cazuri de scurtcircuit. Protecție la scurtcircuit

Scurt circuit

Figura 1 prezintă o diagramă de conectare a unei lămpi electrice cu incandescență la o rețea electrică. Dacă rezistența acestei lămpi r l \u003d 240 Ohm și tensiunea rețelei U\u003d 120 V, apoi, conform legii lui Ohm, curentul din circuitul lămpii va fi:

Figura 1. Schema schematică a unui scurtcircuit la bornele întreruptorului

Să analizăm cazul în care firele care merg la lampa incandescentă s-au dovedit a fi închise printr-o rezistență foarte mică, de exemplu, o tijă metalică groasă cu rezistență r\u003d 0,01 Ohm, căzând accidental pe două fire. În acest caz, curentul de rețea, trecând la punct DAR, se va ramifica în două moduri: o mare parte din ea va merge de-a lungul unei tije metalice - o cale cu rezistență scăzută, iar cealaltă, o mică parte a curentului, va trece pe o cale cu rezistență ridicată - o lampă incandescentă.

Modul de urgență al rețelei, când, din cauza unei scăderi a rezistenței sale, curentul din ea crește brusc față de cel normal, se numește scurt circuit.

Să determinăm care este puterea curentului de scurtcircuit care curge prin tija metalică:

De fapt, în cazul unui scurtcircuit, tensiunea rețelei va fi mai mică de 120 V, deoarece un curent mare va crea o cădere mare de tensiune în rețea și, prin urmare, curentul care curge prin tija metalică va fi mai mic de 12.000 A. Dar totuși acest curent va fi de multe ori mai mare decât curentul consumat anterior de o lampă cu incandescență.

Putere de scurtcircuit la curent eu kz \u003d 12.000 A va fi:

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

Curentul care trece prin conductor generează căldură, iar conductorul se încălzește. În exemplul nostru, secțiunea transversală a firelor circuitului electric a fost proiectată pentru un curent mic - 0,5 A. Când firele sunt închise, un curent foarte mare va curge prin circuit - 12.000 A. Un astfel de curent va provoca eliberarea a unei cantități uriașe de căldură, care va duce cu siguranță la carbonizarea și arderea izolației firului, topirea materialului firului, deteriorarea instrumentelor electrice de măsurare, topirea contactelor întrerupătoarelor, întrerupătoarelor cu cuțit și așa mai departe. Sursa de energie electrică care alimentează un astfel de circuit poate fi, de asemenea, deteriorată. Supraîncălzirea firelor poate provoca un incendiu.

Fiecare rețea electrică este calculată pentru propriul curent normal pentru ea.

Datorită consecințelor periculoase, distructive și uneori ireparabile ale unui scurtcircuit, în timpul instalării și exploatării instalațiilor electrice trebuie respectate anumite condiții pentru a elimina cauzele unui scurtcircuit. Principalele sunt următoarele:
1) izolarea firelor trebuie să corespundă scopului său (tensiunea rețelei și condițiile de funcționare);
2) secțiunea transversală a firelor trebuie să fie astfel încât încălzirea lor în condițiile de funcționare existente să nu atingă o valoare periculoasă;
3) firele așezate trebuie să fie protejate în mod fiabil de deteriorări mecanice;
4) joncțiunile și ramurile trebuie să fie la fel de bine izolate ca firele în sine;
5) încrucișarea firelor trebuie făcută astfel încât firele să nu se atingă între ele;
6) firele trebuie să fie așezate prin pereți, tavane și podele astfel încât să fie protejate de umiditate, daune mecanice și chimice și bine izolate.

Protecție la scurtcircuit

Pentru a evita o creștere bruscă și periculoasă a curentului într-un circuit electric atunci când acesta este scurtcircuitat, circuitul este protejat de siguranțe sau întreruptoare.

Siguranțele sunt fire cu punct de topire scăzut conectate în serie la rețea. Când curentul crește peste o anumită valoare, firul siguranței se încălzește și se topește, drept urmare circuitul electric se întrerupe automat și curentul din el se oprește.

Un întrerupător este un dispozitiv de protecție mai complex și mai costisitor decât o siguranță. Cu toate acestea, spre deosebire de o siguranță, este proiectată pentru mai multe deplasări atunci când protejează circuitele în timpul funcționării de urgență. Din punct de vedere structural, întrerupătorul este realizat într-o carcasă dielectrică cu un mecanism de declanșare încorporat în ea. Mecanismul de eliberare are contacte fixe și mobile. Contactul mobil este încărcat cu arc, arcul oferă forță pentru decuplarea rapidă a contactelor. Mecanismul de declanșare este acționat de una dintre cele două declanșări: termică sau magnetică.

Degajarea termică este o placă bimetală încălzită de un curent care curge. Când curentul trece peste valoarea admisă, placa bimetalică se îndoaie și activează mecanismul de declanșare. Timpul de funcționare depinde de curent (caracteristica timp-curent) și poate varia de la secunde la ore. Spre deosebire de o siguranță, un întrerupător este gata pentru următoarea utilizare după ce placa sa răcit.

O declanșare electromagnetică este o eliberare instantanee, care este un solenoid (bobină realizată dintr-un conductor de cupru), al cărui miez mobil poate de asemenea să acționeze mecanismul de eliberare. Curentul care trece prin comutator trece prin înfășurarea solenoidului și face ca miezul să se retragă atunci când este depășit pragul de curent. Declanșarea instantanee, spre deosebire de declanșarea termică, funcționează foarte rapid (fracțiuni de secundă), dar cu un exces de curent mult mai mare: de 2 ÷ 14 ori curentul nominal.

