Меню

Электродинамическое действие токов кз термическое действие токов кз



Электродинамическое и термическое действие токов КЗ. Ограничение токов КЗ.

В электрических установках могут возникать различные виды коротких замыканий , которые сопровождаются резким увеличением тока.

Все установленное электрооборудование в системах электроснабжения должно быть устойчивым к токам короткого замыкания и выбираются с учетом этих токов.

Электродинамические действия токов К.З.

При к.з. в результате возникновения наибольшего ударного тока к.з. в шинах и других конструкциях распред устройств возникают электродинамические усилия, которые в свою очередь создают изгибающий момент, а следовательно, механическое напряжение в металле, которое должно быть меньше допустимого напряжения для данного металла.

Электродинамическое действие ударного тока к.з. при трехфазном к.з. определяется наибольшей силой F( 3 ) (кГ), действующей на шину средней фазы при условии расположения проводников в одной плоскости:

Где l,a-длинна и расстояние между токоведущими частями (см)

–коэффициент, учитывающий несовпадение и неодинаковое значение ударного тока в фазах.

Рассматривая шину как равномерно нагруженную многопролетную балку, изгибающий момент, создаваемый ударным током :

Термическое действие токов К.З.

Токоведущие части в том числе и кабели при к.з. могут нагреваться до температуры значительно большей, чем при нормальном режиме. Что бы токоведущие части были термически устойчивы к токам к.з., величина расчетной температуры tрасч должна быть ниже температуры допустимой tдоп для данного материала.

За действительное время протекания тока к.з. принимается суммарное время действия защиты tз и выключающей аппаратуры tв

При проверки токоведущих частей на термич. Устойчивость обычно пользуются понятием приведенного времени Tпр, в течение которого установившийся ток к.з. I∞ выделяется то же кол.во тепла что и изменяющийся во времени ток к.з. за действительное время t.

Приведенное время определяется составл. времени апериодической слагающих тока к.з. :

Величину tпр.п при действительном времени t 5 сек величина tпр.п= tпр.5+(t-5) где tпр.5-приведенное время для t=5сек. Приведенное время апериодической слагающей

При действительном времени t 2

Tпр — приведенное время действия тока к.з. (сек)

Ограничение токов К.з.

При питании электроустановок пром. Предприятий от мощных энергосистем приходится значительно повышать сечение токоведущих частей и габариты аппаратов, выбирать их по условиям как нормального так и динамич. и термич. устойчивости.

Наиболее распростр. Способами ограничения токов к.з. являются:

А) раздельная работа трансформаторов и пит. Линий

Б) включение в сеть доп. Сопротивлений-реакторов

В) применение трансформаторов с защищенной обмоткой

Наиболее целесообразна и эффективна установка реакторов на линиях потребителей, подключаемых непосредственно на шины электрический станций, а так же на районных подстанциях большой мощности, питающих маломощные заводские подстанции.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Источник

Термическое и электродинамическое действие токов КЗ

Протекание токов КЗ может привести к перегреву и расплавлению проводников, оплавлению контактов, если время воздействия этих токов не будет ограничено. Короткие замыкания в сетях с глухим и эффективным заземлением нейтрали отключаются автоматически действием защиты. Время отключения – от долей секунды до нескольких (2 ÷ 4) секунд.

Выбранные для установки в сети аппараты должны проверяться на динамическую и термическую стойкость при воздействии токов КЗ.

Термической стойкостью аппарата и проводника называется его способность выдерживать кратковременное тепловое воздействие токов КЗ без повреждений. Термическая стойкость аппарата характеризуется его номинальным током термической стойкости IT и временем прохождения этого тока через аппарат tT. Эта обобщенная характеристика выражается интегралом Джоуля Вк [7, 8], связывающим величину тепловых потерь в проводнике при прохождении тока КЗ с величиной этого тока.

В соответствии с законом Джоуля – Ленца количество теплоты, выделяемое в проводнике при прохождении по нему электрического тока, пропорционально сопротивлению этого проводника R, квадрату величины протекающего по нему тока i и времени его протекания t:

(Дж) (2.20)

или в интегральной форме

(2.20а)

Величина Вк = получила название интеграл Джоуля и используется для характеристики термической стойкости проводников и аппаратов к действию токов КЗ. Аппарат термически устойчив, если

Вк, (2.21)

где Iт — паспортные значения соответственно тока и времени термической стойкости аппарата.

Читайте также:  Гурина сказка про электрический ток

Считая процесс нагрева проводника адиабатическим, т.к. время КЗ составляет от 0,01 до 4 с, в течение которого практически не происходит теплообмена с окружающей средой, можно записать количество теплоты, полученной материалом проводника

(2.22)

где = Тк – Тн — изменение температуры при КЗ от начальной температуры нормального режима,

G – масса проводника, кг;

– теплоемкость материала, кДж/кг·К.

