой.

Коэффициент полезного действия:

Рассмотрим основные режимы работы электрической цепи.

1. Номинальный режим характеризуется номинальным напряжением U_н, номинальным током I_н, номинальной мощностью Р_н, которые указываются на табличке приемника.

Номинальное напряжение сети U_н для большинства приемников постоянного тока составляет 27, 110, 220, 440 В, а также 6, 12, 24, 36 В.

Номинальный ток I_н – предельно допустимый ток, при котором приемник может работать длительное время.

Номинальная мощность P_н – величина, определяемая номинальным напряжением U_н и номинальным током I_н :

В некоторых случаях на приемниках указывается номинальный коэффициент полезного действия – η_н , например, на электродвигателях.

2. Режим холостого хода наблюдается в цепи при R_нагр = ∞, в этом случае I = 0, η = 100%.

3. Согласованный режим работы применяется в радиотехнических цепях, устройствах автоматики и телемеханики, в других слаботочных цепях, где необходимо передать от источника к приемнику наибольшую мощность. Это условие выполняется при равенстве сопротивлений линии и нагрузки: R_л = =R_нагр , следовательно, U_л = U_нагр и P_л = Р_нагр . Коэффициент полезного действия η = 50%.

В сильноточных цепях режим согласованной нагрузки не применяется ввиду низкого значения к.п.д.

4. Режим короткого замыкания возникает при коротком замыкании нагрузки (R_нагр= 0). Ток в линии ограничивается сопротивлением проводов и намного превышает номинальный:

Напряжение сети U = U_л , следовательно, P = P_л и η = 0.

При возникновении короткого замыкания линия должна отключаться от сети автоматическими выключателями (автоматами) или плавкими предохранителями.

На рис. 1.22 приведены графики изменения мощности в зависимости от тока в линии.

Рис. 1.22. Графики изменения мощности и к.п.д. в зависимости от тока в линии

Линии передачи выполняются в основном медными и алюминиевыми проводами. Сопротивление провода зависит от его длины l, площади поперечного сечения S и удельного сопротивления ρ:

где l, м; S, мм 2 ; ρ, .

Сопротивление металлического провода зависит также от температуры: с повышением температуры сопротивление провода линии увеличивается:

где t – температура провода, о С;

α – температурный коэффициент;

R_пр – сопротивление провода при 20 о С.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Определение максимальных рабочих и номинальных токов. Расчет токов при трехфазных коротких замыканиях

Страницы работы

Фрагмент текста работы

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЗАОЧНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КУРСОВОЙ РАБОТА

По курсу: «РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА И АВТОМАТИЗАЦИЯ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ».

Преподаватель: Джаншиев С.И.

Студент: Ефремов А.В.

Задание на курсовую работу.

Для заданного участка выбрать принципы (типы) релейной защиты линий и трансформаторов с напряжением 6-10-35 кВ, согласно требованиям правил устройства электроустановок; выбрать уставки этих защит; составить трехлинейную схему защиты трансформатора.

Произвести расчет токов при трехфазных коротких замыканиях; выбрать необходимые трансформаторы тока и напряжения; выбрать типы устройств защиты и обосновать их чувствительность, а в трехлинейной схеме защиты трансформатора выбрать типы реле и указать на схеме спецификацию требующейся аппаратуры.

Номер подстанции, для которой требуется составить трехлинейную схему защиты трансформатора – 2.

Мощность трехфазного короткого замыкания на шинах питающей подстанции 500 МВ*А.

Тип выключателей на напряжение 37 кВ – МКП-35.

Длины линий электропередачи:

W1 – 7 км, W2 – 8 км, W3 – 4км.

Расчетная часть.

1. Определение максимальных рабочих и номинальных токов.

1.1. Номинальные токи трансформаторов.

Первичный номинальный ток трансформатора Т1:

Вторичный номинальный ток трансформатора Т1:

Первичный номинальный ток трансформатора Т2 и Т3:

Вторичный номинальный ток трансформатором Т2 и Т3:

1.2. Максимальные рабочие токи линий.

Для определения максимальных рабочих токов линий найдем максимально рабочий ток линии W7:

Максимальный рабочий ток линии W1 будет протекать по линии при отключенной линии W2:

Максимальный рабочий ток линии W2 будет протекать по линии при отключенной линии W1:

Максимальный рабочий ток линии W3 , будет протекать по линии при отключенной линии W1:

2. Расчет токов короткого замыкания.

Для расчета токов короткого замыкания необходимо составить схему замещения и на ней показать необходимые для расчета защит точки короткого замыкания.

Расчет токов К.З. будет проводиться в базисных единицах, для этого зададимся базисными величинами:

, т.к. основные защиты установлены на стороне 37 кВ, то в качестве базисной величины удобно взять напряжение 37 кВ.

Найдем базовый ток:

Проведем расчет сопротивлений изображенных на схеме замещения.

2.1. Расчет токов К.З. в точке К1.

Определим токи, протекающие по линиям к точке К.З. К1

Решив эту систему уравнений находим токи I₁ и I₂.

2.2. Расчет токов К.З. в точке К2.

Решив систему этих уравнений находим токи I₁ и I₂ для точки К2

2.3. Расчет токов К.З. для точки К.3.

Для этой точки рассчитаем токи трехфазного короткого замыкания минимального и максимального.

2.4. Расчет токов К.З. для точки К.4.

Для этой точки рассчитаем токи трехфазного короткого замыкания минимального и максимального.

2.5. Расчет токов К.З. для точки К.5

При расчете точки короткого замыкания К.5 предполагается , что линия W1 отключена выключателем Q1 от подстанции 1.

