casi di cortocircuito. Protezione da cortocircuito

Corrente di cortocircuito

La figura 1 mostra uno schema di collegamento di una lampada a incandescenza elettrica a una rete elettrica. Se la resistenza di questa lampada R l \u003d 240 Ohm e la tensione di rete u\u003d 120 V, quindi secondo la legge di Ohm, la corrente nel circuito della lampada sarà:

Figura 1. Diagramma schematico di un cortocircuito ai terminali dell'interruttore

Analizziamo il caso in cui i fili che vanno alla lampada a incandescenza si sono rivelati chiusi attraverso una resistenza molto piccola, ad esempio una spessa asta di metallo con resistenza R\u003d 0,01 Ohm, caduta accidentalmente su due fili. In questo caso, la rete corrente, passando al punto UN, si ramificherà in due modi: una grande parte percorrerà un'asta di metallo - un percorso a bassa resistenza, e l'altra, una piccola parte della corrente, passerà lungo un percorso ad alta resistenza - una lampada a incandescenza.

Viene chiamata la modalità di emergenza della rete, quando, a causa di una diminuzione della sua resistenza, la corrente al suo interno aumenta notevolmente rispetto a quella normale corto circuito.

Determiniamo qual è la forza della corrente di cortocircuito che scorre attraverso l'asta di metallo:

Infatti, in caso di cortocircuito, la tensione di rete sarà inferiore a 120 V, poiché una grande corrente creerà una grande caduta di tensione nella rete e quindi la corrente che scorre attraverso l'asta metallica sarà inferiore a 12.000 A. Ma ancora questa corrente sarà molte volte superiore alla corrente precedentemente consumata da una lampada a incandescenza.

Potenza di cortocircuito in corrente io kz \u003d 12.000 A sarà:

P kz = u × io kz \u003d 120 × 12.000 \u003d 1.440.000 W \u003d 1.440 kW.

La corrente che passa attraverso il conduttore genera calore e il conduttore si riscalda. Nel nostro esempio, la sezione trasversale dei fili del circuito elettrico è stata progettata per una piccola corrente - 0,5 A. Quando i fili sono chiusi, una corrente molto grande scorrerà attraverso il circuito - 12.000 A. Tale corrente causerà il rilascio di un'enorme quantità di calore, che porterà sicuramente alla carbonizzazione e alla bruciatura dell'isolamento del filo, alla fusione del materiale del filo, al danneggiamento degli strumenti di misura elettrici, alla fusione dei contatti di interruttori, interruttori a coltello e così via. Anche la fonte di energia elettrica che alimenta un tale circuito può essere danneggiata. Il surriscaldamento dei cavi può provocare un incendio.

Ogni rete elettrica è calcolata per la propria corrente normale.

A causa delle conseguenze pericolose, distruttive e talvolta irreparabili di un cortocircuito, durante l'installazione e il funzionamento degli impianti elettrici devono essere osservate determinate condizioni al fine di eliminare le cause di un cortocircuito. I principali sono i seguenti:
1) l'isolamento dei fili deve corrispondere al suo scopo (tensione di rete e condizioni del suo funzionamento);
2) la sezione dei fili deve essere tale che il loro riscaldamento nelle condizioni di esercizio esistenti non raggiunga un valore pericoloso;
3) i fili posati devono essere protetti in modo affidabile da danni meccanici;
4) le giunzioni e le derivazioni devono essere isolate in modo sicuro come i fili stessi;
5) l'incrocio dei fili deve essere fatto in modo che i fili non si tocchino;
6) i cavi devono essere posati attraverso pareti, soffitti e pavimenti in modo che siano protetti da umidità, danni meccanici e chimici e ben isolati.

Protezione da cortocircuito

Per evitare un improvviso e pericoloso aumento di corrente in un circuito elettrico in caso di cortocircuito, il circuito è protetto da fusibili o interruttori automatici.

I fusibili sono fili a basso punto di fusione collegati in serie alla rete. Quando la corrente aumenta oltre un certo valore, il filo del fusibile si riscalda e si scioglie, per cui il circuito elettrico si interrompe automaticamente e la corrente in esso contenuta si interrompe.

Un interruttore automatico è un dispositivo di protezione più complesso e costoso di un fusibile. Tuttavia, a differenza di un fusibile, è progettato per scatti multipli durante la protezione dei circuiti durante il funzionamento di emergenza. Strutturalmente, l'interruttore è realizzato in una custodia dielettrica con un meccanismo di scatto integrato. Il meccanismo di sblocco ha contatti fissi e mobili. Il contatto mobile è caricato a molla, la molla fornisce la forza per il disinnesto rapido dei contatti. Il meccanismo di sgancio è azionato da uno dei due sganciatori: termico o magnetico.

Il rilascio termico è una piastra bimetallica riscaldata da un flusso di corrente. Quando la corrente scorre al di sopra del valore consentito, la piastra bimetallica si piega e attiva il meccanismo di scatto. Il tempo di funzionamento dipende dalla corrente (caratteristica tempo-corrente) e può variare da secondi a ore. A differenza di un fusibile, un interruttore automatico è pronto per l'uso successivo dopo che la piastra si è raffreddata.

Lo sblocco elettromagnetico è uno sgancio istantaneo, che è un solenoide (bobina costituita da un conduttore di rame), il cui nucleo mobile può anche azionare il meccanismo di sgancio. La corrente che passa attraverso l'interruttore scorre attraverso l'avvolgimento del solenoide e fa ritrarre il nucleo quando viene superata la soglia di corrente. Lo sgancio istantaneo, a differenza dello sgancio termico, opera molto rapidamente (frazioni di secondo), ma con un eccesso di corrente molto più elevato: 2 ÷ 14 volte la corrente nominale.

