Термическое действие токов к.З.

Для каждого элемента электроустановки нормами устанавливаются допустимые температуры нагрева, выше которых он не должен нагреваться в заданных условиях работы. При этом различают два режима:

- длительный нагрев током нормального режима;

- кратковременный режим нагрева током к.з.

Поскольку режим к.з. ограничивается по времени (не более 3секунд), допускается более высокая температура нагрева, чем в длительном режиме.

Температура нагрева проводника складывается из двух составляющих:

,

где - температура окружающей среды;

- перепад температуры нагретого проводника и окружающей среды.

В длительном режиме нагрева изменение температуры происходит в соответствии с уравнением:

,

где - установившееся значение перепада температуры ( );

Т_н - постоянная нагрева проводника.

Для длительного режима работы условием нормальной работы является:

или .

В режиме короткого замыкания токи возрастают в 10 – 20 раз, при этом нагрев возрастает в 100 - 400 раз, а теплоотдача изменяется незначительно. Поэтому процесс можно считать адиабатическим, когда все тепло идет на нагрев проводника без отдачи в окружающую среду.

Количество тепла, выделенного в проводнике в режиме к.з., пропорционально импульсу квадратичного тока к.з. (тепловому импульсу)

,

где - действующее значение тока в момент к.з.

В практических расчетах определяют упрощенно

.

Время действия тока к.з. ( ) складывается из времени действия основной релейной защиты ( ) и полного времени отключения выключателя :

.

При выборе электрических аппаратов используются указанные заводом-изготовителем данные о гарантированных значениях времени и среднеквадратичного тока , которые выдерживаются аппаратом без повреждений. Условие проверки термической стойкости:

.

При выборе проводников условием проверки на термическую стойкость является

.

Для проверки необходимо определить температуру ( ) проводника в конце режима к.з., что достаточно сложно. Для упрощения расчетов по проверке термической стойкости проводников можно использовать понятие минимального сечения проводника

,

где - коэффициент, который приводится для проводов, шин и кабелей в справочной литературе.

Проводник термически стоек к току короткого замыкания, если

.

Лекция №8-10 высоковольтные выключатели

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Выключатель высокого напряжения – это аппарат, предназначенный для оперативной и аварийной коммутации в энергосистемах, для выполнения операции включения и отключения отдельных цепей при ручном и автоматическом управлении.

Отключение тока выключателем сопровождается возникновением на его контактах мощной электрической дуги. Для гашения дуги в выключателях применяют различные дугогасительные среды и специальные дугогасительные приспособления, которые облегчают и ускоряют гашение дуги.

В зависимости от применяющейся дугогасительной среды различают масляные, воздушные, автогазовые, элегазовые, вакуумные и другие выключатели.

В среднем классе напряжения 6-35 кВ вакуумные выключатели находят все возрастающее применение в силу их принципиальных преимуществ перед всеми другими известными типами выключателей. Для эксплуатации удобно и экономически выгодно иметь на подстанции одно­типные коммутационные аппараты, так как это снижает эксплуатационные расходы и квалифика­ционные требования к обслуживающему персоналу.

Вакуумные выключатели – это выключатели, в которых контакты расходятся в среде 10^-4 – 10^-6 Па. Возникающая при этом дуга быстро гаснет за счет интенсивной диффузии зарядов в вакууме.

В настоящее время вакуумные выключатели (ВВ) стали доминирующими аппаратами для электрических сетей напряжением 6-36 кВ. Так, доля вакуумных выключателей в общем количестве выпускаемых аппаратов в Европе и США достигает 70%, в Японии – 100%. В России в последние годы эта доля имеет постоянную тенденцию к росту и в 1997 г. превысила 50%-ную отметку.

ВВ в России пока еще более дорогие, чем масляные, однако в последние годы имеется устойчивая тенденция к сокращению разницы в цене.

Сегодня вакуумную коммутационную технику можно считать достаточно «взрослой», которая может применяться на токи отключения 100 кА, так что в последние годы усилия разработчиков направлены не на повышение основных параметров ВВ, а на создание более экономичных конструкций и повышение их надежности.

По первому направлению работа идет, в основном, по пути совершенствования конструкции и технологии производства вакуумных дугогасительных камер, составляющих 30-40% стоимости вакуумного выключателя. В области приводов традиционного типа (преимущественно пружинно-моторных) возможности разработки с точки зрения снижения производственных затрат практически исчерпаны.

Второе направление – повышение надежности ВВ, в основном связано с повышением надежности их приводов, так как надежность вакуумных дугогасительных камер (ВДК) при современной технологии производства практически безупречна.

В 90-х годах ряд фирм представил конструкции приводов, не требующих обслуживания в течение всего срока эксплуатации.

Вместе с тем, очевидно, что при сохранении традиционных подходов к проектированию ВВ существенного прогресса в области снижения производственных затрат (которые, разумеется, влияют и на цену ВВ на рынке) и повышения надежности приводов ожидать не приходится.