Отсюда, зная начальную температуру, можно определить температуру нагрева проводника при КЗ.

Рассчитанный ток КЗ должен быть меньше допустимого тока термической устойчивости проводника или коммутационного аппарата.

Допустимые температуры для проводников и аппаратов в нормальном режиме и при КЗ приведены в табл.А.7, приложение А.

Проверка аппаратов и проводников осуществляется также на электродинамическую стойкость при воздействии токов КЗ. Между двумя проводниками, по которым проходит ток, действует сила, величина которой зависит от величин токов, проходящих по проводникам, расстояния между ними и длины участка взаимодействия. Так сила взаимодействия двух параллельных проводников на длине l равна

(2.23)

где а — расстояние между проводниками, м,

i1 и i2 – мгновенные значения токов в проводниках.

Если токи в проводниках одинаковы (например, прохождение сквозного тока КЗ в обмотке трансформатора), то сила взаимодействия между проводниками или витками пропорциональна квадрату тока КЗ.

При возникновении КЗ токи в проводниках увеличиваются в несколько раз. Соответственно сила взаимодействия увеличивается пропорционально квадрату кратности токов при КЗ, что особо существенно для шинопроводов в распределительных устройствах, а также проводников в катушках трансформаторов. Максимальная сила взаимодействия развивается в момент прохождения максимального, т.е. ударного тока КЗ, равного сумме периодической и апериодической составляющих тока КЗ. Максимальные значения периодической и апериодической составляющих тока КЗ имеют место, если КЗ происходит в момент прохождения кривой напряжения через 0. В этом случае максимальное значение тока к.з. имеет место в момент времени, равный половине периода t=0,01c.

iудit=0,01 = (2.24)

где kу – ударный коэффициент, величина, которого зависит от соотношения х/r в расчетной схеме. Определить kу можно по расчетным кривым [Федоров, справочник ЭПП, ч.1, рис.4.12]. или ориентировочно по табл. 1.1 в зависимости от места расположения точки КЗ.

Таблица 2.1- Значения ударного коэффициента kу

Место КЗ Значение kу
Выводы явнополюсного гидрогенератора без успокоительной обмотки с успокоительной обмоткой 1,95 1,93
Выводы турбогенератора 1,91
Во всех остальных случаях, когда не учитывается активное сопротивление цепи КЗ 1,8
Удаленные точки КЗ с учетом величины активного сопротивления По кривым зависимости kу =f(x/r)

Для внутризаводских сетей характерно соотношение х/r ≤ 3, поэтому kу может приниматься в пределах 1÷1,4 (меньшее значение для сетей до 1 кВ, удаленных от источников питания).

Расчетное значение ударного тока должно быть меньше допустимого для конкретного аппарата или проводника.

Выбор расчетной точки к.з. определяется конкретными целями расчета: для выбора коммутационных аппаратов рассчитывается КЗ в непосредственной близости к аппарату («на зажимах аппарата»), за трансформатором, в начальной точке токопровода или шин РУ. Для выбора уставок релейных защит селективного действия и устройств автоматики требуется также расчет минимальных токов КЗ, которые должна почувствовать защита. Как правило, это токи в конце участка линии или шин или при отключенном наиболее мощном источнике подпитки места КЗ.

При выполнении расчетов токов КЗ в цеховых сетях напряжением до 1 кВ рекомендуется выражать сопротивления элементов в мОм (Ом·10­ -3 ), мощность электроприемников в кВт, трансформаторов в кВА, напряжение – кВ, при этом расчетный ток КЗ получим в кА. Величины активных и индуктивных сопротивлений элементов электрических схем представлены в [7] и Приложении А, табл.А.8 – А.11. Сопротивление ошиновки РУ в расчетах токов к.з. для выбора аппаратуры, как правило, не учитывается. Сопротивления шинопроводов, к которым подключаются электроприемники, должны учитываться (см. раздел.3).

Пример расчета токов КЗ на участках электрической сети предстален в Приложении Е1.

Вопросы для самопроверки.

1 Виды коротких замыканий

2 Основные расчетные параметры токов КЗ и их определение.

3 Составление схемы замещения. Отличие схем замещения сетей напряжением выше 10 кВ и ниже 1 кВ.

4 Термическая и динамическая стойкость проводников и аппаратов к токам КЗ, расчет этих параметров.

5 Режимы заземление нейтрали электрических сетей, их использование. Требования к заземляющим устройствам сетей разных уровней напряжения.

6 Зануление электроприемников и его назначение.

Источник

Электродинамическое и термическое действие токов КЗ

date image2015-05-13
views image8423

Читайте также:  Источник тока эдс источника тока закон ома для полной цепи

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Электродинамическую силу взаимодействия м/у двумя параллельными проводниками (рис. 1) произвольного сечения, обтекаемые токами i1 и i2,определяют по формуле

где i1 и i2 – мгновенные значения токов в проводниках, a ; l – длина параллельных проводников, см; a – расстояние м/у осями проводников, см; kф— коэффициент формы.