Video 1. Cortocircuito

Che cos'è un cortocircuito? Molto spesso, questa frase può essere ascoltata da elettricisti, così come da persone che non capiscono affatto l'elettronica e l'elettronica. A qualsiasi domanda sul perché il fumo provenisse da qualsiasi dispositivo o dispositivo, tutti rispondono all'unisono: "C'è stato un cortocircuito". Una scusa molto universale per chi vuole sembrare un furbo non so).

La natura del cortocircuito

Diamo un'occhiata al circuito più semplice composto da una lampadina e una batteria per auto:

In questo caso, la corrente scorrerà attraverso il circuito e la lampadina si illuminerà.

Supponiamo che i nostri fili che portano alla lampadina siano completamente scoperti. Improvvisamente, per miracolo, un altro filo scoperto cade su questi fili. Questo cablaggio chiude i nostri due fili scoperti e inizia il divertimento: nel circuito c'è cortocircuito (cortocircuito). Un cortocircuito è il percorso più breve per il flusso di corrente elettrica attraverso un circuito in cui c'è meno resistenza.

Ora la corrente scorre sia attraverso la lampadina che il cablaggio. Ma il nostro cablaggio è molto più piccolo della resistenza della lampadina e quasi tutta la corrente scorrerà dove c'è meno resistenza, cioè attraverso il cablaggio. E poiché la resistenza del nostro filo è molto piccola, la corrente, quindi, scorrerà molto grande, secondo la legge di Ohm. E se scorre una grande corrente, quindi, la quantità di calore generata dal cablaggio sarà molto grande, secondo la legge di Joule-Lenz. Alla fine, un grande circuito scorrerà attraverso il circuito, che è evidenziato in rosso, e questo circuito si scalderà molto. Il riscaldamento dei cavi può bruciarli o addirittura incendiarsi. Questo caso è chiamato corto circuito.

Probabilmente hai sentito più di una volta nel notiziario che l'incendio è stato causato da un cortocircuito. In questo caso, il filo nudo della fase in qualche punto ha toccato il filo nudo dello zero, oppure la fase ha toccato terra. Si è verificato un cortocircuito e i cavi hanno iniziato a riscaldarsi a tal punto che gli oggetti vicini si sono incendiati con il loro calore. Da qui il fuoco.

Fondamentalmente, nelle vecchie case si verifica un cortocircuito a causa di un vecchio cavo che sta scoppiando alle giunture e può cortocircuitarsi tra loro. Pertanto, la prima cosa da fare quando si acquista un appartamento o una casa nel mercato secondario è guardare le condizioni del cablaggio.

Segnali tipici di un corto circuito

• fusibili bruciati nelle apparecchiature elettroniche (REA)
• riscaldamento di un circuito in cui scorre una corrente di cortocircuito
• tensione della sorgente a bassa tensione
• alta corrente
• Fumo
• fili carbonizzati
• tracce PCB bruciate
• fuliggine nera nel punto in cui si è verificato il cortocircuito

Come affrontare un corto circuito? Questo, ovviamente, è installare fusibili, interruttori automatici e provare a fare un cablaggio pulito.

Si sente spesso dire "Si è verificato un cortocircuito", "Il circuito è andato in corto". È immediatamente chiaro che è successo qualcosa di non pianificato e di brutto. Ma perché il circuito è corto e non lungo? Mettiamo fine all'incertezza e scopriamo cosa succede esattamente quando si verifica un cortocircuito in un circuito elettrico.

Che cos'è un cortocircuito (cortocircuito)

La pastinaca elettrica nuota nell'oceano e non è felice KZ, rinunciando completamente alla conoscenza della legge di Ohm. Per noi, per capire la natura e le cause di un cortocircuito, questa legge è semplicemente necessaria. Quindi, se non hai ancora avuto tempo, leggiamo della legge di Ohm, della forza attuale, della tensione, della resistenza e di altri meravigliosi concetti fisici.

Ora che sai tutto questo, puoi dare la definizione di cortocircuito dalla fisica e dall'ingegneria elettrica:

Corto circuito- si tratta di un collegamento di due punti di un circuito elettrico con potenziali diversi, che non è previsto dal normale funzionamento del circuito e porta ad un aumento critico della forza di corrente alla giunzione.

Un cortocircuito porta alla formazione di correnti distruttive che superano i valori consentiti, al guasto dei dispositivi e al danneggiamento del cablaggio. Perché sta succedendo? Analizziamo nel dettaglio cosa succede nel circuito durante un corto circuito.

Prendiamo il circuito più semplice. Ha una sorgente di corrente, resistenza e fili. Inoltre, la resistenza dei fili può essere trascurata. Un tale schema è abbastanza per capire l'essenza del cortocircuito.

In un circuito chiuso si applica la legge di Ohm: la corrente è direttamente proporzionale alla tensione e inversamente proporzionale alla resistenza. In altre parole, minore è la resistenza, maggiore è la corrente .

Più precisamente, per il nostro circuito, la legge di Ohm sarà scritta nella forma seguente:

Qui Rè la resistenza interna della sorgente corrente e la lettera greca epsilon denota la fem della sorgente.

Cosa si intende per corrente di cortocircuito? Se resistenza R nel nostro circuito non sarà, o sarà molto piccolo, quindi la forza della corrente aumenterà e una corrente di cortocircuito scorrerà nel circuito:

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Tipi di cortocircuiti e loro cause

Nella vita di tutti i giorni, ci sono cortocircuiti:

• monofase- quando il filo di fase si chiude a zero. Tali cortocircuiti si verificano più spesso;
• bifase- quando una fase è chiusa all'altra;
• trifase- quando tre fasi sono chiuse contemporaneamente. Questo è il tipo più problematico di cortocircuito.

