slučajevi kratkog spoja. Zaštita od kratkog spoja

Struja kratkog spoja

Na slici 1 prikazan je dijagram spajanja električne žarulje sa žarnom niti na električnu mrežu. Ako je otpor ove svjetiljke r l \u003d 240 Ohm, i napon mreže U\u003d 120 V, tada će prema Ohmovom zakonu struja u krugu žarulje biti:

Slika 1. Shematski dijagram kratkog spoja na stezaljkama prekidača

Analizirajmo slučaj kada se pokazalo da su žice koje idu do žarulje sa žarnom niti zatvorene kroz vrlo mali otpor, na primjer, debela metalna šipka s otporom r\u003d 0,01 Ohm, slučajno pada na dvije žice. U ovom slučaju, struja mreže, prolazi do točke A, granat će se na dva načina: jedan njegov veliki dio će ići duž metalne šipke - put s malim otporom, a drugi, mali dio struje, proći će putem s velikim otporom - žarulja sa žarnom niti.

Način rada mreže u nuždi, kada se, zbog smanjenja otpora, struja u njoj naglo povećava u odnosu na normalnu, naziva se kratki spoj.

Odredimo kolika je snaga struje kratkog spoja koja teče kroz metalnu šipku:

Zapravo, u slučaju kratkog spoja, napon mreže će biti manji od 120 V, jer će velika struja stvoriti veliki pad napona u mreži i stoga će struja koja teče kroz metalnu šipku biti manja od 12 000 A. Ali ipak će ova struja biti mnogo puta veća od struje koju je prethodno trošila žarulja sa žarnom niti.

Snaga kratkog spoja pri struji ja kz \u003d 12.000 A bit će:

P kz = U × ja kz \u003d 120 × 12.000 \u003d 1.440.000 W \u003d 1.440 kW.

Struja koja prolazi kroz vodič stvara toplinu, a vodič se zagrijava. U našem primjeru, presjek žica električnog kruga dizajniran je za malu struju - 0,5 A. Kada su žice zatvorene, kroz krug će teći vrlo velika struja - 12 000 A. Takva struja će uzrokovati oslobađanje velike količine topline, što će zasigurno dovesti do ugljenisanja i izgaranja izolacije žice, taljenja materijala žice, oštećenja električnih mjernih instrumenata, taljenja kontakata prekidača, nožnih prekidača i sl. Izvor električne energije koji opskrbljuje takav krug također može biti oštećen. Pregrijavanje žica može uzrokovati požar.

Svaka električna mreža izračunava se za svoju, normalnu struju za nju.

Zbog opasnih, razornih, a ponekad i nepopravljivih posljedica kratkog spoja, prilikom postavljanja i rada električnih instalacija potrebno je poštivati ​​određene uvjete kako bi se otklonili uzroci kratkog spoja. Glavni su sljedeći:
1) izolacija žica mora odgovarati svojoj namjeni (napon mreže i uvjeti njenog rada);
2) presjek žica mora biti takav da njihovo zagrijavanje u postojećim radnim uvjetima ne dosegne opasnu vrijednost;
3) položene žice moraju biti pouzdano zaštićene od mehaničkih oštećenja;
4) spojevi i grane moraju biti jednako sigurno izolirani kao i same žice;
5) križanje žica mora se obaviti tako da se žice ne dodiruju;
6) žice moraju biti položene kroz zidove, stropove i podove tako da budu zaštićene od vlage, mehaničkih i kemijskih oštećenja i dobro izolirane.

Zaštita od kratkog spoja

Kako bi se izbjeglo naglo, opasno povećanje struje u električnom krugu kada je u kratkom spoju, krug je zaštićen osiguračima ili prekidačima.

Osigurači su žica s niskim taljenjem spojena serijski na mrežu. Kada se struja poveća iznad određene vrijednosti, žica osigurača se zagrijava i topi, zbog čega se električni krug automatski prekida i struja u njemu prestaje.

Prekidač je složeniji i skuplji zaštitni uređaj od osigurača. Međutim, za razliku od osigurača, dizajniran je za višestruka isključenja kada štiti strujne krugove tijekom rada u nuždi. Strukturno, prekidač je izrađen u dielektričnom kućištu s ugrađenim mehanizmom za okidanje. Mehanizam za otpuštanje ima fiksne i pokretne kontakte. Pokretni kontakt je opružen, opruga daje silu za brzo odvajanje kontakata. Mehanizam za otpuštanje pokreće se jednim od dva oslobađanja: toplinskim ili magnetskim.

Toplinsko oslobađanje je bimetalna ploča koja se zagrijava strujom koja teče. Kada struja teče iznad dopuštene vrijednosti, bimetalna ploča se savija i aktivira mehanizam okidanja. Vrijeme rada ovisi o struji (vremensko-strujnoj karakteristici) i može varirati od sekundi do sati. Za razliku od osigurača, prekidač je spreman za sljedeću upotrebu nakon što se ploča ohladi.

Elektromagnetsko otpuštanje je trenutno otpuštanje, koje je solenoid (zavojnica izrađena od bakrenog vodiča), čija pomična jezgra također može pokrenuti mehanizam za otpuštanje. Struja koja prolazi kroz sklopku teče kroz solenoidni namot i uzrokuje da se jezgra povuče kada se prekorači strujni prag. Trenutačno oslobađanje, za razliku od toplinskog, djeluje vrlo brzo (djelići sekunde), ali s mnogo većim viškom struje: 2 ÷ 14 puta od nazivne struje.

