/
Text
i е ш рически
анции
М.АВрамоб С.Етърски
Т Иванов
Проф. к т. н. инж. НеДялко Н. Аврамов
Доц. к. т. н. инж. Стефан И. Етърски
Доц. к. т. н инж. Тодор С. Иванов
Електрически
подстанции
Издателство „Техника“
София, 1991
faluufo.4stk
ДК 621.311.2(075.8)
В учебника се разглеждат явленията
при симетрични и несиметрични къси съе
динения, методите за определянето на то
ковете при тези повреди, апаратите за ви
соко напрежение и условията за избира
нето им, схемите и устройството на раз
пределителните уредби, вторичните вери
ги, релейната защита и аварийната авто
матика в електрическите подстанции.
Учебникът е предназначен за студен
тите от специалността електроснабдява
не и електрообзавеждане. Той може да
се използува и от студентите в други,
близки до тази специалност, както и от
инженерите от практиката, работещи по
проектирането и експлоатацията на елек
трическите централи и подстанциите в
електроенергийната система и промишле
ните предприятия.
© Недялко Николов Аврамов
Стефан Иванов Етърски
Тодор Стоянов Иванов, 1991 г.
с/о Jusautor, Sofia
378
Приети съкращения
АВР — автоматично включване на резерва
АГП — автоматично гасене на полето
АЕЦ — атомна електрическа централа
АПВ — автоматично повторно включване
АРВ — автоматично регулиране на възбуждането
АРН — автоматично регулиране на напрежението
АЧР — автоматично честотно разтоварване
ВЕЦ — водна електрическа централа
ВН
—
високо напрежение
е.д.н.—
електродвижещо напрежение
EEC — електроенергийна система
ЗРУ — закрита разпределителна уредба
з. с.
—
земно съединение
КЕЦ — кондензационна електрическа централа
к.п.д.
—
коефициент на полезно действие.
КРУ — комплектна разпределителна уредба
к. с.
—
късо съединение
НН
—
ниско напрежение
НТ
—
напреженов трансформатор
ОРУ — открита разпределителна уредба
ПАВЕЦ — ломпено-акумулираща водна електрическа централа
РЗ
—
релейна защита
РУ
—
разпределителна уредба
СН
—
средно напрежение
с. н.
—
собствени нужди
ТЕЦ —■ термична електрическа централа
т.к.с. —
ток на късо съединение
ТТ
—
токов трансформатор
Въведение
В.1. Електроенергийна система
Електрическата енергия има широко при
ложение в цялостната дейност на човека. Тя се използува във
всички стопански отрасли, културата и бита. Равнището на раз
витие на енергетиката и електрификацията отразява в най-общ
вид технико-икономическия потенциал на всяка страна.
Електрическата енергия се предпочита поради предимствата,
които има в сравнение с другите видове енергии. Основните пре
имущества са относително простото й производство, удобното
пренасяне и сравнително лесното й преобразуване в друг вид
енергия — топлинна, светлинна, механична и др.
Съвкупността от първичните източници на енергия, първичните
двигатели, преобразувателите на енергията в електрическа, пот
ребителите на електрическа и топлинна енергия, взаимносвърза-
ни по подходящ начин чрез електрическата итоплинната мрежа,
е енергийната система. Електрическата й част, която обхваща
съоръженията за произвеждане, трансформиране, пренасяне, раз
пределение и потребление на електрическата енергия, т. е. елек
трическите синхронни генератори, трансформаторите, преносната
и разпределителната мрежа и потребителите на електрическа
енергия, се нарича електроенергийна система (EEC) или по-крат
ко, електрическа система. В нея се осъществява пълният цикъл
на електрозахранването от преобразуването на даден вид енер
гия в електрическа до оползотворяването й чрез превръщането
на електрическата в друг вид енергия. Процесите на производст
вото, трансформирането, пренасянето, разпределението и потреб
лението на електрическата енергия в EEC са единни и непрекъс
нати. Правилното функциониране на EEC се състои в непрекъс
натото и качествено задоволяване на потребителите с електро
енергия.
На фнг. В.1 е показана структурна схема на EEC. Със стрел
ки е отбелязан пътят на енергията от източниците до потребите
лите.
На фиг. В.1 с прекъсвана линия е отделена EEC, а с прекъсва
на линия с точки — електрическата централа. Съоръженията в
EEC са обединени в три групи с различно предназначение. В
първата група участвуват съоръженията за производство на елек-
5
трическа енергия, съсредоточени в електрическите централи. Във
втората група са съоръженията зз пренасяне и разпределение на
електрическата енергия. Това е електрическата мрежа, в която
са включени и подстанциите. В третата група са потребителите
на електрическа енергия.
Фиг. В.1. Структурна схема на енергийната система
1 — първичен източник на енергия; 2 — преобразувател на енер
гия; 3 — електрическа мрежа; ^ — потребители на електроенергия!
5 — топлинна мрежа[ 6 — преобразувател на енергия; 7 — потре
бители на топлоенергия; ел. ен.
—
електрическа енергия; т. е н . —
топлинна енергия; ЕЦ — електрическа централа; EEC — електро
енергийна система
На фиг. В.2 е показана обобщена схема на EEC. Графичните
и буквените означения на основните елементи са показани на
фиг. В 3. На фиг. В.2 с ЕЦ е отбелязана електрическа централа,
а с ЕП — електрическа подстанция. Събирателните шини на под
станциите са означени с дебела линия. Със съкращението „тов“
е означен електрическият товар в EEC, в който са обобщени
всички потребители на електрическа енергия в дадения възел, а
със съкращението „с. н.“ — отклонението за захранване на елек
трическите потребители за собствени нужди на електрическите
централи, необходими за производството на електрическа енергия.
Основните термини и названия на съоръженията, които се
включват в понятието EEC и които се срещат в текста на учеб
ника, са следните:
Електрическа централа — комплекс от машини и електричес
ки съоръжения, предназначен да произвежда и да изпраща към
потребителите електрическа или електрическа и топлинна енергия.
Тук под производство на електрическа енергия се разбира пре
образува 1ето на далеи вид енергия (механична, химична, ядрена,
воана и др.) в електрическа. В зависимост от особеностите на
технологичния процес и вида на първичната енергия електричес
ките
централи са
термични (ТЕЦ),
атомни (АЕЦ), водни
(ВЕЦ), помпено-акумулиращи (ПАВЕЦ) и др. Основно съоръже
ние в електрическата централа е син хрон н ият генератор, чието
предназначение е да преобразува механичната енергия в елек
трическа.
Електрическа подстанция (или само подстанция) — ком
плекс от електрически съоръжения, предназначени да преобразу
ват (да повишават или да понижават) електрическото напрежение
и да разпределят пренасяната електроенергия. Основни съ о р ъ ж е
ния в електрическите подстанции са трансформаторите ( а&то-
трансформаторите ) , предназначени да преобразуват напреже
нието и тока, и разпределителните уредби, чиято задача е да съ
бират и разпределят електрическата енергия.
Електропроводна линия — съоръжение, предназначено за пре
насяне на електрическата енергия на разстояние. Електропровод
ните линии са въздушни и кабелни.
Електрическа мрежа — комплекс от съоръжения, които свър
зват източниците на електрическа енергия — електрическите цен
трали, с потребителите. Предназначена е да пренася и разпределя
електроенергията, т. е. да електроснабдява потребителите. Гя с ъ
държа електропроводни линии и подстанции.
Събирателни шини (шинна система и л и само шини) — елек
трически съоръжения в разпределителните уредби, състоящи се
от подходящо избрани проводници, в които се събира постъпва-
7
щата от въводите електрическа енергия и се разпределя по из-
водите* Наричат се още разпределителни шини.
Особеност на EEC е това, че произведената електрическа енер
гия не може да се събира и съхранява. В момента на произвеж
дането тя се пренася, разпределя и по-
требява. Тази едновременност на произ
водството, трансформацията, разпределе
нието и потреблението създава особени
условия на работа на EEC и предявява
някои специфични изисквания.
Тъй като произведената електрическа
енергия веднага се консумира, във в с е
ки момент сумарната мощност, с коя
то работят електрическите централи в EEC,
трябва да бъде равна на товара в систе
мата. Това се изразява с равенството
Р ец —PjOb^rPsiv
(В.1)
където Рец е сумарната мощност, с коя
то работят всички електри
чески централи в дадения
момент;
Ртов — електрическият товар на
потребителите в EEC в съ
щия момент;
Р заг са загубите на мощност при
производството, трансфор
мацията, пренасянето
и
разпределението на елек
трическа енергия в EEC.
Формула (В.1) показва баланса на активната мощност. Тя ва
жи и за реактивната мощност. Тук под товар на EEC се разби
ра потребяваната мощност от включените потребители на елек
троенергия в дадения момент. Равенство (В.1) важи и за макси
малния товар на EEC Р товшах- По този товар се определя необ
ходимата максимална инсталирана мощност на електрическите
централи. Тъй като в различни часове на денонощието и през
годината товарът се мени и може да бъде значително по-малък
от максималния, за определено време от годината част от ин
сталираната мощност на централите не се използува, което е не
избежно.
Характерен белег на електроенергийната система е непрекъс
натостта на процеса производство - потребление.
При това всяко изменение на товара или повреда и изключване
на съоръжение веднага се отразява върху работата на останали
те съоръжения и на ця!ата система. Например късото съедине
ние нанася поражения на съоръженията в мястото на повредата
Т
0_
-
D-
-
QD-
2
^
O
D
-
3
Фиг. В.З. Условно озна
чаване на елементите на
EEC
1 — генератор; 2 — транс
форматор; 3 — автотрансфор-
матор! 4 — въздушен елек
тропровод; 5 —кабелен елек
тропровод; 6 — прекъсвач!
7__ па ютти питон
S
и в същото време променя параметрите и режима на работа на
цялата енергосистема. За да се възстановят нормалните парамет
ри и балансът на мощността, изразен чрез (В.1), необходимо е
при повреда EEC да реагира много бързо. Това се възлага на
специална общосистемна и местна автоматика.
Електроенергийната система непрекъснато се развива. Тъй като
се увеличава товарът на системата, това налага увеличаване на
общата й мощност. Въвеждат се нови генератори и електричес
ки централи. От технически и икономически съображения се ин
сталират агрегати с по-голяма единична мощност. Окрупняват се
и мощностите на централите. Пренасянето на по-голяма мощност
на големи разстояния налага да се построят нови електропроводи
и подстанции, да се увеличи плътността на мрежата и пропуска
телната й способност, да се въведат по-високи напрежения и но
ви трансформации на напрежението в подстанциите, да се увели
чи сложността на конфигурацията на EEC.
Основната функция на EEC е непрекъснато да задоволява по
требителите с необходимото количество и качество на електри
ческата енергия. Основни показатели за качеството на електри
ческата енергия са напрежението и честотата. Всяко прекъсване
на електроснабдяването или доставянето на електрическа енергия
с ниско качество водят до загуби в народното стопанство. Зато
ва се обръща голямо внимание на надеждността на EEC, която
се оценява чрез надеждността на електрозахранването.
В общия случай под надеждност се разбира свойството на
обекта да изпълнява зададени функции в зададен обем при оп
ределени условия за функциониране [15]. За EEC това свойство
се отнася до основната й функция за непрекъснато и качестве
но захранване на потребителите-
Надеждността е комплексен показател и включва редица еди
нични свойства, най-важкото от които е безотказнсстта. Това е
свойството на обекта непрекъснато да запазва работоспособност
та си за определено време или за определен обем работа. Тук
под работоспособност се разбира състояние на обекта, при кое
то той е способен да изпълнява всички или част от зададените
функции [15]. Електроенергийната система е възстановяваща се,
а в редица случаи и самовъзстановяоаща се система, което се
осигурява от автоматиката, от запаса на устойчивост и от нали
чието на резервна мощност.
Различни по вид и по място причини могат да нарушат надежд
ността на електрозахранването. Това са преди всичко повреди на
електрически съоръжения, дължащи се на стареенето им, на не
качественото им производство и транспортиране, на неправилна
та експлоатация и др., които довеждат до откази в електрозах
ранването Откази могат да се появят и под влияние на околна-
та среда — температура, влага, запрашвяне, вредни изпарения,
вибрации, сътресения, природни бедствия, атмосферни пренапре-
9
жения. Често причини за нарушаване на електрозахранването са
различни видове к. с. в електрическите съоръжения, а понякога
и повреди на спомагателни механизми в електрическите централи
При повреди и откази в EEC се нарушава балансът на мощно
стите, определен с равенство (В.1). Мощността на генериращите
източници става пс-малка от изискваната от товара мощност и
се появява дефицит на генерираща мощност. Такъв небаланс мо
же да има и при внезапно включване на мощни товари в EEC.
За оценка на надеждността на електроенергийната система се
използуват показатели, дадени в теорията на надеждността. Най-
характерните показатели са честотата (параметърът на потока на
стказите) и продължителността на нарушенията на електрозах
ранването, средното време между два последователни отказа,
продължителността на възстановяване, коефициентът на готовност
и на техническо използуване, недоставената електроенергия и за
губите за промишлеността и народното стопанство от прекъсване
на електрозахранването. Последният показател е най-общата
оценка, свързана с икономическите резултати от ненадеждността
на електрозахранването на потребителите. Поради случайния ха
рактер на появяването на причините за откази в EEC показате
лите на надеждността се определят с вероятностни и статисти
чески методи.
Надеждната работа на електроенергийната система и на елек
трозахранването на потребителите се осигурява на всички етапи
на производството на електрическите машини и апарати, на про
ектирането и строителството на електрическите централи, мрежи
те и подстанциите, на транспортирането, монтажа, експлоатация
та и поддържането на електрическите съоръжения. Надеждност
та се повишава с правилното конструиране и проектиране на съ
оръженията, със съблюдаването на технологията на производст
вото на машините и апаратите, на монтажа и строителството,
с влагането на висококачествени материали, със спазването на
всички правилници и предписания за експлоатацията, ремонта и
оперативната работа. За да се постигне по-висока надеждност на
електрозахранването, се подбират подходя.ни надеждни схеми на
електрическите мрежи и уредби, предвиждат се паралелни елек
тропроводи и резервни връзки между източниците и потребите
лите, инсталираг се резервни генериращи мощности в EEC. Го
лямо значание има квалификацията на производствения, обслуж
ващия и оперативния персонал.
За повишаване на надеждността в EEC се въвежда специална
релейна защита и противоаварийна автоматика. Те осигуряват
автоматично управление и бързо ликвидиране на аварийните ре
жими. На релейната защита се възлага автоматично и с голяма
бързина да определи мястото на повредата и да изключи повре
дения участък, за да възстанови нормалната работа на системата.
Системната автоматика чрез повторно включване на повредения
10
участък, включване на резервното захранване, регулиране на въз
буждането на генераторите и напрежението, изключването на пот
ребители и разтоварването на системата, изключването на елек
тропроводите при някои по-особени режими бързо ликвидира
последствията от азарията и привежда EEC в нормален следава-
риен режим. За ликвидиране на аварийните режими спомага и
автоматизираната система за диспечерско управление.
Ог всички проблеми на EEC в дисциплината електрически
подстанции се разглеждат основните, отнасящи се до начините
на производство па електрическа енергия, късите съединения,
устройството и схемите на електрическите съоръжения и избора
на апаратура в подстанциите (както и в електрическите центра
ли), релейната защита и противоаварийната автоматика.
В.2. Електрически централи
и подстанции
В.2.1. Товарови графици
Товаровият график е диаграма на измене"
нието на товара (мощността) във времето. Той се съставя за
различни места и елементи на EEC. Има графици за отделни по
требители, за даден район, подстанция или мрежа и за цялата
система. За електрическите централи се съставя товаров график,
от който се вижда произвежданата от централата мощност на
определен период от времето.
В зависимост от продължителността, за която се построяват,
товаровите графици са денонощни — за 24 часа, годишни, сезон
ни. Те се чертаят с непрекъсната крива линия или на стъпала,
като при денонощните товарови графици всяко стъпало е най-
малко за половин или един час. По вида на мощността, която
показват, те са за активна, за реактивна и за пълна мощност.
Понякога се строят графици и за изменението на тока.
На фиг. В .4 са показани денонощен и годишен график на ак-
тивната мощност. Годишният график на фигурата е по продъл
жителност на товара. Всяка точка от него посочва сумарното
време, през което в EEC има определен с точката или по-голям
товар.
В експлоатацията товаровите графини се съставят от показа
нията на измервателните апарати. От тях се обобщават типови
графици, които се използуват при планирането и проектирането
на EEC.
Показаните на фиг. В.4 денонощни товарови графици отразяват
изменението на товара за конкретно време и място в системата.
За друго време и друго съоръжение или потребител те могат
да имат друга форма.
11
От товаровите графици се определят различни показатели,
които характеризират работата на електросъоръженията в EEC.
На графика от фиг. В.4 се различават максимална Р тах, минимал-
на P min и средна Р ср мощност, която се определя по израза
2kh
Фиг. В.4. Денонощни и годишен товарови графици
^ср—у *
1В.2)
където А
-/
Р t dt е енергията за време Т, която отговаря
на изменението на мощността Р , ;
Т
—
времето, за което се определя Р ср (де
нонощие, година).
Физичният смисъл на мощността Р ср е следният: ако през да
дено време Т съоръженията работят непрекьснато с постоянна
мощност Р ср, ще се консумира същата електроенергия А както
при работа с действителния товар за действителното време. Ма
фиг. В.4 електроенергията А е пропорционална на площта, загра
дена от координатните оси и кривата на изменение на товара Р/ .
Друг показател е коефициентът на запьлване на товаровия
график &зап. Той показва колко пьти количеството на консуми
раната или произведената електрическа енергия за разглеждания
период Т е по-малко от количеството енергия, което може да
се консумира или произведе за същото време, ако товарът (мощ
ността) през цялото време е бил максимален. Определя се по
следиия начин:
12
4,.=
^
=
-
^
'
<В-3)
г max
max
Товаровият график се характеризира и с условната продължи
телност на използуването на максималния товар (мощност) 7"шах*
Това е времето, през което даденото съоръжение, район или
система трябва да работят с максимален товар Р тах, за да се
потреби или да се произведе същото количество електроенергия
А както при работа с действителния товар за действителното
време Т. Тя се определя по формулата
7'ш««=
- р^—
(В 4)
max
От (В.2), (В.З) и (В.4) се получава връзката между коефициента
на запълване на товаровия график и продължителността на из
ползуването па максималния товар :
T'max — ^зап Т.
(В 5)
Показателите /е3ап и Г т а х определят степента на използуването
на съоръженията. Колкото коефициентът ^зап е по-близък до
единица и съответно Т тах е по-близък до Т, толкова съоръже
нията се използуват по-пълноценно.
Работата на електрическите централи се характеризира и със
следните показатели, отнесени към средната годишна инсталира
на мощност:
—
коефициент на използуване на инсталираната мощност
<В’6>
където Лпр е произведената за годината електрическа енергия;
р нн — средната годишна инсталирана мощност с отчита
не на нововъведените агрегати през годината;
Т — времето, равно на 8760 h;
—
продължителност на използуването на инсталираната мощ
ност
гм=4s- '
(В -7)
ин
—
коефициент на резервната мощност
V»=
•
<В.8 )
'm ax
За да има резервна мощност, необходимо е инсталираната мощ
ност Р ин Да е по-голяма от максимума на товара Ртах. Очевидно
е, че Г„„ = k m Т и Лрез> 1 . Сравнени със съответните показате
ли на товаровия график, коефициентът и продължителността на
13
използуването на инсталираната мощност са: knH<^k3Zn и Т т <С
Тmax*
Товаровите графици се използуват за анализиране на работата
на електросъоръженията в EEC, за определяне на количеството
на произведената или потребената електрическа енергия, за опре
деляне на времето за пускане и спиране на агрегатите, за включ
ване и изключване на трансформаторите. Използуват се също
така при проектиране на електроснабдителните системи, при про
ектиране на разширенията на действуващите или на нови елек
трически централи, подстанции и възли в EEC, при определяне
на плана за ремонтите, за прогнозиране на електропотреблението.
Както се вижда от денонощния товаров график на фиг. В.4,
през отделни часове товарът е максимален или близък до мак
сималния. Това е върховата част на графика. В други часове то
варът значително се понижава и се образуват падини.
За по-добро използуване на електросъоръженията е необходи
мо товаровият график да се регулира, т. е. да се запълни по-
добре и да се повишат стойностите на показателите k33n и Т тах.
Това се постига чрез прилагане на различни организационни и
технически мерки и икономически стимули с оглед част от пот
реблението на електрическа енергия да се насочи в часовете, ко
гато има падини в товаровия график, и да се намали Ятах и вър
ховият товар. Въвеждат се сезонни потребители, които да рабо
тят през сезонното намаляване на товара. Където е възможно,
някои потребители се включват да работят главно през нощта
(например помпи за напояване, ПАВЕЦ в помпен режим и др ).
С това се запълват нощвите падини на товаровия график. Уве
личават се работните смени на предприятията, преминава се на
двусменна и трисменна работа. Променят се началото и краят на
работното време на едносменните предприятия и учреждения.
Променят се почивните дни. Въвежда се лятно часово време.
Прилагат се различни тарифи за заплащане на дневната, нощнат»
и върховата енергии. Чрез тарифи се регулира cos9 на пред
приятията и се намалява пренасянето на реактивна енергия. Обе
диняват се райони и системи с различно астрономическо часово
време. Тогава максимумите на товара в различните райони са
разместени по часове и общият върхов товар намалява. Във всич
ки тези случаи целта е да се намали Р max и да се изравни това
ровият график.
В.2.2. Производство на електрическа
енергия
•
Във В.1 е посочено, че електрическата
енергия се произвежда в електрическите централи. В тях енер
гията на първичния енергоресурс се преобразува в електрическа.