Ad esempio, la domenica mattina, il tuo vicino dietro il muro collega la fase e lo zero nella presa includendo un perforatore. Ciò significa che il circuito è chiuso e la corrente scorre attraverso il carico, ovvero attraverso il dispositivo collegato alla presa.

Se un vicino collega la fase e zero fili nella presa senza collegare il carico, si verificherà un cortocircuito nel circuito, ma puoi dormire più a lungo.

Per chi non lo sapesse, per una migliore comprensione sarà utile leggere cosa sono fase e zero in elettricità.

Un cortocircuito è chiamato cortocircuito, poiché la corrente in un tale circuito, per così dire, percorre un breve percorso, bypassando il carico. Circuito controllato o lungo: questo è il solito, familiare a tutti, collegare gli apparecchi a una presa.

Protezione da cortocircuito

Innanzitutto, quali conseguenze può causare un cortocircuito:

1. Danni a una persona causati da corrente elettrica e calore generato.
2. Fuoco.
3. Guasto dei dispositivi.
4. Mancanza di corrente e niente internet a casa. Di conseguenza - la necessità forzata di leggere libri e cenare a lume di candela.

Come puoi vedere, un cortocircuito è un nemico e un parassita che deve essere combattuto. Quali sono i metodi di protezione da cortocircuito?

Quasi tutti si basano sull'apertura rapida del circuito quando viene rilevato un cortocircuito. Questo può essere fatto utilizzando vari dispositivi di protezione da cortocircuito.

Quasi tutti gli elettrodomestici moderni hanno dei fusibili. Una grande corrente scioglie semplicemente il fusibile e il circuito si interrompe.

Negli appartamenti vengono utilizzati gli interruttori automatici. Questi sono interruttori progettati per una certa corrente di esercizio. Quando la corrente aumenta, la macchina entra in funzione, interrompendo il circuito.

Relè speciali sono utilizzati per proteggere i motori elettrici industriali dai cortocircuiti.

Ora puoi facilmente definire un cortocircuito, allo stesso tempo conosci la legge di Ohm, così come la fase e lo zero nell'elettricità. Auguriamo a tutti di non organizzare cortocircuiti! E se hai un "circuito chiuso" nella tua testa e non c'è assolutamente energia per qualche tipo di lavoro, il nostro servizio per gli studenti ti aiuterà sempre a farcela.

E per finire, un video su come NON gestire la corrente elettrica.

Buon pomeriggio, cari lettori del sito di Note dell'Elettricista.

Ho voluto a lungo scrivere un articolo su un cortocircuito. Ma tutto in qualche modo non ha raggiunto le mani.

Oggi ho deciso, perché gli ultimi eventi accaduti presso la sottostazione di distribuzione della nostra impresa mi hanno influenzato.

In precedenza negli articoli, abbiamo detto che causano cortocircuiti, o cortocircuiti in breve.

Un cortocircuito è uno dei tipi di danno più gravi e pericolosi.

Ti chiederai perché? Leggere sotto.

Che cos'è un cortocircuito?

Wikipedia risponde a questa domanda che un cortocircuito è:

Leggi la definizione.

E ora diamo un'occhiata più da vicino a cosa succede ai parametri dell'impianto elettrico al momento di un cortocircuito.

In caso di cortocircuito, la tensione alla fonte di alimentazione, o meglio, l'EMF, viene cortocircuitata attraverso una piccola (piccola) resistenza di cavi e linee aeree, avvolgimenti di trasformatori e generatori. Da qui il nome "cortocircuito".

In un circuito chiuso "brevemente" appare una corrente molto grande, che è chiamata corrente di cortocircuito.

Considera la classificazione dei cortocircuiti.

I cortocircuiti sono divisi per il numero di fasi chiuse:

• cortocircuiti trifase
• cortocircuiti bifase
• cortocircuiti monofase

I cortocircuiti sono divisi per cortocircuito:

• con la terra
• senza terra

I cortocircuiti sono divisi per il numero di punti chiusi nella rete:

• a un certo punto
• in due punti
• in più punti (più di due)

Esempio

Considera un esempio.

Diciamo che il nostro consumatore è alimentato da una sottostazione attraverso una linea elettrica aerea (VL). La linea di alimentazione è di transito, quindi l'utenza è alimentata da una presa dalla linea aerea al punto "O".

La linea tratteggiata al numero 2 mostra il livello di tensione lungo l'intera linea aerea prima che si verifichi un cortocircuito.

La figura mostra che la tensione in qualsiasi punto della rete elettrica è uguale alla differenza nell'EMF della fonte di alimentazione e alla caduta di tensione nel circuito elettrico al punto di cui abbiamo bisogno.

Ad esempio, la tensione nel punto "O" può essere calcolata utilizzando la formula :

Uo \u003d E - I * Zo, dove

• E - EMF della fonte di alimentazione, nel nostro caso il generatore
• Zo è l'impedenza della linea aerea dalla fonte di alimentazione al punto "O" (costituita da resistenza attiva e reattiva)
• I è la corrente che scorre attraverso la linea aerea in un dato momento.

Supponiamo che per qualche motivo ci sia stato un cortocircuito sulla linea aerea, ma al di fuori del nostro rubinetto. Chiamiamo questo punto di cortocircuito "K".

Cosa succede durante un cortocircuito?

