Опишите применение в электроэнергетике: Расчет параметров двухобмоточных трансформаторов

Практика показала, что при передаче одной и той же мощности на определенное расстояние, потери энергии оказываются не одинаковыми, если в линии электропередач используется разное напряжение. Чем больше напряжение, тем меньше потери. Для изменения напряжения используют трансформаторы. Для повышения напряжения в начале ЛЭП устанавливают повышающие трансформаторы, а в конце – понижающие, уменьшающие напряжение до требуемых значений. Для этого сооружают трансформаторные подстанции, распределяющие электроэнергию между потребителями (промышленные центры, заводы, фабрики, города, поселки) и трансформирующие ее на напряжения электрических сетей и токоприемников. Главное место среди множества различных видов трансформаторов, применяемых в энергетике, принадлежит силовым трансформаторам.

Наша цель заключается в том, чтобы спроектировать трансформатор с приемлемыми паспортными данными, то есть, чтобы потери короткого замыкания, потери холостого хода и т.д. были в пределах нормы.

К основным электрическим величинам, значения которых используются в расчетах трансформаторов, относятся:

мощности на одну фазу и на стержень;

номинальные линейные токи обмоток высшего напряжения (ВН) и низшего напряжения (НН);

номинальные фазные токи и напряжения обмоток ВН и НН;

активная и реактивная составляющие напряжения короткого замыкания;

испытательные напряжения для элементов обмоток ВН и НН.

Эти электрические величины определяются по формулам.

Опишите применение в электроэнергетике: Векторная диаграмма токов в месте двухфазного короткого замыкания на землю.

Для уяснений условий работы реле удобно использовать векторные диаграммы подведенных к ним напряжений и токов. За основу построения векторных диаграмм приняты следующие исходные положения: для упрощения рассматривается начальный момент КЗ на ЛЭП с односторонним питанием при отсутствии нагрузки (рис.1.3, а); для получения действительных углов сдвига фаз между токами и напряжениями учитывается падение напряжения не только в индуктивном, но и в активном сопротивлении R цепи КЗ; электрическая система, питающая место КЗ, заменяется одним эквивалентным генератором с фазными ЭДС ЕА, ЕВ, ЕС, представляющими симметричную и уравновешенную *1 систему векторов, относительно которых строятся векторы токов и напряжений.

Для упрощения построения диаграмм обычно рассматриваются металлические КЗ, при которых переходное сопротивление в месте замыкания RП = 0. За положительное направление токов принимается их направление от источника питания к месту повреждения, соответственно положительными считаются ЭДС и падения напряжения, направления которых совпадают с направлением положительного тока.

Двухфазное короткое замыкание на землю (К(1,1)). Этот вид КЗ также может возникать только в сети с глухозаземленной нейтралью (см. рис.1.2, г). Векторная диаграмма КЗ на землю двух фаз приведена на рис.1.7 для точек К и Р. Под действием ЭДС ЕВ и ЕС в поврежденных фазах В и С протекают токи IВк и IСк замыкающиеся через землю:

                                                                                                     (1.8)

В неповрежденной фазе ток отсутствует:

                                                                                                                   (1.9)

Сумма токов всех трех фаз с учетом (1.8) и (1.9) не равна нулю: IАк+IВк+IСк=IК(3)=3I0, полные токи содержат составляющую НП.

В месте КЗ напряжения поврежденных фаз В и С, замкнутых на землю, равны нулю: UBK=UCK=0. Напряжение между поврежденными фазами также равно нулю: UBCK=0. Напряжение неповрежденной фазы UAK остается нормальным (если пренебречь индукцией от токов IВк и IСк). В точке К треугольник междуфазных напряжений (рис.1.7, в) превращается в линию, а междуфазные напряжения между поврежденными и неповрежденными фазами UAB и UCA снижаются до фазного напряжения UAK.. Диаграмма токов и напряжений для точки Р построена на рис.1.7, б.

В связи с увеличением напряжений UBР и UСР увеличиваются и междуфазные напряжения, растет площадь треугольника междуфазных напряжений и уменьшается напряжение НП:

Рис.1.7. Двухфазное КЗ на землю: а — схема; векторные диаграммы токов и напряжений в месте КЗ и в месте установки реле Р (б); напряжения нулевой последовательности и фазных напряжений в месте КЗ (в) и в точке Р (г)

Векторные диаграммы при двухфазных КЗ на землю имеют следующие особенности:

1) токи и напряжения несимметричны и неуравновешены, что обусловливает появление кроме прямой составляющих НП и ОП;

2) из-за резкого снижения напряжений в месте КЗ этот вид повреждения после К(3) является наиболее тяжелым для устойчивости энергосистемы и потребителей электроэнергии.