14
Под енергоресурс се разбира материален обект, в който е с ъ с
редоточена енергия, която човек може да използува [7]. Първич
ният енергоресурс (въглища, мазут, вода, уран, слънчеви лъчи и
др.) постъпва в някакъв преобразувател, на изхода на който се
получава електрическа или електрическа и топлинна енергия. В
зависимост от първичния ресурс технологичните схеми, по които
работят централите, са различни. Тук се разглеждат в най-общ
вид технологичните схеми и начините на производство на елек
трическа енергия, особеностите и някои от показателите на ос-
нов 1ите видове електрически централи.
Термични електрически централи (ТЕЦ)
В термичните централи химичната енергия на органичното го
риво първоначално се превръща в топлинна, която по-нататък
се преобразува в механична а след това в електрическа енергия.
Принципната технологична схема на такава електрическа центра
ла е показана на фиг. В.5. В парогенератора П Г постъпва гори
во Гор (въглища, мазут, газ), затоплен въгдух В з и вода. Въз
духът се подава от въздушния вентичатор ВВ. След запалване
горивото изгаря, в резултат на което водата се превръща в пара,
съдърж ащ а голямо количество топлинна енергия. Димните газо
ве Д Г от горенето се изхвърлят в атмосферата с помощта на
Фиг. В.5. Технологична схема на термична електрическа централа
Димния вентилатор ДВ. Отделят се и отпадъци от горивото ОГ.
Получената в парогенератора пара с висока температура и висо
ко налягане ттоеминава в парната турбина Т б , където топлинна-
та енергия се превръща в механична. Турбината Тб върти син
хронния генератор Г, който превръща механичната енергия в
15
Електрическа. През трансформатора Т тя се изпраща в EEC. От
работената пара от турбината отива в кондензатора К • Там тя се
охлажда от охладителната вода, която с помощта на циркулацион-
ната помпа Ц П непрекъснато се обменя между водоизточника
В и кондензатора К • Полученият кондензат чрез кондензатната
помпа К П се изпраща в деаератора Д р, предназначен да отделя
газовете и преди всичко кислорода от водата. По-нататък под
хранващата помпа /7/7 подава водата в парогенератора / / / . С
това се затваря цикълът пара —вода. На фиг. В.5 посоката на дви
жението им е показана със стрелки. От парогенератора П Г до
турбината Тб и кондензатора К се движи пара, а оттам обратно
до парогенератора П Г — вода. На фигурата е показана възоуди-
телната машина В М на генератора Г. Турбината Тб, синхронният
генератор Г и възбудителната машина В М са на един и същи
вал. На фигурата е посочено и отклонението на електрическата
енергия за механизмите за собствени нужди с. н. на електричес
ката централа.
ТЕЦ се състои от няколко стопанства и отделни системи: склад
и подаване на горивото; обработване на горивото (раздроояване,
смилане, получаване на въглищен прах и др.); основен контур
парз— вода заедно с П Г и Т б ’, контур на охлаждащата вода с из
точника В (той може да бъде река, язовир, охладителни кули,
изкуствен басейн); система за пречистване и добавяне на вода,
която да покрие загубите; система за отделяне на отпадъците
на горивото след изгарянето му ; електрическа част на електри
ческата централа със синхронния генератор Г и трансформатора
Т ; механизми за собствени нужди, осигуряващи нормалното функ
циониране на централата.
В описаната технологична схема на термичната цешрала па
рата преминава през цялата турбина и отива в кондензатора. По
ради това тя се нарича кондензационна. В нея около 60—70% от
топлинната енергия, получена в парогенератора, не се оползотво
рява и се изнася от кондензатора в околната среда чрез охлаж
дащата вода. Това са загуби при производството на елеюричес-
ка енергия. Затова коефициентът на полезно действие на тази
централа е нисък. По-добър к. п. д. имат топлофикационните
термични централи. В тях една част от частично отраоотената
пара се отделя и се използува за отопление и снабдяване с топ
ла вода на жилищни райони и за снабдяване на предприятия t
промишлена пара.
На фиг. В 6 е показана допълнителната технологична схема на
топлофикационната централа. От турбината Тб се отделя пара за
промишлени цели. Отделя се и пара с по-ниски параметри, която
в бойлерите Б загрява вода. Тя се изпраща на комунално-бито
вите потребители като топла вода ТВ. За снаодяване на про
мишлените предприятия и комунално-битовите потребители с па
ра и топла вода е необходима топлофикационна мрежа ТМ. Во
16
дата се подава в нея с помощта на мрежовите поМпи МП . Тук
топлинната енергия, получена в парогенератора П Г , се използува
по-пълноценно и затова коефициентът на полезно действие на
топлофикационната централа е по-висок.
Фиг. В .6. Допълнителна технологична Схе
ма на топлофикацион'.а елекрическа цен
трала
Кондензационните термични електрически централи се строят
близо до находищата на горивото. В повечето случаи те нямат
електрически потребители на генераторно напрежение освен пот
ребителите за собствени нужди. Затова произведената електри
ческа енергия се предава направо в EEC. Топлофикационните
централи трябва да са близо до потребителите на топлинна енер
гия и най-често захранват и електропотребители на генераторно
напрежение.
Термичните електрически централи имат много спомагателни
системи, необходими за производството на електрическа и топ
линна енергия. 1е изразходват част от произведената електриче
ска енергия за с. н. На кондензационните електрически централи
с прахообразно гориво максималната мощност на механизмите за
собствени нужди е 6 —9% от инсталираната, а на топлофикаци
онните — 8 — 14%. Разходът на електроенергия за собствени
нужди в проценти от произведената енергия на кондензационни
те централи е 5 —7%, а на топлофикационните — 8
— 10/о [17].
Коефициентът на полезно деиствие на централи!е съответно е
30-40% и 60 -70% . Този коефициент отразява отношението на
използуваната топлинна енергия на горивото, като електроенергия,
топла вода и пара, за промишлени и комунално-битови нужди
към вложената в централата енергия.
Термичните централи са нискоманеврени. Развъртането на тур
бините и натоварването им до номиналната мощност е от поря
2 Електрически подстанцип
17
дъка на 3 —10 h. Имат ограничения и по минимален товар (тех
нически минимум) — не могат да работят с товар, по-нисък от
определена минимална мощност на турбините.
Кондензационните централи могат да работят по свободен гра
фик на натоварване, който зависи само от електрическия товар
и може да се мени от технологичния минимум до максималната
мощност на турбините. Топлофикационни ге централи работят ча-
стично по принудителен график. При тях в определено време
производството на електроенергия зависи от потреблението на
топлинна енергия в топлофикационната мрежа. Поради това топ
лофикационните централи работят в основата на товаровия гра
фик, докато кондензационните могат да работят и в подвърхова-
та му част. Голям недостатък на термичните централи е замър
сяването на околната среда.
Атомни електрически централи (АЕЦ)
Атомните централи в по-голямата си част приличат на термич
ните Опростената технологична схема е показана на фиг. В .7.
В ТЕЦ топлината в парогенератора се получава от изгарянето
на горивото, а в АЕЦ се използува ядрената енергия на урана.
При разпадането на урана в атомния реактор А Р се отделя го
лямо количество топлина, която загрява вода. С помощта на глав
ните циркулационни помпи Г Ц П тя се движи в първия контур
и в парогенератора П Г се получава пара с високо налягане и
Фиг. В.7. Технологична схема на атомна електрическа централа
висока температура. По-нататък технологичната схема е същата
както в ТЕЦ. В първия контур топлоносителят е циркулираща
вода, която е радиоактивна и затова всички съоръжения на то
зи контур са отделени и заградени с биологична защита. Във
18
втория контур парата й водата не са радиоактивни. Разгледаната
АЕЦ е двуконтурна. Има и триконтурни, които имат Два радио
активни кръга на циркулиращия топлоносител. Строят се АЕЦ и
с друг вид реактори.
Атомните електрически централи могат да се изграждат далеч
от местонаходищата на урановата руда. Количеството на изпол-
зуваното гориво по обем и тегло е малко и това не затруднява
транспортирането му. От 1 kg уран U-235 се получава толкова
енергия, колкото може да се получи при изгарянето на 2 900 000 kg
въглища. АЕЦ изискват голямо количество охлаждаща вода.
Затова най-често се строят близо до големи реки или морета.
Изграждането на А Е Ц е много по-скъпо, отколкото на ТЕЦ, и
строителството продължава по-дълго време.
Максималната мощност на механизмите за собствени нужди
на различните видове АЕЦ в проценти от инсталираната е в
границите 5 —14%, а разходът на енергия за собствени нужди
в проценти от производството на електроенергия— 3
—1 2% [17].
Коефициентът на полезно действие е 0,65—0,75 [7].
АЕЦ се използуват както кондензационните ГЕЦ само за про
изводство на електроенергия. Но могат да се използуват и за
топлофикационни нужди. Поради чувствителността им към про
менливите режими и по икономични съображения АЕЦ работят
в основната част на товаровия график и непрекъснато с пълно
натоварване. Както и при ТЕЦ, пускането и поемането на пълен
товар е продължително. При нормална работа АЕЦ слабо замър
сява атмосферата. Отделянето на реактивни газове и аерозоли
не е голямо. Обаче при авария АЕЦ могат значително да пови
шат радиоактивността на околната среда. Съществен проблем е
складирането и съхраняването на отработилото ядрено гориво и
на отделените при технологичния процес други радиоактивни
продукти.
Поради опасните последствия при авария в АЕЦ се вземат
допълнителни мерки за осигуряване на надеждната работа на
централата. Разработени са дублир;ни автоматични системи за
безопасна работа и надеждно пускане и спиране. В процес на
изследване и разработване са нови технологии за получаване
на ядрена енергия, безопасни за околната среда.
Водни електрически централи (ВЕЦ)
Принципна технологична схема на производството на електри
ческа енергия във ВЕЦ е показана на фиг. В.8 . Тук се използува
енергията на течащата вода. С преградна стена се образува во
дохранилище — горен басейн ГБ , Събраната в него вода се
пропуска през водната турбина Тб и оттам изтича в долния
басейн Д Б . Посоката на движението на водата е показана със
стрелки. Енергията на течащата вода върти турбината Тб и не
посредствено съединения с нея синхронен генератор Г. Механич-
19
ната енергия се преобразува в електрическа и през трансформа
тора Т се изнася в EEC. Мощността на агрегата турбина—генератор
зависи от количеството вода Q, преминало през турбината, и от
водния пад Н. Определя се в kW по израза
P=9}8\QHri£ .
(В.9)
ТукразходътнаводаQевm3/s, аводниятпадН—вт.
Коефициентът rjv е сумарният коефициент на полезно действие
на агрегата. Той се състои от r\c , 7jr и rj.
—
коефициентите на
полезно действие на водните съоръжения, на турбината и на
генератора:
V4c1TV
(в -10)
Водният пад Н е разликата във височините на горното Г В Н и
долното водно ниво Д В Н .
Водните електрически централи се изграждат до пълноводни
реки или в планински места до водните източници. Реката из
пълнява функциите на горен и долен басейн. При пълноводните
реки с малък воден пад може да се получи голяма мощност
поради голямото количество вода. В планинските местности ВЕЦ
се прави с голям воден пад. Сградата на централата се строи или
под язовирната стена, или встрани от нея. Във втория случай
са необходими допълнителни деривационни канали за довеждане
на водата до централата. Тъй като мястото, където се изгражда
ВЕЦ, е далеч от потребителите, произведената електрическа
енергия се изнася на високо напрежение в EEC.
20
Поради голямото строителство наводни съоръжения изгражда
нето на ВЕЦ е по-продължително от това на ТЕЦ и капиталните
вложения са по-големи. Но заради малките експлоатационни раз
ходи себестойността на произведената електрическа енергия е
много ниска.
С изграждането нч ВЕЦ се решава не само задачата за производ
ство на електроенергия, но и други задачи, като напояване, раз
витие на речното плаване, водоснабдяване на големи населени
места и на промишлени предприятия и др.
ВЕЦ има малко допълнителни съоръжения и затова изразходва
малко енергия за собствени нужди. Максималната мощност на
механизмите за собствени нужди в проценти от инсталираната
генераторна мощност е 0,5—2 ,0 %, а разходът на електроенер! ия
за собствени нужди е 0,2 —2,0% от произведената. Коефициентът
на полезно действие на ВЕЦ е 85-90% . В последно време се
строят водни централи с капсулни, херметично затворени хидро-
агрегати, които имат к. п. д. 95%.
Водните централи са високоманеврени. Пускането на агрегатите
става за не повече от 50 s. За 180-300 s централата може да
поеме пълен товар. Затова ВЕЦ в повечето случаи се използуват
като върхови централи и поемат върховия товар в товаровия
график. Използуват се и като бързо включвана резервна мощност
в EEC. Ц е н 1ралите, които са при големи язовири, както и тези
при големи реки, работят и в основната част на товаровия i ра-
фик. Технологията на производството на електроенергия във ВЕЦ
е много проста и затова лесно може да се автоматизира. Малките
водни централи могат да работят без дежурен персонал и да се
управляват чрез телемеханика от диспечерските пунктове.
Разновидност на ВЕЦ са помпено акумулиращите воОни елек
трически централи (ПАВЕЦ). Те винаги имат две водохранили
ща — горен и долен басейн. По време на върховия товар водата
от горния басейн се пуска през турбините към долния басейн и
центрглата произвежда електрическа енергия. 1ова е генераторният
режим на работата на централата. По време на падините на
товаровия график централата работи в помпен режим. Водата от
долния басейн се изпомпва и по тръбопроводите се изпраща в
горния басейн. Така се подготвя за ново използуване. В ПАВЕЦ
водата се използува многократно. През помпения режим товаро-
вият график се запълва. По този начин се осигурява постоянно
натоварване на термичните и атомните централи и се подобряват
икономическите им показатели. Агрегатите в ПАВЕЦ са четири-,
три- или двумашинни. Четиримашпнните агрегати имат турбина,
синхронен генератор, електродвигател и помпа. В генераторен
режим работят турбината и синхронният генератор, а в помпен
режим — двигателят и помпата. При тримашинните агрегати има
турбина и помпа, а генераторът се използува като двигател
в помпен режим. Двумашинните агрегати са обратими. В генера
21
торен режим агрегатът работи като турбина-генератор, а в помпен
режим се обръща и работи като помпа-двигател. Двумашинните
агрегати са по-скъпи и с по-нисък к. п. д.
Недостатък на ПАВЕЦ е, че в помпен режим централата из
разходва повече електроенергия, отколкото произвежда в генера
торен режим. Коефициентът на полезно действие се определя
като отношение на енергията, произведена в генераторен режим,
към енергията, изразходвана в помпен режим. Той е 70—75°/ !
Ползата от ПАВЕЦ е, че се осигурява бързо включване на вър°-
ховата мощност и се подобряват икономическите показатели на
термичните и атомните централи през време на минималните то.
вари в EEC.
Дизелови електроцентрали
Технологичната им схема е много проста. Основен елемент
е дизеловият агрегат, който се състои от двигател с вътрешно
горене и електрически генератор за променлив ток. Първичният
енергиен ресурс е нафта. Централите са с неголяма мощност.
Обикновено работят автономно. Строят се и в труднодостъпни
райони. В EEC се използуват за електроснабдяване на много
отдалечени потребители и като резервна мощност. Дизелови
агрегати се използуват н като резервни аварийни източници за
захранване на собствените нужди на АЕЦ и на някси големи ТЕЦ.
Газотурбинни електроцентрали
Газ или течно гориво се вкарва в горивната камера заедно със
сгьстен въздух от компресор. Продуктите от изгарянето с много
висока температура и налягане постъпват в газовата турбина.
Тя върти компресора и синхронния генератор, който произвежда
електрическа енергия. Пускането на агрегата става от специален
двигател и трае 60 —120 s. Голяма част от топлината, получена
от изгарянето на горивото, се изхвърля в атмосферата. Затова
к. п. д. на газотурбинния агрегат е около 30%. Агрегатите са с
мощност 25— 100 MW. Те имат много висока маневреност и
се използуват за покриване на върховите товари и като резервни
мощности в EEC.
За пздобрязане на к.п д. гаютурбинният агрегат се допълва с
парна турбина. Получава се парогазоагрегат. Тук горивото се
изгаря в парогенератора. Полученият газ отива в газовата тур
бина, а парата в парната турбина. В общия блок има два елек-
трическ-i генератора. Единият се върти от газовата турбина, а
другият — от парната. Коефициентът на полезно действие се
увеличава до 44% [7].
Електрически централи на възобновяван енергоносител
Такива са слънчевите, ветрените, приливните и геотермалните
електрически централи. Техният първичен енергоресурс се въ
22
зобновява непрекъснато. Всички са от така наречения чист тип
централи, които не замърсяват околната среда.
Слънчеви електроцентрали (хелиоелектроцентрали). Слънче
вата енергия се използува по два начина. Първият е чрез фото-
елементи, които преобразуват слънчевата енергия направо в елек
трическа. В случая най подходящи са силициевите фотоелемен-
ти [7]. Съществува проект за превръщане на слънчевата енергия
в електрическа чрез фотоелементи, поставени на изкуствен с п ъ 1-
ник на Земята. От тях енергията се предава на Земята чрез
радиолъчи с много висока честата. В литературата се съобщава,
че може да достигне коефициент на полезно действие до 2 )/о[/|.
При втория начин слънчевите лъчи се фокусират с огледала
и се насочват към парогенератор- Получената в него пара с ви
сока температура и налягане се изпраща в парна 1урбина. Обра
зува се цикъл пара— вода както в ТЕЦ. Парната турбина върти
синхронен генератор, който произвежда електрическата енергия
и я изнася в EEC. Има построени такива опитни централи с
мощност 5 MW- Този начин се използува и за получаване на
топла вода и топлинна енергия за битови и промишлени нужди.
Вятърни електрически централи. Тук се използува енергията
на вятъра. Двигател, задвижван от вятъра, върти електрически
генератор, който произвежда електроенергия. Такива електроцен
трали се строят в райони с постоянен вятър и в повечето случаи
работят автономно. Могат да се използуват в съчетание е ПАВ -Ц
за доставяне на електроенергия за задвижване на помните в novi-
пен режим. Сега се разработват агрегати със значително голямз
мощност от порядъка на няколко десетки мегаватове [25].
Приливни електроцентрали. Те използуват морските приливи
и отливи, при които има необходимия воден пад- Могат да се
построят централи с мощност до стотици мегаватове [25]. Разра
ботват се капсулни агрегати, които действуват потопени изцяло
във водата. Централите работят при бързо изменение на водния
пад и затова турбините трябва да имат висок к. п. д. в бързо
променлив режим. Неудобството на тези централи е, че макси-
малната им мощност зависи от времето на приливите и отливите,
което често не съвпада с часовете, в които товарът в ЕЕ(, е
максимален. Подходящо е да се използуват в съчетание с ПАВЕЦ
или с речни ВЕЦ с водохранища. През времето, когато прилив
ните електроцентрали работят с максимална мощност, ПАВЕЦ
са в помпен режим и речните ВЕЦ събират вода във водохра
нилищата.
Гсотерм ални електроцентрали. Като източник на енергия
се използува топлината на земните недра. I еотермалният енерго
носител във вид на пара или вода се вкарва в парогенератор.
Получената пара с високо налягане и температура задвижва тур
бина, която върти електрически генератор. В някои страни гео-
термалните електроцентрали заемат голям дял в производството
23
на електроенергия. Но все още геотермалните източници се из
ползува i Iлавно за топлоснабдяване и по-малко за производство
на електроенергия. Гова се дължи на технически трудности в
работата на тези централи и на високата стойност на единица
инсталирана мощност.
Нови начини за получаване на електроенергия
Магнитохидродинамични генератори. В камерата намагнитохид*
родинампчния генератор се вкарва органично гориво и въздух
под налягане. Газовете, получени от изгарянето на горивото, йо
низирани с допълнително вещество, образуват плазма. Тя с опре
делена скорост преминава през разширяващ се канал със силно
магнитно поле, получено от мощен електромагнит. По закона на
електромагнитната индукция в плазмата се индуктира електро-
движещо напрежение и при затворена външна верига протича ток.
По такъв начин топлинната енергия директно се превръща в
електрическа. В проектираните електрически централи магнито-
хидродинамичният генератор се използува като надстройка на
термична централа. I азоиете, които излизат от канала на магни-
тохидродинамичния генератор, имат много висока температура.
Най-напред те подгряват въздух, необходим за изгарянето на го
ривото. След това постъпват в парогенератора, където се полу
чава пара с необходимите параметри. По-нататък технологичната
схема е същата както при ТЕЦ. Опитните конструкции на маг-
нитохидродинамичните генератори имат много висока стойност.
При поевтиняването им те ще намерят приложение за производ
ството на върхова енергия в EEC при относително непродължи
телна работа.
Термоядрен синтез. Термоядрена реакция, при която се по
лучава огромно количество енергия в резултат от сливането на
две ядра на леки елементи (изотопи на водорода). Реакцията
протича при много висока температура, голямо налягане и много
голяма скорост на ядрата. Преимуществата на термоядрения
сингез в сравнение с разпадането на ядрото са големи: използува
се евтино гориво с практически неизчерпаеми запаси, получава се
нетоксичен и нерадиоачтивен краен продукт, избягват се аварии
от неуправляеми реакции на разпадането на ядрото на атома [7].
Голям проблем е управ 1ението на термоядрения синтез и задър
жането на плазмата, която е много нестабилна. В електрическите
централи голямото количество топлина, която се получава при
термоядоения синтез, ще се използува за произвеждане на пара
с висска температура и налягане, която ще задвижва турбогене
ратор. Приложението на термоядрения синтез в електроцентра
лите има голямо бъдеще. Сега се разработват подходящи, ефек
тивни, по-евтини и бгюпасни конструкции на реактори за термо
ядрен синтез.
24
В.2.3. Електрически подстанции
Обикновено електрическите централи се
строят до находищата на
първичния енергиен
ресурс и в
много случаи са далеч от електропотребителите. Това налага
електрическата енергия да се пренася на големи разстояния. За
да бъде пренесена с по-малко загуби и с по-евтини съоръжения,
тя трябва да бъде трансформирана на по-високо напрежение.