Video 1. Scurtcircuit

Ce este un scurtcircuit? Cel mai adesea, această frază poate fi auzită de la electricieni, precum și de la oameni care nu înțeleg deloc electronica și electricitatea. La orice întrebare de ce a venit fumul de la orice dispozitiv sau dispozitiv, toți spun ca unul: „A fost un scurtcircuit”. O scuză foarte universală pentru cei care vor să pară un nu știu deștept).

Natura scurtcircuitului

Să ne uităm la cel mai simplu circuit format dintr-un bec și o baterie de mașină:

În acest caz, curentul va curge prin circuit și becul va străluci.

Să presupunem că firele noastre care duc la bec sunt complet goale. Dintr-o dată, printr-un miracol, un alt fir gol cade pe aceste fire. Acest cablaj închide cele două fire goale ale noastre și începe distracția - în circuit există scurtcircuit (scurtcircuit). Un scurtcircuit este calea cea mai scurtă prin care curentul electric să circule printr-un circuit unde există cea mai mică rezistență.

Acum curentul trece atât prin bec, cât și prin cablare. Dar cablarea noastră este mult mai mică decât rezistența becului și aproape tot curentul va curge acolo unde este mai puțină rezistență - adică prin cablare. Și deoarece rezistența firului nostru este foarte mică, atunci curentul, prin urmare, va curge foarte mare, conform Legii lui Ohm. Și dacă curge un curent mare, prin urmare, cantitatea de căldură generată de cablaj va fi foarte mare, conform Legii Joule-Lenz. La final, prin circuit va curge un circuit mare, care este evidențiat cu roșu, iar acest circuit se va încălzi foarte mult. Încălzirea firelor le poate face să se ardă sau chiar să se aprindă. Acest caz se numește scurt circuit.

Probabil ați auzit de mai multe ori în buletinul de știri că incendiul a fost provocat de un scurtcircuit. În acest caz, firul gol al fazei într-un loc a atins firul gol de zero sau faza a atins pământul. A avut loc un scurtcircuit, iar firele au început să se încălzească într-o asemenea măsură încât obiectele din apropiere s-au aprins cu căldura lor. De aici și focul.

Practic, în casele vechi apare un scurtcircuit de la un cablu vechi care se sparge la cusături și se poate scurtcircuita unul cu celălalt. Prin urmare, primul lucru de făcut atunci când cumpărați un apartament sau o casă pe piața secundară este să vă uitați la starea cablajului.

Semne tipice ale unui scurtcircuit

• siguranțe arse în echipamente electronice (REA)
• încălzirea unui circuit în care circulă un curent de scurtcircuit
• tensiune sursă de joasă tensiune
• curent mare
• fum
• fire carbonizate
• urme PCB arse
• funingine neagră în locul unde s-a produs scurtcircuitul

Cum să faci față unui scurtcircuit? Aceasta, desigur, este să instalați siguranțe, întrerupătoare și să încercați să faceți o cablare îngrijită.

Auzim adesea „S-a produs un scurtcircuit”, „Circuitul sa scurtat”. Este imediat clar că s-a întâmplat ceva neplanificat și rău. Dar de ce circuitul este scurt și nu lung? Să punem capăt incertitudinii și să ne dăm seama ce se întâmplă exact când are loc un scurtcircuit într-un circuit electric.

Ce este un scurtcircuit (scurtcircuit)

Raia electrică înoată în ocean și nu este fericită KZ, renunțând complet la cunoștințele legii lui Ohm. Pentru noi, pentru a înțelege natura și cauzele unui scurtcircuit, această lege este pur și simplu necesară. Deci, dacă nu ați avut încă timp, citim despre legea lui Ohm, puterea curentului, tensiunea, rezistența și alte concepte fizice minunate.

Acum că știți toate acestea, puteți da definiția unui scurtcircuit din fizică și inginerie electrică:

Scurt circuit- aceasta este o conexiune a două puncte ale unui circuit electric cu potențiale diferite, care nu este prevăzută de funcționarea normală a circuitului și duce la o creștere critică a intensității curentului la joncțiune.

Un scurtcircuit duce la formarea de curenți distructivi care depășesc valorile admise, defectarea dispozitivelor și deteriorarea cablajului. De ce se întâmplă asta? Să analizăm în detaliu ce se întâmplă în circuit în timpul unui scurtcircuit.

Să luăm cel mai simplu circuit. Are sursa de curent, rezistenta si fire. În plus, rezistența firelor poate fi neglijată. O astfel de schemă este suficientă pentru a înțelege esența scurtcircuitului.

Într-un circuit închis, se aplică legea lui Ohm: curentul este direct proporțional cu tensiunea și invers proporțional cu rezistența. Cu alte cuvinte, cu cât rezistența este mai mică, cu atât curentul este mai mare .

Mai precis, pentru circuitul nostru, legea lui Ohm va fi scrisă în următoarea formă:

Aici r este rezistența internă a sursei de curent, iar litera greacă epsilon denotă emf-ul sursei.

Ce se înțelege prin curent de scurtcircuit? Daca rezistenta Rîn circuitul nostru nu va fi, sau va fi foarte mic, atunci puterea curentului va crește și un curent de scurtcircuit va curge în circuit:

Apropo! Pentru cititorii noștri există acum o reducere de 10% la

Tipuri de scurtcircuite și cauzele acestora

În viața de zi cu zi, există scurtcircuite:

• fază singulară- când firul de fază se închide la zero. Astfel de scurtcircuite se întâmplă cel mai des;
• în două faze- când o fază este închisă la alta;
• trei faze- când trei faze sunt închise deodată. Acesta este cel mai problematic tip de scurtcircuit.