2.6. Расчет токов К.З. для точки К.6.

Расчет тока К.З. для точки К.6 будет аналогичным расчету точки К.5 и ток короткого замыкания будет равным по величине току К.З. в точке К.5 и противоположным по направлению.

3. Выбор и расчет защит.

Для защиты трансформаторов на подстанциях 2 и3 в соответствии с ПУЭ выбираем продольную дифференциальную защиту, газовую защиту, МТЗ.

Газовая защита от повреждений внутри кожуха, сопровождающихся выделением газа, и от понижения уровня масла должна быть предусмотрена:

· для трансформаторов мощностью 6,3 МВ·А и более. [2, п.3.2.53]

Газовая защита должна действовать на сигнал при слабом газообразовании и понижении уровня масла и на отключение при интенсивном газообразовании и дальнейшем понижении уровня масла.

Защита от понижения уровня масла может быть выполнена также в виде отдельного реле уровня в расширителе трансформатора.

Для защиты от повреждений на выводах, а также от внутренних повреждений должна быть предусмотрена продольная дифференциальная токовая защита без выдержки времени на трансформаторах мощностью 6,3 МВ·А и более [2, п.3.2.54].

На выключателях Q1, Q2 выбираем защиту МТЗ с выдержкой времени и токовую отсечку.

На выключателях Q3 и Q4 выбираем направленную токовую защиту защиту.

На выключателях Q5 и Q5 выбираем защиту МТЗ с выдержкой времени

Источник

№10 Линия электропередачи постоянного тока.

Если линия электропередачи имеет небольшую длину, при которой можно пренебречь утечкой тока через изоляцию, то ее электрическую схему можно представить в виде последовательного соединения сопротивления линии RЛ, равного суммарному сопротивлению прямого и обратного проводов, и сопротивления нагрузки RН (рис. 10.1).

Рис. 10.1 — Линия электропередачи постоянного тока

При анализе работы линии нас интересуют, главным образом, три вопроса: напряжение на нагрузке, величина передаваемой мощности и коэффициент полезного действия передачи. Режимы работы линии удобно рассматривать в виде зависимостей различных величин от тока в линии, равного :

Падение напряжения в линии ΔU и напряжение на нагрузке U2 определяются следующими выражениями:

Если U1 и RЛ постоянны, то оба выражения представляют собой линейные функции тока (рис. 10.2). В режиме холостого хода (при I = 0) ΔU = 0, а U2 = U1. С ростом тока падение напряжения в линии возрастает, а напряжение на нагрузке уменьшается, и в режиме короткого замыкания (при RН = 0)

Все входное напряжение гасится на сопротивлении линии.

Рис. 10.2 — Режимы работы линии

Мощность на входе линии линейно зависит от тока: P1 = U1*I. При холостом ходе она равна нулю, а при коротком замыкании вычисляется по формуле

Потери мощности в линии ΔP=I2Rл представляют собой квадратичную функцию тока. Ее график – парабола, проходящая через начало координат.

т.е. в режиме короткого замыкания мощность, поступающая в цепь, полностью теряется в линии.

Мощность, поступающая в нагрузку, равна разности мощности в начале линии и мощности, теряемой в проводах:

Последнее выражение представляет собой уравнение параболы со смещенной вершиной и с обращенными вниз ветвями, проходящими через точки I = 0 и I = IK.

Мощность нагрузки представляет собой довольно сложную зависимость от сопротивления RН:

При RН =0: Р2 = 0; при возрастании RН мощность Р2 сначала возрастает, достигает максимального значения и начинает убывать, стремясь к нулю при RН→∞ (рис. 1.25).

Выясним, при каком сопротивлении нагрузки передаваемая ей мощность максимальна. Для этого продифференцируем функцию (1.15) по RН и приравняем ее к нулю:

Приравняв к нулю числитель производной, получим:

То есть мощность, получаемая нагрузкой, максимальна, когда сопротивление нагрузки равно сопротивлению линии.

Ток, протекающий при этом по линии составляет половину тока короткого замыкания, а мощность в конце линии равна:

Коэффициент полезного действия равен отношению мощностей в начале и конце линии:

Из данной формулы следует, что коэффициент полезного действия передачи определяется отношением сопротивлений линии и нагрузки.

При их равенстве, когда нагрузке передается максимальная мощность, η = 0,5 = 50 %. Этот режим, при котором теряется половина передаваемой энергии, на практике, естественно, не пригоден. В реальных линиях при передаче больших мощностей КПД составляет примерно 0,94–0,97. При этом сопротивление нагрузки значительно больше сопротивления линии.

Для анализа режимов электропередачи полезной оказывается еще одна формула. Так как

То есть при одной и той же мощности нагрузки Р2, потери ΔР пропорциональны сопротивлению линии и обратно пропорциональны квадрату напряжения. Для увеличения коэффициента полезного действия передачи необходимо повышение напряжения и снижение электрического сопротивления проводов линии путем увеличения их сечения и применения материалов с меньшим удельным сопротивлением.

Пример 1.6. Линия электропередачи с проводами марки А-120 длиной l = 1000 км питает нагрузку мощностью Р2 = 50 МВт. Каким должно быть напряжение в начале линии, чтобы КПД передачи был не ниже 90 %?

Р е ш е н и е. Сопротивление одного километра провода марки А-120 R0 = 0,27 Ом/км. Суммарное сопротивление прямого и обратного проводов линии составляет RЛ = 2lR0 = 540 Ом.

Принимая η = 0,9, из формулы (1.17) получаем:

Для выполнения условий задачи напряжение в начале линии должно быть не ниже 548 кВ.

Источник