Близо до потребителите напрежението трябва да бъде понижено.
Повишаването и понижаването на напрежението става в електри
ческата подстанция. Понякога се налага напрежението да се
трансформира няколко пъти. Затова подстанциите са значително
повече от електрическите централи.
Предназначението на електрическите подстанции, както е по
сочено в В.1,е да преобразуват напрежението. Освен това темогат
да служат като разклонителни възли в електрическите мрежи
на EEC.
Според посоката на пренасяната електроенергия и съответната
трансформация на напрежението електрическите подстанции са
повишаващи и пониж аващи, а според функциите в EEC
към
електрически централи, системни, районни, потребителски
(разпределителни). Подстанциите към електрическите централи са
повишаващи и служат за преаасяне на произведената електри
ческа енергия в EEC. Когато централата дава енергия и на
близки потребители, към нея има и потребителска подстанция. Сис
темните подстанции осъществяват връзката между отделните райо
ни и мрежи на енергосистемата. Районните подстанции захранват опре
делен район на страната с разнообразни потребители. Потребителски
те подстанции са предназначени да захранват с електроенергия кон
кретни потребители — заводи, градове, села. В много случаи районни
те и системните подстанции захранват и конкретни потребители. По
начина на присъединяване към мрежата подстанциите могат да
се разделят на крайни, проходни и възлови. Крайните се захран
ват от едно място с един или два електропровода. В проходните
на високата страна има въводи от един или повече източници и
изводи към други подстанции. Връзката с преминаващите иабли-
зо електропроводи може да бъде осъществена и чрез отклонение
без прекъсвач. Възловите подстанции имат на високата страна
връзка с няколко други подстанции, откъдето могат да получа
ват или към които могат да предават електроенергия. Подстан
циите са с две или три напрежения, условно наречени високо и
ниско или високо, средно и ниско, съответно висока, средна и
ниска страна.
Общото устройство на една понижаваща електрическа под
станция с две напрежения принципно е показано на фиг. В.9.
Основните елементи са разпределителните уредби I и II и транс
форматорите. Разпределителната уредба РУ — I е за по-високото
25
напрежение (високата страна на подстанцията), а РУ—II
—
за
по-ниското (ниската страна). Към РУ —I се свързват въводите,
означени на фигурата с /, а към РУ—II
—
изводите, означени
с 2. По въводите се получава електроенергия, трансформира се
през трансформаторите в друго напреже
ние, разпределя се по изводите и се из
праща към потребителите. Ако подстан
цията е проходна или възлова, към РУ—I
има и изводи.
В разпределителните уредби се помест
ват шинните системи и апаратите на при
съединенията (въводи, изводи, трансфор
матори). Основните апарати са разедини
телите и прекъсвачите, които служат за
експлоатационни включвания и изключва
ния, за автоматично изключване при пре
товарване или при къси съединения и за
отделяне на присъединенията от събира
телните шини при ремонти на съоръже
нията. В разпределителните уредби се на
мират и измервателните трансформатори,
токоограничаващите реактори, ако е необ
ходимо да има такива, трансформаторите
за собствени нужди на подстанцията.
На фиг. В.9 са показани елементите само на първичната вери
га, т. е. на веригата, по която се пренася електрическата енергия.
Има и вторична верига, която обхваща вторичната страна на
измервателните трансформатори, измервателните апарати и реле
тата за защита и автоматика, присъединени към измервателните
трансформатори, оперативните елементи за контрол, управление
и сигнализация в подстанцията. Те се намират или в разпреде
лителната уредба при по-малките подстанции, или в отделно ко-
мандно помещение в по-гслемите. Освен това в подстанцията има
източник за оперативно напрежение и някои допълнителни слу
жебни помещения. Устройството, апаратите и схемите на под
станциите по-подробно се разглеждат по-нататък в учебника.
Фиг. В.9. Общо у тройст-
во на понижаваща елек
трическа подстанция
0
26
Къси съединения
1 в електроенергийните
системи
При внезапно нарушаване на режима на
електроенергийната система (EEC) възникват преходни процеси,
които условно мсгат да се разделят на бързи и бавни.
Бързите преходни процеси са съвкупност от взаимносвър-
зани електровълнови, електромагнитни и електромеханични изме
нения на състоянието на елементите, от които е съставена систе
мата. Поради различната скорост, с която се развиват, в много
от случаите те могат да се разглеждат като независими един от
Друг.
Бавните преходни процеси обхващат измененията в електри
ческата част, възникващи при работата на топло- и хидротехни
ческите съоръжения на централите и при разпределението и пре
разпределението на товарите в системата.
По-нататък се разглеждат само електромагнитните процеси
при къси съединения в E EC .
Глава I
Основни определения
и характеристика на процеса
при късо съединение
Всяко съединение между фазови провод
ници (фази) или меж ду фазов проводник (фаза) и земя при
ефективно (директно) заземена неут оала и пълно или частично
нарушаване на изолацията в едно или в няколко места от
електрическата система се нарича късо съединение.
При късо съединение (к. с.) в EEC се намалява сумарното
съпротивление на засегната верига, увеличава се токът през нея
и се понижават напреженията на възлите на системата, намиращи
се в електрическа близост с мястото на повредата, в рез\лтат
на което се нарушава балансът на механичните и електрическите
въртящи моменти на синхронните агрегати и настъпват люлеения
на роторите им. Описаните електромеханични процеси предизвик
ват задействуване на автоматичните регулатори на възбуждането
на синхронните генератори и на средствата за противоаварийна и
27
системна автоматика. Задействува се и индивидуалната релейна
защита на предизвикалия късото съединение елемент от EEC
която предизвиква изключването му.
Обикновено к. с. се осъществява през преходно електрическо
съпротивление, състоящо се от съпротивлението на дъгата и
други съпротивления, дължащи се на частично запазени свойства
на изолацията. В много от случаите преходното съпротивление е
малко и може да се пренебрегне. Когато преходното съпротив
ление не се отчита, късите съединения се наричат метални.
I I. Видове к. с. Причини за възникване
Кьсите съединения в EEC се разделят
на два основни вида: симетрични и несиметрични.
При симетрично к. с. и трите фази се намират в еднакви
условия. Това изискване се удовлетворява само при трифазно
к. с. /С( \ при което токовете и напреженията на фазите са ед
накви по големина и са дефазирани на 2 тс/3 електрически гра
дуса.
Несиметрични са всички останали видове к.с.: двуфазно
к.с.К
~, при което се осъществява електрическа връзка между
две фази; еднофазно к. с. /С(1), което може да възникне в елек
трическа система с ефективно заземена неутрала, при връзка на
една от фазите със земя, двуфазно к. с. към земя
което
може да се появи в електрическа система с ефективно заземена
неутрала при едновременно свързване на две фази със земя.
В електрическа система с неефективно заземена (изолирана
или заземена през индуктивност) неутрала свързването на
една фаза със зем я се нарича земно съединение /С(з с).
При трифазно /С(3) и двуфазно
к. с. сумата от протича
щите токове във фазите е равна на нула, а при еднофазно К (Х)
к. с , двуфазно /С(1,1) к. с. към земя и земно съединение Д'(з с)—
отлична от нула. Поради това /С<3) и К () се наричат уравнове
сени к. с.,
а К 0), /С<1,1) и К {з с) — неуравновесени.
Разгледаните къси и земни съединения, условните графични
и буквени означения и вероятността за възникване в о/ 0 са да
дени в табл. 1.1.
Всички видове къси и земни съединения възникват поради
нарушаване на изолацията между фазите или между фази (фаза)
и земя. Нарушаването на изолацията може да бъде предизвикано
от пряко попадение на мълния по открити електропроводи и раз
пределителни уредби; от атмосферни и комутационни пренапре
жения; от стареене на изолацията, дълж ащ о се на електрически,
28
Н
е
с
и
м
е
т
р
и
ч
н
и
С
и
м
е
т
р
и
ч
н
и
Таблица 1.1
Видове къси и земни съединения
Вид
нв късото съединение
трифазио к. с.
двуфазно к. с.
лвуфазно к. с.
към земя
еднофазно ж. с.
към земя
земно съединение
Принципна схема
и графично означение
г>
±
\
_
'т
—I.
т*
Буквено
означение
Вероят
ност за
възник
ване,%
К(3)
1—7
Л<2>
2-13
К(1.1)
5—20
Я-d)
60—92
К (3•С)
магнитни, електродинамични, топлинни и други въздействия, и от
замърсяване на външната повърхност на подпорните и на вися
щите изолатори.
Възникването на к. с. може да се дължи на механично раз
рушаване при скъсване на проводник от открит електропровод
и падането му на земя поради заледяване, силен вятър, непра
вилна работа на подемно-транспортни машини, скъсване на кабел
при изкопни работи и др.
Късото и земното съединение може да бъде предизвикано и от
случайно^попадане на метални предмети или животни между фа
зовите проводници или между фаза (фази) и земя.
Причина за късите съединения са и погрешни манипулации на
дежурните оператори, напр. подаване на напрежение при забра
вени включени заземители (преносими или стационарни), непра
вилни действия (включване или изключване) с разединители и др.
1.2. Изменение на тока на к. с.
Изменението на тока на късо съединение
(т. к. с) има най-сложен характер, когато к. с. е в електрическа
близост до генериращите източници. Това се дължи на непосред
ственото влияние, което оказват явленията в синхронните генера
тори. Допълнителните усложнения се внасят и от действието на
автоматичните регулатори на възбуждането (АРВ)
При отдалечаване на к. с. в преходния процес участвува и
съпротивлението на веригите до мястото на повредата. В зави
симост от неговата големина влиянието му има различна значи*
мост, като след определена стойност то става решаващо за ха
рактера на развитието на процеса. В този случай изменението
на т. к, с. е по-плавно и може да се приеме, че к. с. се захранва
от източник с „твърдо“ напрежение.
От принципното анализиране на основните фактори, които
оказват влияние на характера на изменение на т. к. с.,
следва,
че могат да се обособят три гранични случая:
к. с., захранвано от синхронен генератор без АРВ;
—
к. с., захранвано от синхронен генератор с АРВ;
к. с., захранвано от шини с „твърдо“ напрежение.
Ог опитни резултати при трифазно к. с. на изводите на син
хронен генератор, който е без АРВ и преди повредата е работил
на празен ход,се получава, че осцилограмите на фазните токове
са,подобни на кривата iK(t) от фиг. 1.1 а.
Към 4 (t) се начертават обвивките /к(06i) и *к(об2) и криволиней-
ната им ос /К(ср)- С известно приближение токът на късо съеди-
нсние /к (t) може да се представи като сума от апериодична съ
ставка /, a (t), която съвпада с /К(ср), и периодична съставка / к о
ординатите на която се отчитат от кривата /к(ср) до кривата iK(t).
30
Фиг. 1.1. Изменение на тока при к. с., захранвано
от синхронен генератор без АРВ
n
r
r
o
<u
"P*
н
а
т
о
к
а
п
р
и
к
.
c
.
,
з
а
х
р
а
н
в
а
н
о
о
т
с
и
н
х
р
о
н
е
н
г
е
н
е
р
а
т
о
р
(t) —^ка(0~Ь^кп(^)*
(1.1)
Графичното представяне ua iKn(t), на iKa(0 и на някои от харак
терните им стойности (началната 1пто» /ато; установената ^/2 / »
и др.) е дадено на фиг. 1 .1а, б.
При трифазно к. с., захранвано от синхронен генератор с АРВ,
който преди повредата е работил на празен ход, изменението на
т. к. с. iK(t) има вида, показан на фиг. 1.2а. O r сравнението с
кривата iK(t) от фиг. 1. 1а следва, че в началния момент и за
известно време след него (до задействие на АРВ) т. к. с. за
пазва характера на изменението си. След заработване на АРВ,
както се вижда от същите фигури, /к ( 0 повишава големината си.
Като се използува приложения вече начин за геометрично раз
лагане на i K(t) на сума от апериодична и периодична съставка,
се получават дадените на фиг. 1.26 и в криви на iKn(t) и iKa{t).
Сравняването им с аналогични криви от фиг. 1.1 показва, че:
—
действието на АРВ не влияе върху изменението на iKa( t) ‘,
АРВ оказва въздействие върху iKn(t), което се състои в
постепенно увеличаване на тока до достигане на някаква устано
вена стойност \]2 / оо.
Осцилограмата на т. к. с. tK(t) при трифазно к. с., захранвано
от източник с „твърдо“ напрежение, е показана на фиг. 1.3а.
Получените от нея периодична iKn(t) и апериодична iKa(t) съставки
са показани на фиг. 1.3 б и в.
От анализа на т. к. с. и на съставките му следва, че:
—
началното изместване на кривата на тока / к ( 0 спрямо оста
на времето t се дължи само на наличието на апериодичната с ъ
ставка /ка(0;
—
периодичната съставка
не променя амплитудната си
стойност.
И за трите разгледани случая са в сила следните общи зако
номерности:
1. Токът на к. с. / к (t) има една най-голяма моментна стойност,
наречена ударен ток /у, и установена стойност с амплитуда \j2foo,
която се появява след настъпване на стационарен режим и се
запазва постоянна до изключване на к. с.
2. Началните стойности на апериодичната и на периодичната
съставка са равни помежду си:
UG, Uc са напреженията на изводите на работилия на празен
ход преди к. с. синхронен генератор и на източника с „твърдо“
напрежение;
(1.2)
където
3 Електрически подстанции
33
са свръхпреходният реактанс на синхронния генератор й
реактансът на източника с „твърдо"‘напрежение.
3. С достатъчна за практиката точност може да се приеме, че
апериодичната съставка затихва по експоненциален закон:
Ш=11п%е~ "Т‘ ,
(1.3)
К‘*■> Л'/
t
ь
Фиг. 1.3. Изменение на тока при к. с., захранвано от
източник с „твърдо“ напрежение
34
където Г а е времеконстантата на затихване.
4. Изменението на /Кп(0 при к. с., захранвано от синхронен
генератор без и с АРВ, има сложен характер за изследване, на
който трябва да се приложат аналитични методи (вж. гл. 3)
т. к. с. iK{t\ е сложен израз. За произволен интервал от процеса
на к. с. той е представен графично на фиг. 1.4.
Ефективната стойност на тока / Кг* в момент t от процеса на
к. с. е равна на средноквадратичната стойност на /к ( 0 за един
период Т, в средата на който се намира разглежданият мо
мент
Токът на к. с. iK(t) в (1.4) се представя като сума от перио
дична tKa{t) и апериодична iKa(t) съставка
След повдигане на подинтегралната функция на ква драт и
преобразуване (1.5) се представя с
1.3. Ефективна стойност на тока
накс.
В общия случай аналитичният вид на
(1.4)
(1.5)
1к1—\/Л+^2 + ^3*
където J h J 2, J s са интегралите
t+T/2
(1.6)
/ —772
t+T'2
( 17)
/-Г/2
t +T/2
t—Т/2
35
За да се намерят опростени решения на (1.7) се приема, че
амплитудите на / кп( 0 и на iKa{t) остават постоянни за разглеж
дания период Т и големината им е равна на стойността, която
имат в момент t :
Фиг. 1.4. Графично представяне на т. к. с. и
на участвуващиге величини при определяне на
ефективната му стойност
£*кп(0—Inmt > ^'ка(0— tamt •
О -®)
При това условие съобразно с известно, о определение за ефек
тивна стойност на синусоидно променящи се величини [29] Jx е
равен на ефективната стойност на периодичната съставка / п* за
периода Т на втора степен, а У8 — на ефективната стойност на
апериодичната съставка I at за същия период на втора степен:
/\/2)2=/ “,; Jt=lat‘
0 -9)
След решаване на / 2 без отчитане [11] и с отчитане действието
на АРВ се установява, че стойността му е няколко порядъка
по-малка от стойностите на J x и / 3, поради което / 2 се пре
небрегва.
От направения анализ следва, че ефективната стойност / к/ на
т. к. с. с достатъчна за практиката точност се определя от (1.6 )
след заместване на J x и У, с (1.9) и пренебрегване на J 2:
Ь-ф+Пг
С.Ю) •
36
1.4. Мощност на к . с.
Мощността на к, с S Ki е изчи;лителна
условна) величина, определена от израза
Snt=
0 *^1)
където
U HOm е номиналното напрежение на точката на к. с. пре
ди повредата;
I nt — периодичната съставка на тока за
разглеж
дання вид
и мзменг
на
къзого съедше -
ние.
Мощността на к. с. съответствува на вида на к. с., но за прак
тически нужди най често тя се определя за трифазно и за едно
фазно к. с. и се означава с
и
Тъй като в много от случаите 5 К/ се изчислява, за да се срав
ни с изключвателната мощност S n на прекъсвачите, моментът t
се избира равен на минималното време, за което се изключва
к. с., и е в граници 0,1—0,25 s. Съответно и най-често търсени
те стойности на S Kt са
*SkC, ^ к0.05» 5 К0Л> ^ к0,2
0*12)
при трифазно и еднофазно к. с. От тях най-голямо приложение
има мощността на трифазно к. с. за началния момент на про
цеса
S$=</3£/.TM /„tt
(U3)
където / по = / " е ефективната начална стойност на периодичната
съставка на тока при трифазно к. с. (свръхпреходния т. к. с.).
С развитието на E E C се увеличава и мощността на к. с. За
да се запазят оразмерителните условия за монтираните съоръже
ния, тя трябва да се поддържа под определен „таван“. За раз
личните части на EEC той има различни стойности, напр. за
електрическите мрежи 10—20 kV граничната стойност у нас е
500 MVA, в Германия — 500 MVA, в Англия и Франция — 250 MVA,
и др.
1.5. Топлинно и механично действие на
тока на к. с.
Протичането на електрически ток през
тоководещите части и проводници е съпроводено с промяна на
топлинното и механичното им състояние.
Скоростта на нарастване на температурата зависи от съотно
шението между количеството на джауловата топлина (загубата
37
на енергия), интензивността на отвеждането й в околната среда
и топлопоглъщащата способност на материала, от който са из
работени тоховодещите части и проводници. При аварийни ре
жими на к. с. поради малката им продължителност (0 ,8 —4 s),
топлообменът с околната среда е незначителен и джауловата топ
лина почги изцяло служи за повишаване на температурата.
Топлинното въздействие на тока на к. с. е пропорционално на
квадрата на ефективната му стойност /£, времето зк , през кое
то той протича,и активното съпротивление R a на тоководещата
част или проводника. Приема се определеният интеграл от I*t в гра
ници от 0 до /„зк да се нарича импулс от средноквадратичния
токнак.с.идасеозначавас
След заместване на !Kt с (1.10) и преобразуване се получава
Първият и вторият интеграл от (1.15) се означават с В кп ,
съответно В к а:
и се наричат импулс от средноквадратичния периодичен ток и
импулс от средноквадратичния апериодичен ток. Като се изпол
зуват приетите означения, от (1.15) следва
Графишото представяне на £ кп» В ка и В к е показано на
фиг. 1.5.
За определяне на съставките В к п и В ка са разработени опро
стени методи, които са разгледани в част II на учебника.
При п, отичане на електрически ток през близко разположени
тоководещи части и проводници се появяват сили на взаимо
действие, наречени електродинамични, които при определе
ни условия предизвикват и значителни електродинамични
колебателни процеси.
Етектродинамичниге сили сг изюлзузат при конструирането
на машини, апарати и други съоръжения за преобразуване на
електромагнитната енергия в механична.
изк
(1.14)
и
изк
изк
(1.15)
0
и
изк
изк
(1.16)
0
и
Вк—Вкп+вка-
(1.17)
38
Заедно с полезното приложение електродинамичните сили и
колебателни процеси имат и вредно въздействие, което се про
явява особено силно при аварийните режими на к. с.
Фиг. 1.5. Графично представяне на импулса от средноквадратичния ток на
к. с. (топлинния импулс)
Таблица 1.2
Осреднени стойности на времеконстантата
на затихване Та на апериодичния т. к. с. и на
ударния коефициент ky
Наименование на елементите или на веригата
от електрическата система
Га, s
ку
Турбогенератор с мощност 12— 60 MW
0.16—0,25 1,94— 1,95
Турбогенератор с мощност 100— 1000 MW
0 ,4 — 0,54 1,97— 1,98
Блок .генератор— трансформатор* с мощност на
генератора 60 MW и напрежение:
1,95
6,3 kV
0,2
10,5 kV
0,15
1,93
Блок „генератор—трансформатор* с мощност на
генератора 100 —2 0 J MW
0,32
1,97
Верига от EEC. присъединена към събирателни
шини на КЕЦ с напрежение:
0,02—0 .03 1,61— 1,72
110 kV
220 kV
0,03 —0,04 1,72—1.78
400—750 kV
0,06 -0 ,08 1,85—1,89
Верига от EEC, присъединена към събирателни
шини 6 — 10 kV през трансформатор с мощност:
16— 63 MVA
| 0,05-0 ,10 1,82-1,90
повече ог 63 MVA
0,06—0,15 1 ,85-1 ,93
Верига с токиограничаващ реактор с номинален
ток:
до630А
0,1
1,90
1000 А и повече
0,23
1,95
Разпределителни мрежи 6 — 10 kV
0,01
1,37
39
Електродинамичното въздействие на т. к. с. е най-силно при
протичане на ударния ток /у . Големината на /у е равна на произ
ведението от началната стойност на апериодичния ток на к. с.
I ато и ударния коефициент ky , който зависи от времеконстантата
на затихване на апериодичната съставка Т а :
==1amoky = \J2&уI , ky = ДГа).
(1.18)
Определянето на Гд и на k y в повечето случаи е затруднено
поради липса па необходимите данни и поради многото време
за пресмятане. Затова при проектиране на електрически уредби
се използуват средните им стойности, които за характерни точки
от EEC са дадени в табл. 1.2.
1.6. Последствия от к. с.