De exemplu, duminică dimineața, vecinul tău din spatele peretelui conectează faza și zero în priză incluzând un perforator în el. Aceasta înseamnă că circuitul este închis, iar curentul trece prin sarcină, adică prin dispozitivul conectat la priză.

Dacă un vecin conectează firele de fază și zero în priză fără a conecta sarcina, atunci va avea loc un scurtcircuit în circuit, dar puteți dormi mai mult.

Pentru cei care nu stiu, pentru o mai buna intelegere va fi util sa cititi ce faza si zero sunt in electricitate.

Un scurtcircuit se numește scurtcircuit, deoarece curentul dintr-un astfel de circuit, așa cum ar fi, merge pe o cale scurtă, ocolind sarcina. Circuit controlat sau lung - acesta este obișnuit, familiar pentru toată lumea, conectarea aparatelor la o priză.

Protecție la scurtcircuit

În primul rând, despre ce consecințe poate provoca un scurtcircuit:

1. Deteriorarea unei persoane prin curent electric și căldură generată.
2. Foc.
3. Defecțiunea dispozitivelor.
4. Pana de curent și fără internet acasă. Ca rezultat - nevoia forțată de a citi cărți și de a lua masa la lumina lumânărilor.

După cum puteți vedea, un scurtcircuit este un inamic și un dăunător care trebuie luptat. Care sunt metodele de protecție la scurtcircuit?

Aproape toate se bazează pe deschiderea rapidă a circuitului atunci când este detectat un scurtcircuit. Acest lucru se poate face folosind diferite dispozitive de protecție la scurtcircuit.

Aproape toate aparatele electrice moderne au siguranțe. Un curent mare pur și simplu topește siguranța și circuitul se întrerupe.

În apartamente se folosesc întrerupătoare. Acestea sunt întreruptoare de circuit proiectate pentru un anumit curent de funcționare. Când curentul crește, mașina funcționează, întrerupând circuitul.

Releele speciale sunt folosite pentru a proteja motoarele electrice industriale de scurtcircuite.

Acum puteți defini cu ușurință un scurtcircuit, în același timp știți despre legea lui Ohm, precum și faza și zero în electricitate. Dorim tuturor să nu aranjeze scurtcircuite! Și dacă aveți un „circuit închis” în cap și nu aveți absolut nicio energie pentru un fel de muncă, serviciul nostru pentru studenți vă va ajuta întotdeauna să faceți față.

Și, în sfârșit, un videoclip despre cum să NU faceți față curentului electric.

Bună ziua, dragi cititori ai site-ului Electrician's Notes.

Îmi doream de mult să scriu un articol despre un scurtcircuit. Dar toate nu au ajuns cumva la mâini.

Astăzi m-am hotărât, pentru că m-au influențat ultimele evenimente care au avut loc la substația de distribuție a întreprinderii noastre.

Mai devreme în articole, am spus că acestea provoacă scurtcircuite, sau scurtcircuite pentru scurt.

Un scurtcircuit este unul dintre cele mai grave și periculoase tipuri de daune.

Vei întreba de ce? Cititi mai jos.

Ce este un scurtcircuit?

Wikipedia răspunde la această întrebare că un scurtcircuit este:

Citiți definiția.

Și acum să aruncăm o privire mai atentă la ce se întâmplă cu parametrii instalației electrice în momentul unui scurtcircuit.

În cazul unui scurtcircuit, tensiunea la sursa de alimentare, sau mai degrabă, EMF, este scurtcircuitată printr-o rezistență mică (de valoare mică) a cablurilor și a liniilor aeriene, înfășurările transformatoarelor și generatoarelor. De aici și denumirea de „scurtcircuit”.

Într-un circuit închis „pe scurt” apare un curent foarte mare, care se numește curent de scurtcircuit.

Luați în considerare clasificarea scurtcircuitelor.

Scurtcircuitele sunt împărțite la numărul de faze închise:

• scurtcircuite trifazate
• scurtcircuite bifazate
• scurtcircuite monofazate

Scurtcircuitele sunt împărțite la scurtcircuit:

• cu pământul
• fără pământ

Scurtcircuitele sunt împărțite la numărul de puncte închise din rețea:

• la un moment dat
• în două puncte
• în mai multe puncte (mai mult de două)

Exemplu

Luați în considerare un exemplu.

Să presupunem că consumatorul nostru este alimentat de la o substație printr-o linie electrică aeriană (VL). Linia de alimentare este de tranzit, astfel încât consumatorul este alimentat printr-un robinet de la linia aeriană în punctul „O”.

Linia punctată de la numărul 2 arată nivelul de tensiune de-a lungul întregii linii aeriene înainte de producerea unui scurtcircuit.

Figura arată că tensiunea în orice punct al rețelei electrice este egală cu diferența de EMF a sursei de energie și scăderea de tensiune în circuitul electric până la punctul de care avem nevoie.

De exemplu, tensiunea în punctul „O” poate fi calculată folosind formula :

Uo \u003d E - I * Zo, unde

• E - EMF al sursei de alimentare, în cazul nostru, generatorul
• Zo este impedanța liniei aeriene de la sursa de alimentare la punctul „O” (constă din rezistență activă și reactivă)
• I este curentul care curge prin linia aeriană la un moment dat.

Să presupunem că dintr-un motiv oarecare a existat un scurtcircuit pe linia aeriană, dar în afara robinetului nostru. Să numim acest punct de scurtcircuit „K”.

Ce se întâmplă în timpul unui scurtcircuit?

În momentul unui scurtcircuit, nu mai este curentul nominal care trece prin linia aeriană, ci un curent de scurtcircuit de o magnitudine mare, prin urmare, căderea de tensiune pe fiecare element al circuitului electric crește. Și anume pe rezistența Zo și Zk.