Video 1. Kratki spoj

Što je kratki spoj? Najčešće se ova fraza može čuti od električara, kao i ljudi koji uopće ne razumiju elektroniku i elektriku. Na svako pitanje zašto je iz bilo kojeg uređaja ili uređaja došao dim, svi kao jedan kažu: "Došlo je do kratkog spoja." Vrlo univerzalna izlika za one koji žele izgledati kao pametni neznalica).

Priroda kratkog spoja

Pogledajmo najjednostavniji krug koji se sastoji od žarulje i automobilske baterije:

U tom slučaju struja će teći kroz strujni krug i žarulja će svijetliti.

Pretpostavimo da su nam žice koje vode do žarulje potpuno ogoljene. Odjednom, nekim čudom, na ove žice padne još jedna gola žica. Ovo ožičenje zatvara naše dvije gole žice i zabava počinje - u krugu postoji kratki spoj (kratki spoj). Kratki spoj je najkraći put kojim električna struja prolazi kroz strujni krug u kojem postoji najmanji otpor.

Sada struja teče i kroz žarulju i kroz ožičenje. Ali naše ožičenje je mnogo manje od otpora žarulje, a gotovo sva struja će teći tamo gdje je manji otpor - to jest kroz ožičenje. A budući da je otpor naše žice vrlo mali, onda će struja, dakle, teći vrlo velika, prema Ohmovom zakonu. A ako teče velika struja, količina topline koju generira ožičenje bit će vrlo velika, prema Joule-Lenzovom zakonu. Na kraju će kroz strujni krug proteći veliki krug, koji je označen crvenom bojom, a ovaj će se krug jako zagrijati. Zagrijavanje žica može uzrokovati njihovo izgaranje ili čak zapaljenje. Ovaj slučaj se zove kratki spoj.

Vjerojatno ste više puta čuli u biltenu da je požar izazvao kratki spoj. U ovom slučaju, gola žica faze je na nekom mjestu dodirnula golu žicu nule, ili je faza dodirnula tlo. Došlo je do kratkog spoja, a žice su se počele zagrijavati do te mjere da su se obližnji predmeti svojom toplinom zapalili. Stoga vatra.

Uglavnom, u starim kućama dolazi do kratkog spoja od starog kabela koji puca po šavovima i može doći do kratkog spoja jedan s drugim. Stoga, prva stvar koju trebate učiniti kada kupujete stan ili kuću na sekundarnom tržištu je pogledati stanje ožičenja.

Tipični znakovi kratkog spoja

• pregoreli osigurači u elektroničkoj opremi (REA)
• zagrijavanje strujnog kruga u kojem teče struja kratkog spoja
• napon izvora niskog napona
• visoka struja
• dim
• ugljenisane žice
• spaljene PCB staze
• crna čađa na mjestu gdje je došlo do kratkog spoja

Kako se nositi s kratkim spojem? Ovo je, naravno, instalirati osigurače, prekidače i pokušati napraviti uredno ožičenje.

Često čujemo "Došlo je do kratkog spoja", "Sklop je u kratkom spoju". Odmah je jasno da se dogodilo nešto neplanirano i loše. Ali zašto je krug kratak, a ne dug? Stanimo na kraj neizvjesnosti i shvatimo što se točno događa kada dođe do kratkog spoja u električnom krugu.

Što je kratki spoj (kratki spoj)

Električna raža pliva u oceanu i nije sretna KZ, potpuno se odričući poznavanja Ohmovog zakona. Za nas, da bismo razumjeli prirodu i uzroke kratkog spoja, ovaj je zakon jednostavno neophodan. Dakle, ako još niste imali vremena, čitamo o Ohmovom zakonu, jakosti struje, naponu, otporu i drugim prekrasnim fizičkim konceptima.

Sada kada sve ovo znate, možete dati definiciju kratkog spoja iz fizike i elektrotehnike:

Kratki spoj- ovo je spoj dviju točaka električnog kruga s različitim potencijalima, što nije predviđeno normalnim radom kruga i dovodi do kritičnog povećanja jakosti struje na spoju.

Kratki spoj dovodi do stvaranja destruktivnih struja koje prelaze dopuštene vrijednosti, kvara uređaja i oštećenja ožičenja. Zašto se ovo događa? Analizirajmo detaljno što se događa u krugu tijekom kratkog spoja.

Uzmimo najjednostavniji sklop. Ima izvor struje, otpor i žice. Štoviše, otpor žica se može zanemariti. Takva shema je sasvim dovoljna za razumijevanje suštine kratkog spoja.

U zatvorenom krugu vrijedi Ohmov zakon: struja je izravno proporcionalna naponu i obrnuto proporcionalna otporu. Drugim riječima, što je otpor manji, to je struja veća .

Točnije, za naš sklop, Ohmov zakon će biti napisan u sljedećem obliku:

Ovdje r je unutarnji otpor izvora struje i grčko slovo epsilon označava emf izvora.

Što se podrazumijeva pod strujom kratkog spoja? Ako otpor R u našem krugu neće biti, ili će biti vrlo mala, tada će se jačina struje povećati, a struja kratkog spoja će teći u krugu:

Usput! Za naše čitatelje sada je popust od 10%.