Последствията от к. с. зависят от вида,
мястото на възникване и продължителността им и могат да се
разделят на две основни групи: косвени и преки.
Косвените последствия произтичат от промяната на режим
ните параметри при появяване на к. с. Когато к. с. е в централ
ната част на EEC (т. е. в близост до генериращите източници),
поради възникналите люлеения на роторите на генераторите' мо
же да се достигне до нарушаване на паралелната им работа,
т.е.дот.нар.
„разпадане“ на системата. При по-голяма от
далеченост на к. с. от електрическите централи опасните пос
ледствия обхващат само част от системата. В тези случай ге
нериращите източници реагират както при увеличаване на това
ра, а понижаването на напрежението на въ злите, намиращи се в
близост до повредата, засяга преди всичко потребителите. На
първо място това се отразява на електродвигателите, които на
маляват големината на въртящия си момент или спират. Вло
шеното качество на електроенергията и смущенията в работата
на електрозадвижванията нарушава технологичния процес в про
мишлените предприятия и причинява загуби от непроизведена
или бракувана продукция.
Към косвените последици спадат и възникващите при неурав
новесените к. с. допирни и крачни напрежения, а също и
индуктираните напрежения по електромагнитен път в съседните
изолирани проводници.
Появяването на допирни и крачни напрежения се дължи на
потенциалната разлика, която се получава при протичане на то
ка на земно или на еттфтзно к. с. през металните части на по
вреденото съоръжение и през почвата. При допиране на човек
до това съоръжение ръцете (или частта от тялото, с която се
осъществява допирът) и краката му се оказват под различен по
тенциал, т. е. появява се т. нар. допирно напрежение. Когато в
40
близост до мястото на к. с. е стъпил (или върви) човек, между
краката му също се появява потенциална разлика, която опре
деля т. нар. крачно напрежение. При големи токове допирните
и крачните напрежения могат да достигнат опасни стойности за
живота на хората.
Индуктирането на е. д. н. в изключени от страна на захран
ването им проводници може да достигне стотици и дори хиляди
волтове, ако те се намират близко (няколко десетки метра) до
електропровод с еднофазно к. с. и участъкът на сближавгнето е
със значителна дължина (няколко километъра). Гоьа явление пре
дизвиква смущения в откритите съобщителни /инии, намиращи
се в подобни условия, и е опасио за живота на хората от оо-
служващия персонал.
Към преките последици се отнасят дължащите се на топ-
линното и електродинамичното въздействие частични или пълни
понреди на съоръженията или на отделни възли от тях-
Топли нното въздействие на т. к. с. зависи от големи
ната на тока и от продължителността на протичането му. За
кратко време то може да предизвика недопустимо прегряване на
тоководещите части и проводници, а разрушителното му деист-
вие да доведе до тежки повреди, отстраняването на които изиск
ва продължителен ремонт.
Електродинамичното
въздействие зависи от най-
голямата амплитудна стойност на т. к . с. (ударния ток) и от гео
метричната форма и размери на и между проводниците и токо
водещите части, които си взаимодействуват. Електродинамични-
те сили предизвикват механични деформации, последиците от
които са пробиви в изолацията и разрушаване на съоръженията.
Твърде често косвените последствия прерастват в преки, кои
то завършват с появяване на повреди по съоръженията и из
ключването на захранването им от заработилите релеини защити
или други противоаварийни автоматични устройства.
Глава И
Заместващи схеми при изчисляване
натоканак.с.
Количествените изследвания на късите
съединения определят големините на токовете, на напреженията
и в някои случай — на мощностите на к. с- за характерни моменти
от развитието на процеса. В зависимост от предназначението на
изследването тези величини се изчисляват само за авариралия
клон или за няколко клона и точки от системата. Необходимата
41
точнскт на изчисленията се определя от изискванията, които се
поставят при решаване на всяка конкретна задача. Обикновено
експлоатационните задачи се решават с по-голяма точност от
тези, които възникват при проектирането.
Количествените изследвания на к. с. се извършват на няколко
етапа. Първият обхваща задачите, свързани с намиране на изчис
лителната заместваща схема, а именно: приемане на система за
измерване на участвуващите физични величини (система на име
нуваните или на относителните единици), определяне на пара-
Mei рите на заместващите схеми на елементите (генератори, транс
форматори, електропроводи и др.) от изходната електрическа
схема, съставяне на изчислителна заместваща схема и целе
съобразно опростяване на схемата.
2.1. Система на относителните
единици
Физичната величина е свойство в к а
чествено отношение общо за много физични обекти и в к о л и
чествено отношение — индивидуално за всеки обект. Измерва
нето на физичните величини се осъществява при условие, че за
всяка от тях предварително е? избрана съответна единица, която
може да е именувана (т. е. да има дименсия, напр. A, V, W, Q
и др.) или да е относителна.
В системата на именуваните единици (и. е.) качеството на
величината се определя чрез съответната дименсия, а стой
ността — чрез число, показващо разм ера на избраната мерна
единица. Например от / = 5 А следва, че електрическият ток е
5 именувани единици, който при означената дименсия са ам-
пери.
В системата на о тносителните единици (о. е.) при произ•
волно изорана базисна величина Вб в и. е. всяка друга едно
типна величина В в и. е. се представя като части или про
центи от В б, т. е. величините в о. е. са безразмерни (безди
менсионни) и се изчисляват по:
о
В
*{б) ~ В ~ 8 отн°сигелни единици (о. е.) от Be;
(2 .1)
б
В%=д- ЮО в проценти (%)от Вб.
(2.2)
б
Индексите
и „б“ показват, че величината е изразена в о. е.
и че е „приведена“ (отнесена) към приетата базисна единица
В б. Не трябва да се забравя, че ако не се даде базисната е д и
ница Вб , величината в о. е. губи всякакъв смисъл.
Ако са известни базисната единиица Вб и стойността на вели
чината в о. е. В ш{б) или в проценти В°/0, то
42
Много често базисната единица В б се приема равна на номи-
налната стойност Виом на величината и привеждането в о. е.
съобразно с (2.1) и ( \2 ) се извършва по
Я,(ном)=-б~— » В%= ~ ъ —
• Ю0=5ф(ном)
(2-4)
°ном
°ном
при което индексът „б“ се замества с „ном“.
При трифазни е тзкгрически схеми най-често използуваните ба
зисни единици са междуфазно напрежение Uб , kV; фазов ток
/б , кА; трифазна пълна мощност S e , MVA; пълно съпротивле
ние на една фаза Z t , Q Тези величини са свързани помежду си
чрез основните съотношения
S6= ч/Зt/б/е, U6 =у/З/бZ6■
X2-5)
поради което само две от тях, напр. Sq, V t , се избират про*
изволно, а другите две се изчисляват:
В=Вл6)Вб,И,е.; в=В^Вб, и. е.
(2.3)
(2.7)
'-
7*“3^"
(2'6)
При избрани Se, ^б или 5б=5Ном , Ut=UK0M и изчислени
по (2 .6 ) базисни величини / б , Z& или / ном , Z Hom мощността, на
прежението, токът и съпротивлението в о. е. се определят по:
S#(6)=SISq;£Л*(б)=иШб\Iб>=///б;Д»(б)=Z/Z6
S;|!(hom)= S/ShoM;
—
/*(ном)= ///ном; Z;(;(hom)= 2/Zhom
За определяне на съпротивлението в о. е. може да се изпол
зува и формула, в която участвуват само избраните базисни ве
личини:
z
г^з/6 ул
Sj
(2 8)
z.<6>-z7— Щ
Ut
vV
Ако са известни стойностите на величините в о. е., големината
имви.е.сенамирапо:
S=«S„(6)^6' U =Ut{6)Uei
; Z=Z*(6)Z6
1(29)
•S= ^*(hom)Shom' U =U *{hom^homJ /=4(ном)/нои; Z = Z ^ hom)ZhomJ.
От (2.8) за съпротивлението в и. е. следва
Z=Z,m~ -
•
(1.10)
°б
Преизчисляването на величините, зададени в о. е. при номинал
ни условия, към други произволни, подходящо избрани базисни
условия, се извършва по
43
S—5
|(6)---- <>; (HOM) <,
Uf(6)—UАном)
u.bom
u*
J
_
_
I
HOM
y*(6) ~ 4 (HOM)
j
‘K
ном
'£/
\2
ном
(2.11)
/
Стойностите на базисните единици се избират, за да се улесни
изчислителната работа при привеждането. От такива съображе
ния 5б се избира цяло число (10, 100, 1030 MVA) или се прие
ма да е равно на два-три пъти увеличената единична номинална
мощност на най-големия от участвуващите в разглежданата схе
ма силови трансформатори или синхронни генератори. За U6 се
приема да е равно на номиналното напрежение, което имат най-
големият брой елементи от схемата.
Привеждането на величините в о. е. е едно от най-простите ли
нейни преобразувания. Прилагането му изисква допълнителна из
числителна работа, която се свежда до първоначалното премина
ване в о. е., напр. по (2 7) и в края на изчисленията —до при
лагане на обратното преобразуване, напр. по (2.9). Поради про-
tToiaia на ма тематичните операции и предимствата, които се
получават по-нататък при извършване на основните изчисления,
тази допълнителна работа е оправдана и се прилага при инже
нерните аналитични изследвания.
2 2 . Заместващи схеми на силовите
елементи от първичните електрически
схеми
Заместващ ат а схема е графичен модел
на определена страна на режимите в EEC и на конкретната
конфигурация, коят о се разглеж да. Тя може да бъде валидна
за всеки или само за един фиксиран момент от изследвания
процес. Поради трифазната симетрия на системата най-често за
местващите схеми се съставят за една фаза и се наричат е д -
ноли нейни.
Еквивалентен източник „система“. Поради постоянно нараст
ващата сложност на EEC твърде често при количествено из-
44
следване На процесите на к. с. част от нея се представя с екви
валентен източник с „твърдо“ напрежение Uc —const, след кое
то е включено пълното съпротивление Z = R C + j X с — табл. 2.1.
Ъ та се определят параметрите на заместващата схема, трябва
да са известни средното междуфазово напрежение преди к. с.
и ср, kV; свръхпреходният т. к. с. /"с, кА, или мощността на к. с.
S ‘‘ MVA, и времеконстантата на затихване Т ас, s, на апериодич-
ната съставка на т. к. с. в точката, спрямо която ще се еквива-
лентира част от разглежданата електрическа система. 1ърсените
величини в и. е. са:
и =i/Cp^const; Rc= - у
—.
O'»
—
„»р » (2.12)
и
ом ас
V'J ;кс
°кс
Времеконстантата Тас има средна стойност 0,05 s и в повечето
случаи Rc<ХС, поради което се приема, че Rc«*0.
Синхронен генератор. Основните му технически параметри са
пълна номинална мощност S„0M, MVA; номинално напрежение
U
kV' номинален фазов ток на статорната намотка / Ном» кА;
номинална активна Р ио», MW, и реактивна Q„„«, kVA мощност и
др Към основните параметри спадат и синхронното л > , преход
ното X
и свръхпреходното X".
съпротивление по надлъжната
f/*
ГГ* 9 ГТЛ11
ос; електромагнитните константи на затихване
a* 1 1^наапе
риодичната, преходната и свръхпреходната съставки на т. к. с.-
на изводите на генератора и механичната му времевоистанта Т у.
Обикновено съпротивленията се дават в о. е. при базисни ве
личини равни на номиналните, а времеконстантите — в s.
В зависимост от целта и метода на изследването синхронният
генератор се представя със следните заместващи схеми.
а) като източник на напрежение, за който
EG— iaZG=UG. откъдето /a= (Ea- U a)lZo]
(2.13)
б) като източник на ток, за който
/0=(EaIZ0-U alZc)=J -UuYc’
V -14)
в) като идеален източник на ток, който въвежда ток
/=/0.
(2.15)
Трите разновидности на схемите са дадени в гаол. 2.1. Състав
ките н а пълното съпротивление Z0 = /? G-f-yAGсе определя i в и. е. по:
R„=K%-
•
a
Xa=Xd.U
^,Q
,
(2.16)
а 2л//а 6Н0М
оком
където Х2* е реактанс с обратна последователност, който за
турбогенератори е
А"* или с още по-
голямо приближение [28]—Х^^*Х^.
45
(2.18)
В зависимост от момента, за който се определя Е а l r , J от
(2.13) и (2.14) и X G от (2.16), участвуващите величини в тези
уравнения приемат следните стойности-.
за свръхпреходния режим на к. с.
/", у", X"d^
за преходния режим на к. с.
Е', /'
X’*
С/’ G,
*
а*
за установен режим на к. с.
F/
гк
Ооо’
Ооо *
I
в
Двунамотъчни силови трансформатори и автотрансформа-
тори. Основните технически параметри са номинално междуфазо-
во напрежение на първичната t/lH0M, kV, и на вторичната £/2ном,
kV, намотка; номина/на пълна мощност 5 Н0М, kVA; отношение на
к. с. ик %; загуба на мощност при опит на к. с. ДРк , kW; ак
тивни ДРПх, kW, и реактивни Дфпх, kVA, загуби на празен ход
(п. х.); ток на празен ход /м% и др.
С тези данни се определят съпротивленията и проводимостите
на Г-образната и на опростената схема, дадени в табл. 2 .1*:
а) активни и индуктивни съпротивления на надлъжния клон:
-7
UK%
г\. п,
i^
[UHOm\2 „
•Zt ——£
,й;RT=ДЯКI^ 1,Q
■’ном
\ ном
(2.18)
х*=\[Щ=Щ ,Й;
б) проводимости на напречния клон
о ^ А/>пх
О-h
_
_
^пх
V/o5Н0Мп
/0^
gr
2
,
И;&т_
-
_
.
fQ.
(2.19)
ном
и ном
^ном
Тринамотъчни силови трансформатори и автотрансформа-
тори. Между тринамотъчните трансформатори, автотрансформа-
торите и трансформаторите с разделени намотки съществуват
значителни конструктивни различия, които трябва да се отчитат
при съставяне на заместващите схеми и при определяне на па
раметрите им. Тези въпроси са разгледани в [19].
Електрически двигатели. Основните им тсхнически параметри
са номинално междуфазово напрежение UH0M, kV; номинална пъл
на мощност 5„ом, kVA; номинална активна мощност Р ном, kW; но
минален фазов ток /„ом, А; номинална честота на въртене пи0м,
m i n - ‘ и др. Номиналните пускови параметри, определени при
включване на двигателя към шини с „твърдо“ напрежение, са
кратност на пусковия ток / пуСк* - / Пуск //Ном, о . е.; кратност на
пусковия момент т пуск# = м ауск/ м ном, о. е., и само за синхронни
те двигатели — кратност на момента при хлъзгане 5 = 0 ,0 5 ,
m ls=o.Q5)*= M(s=0,05)/Mhom, о. е.
"■Дименсиите на участвуващите величини са:
"ном. kV; 5Н0М, MVA: APnx, MW; ДQnx, MVA; АРК, MW.
46
Таблица 2.1
Изходни и заместващи схеми на силовите
47
Продължение на таблица 2.1
Техническите параметри, характеризиращи преходния електро
магнитен процес при к. с. на изводите на двигателя, са време-
константа на затихване на а периодичната съставка на т. к. с.
Т аш s, свръхпреходно индуктивно съпротивление X"ui, о. е.; и са
мо за асинхронните двигатели — еквивалентна времеконстанта на
затихване на периодичната съставка на т к. с. 7” , s#
Параметрите на опростената заместваща схема, дадена в табл.
2.1 за началния момент на к. с., са свръхпреходното е. д. н. Е"
и пълното съпротивление Z ^ —R MJr j X M, което се определя със
следните формули*:
а) за синхронни електродвигатели
*
Дименсиите на участвуващите величини:
^иом* kV;,SH0M, MVA; 7'ам, s .
б) за асинхронни електродвигатели
Електропроводи- Основ ите параметри на електропроводите!
които се използуват при изследване на електромагнитните пре
ходни процеси в електрическите системи, са: номинално между-
фазово напрежение {/„„«, kV; средно междуфазово напрежение
U п kV; дължина /, km; активно съпротивление за единица дъл
жина r \ Q/km; индуктивно съпротивление за единица дължина
х 0, Q/km; активна и капацитивна проводимост за единица д ъ л
жина g0 и b0, jis/km.
В общия случай електропроводите се представят с 11-ооразна
аместваща схема — табл. 2 .1, за която
Съставките на пълното съпротивление Z w на надлъжния клон
и на пълната проводимост Y w на напречния клон се определят
ви.е.по:
При опростени изчисления се работи със заместващата ехе
ма, в която Z w се представя само с индуктивната си съставка
X.
w
Токоограничаващи реактори- Произвежданите реактори еа
два вида: единични и двойни. И двата вида намират приложение
в електрически уредби 6 —20 kV. Техническите им параметри,
които се използуват при изчисляване на т. к. с., са номинално
междуфазово напрежение U „0м» kV; номинален фазов гок / Ном, А.
номинална загуба на активна мощност в една фаза Д Р , kW; но-
минално индуктивно съпротивление на една фаза АНом* в Q иля
% и само за двойните реактори — коефициент на връзката £вр,
равен на отношението на взаимната индуктивност А1 към квадра
тен корен от произведението на собствените индуктивности L\
и L2 на всеки клон, т. е. kBV= M /\L1L2.
Опростената заместваща схема на единичния реактор е едно*
лъчева— табл. 2 .1, с индуктивно съпротивление на клона, и. е.:
Zw=Rw+jXu и Yw=gw+ibW'
(2.22)
(2.23)
49
4 Електрически подстанции
x v---^ном» Q (каталожна стойност);
^НОМ°/°
^Hi
wo~ 'W ~I
XD
. -ЦTM*—
,Q.
!
(2-24)
ном
Опростената заместваща схема на двойния реактор е трилъ-
чева звезда — табл. 2 .1, с индуктивни съпротивления на клонове
те,и. е:
Xpi — k BpX aoM, й; Ар2=А^рз—(1 -\-къу)Хцощ f t
(2.25)
X.—
_
_А
*ном%
^ном
0.у
у
(Л,и\ х поч/о
pl
*BP 100
Jf~,
, U, Лр2-ЛрЗ=(1+«вр) -JQQ- X
'
ном
Х^
,
Q.
'
^ном
2.3. Заместваща схема на електрическа
система
Изходната заместваща схема на елек
трическа система е чертеж , на който са нанесени чрез гра
фични означения всички участвуващи елементи и връзките
между тях.
За да се опрости изчислителната работа, изходната замества
ща схема се преобразува в приведена заместваща схе
ма, в която магнитно свързаните вериги се заменят с една екви
валентна електрически свързана верига. Привеждането се из
вършва в именувани или относителни единици, като се използу
ват известните съотношения от теорията на трансформаторите.
При изчисляване на т. к. с. в общия случай изходната схема
съдържа няколко участъка с различни номинални напрежения,
които са свързани помежду си с трансформаторни връзки. Така
ва схема е показана на фиг. 2.1. Тя има следните четири стъ
пала: шините на генератор G1 с номинално напрежение £/]НОМ;
шините на генератор G2 с номинално напрежение U 2ном; страна
високо напрежение на трансформаторите 77, Т2, ТЗ и свързва
щите ги електропроводи W i n W 2 с номинално напрежение
£/зном; електропровод W3 с номинално напрежение £/4ном, на кой
то е късото съединение. Действителните напрежения на всяко
стъпало са означени с [J\ о, U2о, UT\o ,U T2 o, UT30и Uao, а сред
ните—сUncр, къдетоп=1, . . ., 4.Нафиг.2.1 сададении
опростените заместващи схеми на елементите, от които е из
градена изходната схема, и параметрите им за началния момент
на свръхпреходния режим на к. с. в и. е.ив о.е.:заG1—
50
свръхпреходното е. д. н. Е"01 в и. е. и Е а1# в о. е.{ свръхпреход-
ният реактанс Х “(П в и. е. и X dllt. в °* е-*> за ^/2 свръхпреход -
нотое.д.н.E'G2ви.е.и
в о. е.; свръхпреходният реак-
тансХ“а1ви.е.иХ“^
во. е.; за трансформаторите 77, Т2,Т 3 —
реактансите А гь Х Т2* Х ТЗ в_и. е. и
, ^7-2*»^гз* в°- е*;зв
електропроводите No/, W7- , U73— реактансите
Xwv Xws
ви.е.иXWi,XW2t
в°*е*
[51
А. Превеждане в именувани единици
Избира се стъпало, към което ще се из
вършва привеждането. То се нарича ос н о в н о (индексира се с
„ ос“) и се приема да е с напрежението на точката, в която
възниква късото съединение. Привеждането на е. д. н. на гене
раторите, реактансите на съоръженията и протичащите през тях
токове се извършва, като се използуват коефициентите на транс
формация. Изчисляването им може да се осъществи точно при
използуване на действителните напрежения:
kT\=
Uпо
U,
kro=
и Т'20
У4
0*
и.
1
ни
U1
10
^20
и ТЗО
и приблизително — при използуване на средните напрежения
(2.26)
и Зср
U
U1ср
1Т2ср :
Зср
• ЬгЗср —
II * ^'^ср ,]
2ср
^Зср
(2.27)
При п каскадно свързани трансформатора общите изрази за
привеждане на параметрите на елементите от изходната схема в
и. е. и към една и съща ст пен на трансформация са:
а) точно привеждане:
E=(kr\ &Г2
О
U=(£ri.кт2
/=,
( kr\- гТ2
■kr
ктп)Е>
k Tn)Ut
/г
( 2.28)
Z=(kn•k-Ti• •
6) приблизително привеждане:
kTnfZ
ои
ос ср
и
Е,
пср
ои
и,
пср
°
//
/—и1ср /
U
г
иос р
о
z=
_
/"осср\2 7
\ипср)
’
(2.29)
У
*
Всеки коефициент на трансформация се определя в посока от степента
на напрежение, кояго е избрана за основна, към степента, чиито параметри се
привеждат.