Al momento di un cortocircuito, non è più la corrente nominale che attraversa la linea aerea, ma una corrente di cortocircuito di grande entità, quindi aumenta la caduta di tensione su ciascun elemento del circuito elettrico. Vale a dire, sulla resistenza Zo e Zk.

La maggiore caduta di tensione sarà nel punto di cortocircuito, ad es. al punto "K". In altri punti della linea aerea, lontani dal cortocircuito, la tensione diminuirà un po' meno (come si può vedere nella figura - riga numero 1).

In uno dei miei articoli, ho fornito una visuale. Segui il link e familiarizza con i materiali.

Le conseguenze di un corto circuito

Abbiamo già scoperto che al momento di un cortocircuito c'è un forte aumento dell'entità della corrente e una diminuzione della tensione, che porta alle seguenti conseguenze.

1. Distruzione

Diamo un'occhiata a un po' di fisica.

Secondo la legge del noto fisico Joule-Lenz, la corrente di cortocircuito, che scorre per qualche tempo attraverso la resistenza attiva del circuito elettrico, rilascia calore al suo interno, che viene calcolato dalla formula:

Nel punto di cortocircuito, questo calore, così come la fiamma dell'arco elettrico, produce grande distruzione. E maggiore è la corrente di cortocircuito e il tempo necessario per attraversare il circuito, maggiore sarà la distruzione.

Per chiarirti quanto siano su larga scala queste distruzioni, fornirò esempi della mia pratica di seguito.

Tocca cambia unità. Si è verificato un cortocircuito nell'avvolgimento di un motore asincrono

2. Danni all'isolamento

Durante il passaggio di una corrente di cortocircuito attraverso linee intatte, vengono riscaldate al di sopra della temperatura massima consentita, il che danneggia il loro isolamento.

Parte attiva del trasformatore. Il cortocircuito si è verificato a causa di danni all'isolamento

Cortocircuito del cavo. Conseguenze

3. Consumatori e ricevitori elettrici

La riduzione della tensione durante un cortocircuito interrompe il normale funzionamento dei consumatori e dei ricevitori elettrici.

Ad esempio, uno asincrono può fermarsi del tutto quando la tensione di rete scende, perché. il momento della sua rotazione può essere inferiore al momento di resistenza e attrito dei meccanismi.

Anche il normale funzionamento degli arresti dell'illuminazione è interrotto. Qui penso che non serva alcuna spiegazione.

Guarda un video visivo sulle cause e le conseguenze di un cortocircuito in un impianto elettrico a 400 (V) in una delle nostre sottostazioni:

Ma il caso è più serio: un cortocircuito trifase nella rete 10 (kV).

Ecco altri frammenti dell'incidente verificatosi a causa di un cortocircuito nel taglio del cavo da 10 (kV):

PS Alla fine dell'articolo sul tema del cortocircuito, vorrei confermare quanto detto all'inizio del mio articolo che un cortocircuito è il tipo di danno più pericoloso e grave che richiede una risposta immediata e rapida e la disconnessione di la sezione danneggiata del circuito.

Il motivo principale dell'evento corto circuito- violazione dell'isolamento delle apparecchiature elettriche, compresi cavi e linee elettriche aeree. Di seguito sono riportati alcuni esempi del verificarsi di un cortocircuito dovuto al guasto dell'isolamento.

Durante i lavori di sterro, un cavo ad alta tensione è stato danneggiato, provocando il verificarsi di un cortocircuito fase-fase. In questo caso, si è verificato un danno all'isolamento a causa di un impatto meccanico sulla linea del cavo.

Nel quadro aperto della cabina si è verificato un guasto a terra monofase a seguito della rottura dell'isolante di supporto a causa dell'invecchiamento del suo rivestimento isolante.

Un altro esempio abbastanza comune è la caduta di un ramo o di un albero sui fili di una linea elettrica aerea, che porta alla frustata o alla rottura dei fili.

Metodi per proteggere le apparecchiature dai cortocircuiti negli impianti elettrici

Come accennato in precedenza, i cortocircuiti sono accompagnati da un aumento significativo della corrente, che porta a danni alle apparecchiature elettriche. Pertanto, la protezione delle apparecchiature elettriche da questa modalità di emergenza è il compito principale dell'industria energetica.

Per proteggere dai cortocircuiti, come operazione di emergenza delle apparecchiature, vengono utilizzati vari dispositivi di protezione negli impianti elettrici delle sottostazioni di distribuzione.

Lo scopo principale di tutti i dispositivi di protezione dei relè è quello di spegnere l'interruttore (o più) che alimentano la sezione della rete in cui si è verificato un cortocircuito.

Negli impianti elettrici con una tensione di 6-35 kV, la protezione da sovracorrente (MTP) viene utilizzata per proteggere le linee elettriche dai cortocircuiti. Per proteggere le linee da 110 kV dai cortocircuiti, la protezione di fase differenziale viene utilizzata come protezione della linea principale. Inoltre, per la protezione delle linee di trasmissione a 110 kV, la protezione della distanza e la protezione della terra (TZNP) vengono utilizzate come protezione di riserva.

3Trasmissione elettrica

Trasmissione di elettricità dalla centrale elettrica ai consumatori è uno dei compiti più importanti dell'industria energetica. L'elettricità è trasmessa principalmente per via aerea. linee elettriche(linee elettriche) in corrente alternata, sebbene vi sia una tendenza al crescente utilizzo delle linee in cavo e delle linee in corrente continua. bisogno di P. e. a distanza è dovuto al fatto che l'elettricità è generata da grandi centrali con unità potenti e viene consumata da ricevitori elettrici di potenza relativamente bassa distribuiti su una vasta area. il lavoro dipende dalla distanza sistemi elettrici unificati che copre vaste aree.