Билет№13

1. Раскройте содержание следующих терминов: Защита трансформаторов. Повреждения и ненормальные режимы работы. Защита от внешних КЗ. Защита от перегрузок. Токовая отсечка

2. Раскройте содержание следующих терминов: Защита генераторов. Защита цепи возбуждения от замыканий на землю.Защита ротора от перегрузки.Защита от потери возбуждения.

3. Дайте формулировку определений: Надежность и Надежность энергосистемы

4. Рассмотрите составление схемы замещения обратной последовательности.

5. Опишите применение в электроэнергетике: Векторная диаграмма напряжений в месте однофазного короткого замыкания.

Билет№14

1. Раскройте содержание следующих терминов: Однофазные замыкания на землю (ОЗЗ). Токи и напряжения при ОЗЗ. Расчет емкостных токов сети с малым током замыкания на землю. Трансформатор тока нулевой последовательности (ТНП).

2. Раскройте содержание следующих терминов: Защита электродвигателей. Защита от междуфазных КЗ.Защита от замыканий на землю и перегрузки.Защита минимального напряжения.

3. Рассмотрите понятия Объединенное диспетчерское управление (ОДУ) и Региональное диспетчерское управление (РДУ)

4. Рассмотрите составление схемы замещения нулевой последовательности.

5. Раскройте содержание следующих терминов: Векторная диаграмма токов в месте однофазного короткого замыкания

1.Раскройте содержание следующих терминов: Однофазные замыкания на землю (ОЗЗ). Токи и напряжения при ОЗЗ. Расчет емкостных токов сети с малым током замыкания на землю. Трансформатор тока нулевой последовательности (ТНП).

Металлическое замыкание на землю одной фазы в сети с изолированной нейтралью. Допустим, что повредилась фаза А (см. рис.9.1), тогда ее фазное напряжение относительно земли снижается до нуля (UA = 0). Напряжение нейтрали UN(1) по отношению к земле становится равным UN = UKN (рис.9.1 и 9.2, б), т.е. напряжению, равному по значению и обратному по знаку заземлившейся фазы:                                                                                                   (9.2)

Напряжение неповрежденных фаз относительно земли повышаются до междуфазных значений UB(1)= UBA и UС(1)= UСA. Междуфазные напряжения остаются неизменными, что видно из рис.9.1 и 9.2. Токи при замыкании на землю. В месте повреждения К проходят токи, замыкающиеся через емкости неповрежденных фаз сети (9.1). Поскольку UA= 0, то IA(C) = 0. В двух других фазах под действием напряжений U'Bи U'Cпоявляются токи, опережающие на 90° эти напряжения:                                                               (9.3) Ток Iз(C) в месте повреждения равен сумме токов в фазах В и С (рис.9.1): Iз(C) = (IB(C) + IC(C)). С учетом (9.3) Поскольку UBA + UCA = – 3ЕА(рис.9.2, б):                                                                           (9.4) Таким образом, ток Iз(C) равен утроенному значению нормального емкостного тока фазы Iф(C) = Uф/XC. Из рис.9.2, б видно, что ток Iз(C) опережает от UN на 90°. Ток Iз(C) может быть определен по формуле где l – общая протяженность одной фазы сети; Суд – емкость 1 км фазы относительно земли. В воздушных сетях Iз(C) находится в пределах от долей до нескольких десятков ампер; в кабельных – от нескольких ампер до 200-400 А в сетях больших городов. Токи и напряжения нулевой последовательности при замыканиях на землю. При замыкании на землю в фазных напряжениях и токах появляются составляющие НП:                                                                                        (9.5)  (9.6) Подставляя в(9.5) значения U'В и U'С, получаем                                                                          (9.7) Поскольку сопротивление проводов значительно меньше ХС,во всех точках сети Uo= UoK. Токи I0, возникающие под действием UoK,замыкаются через емкость фаз и заземленные нулевые точки генераторов и трансформаторов, если такие заземления имеются. Из распределения токов I0, показанного на рис.9.3, следует:                                                        (9.8) где Uф – нормальное напряжение поврежденной фазы. Из приведенного рассмотрения можно сделать вывод, что емкостный ток в месте замыкания                                                                                                            (9.9) Токи 3I0(C) и Iз(C) совпадают по фазе и опережают вектор напряжения.

Принцип работы трансформатора тока нулевой последовательности основан на сложении значений тока во всех трех фазах защищаемого участка. В нормальном(симметричном) режиме сумма значений фазных токов равна нулю. В случае возникновения однофазного замыкания, в сети появятся токи нулевой последовательности и сумма значений токов в трех фазах будет отлична от нуля, что зафиксирует измерительный прибор (например, амперметр), подключенный ко вторичной обмотке трансформатора тока нулевой последовательности.

