onetwoclick.ru
Проектирование устройств электроснабжения базируется на требованииобеспечить надежную и экономичную работу электроустановок. Принятие проектных решений, как правило, выполняется на основе типовых проектов.При этом проектировщик, руководствуясь современными нормативами, должен принять их оптимальными для конкретных условий работы проектируемого объекта – схемы электрических соединений, размещение аппаратов и их тип.
В статье рассмотрены вопросы, связанные с условиями коммутации электрических цепей. Приведены качественные и количественные характеристики горения дуги при работе выключателей. Определены факторы, влияющие на отключающую способность для различных типов выключателей.
Представлены перспективные направления создания коммутационных аппаратов, выполнен анализ характеристик выключателей. Представлены паспортные данные современных выключателей. Обосновано применение технической рейтинговой оценки для оптимизации при выборе выключателя.
Рассмотрены принципы формирования схем электрических подстанций на основе требований Минэнерго. Представлены структурные и типовые схемы подстанций 10…500 кВ, применяемые в современной проектной практике,требования и условия применения типовых схем. Приведены правила размещения оборудования на подстанции. Даны минимальные расстояния до токоведущих частей, сформулированы требования к распределительным устройствам открытого и закрытого типа. Компоновка основного оборудования подстанций выполнена на основе типовых проектных решений,приведены правила установки высоковольтных аппаратов, справочные данные по сооружению маслоприемника и ошиновки.
Пособие дополняет учебную и справочную литературы даннымисовременных коммутационных аппаратов для применения при разработкекурсовых и дипломных проектов.
Общая характеристика условий коммутации электрических цепей.Отключение электрических цепей коммутационными аппаратами сопровождается возникновением и последующим гашением электрической дуги.
В связи с тем, что электрическая цепь переменного тока в нагрузочном режиме в общем случае обладает индуктивным, емкостным и активным сопротивлениями, в магнитных и электрических полях цепи накапливается электромагнитная и электростатическая энергия:
После разрыва цепи коммутационным аппаратом накопленная энергия не может мгновенно исчезнуть и должна рассеиваться на активных сопротивлениях. При принудительном мгновенном срезе тока этот процесс может сопровождаться перенапряжениями порядка (5…10) Uн.
В коммутационных аппаратах рассеивание электромагнитной энергии происходит в возникающей при отключении электрической дуге, которая становится активным энергопоглощающим элементом аппарата. В приведенной на рис. 1 структуре электрической дуги в межконтактном промежутке следует выделить участок катодного падения напряжения 1 протяженностью 10-4…10-5 см при падении напряжения 10…20 В (потенциал ионизации), при напряженности поля 105…107 В/см и плотности тока 104…107А/см2.
Рис. 1. Зоны дугового разряда.
Ствол дуги 3 представляет область сильно ионизированного газа с температурой 103…104 К и выделяющейся энергией порядка (0,5…1,5)106Вт/см. Ствол дуги является основным теплоотводящим элементом и существенно зависит от среды, в которой горит дуга (отвод тепла в водородной среде в 20–30 раз выше, чем в воздухе). Анодный участок 2 определяется условиями приема зарядов на аноде с плотностью тока(1…5)103 А/см2.
Баланс энергии в стволе дуги определяется энергией, выделяемой токомдуги, и отводимой энергией за счет теплопроводности, конвекции и излучения. При отрицательном балансе тепловыделения обеспечиваются условия для гашения дуги. Падение напряжения в дуге при ее гашении определяется интенсивностью ее деионизации дугогасительными устройствами. Волновая диаграмма, соответствующая процессу гашения дуги в коммутационном аппарате (КА), приведена на рис.
2.Рис. 2. Восстановление напряжения в коммутационном аппарате
В режиме короткого замыкания в цепи преобладает индуктивная нагрузка(? к ? ? /2). При включенном КА падение напряжения между контактами близко к нулю. В момент разрыва электрической цепи (МРК), например, под действием защиты в межконтактном промежутке под действием напряжения внешней цепи возникает дуга (Uзаж). До прохождения тока через нулевое значение (рис. 2, точка 1) падение напряжения в дуге (Uд) определяется совместным ходом ионизационных и деионизационных процессов.При подходе тока к нулю (точка 1) напряжение в дуге возрастает до значения Uгаш и в точке 1 вместе с током цепи падает до нулевого значения.
При этом возникает пауза тока (10-4с) и дуга гаснет. Окончательно гашение дуги определяется скоростью восстановления диэлектрической прочности межконтактного промежутка (Uэп). Если диэлектрическая прочность межконтатного промежутка нарастает быстрее, чем падение напряжения вдуговом промежутке (Uв), то дуга больше не возникает. В противном случаепроцесс гашения перейдёт в следующий полупериод. напряжение внешней цепи в момент прохождения тока через нулевое значение называется возвращающимся напряжением (U0). Фактическое значение напряжения вмежконтактном промежутке называется переходным восстанавливающимся напряжением (Uв), оно имеет вынужденную и высокочастотную составляющую и может существенно превышать напряжение сети, что определяется параметрами (L и С) отключаемой цепи.
Значение переходного восстанавливающего напряжения (ПВН) зависит от параметров отключаемой цепи (L, С, R), характеристик выключателя (его дугогасительных устройств,кинематики механизма), мгновенного значения напряжения сети в момент обрыва тока, начального момента короткого замыкания, его вида и других случайных факторов. Это осложняет однозначное и достоверное определение ПВН. Отключение электрической цепи связано с гашением дуги за счет деионизации межконтактного промежутка и восстановлением его электрической прочности, достаточной для восприятия высокочастотного восстанавливающегося напряжения. То есть гашение дуги сопровождаетсясоревнованием процессов нарастающей электрической прочности между расходящимися контактами выключателя и восстанавливающегося напряжения. Результат этого соревнования и определяет положительный или отрицательный исход процесса отключения.
Условия гашения дуги и скорости восстановления электрической прочностив межконтактном промежутке определяются конструкцией и мощностью дугогасительных устройств (внутренняя характеристика выключателя).
Основными факторами, влияющими на процессы деионизации дугового промежутка, являются отключаемый ток, количество выделенного и отведенного от дуги тепла (особенно в зоне прохождения тока через нулевое значение) и свойства дугогасительного устройства, которые зависят от конструкции дугогасительной камеры и процесса гашения дуги.Процессы восстановления напряжения между контактами выключателя после гашения дуги определяются в основном параметрами отключаемой цепи (внешняя характеристика процесса отключения) и в меньшей степени на него влияют конструктивные элементы выключателя.
Таким образом, отключающая способность выключателя определяется предельным отключаемым током (внутренняя характеристика) при определенных условиях восстановления напряжения на его контактах(внешняя характеристика отключаемой цепи). Оценивать количественно и сопоставлять между собой эти характеристики в условиях эксплуатации достаточно сложно, кроме того, один и тот же выключатель может работать в разных условиях, зависящих от схемы сети [1].