Cea mai mare cădere de tensiune va fi în punctul de scurtcircuit, adică. în punctul „K”. În alte puncte ale liniei aeriene, îndepărtate de scurtcircuit, tensiunea va scădea puțin mai puțin (acest lucru poate fi văzut în figură - linia numărul 1).

Într-unul dintre articolele mele, am dat un vizual. Urmați linkul și familiarizați-vă cu materialele.

Consecințele unui scurtcircuit

Am aflat deja că în momentul unui scurtcircuit, există o creștere bruscă a mărimii curentului și o scădere a tensiunii, ceea ce duce la următoarele consecințe.

1. Distrugerea

Să ne uităm la ceva fizică.

Conform legii cunoscutului fizician Joule-Lenz, curentul de scurtcircuit, care trece de ceva timp prin rezistența activă a circuitului electric, eliberează căldură în acesta, care este calculată prin formula:

În punctul de scurtcircuit, această căldură, precum și flacăra arcului electric, produce o mare distrugere. Și cu cât este mai mare curentul de scurtcircuit și timpul necesar pentru a trece prin circuit, cu atât va fi mai mare distrugerea.

Pentru a vă clarifica cât de mare sunt aceste distrugeri, voi da mai jos exemple din practica mea.

Atingeți unitatea de schimbător. A avut loc un scurtcircuit în înfășurarea unui motor asincron

2. Deteriorări ale izolației

În timpul trecerii unui curent de scurtcircuit prin liniile intacte, acestea sunt încălzite peste temperatura maximă admisă, ceea ce duce la deteriorarea izolației lor.

Parte activă a transformatorului. Scurtcircuit s-a produs din cauza deteriorării izolației

Scurtcircuit cablu. Consecințe

3. Consumatori și receptoare electrice

Reducerea tensiunii în timpul unui scurtcircuit perturbă funcționarea normală a consumatorilor și a receptoarelor electrice.

De exemplu, unul asincron se poate opri cu totul când tensiunea de la rețea scade, deoarece. momentul de rotație a acestuia poate fi mai mic decât momentul de rezistență și frecare a mecanismelor.

Funcționarea normală a opririlor de iluminat este, de asemenea, întreruptă. Aici cred că nu este nevoie de explicații.

Urmăriți un videoclip vizual despre cauzele și consecințele unui scurtcircuit într-o instalație electrică de 400 (V) la una dintre substațiile noastre:

Dar cazul este mai grav - un scurtcircuit trifazat în rețea 10 (kV).

Iată mai multe fragmente din accidentul care s-a produs din cauza unui scurtcircuit la tăierea cablului de 10 (kV):

P.S. La sfârșitul articolului pe tema unui scurtcircuit, aș dori să confirm ceea ce s-a spus la începutul articolului meu că un scurtcircuit este cel mai periculos și sever tip de daune care necesită răspuns și deconectare instantanee și rapide. secțiunea deteriorată a circuitului.

Motivul principal al apariției scurt circuit- încălcarea izolației echipamentelor electrice, inclusiv a cablurilor și a liniilor electrice aeriene. Iată câteva exemple de apariție a unui scurtcircuit din cauza defecțiunii izolației.

În timpul lucrărilor de terasament, un cablu de înaltă tensiune a fost avariat, ceea ce a dus la apariția unui scurtcircuit fază la fază. În acest caz, deteriorarea izolației a apărut ca urmare a impactului mecanic asupra liniei de cablu.

În tabloul deschis al substației, a apărut o defecțiune la pământ monofazată ca urmare a defecțiunii izolatorului suport din cauza îmbătrânirii învelișului său izolator.

Un alt exemplu destul de comun este căderea unei ramuri sau a unui copac pe firele unei linii electrice aeriene, ceea ce duce la biciuirea sau ruperea firelor.

Metode de protecție a echipamentelor de scurtcircuite în instalațiile electrice

După cum sa menționat mai sus, scurtcircuitele sunt însoțite de o creștere semnificativă a curentului, ceea ce duce la deteriorarea echipamentelor electrice. Prin urmare, protecția echipamentelor de instalații electrice de acest mod de urgență este sarcina principală a industriei energetice.

Pentru a proteja împotriva scurtcircuitelor, ca operare de urgență a echipamentelor, în instalațiile electrice ale stațiilor de distribuție sunt utilizate diverse dispozitive de protecție.

Scopul principal al tuturor dispozitivelor de protecție cu relee este de a opri întrerupătorul (sau mai multe) care alimentează secțiunea rețelei în care a avut loc un scurtcircuit.

În instalațiile electrice cu o tensiune de 6-35 kV, protecția la supracurent (MTP) este utilizată pentru a proteja liniile electrice de scurtcircuite. Pentru a proteja liniile de 110 kV de scurtcircuite, protecția de fază diferențială este utilizată ca protecție a liniei principale. În plus, pentru protecția liniilor de transport de 110 kV, protecția la distanță și protecția la pământ (TZNP) sunt utilizate ca protecție de rezervă.

3 Transmisia energiei electrice

Transmisia energiei electrice de la centrala electrica la consumatori este una dintre cele mai importante sarcini ale industriei energetice. Electricitatea este transmisă în primul rând prin aer. linii de înaltă tensiune(linii electrice) de curent alternativ, deși există o tendință de utilizare în creștere a liniilor de cablu și a liniilor de curent continuu. nevoia lui P. e. la o distanță se datorează faptului că electricitatea este generată de centrale mari cu unități puternice și este consumată de receptoare electrice de putere relativ mică, distribuite pe o suprafață mare. munca depinde de distanta sisteme electrice unificate acoperind zone vaste.