Vrste kratkih spojeva i njihovi uzroci

U svakodnevnom životu postoje kratki spojevi:

• jednofazni- kada se fazna žica zatvori na nulu. Takvi kratki spojevi se najčešće događaju;
• dvofazni- kada je jedna faza zatvorena za drugu;
• tri faze- kada su tri faze zatvorene odjednom. Ovo je najproblematičniji tip kratkog spoja.

Na primjer, u nedjelju ujutro, vaš susjed iza zida povezuje fazu i nulu u utičnici tako što u nju uključuje bušilicu. To znači da je krug zatvoren, a struja teče kroz opterećenje, odnosno kroz uređaj uključen u utičnicu.

Ako susjed spoji fazne i nulte žice u utičnicu bez spajanja opterećenja, tada će doći do kratkog spoja u krugu, ali možete spavati dulje.

Za one koji ne znaju, za bolje razumijevanje bit će korisno pročitati koja su faza i nula u struji.

Kratki spoj se naziva kratkim spojem, jer struja u takvom krugu, takoreći, ide kratkim putem, zaobilazeći opterećenje. Kontrolirani ili dugi krug - ovo je uobičajeno, svima poznato, uključivanje uređaja u utičnicu.

Zaštita od kratkog spoja

Prvo, o tome kakve posljedice može uzrokovati kratki spoj:

1. Oštećenje osobe električnom strujom i generiranom toplinom.
2. Vatra.
3. Kvar uređaja.
4. Nestanak struje i nema interneta kod kuće. Kao rezultat - prisilna potreba za čitanjem knjiga i večerom uz svijeće.

Kao što vidite, kratki spoj je neprijatelj i štetočina s kojom se treba boriti. Koje su metode zaštite od kratkog spoja?

Gotovo svi se temelje na brzom otvaranju kruga kada se otkrije kratki spoj. To se može učiniti pomoću raznih uređaja za zaštitu od kratkog spoja.

Gotovo svi moderni električni uređaji imaju osigurače. Velika struja jednostavno topi osigurač i strujni krug se prekida.

U stanovima se koriste prekidači. To su prekidači dizajnirani za određenu radnu struju. Kada se struja poveća, stroj radi, prekidajući strujni krug.

Za zaštitu industrijskih elektromotora od kratkih spojeva koriste se posebni releji.

Sada možete jednostavno definirati kratki spoj, a istovremeno znate za Ohmov zakon, kao i fazu i nulu u struji. Želimo svima da ne dogovaraju kratke spojeve! A ako imate “zatvoreni krug” u glavi i nemate baš energije za neki posao, naš studentski servis uvijek će vam pomoći da se nosite s tim.

I za kraj, video o tome kako NE rukovati električnom strujom.

Dobar dan, dragi čitatelji web stranice Električarske bilješke.

Odavno sam želio napisati članak o kratkom spoju. Ali sve nekako nije dospjelo u ruke.

Danas sam se odlučio, jer su na mene utjecali posljednji događaji koji su se dogodili u distribucijskoj trafostanici našeg poduzeća.

Ranije smo u člancima rekli da uzrokuju kratke spojeve ili kratke spojeve.

Kratki spoj je jedna od najtežih i najopasnijih vrsta oštećenja.

Pitat ćete se zašto? Pročitajte u nastavku.

Što je kratki spoj?

Wikipedia na ovo pitanje odgovara da je kratki spoj:

Pročitajte definiciju.

A sada pogledajmo pobliže što se događa s parametrima električne instalacije u trenutku kratkog spoja.

U slučaju kratkog spoja, napon na izvoru napajanja, odnosno EMF, dolazi do kratkog spoja kroz mali (mali) otpor kabelskih i nadzemnih vodova, namota transformatora i generatora. Otuda i naziv "kratki spoj".

U "kratko" zatvorenom krugu pojavljuje se vrlo velika struja koja se naziva struja kratkog spoja.

Razmotrite klasifikaciju kratkih spojeva.

Kratki spojevi su podijeljeni po broju zatvorenih faza:

• trofazni kratki spojevi
• dvofazni kratki spojevi
• jednofazni kratki spojevi

Kratki spojevi se dijele prema kratkom spoju:

• sa zemljom
• bez zemlje

Kratki spojevi su podijeljeni po broju zatvorenih točaka u mreži:

• u jednom trenutku
• u dvije točke
• u nekoliko točaka (više od dvije)

Primjer

Razmotrimo primjer.

Recimo da se naš potrošač napaja iz trafostanice preko nadzemnog dalekovoda (VL). Opskrbni vod je tranzitni, pa se potrošač napaja iz slavine iz nadzemnog voda u točki "O".

Isprekidana linija na broju 2 pokazuje razinu napona u cijelom nadzemnom vodu prije nego što dođe do kratkog spoja.

Slika pokazuje da je napon u bilo kojoj točki električne mreže jednak razlici EMF izvora napajanja i padu napona u električnom krugu do točke koja nam je potrebna.

Na primjer, napon u točki "O" može se izračunati pomoću formule :

Uo \u003d E - I * Zo, gdje

• E - EMF izvora energije, u našem slučaju, generatora
• Zo je impedancija nadzemnog voda od izvora napajanja do točke "O" (sastoji se od aktivnog i reaktivnog otpora)
• I je struja koja teče kroz nadzemni vod u danom trenutku.

Pretpostavimo da je iz nekog razloga došlo do kratkog spoja na nadzemnom vodu, ali izvan naše slavine. Nazovimo ovu točku kratkog spoja "K".

Što se događa tijekom kratkog spoja?