Una delle caratteristiche principali potenza di trasmissioneè la sua capacità, cioè la potenza massima che può essere trasmessa su una linea di trasmissione di potenza, tenendo conto dei fattori limitanti: potenza massima in condizioni di stabilità, perdite corona, riscaldamento dei conduttori, ecc. La potenza trasmessa attraverso una linea di alimentazione CA è correlata alla sua lunghezza e alla sua dipendenza dalla tensione

dove u 1 e u 2 - tensione all'inizio e alla fine della linea di trasmissione di potenza, Z c è l'impedenza d'onda della linea di trasmissione, a è il coefficiente di sfasamento che caratterizza la rotazione del vettore di tensione lungo la linea per unità della sua lunghezza (a causa della natura ondulatoria della propagazione del campo elettromagnetico), l- lunghezza delle linee elettriche, D- l'angolo tra i vettori di tensione all'inizio e alla fine della linea, che caratterizza la modalità di trasmissione della potenza e la sua stabilità. La potenza massima trasmessa viene raggiunta a D= 90° quando pecca D= 1. Per le linee di trasmissione aeree CA, si può approssimativamente considerare che la potenza massima trasmessa è approssimativamente proporzionale al quadrato della tensione e il costo di costruzione di una linea di trasmissione è proporzionale alla tensione. Pertanto, nello sviluppo della trasmissione di potenza, si tende ad aumentare la tensione come mezzo principale per aumentare la capacità di trasmissione delle linee di trasmissione.

Nella trasmissione di potenza CC, molti dei fattori inerenti alla trasmissione di potenza CA e che ne limitano il throughput sono assenti. La potenza massima trasmessa attraverso linee di alimentazione CC è maggiore di quella di linee di alimentazione CA simili:

dove e v - tensione di uscita del raddrizzatore, R å - la resistenza attiva totale della trasmissione di potenza, che, oltre alla resistenza dei fili della linea elettrica, include la resistenza del raddrizzatore e dell'inverter. La limitazione dell'uso della trasmissione di potenza in corrente continua è principalmente dovuta alle difficoltà tecniche nella realizzazione di dispositivi efficienti a basso costo per la conversione della corrente alternata in corrente continua (all'inizio della linea) e corrente continua in corrente alternata (alla fine del la linea). La trasmissione di potenza CC è promettente per il collegamento di sistemi di alimentazione di grandi dimensioni che sono remoti l'uno dall'altro. In questo caso, non è necessario garantire la stabilità di questi sistemi.

La qualità dell'energia elettrica è determinata dal funzionamento affidabile e stabile della trasmissione di potenza, che è assicurata, in particolare, dall'uso di dispositivi di compensazione e di sistemi automatici di regolazione e controllo (cfr. Controllo automatico dell'eccitazione, Regolazione automatica della tensione, Controllo automatico della frequenza).

A seguito del lavoro di ricerca, sono stati sviluppati:

schemi di trasmissione di potenza in corrente continua che consentano l'utilizzo più razionale delle caratteristiche progettuali delle linee aeree trifase in corrente alternata progettate per trasmettere energia elettrica attraverso tre fili;

metodologia per il calcolo della tensione di esercizio in corrente continua per linee elettriche aeree costruite sulla base di strutture tipiche dei supporti in corrente alternata trifase delle classi di tensione 500-750 kV;

un metodo per calcolare la capacità delle linee aeree di corrente alternata trifase con una tensione di esercizio di 500-750 kV dopo il loro trasferimento in corrente continua secondo gli schemi proposti dall'autore;

un metodo per calcolare l'affidabilità delle linee aeree di corrente alternata trifase con una tensione di esercizio di 500-750 kV dopo il loro trasferimento in corrente continua secondo gli schemi proposti dall'autore.

È stato calcolato il calcolo della lunghezza critica della linea, a partire dalla quale la trasmissione di potenza in corrente continua secondo gli schemi elaborati dall'autore, sarà economicamente più redditizia della trasmissione di potenza in corrente alternata con una tensione di 500, 750 kV, è stato calcolato .

Sulla base dei risultati di uno studio scientifico, vengono formulate raccomandazioni:

in base alla scelta del tipo di isolatori a disco di sospensione, che fanno parte delle sospensioni isolanti degli elettrodotti aerei in corrente continua;

secondo il calcolo della lunghezza della distanza di dispersione delle sospensioni isolanti degli elettrodotti aerei in corrente continua;

sulla scelta di uno schema di trasmissione di potenza a tre fili, in relazione alle linee aeree in corrente continua, realizzato sulla base di progetti unificati di supporti in corrente alternata trifase;

sull'uso di strutture unificate di supporti in corrente alternata trifase su linee aeree in corrente continua;

determinare la tensione di esercizio in corrente continua, in relazione agli elettrodotti aerei in corrente continua, realizzati sulla base di strutture unificate di supporti in corrente alternata trifase;

secondo il calcolo della capacità di una linea di alimentazione CC a tre fili.

I risultati dei calcoli eseguiti mostrano che la capacità degli elettrodotti in corrente alternata trifase esistenti può essere notevolmente aumentata trasferendoli in corrente elettrica continua utilizzando gli stessi supporti, stringhe isolanti e fili. L'aumento della potenza trasmessa in questo caso può variare dal 50% al 245% per una linea aerea da 500kV e dal 70% al 410% per una linea aerea da 750kV, a seconda della marca e della sezione dei cavi utilizzati e della dimensione della portata installata della linea aerea in corrente alternata. Il trasferimento delle linee CA trifase esistenti alla corrente continua secondo gli schemi proposti migliorerà anche significativamente i loro indicatori di affidabilità. Allo stesso tempo, l'uso dei circuiti sviluppati aumenterà l'affidabilità di 5-30 volte, a seconda della classe di tensione della linea aerea. Nel caso di una nuova progettazione di linee aeree in corrente continua secondo gli schemi di cui sopra, i loro indicatori di affidabilità saranno equivalenti.