Una dintre principalele caracteristici transmisie de putere este capacitatea sa, adică puterea maximă care poate fi transmisă pe o linie de transport a energiei electrice, ținând cont de factori limitativi: puterea maximă în condiții de stabilitate, pierderi corona, încălzire a conductorilor etc. Puterea transmisă printr-o linie de curent alternativ este legată de lungimea acesteia și de dependența de tensiune

Unde U 1 Și U 2 - tensiunea la începutul și la sfârșitul liniei de transport, Z c este impedanța de undă a liniei de transmisie, a este coeficientul de schimbare de fază care caracterizează rotația vectorului de tensiune de-a lungul liniei pe unitatea de lungime a acesteia (datorită natura ondulatorie a propagării câmpului electromagnetic), l- lungimea liniilor electrice, d- unghiul dintre vectorii de tensiune la începutul şi la sfârşitul liniei, care caracterizează modul de transmitere a puterii şi stabilitatea acesteia. Puterea maximă transmisă este atinsă la d= 90° când sin d= 1. Pentru liniile electrice aeriene de curent alternativ, se poate considera aproximativ că puterea maximă transmisă este aproximativ proporțională cu pătratul tensiunii, iar costul construirii unei linii electrice este proporțional cu tensiunea. Prin urmare, în dezvoltarea transportului de putere, există o tendință de creștere a tensiunii ca mijloc principal de creștere a capacității de transmisie a liniilor de transport.

Transmisiei de curent continuu îi lipsesc mulți dintre factorii inerenți transmisiei de curent alternativ și care limitează capacitatea acestora. Puterea maximă transmisă prin liniile de curent continuu este mai mare decât cea a liniilor de curent alternativ similare:

Unde E în - tensiunea de ieșire redresor, R å - rezistența activă totală a transmisiei de putere, care, pe lângă rezistența firelor liniei de alimentare, include și rezistența redresorului și a invertorului. Limitarea utilizării transmisiei de curent continuu se datorează în principal dificultăților tehnice în crearea de dispozitive eficiente și ieftine pentru conversia curentului alternativ în curent continuu (la începutul liniei) și curentului continuu în curent alternativ (la sfârșitul linia). Transmisia de curent continuu este promițătoare pentru conectarea sistemelor mari de putere care sunt îndepărtate unele de altele. În acest caz, nu este necesar să se asigure stabilitatea acestor sisteme.

Calitatea energiei electrice este determinată de funcționarea fiabilă și stabilă a transmisiei de putere, care este asigurată, în special, de utilizarea dispozitivelor de compensare și a sistemelor automate de reglare și control (vezi. Control automat al excitației, Reglarea automată a tensiunii, Control automat al frecvenței).

În urma lucrărilor de cercetare au fost elaborate următoarele:

scheme de transmisie a energiei în curent continuu care permit utilizarea cât mai rațională a caracteristicilor de proiectare ale liniilor aeriene trifazate de curent alternativ concepute pentru a transmite energie electrică prin trei fire;

metodologia de calcul a tensiunii de funcționare a curentului continuu pentru liniile electrice aeriene construite pe baza structurilor tipice de suporturi trifazate de curent alternativ din clasele de tensiune 500-750 kV;

o metodă de calcul a capacității liniilor aeriene de curent alternativ trifazat cu o tensiune de funcționare de 500-750 kV după trecerea lor în curent continuu conform schemelor propuse de autor;

o metodă de calcul a fiabilității liniilor aeriene de curent alternativ trifazat cu o tensiune de funcționare de 500-750 kV după trecerea lor în curent continuu conform schemelor propuse de autor.

S-a calculat calculul lungimii critice a liniei, pornind de la care transmisia de putere în curent continuu conform schemelor elaborate de autor, va fi mai rentabilă din punct de vedere economic decât transportul de putere în curent alternativ cu o tensiune de 500, 750 kV. .

Pe baza rezultatelor unui studiu științific, se formulează recomandări:

în funcție de alegerea tipului de izolatori cu disc de suspensie, care fac parte din suspensiile izolatoare ale liniilor electrice aeriene DC;

conform calculului lungimii distanței de curgere a suspensiilor izolatoare ale liniilor electrice aeriene DC;

cu privire la alegerea unei scheme de transmisie a puterii cu trei fire, în raport cu liniile aeriene de curent continuu, realizată pe baza unor proiecte unificate de suporturi de curent alternativ trifazat;

privind utilizarea structurilor unificate de suporturi trifazate de curent alternativ pe liniile aeriene de curent continuu;

determinarea tensiunii de funcționare a curentului continuu, în raport cu liniile electrice aeriene de curent continuu, realizate pe baza unor proiecte unificate de suporturi trifazate de curent alternativ;

conform calculului capacității unei linii electrice de curent continuu cu trei fire.

Rezultatele calculelor efectuate arată că capacitatea liniilor de transmisie de curent alternativ trifazat existente poate fi crescută semnificativ prin transferarea lor la curent electric continuu folosind aceleași suporturi, șiruri și fire izolatoare. Creșterea puterii transmise în acest caz poate fi de la 50% la 245% pentru o linie aeriană de 500 kV și de la 70% la 410% pentru o linie aeriană de 750 kV, în funcție de marca și secțiunea firelor utilizate și de dimensiune. a puterii instalate a liniei aeriene pe curent alternativ. De asemenea, transferul liniilor de curent alternativ trifazate existente la curent continuu conform schemelor propuse va îmbunătăți semnificativ indicatorii de fiabilitate ale acestora. În același timp, utilizarea circuitelor dezvoltate va crește fiabilitatea de 5-30 de ori, în funcție de clasa de tensiune a liniei aeriene. În cazul unui nou design de linii aeriene DC conform schemelor de mai sus, indicatorii de fiabilitate ai acestora vor fi echivalenti.