2). В обмотках электродвигателей могут возникать замыкания на землю одной фазы статора, замыкания между витками и многофазные короткие замыкания. Многофазные короткие замыкания и замыкания на землю могут также возникнуть на выводах электродвигателей, в кабелях, муфтах и воронках. Так же как и повреждения других электрических машин и аппаратов, короткие замыкания в электродвигателях сопровождаются прохождением больших токов, разрушающих изоляцию и медь обмоток, сталь ротора и статора. Для защиты электродвигателя от многофазных коротких замыканий служит токовая отсечка или продольная дифференциальная защита, действующая на отключение.

Электродвигатели напряжением до 500 В защищаются от коротких замыканий с помощью плавких предохранителей или быстродействующих электромагнитных расцепителей автоматов. Однофазные замыкания на землю в обмотках статора электродвигателей напряжением 3—10 кВ, являющиеся также распространенным видом повреждения, менее опасны, чем короткие замыкания, так как сопровождаются прохождением токов порядка 5—20 А, определяемых емкостным током сети.

б) Ненормальные режимы работы

Длительное прохождение по обмоткам электродвигателей токов, превышающих номинальный, является ненормальным режимом, так как может повлечь за собой повреждение электродвигателей. Допустимое время перегрузки электродвигателей определяется согласно следующему упрощенному выражению:

где t — допустимое время перегрузки, с;  — кратность тока электродвигателя по отношению к номинальному; А — коэффициент, зависящий от типа и исполнения электродвигателя. Величину коэффициента А можно ориентировочно принимать равной: 250 — для закрытых электродвигателей, имеющих большой вес и размеры; 150 — для открытых электродвигателей. Перегрузка электродвигателей может иметь место как вследствие перегрузки механизмов, например завала углем мельницы или дробилки, забивания пылью вентиляторов или кусками шлака насоса золоудаления и т. п., так и вследствие их неисправности, например повреждения подшипников и т. п. Токи, значительно превышающие номинальные, проходят при пуске и самозапуске электродвигателей. Это происходит потому, что при уменьшении скорости вращения уменьшается сопротивление электродвигателя. В результате ток, потребляемый электродвигателем, увеличивается при снижении скорости вращения. Зависимость тока электродвигателя 1 от скорости вращения n при постоянном напряжении на его выводах приведена на рис. 11-2. Наибольший ток проходит, когда ротор электродвигателя остановлен. Этот ток, называемый пусковым, в несколько раз превышает номинальный ток электродвигателя. Защита от перегрузки может действовать на сигнал, разгрузку механизма или отключение электродвигателя.

При коротких замыканиях в сети напряжение на выводах электродвигателя понижается, вследствие чего создаваемый им вращающий момент уменьшается и становится меньше противодействующего момента механизма. В результате скорость вращения электродвигателя уменьшается тем больше, чем глубже было снижение напряжения и чем дольше оно продолжалось. После отключения короткого замыкания напряжение на выводах электродвигателя восстанавливается и скорость его вращения начинает увеличиваться. При этом по обмоткам электродвигателя проходят большие токи, величина которых определяется скоростью вращения электродвигателя и напряжением на его выводах. Снижение скорости вращения всего на 10—25% приводит к уменьшению сопротивления электродвигателя до минимального значения, соответствующего пусковому току. Восстановление нормальной работы электродвигателя после отключения короткого замыкания называется самозапуском, а токи, проходящие при этом, — токами самозапуска. На всех асинхронных электродвигателях самозапуск может быть осуществлен без опасности их повреждения, и поэтому защита должна быть отстроена от режима самозапуска. От возможности и длительности самозапуска асинхронных электродвигателей основных механизмов собственного расхода зависит бесперебойная работа тепловых электростанций. Поэтому, если из-за большого снижения напряжения нельзя обеспечить быстрого самозапуска всех работающих электродвигателей, часть из них приходится отключать. Для этого используется специальная защита минимального напряжения, отключающая неответственные электродвигатели при снижении напряжения на их выводах до 60— 70% номинального. В случае обрыва одной из фаз обмотки статора электродвигатель продолжает работать. Скорость вращения ротора при этом несколько уменьшается, а обмотки двух неповрежденных фаз перегружаются током, в 1,5—2 раза больше номинального. Защита электродвигателя от работы на двух фазах, как правило, не устанавливается, так как опыт эксплуатации показывает, что при качественном монтаже коммутационных и защитных устройств и правильном выборе плавких предохранителей обрыв фазы происходит весьма редко. Применение специальной защиты от работы двигателей на двух фазах допускается лишь в порядке исключения для электродвигателей, защищенных предохранителями, если двухфазный режим работы может повлечь за собой выход двигателя из строя.