U trenutku kratkog spoja, nazivna struja više ne prolazi kroz nadzemni vod, već struja kratkog spoja velike veličine, pa se pad napona na svakom elementu električnog kruga povećava. Naime, na otporu Zo i Zk.

Najveći pad napona bit će na mjestu kratkog spoja, t.j. u točki "K". Na ostalim točkama nadzemnog voda, udaljenim od kratkog spoja, napon će se smanjiti malo manje (to se može vidjeti na slici - linija broj 1).

U jednom od svojih članaka dao sam vizual. Slijedite poveznicu i upoznajte se s materijalima.

Posljedice kratkog spoja

Već smo saznali da u trenutku kratkog spoja dolazi do naglog povećanja veličine struje i smanjenja napona, što dovodi do sljedećih posljedica.

1. Uništenje

Pogledajmo malo fizike.

Prema zakonu poznatog fizičara Joule-Lenz-a, struja kratkog spoja, koja neko vrijeme teče kroz aktivni otpor električnog kruga, oslobađa toplinu u njemu, što se izračunava po formuli:

U točki kratkog spoja, ova toplina, kao i plamen električnog luka, stvara velika razaranja. I što je veća struja kratkog spoja i vrijeme potrebno da prođe kroz strujni krug, to će biti veće uništenje.

Da vam bude jasno koliko su ova razaranja velikih razmjera, u nastavku ću navesti primjere iz svoje prakse.

Pogon za izmjenu slavina. Došlo je do kratkog spoja u namotu asinkronog motora

2. Oštećenje izolacije

Tijekom prolaska struje kratkog spoja kroz netaknute vodove, oni se zagrijavaju iznad maksimalno dopuštene temperature, što dovodi do oštećenja njihove izolacije.

Aktivni dio transformatora. Kratki spoj je nastao zbog oštećenja izolacije

Kratki spoj kabela. Posljedice

3. Potrošači i električni prijemnici

Smanjenje napona tijekom kratkog spoja remeti normalan rad potrošača i električnih prijamnika.

Na primjer, asinkroni se može potpuno zaustaviti kada napon mreže padne, jer. moment njegove rotacije može biti manji od momenta otpora i trenja mehanizama.

Također je poremećen normalan rad zaustavljanja rasvjete. Ovdje mislim da nije potrebno objašnjenje.

Pogledajte vizualni video o uzrocima i posljedicama kratkog spoja u električnoj instalaciji od 400 (V) u jednoj od naših trafostanica:

Ali slučaj je ozbiljniji - trofazni kratki spoj u mreži 10 (kV).

Evo još nekih fragmenata nesreće koja se dogodila zbog kratkog spoja u presjeku 10 (kV) kabela:

p.s. Na kraju članka na temu kratkog spoja želio bih potvrditi ono što je rečeno na početku mog članka da je kratki spoj najopasnija i najteža vrsta oštećenja koja zahtijeva trenutnu i brzu reakciju i isključenje oštećeni dio strujnog kruga.

Glavni razlog za pojavu kratki spoj- kršenje izolacije električne opreme, uključujući kabele i nadzemne vodove. Evo nekoliko primjera nastanka kratkog spoja zbog kvara izolacije.

Prilikom izvođenja zemljanih radova oštećen je visokonaponski kabel što je dovelo do pojave kratkog spoja faza na fazu. U ovom slučaju došlo je do oštećenja izolacije kao posljedica mehaničkog utjecaja na kabelski vod.

U otvorenom razvodnom uređaju trafostanice došlo je do jednofaznog zemljospoja kao posljedica kvara potpornog izolatora zbog starenja njegove izolacijske prevlake.

Drugi prilično čest primjer je pad grane ili stabla na žice nadzemnog dalekovoda, što dovodi do bičevanja ili lomljenja žica.

Metode zaštite opreme od kratkih spojeva u električnim instalacijama

Kao što je gore spomenuto, kratki spojevi popraćeni su značajnim povećanjem struje, što dovodi do oštećenja električne opreme. Stoga je zaštita električne opreme od ovog hitnog načina rada glavna zadaća elektroprivrede.

Za zaštitu od kratkih spojeva, kao hitni rad opreme, u električnim instalacijama distribucijskih trafostanica koriste se različiti zaštitni uređaji.

Glavna svrha svih uređaja za relejnu zaštitu je isključiti prekidač (ili nekoliko) koji napaja dio mreže u kojem je došlo do kratkog spoja.

U električnim instalacijama napona 6-35 kV, za zaštitu vodova od kratkih spojeva koristi se prekostrujna zaštita (MTP). Za zaštitu vodova 110 kV od kratkih spojeva, kao glavna zaštita vodova koristi se diferencijalno-fazna zaštita. Osim toga, za zaštitu dalekovoda 110 kV kao rezervna zaštita koriste se daljinska i uzemljiva zaštita (TZNP).

3 Prijenos električne energije

Prijenos električne energije od elektrane do potrošača jedan je od najvažnijih zadataka energetske industrije. Električna energija se prvenstveno prenosi zrakom. električni vodovi(elektrovodi) izmjenične struje, iako postoji tendencija sve veće uporabe kabelskih vodova i vodova istosmjerne struje. P. treba e. na daljinu je posljedica činjenice da električnu energiju proizvode velike elektrane s moćnim jedinicama, a troše je električni prijemnici relativno male snage raspoređeni na velikom području. rad ovisi o udaljenosti ujedinjeni elektroenergetski sustavi pokrivaju ogromna područja.