În general, posibilitatea de a transfera liniile aeriene trifazate de curent alternativ este destul de fezabilă. O astfel de soluție tehnică poate fi relevantă pentru creșterea debitului liniilor aeriene în funcțiune, menținând în același timp configurația acestora și, de asemenea, va extinde domeniul de aplicare al transmisiei de curent continuu. Nu este exclusă posibilitatea construirii de noi linii de curent continuu folosind structuri unificate de suporturi trifazate de curent alternativ.

4 putere reactiva - componentă de putere maximă, care, în funcție de parametrii, schema și modul de funcționare a rețelei electrice, provoacă pierderi suplimentare de energie electrică activă și deteriorarea calității energiei electrice.

energie electrica reactiva - circulatia tehnologic daunatoare a energiei electrice intre sursele de alimentare si receptoarele de curent electric alternativ cauzata de dezechilibrul electromagnetic al instalatiilor electrice.

Principalii consumatori de putere reactivă în sistemele electrice sunt transformatoarele, liniile electrice aeriene, motoarele asincrone, convertoarele cu supape, cuptoarele electrice cu inducție, unitățile de sudură și alte sarcini.

Puterea reactivă poate fi generată nu numai de generatoare, ci și de dispozitive de compensare-condensatoare, compensatoare sincrone sau surse de putere reactivă statică (RPS), care pot fi instalate la substațiile rețelei electrice.

În vederea normalizării fluxurilor de putere reactivă, la rezolvarea problemelor de compensare a puterii reactive prin eforturi proprii și prin eforturile consumatorilor, în vederea promovării procesului de rezolvare a problemelor de putere reactivă și a sarcinilor de optimizare a fluxurilor acesteia, normalizarea nivelurilor de tensiune, reducerea pierderile de putere activă în rețelele electrice de distribuție și creșterea fiabilității alimentării cu energie a consumatorilor, ar trebui să se efectueze un studiu al instalațiilor Stavropolenergo, o sucursală a JSC IDGC din Caucazul de Nord, pentru starea surselor de energie reactivă, starea energiei reactive și a dispozitivelor de măsurare a puterii pentru funcția de control al energiei reactive și al echilibrului puterii.

Stavropolenergo are 866 cutii de dispozitive de compensare (BCD) cu o capacitate de unică folosință de 38,66 MBar (sarcina maximă reală în ceea ce privește puterea reactivă este de 25,4 MBar). În balanța consumatorilor, capacitatea instalată este de 25.746 MBar (încărcarea efectivă la maxim în ceea ce privește puterea reactivă este de 18.98 MBar)

Împreună cu JSC „Stavropolenergosbyt” au fost efectuate anchete privind natura sarcinii consumatorilor cu un consum crescut de putere reactivă (tg ? > 0,4). După publicarea „Procedurii de calculare a valorilor raportului dintre consumul de energie activă și reactivă pentru dispozitivele individuale de recepție a energiei electrice ale consumatorilor de energie electrică”, în conformitate cu Decretul Guvernului Federației Ruse nr. 530, lucrarea cu consumatorii vor fi organizate integral. Condițiile de lucru cu consumatorii în conformitate cu noua „Procedură...” sunt incluse în textul contractelor de alimentare cu energie electrică renegociate în prezent.

Atunci când consumatorii solicită conectarea la rețelele electrice ale Stavropolenergo sau pentru o creștere a puterii conectate de 150 kW sau mai mult, în contractele de racordare a consumatorilor la rețeaua electrică sunt încheiate cerințe privind necesitatea compensării puterii reactive, într-o sumă care să asigure respectarea valorile limită stabilite ale factorilor de putere reactivă.

Semnarea de acorduri adiționale la contractele de furnizare de servicii de transport de energie electrică cu OJSC Stavropolenergosbyt, OJSC Pyatigorsk Electric Networks, LLC RN-energo, CT CJSC RCER și K, OJSC Nevinnomyssky Azot, garantând furnizorilor menținerea condițiilor de către consumatori cu o putere conectată de 150 kW sau mai mult din factorii de putere reactivă stabiliți de organul executiv federal responsabil cu dezvoltarea politicii de stat în domeniul complexului de combustibil și energie și cerințe pentru asigurarea contabilității energiei reactive.

În următorii ani se preconizează punerea în funcțiune a unor noi capacități industriale, ceea ce va determina creșterea consumului cu până la 3% sau mai mult pe an. Aceasta pune sarcina echilibrului puterii reactive într-unul dintre domeniile prioritare, căruia i se va acorda o atenție sporită.

Compensarea puterii reactive- impact vizat asupra echilibrului puterii reactive în nodul sistemului de energie electrică pentru reglarea tensiunii, iar în rețelele de distribuție pentru reducerea pierderilor de energie electrică. Se realizează cu ajutorul dispozitivelor de compensare. Pentru menținerea nivelurilor de tensiune necesare în nodurile rețelei electrice, consumul de putere reactivă trebuie asigurat de puterea generată necesară, ținând cont de rezerva necesară. Puterea reactiva generata este suma puterii reactive generate de generatoarele centralelor electrice si a puterii reactive a dispozitivelor de compensare situate in reteaua electrica si in instalatiile electrice ale consumatorilor de energie electrica.