Сила взаимодействия двух параллельных проводников равномерно распределена по их длине. В практических расчетах эту равномерно распределенную силу заменяют результирующей силой F, приложенной к проводникам в середине их длины.

При одинаковом направлении токов в проводниках они притягиваются, а при разном – отталкиваются.

Коэффициент формы kф зависит от формы сечения проводников и их взаимного расположения. Для круглых и трубчатых проводников kф=1; для проводников других форм сечения принимают kф=1 в тех случаях, когда сечение проводников мало, а длина их велика по сравнению с расстоянием м/у ними и можно предположить, что весь ток сосредоточен в оси проводника. Так, принимают kф=1 при определении сил взаимодействия м/у фазами шинных конструкций распределительных устройств независимо от формы сечения шин, т.к. расстояние м/у шинами разных фаз в распределительных устройствах достаточно велики и составляют несколько сотен миллиметров и более.

Если расстояние м/у проводниками (шинами) прямоугольных, коробчатых и других сечений мало, то kф≠1.

Сила, действующая на проводник с током, определяется как результат взаимодействия его с токами в проводниках двух других фаз, при этом в наиболее тяжелых условиях оказывается проводник средней фазы. Наибольшее удельное усилие на проводник средней фазы может быть определено из выражения, Н/м,

где Im – амплитуда тока в фазе, А; a – расстояние м/у соседними фазами, м.

Коэффициент √3 учитывает фазовые смещения токов в проводниках.

Взаимодействие проводников существенно возрастает в режиме КЗ, когда полный ток КЗ достигает своего наибольшего значения – ударного. При оценке взаимодействия фаз необходимо рассматривать двухфазное и трехфазное КЗ.

Для определения удельного усилия при трехфазном КЗ в системе проводников пользуются выражением

где i (3) у – ударный ток трехфазного КЗ, А.

В случае двухфазного КЗ влияние третьей (неповрежденной) фазы ничтожно мало, принимая во внимание , что ׀ i1׀=‌׀ i2‌|=|i (2)2 у|. Следовательно,

где i ( 2) у – ударный ток двухфазного КЗ, А.

Учитывая, что междуфазное усилие при трехфазном КЗ больше, чем при двухфазном. Поэтому расчетным видом КЗ при оценке электродинамических сил считают трехфазное.

Для предотвращения механических повреждений под действием усилий, возникающих в проводниках при протекании по ним токов КЗ, все элементы токоведущей конструкции должны обладать достаточной электродинамической стойкостью.

Под электродинамической стойкостью понимают обычно способность аппаратов или проводников выдерживать механические усилия, возникающие при протекании токов КЗ, без деформаций, препятствующих их дальнейшей нормальной работе.

Термическое действие токов КЗ. При протекании тока КЗ температура проводника повышается. Длительность процесса КЗ обычно мала (в пределах нескольких секунд), поэтому тепло, выделяющееся в проводнике, не успевает передаться в окружающую среду и практически целиком идет на нагрев проводника. Проводник или аппарат следует считать термически стойким, если его температура в процессе КЗ не превышает допустимых величин.

Определить температуру нагрева проводника в процессе КЗ можно следующим путем. При КЗ за время dt в проводнике выделяется определенное количество тепла

где Ik,t – действующее значение полного тока КЗ в момент t КЗ; rθ – активное сопротивление проводника при данной его температуре θ:

здесь ρ – удельное активное сопротивление проводника при θ=0 0 ; l – длина проводника; q – его сечение; α — температурный коэффициент сопротивления.

Практически все тепло идет на нагрев проводника

где G – масса проводника; cθ – удельная теплоемкость материала проводника при температуре θ.

Процесс нагрева при КЗ определяется уравнением

При выборе электрических аппаратов обычно не требуется определять температуру токоведущих частей, поскольку завод- изготовитель по данным специальных испытаний и расчетов гарантирует время и среднеквадратичный ток термической стойкости. Другими словами, в каталогах приводиться значение гарантированного импульса среднеквадратичнаго тока КЗ, который выдерживается аппаратом без повреждений, препятствующих дальнейшей нормальной работе. Условие проверки термической стойкости в этом случае следующее:

где Bк – расчетный импульс квадратичного тока КЗ, определяемый по изложенной выше методике; Iтер и tтер – соответственно среднеквадратичный ток термической стойкости и время его протекания (номинальное значение).

На действия токов короткого замыкания проверяют

1) на динамическую устойчивость – аппараты и проводники, защищенные плавкими предохранителями с вставками на номинальные токи до 60 А включительно; электрооборудование, защищенное токоограничивающими плавкими предохранителями на большие номинальные токи, следует проверять на динамическую устойчивость по наибольшему мгновенному значению тока КЗ, пропускаемого предохранителем.