Jedna od glavnih karakteristika prijenos snage je njegov kapacitet, odnosno maksimalna snaga koja se može prenijeti preko dalekovoda, uzimajući u obzir ograničavajuće čimbenike: maksimalnu snagu u uvjetima stabilnosti, gubitke u koroni, zagrijavanje vodiča itd. Snaga koja se prenosi kroz AC strujnu liniju povezana je s njegovom duljinom i ovisnošću o naponu

gdje U 1 i U 2 - napon na početku i na kraju dalekovoda, Z c je valna impedancija dalekovoda, a je koeficijent promjene faze koji karakterizira rotaciju vektora napona duž voda po jedinici njegove duljine (zbog valna priroda širenja elektromagnetskog polja), l- dužina dalekovoda, d- kut između vektora napona na početku i na kraju linije, koji karakterizira način prijenosa energije i njegovu stabilnost. Maksimalna snaga prijenosa je postignuta na d= 90° kada sin d= 1. Za nadzemne dalekovode izmjenične struje približno se može smatrati da je najveća odaslana snaga približno proporcionalna kvadratu napona, a trošak izgradnje dalekovoda proporcionalan naponu. Stoga se u razvoju prijenosa energije javlja tendencija povećanja napona kao glavnog sredstva povećanja prijenosnog kapaciteta dalekovoda.

U prijenosu istosmjerne energije mnogi čimbenici svojstveni prijenosu izmjenične struje i koji ograničavaju njihovu propusnost su odsutni. Maksimalna snaga koja se prenosi kroz istosmjerne električne vodove veća je od one kod sličnih vodova izmjenične struje:

gdje E v - izlazni napon ispravljača, R å - ukupni aktivni otpor prijenosa energije, koji osim otpora žica dalekovoda uključuje i otpor ispravljača i pretvarača. Ograničenje korištenja prijenosa istosmjerne struje uglavnom je posljedica tehničkih poteškoća u stvaranju učinkovitih jeftinih uređaja za pretvaranje izmjenične struje u istosmjernu (na početku linije) i istosmjerne struje u izmjeničnu (na kraju crta). Prijenos istosmjerne struje obećava za povezivanje velikih elektroenergetskih sustava koji su međusobno udaljeni. U tom slučaju nema potrebe za osiguranjem stabilnosti ovih sustava.

Kvaliteta električne energije određena je pouzdanim i stabilnim radom prijenosa energije, što se osigurava, posebice, korištenjem kompenzacijskih uređaja i automatskih regulacijskih i upravljačkih sustava (vidi. Automatska kontrola uzbude, Automatska regulacija napona, Automatska kontrola frekvencije).

Kao rezultat istraživačkog rada razvijeno je sljedeće:

sheme prijenosa energije istosmjerne struje koje omogućuju najracionalnije korištenje značajki dizajna trofaznih nadzemnih vodova izmjenične struje dizajniranih za prijenos električne energije kroz tri žice;

metodologija za proračun radnog napona istosmjerne struje za nadzemne dalekovode izgrađene na temelju tipičnih konstrukcija trofaznih izmjeničnih nosača naponskih razreda 500-750 kV;

metoda za proračun kapaciteta nadzemnih vodova trofazne izmjenične struje s radnim naponom od 500-750 kV nakon njihovog prijelaza na istosmjernu struju prema shemama koje je predložio autor;

metoda za proračun pouzdanosti nadzemnih vodova trofazne izmjenične struje s radnim naponom od 500-750 kV nakon njihovog prijelaza na istosmjernu struju prema shemama koje je predložio autor.

Izračunat je proračun kritične duljine vodova, počevši od koje će prijenos istosmjerne struje prema shemama koje je izradio autor, biti ekonomski isplativiji od prijenosa izmjenične struje napona od 500, 750 kV. .

Na temelju rezultata znanstvenog istraživanja formuliraju se preporuke:

prema izboru vrste ovjesnih disk izolatora, koji su dio izolacijskih ovjesa nadzemnih vodova istosmjerne struje;

prema proračunu duljine puzne staze izolacijskih ovjesa nadzemnih vodova istosmjerne struje;

o izboru trožilne sheme prijenosa energije, u odnosu na nadzemne istosmjerne vodove, izrađene na temelju jedinstvenih dizajna trofaznih nosača izmjenične struje;

o korištenju jedinstvenih struktura trofaznih nosača izmjenične struje na nadzemnim vodovima istosmjerne struje;

za određivanje radnog napona istosmjerne struje, u odnosu na nadzemne vodove istosmjerne struje, izrađene na temelju objedinjene izvedbe trofaznih nosača izmjenične struje;

prema proračunu kapaciteta trožilnog istosmjernog dalekovoda.

Rezultati provedenih proračuna pokazuju da se kapacitet postojećih trofaznih izmjeničnih dalekovoda može značajno povećati prevođenjem na istosmjernu električnu struju korištenjem istih nosača, izolacijskih nizova i žica. Povećanje prijenosne snage u ovom slučaju može biti od 50% do 245% za nadzemni vod 500 kV i od 70% do 410% za nadzemni vod 750 kV, ovisno o marki i presjeku žica koje se koriste i veličini instalirane snage nadzemnog voda na izmjeničnu struju. Prijenos postojećih trofaznih vodova izmjenične struje na istosmjernu struju prema predloženim shemama također će značajno poboljšati njihove pokazatelje pouzdanosti. Istodobno, korištenje razvijenih krugova povećat će pouzdanost za 5-30 puta, ovisno o naponskoj klasi nadzemnog voda. U slučaju novog dizajna DC nadzemnih vodova prema gore navedenim shemama, njihovi će pokazatelji pouzdanosti biti ekvivalentni.