52
където £, U, /, Z са действителните величини в и. е., които
подлежат на привеждане;
кти кт?, • • • Лтп — точните коефициенти на трансформация;,
Un ср е средното номинално напрежение на сте
пента, в която се намира привежданият
елемент;
LJqqср — средното номинално напрежение на сте
пента, към която се извършва привежда
нето (основната степен);
Е, U, I , Z са приведените величини в и. е.
Приема се, че основното стъпало на разглежданата схема от
фиг. 2.1 е с напрежение U4Ном. Определят се по (2.28) или по
(2.29) съпротивленията и е. д. н. на участвуващите елементи. Н а
пример за клон 1 търсените величини са:
а) при точно привеждане (означено с горен индекс „т“):
Xwi=(й^\ ХTM\=k\zxvn’ Хт1=(^итъ0)Xtv=к\ъХтх)
МлЗгМ
,
>(2 30)
и
о
Е^^[^\.( -^\Е'гл=ктъкт,Е(
б) при приблизително привеждане (означено с горен индекс
„пр“):
(2.31)
У4ср
£"<nP)= ,
UG1
\U
Построява се заместващата схема от фиг. 2.2 и се нанасят
изчислените стойности на параметрите й. На схемата са дадени
°"<т!
°" (т)
°" (т)
-
°г" (ПР) ?"(пр)
Иточните/кл1 ,/кл2,/кл3 И ПрибЛИЗИгелните /кл1 , /КЛ2 ♦
О” (пр)
/клз
приведени свръхпреходни токове на к. с. съответно в клон
/ , 2 и 3, които могат да се изчислят по един от методите, раз
гледани в глава V.
Действителните свръхпреходни токове например в клон 1 са:
53
а) при схема с точно привеждане
t\pT\)z=kT3,/Кл(»Т)» IG\Т)—killWl]^ kTlkT3/кл(1
б) при схема с приблизително привеждане
'(т).
*
Г <ПР)_ (U°cСР
^
Цер
if" <пр)
'I клI
/и
(" (пр) __1
_ос_с
G1
Wicp
'кл 1
[I
CL
£
LTLj
s
a*
s
a
s
tt0)
s*
E
CO
SC<D
32
oX
K
¥
CD
S
Q-
c
*-
sm
S
t!V>X
s
Cl
C
<L>
X
u
СП
g
5CO
fr-
CJOJ
5?
CO
<m*
oi
u
X
(2.32)
(2.33)
54
Б. Привеждане в относителни единици
Привеждането в о. е. и към една степен на трансформация се
извършва в следната последователност:
1. Избират се базисните величини S 6oс и Обос на степента,
която е приета за основна, и се определя базисният ток / бос» при
което:
а) базисната мощност 5бОС се приема рапна на мощността на
най-големия източник от схемата или на цяло число, кратно на
10, 100 или 1000;
б) базисното напрежение С/бос се приема равно на точната (j 0Ct
или на средната номинална стойност Uoc ср на напрежението на
основното стъпало:
ОДе-t/ocT И U6n¥z= Uo' сР;
(2*34)
в) точната стойност на базисния ток се изчислява по
/(5roc==/ocT=^ 6oc/(v'3 ^ ост),
(2.35)
а приблизителната—
*= /°с ср—S$ °с/(\/3 Uqсср)«
(2.36)
2. Определят се базисните величини за всяка степен на транс
формация в схемата, при което:
а) базисната мощност на основната степен 5бос се запазва една
и съща за всички степени :
5б1=Sc2= ■• • —Збп’>
(2.37)
о
б) базисните напрежения U tn и базисните токове /б п, п
=
1,
2, ...
за всяка степен при точно привеждане (горен индекс „т “)
и при приблизително привеждане (горен индекс „пр“) се опреде
лят по:
ЬТп =
ьи°'Т■т;/б”
=
(кг IkT2■■. кт„)/ос(2.38)
\кТ\Ят2. •
. kTn>
^псрJJ
__ _и
.
/
___"осСР/
/9 ЯРЪ
С/бл — тт -------Uoccf>— u пер 1 'б п— ,,
/осср»
\Z.DV)
иос ср
ипср
3. Привеждането на параметрите и величините от изходната
заместваща схема в о. е. и към една и съща степен на трансфор
мация се извършва по изразите (2.7), в които Ut и U се заместват
с базисното напрежение и б а з и с н и я ток, определени по точните
(2.38) и приблизителните (2.39) формули за тази степен на транс
формация п, в която се намира подлежащата на привеждане ве
личина.
В общия случай изразите за привеждане на параметрите на
елементите от изходната схема в о. е. към една и съща степен
на трансформация са:
55
а) при точно привеждане
—
_
_
_
_
_
_
_
__
_
_
_
_
_
_
(Ьт\ кт?.. •ктп)Е
о
р
F=
_
_
О
О
Е
U,
-ил
и,б ос
£/,
^=-р
(kTikT2- >kTn) иб ос
и
и
(Ьт\Ьт2.. .*гл)^
С/
бос
i/б п
1
(kn kT2.. ^Тп) ^60С
/
/
/
**
р
бос
и,б ОС
/
(k T\k T2->'k Tn^6oc
бп
'б ос
(2.40)
°
S*
Z*=Z A0C- = Z
ез.
Тп
-иб ос
.2 = (^Т'Ь • -ктп)2Z 09
)
^бос
=z
боо
бос
б) при приблизително привеждане
Е
»^*=(/
^
о
и/5 ^П ср
о,
ос
—
>7*=/~s,’z^z-2
-
ut
(2.41)
'лср
v ocp
J<5oc
Un cp
където Я, £/, /, Z са действителните параметри които подлежат
на привеждане;
©ооо
Е,U,I,Z
—
приведените параметри в и. е.;
^бос» ^бос»/бос — базисните величини на приетата за основна
степен на трансформация;
кти • • • >k m — точните коефициенти на трансформация;
ср— средното номинално напрежение на сте
пента, в която се намира привежданият еле
мент;
ООоо
£** U#, /*, Z* — приведените параметри, о. е.
При прилагане на описания метод към разглежданата схема от
фиг. 2.1 за основна се приема четвъртата степен с базисна мощ
ност:
5б4=5бз= • • • =561=501=5600
(2.42)
базиено напрежение с точна, съответно средна номинална стой
ност :
ГИт)
jj
.
иinр)—П.п
бос
40* бос
4 СР»
и базисен ток с точна и средна стойност
(2.43)
56
/w=So,(V3Ut,yj^ = Sa^3U^).
<2-44)
Всяка електрическа величина от схемата се привежда в о. е-
и към една и съща степен на трансформация по (2.4U) или по
(2.41). Напр. за клон 1 при точно и при приблизително привеж
дане по (2.38), съответно по (2.39), на базисното напрежение и на
базисния ток за първото стъпало
с
/Л’~ (*п*г»)/Й«.
(2.45)
nn*T3
(2.46)
Л<ПР)
,,
?(лс)_ ^«_ср |(пр)
^б1---^1ср*'б1
убОС*
ср
реактансът и е. д- н. на генератор G1 се изчисляват по
а) при точно привеждане
->6 ос
о„
'б ос
»#
Я"(т)_Я01
£01 _
£01*——-Г
—=
—
.
°. (т)
С/б 1
1
Gi* = с~;-=
—
]------------- (кпктз Eg\) {т)
..<т >
*
/И т)
®ос
a
fc
ос
«Г1ЙГЗ
(2.47)
б) нри приблизително привеждане
X/ - JfrfЧ^бТ))2~ 1ииР ’
S6oc
^бос
£,” (пр)
EG1
EG1
/О AQ\
;Яо1V= оТ-7
-
=
-77-
-
-
-
--•
(2 *4Й)
и (пр)
Ul ср
С намерените приведени стойности на реактансите и на е. Д. н.
се съставя заместващата схема, показана на фиг. 2.3. На нея са
нанесени и точните Г'<% 1" ^
/ >л<5>, и приблизителните
/"(пр) / ” (пр) стойности в о. е. на свръхпреходните токове на к. с.
кл2*’ кл3*
в клоновете / , 2, 3. Действителният свръхпреходен ток в и. е.,
напр. на G1 при схема с точно привежане и при схема с прибли
зително привеждане, е
/" (т)---)" (т) Ит) . Г <пр)=
” (пр) / (ПР).
lG\
Ук|1*'б1*'о 1
кл!*/б1
(2.49)
При решаване на задачи от практиката твърде често пълното
съпротивление е зададено (или се изчислява по-лесно) в о. е.
спрямо номиналните величини,vr. е. известно е Z #(HOM).
Точното привеждане на ^ , (Ном) в о. е. при избрани други ба
зисни величини S6oc и U ^ oc= U ост на степента, която се приема
аа основна, се извършва, като се отчита (2.10)
57
Z,(6)= Z
.(НОМ)^
-
- Z ^(hom)
u°
HOM
“
(*Л . • ■k„r)2Zt(HOM)
S6OC
5HOM (t/(6T)0 )2
/ \2C
HOM\JoOC
u2
___
_
HOM
—Z t(HOM)5
бос
HOM
o
z#(HOM)
(2.50)
HOM
CL
c-r
to
oD
to
3
lo
CO
t— <r
*tO
oD
&£
oID
m
to
=)
to
CO
CO
tl *o
oD
Q-
_
oD
>o
3
to
CO
—
to
oD
°X
Q_ CN
£*0
oD
<N
Ю
ZD
*o
CO
_
Ю
oD
•X
'j
'3f
- ■V"
—
*
t— CN
O
CL*
Г- СЧ
t&
cш
oШ
s
rj
r
a:
s
E*
s
sc
C-
u
*-
2CJ
o
f-
o
<D
3!
CTJ
se
<L>
COs
cx
a
o
sc
*=:
<L>
sc
*=:
\C
sc
a-
c
o
SG
No
o
s
CL
c:
cd
5
<v
*
o
CB
3
03
r
F-
CJO)
s
on
CO
ci
u
s
•e*
58
Приблизителното привеждане на Z*(Hом) в °-
е> се извършва
след опростяване на (2.50), при което се приема, че базисното
напрежение на степента, на която се намира елементът, е равно на
номиналното напрежение, т. е. U ^ n= U иом > следователно
7-7
vи~иш S60C 7
*
(2.51)
^*(6) — 'Ч(ном) -п
-----
2 —^,(ном)с
4'
НОМ £/ном
OHOM
Равенството £/бТ/!==£Аом се изпълнява само за малка част от еле
ментите на една реална схема- Но тъй като различието между
двете напрежения е в граници + 10 % , при приблизително привежда
не се прима, че за всички елементи от една степен, базисното
и номиналното напрежение са равни на средното напрежение на
същата степен, т. е. Ue п = Utto^— U n ср- Приетото опростяване не
трябва да се прилага за реактори с номинално напрежение, кое
то е цо-голямо от напрежението на степента, в която ta монтира
ни (напр. реактор за 10 kV, работещ в уредба за 6 kV). В този
случай отношението между номиналното и средното напрежение
се запазва и формулата е
Ье)=
(£=-У
•
(2'52)
шср
и Ном
2.4 . Опростяващи преобразувания на
заместващи схеми
При определяне на тока на к. с. почти
във всички случай се налага да се извърши преобразуване на за
местващата схема по възможност до в и д а. източник на еквива
лентно е. д. н., еквивалентно съпротивление, точка на к. с. или
до вид с по-проста конфигурация от началната. И в двата случая се
използуват някои основни правила, най-често прилаганите от кои
то са следните.
Еквивалентно съпротивление на последователно, паралелно и
см есено свързани пасивни клонове. Еквивалентното съпротивле
ние Z e . (фиг. 2 .4 г) в о. е. се определя по формулите:
а) при п последователно сързани съпротивления Z / , , / 1, 2,...,
п (фиг. 2.4. а)
Ze,
+Z2.-f.••+^*,=2 ^l*’
(2.53)
i=i
б) при т паралелно свързани съпротивления Z ^ , j = 1, 2,.. ., т
(фиг. 2 .46)
59
; (2.54)
'т*
& г/.
в)^ при смесено свързване на п последователни^/ и т паралел-
2Л«)• съпр0тивления' ' =
1. 2,
у = 1, 2 ....................( ф и г .
-е*
•1*
^-2*
©
-п*
©
г„
©
•
I
Фиг. 2 4 . Последователно (а), паралелно
(<?) и смесено (в) свързване на реактанси
и еквивалентен реактанс (г) за трите случая
I
^ +т^+...+4_
-
|^
+
%1* %2*
Zm*
+ -----\--------
(2.55)
2т
/-1 **
Преобразуване триъгълник—звезда и зв ез д а —триъгълник Ако
60
м еж ду кои да са възли 1, 2, 3 от приведената схема (фиг. 2.5)
съпротивленията Z 12., Z 23*, Z 13* са свързани в триъгълник, те мо
гат да се заменят със свързаните към същите възли съпротив
ления Z i , , Z2., Z K , образуващи еквивалентна звезда със звезден
Фиг. 2.5. Еквивалентно преобразуване
„триъгълник“ — „звезда“ и обратно
център 0. Зависимостите, по които се извършва преобразуването
на триъгълника в еквивалентната звезда, са изведени в курса по
теоретична електротехника и са от вида
У_
^12* ^13*____ ■
2 12, ^23,
7.
_
L7
_1_7...
*
2*
^2* +^13,+ ^23. ’
2’
^12+.^13*+^23,
V
(2.56)
z3=
Zl3* ^ 23*
^12.+Z13.+223,
При обратното преобразуване от звезда в триъгълник форму
лите са
Z,2 . =Z\,+Zi,
-
\
—
—
,
Zu.=Z,.+Z3,+ -^ ^
-
z3.
2*
Zl.
(2 57)
Еквивалентно представяне на паралелни активни клонове.
Разглежда се общият случай, при който п паралелни клона с из
точници на е. д. н. Ei и съпротивления Z/= 1/К/,/=1, 2, . . . , я
са свързани към възел а с напрежение Uа и ток / към остана
лата част от приведената заместваща схема — фиг. 2.6 а.
Еквивалентното преобразуване — фиг. 2. 66, трябва да се из
върши така, че напрежението Uа и токът I в точка а да останат
неизменни. Условието за това е
61
•
*
или
/-2 *
/=1
П•
•
^(Bi-U ,)Yi=(EG-U A)Y,.
(2.58)
(2.59)
i=i
Последният израз е валиден за всички режими, включително и
при Ua = 0, следователно
•
•
•
Е
Y
I
с.е
1е 1е
UQI
Фиг. 2.6. Обединяване на клонове с е. д. н.
t=1
—
j/
където
yt 2е
а=-г—=
-—
,/=1,2,...,я
'е
са коефициенти на разпределението.
Когато е. д. н. на клоновете са равни:
то
Ь\=Е2=.. .—Е,
£е=
Ei—E^Ci =£(с1+с2+- - • +С.)=Ь
/=1
1=1
(2.60)
(2.61)
(2.62)
(2.63)
тъй като
а
•
•
•
•
•
с1~\~съ~\~ • • • 4“£л= 1 и//
/.
(2 64)
62
Когато паралелните клонове са два и активната съставка на
пълното им съпротивление може да се пренебрегне, еквивалент
ният реактанс е
коефициентите на разпределение са
с1-
х.+х, •
x,+xt ’
(2.66)
а еквивалентното е. д. н. е
£,= с1£'1+ с,£,.
U67)
Глава III
Трифазно късо съединение
При теоретично изследване на електромаг
нитните преходни процеси на трифазно к. с. в EEC се прила1ат
методите на приложната математика от областите на матричното
смятане, векторния анализ, диференциалните уравнения, елемен
тарните и някой специални функции и др.
За да се опрости изследването, се приемат ред допускания,
които „идеализират“ до някаква степен реално съществуващия
обект (EEC) и свързаните с него физични явления. Основните
опростяващи допускания са:
—
предполага се, че к. с. отделя източника от другите машини,
с които той е работил в паралел преди възникване на повредата,
т. е. че преходният процес на разглеждания източник не се влияе
от останалата част на EEC, която се представя като пасивна
външна верига с постоянно съпротивление;
—
разглеждат се три основни вида източници, захранващи к. с.
с „твърдо“ напрежение (т. нар. източник „система“), с ограниче
на мощност без автоматично регулиране на възбуждането (АРВ)
и с ограничена мощност с АРВ.
3.1. Трифазно к. с., захранвано
от източник с „твърдо“ напрежение
Разглежда се трифазна схема (фиг. 3.1 а),
която се състои от източник на е. д. н. G, електропровод W и
потребител на електрическа енергия (товар) ТОВ. За основните
елементи се приема следната идеализация:
1. Източникът е с неограничена мощност, S a = oo, няма вътреш
но съпротивление Z g = 0 и фазните напрежения на изводите му
63
(3.1)
tlA~ tJmsin(wt+ a),
UB=UmSin(cot+a—2n/3),
uc= Umsin(o)t+a —4n/3)
не се влияят от големината на протичащия ток, т. е. £/w=const.
2. Електропроводът е проста верига, която е симетрична и
има три еднакви за всички фази активни съпротивления, собстве
ни индуктивности и взаимни индуктивности.
W
г(3)
ТоЬ
ABC
П
Фиг. 3 .1 . Изходна еднолинейна схема (с), трифазна заместнаща схема (б)
еднолинейни заместващи схеми (в, г) при трифазно к. с., захранвано от изтоич-
ник с „твърдо* напрежение
3. Товарът е симетричен и се представя с три еднакви пълни
ъпротивления:
ZАтов —Zв хов —Z.Qтов—Z]-0B
Z TOb = ^?тов -\~jXT0B
(3.1а)
където R тов и Х тов са активното и индуктивното съпротивление
на една фаза на товара.
Ако в момент t = 0 в точка К възникне трифазно к. с. , схема-
64
та се разделя на две независими части. Трифазната заместваща
схема—фиг. 3 .1 б , се съставя, като се отчита, ч е :
а) намиращата се надясно от точка К част е накъсосъединен
пасивен участък с еднакви пълни съпротивления на фазовите ве
риги (индексирани допълнително с „д“):
Длд=^вд= '2’сд =^д,
(3-2)
равни на сумата от пълните съпротивления на проводниците от
точка К до потребителя и пълните съпротивления на товара;
б) частта, която е наляво от точка /С, остава свързана към
източника, и активните съпротивления, собствените и взаимните
индуктивности на проводниците от G до К (индексирани допъл
нително с „л“) са равни помежду си:
R ak ~R.Bi\—Rcn —R a ,
Laji'^Lqji asLcn ^л >
Мавл —Мвсл ~МаСп =Мя.
(3.3)
Развитието на електромагнитния процес след появяване на къ
сото съединение е следното :
1. В пасивната (дясната) част протичат токовете *лд, *вд , /сд,
докато запасената в индуктивн^тите й електромагнитна енергия
се преобразува в джаулова топлина, която се предава в околното
пространство. Поради симетричността на фазовите вериги три
фазната заместваща схема се еквивалентира с показаната на фиг.
3.1 г еднолинейна схема.
2. В активната (лявата) част във фазите протичат токовете i дл,
i Вл, icn и процесът се описва от три еднотипни линейни нехомо-
генни диференциални уравнения, от които уравнението за фаза
Ае
иА^UiRai+LaJ^+ M abj^^t +Mmi
(3.4)
Като се отчетат условията (3.3) и съотношението (*'вл + *сл)=
=
—
1ал, от (3.4) следва
u{t)—iK(t)RK+ L K---- ^ — ,
(3-5)
където
u(t), iK (t) са общите означения на напрежението на
източника и на тока на к. с .;
R k = R n , L K —L,ji — М л — активното съпротивление и резултантната
индуктивност на една фаза.
Общият вид на аналитичния израз на напрежението на източ
ника е
u(t)= Umsin(o)t+a),
(3.6)
където Um, а са амплитудната стойност и началната фаза.
5 Електрически подстанции
65
Еднолинейната заместваща схема, която съответствува на (3.5),
е показана на фиг. 3.1 в. Включването на прекъсвача Q в момент
t = 0 имитира възникването на к. с. Протичащият ток на к. с. се
състои от периодична iKU{t) и апериодична iKa(t) съставка:
tK{t)=iKn(ty+iKa(t).
(3.7)
Периодичната съставка е равна на един частен интеграл на
пълното диференциално уравниние
R k iv.nit)-\ -LK—^
— = u(t),
(3.8)
който се получава от условието, че при t—ю о апериодичната със
тавка е затихнала и /кп( 0 е равен на установения т. к. с . :
ит
«Kn(co) = ^ _ sin((o^-fa—ф к),
(3.9)
К
coZ*
^
където ZK=v//^+(a)LK)2, фк = arctg
arctg
.
(3.10)
Апериодичната съставка на т. к. с. е равна на общото решение
на хомогенното уравнение
D;/АIТ
dtKa(0
п
“ к«ка(0+ ^к f dt
(3-П)
и както е известно, е от вида
iKi(t)—Ce~t,T*>
(3.12)
където С е интеграционна константа, която трябва да се опреде
ли от началните условия, а Тй = (L KfR K) е времеконстанта на
затихване.
След заместване на (3.9) и (3.12) в (3.7) се получава
Um
—t/Ta
in(t)=
—
sin((o/-fa—фн)+Се
.
(3.13)
Апериодичната съставка се нарича още и свободна, тъй като
не е обусловена от приложеното напрежение. Физическата причи
на за възникването й е електромагнитната инерция. Следовател
но токът в момента преди к. с. (£ = 0 _), който се означава с
индекс „(0 )“, т. е. работният ток (токът на товара)
U
х
^тов(О) = 7 sin(c- Фтов)» фтов—arctg——
(3.14)
ТОВ
^ТОВ
е равен на тока в момента след к. с. t =0+,означен с индекс „0 “,
т. е. на тока на к. с. (3.12)при t=0+
*'ко= 4^-sin(a—Фк)+С.