In generale, la possibilità di trasferire le linee aeree trifase esistenti in AC è abbastanza fattibile. Tale soluzione tecnica può essere rilevante per aumentare la portata delle linee aeree in funzione mantenendone la configurazione e amplierà anche l'ambito della trasmissione di potenza CC. Non è esclusa la possibilità di realizzare nuovi elettrodotti in corrente continua utilizzando strutture unificate di supporti in corrente alternata trifase.

4 Potere reattivo - componente a piena potenza, che, a seconda dei parametri, dello schema e della modalità di funzionamento della rete elettrica, provoca ulteriori perdite di energia elettrica attiva e deterioramento della qualità dell'energia elettrica.

Energia elettrica reattiva - circolazione tecnologicamente dannosa di energia elettrica tra fonti di alimentazione e ricevitori di corrente elettrica alternata causata dallo squilibrio elettromagnetico degli impianti elettrici.

I principali consumatori di potenza reattiva nei sistemi elettrici sono trasformatori, linee elettriche aeree, motori asincroni, convertitori di valvole, forni elettrici a induzione, unità di saldatura e altri carichi.

La potenza reattiva può essere generata non solo da generatori, ma anche da condensatori di compensazione, compensatori sincroni o sorgenti di potenza reattiva statica (RPS), che possono essere installate nelle sottostazioni della rete elettrica.

Al fine di normalizzare i flussi di potenza reattiva, quando si risolvono problemi di compensazione della potenza reattiva con i propri sforzi e con gli sforzi dei consumatori, al fine di promuovere il processo di risoluzione dei problemi di potenza reattiva e i compiti di ottimizzazione dei suoi flussi, normalizzazione dei livelli di tensione, riduzione perdite di potenza attiva nelle reti elettriche di distribuzione e aumentando l'affidabilità dell'alimentazione dei consumatori, dovrebbe esserci un'indagine sulle strutture della filiale di JSC IDGC del Caucaso settentrionale - Stavropolenergo è stata effettuata per la condizione delle fonti di energia reattiva, lo stato di energia reattiva e dispositivi di misurazione della potenza per la funzione di controllo dell'energia reattiva e del bilancio di potenza.

Stavropolenergo dispone di 866 taniche di dispositivi di compensazione (BSC) con una capacità disponibile di 38,66 MVar (il carico massimo effettivo in termini di potenza reattiva è di 25,4 MVar). A bilancio delle utenze, la capacità installata è di 25.746 Mvar (il carico effettivo al massimo in termini di potenza reattiva è di 18,98 Mvar)

Insieme a JSC "Stavropolenergosbyt" sono state condotte indagini sulla natura del carico dei consumatori con un maggiore consumo di potenza reattiva (tg ? > 0,4). Dopo la pubblicazione della "Procedura per il calcolo dei valori del rapporto tra il consumo di potenza attiva e reattiva per i singoli dispositivi di ricezione di potenza dei consumatori di energia elettrica", in conformità con il decreto del governo della Federazione Russa n. 530, il lavoro con i consumatori sarà organizzato per intero. Le condizioni di lavoro con i consumatori secondo la nuova “Procedura…” sono inserite nel testo dei contratti di alimentazione attualmente rinegoziati.

Quando i consumatori chiedono l'allacciamento alle reti elettriche di Stavropolergo o l'aumento della potenza connessa di 150 kW o più, sono stipulati contratti per la connessione dei consumatori alla rete elettrica sulla necessità di compensazione della potenza reattiva, in misura tale da garantire il rispetto i valori limite stabiliti ​​dei fattori di potenza reattiva.

La firma di accordi aggiuntivi ai contratti per la fornitura di servizi per la trasmissione di energia elettrica con OJSC Stavropolenergosbyt, OJSC Pyatigorsk Electric Networks, LLC RN-energo, CT CJSC RCER e K, OJSC Nevinnomyssky Azot, garantendo ai fornitori il mantenimento delle condizioni da parte dei Consumatori con una potenza connessa di 150 kW o più dei fattori di potenza reattiva stabiliti dall'organo esecutivo federale responsabile dello sviluppo della politica statale nel campo del complesso di combustibili ed energia e dei requisiti per garantire la contabilità dell'energia reattiva.

Nei prossimi anni è prevista la messa in servizio di nuove capacità industriali, che determineranno la crescita dei consumi fino al 3% o più all'anno. Ciò pone il compito del bilanciamento della potenza reattiva in una delle aree prioritarie, a cui verrà data maggiore attenzione.

Compensazione della potenza reattiva- impatto mirato sugli equilibri di potenza reattiva nel nodo del sistema elettrico al fine di regolare la tensione, e nelle reti di distribuzione al fine di ridurre le perdite di energia elettrica. Viene eseguito utilizzando dispositivi di compensazione. Per mantenere i livelli di tensione richiesti nei nodi della rete elettrica, il consumo di potenza reattiva deve essere fornito dalla potenza generata richiesta, tenendo conto della riserva necessaria. La potenza reattiva generata è la somma della potenza reattiva generata dai generatori delle centrali e della potenza reattiva dei dispositivi di compensazione ubicati nella rete elettrica e negli impianti elettrici dei consumatori di energia elettrica.