Općenito, mogućnost prijenosa postojećih trofaznih nadzemnih vodova izmjenične struje je sasvim izvediva. Takvo tehničko rješenje može biti relevantno za povećanje propusnosti nadzemnih vodova u radu uz održavanje njihove konfiguracije, a također će proširiti opseg prijenosa istosmjerne energije. Ne isključuje se mogućnost izgradnje novih istosmjernih vodova korištenjem objedinjenih struktura trofaznih nosača izmjenične struje.

4 Jalova snaga - komponente pune snage, koja ovisno o parametrima, shemi i načinu rada električne mreže uzrokuje dodatne gubitke aktivne električne energije i pogoršanje kvalitete električne energije.

Reaktivna električna energija - tehnološki štetno kruženje električne energije između izvora napajanja i prijamnika izmjenične električne struje uzrokovano elektromagnetskom neravnotežom električnih instalacija.

Glavni potrošači jalove snage u električnim sustavima su transformatori, nadzemni električni vodovi, asinkroni motori, ventilski pretvarači, indukcijske električne peći, jedinice za zavarivanje i druga opterećenja.

Jalu snagu mogu generirati ne samo generatori, već i kompenzacijski uređaji-kondenzatori, sinkroni kompenzatori ili statički izvori jalove snage (RPS) koji se mogu instalirati na trafostanicama električne mreže.

U cilju normalizacije tokova jalove snage, pri rješavanju problema kompenzacije jalove snage vlastitim snagama i zalaganjem potrošača, radi promicanja procesa rješavanja problema jalove snage i zadataka optimizacije njezinih tokova, normalizacije razina napona, smanjenja gubitaka aktivne snage u distribucijskim električnim mrežama i povećanje pouzdanosti napajanja potrošača, potrebno je izvršiti ispitivanje objekata Stavropolenerga, ogranka AD IDGC Sjevernog Kavkaza, za stanje izvora jalove energije, stanje uređaja za mjerenje jalove energije i snage za funkciju kontrole bilance jalove energije i snage.

Stavropolenergo ima 866 limenki kompenzacijskih uređaja (BCD) s raspoloživim kapacitetom od 38,66 MVar (stvarno maksimalno opterećenje u smislu jalove snage je 25,4 MVar). Na bilansu potrošača, instalirana snaga je 25,746 MVar (stvarno opterećenje do maksimuma u smislu jalove snage je 18,98 MVar)

Zajedno s JSC "Stavropolenergosbyt" provedena su istraživanja prirode opterećenja potrošača s povećanom potrošnjom jalove snage (tg ? > 0,4). Nakon objavljivanja „Postupka za izračun vrijednosti omjera potrošnje aktivne i jalove snage za pojedinačne uređaje za primanje energije potrošača električne energije“, u skladu s Uredbom Vlade Ruske Federacije br. 530, radi se s potrošačima bit će organizirana u cijelosti. Uvjeti rada s potrošačima u skladu s novom "Postupkom..." uključeni su u tekst trenutno reoblikovanih ugovora o opskrbi električnom energijom.

Kada potrošači podnose zahtjev za priključenje na električne mreže Stavropolenerga ili za povećanje priključne snage od 150 kW ili više, ugovaraju se uvjeti za priključenje potrošača na električnu mrežu o potrebi nadoknade jalove snage, u iznosu koji osigurava poštivanje utvrđene granične vrijednosti faktora jalove snage.

Potpisivanje dodatnih ugovora uz ugovore o pružanju usluga za prijenos električne energije s OJSC Stavropolenergosbyt, OJSC Pyatigorsk Electric Networks, LLC RN-energo, CT CJSC RCER i K, OJSC Nevinnomyssky Azot, jamčeći dobavljačima održavanje uvjeta od strane potrošača s priključnu snagu od 150 kW ili više faktora jalove snage koje utvrđuje savezno tijelo izvršne vlasti nadležno za razvoj državne politike u području gorivnog i energetskog kompleksa i zahtjeva za osiguranje obračuna jalove energije.

U idućim godinama očekuje se puštanje u rad novih industrijskih kapaciteta, što će odrediti rast potrošnje do 3% i više godišnje. Time je zadatak uravnoteženja jalove snage jedan od prioritetnih područja, kojemu će se posvetiti povećana pozornost.

Kompenzacija jalove snage- ciljani utjecaj na ravnotežu jalove snage u čvoru elektroenergetskog sustava radi reguliranja napona, au distribucijskim mrežama radi smanjenja gubitaka električne energije. Provodi se pomoću kompenzacijskih uređaja. Za održavanje potrebnih razina napona u čvorovima električne mreže, potrošnja jalove snage mora biti osigurana potrebnom proizvedenom snagom, uzimajući u obzir potrebnu rezervu. Proizvedena jalova snaga je zbroj jalove snage koju proizvode generatori elektrana i jalove snage kompenzacijskih uređaja smještenih u električnoj mreži i u električnim instalacijama potrošača električne energije.