Compensarea puterii reactive este relevantă în special pentru întreprinderile industriale, ai căror principali consumatori de electricitate sunt motoarele asincrone, drept urmare factorul de putere fără a lua măsuri de compensare este de 0,7- 0,75. Măsurile de compensare a puterii reactive la nivelul întreprinderii permit:

reduce sarcina transformatoarelor, crește durata de viață a acestora,

reduceți sarcina pe fire, cabluri, utilizați secțiunea mai mică a acestora,

îmbunătățirea calității energiei electrice la receptoarele de putere (prin reducerea distorsiunii formei de undă a tensiunii),

reduce sarcina echipamentului de comutare prin reducerea curenților din circuite,

evitarea amenzilor pentru reducerea calității energiei electrice printr-un factor de putere redus,

reduce costurile cu energie.

Consumatorii de putere reactivă necesari pentru a crea câmpuri magnetice sunt atât legăturile individuale de transmisie a puterii (transformatoare, linii, reactoare), cât și astfel de receptoare de putere care transformă electricitatea într-un alt tip de energie, care, conform principiului funcționării lor, utilizează un câmp magnetic ( motoare asincrone, cuptoare cu inducție etc.). Până la 80-85% din toată puterea reactivă asociată cu formarea câmpurilor magnetice este consumată de motoarele și transformatoarele asincrone. O parte relativ mică din soldul total al puterii reactive revine ponderii celorlalți consumatori ai săi, de exemplu, cuptoare cu inducție, transformatoare de sudură, convertoare, iluminare fluorescentă etc.

Puterea totală furnizată de generatoare către rețea:

(1)

unde P și Q sunt puterile active și reactive ale receptorilor, ținând cont de pierderile de putere în rețele;

cosφ - factorul de putere rezultat al receptoarelor de putere electrică.

Generatoarele sunt dimensionate pentru a funcționa cu factorul de putere nominal de 0,8-0,85 la care sunt capabile să furnizeze puterea reală nominală. O scădere a cosφ pentru consumatori sub o anumită valoare poate duce la faptul că cosφ al generatoarelor va fi mai mic decât cel nominal și puterea activă ieșită de către aceștia la aceeași putere aparentă va fi mai mică decât cea nominală. Astfel, la factori de putere redusi pentru consumatori, pentru a asigura transferul unei anumite puteri active către aceștia, este necesar să se investească costuri suplimentare în construcția de centrale electrice mai puternice, să crească capacitatea de trecere a rețelelor și transformatoarelor și, pe măsură ce ca urmare, atrage costuri suplimentare de operare.

Deoarece sistemele electrice moderne includ un număr mare de transformatoare și linii aeriene lungi, reactanța dispozitivului de transmisie este foarte semnificativă, iar acest lucru provoacă pierderi considerabile de tensiune și putere reactivă. Transferul puterii reactive prin rețea duce la pierderi suplimentare de tensiune, din expresia:

(2)

se poate observa că puterea reactivă Q transmisă prin rețea și reactanța rețelei X afectează semnificativ nivelul de tensiune la consumatori.

Mărimea puterii reactive transmise afectează, de asemenea, pierderile de putere activă și de energie în transmisia puterii, care rezultă din formula:

(3)

Valoarea care caracterizează puterea reactivă transmisă este factorul de putere
. Inlocuind in formula pierderii valoarea puterii totale, exprimata in cosφ, se obtine:

(4)

Acest lucru arată că dependența puterii băncilor de condensatoare este invers proporțională cu pătratul tensiunii de la rețea, deci este imposibil să reglați fără probleme puterea reactivă și, prin urmare, tensiunea instalației. Astfel, cos (φ) scade atunci când cererea de putere reactivă a sarcinii crește. Este necesar să ne străduim să creștem cos (φ), deoarece low cos (φ) aduce următoarele probleme:

Articol înrudit:Compensarea perturbațiilor și a zgomotelor la controlul unui obiect liniar prin ieșire

Pierderi mari de putere în liniile electrice (flux curent de putere reactivă);

Căderi mari de tensiune în liniile electrice;

Necesitatea creșterii puterii generale a generatoarelor, a secțiunii transversale a cablurilor, a puterii transformatoarelor de putere.

Din toate cele de mai sus, este clar că este necesară compensarea puterii reactive. Acest lucru se poate realiza cu ușurință prin utilizarea instalațiilor active de compensare. Principalele surse de putere reactivă instalate la locul de consum sunt compensatoarele sincrone și condensatoarele statice. Cele mai utilizate condensatoare statice pentru tensiuni de până la 1000 V și 6-10 kV. Condensatoarele sincrone sunt instalate la o tensiune de 6-10 kV la substațiile regionale.



Fig.1 Scheme de transmisie a puterii

a- nicio compensatie; b - cu compensare.

Toate aceste dispozitive sunt consumatori de putere reactivă (capacitivă) lider sau, ceea ce este același lucru, surse de putere reactivă întârziată pe care le furnizează rețelei. Acest lucru este ilustrat de diagrama din fig. 1. Deci, în diagrama din fig. 1a prezintă transportul energiei electrice de la centrala A la stația de consum B. Puterea transmisă este P + jQ. La instalarea la consumator condensatoare statice cu o capacitate de Q K (Fig. 1 b), puterea transmisă prin rețea va fi P + j (Q - Q K)

Vedem că puterea reactivă transmisă de la centrală a scăzut sau se spune că a fost compensată de cantitatea de putere generată de banca de condensatoare. Consumatorul primește acum această putere în mare măsură direct de la instalația de compensare. Cu compensarea puterii reactive, pierderile de tensiune în liniile de transmisie a energiei scad și ele. Dacă înainte de compensare am avut o pierdere de tensiune în rețeaua raională

(5)

atunci dacă există compensație, aceasta se va reduce la valoare

(6)

unde R și X sunt rezistențe de rețea.