(3.15)
66
След приравняване на (3.14) и (3-15) за С се получава
С=Uт j-J — sin{а—фтов)-------\ — sin(а—фк) j=
=
/тов т Sin (а —фтов) Ai т sin(06 фк),
(3.16)
т
_
Urn
/_
um
(3 17'I
КЪДеТО
/товm — 7
•
пtn
7
\•/
тов
к
Фиг. 3 .2 . Ток на трифазно к. с.
са амплитудните стойности на синусоидно изменящите се ток на
товара и ток на късото съединение.
След заместване на (3.16) в (3.13) се получава
W(t) —In m Sin (COt~\~CL фк )+
/
f
“j-[/тов mSin(ot—фтов) inm sin(Q£ фк)]^
•
(3* 18)
Графиката на iK(t) и на съставките му са показани на фиг. 3.2.
От анализа на аналитичния израз (3.18) следва:
1. Периодичната съставка на т. к .с . е значително по-голяма
от товарния ток (/п п > / 10в и ) поради намаляване на пълното съ
противление на веригата до точката на к. с.
2. Фазовото изместване фк на т. к. с. е по-голямо от фазовото
изместване сртов на товара и е приблизително
тъй катоЛ^
3. Най-голямата амплитудна стойност
на т.к.с.,
наречена
ударен ток на к. с. /у, се получава в първия полупериод, когаго
iкп( 0 и iKа(t) са с еднакви полярности и се сумират.
4. Началната стойност на апериодичната съставка *'а о зависи от
момента на възникване на късото съединение, от началната фаза
а и от характера на товара. За илюстрация на фиг. 3.3 са пока-
67
зани три схеми 3.3 й — при липса на товгр, 3.3 б — при активно
индуктивен товар, 3.3 <з — при активно-капацитивен товар. На съ
щата фигура са дадени и съответните векторни диаграми в ко-
ординатна система АЛ (магнитна ос на статорната намотка на
фаза A) tt (ос на времето).
lO
О
03•
«■рCQ
жS
й*
Of-'
и'—
'
сх
я2
но
«2
хн
СЧз-
СЧX
X<и
ю
S
н
ьг
>*
4X5
о
X
а>
Xк
ч—
CJЮ
S
О)н
о.*
X^
о
иа
СО —'
s е=С
5°
СЗX
т.
и
_
уСч
*=* а.
с
5=
О- р-
О
н•
«CJ
сь»
CQх
22
н
S
2«
XЯ
ОQD
СЧ'—
'
5"£•
|gS
2оо
Е<аН
о <->_
«и зз
=С
З <L>
^НCD
ГОк н
.Ч
СОо X
Xсз
йbf
1X°
«е-«х
При възникване на к. с-, когато липсва товар, / тов т ~ 0 от ГЗ. 18)
следва
1к(/)= /п/иsin(co/ + а —фк)—/ пmsin (а —<рк) е
(3.19)
68
При а=аО и срк = я /2 (3.19) приема вида
/к(.t)=Inm(e~iTa -cos CO0,
откъдето при ^=0,01 s и няйтоляма максииална иачална
иост /пи= /Птоза ударния ток /у и ударния коефициент
получава
/у=/пОТо(1+е~/Та )=/птО^У. Лу=(1+б 'Га)•
3 2. Трифазно к. с.0 захранвано
от източник с ограничена
мощност без АРВ
Когато източникът е с ограничена мощ
ност и се намира в електрическа близост до точката на к. с.,
допускането за неизменност на захранващото напрежение и на
параметрите ha веригата съществено се различава от реалното
състояние след възникване на повредата и не може да се прила
га. При определяне на тока на к. с. трябва да се отчитат и про
цесите в синхронните генератори.
3 2.1. Модел на синхронен генератор
При опростено разглеждане на физичните
процеси в синхронния генератор се използуват следните неелек-
трически и електрически величини: р5 — вътрешен радиус на ста-
тора, р/?— външен радиус на ротора, (р5 —рл ) — въздушна меж
дина; //? и Is — ток през ротора и обобщен ток на статора;
В% и Фя — магнитна индукция и основен магнитен поток, създа
вани от //?; Bs и
—
магнитна индукция и основен магнитен по
ток, създавани от I s ; R R и SS — магнитна ос на роторната на
мотка (т. нар. надлъжна ос d), съответно — на статорната на
мотка, д — напречна ос, която сключва с ос d 90 електрически
градуса; Eq и Us — е. д. н. на генератора и напрежение на изво
дите му (при празен ход E q— U s).
Основните магнитни потоци Ф.<? и Ф^ и резултантният поток
Фрез! получен от взаимодействието им, са представени графично на
фиг. 3.4 а, б. От теорията на тригонометричните функции е из
вестно, че синусоидната величина Фрез може да се разложи в ко-
ординатна система dq, свързана и въртяща се с ротора, на две
неподвижни една спрямо друга съставки ФД£* и Фaq, показани на
фиг. 3.4 в. Тъй като Ф<*/ е свързана със статорната, успокоител
ната и роторната намотка, а Фя<7— със статорната и успокоител
ната намотка, реалните вериги на генератора могат да се пред-
(3.20)
СТС й-
ky се
(3.21)
69
А Ьъздушна
'Hi междина
Ь
-i•\~
i
i\I!\
!90елI
14
/'
41/
/!
Ф и г . 3 .4 . Магнитни потоци в синхронната машина
ставят с еквивалентни контури с оси d и q%както е показано на
фиг. 3.5.
От аналитичните изследвания с прилагане на ^ - м о д е л а е
установено [26]:
осd
Фпг. 3.5. Еквивалентни dq контури на синхронната машина
—
при к. с. на изводите на генератор, който е работил на п. х.
^-съставката на т. к. с. има нулева стойност;
—
при к. с. на изводите на натоварен генератор и дефазиране
между Eq и U] до 30 ел. градуса ^-съставката на т. к. с. има
незначителна стойност и може да се пренебрегне.
Следователно при к. с. могат да се разглеждат само явленията
в надлъжните контури и ^-моделът се опростява до вида, по
казан на фиг. 3.6. На фигурата са означени само ^-контурите
(за лаконичност индекс d е изпуснат) на статорната 5, успокои
телната (демпферната) D и роторната R намотка. Дадени са и
магнитните потоци, свързани с тях, които при използуване на ин
дексации nS “ , „ D “, „R “ за свързаност за съответната намотка и
на общ индекс ,,GM за означаване на разсейването са: ij:m — ос-
новно потокосцепление за трите контура;
^ dg. ^'/?g — пото
косцепление на разсейване на статорния, успокоителния и ротор*
ния контур; ij)*DG — взаимно магнитно потокосцепление на ро-
торния и успокоителния контур. Пълните потокосцепления на все
ки един от трите контура са
’Фя»
71
От най-общия вид на израза за потокосцепление ф = 1 / следва
че за дефинираните потокосцепления могат да се определят и
съответните им индуктивности: L m — взаимна индуктивност за
трите контура; LSg> L og, L rg — собствена индуктивност на раз-
Фиг. 3.6. Токови контури при
Фиг. 3.7. Заместваща схема на синхронна
опростен модел на синхронна-
машина за началния момент на к. с.
та машина
сейване на статорния, успокоителния и роторния контур; L#DS—
взаимна индуктивност на разсейване на роторния и успокоител
ния контур. При извеждане на изразите за \\is , фя, ф/? участву
ват и собствените Lss, Ldd, Lr/?ивзаимните Lsr—L%st Lsd = Lds>
L r d = L dr индуктивности на контурите.
Определянето на връзката между дефинираните собствени и
взаимни индуктивности и реално съществуващите в генератора
се дава в [12], където е синтезирана и заместващата схема от
фиг. 37 с приведени индуктивни съпротивления на разсейване на
статорния X s g , успокоителния X d g и роторния Х#а контур и на
общия клон Х т.
3.2.2. Трифазно к. с. на изводите
на синхронен генератор без АРВ,
работил на празен ход
Пълното аналитично изследване на елек
тромагнитния процес е дадено в [28, 12] и др. В учебника се из
лага качествено проследяване на явленията и се извеждат основ-
72
ни зависимости при разглеждане на отделни характерни моментни
състояния на процеса; пренебрегване на активното съпротивле
ние на намотките и прилагане на принципа за неизменност на по-
токосцеплението преди и след късото съединение; съвпадане на
магнитните оси на статорната (фаза А) и на роторната намотка,
т е. максимална моментна стойност на напрежението на статор
ната фазова намотка А в момента на възникване на късото с ъ
единение; експоненциално затихване на протичащите токове при
неустановения режим с времеконстанта, зависеща от активното
съпротивление на съответния контур (статорен, успокоителен,
роторен) и еквивалентната индуктивност на изходните замества
щи схеми.
Реално протичащият електромагнитен процес условно се разде
ля на три режима:
—
свръхпреходен, при който си взаимодеиствуват и трите на
мотки (статорна, успокоителна, роторна) на генератора;
_
_преходен, при който успокоителната намотка не оказва влия
ние поради затихване на протичащия през нея ток;
_
_
устан о в ен , при който се проявява само статорната намотка.
Заместващите схеми за определяне на реактансите на синхрон
ния генератор в началните моменти на всеки един от дефинираните
три режима са дадени на фиг. 3.8 и 3.9. Те са получени от схе
мата на фиг. 3.7 при отчитане на участието на статорната, успо
коителната и роторната намотка.
При к. с. на изводите на синхронния генератор в успокоител
ния и роторния контур възникват неустановени затихващи токо
ве които противодействуват на магнитния поток
игоиз
тласкват по пътя на разсейването. Трите характерни стойности на
изменящия се реактанс на статорната намотка с а :
—
свръхпреходен реактанс, определен от схемата на фиг. 3.8 а:
x"d=Xsa + — ----------- r
-—
—
(3-22)
—
у"Ьу“Ьу
лт
*DG
RG
_
_преходен реактанс, определен от схемата на фиг. 3.8 б.
Xd=Xsa+ ,
'
—
S
'
<3‘23>
Хщ
XRG
—
синхронен реактанс, определен от схемата на фиг. 3.8 в .
Xd=Xsa-\ -Xm>
(3.24)
Свръхпреходният реактанс на успокоителния контур се опреде
ля от схемата на фиг. 3.9 а:
73
а преходния
От схемата
контур следва
а от фиг. 3.9
74
1
+
1
Хг+
т
RG
ЛSG
реактанс — от схемата на фиг. 3.9 б:
1
XD-XoG~{ -
•=> x'd
1
lm
+
1
XRG
(3.25)
(3.26)
V
r
l!V'
C=> *d
o-----
6
L
e=£> *d
SG
'SG
DG
RG
rnXK&
6
\
ч
Фиг. 3.8. Опростени заместнащи схеми
за определяне на X"dt X d} Xd
на фиг. 3.9 в за преходния реактанс на роторния
1
X'r=Xrq+
+
(3.27)
г — за реактанса в установен режим:
XR=XR0+Xm.
■
(3-28)
От изразите (3.22) за Х ‘, (3.23) за Х „ и (3.25) за X'D (3.26) за
X D следва съотношението
*DG
V XSG
_
t>c--О^-чл-ч
-
-*о-
-
&*-
t:
«■
г
'SG
DG
4RG
->o-
b
XSG
DG
Xrg,
XDG
*SG
•RG
&
Фиг. 3.9. Опростени заместващи схемч
за определяне иа XD, XDy Хц и XR
75
<3-29)
откъдето се получава
у"
у"
лг>
d
(3.30)
По аналогичен начин от (3.23), (3.24), (3.27) и (3.28) за X се
намира
*
X--Y
XR-Xr~X7'
(3.31)
Апериодичната съставка iDa на тока в успокоителния контур (и
периодичната /.„ и апериодичната съставка на тока в стагорния
нам1лярН° В роторния К0НТУР) по вРеме на свръхпреходиия режим
намалява експоненциално с времеконстанта Г ” За определянето
и се използува схемата от фиг. 3.10 а, получена от схемата на
Ф г. З.У а след включване на активното съпротивление R D на
успокоителния контур:
у"
d~v>RD'
(3.32)
В (3.32) Л п сс замества с (3.30) и се получава
X' х"*
D -----г~
'Г"
Xd
„
Т*= ~
(
3
.
3
3
)
където
г=Jd
d0 ЮRd
(3.34)
е свръхпреходната времеконстата на затихване на неустановения
ток в роторния контур при отворен статорен контур
Апериодичната съставка iDa и is п, iRa затихват по време на пре*
ходния режим по експонента с времеконстанта Т ’а- От схемата
на фиг. 3.10 б, която е получена от схемата на фиг 3 9 е след
включване на активното съпротивление R на роторния контур
следва:
След заместване на X R с (3.31) за Td се получава
Т'
XXd
ar.
CO Ri
т:
(3.36)
където
t —Xr
R
(3.37)
е преходната времеконстанта на затнхвване на неустановения ток
в роторния контур.
v"
XD
Rr
XSG
-
O__rv^r\_
DG
RG
R(
—CZM =
Xr
DG
Rs
{—[=>
il
*d
'Sq
фиг. 3 .10. Опростени заместващи схеми за определяне на времеконстантите
т"Т‘Т
1di 1dj 1a
Времеконстантите Т'ао и Td0 определят затихването на
електротагнитния процес е роторния
контур
при п. х.
на синхронния генератор и внезапно изменение на рот орния
ток.
77
Апериодичната съставка is а и i%п, ion намаляват експонен
циално с времеконстанта на затихване 7 а . кТя се определя от
схемата на фиг. 3.10 в, получена от схемата на фиг. 3.9 а след
включване на активното съпротивление R s на статорния контур:
Та-
а>/?,
(3.38)
За приетите изходни условия стойностите на периодичната съ
ставка в началните моменти на свръхпреходния, преходния и ус
тановения режим и на началната стойност на апериодичната със
тавка са:
/"
—
ппО
U.
X
/а m0—
—
mо:
£/<
(3.39)
При развитието на процеса на трифазно к. с. /" m0 твърде бързо
• с малката по стойност времеконстанта T"d) затихва експоненциал
но до началната стойност Гпт0 на преходната съставка, която
(с времеконстанта T'd) намалява по-бавно по експоненциален за
кон до 1птоо, От това следва, че обвивната крива iKгобв> на пе
риодичната съставка е
Фиг. 3.11. Изменение на максималните момент
ни стойности на периодичната съставка на
т.к.с.
t
Ач (обв)
(^/пО_ ^пио)г
^(^nmO Iпт<х)б
+/пт«>.
(3.40)
Графичното представяне на гк(обв) е показано на фиг. 3.11.
78
При отчитане на по-общия случай на дефазиране между осите
R R и SS на ъгъл а , на косинусоидната зависимост на момент
ните стойности от ъгъл (со Л - а ) и на (3.39) за пълния ток на
к. с. в статорния контур от (3.40) следва
U=~
Фиг. 3 .12 . Изменение нл пълния ток
запно трифазно к. с.
при вне-
t
t
Us
U$]
1»
Тft
е
dcos(a)t+ a)—
'ua
Us]
e T'd
К
х*.
_x'd
t
*d
U
Vs
та
+ а ) -----y^-cos(o)/ + а) + — 77-е
cosa.
Ad
(3.41)
Графиката на (3.41) е показана на фиг. 3.12.
3.2 3. Трифазно к. с., захранвано от на
товарен синхронен генератор без АРВ
след външно съпротивление
За разглеждания случай допълнително влияние на електромаг
нитния процес в синхронния генератор оказват.
—
изходният режим, определен от напрежението U (0), тока /(0)
и c o sФ(0) преди настъпване на повредата;
—
външното съпротивление 2Гвн ^ R bh +У^вн» след което е в ъ з
никнало късото съединение.
От опростената векторна диаграма на синхронния генератор —
фиг. 3.13 а, следва, че големината на е. д. н. в началния момент на
свръхпреходния режим
Е ^ Ш о ) cos Ф(о,)г+(£/<о) sin ф(0)+/«»Л;)2»
(3.42)
на преходния режим
79
Ego = ^{U(0 ) cos Ф(о))2-1
- (^(0)sin Ф(0)4~/ (0)^^)2
(3.43)
и на у станоЕения режим
Ед со— ^ ( 0)cos ф(0))- - \ -{0(0) sin ф(о)-f /(0)Ха )2
(3.44)
зависи от параметрите на изходния режим и от реактансите на
генератора по време на аварийния режим
Фиг. 3.13. Векторна диаграма па е. д. н. (а) и изменение на е. д. н. (б) на
синхронната машина при внезапно трифазно к. с.
Времеконстантите за експоненциално намаляване на неустано
вените е. д. н. и токове при к. с. след външно съпротивление се
определят от (3.33), (3.36) и (3.38), като към участвуващите в
тях свръхпреходен, преходен и синхронен реактанс се прибави
външният реактанс Х Вн> а към активното съпротивление на ста
торния контур — външното активно съпротивление /?вн:
Т __Y
'
Т'
~Т’
т
^rf+^вн
^2
d0\r’iv
*
d
d0УIv- *
в2
/njnj\*
Х </+Х ви
л с/+л вн
a)(«s +*вп)
(3.45)
При развитие на процеса след възникване на късото съедине
ние началната стойност на свръхпреходното е. д. н. Е " затихва
експоненциално (за 3—5 периода) с времеконстанта T"ds. до на
чалната стойност на преходното е. д. н. E qQ, което по-бавно (за
15—20 периода) намалява с времеконстанта T d s до установена
та стойност E qao= E qo.
От описаното развитие на процеса следва, че изменението на
е. д. н. има аналитичния вид
ЕЧ=(E^ - E'qoy~ilT^+(E^-E ,Je-‘lT'^+E^,
(3.46)
графичното представяне на който е показано на фиг. 3.13 б.
80
Заместващата схема на синхронния генератор при к. с. след
въишно съпротивление Z bh и отчитане на промяната на парамет
рите му в режим на к. с. е дадена на фиг. 3.14.
Аналогично на (3.39) максималните стойности на периодичните
свръхпреходен реж им
преходен режим
устаноЬен режим
Ф и г 3.14 . Заместваща схема на синхронна машина за характерни моменти от
развитието на процеса на к. с.
съставки на тока на к. с. в началните моменти на свръхпреход
ния, преходния и установения режим се определят по.
I"
—
'п mO
X.
'n mO
X
Vi’
<12
а на апериодичната съставка
та mO
/пmO~~
vd 2’
qO
(3.47)
(3.48)
където амплитудните стойности на е. д. н.
v/2£,o,
v/2£^,
(З-49)
и реактансите на веригата, през която протича токът на к. с
X"dx=X"d-\-XBm, X'dZ=Xd+Xm, Xdz=Xd +Хвн, (3.50)
се проявяват в началните моменти на съответните три режима от
развитието на късото съединение.
При косинусоидно изменение на периодичната съставка във
времето, сумарен ъгъл на дефазиране (а фк)и отчитане на ( 3.46),
(3.47) и (3.48) по подобие на (3.41) аналитичният вид на пълния
токнак.с.е
6 Електрически подстанции
81
4= —>/2
'?0
X
d2’
cos(cot + a —фк)—\Jl2
-
Г£
V
Qoo
ld2
V'2^
cos (co£+ a —cpK)------~ jr~~ cos
^+а~фк)+
I
?o
*
cos (а —фк),
d2
(3.51)
където фк е ъгъл на допълнително дефазиране, д ьлжащ се на реактан-
са ZBH на външната верига.
Графичното представяне на (3.51) е подобно на даденото на
фиг. 3 12.
3.3. Трифазно к. с., захранвано от из
точник с ограничена мощност с А РВ
Всички генератори в EEC са съоръжени с
автоматични регулатори на възбуждането (АРВ\ Предназначение
то им е да поддържат стандартизираните ограничения за откло*
нение на стандартното напрежение. АРВ е слон.на система (за
по-подробни сведения вж. [16]), която съдържа и т. нар. устройст
во за форсировка на възбуждането (УФВ). На схемата от фиг.
3.15 са показани синхронен генератор G с електромашинно въз
буждане GE, измервателните трансформатори за ток ТА и за на
прежение TV , А Р В и едно от най простите У ФВ, състоящо се
от минималнонапреженово K V и помощно АХ реле.
При к. с. в EEC в зависимост от отдалечеността на Повреда
та от генератора реагира А Р В — при електрически отдалечена не
изправност, или УФВ — при близки неизправности. За първоначал-
но изясняване на процесите се приема:
1. УФВ заработва при каквато и да е отдалеченост на к. с.
2. УФВ се задействува веднага след появяване на к. с.
3. Степента на увеличаване на роторния ток зависи от отдале
чеността на късото съединение и от параметрите на генератора.
При намаляване на напрежението на изводите на G с 15 —20 %
действието на УФВ от фиг. 3.15 е следното: заработват K V и
KL и се извежда шунтовият реостат
(свързват се накъсо вхо
дът и изходът му). Във възбудителната верига на възбудителката
GE протича максималният ток / / тах* и напрежението на изводите
на GE, т. е. напрежението £/#*, приложено на роторната намотка,
започва да нараства от стойността £/я(о)*, която е имало преди-
82
к. с. (t = 0 _ ) до максималната (пределната) си стойност U r пр*. С
достатъчна точност може да се приеме, че £//?* се увеличава по
експоненциален закон—фиг. 3.16 а, с времеконстанта Т е — L/ IR / ,
където L / и R / са съответно индуктивността и активното с ъ
противление на възбудителната верига на възбудителната.
За да се проследи изменението на напрежението на изводите
на генератора и на тока на к. с., трябва съобразнос третото условие
да се отчита влиянието на външното съпротивление Х вн* от G
до мястото на повредата и генераторните изчислителни величини:
установено е. д. н. Е «>* и установено вътрешно съпротивление
Хас#, смисълът и начинът за определяне на които ще се разгледат
по-нататък. Изследват се три характерни режима.