Kompenzacija jalove snage posebno je relevantna za industrijska poduzeća, čiji su glavni električni potrošači asinkroni motori, zbog čega je faktor snage bez poduzimanja mjera kompenzacije 0,7- 0,75. Mjere kompenzacije jalove snage u poduzeću omogućuju:

smanjiti opterećenje transformatora, produžiti njihov vijek trajanja,

smanjiti opterećenje žica, kabela, koristiti njihov manji dio,

poboljšati kvalitetu električne energije na prijemnicima (smanjenjem izobličenja valnog oblika napona),

smanjiti opterećenje sklopne opreme smanjenjem struja u strujnim krugovima,

izbjegavati kazne za smanjenje kvalitete električne energije smanjenim faktorom snage,

smanjiti troškove energije.

Potrošači jalove snage potrebne za stvaranje magnetskih polja su i pojedinačne prijenosne veze (transformatori, vodovi, prigušnice) i takvi prijamnici koji pretvaraju električnu energiju u drugu vrstu energije, a koji prema principu svog djelovanja koriste magnetsko polje ( asinkroni motori, indukcijske peći itd.). Asinkroni motori i transformatori troše do 80-85% sve jalove snage povezane s stvaranjem magnetskih polja. Relativno mali dio u ukupnoj bilanci jalove snage otpada na udio ostalih njezinih potrošača, na primjer, indukcijskih peći, transformatora za zavarivanje, pretvarača, fluorescentne rasvjete itd.

Ukupna snaga koju generatori isporučuju u mrežu:

(1)

gdje su P i Q aktivna i jalova snaga prijamnika, uzimajući u obzir gubitke snage u mrežama;

cosφ - rezultirajući faktor snage prijamnika električne energije.

Generatori su dimenzionirani da rade sa svojim nazivnim faktorom snage od 0,8-0,85 pri kojem su sposobni isporučiti nazivnu stvarnu snagu. Smanjenje cosφ za potrošače ispod određene vrijednosti može dovesti do činjenice da će cosφ generatora biti manji od nominalnog, a izlazna aktivna snaga kod njih pri istoj prividnoj snazi ​​bit će manja od nazivne. Dakle, pri niskim faktorima snage za potrošače, kako bi se osigurao prijenos zadane aktivne snage na njih, potrebno je uložiti dodatne troškove u izgradnju snažnijih elektrana, povećati propusni kapacitet mreža i transformatora i, kao što je rezultirati dodatnim operativnim troškovima.

Budući da suvremeni električni sustavi uključuju veliki broj transformatora i dugih nadzemnih vodova, reaktancija odašiljačkog uređaja je vrlo značajna, a to uzrokuje znatne gubitke napona i jalove snage. Prijenos jalove snage kroz mrežu dovodi do dodatnih gubitaka napona, iz izraza:

(2)

vidi se da jalova snaga Q koja se prenosi mrežom i reaktancija mreže X značajno utječu na razinu napona kod potrošača.

Veličina prenesene jalove snage također utječe na gubitke aktivne snage i energije u prijenosu energije, što proizlazi iz formule:

(3)

Vrijednost koja karakterizira prenesenu jalove snage je faktor snage
. Zamjenjujući u formulu gubitka vrijednost ukupne snage izražene u cosφ, dobivamo:

(4)

To pokazuje da je ovisnost snage kondenzatorskih baterija obrnuto proporcionalna kvadratu mrežnog napona, pa je nemoguće glatko podesiti jalu snagu, a time i napon instalacije. Dakle, cos (φ) se smanjuje kada se poveća potražnja za jalove snage opterećenja. Potrebno je težiti povećanju cos (φ), jer low cos (φ) donosi sljedeće probleme:

Povezani članak:Kompenzacija smetnji i šuma pri upravljanju linearnim objektom izlazom

Veliki gubici snage u električnim vodovima (strujni tok jalove snage);

Veliki padovi napona u električnim vodovima;

Potreba za povećanjem ukupne snage generatora, presjeka kabela, snage energetskih transformatora.

Iz svega navedenog jasno je da je kompenzacija jalove snage neophodna. To se lako može postići korištenjem aktivnih kompenzacijskih instalacija. Glavni izvori jalove snage instalirani na mjestu potrošnje su sinkroni kompenzatori i statički kondenzatori. Najviše korišteni statički kondenzatori za napone do 1000 V i 6-10 kV. Sinkroni kondenzatori ugrađuju se na napon od 6-10 kV na regionalnim trafostanicama.



Sl.1 Sheme prijenosa snage

a- bez naknade; b - uz naknadu.

Svi ovi uređaji su potrošači vodeće (kapacitivne) jalove snage ili, što je isto, izvori zaostale jalove snage koju opskrbljuju u mrežu. To je ilustrirano dijagramom na sl. 1. Dakle, u dijagramu na sl. Slika 1a prikazuje prijenos električne energije od elektrane A do potrošačke trafostanice B. Prenesena snaga je P + jQ. Prilikom ugradnje na potrošača statičkih kondenzatora kapaciteta Q K (slika 1 b), snaga koja se prenosi preko mreže bit će P + j (Q - Q K)

Vidimo da se jalova snaga koja se prenosi iz elektrane smanjila ili se kaže da je postala kompenzirana količinom energije koju proizvodi kondenzatorska baterija. Potrošač sada prima ovu snagu u velikoj mjeri izravno iz kompenzacijske instalacije. S kompenzacijom jalove snage smanjuju se i gubici napona u dalekovodima. Ako smo prije kompenzacije imali gubitak napona u područnoj mreži

(5)

onda ako postoji naknada, ona će se smanjiti na vrijednost

(6)

gdje su R i X otpori mreže.