Читайте также:  Транзистор используется для выпрямления переменного тока

На термическую устойчивость – аппараты и проводники, защищенные плавкими предохранителями на любые номинальные токи,

2) проводники в цепях к индивидуальным электроприемникам, в том числе к цеховым трансформаторам общей мощностью до 1000кВА и с первичным напряжением до 20 кВ включительно, если в электрической части предусмотрено необходимое резервирование, при котором отключение этих приемников не вызывает расстройства производственного процесса, если повреждение проводников не может вызвать взрыва и если замена поврежденных проводников без особых затруднений.

3) проводники в цепях к индивидуальным электроприемникам и отбельным распределительным пунктам неответственного назначения при условии, что их повреждение при КЗ не может явиться причиной взрыва;

Источник

4.2. Электродинамическое действие токов короткого замыкания

Прохождение токов в проводниках приводит к возникновению между ними электродинамических (механических) усилий. Одинаковое направление токов в параллельных проводниках вызывает их притяжение, противоположное – их отталкивание. В режиме нормальной нагрузки механические силы взаимодействия незначительны, но при К3 они могут достигать значений, опасных для электрических аппаратов и ошиновок, вызвать их деформацию и даже разрушение.

Из теоретической электротехники известно, что сила взаимодействия между двумя проводниками при прохождение по ним токов i1 и i2 определяется по формуле

где i1 , i2 — мгновенные значения токов в проводниках, А; l — длина проводников, м; а — расстояние между осями проводников, м; Кф — коэффициент формы, учитывающий форму сечения и взаимное рас­положение проводников (для круглых проводников сплошного сече­ния, кольцевого сечения, шин коробчатого сечения с высотой сече­ния 0,1 м и более принимается Кф= 1 .

Наибольшие механические усилия между проводниками воз­никают в режиме короткого замыкания в момент, когда ток КЗ достигает ударного значения.

Для предотвращения механических повреждений под действием усилий, возникающих в проводниках при протекании по ним токов КЗ, все элементы токоведущей конструкции должны обладать электродинамической стойкостью, т. е. должны выдерживать механические усилия, возникающие при протекании токов КЗ, без деформаций, препятствующих их дальнейшей нормальной эксплуатации.

В зависимости от вида электрооборудования условия проверки его на электродинамическую стойкость различны. Например, за­воды-изготовители указывают гарантированный ток КЗ iдин (или imах, или iпр.скв) при котором обеспечивается электродинамичес­кая стойкость аппаратов (выключателей, разъединителей). При вы­боре их должно выполняться условие: iуд 50 кА .

Не проверяются на электродинамическую стой­кость аппараты и шины цепей трансформаторов напряжения при расположении их в отдельной камере; аппараты и провод­ники, защищенные предохранителями с плавкими вставками на ток до 60 А.

4.3. Термическое действие токов короткого замыкания

При протекании по проводникам электрического тока провод­ники нагреваются. При нагреве проводника током нагрузки часть выделенной теплоты рассеивается в окружающую среду, причем степень рассеивания зависит от условий охлаждения.

При протекании тока КЗ температура проводников значительно возрастает, так как токи при КЗ резко увеличиваются, а дли­тельность КЗ мала, поэтому теплота, выделяющаяся в проводни­ке, не успевает передаться в окружающую среду и практически все идет на нагрев проводника. Нагрев проводника при КЗ может достигать опасных значений, приводя к плавлению или обугли­ванию изоляции, к деформации и плавлению токоведущих час­тей и т.п.

Критерием термической стойкости проводников являются до­пустимые температуры нагрева их токами КЗ.

Проводник или аппарат считается термически стойким, если его температура нагрева в процессе КЗ не превышает допустимых величин. Условие термической стойкости в общем случае выгля­дит так, °С:

где θº кон – конечное значение температуры проводника в режиме к.з.

Количественную оценку степени термического воздействия тока КЗ на проводники и электрические аппараты рекомендуется производить с помощью интеграла Джоуля

где iкt, — полный ток КЗ в произвольный момент времени t, А; tоткл — расчетная продолжительность КЗ, с.

Заводы-изготовители в каталогах приводят значения гаранти­рованного среднеквадратичного тока термической стойкости (/тер, кА) и допустимого времени его протекания (tтер, с) для элек­трических аппаратов (выключателей, разъединителей, трансфор­маторов тока и др.).

В этом случае условие термической стойкости аппаратов в ре­жиме КЗ выглядит так, кА 2 -с,

При проверке термической стойкости проводника, имеющего стандартное сечение q станд, мм 2 , должно быть выполнено условие

где q min– минимальное сечение проводника

Источник