La compensazione della potenza reattiva è particolarmente rilevante per le imprese industriali, i cui principali consumatori elettrici sono motori asincroni, per cui il fattore di potenza senza misure di compensazione è 0,7- 0,75. Le misure di compensazione della potenza reattiva presso l'impresa consentono:

ridurre il carico sui trasformatori, aumentarne la durata,

ridurre il carico su fili, cavi, utilizzare la loro sezione più piccola,

migliorare la qualità dell'elettricità ai ricevitori di potenza (riducendo la distorsione della forma d'onda della tensione),

ridurre il carico sull'apparecchiatura di commutazione riducendo le correnti nei circuiti,

evitare sanzioni per la riduzione della qualità dell'energia elettrica di un fattore di potenza ridotto,

ridurre i costi energetici.

I consumatori di potenza reattiva necessaria per creare campi magnetici sono sia i singoli collegamenti di trasmissione di potenza (trasformatori, linee, reattori) sia tali ricevitori di potenza che convertono l'elettricità in un altro tipo di energia, che, secondo il principio del loro funzionamento, utilizza un campo magnetico ( motori asincroni, forni ad induzione, ecc.). Fino all'80-85% di tutta la potenza reattiva associata alla formazione di campi magnetici viene consumata da motori e trasformatori asincroni. Una parte relativamente piccola del saldo totale della potenza reattiva ricade sulla quota degli altri suoi consumatori, ad esempio forni a induzione, trasformatori di saldatura, convertitori, illuminazione fluorescente, ecc.

La potenza totale fornita dai generatori alla rete:

(1)

dove P e Q sono le potenze attive e reattive dei ricevitori, tenendo conto delle perdite di potenza nelle reti;

cosφ - fattore di potenza risultante dei ricevitori di energia elettrica.

I generatori sono dimensionati per funzionare con il loro fattore di potenza nominale di 0,8-0,85 al quale sono in grado di fornire la potenza reale nominale. Una diminuzione del cosφ per i consumatori al di sotto di un certo valore può portare al fatto che il cosφ dei generatori sarà inferiore a quello nominale e la potenza attiva da loro prodotta alla stessa potenza apparente sarà inferiore a quella nominale. Pertanto, a bassi fattori di potenza per i consumatori, al fine di garantire loro il trasferimento di una determinata potenza attiva, è necessario investire costi aggiuntivi nella costruzione di centrali più potenti, aumentare la capacità di trasmissione di reti e trasformatori e, poiché di conseguenza, comportano costi operativi aggiuntivi.

Poiché i moderni impianti elettrici comprendono un gran numero di trasformatori e lunghe linee aeree, la reattanza del dispositivo trasmittente è molto significativa e ciò provoca notevoli perdite di tensione e potenza reattiva. Il trasferimento di potenza reattiva attraverso la rete porta a ulteriori perdite di tensione, dall'espressione:

(2)

si può notare che la potenza reattiva Q trasmessa sulla rete e la reattanza della rete X influiscono in modo significativo sul livello di tensione delle utenze.

La dimensione della potenza reattiva trasmessa influisce anche sulle perdite di potenza attiva ed energia nella trasmissione di potenza, che deriva dalla formula:

(3)

Il valore che caratterizza la potenza reattiva trasmessa è il fattore di potenza
. Sostituendo nella formula della perdita il valore della potenza totale, espresso in termini di cosφ, si ottiene:

(4)

Ciò mostra che la dipendenza della potenza dei banchi di condensatori è inversamente proporzionale al quadrato della tensione di rete, quindi è impossibile regolare in modo fluido la potenza reattiva e quindi la tensione dell'impianto. Pertanto, cos (φ) diminuisce all'aumentare della richiesta di potenza reattiva del carico. È necessario sforzarsi di aumentare cos (φ), perché low cos (φ) comporta i seguenti problemi:

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Elevate perdite di potenza nelle linee elettriche (flusso di corrente di potenza reattiva);

Grandi cadute di tensione nelle linee elettriche;

La necessità di aumentare la potenza complessiva dei generatori, la sezione dei cavi, la potenza dei trasformatori di potenza.

Da tutto quanto sopra, è chiaro che è necessaria la compensazione della potenza reattiva. Ciò può essere facilmente ottenuto utilizzando installazioni di compensazione attive. Le principali fonti di potenza reattiva installate nel luogo di consumo sono i compensatori sincroni e i condensatori statici. I condensatori statici più utilizzati per tensioni fino a 1000 V e 6-10 kV. I condensatori sincroni sono installati a una tensione di 6-10 kV nelle sottostazioni regionali.



Fig.1 Schemi di trasmissione di potenza

a- nessun compenso; b - con compenso.

Tutti questi dispositivi sono consumatori di potenza reattiva principale (capacitiva) o, ciò che è lo stesso, fonti di potenza reattiva in ritardo che forniscono alla rete. Ciò è illustrato dal diagramma di Fig. 1. Quindi, nello schema di fig. 1a mostra la trasmissione di elettricità dalla centrale A alla sottostazione di consumo B. La potenza trasmessa è P + jQ. Quando si installano presso il consumatore condensatori statici con una capacità di Q K (Fig. 1 b), la potenza trasmessa sulla rete sarà P + j (Q - Q K)

Vediamo che la potenza reattiva trasmessa dalla centrale è diminuita o si dice che sia stata compensata dalla quantità di potenza generata dal banco di condensatori. Il consumatore riceve ora questa potenza in larga misura direttamente dall'impianto di compensazione. Con la compensazione della potenza reattiva, diminuiscono anche le perdite di tensione nelle linee di trasmissione di potenza. Se prima della compensazione avessimo una perdita di tensione nella rete distrettuale

(5)

quindi se c'è un compenso, sarà ridotto al valore

(6)

dove R e X sono resistenze di rete.