1. Режим на нормално напрежение. При не. о след действие
то на УФВ напрежението на изводите на генератора в режим
на трайно к. с. достига до номиналната сп стойност £/ном* след
време ^кр — фиг. 3.16 б. Синхронният генератор може да се раз
глежда като източник с неограничена мощност, за който вътреш
ното съпротивление и е. д, н в установен режим са
АРВ
Фиг. 3 .15 . Принципна схема на синхронен генератор с
авгоматично регулиране и релейно форсиране на въз
буждането
(3.52)
S3
5
Фиг. 3.16. Изменение на напрежението на
възбуждане и напрежението на изводите
на синхронен генератор при заработване
на устройството за форсиране
а установеният ток на к. с., о. е., е
г
_
^НОМ*
•Коо*
'
у
*
л вн*
84
(3.53)
2. Режим на максимално възбуждане. При него след дейст
вието на УФВ роторният ток достига максималната (пределна
та) си стойност //?Пр*. а е. д. н
.
и вътрешното съпротивление —
пределните си стойности Е<х>пр* и
пр*> но напрежението не из
водите на G в установен режим на к. с. U ооПР* е по-малко от
номиналното — фиг. 3.16 в . Установеният пределен ток на к. с.,
о.е., е
/
В°°ПР * ___
гз 54)
'К ооПр*— у
-J -Jf
оо пр*~>
ВН*
3.
Граничен режим на номинално напрежение при макси
мално възбуждане. Тъй като при него се изпълняват условията
и на двата преходни режима — фиг. 3.16 г:
Uоо лр*== ^ном** ^Я*
max*»
(3.55)
той се използува за определяне на характеризиращите ги съот
ношения. Приема се външното съпротивление и протичащият
установен ток в граничен режим да се наричат критични и да се
означават с Я^р* и / кр*-
Разпределението на напрежението от източника на е. Д
.
н.в
заместващата схема на G до точката на к. с. К,, /=1 , 2, 3 за
трите разгледани режима, е показано на фиг. 3.17. От нея следва,
че в критичния случай напрежението на изводите на G е
UЩОМ*—Еоо пр* _ /кр^оо пр*'
(3.5 )
Критичният ток / Кр* в (3.56) в съответствие с еквивалентността
с първия режим може да се определи от (3.53) след заместване
на външното съпротивление с равното му критично съпротивле
ние:
\
/_
(3.57)
'кр*- X
кр*
След заместване на (3.57) в (3.56) се получава
U
—
F
_
_
_
_
_
_
НОМ* *-оо np*
X
1кр*
откъдето след преобразуване следва
У_
^НОМ*Л оо пр* ,
(3.59)
^кр*—
р
_
П
V
^оопр*
^НОМ*
Г1ри използуване на критичното съпротивление АКр* първият
и вторият режим могат да се дефинират количествено със след
ните неравенства:
режимна нормално напрежение при трайно к. с
.
Л..>Лр.
(3-6°)
85
режим на максимално възбуждане при трайно
К- С.
.гЛвн*^ Лкрф-
За определяне на изчислителните величини
и
се раз
глежда характеристиката на п х. £ „ = /(/« ,) ,
построена в о. е.
Режим на нормално
напрежение
II режим
X
1
л вв~р*
Хрн»< ^КР» I J
_
_
_
_
_ ~T__i
Фиг. 3.17. Разпределение на напрежението във верига, захранвана от синхр о
нен генератор с АВР при различна отдалеченост на к. с.
Фиг. 3.18. Основни характеристики на синхронния генератор
8G
при базисни величини Е6 =£/„ом и /яб=//?ном, където / # НоМе но
миналният роторен (или както по-често се к а зв а— възбудителен)
ток, при който на изводите на G се получава номинално напре-
ние'(/ном и характеристиката на к. с. / к «>*= /(//?*)> пострсена в
същата координатна система при базисни величини / к б —/ ном* к ъ
дето /„ом е номиналният ток на G и IR6= IR ном— Фиг 318 При
избраните базисни величини за //?*= 1 от характеристиката на
п. х. (х. п. х.) се отчита E q* = 1- Пресечната точка на вертикала-
та £ _ ^ с характеристиката на к. с. (х. к. с.) определя големи
ната на тока / Коси, о. е , който се нарича отношение на късо
съединение и се означава с ОКС, т. е.
ОКС = /коо1* при //?*= 1.
(3 61)
Съответно при /##=1/ОКС от х. к. с. се отчита /к ос* I-
Тъй като
= /(/R*) е нелинейна функция, тя се замества с
изправената х. п. х., която се нарича изчислителна и е от оида
£**^£оо*=0,2+ £/**,
(3.62)
където /г=0,8 за всички стойности на //?*, които са равни или
по-малки от 1/ОКС;
/г= 0,7 за //?*= 1.
Поради линейния характер на х. к. с. з а произволен установен
ток на трифазно к. с. U ос* и съответен роторен ток /я* от по
добието на триъгълниците — фиг. 3.18, следва
т. е. /к„,=ОКС/*,.
(3.63)
ОКС
I
окс
Изчислителното вътрешно съпротивление Лоо* на G при трайно
к. с. се определя по
<3 '64)
К оо*
откъдето след заместване на /к«>* с (3.63) следва
X = Е°°*_____
(3.65)
л
°°*~
окс /л#
Поради инертността на АРВ заработването му се осъществява
след време t3 от възникване на к. с. и развитието на процеса
може да се раздели на два етапа:
—
първият обхваща интервала от 0 до t3 ;
—
вторият обхваща интервала от t3 ДО /», където /«, е вре
мето, след което се установява трайният ток на к. с.
През първия етап, т. к. с. се изменя без участието на регу-
латора и аналитичният израз при ефективни стой юсти на уч«ст-
вуващите величини съобразно с (3.51) е
87
т
/к (без АРВ)* (/* /*)£ ^2 “Н/* ~ /оо (без АРВ)*)^
+
_
t_
7*
+ /оо (без АРВ)* — I'ie
Л~.
(3.66)
При t —t3 ( 3 . 6 6 ) приема стойност / нач*, която се нарича на-
ча ша. I олемината на т. к. с. в края на втория интервал приема
граничната установена стойност / то гр:;:, а увеличаването на /нач*
до / оо гр:>. с първо приближение се приема, че е експоненциално
с еквивалентна времеконстанта Т ек- Следователно нарастването на
т. к. с. след момента t3 се осъществява по приблизителния
израз
'-'з
та
А ^К*--1оо г р * (/оо гр * /нач*)<?
•
(3.67)
Продължителността на първия етап и големината на гранич
ния ток зависят от конструкцията на АРВ, от електрическата от
далеченост на к. с. и от параметрите на веригата, през която про
тича т. к. с.
От (З.бб) и (3.67) за аналитичния израз на тока на к. с. от
синхронен генератор с АРВ следва
/к*
(без АРВ)* /нач* "I“A I
/к(безАРВ)* “Ь(Л» гр*—
t-tз
Л)ач*)\1 в
)•
(3.68)
При изключен регулатор (Гек = со) и при t = t3 от (3.68) се по
лучава
/к *= ^к(без АРВ)**
(3.69)
Полага се
**3
/оогрЦ! /нач^; A I оо rpjjji 1 --- в
—
/*(/)
(3.70)
и от (3.68) следва
/к*—/к(безАРВ)*4"А/°огрЛО.
(3-71)
Функцията F(£) определя принуденото нарастване на т. к. с.
вследствие на форсираното възбуждане. По-точният и аналити
чен вид при различни параметри на регулатора е даден в [28].
Графиката на /«*, построена по (3.71), е дадена на фиг. 3 .19.
Or направеното приблизително изследване на изменението на
пълния ток на к. с. следва, че затихването на периодичната със
тавка на статорния ток се компенсира от увеличаването й при
действие на АРВ. Токът на к. с. в установен режим е равен или
88
по-малък от тока, който се получава при захранване на късото
съединение от източник с неограничена мощност, т. е.
<а72)
вн*
Фиг. 3.19. Изменение на ефективната стойност на
т. к. с. or синхроч.н retnpito? с АРВ
Глава IV
Несиметрични къси съединения
Нарушаването на изолацията между
две фази или между фаза и земя. на едно и също място от
електрическата система при симетричност относно парамет
рите на. съставните елементи на всички други вериги се нари
ча еднократна напречна несиметрия, а възникналата повре
да — несиметрично късо съединение.
Изследването на преходните процеси при несиметрично к. с
е сложна и трудна задача, тъй като търсените токове и напре
жения, освен че са несиметрични, са и несинусоидни. В прак
тиката обикновено се извършват опростени изчисления, при кои
то се определят само основните хармоници на необходимите ве
личини, като се прилага методът на несиметричните съставки.
89
4.1. Основчи понятия и съотношения
При симетричните к. с. развитието на про
цесите в трите фази е подобно, докато при несиметричните то е
различно и при изследването му се налага да се отчитат допъл
нително и някои от режимните и конструктивните особености на
разглежданата изходна схема.
4.1.1. Общи сведения
л
-
Неутралата на електрическата уредба
обобщено понятие, физическата реализация, на която съв-
паоа със звездн ия център на един от силовите трансформатори
на уредбата или ако липсва такъв
[напр. при свързване на намотките на
трансформатора в триъгълник)— с
изкуствено създаден звезден център.
Когато към уредбата не е присъеди
нен силов трансформатор или когато
съответната му намотка е свързана в
триъгълник, неутралата се създава най-
често със звездообразуващ дро
сел [ЗД] — фиг. 4.1. Конструктивно
ЗД е подобен на маломощен силов
трансформатор и има само една (пър-
вична) намотка, свързана в „зигзаг“.
Възможните състояния на неутрала
та са изолирана — фиг. 4.2 а, при
съединена към земя през индук
тивно— фиг. 4.2 б, или през ак
тиви о— фиг. 4.2 в, съпротивление и
директно свързана към земя —
фиг. 4.2 г.
В съответствие с тези състояния съществуват и четири е к
сплоатационни режима на уредбата.
5
Ь
Фиг. ^ 1.2. Експлоатационни състояния на неутралата на разпределителни
90
Фиг. 4.1. Създаване на из
куствен звезден център чрез
звездообразуващ дросел
4.1.2. Представяне на несиметрична
трифазна система със симетрични
подсистеми
Известно е [29], че всяка несиметрична
трифазна система означена общо с F a , Fb , F c > може да се пред
стави като сума от три симетрични подсистеми с права (индекс
1) с обратна (индекс 2) и с нулева (индекс 0) последователност —
фиг. 4.3:
Фиг. 4.3. Векторни диаграми на несиметрична трифазна система (а) и на под-
системите с праиа (б), обратна (е) и нулева (г) последователност
Fa=Fa1+Fa2+Fao, '
FB=Fbi+Fb2+Fbo. '
(4-1)
*
*
*
"
Fc = Fci-\- Fc2 ~\- Fco ,
Ако една от фазите, напр. фаза А, се избере за основна и Fau
Fa2, Fao се означат с F v F 2, F0, то подсистемите за права, об
ратна и нулева последвателност са:
(4.2)
Операторът
а = e^2n,3)= c o s (2л/3) + j sin (2зт/3)= —0,5 -\-j 0,5^3
(4.3)
и величините 1, а 2 са представени в координатна система Re,
1т в комплексната равнина — фиг. 4.4. От диаграмата следва, че
1+а+ аа=0, а-\-а2= —1, а®=1, а4=а.
(4.4)
права
обратна
нулева
Fai= Fv
FA2—F 2,
•
C
I
I
c
>
FBi=a4\,
FB2—aF 2»
FB2— F q,
F Ci=*aFv
Fci^tfF»
FCo=F9.
91
Като се използуват приетите означения, за (4.1) следва
Fa —Fx-\-F2+ ^0
|
FB=fl2/'i+aFa+ F0
(4.5)
Fc = 'aFx+a2F2+FQ .
За всяка от трите подсистеми мо
гат да се съставят и използуват не
зависимите една от друга трифазни
заместващи схеми, показани на фиг.
4.5. От тях се преминава към по
казаните на фиг. 4.6 еднолинейни
схеми, които се синтезират при от
читане на следните особености:
1. Трифазната симетрична система
оте.д.н
.
на източника е с права
последователност, поради което в
схемата от фиг. 4 6 а е включен
източник с е. д. н. Е ф, където Еф
е е. д. н. на фазата, избрана за основ-
на — напр. фаза А. Напрежението с
права последователност U{ в разглежданата точка от изходната ехе-
ма при съпротивление Z x и ток 1Х с права последователност е
U\—Е§ ZxIy
(4-8)
Фиг. 4.5- Трифазли схеми на правата (а), обратната (б) и нулевата (е) после*
дователност
2. Приема се, че токовете с обратна */2 и с нулева / 0 после
дователност протичат под действие на напреженията с обратна
U2 и нулева U0 последователност. Т. е. в схемите от фиг.
4.6 б, в не учгствува е. д. н. на източника (Еф =*0) и са включе-
Фиг. 4.4. Векторна диаграма за
характерни положения па опе
ратора а
92
ни дължащите се на повредата напрежения U2, UQ и съпротив
ленията с обратна Z 2 и нулева Z 0 последователност. Съответни
те уравнения са:
u2=q-U*=-zm
Uo=0-Zjo= -ZolJ.
(4.9)
н,
Zi
21)
,
*
Ь
►♦.А,
Фиг. 4.6. Еднолинейни заместващи схеми на правата (а), обратната (б) и ну
левата (в) последователност
4.1.3. Съпротивления на елементите
и заместващи схеми
Съпротивление с права последовател
ност. Активното и индуктивното съпротивление с права после
дователност на елементите от веригите на изходната схема са
равни на съответните съпротивления, които се използуват при
изследване на симетрични аварийни режими.
Съпротивление с обратна последователност. За откритите и
кабелните електропроводи, за реакторите и за трансформаторите
взаимната индукция не зависи от реда на следване на фазите, по
ради което индуктивните, активните и пълните съпротивления на
правата и на обратната последователност са равни
Xt=Xk, R2=Rv Z2=Z|.
(4.10)
При въртящите се електрически машини токовете с обратна
последователност създават статорен магнитен поток, който се
върти обратно на въртенето на ротора, поради което
При практически изчисления, когато мястото на повредата е след
една или повече трансформации от
синхронните генератори, се
приема
Хш**Хг.
(4.11)
Съпротивление с нулева последователност. Средните стой
ности на съотношението между Х 0 и Х 1 за открити електро
проводи са дадени в табл. 4.1.
93
Съотношение на XJX^ за електропроводни
линии
Таблица 4.1
Характеристика на електропровода
X0/xt
единичен елек
тропровод
двоен
електропровод
Без заземителио въже
Със стоманено заземително въже
С добре проводимо заземително въже
3,5
3.0
2.0
5,5
4,7
3,0
1
Актшшото и индуктивното съпротивление с нулева последова
телност за трижилни кабели са:
Я.гвЮЯ,,
^„«(3,5 -4,6)Ai.
(4.12)
11ндуктивното съпротивление с нулева последователност на
трансформаторите и автотрансформаторите зависи от схемата на
свързване на намотките и от конструктивното изпълнение. О с
новните случаи и начините за определяне на Х 0 са разгледани в
Индуктивното съпротивление с нулева последователност на
синхронните генератори винаги е по-малко от Х г и Х 2, тъй като
токовете с нулева последователност в статорната намотка съз
дават магнитни потоци, които преминават предимно по пътищата
на разсейване. За средни стойности се приемат:
за неявнополюсни м а ш и н и ............................... X 0=Ot4 X v
за явнополюсни м а ш и н и ........................... .... Х о= 0,25 Х г
^
Заместващи схеми. Съставянето на схемите за изчисляване на
симетричните съставхи на токовете и напреженията при симе
трично к. с се извършва за една фаза, поотделно за съпроти
вленията и източнициие на напрежение с права, обратна и нуле
ва последователност. За пример ще се разгледа съставянето на
заместващи схеми от трите последовелности при изходна схема,
състояща се от последователно свързани синхронен генератор G,
силов трансформатор Т и електропровод W, в точка К (Х) на кой
то възниква еднофазно к. с. (фиг. 4.7 а-).
Заместваща схема на правата последователност — фиг. 4.16.
Съобразно със схемата от фиг. 4.6 а в точка
е включен източник
на напрежение с права последователност UK\, а генераторът G е
представен с източник на фазово е. д. н. Е ф . Сумарното пълно
съпротивление с права последователност е
Z\z = Z\g-\-Z\t -\-Z\w.
(4.14)
Заместващ а схема на обратната последователност — фиг.
94
4.7 в. Съобразно със схемата от фиг. 4.6 б в точка /С(1) е включен
източник на напрежеиие с обратна последователност, е. д. н. на
генератора се приема равно на нула, а сумарното пълно съпро
тивление с обратна последователност е
•
•
•
•
Z 2 ^ ~ Z ‘2G+ Z2TJrZ,2W>
(4.15)
Заместваща схема на нулева
та последователност — фиг. 4.7г.
При съставянето й се отчитат
възможните контури за протичане
патока с нулева последователност.
При заземена неутрала
той се
разклонява по трите фази на из
ходната схема и се връща през
земята и паралелните й вериги,
следователно за разглеждания при
мер сумарното пълно съпротив
ление с нулева последователност е
Z()v = Z от-f-Zo vr.
(4.15 a)
Ако неутралата е свързана към
земя през резистор или реактор,
съпротивленията им участвуват в заместващата схема с утро
ената си стойност тъй като през тях протича токътснулева по
следователност и на трите фази.
4.2. Несиметрични к. с. при заземена
неутрала
При несиметрични к. с. една от фазите се намира в раз
лични условия спрямо другите две, поради което се нарича
особена.
За намаляване на броя на неизвестните и за внасяне на опре
деленост в граничните условия се приема, че несиметричните
к. с. възчикват на отклонителни вериги без съпротивления. За
опростяване на аналитичните изследвания се приема, че
Z\2=jX\2, Zlz—jX22, ^QZ—JXqx-
(4.16)
G
T
VY/
0-в©^—==
3
K
Фиг. 4 .7 . Пример за съставяне на
заместващи схеми на
отделните
последователности
95
При еднофазно к. с. на фаза А в точка
К {Х)—фиг. 4.8 а, граничните условия са:
*Л=0. /^=°.
(4.17)
От (4.5) и първите две гранични условия от (4.17) фазните
токове са:
4.2.1. Еднофазно к. с.
—
—
—
—
Jfn *
А
i'U»
1.в
i(1,i
кС
А
В
С
Фиг. 4.8. Изходна схема (а) и векторни диаграми (б , в, г) при еднофазно к. е.
/<1>=/к1+/к2 + /к0 4
—
0 —а21к\-\-а / К2 +• /ко
/(^С= 0=#/к1 “Ьй2/к2+/к0
(4.18)
След почленно изваждане на третото уравнение от второто
(я2- а ) / К1—{а2— а)/к2=0 ,
т. е. /Ki=/K2
(4-19)
и почленно събиране на второто и третото уравчение
(а2+ й)/к1+(я2+ #)/к24-2/ко= 0,
(4.20)
•
•
като се отчита, че (аг+ а ) = - 1, следва
/к1=/к2 = /к .
(4.21)
От първото уравнение на (4.18) и от (4.21) се намира
/^=3/к1=3/к2=3/к0.
(4.22)
Векторната диаграма на
е показана на фиг. 4.8 б.
ПриХ^ ос
npuX0^
96
Нагшежението на фаза А спрямо земя в мястото на повредата,
разж ш ено на симетрични съставки при отчитане на третото гра-
нично условие от (4.17), е
(j<»A=0 =(t*+0&+U«,.
И-23)
При отчитане на (4.16) 0.и 0*. 0 .о се заместват с (4.8) и
0=(Яф—jXizi*i)+(—;'Лг-/к2)+(—JXozUo),
(4-24)
•
•
*
преобразува се изразът при / кi = /ко-
^«2 =/ко
0=Еф—j(X\ v+ A2s+^ov)/ko
(4-25)
и се определя токът с нулева последователност
/__
_
_
_
_
_
(4.26)
/кО- "f(Xlz+X2Z+X02:)
От (4.22) и (4.26) за тока на еднофазно к. с. следва
3/:Ф ____ :
_
_
_
(4.27)
кЛ
к0 J(XJV +^2
)
Полага се
.
!»<»)=.3, Xj^-Лг+Лг
(4*28)
и от (4.27) се намира модулът на тока на еднсфазно к. с.:
т{[)Е
(4‘29)
Напреженията на здравите фази спрямо земя, представени със
симетрични съставки, са:
Ок В= «а^к1+«^к2+ ^кО I
(4.30)
(7кС=айк1+я2^к2+^ко
При отчитане на (4.8) и (4.9) за UKь ^ * 2 . ^коИна(4.17)
(}^в=аа(£ф-;'Х12/к1)+«(-УХ22’iK2)+(-7^02'/ко) )
(4 31)
0^ с=а{Еф—jXizL\)+ a*(-jX2EJ*2)+(—jXoxI*o) \,
като се вземе предвид, че съобразно с (4.21) и (4.26)
;>>
. * » _________ ,
(4.32)
/к1 /к2
кО /(X i£"i“^22'4_ U^
след преобразуване се намира
7 Електрически подстанции
кВ
Ф
*
(о*
1)Х0,
*ь£-+*2г + А:ог
(a-a2)X2r+(a-l)X0v
(4.33)
*12'+*2v+*ov
Граничните положения на U»>B и У<»с от (4.33) се получават
ГпИTM X iz <**Xix и Xoz->0
приХ^г^Х^ и Хо?->оо
(д ректно заземена неутрала)
(изолирана неутрала)
1
С/<1>■
кВ
Uк‘
(1> 1
{а*-а)Еф,
(а —а 2)Еф.
и?>в->&-1)Еф,
й(кс-*(а—1)Еф.
(4.34)
Векторната им диаграма е показана на фиг 4.8 г От него гр nHw
да, че ъгълът между векторите на напреженията на здравите
фази се изменя в граници
здравите
б0°^е^180°.
(4.35)
4.2.2. Двуфазно к. с.
/4,1Рiq ч
ПРп двуфазно к. с. между фази В и С
(фиг. 4.9 а) граничните условия са:
'й -о
.
/(2) = —/(2)
кВ
\С»
B —UKс —0.