Budući da je snaga pojedinih kondenzatora relativno mala, oni se obično spajaju paralelno u baterije smještene u kompletne ormare. Često se koriste instalacije koje se sastoje od nekoliko skupina ili odjeljaka kondenzatorskih baterija, što omogućuje postupnu kontrolu snage kondenzatora, a time i napona instalacije.

Kondenzatorska banka mora biti opremljena otpornikom za pražnjenje čvrsto spojenim na njegove terminale. Otpor pražnjenja za kondenzatorske instalacije napona 6-10 kV su naponski transformatori TN, a za kondenzatorske baterije napona do 380 V - žarulje sa žarnom niti. Potreba za otporima pražnjenja je diktirana činjenicom da kada se kondenzatori odvoje od mreže, električni naboj ostaje u njima i pohranjuje se napon koji je po veličini blizak naponu mreže. Zatvoreni (nakon isključenja) na otpor pražnjenja, kondenzatori brzo gube električni naboj, napon također pada na nulu, što osigurava sigurnost instalacije. Kondenzatorske jedinice imaju prednost u usporedbi s drugim kompenzacijskim uređajima jednostavnošću dizajna i održavanja, odsutnošću rotirajućih dijelova i malim gubicima aktivne snage.



Slika 2 Shema za uključivanje kondenzatorske banke.

Prilikom odabira snage kompenzacijskih uređaja treba težiti pravilnoj raspodjeli izvora jalove snage i najekonomičnijem opterećenju mreža. razlikovati:

a) trenutni faktor snage, izračunat po formuli.

(7)

na temelju istodobnih očitanja vatmetra (P), voltmetra (U) i ampermetra (I) za danu vremensku točku ili iz očitavanja fazometra,

b) prosječni faktor snage, koji je aritmetička sredina trenutnih faktora snage za jednaka vremenska razdoblja, određen formulom:

• gdje je n broj vremenskih intervala;

  c) ponderirani prosječni faktor snage, određen iz očitanja brojila aktivne Wa i reaktivne Wr energije za određeno vremensko razdoblje (dan, mjesec, godina) koristeći formulu:

  (9)

  Izbor vrste, snage, mjesta ugradnje i načina rada kompenzacijskih uređaja trebao bi osigurati najveću učinkovitost, uz:

  a) dopušteni načini napona u opskrbnoj i distribucijskoj mreži;

  b) dopuštena strujna opterećenja u svim elementima mreže;

  c) načini rada izvora jalove energije u prihvatljivim granicama;

  d) potrebna rezerva jalove snage.

  Kriterij isplativosti je minimum smanjenih troškova, pri određivanju kojeg treba uzeti u obzir sljedeće:

  a) trošak ugradnje kompenzacijskih uređaja i dodatne opreme za njih;

  b) smanjenje troškova opreme za transformatorske stanice i izgradnju distribucijske i opskrbne mreže, kao i gubitaka električne energije u njima, i

  c) smanjenje instalirane snage elektrana zbog smanjenja gubitaka aktivne snage.

  Iz navedenog možemo zaključiti da će kompenzacija jalove snage u okružnim mrežama korištenjem kondenzatorskih baterija povećati kapacitet linije bez promjene električne opreme. Osim toga, to ima smisla s ekonomske točke gledišta.

5 Strogo govoreći, razvijene su metode odabira presjeka prema dopuštenom gubitku napona za vodiče izrađene od obojenih metala u mreži napona do uključujući 35 kV. Metode su razvijene na temelju pretpostavki napravljenih u mrežama takvog napona.

Metode određivanja poprečnog presjeka prema dopuštenom gubitku napona temelje se na činjenici da vrijednost reaktivnog otpora vodiča x 0 je praktički neovisno o presjeku žice F:

za nadzemne električne vodove x 0 \u003d 0,36 - 0,46 Ohm / km;

za kabelske dalekovode napona 6 - 10 kV x 0 \u003d 0,06 - 0,09 Ohm / km;

za kabelske dalekovode napona 35 kV x 0 \u003d 0,11 - 0,13 Ohm / km.

Vrijednost dopuštenog gubitka napona u dalekovodu izračunava se iz snage i otpora sekcija prema formuli:

a sastoji se od dvije komponente - gubitka napona u aktivnim otporima i gubitka napona u reaktivnim otporima.

S obzirom na okolnost da x 0 je praktički neovisno o poprečnom presjeku žice, vrijednost se može izračunati prije izračuna poprečnog presjeka vodiča, s obzirom na prosječnu vrijednost reaktancije x 0sr u naznačenim rasponima njegove promjene:

Prema zadanoj vrijednosti dopuštenog napona u dalekovodu izračunava se udio gubitka napona u aktivnim otporima:

U izrazu za proračun gubitka napona u aktivnim otporima

parametar ovisi o poprečnom presjeku,

gdje je vodljivost materijala žice.

Ako se dalekovod sastoji od samo jednog dijela, tada se vrijednost poprečnog presjeka može odrediti iz izraza za:

Kod većeg broja presjeka dalekovoda potrebni su dodatni uvjeti za proračun presjeka vodiča. tri su od njih:

Dosljednost sekcija u svim područjima F=konst;

minimalna potrošnja materijala vodiča min;

minimalni gubici aktivne snage min.