Poiché la potenza dei singoli condensatori è relativamente piccola, di solito sono collegati in parallelo a batterie poste in armadi completi. Spesso vengono utilizzate installazioni costituite da più gruppi o sezioni di banchi di condensatori, il che consente di controllare passo dopo passo la potenza dei condensatori e quindi la tensione dell'impianto.

La batteria di condensatori deve essere dotata di una resistenza di scarica collegata saldamente ai suoi terminali. La resistenza di scarica per installazioni di condensatori con una tensione di 6-10 kV è trasformatori di tensione TN e per banchi di condensatori con tensione fino a 380 V - lampade a incandescenza. La necessità di resistenze di scarica è dettata dal fatto che quando i condensatori sono scollegati dalla rete, rimane una carica elettrica al loro interno e viene immagazzinata una tensione di intensità prossima alla tensione di rete. Essendo chiusi (dopo la disconnessione) alla resistenza di scarica, i condensatori perdono rapidamente la loro carica elettrica, anche la tensione scende a zero, il che garantisce la sicurezza dell'installazione. Le unità condensatore si confrontano favorevolmente con altri dispositivi di compensazione per la loro semplicità di progettazione e manutenzione, l'assenza di parti rotanti e le basse perdite di potenza attiva.



Fig 2 Schema per l'accensione di un banco di condensatori.

Quando si sceglie la potenza dei dispositivi di compensazione, è necessario impegnarsi per la corretta distribuzione delle fonti di energia reattiva e per il caricamento più economico delle reti. Distinguere:

a) fattore di potenza istantaneo, calcolato con la formula.

(7)

in base alle letture simultanee del wattmetro (P), voltmetro (U) e amperometro (I) per un determinato momento o dalle letture del misuratore di fase,

b) fattore di potenza medio, che è la media aritmetica dei fattori di potenza istantanei per periodi di tempo uguali, determinato dalla formula:

• dove n è il numero di intervalli di tempo;

  c) il fattore di potenza medio ponderato, determinato dalle letture dei contatori di energia Wa attivi e Wr reattivi per un determinato periodo di tempo (giorno, mese, anno) utilizzando la formula:

  (9)

  La scelta del tipo, della potenza, del luogo di installazione e della modalità di funzionamento dei dispositivi di compensazione dovrebbe garantire la massima efficienza, subordinatamente a:

  a) modalità di tensione ammissibili nelle reti di alimentazione e distribuzione;

  b) carichi di corrente ammessi in tutti gli elementi della rete;

  c) modalità di funzionamento delle sorgenti di potenza reattiva entro limiti accettabili;

  d) la necessaria riserva di potenza reattiva.

  Il criterio della redditività è il minimo di riduzione dei costi, nel determinare quale deve essere preso in considerazione quanto segue:

  a) il costo dell'installazione dei dispositivi di compensazione e delle apparecchiature aggiuntive;

  b) ridurre il costo delle apparecchiature per le cabine di trasformazione e la costruzione di una rete di distribuzione e fornitura, nonché le perdite di energia elettrica in esse presenti, e

  c) riduzione della capacità installata degli impianti per la diminuzione delle perdite di potenza attiva.

  Da quanto precede, possiamo concludere che la compensazione della potenza reattiva nelle reti distrettuali che utilizzano banchi di condensatori aumenterà la capacità della linea senza modificare le apparecchiature elettriche. Inoltre, ha senso da un punto di vista economico.

5 A rigor di termini, i metodi per selezionare le sezioni in base alla perdita di tensione ammissibile sono stati sviluppati per conduttori in metallo non ferroso in una rete con una tensione fino a 35 kV inclusi. I metodi sono sviluppati sulla base delle ipotesi fatte in reti di tale tensione.

I metodi per determinare la sezione trasversale in base alla perdita di tensione ammissibile si basano sul fatto che il valore della resistenza reattiva dei conduttori X 0 è praticamente indipendente dalla sezione del filo F:

per linee elettriche aeree X 0 \u003d 0,36 - 0,46 ohm/km;

per linee di trasmissione via cavo con una tensione di 6 - 10 kV X 0 \u003d 0,06 - 0,09 ohm/km;

per linee di trasmissione in cavo con una tensione di 35 kV X 0 \u003d 0,11 - 0,13 ohm/km.

Il valore della perdita di tensione ammissibile nella linea di trasmissione di potenza è calcolato dalla potenza e dalla resistenza delle sezioni secondo la formula:

ed è costituito da due componenti: perdita di tensione nelle resistenze attive e perdita di tensione nelle resistenze reattive.

Considerando la circostanza che X 0 è praticamente indipendente dalla sezione del filo, il valore può essere calcolato prima di calcolare la sezione del conduttore, dato il valore medio della reattanza X 0sr negli intervalli indicati della sua modifica:

In base al valore dato della tensione consentita nella linea di trasmissione di potenza, viene calcolata la quota di perdita di tensione nelle resistenze attive:

Nell'espressione per il calcolo della perdita di tensione nelle resistenze attive

il parametro dipende dalla sezione trasversale,

dove è la conduttività del materiale del filo.

Se la linea di trasmissione di potenza è costituita da una sola sezione, il valore della sezione trasversale può essere determinato dall'espressione per:

Con un numero maggiore di sezioni di linee di trasmissione di potenza, sono necessarie condizioni aggiuntive per calcolare le sezioni trasversali dei conduttori. Ce ne sono tre:

Coerenza delle sezioni in tutte le aree F=cost;

consumo minimo di materiale conduttore min;

minime perdite di potenza attiva min.