Deoarece puterea condensatoarelor individuale este relativ mică, aceștia sunt de obicei conectați în paralel în baterii plasate în dulapuri complete. Adesea, sunt utilizate instalații care constau din mai multe grupuri sau secțiuni de bănci de condensatoare, ceea ce face posibilă controlul pas cu pas al puterii condensatoarelor și, prin urmare, a tensiunii instalației.

Banca de condensatoare trebuie să fie prevăzută cu o rezistență de descărcare strâns conectată la bornele sale. Rezistența de descărcare pentru instalațiile de condensatoare cu o tensiune de 6-10 kV este transformatoarele de tensiune TN, iar pentru băncile de condensatoare cu tensiune de până la 380 V - lămpi cu incandescență. Necesitatea rezistențelor de descărcare este dictată de faptul că atunci când condensatoarele sunt deconectate de la rețea, o sarcină electrică rămâne în ele și este stocată o tensiune care este apropiată ca mărime de tensiunea rețelei. Fiind inchisi (dupa deconectare) la rezistenta de descarcare, condensatoarele isi pierd rapid sarcina electrica, tensiunea scade si ea la zero, ceea ce asigura siguranta instalatiei. Unitățile de condensator se compară favorabil cu alte dispozitive de compensare prin simplitatea lor de proiectare și întreținere, absența pieselor rotative și pierderile reduse de putere activă.



Fig 2 Schema de pornire a unui banc de condensatori.

Atunci când alegeți puterea dispozitivelor de compensare, trebuie să depuneți eforturi pentru distribuția corectă a surselor de putere reactivă și pentru cea mai economică încărcare a rețelelor. Distinge:

a) factor de putere instantaneu, calculat prin formula.

(7)

pe baza citirilor simultane ale wattmetrului (P), voltmetrului (U) și ampermetrului (I) pentru un anumit moment de timp sau din citirile contorului de fază,

b) factorul de putere mediu, care este media aritmetică a factorilor de putere instantanei pentru perioade egale de timp, determinată de formula:

• unde n este numărul de intervale de timp;

  c) factorul de putere mediu ponderat, determinat din citirile contoarelor de energie Wa activă și Wr reactivă pentru o anumită perioadă de timp (zi, lună, an) folosind formula:

  (9)

  Alegerea tipului, puterii, locației de instalare și modului de funcționare a dispozitivelor de compensare ar trebui să asigure cea mai mare eficiență, sub rezerva:

  a) moduri de tensiune admisibile în rețelele de alimentare și distribuție;

  b) sarcini de curent admisibile în toate elementele rețelei;

  c) moduri de funcționare a surselor de putere reactivă în limite acceptabile;

  d) rezerva necesară de putere reactivă.

  Criteriul de rentabilitate este minimul de costuri reduse, la stabilirea cărora trebuie luate în considerare următoarele:

  a) costul instalării dispozitivelor de compensare și a echipamentelor suplimentare acestora;

  b) reducerea costului echipamentelor pentru stațiile de transformare și construcția unei rețele de distribuție și alimentare, precum și a pierderilor de energie electrică în acestea, și

  c) reducerea capacitatii instalate a centralelor electrice datorita scaderii pierderilor de putere activa.

  Din cele de mai sus, putem concluziona că compensarea puterii reactive în rețelele districtuale care utilizează bănci de condensatoare va crește capacitatea liniei fără a schimba echipamentul electric. În plus, are sens din punct de vedere economic.

5 Strict vorbind, metodele de selectare a secțiunilor în funcție de pierderea de tensiune admisibilă au fost dezvoltate pentru conductorii din metal neferos într-o rețea cu o tensiune de până la 35 kV inclusiv. Metodele sunt dezvoltate pe baza ipotezelor făcute în rețelele de o astfel de tensiune.

Metodele de determinare a secțiunii transversale în funcție de pierderea de tensiune admisibilă se bazează pe faptul că valoarea rezistenței reactive a conductorilor X 0 este practic independent de secțiunea transversală a firului F:

pentru liniile electrice aeriene X 0 \u003d 0,36 - 0,46 Ohm / km;

pentru liniile de transmisie prin cablu cu o tensiune de 6 - 10 kV X 0 \u003d 0,06 - 0,09 Ohm / km;

pentru liniile de transport prin cablu cu o tensiune de 35 kV X 0 \u003d 0,11 - 0,13 Ohm / km.

Valoarea pierderii de tensiune admisibile în linia de transport electric este calculată din puterea și rezistența secțiunilor conform formulei:

și este format din două componente - pierderea de tensiune în rezistențele active și pierderea de tensiune în rezistențele reactive.

Având în vedere împrejurarea că X 0 este practic independent de secțiunea transversală a firului, valoarea poate fi calculată înainte de a calcula secțiunea transversală a conductorului, având în vedere valoarea medie a reactanței X 0sr în intervalele indicate ale modificării sale:

Pe baza valorii date a tensiunii admisibile în linia de transport, se calculează ponderea pierderii de tensiune în rezistențele active:

În expresia pentru calculul pierderii de tensiune în rezistenţele active

parametrul depinde de secțiunea transversală,

unde este conductivitatea materialului firului.

Dacă linia de transmisie a energiei electrice constă dintr-o singură secțiune, atunci valoarea secțiunii transversale poate fi determinată din expresia pentru:

Cu un număr mai mare de secțiuni ale liniilor de transport de energie, sunt necesare condiții suplimentare pentru a calcula secțiunile transversale ale conductorilor. Sunt trei dintre ele:

Consecvența secțiunilor în toate domeniile F=const;

consum minim de material conductor min;

pierderi minime de putere activă min.