(4.36)
(4.37)
При отчитане на граничните условия (4.36), фазовият ток на
здравата фаза и фазовите токове и напрежения на повредените
фази, представени със симетршни подсистеми, са:
/к1+ /к2+ /кО=0
^2/к1-ьa/к2+Ло=
—
(а/К1+ а2/к2_^/к0)
fl2^Ki i-aUrt +Uno=aL/Kl-t-a20 K2-\- 0 Ко,
От второто уравнение на (4.37) следва изразът
(а24-я)/к1+(о2+ «)/к2+2/ко^
-
(/к1+/к2)+2/ко=0 ,
които, събран с първото уравнение на (4.37), дава
/ко— 0.
мира'Д Замества,,е на <4-39) 8 първото уравнение иа (4.37) се на-
(4.38)
(4 39)
к2-
(4.40)
98
Фиг. 4.9. Из ходи а схема (а) [и]векторни диаграми (б, в) при дву
фазно к. с.
От третото уравнение на (4.3/) следва
(а2- а )0 кХ= {аг—а)0к2
(4-41)
■/ *-v
-
или
0кХ=ик2-
(4-42)
От схемата на фиг. 4.6 е и от второто уравнение на (4.9) след
ва, че при /ко=0 и
0,„=0.
(4«)
При отчитане на (4.42) и (4.40) от (4.8) и първото уравнение
на (4.9) се получава
Яф -jX lJ«1= - jX S2<-/«l).
(4' 44)
откъдето следва
Е
*
_
_
(4 451
Ь - ДХя+Жд)- съответн0 1«—
~Ю^+х.а) ■
■
Токовете на повредените фази, представени със съставките
(4.45) и (4.39) съобразно с (4.5), са:
Полага се
щ 'г>=у/зт
X$=Xa
(4.47)
и за абсолютната стойност на тока при двуфазно к. с. от (4.46)
следва
/(2)= _
” ?(2)£ф ______
(448)
“
<х.г+ ^)
’
(}
Напреженията на фазите в мястото на повредата спрямо земя
са:
^к2д= ^ к1~Ь ^ к2-Ь0=2(Ук1
^к2в=а2^ к1“Ьл^к2+0 = (а* a)Uк1= —tfKl \
(4.49)
йк2с =айк1+а20к2+0=(a-fа2)(/к1= —£/Ki / .
От (4.8) при отчитане на (4.45) за £/Ki се получава
.
I
•
^9У
к1= ф
*
(4,5°)
След заместване на (4.50) в (4.49) се намира
-
е*ixl+x^ • (4-5D
При A ^ ^ A i v токовете на повредените фази (4.46) и напреже
нията на трите фази спрямо земя в мястото на повредата са
--
г<
/<2) ___f(2) _
V3 __Ф
_
кВ
кС
2
X
*
л 1.£
^2,л=4,^=^=
-
0,54
(4.52)
Векторните диаграми на токовете и напреженията (4.52) при
двуфазно к. с. са дадени на фиг. 4.9 б, в.
4.2.3. Двуфазно к. с. към земя
При к. с. между фаза В, фаза С и земя
на едно и също място от схемата (фиг. 4.10 и) граничните ус
ловия са:
<А^=0.С&»-0.
(4.53)
|00
Напреженията на фазите спрямо земя и тока в здравата фа*
за при отчитане на условията (4.53) са:
[}'0;') = Ок1+ и«2+Око\
(У(ьо=о=«а2^к1 + а L/k2+^ko;
кВ
(у(М)= о = а (Ук1 -\ -а2йк2-3г0 ко;
КU
/*“>=0
=
/"к1+ /к2 + /кО-
-
—
—
_
тО.Ч
kA
т (1.1*
кВ
т(1,1Г
кС
^Зем
А
В
С
UИЛ
kА
(4.54)
1kC
IП,1
кВ
npuX —сл npuX —оо
кВ
при XQ2— 0
приХ^— 0
Фиг. 4 .10. Изходна схема (а) и векторни диаграми (б , е) при двуфазно к с.
към земя
След почленно изваждане на третото уравнение от второто и
почленно събиране на второто и третото уравнение се намира
{/., = Ук2=У«0.
<4'55).
От (4.8) и (4.9) при отчитане на (4.16) се определят правата
обратната и нулевата съставка на тока:
к1
/-ЕФ
-
и1
к1_
~7хТГ'
Uк2
UкО
1v
*
^
iV
/Л2Г
(4.56)
заместват се в последното уравнение на (4.>4) и след преобразу
ване се намира
Полага се
£Ф=
*21*0Г
Xoz + -^02’
X2v+^Q2 ,
^22 *02
1_ AT2v+ X0v
*22*^02
Яф.
(4,57)
101
Л2£~ГЛ02
и от (4.57) и (4.55) следва
Л1 = ^/к2 = ^ кО= АГ(а1-«)
'ф
(4.58)
(4.59)
Замества се (4.59) в (4.56) и след преобразуване се определят
токовете с права, обратна и нулева последователност:
/к, =
:ф
'Ф
Х22’+^02'
^^ПЛГ’
(4.60)
/к0=
—
22
-ф
Х22+XQ2 ' j(Xiv+X^l))
След заместване на (4.60) в последните две уравнения на (4.5)
и преобразуване за токовете в повредените фази се намира
(4.61)
Х22+Х02 / /(*,v+*<y))
Токът на к. с., който протича през земята, е
/зш)=
^к б 4-/к0= 3/к0 =
—
3*22’
-ф
Х22+Х02 /(^у+^ду*)
(4.62)
L12‘ Д2
Гъй като модулите на / J^1) и /(М) от (4.61) са еднакви и рав
ни на
т
(1.1) _ /о“
*22*02
v\
(X2s+ x 02)>
(4.63)
a голеещата на тока при двуфазно к. с. към земя следва
т<” >Еф
<*«+*{г1>)
(4.64;
Векторните диаграми на напрежението на здравата фаза и на
токовете в повредените фази са показани на фиг. 4.10 б, в. Ъ г ъ
лът между токовете се изменя в граници 6О°^0/ ^180°.
102
4.2.4. Обобщен израз за определяне
на тока при несиметрично к. с.
Изразът за обгбщено представяне на по
лучените формули (4.29), (4.48) и (4.64) за тока при несиметрич
нок.с.е
/<;>=
•
(4-63)
където w (n) е коефициент на пропорционалност;
—
допълнителното съпротивление;
п — индекс за означаване на вида на късото съеди
нение.
Определените с (4.28), (4.47), (4.58) и (4.63) стойности и изра
зизат^п)и
са систематизирани в табл. 4.2.
Таблица 4.2
Стойности и изрази за т{п) и Х^1
при несиметрични к. с.
Виднак.с.
(*)
т<п)
Еднофазно к. с.
Двуфазно к. с.
Двуфазно к. с.
към земя
(1)
(2)
(1.1)
3
у/3“
V3\
(Хд+ад
Х22
X2 v ^02’
От анализа на (4.65) след
ва, че при опростено раз
глеждане на
несиметрични
к. с. е в сила следното пра
вило.
Токът с права последо
вателност /(«> при всяко не
симетрично к. с. се опреде
л я като ток на трифазно
к. с. в точка, отдалечена от
мястото на действително
то несиметрично к. с. от
п-ти вид, чрез допълнител
ния реактанс
който
Фиг. 4.11. Симетриране на местната на
пречна несим^грия посредством трифа
зен симетричен шунт
103
се определя, от резултантните съпротивления на обратната
и нулевата последователност спрямо разглежданата точка на
схемата и остава постоянен през целия процес на к. с.
Прието е трите еднакви по големина допълнителни реактанса,
които се свързват към трите фази в точката на несиметрията, да
се наричат трифазен симетричен шунт.
В резултат на симетрирането (фиг. 4.11) при включен прекъс
вач Q в изходната верига протичат само токовете с права пос
ледователност, които са еквивалентни на токовете на фиктивното
трифазно к. с. през симетричния шунт. Това позволява търсените
токове да се определят по методите, които се разглеждат в гл. 5.
43. Еднократни земни съединения
Еднократните земни съединения [з. с.] са
най-честата повреда в мрежите за средно напрежение. Изучаване
то им е необходима предпоставка за повишаване на експлоата
ционната надеждност на тази част от електроенергийната система.
4.3.1. Общи сведения
За изследване на еднократните з. с. се
използува опростената схема от фиг. 4.12. Основните й елемен
ти са:
—
еквивалентен източник с е. д. н. Е а* Е в , Е с, който замест
ва синхронните генератори или силовите трансформатори, зах
ранващи уредбата;
—
електропровод, с който е представена електрическата мрежа,
свързана към уредбата;
—
обобщен товар, свързан към края на електропровода, с кой
то са представени захранваните потребители.
Към опростената схема са включени допълнително:
—
верига за заземяване на звездния център М на източника,
състояща се от разединител QS и съпротивление Z m характерът
на което (с безкрайно голяма стойност, индуктивен, активен) оп
ределя експлоатационния режим на неутралата;
—
звездообразуващо устройство, съставено от три резистора с
еднаква големина R N и обща точка на свързване N.
Напреженията спрямо земя Uмо и U no на звездните центрове
М и /V и напрежението L/mn между точки М и N се появяват
•
■
при несиметрия на Е а , Е в , Е с или на фазовите токове.
Напреженията на фазите спрямо земя и спрямо изкуствено съз
дадения звезден център N в произволно място от електропровода
104
awaw^av«waW»-c
/I
a
фиг. 4 .13. Векторни диаграми на напреженията, характеризиращи режима на
електрическата система
—
начертава се ДABC по т р и дадени страни, равни на модулите
на междуфазовите напрежения (Jab. U вс, Uca I
—
определя се положението на точка N, която съвпада с цен
търа на тежестта на AABC;
105
са Uao, Ubo, Усо, съответно Van, Ubn, Ucn, а геометричната
разлика между фазовите напрежения е ^ в,
вс’
4-13 а.
Векторната диаграма на дефинираните напрежения
фиг. ч
се съставя в следната последователно т .
ЕкЬиЬаленгпен
източник
Електропровод
05о6ш,ен
тоЬар
о—/*"V"w --- I
Фиг. 4 .12 . Изходна трифазна схема и характерни величини
—
определя се положението на точка М като пресечна точка
на дъгите, описани от върховете А , в , С, с радиуси, съответно
равни на модулите па ЕА, Ев, Ес;
—
определя се положението на точка О като пресечна точка
на дъгите, описани от N и М, с радиуси, равни на модулите на
UNOИ Umo\
—
точки М, IV, 0 се свързват помежду си и с върховете А,
В, С, като при означаване на векторите се съблюдава изискване
то стрелката да сочи първата буква от индексацията на съответ
ните напрежения (напр. за U ax стрелката е насочена от N към А)
От векторната диаграма на фиг. 4.13 а следват съотношенията.
0 Л0= UaN-\- UNQ, йво =0влг± 0 no, Uco= Ucn-\-Uno, (4.66)
които при опростяване на индексацията и означавене на UAN, UB,v,
UcnсъответносОа,0в, Ос инаUm —с U0приемат вида
Оао—0 О0,0В')—0в-f-Uо, 0co=0cb00•
(4.67)
Векторната диаграма, която съответствува на (4.67), е показана
на фиг. 4.13 б.
Заместващите схеми за определяне на тока и на напреженията при
еднократни з. с. се съставят при следните опростявания:
1. Пренебрегват се междуфазовите проводимости, включително
и тези на товара*.
2. Равномерно разпределените проводимости на трите фази
спрямо земята се заместват със съсредоточени, при което актив
ните проводимости на изолацията се пренебрегват и се отчитат
само капацитивните, като се приема, че капацитетите на фазите
спрямо земята са равни помежду си:
ао—Сво—Ссо= Сфо.
(468)
3. Пренебрегват се съпротивленията по пътя на тока през зе
мята и през дъгата (т. е. приема се, че з. с. е метално).
4. При заземяване на звездния център М на източника през
дъгогасителен реактор с индуктивност L M пълното съпротивле
ние Z m се представя само с реактивната си съставка j u ) L M, а-
при заземяване през резистор с активно съпротивление R M — с
активната съставка R M.
5. Пренебрегват се спадовете на напреженията в намотките на
източника и в електропровода.
6. Приема се, че преди настъпване на з. с. разглежданата елек
трическа система е в състояние на нормална работа, при което
фазовите е. д. н. на източника са еднакви и дефазирани на 120
ел град., а товарът е симетричен.
Коректността на приетото допускане може да се докаже, като се реши си
стемата от уравнения за токовете в началото на трите фази на електропровода.
106
Ако з. с. възникне на фаза А и се приеме, че тя е основна,
при извеждане на аналитичните зависимости, от първото уравне
ние на (4.67) при отчитане на вгорото, пгтото и шестото опро
стяващо условие следва
Um=0
=
Ua+U0,т. е
ио=-Ол.
(4-69)
където U „ е напрежението на звездния център М на източника
(и на изкуствения звезден център N) спрямо земя.
4.3.2. Земно съединение при изолирана
неутрала
В електрическа уредба с изоли
рана н е у т р а л а звездните центрове на всички намотки
на източниците (генератори или силови трансформатори), които са
галванично свързани с нея, с а изолирани. Звездните центрове
на другите намотки на силовите трансформатори и на първични
те намотки на напреженовите трансформатори могат да оъдат изо
лирани или заземени съобра?,но с конкретните експлоатационни ре
жими, които са реализирани за тях.
Трилинейната заместваща схема за определяне на тока и на
прежението в мястото на повредата при метално з. с. на фаза А -
фиг. 4.14 а, се съставя, като се използува изходната схема от
фиг. 4.12 и се отчитат опростяващите условия, дефинирани в
т 4 3 1 Общият вид на еднолинейната заместваща схема за нулева
последователност - фиг 4.14 б, за разглеждания случай, при кой-
то Zn^l/(/coC *0), приема вида, показан на фиг. 4.14 в. От нея
следва, че токът с нулева последователност през капацитивната
проводимост на изолацията е
/ос
= -;а>Сфо£>0-
(4.70)
00
Z0
I/o® Сф0)
При въвеждане на пренебрегнатата активна проводимост на
фазите спрямо земя трябва да се отчита и у течният ток през
изолацията /оа%който има активен характер. Аналитичното опре
деляне на /0а не може да се извърши с необходимата точност,
тъй като големината му зависи от променящото се в широки
граници състояние на изолацията. Опитно е установено, че сто
ността на / 0а е по-малка от 10 % от /ос, поради което в много
случаи тя се пренебрегва.
Тъй като токът на з. с. е три пъти по-голям от тока с нулева
последователност, ефективната му стойност е
'/з.с | = vj'(З/ос)2 + (3/оя)2 »
(4.71)
107
откъдето след пренебрегване на / 0д и отчитане на (4.70) и (4.71)
се получава най-често използуваната формула
/зс= 3 (оСфоС/а-
(4.72)
Като се приеме, че напрежението U А на фаза А е основно и
с
в
А
I
0
■г
‘ос
Ur
Фиг. 4.14. Изходна схема (а), заместващи схеми (fi,
в) и векторни диаграми (г, д) при з. с. в електриче
ска система с изолирана неутрала
се използуват уравнения (4.67) и операторът а, за напреженията
на трите фази спрямо земя в мястото на повредата се получава
108
иАо=ид+и„= иА-й a=Q;
1/во—агОа+ио—агОл —Оа= (а2-1)6^,
Uсо=aUа+0о=alla—Uа=(а-1)0а.
(4.73)
Векторната диаграма на напреженията и на капацитивния ток
наз.с.епоказана нафиг.4.142, ана пълниятокназ.с.
—
на фиг. 4.14 д.
4 3.3. Земно съединение при заземена
неутрала през дъгогасителен реактор
В електрическа уредбасъс за
земена неутрала прездъгогасителен реактор най-
малко един от звездните центрове на галванично присъе
динените към нея намотки на източниците (генератори или сило
ви трансформатори), ксито я захранват, е с вързан през ин-
дуктивна бобина (т. нар. дъгсгасителен реактор) к ъ м з е
мята.
'Грилинейната заместваща схема при метално з. с. на фаза —
фиг. 4.15 а , общата еднолинейна схема за нулева последователност—
фиг. 4.15 б , и конкретизацията й за разглеждания случай, при
който Z 0=“ (l//o) С ф0)//(У 3 со L m) са съставени при съблюдаване
на дадените в т. 4.3.2 съображения за синтезиране на подобни
схеми при изолирана неутрала.
От фиг. 4.15 в се получават следните изрази за определяне на
индуктивната / oz. и на капацитивната /ос съставка на тока с ну
лева последователност:
ioL =
—
Ojj 3wLm. /ос=
—jюQ)000.
(^.74)
След почленно сумиране па (4 74) и заместване на U0 с — Ua ,
за пълния ток с нулева последователност се намира
/0—Iql-Ь/ос = ^л(1 /у*3to
®С фо)*
(4-7о)
Тъй като токът на з. с. е равен на 3/0, от (4.75) следва
/З.с = 0A (\/jи £ж-К/Зсо Сфо).
(4.76)
Изразите за напреженията на фазите спрямо земя в мястото на
повредата са аналогични на (4.73):
UAQ=0, Uво=(а2-1)0А, 0Co={“ - W a.
(4.77)
Векторната диаграма, която съответствува на (4.77) и (4.74),
е показана на фиг. 4.15 г. Ако се отчете и дължащата се на
•
•
•
утечката активна съставка /оа, с векторите на токовете Iol, /ос*
/од и на напрежението Ue може да се построи векторната диа
грама на фиг. 4.15 д.
109
От първото уравнение на (4.74) следва, че голем! ната на I0L
зависи от индуктивността Lm на дъгогасителния реактор и може
да се регулира чрез изменение на стойността на L m- Възможните
съотношения между IQL и [ос определят три характерни режима:
9
■3
S
о
!
'АО.
♦
-•ьо
С
3
А
•со
ОУО
lCL
10С
*/
1ч.
ос
ЛV
Uo,
•
1^оа
•
1•
а
о
1Iqc i\
'
1
Ссро
31-м ?
0L
0L
ЗС
‘0L
Фиг. 4.15. Изходна схема (я), заместващи схеми (б, в) и
векторни диаграми (г, д, е) при з. с. в електрическа систе
ма със заземена неутрала през дъгогасителен реактор
1.
Реж им на точна компенсация, при който токът през реак
тора е равен на капацитивния ток (т. е. /о/.=/ос) и е дефазиран
от него на 180 електрически градуса. Сумата от двага тока, т. е.
токът на з- с., определен с (4.76), е равна на нула:
110
/з.с —0 —Uа(1JjtoLм -ЬУЗа)Сфо)
(4.78)
и условието за реализация ка режима е
/(3(0 С ф0- 1/coLM)=0 или 3(0 Сф0=
—у-
-
-
-
(4.79)
шЛ1
2. Режим на недокомпенсация, при който /ol</o c -
3. Режим на прекомпенсация, при който/OL> / OC.
Векторната диаграма при прекомпенсация и отчитане на утеч-
ния ток е показана на фиг. 4.15 е. От нея се вижда, че сумата
от активната / 0а и реактивната (/0z.-f/oc) съставка на тока с нуле-
ва последовате ih o c t обуславя остатъчния ток / Оост, а утроената
му стойност — тока на з. с. / З.с през мястото на повредата.
4 3 4. Земно съединение при заземена
неутрала през резистор
В електрическа уредба със за
земена неутрала през резистор най-малко един от
звездните центрове на галванично присъединените към нея
намотки на източниците (генератори или силови трансформатори),
които я захранват, е свързан през резистор към земята.'
Заместващите схеми за определяне на тока и напреженията в
мястото на повредата при метално з. с. на фаза А — фиг. 4.16
а, б, в, са подобни на схемите от фиг. 4.15 а, б , в и се получа
ват след заместване на дъгогасителния реактор Lm с резистора
/?ль при което съпротивлението с нулева последователност за
разглеждания случай е
^о= 0 t f ® Сфо)//3/?л*.
(4.80)
Ог схемата на фиг. 4.16 в следва, че капацитпвната / 0с и ак
тивната /оя съставка на тока с нулева последователност са
Л)С= -усоСфо^о, / o r =
—
U0/3Rm -
(4.81)
Пълният ток с нулева последователност е равен на сумата от
двете съставки:
jo=Ioc+/oR= - U0^j(S) Сф0 + —^
j.
(4.82)
а утроената му стойност — на тока на з. с.
h.c*=3iQ= U А |/ЗсоСф0 +
—j,
(4.83)
111
където U0= - U A е напрежението на звездния център на източ
ника.
Векторната диаграма на съставките на тока с нулева последо
вателност и на тока на з. с. ет дадена на фиг. 4.16 г.
м
о
•ID
R.
t
■'АО 'В О
В
А
'СО
|
а
ф
L0C I
^оп
Фиг. 4.16. Изходна схема (а), заместващи схеми (6 , е) и
векторна диаграма (г) при з. с. в електрическа система със
заземена неутрала през резистор
Глава V
Практически методи за изчисляване
на тока при трифазно к. с.
Първичните схеми на съвременните елек
троенергийни системи съдържат стотици възли и клонове и де
сетки източници. Големият брой на генераторите, разлюляванего
112
им по време на аварийни смущения, взаимната връзка между сво
бодните токове, възникващи във всеки един от тях, и между при
нудените токове, при автоматичното регулиране на възбуждането
влиянието, което оказват синхронните компенсатори, големите елек
тродвигатели и останалите потребители и др-,
характеризират
сложността и трудността на задачата за аналитично определяне на
т.к.с.
За отчитане на всички съществени страни на протичащия про
цес са разработени прецизни методи, алгоритми и програми за
електронноизчислителни машини, прилагането на които повишава
точността и ускорява изпълнението на изчисленията. Използува
нето им обаче не винаги е оправдано, поради което голямо раз
пространение в проектантската работа са получили и приблизи
телните или т. нар. практически методи за намиране на т.к .с.
Предимствата им се определят от опростената изчислителна про
цедура при търсене на т. к. с. и от достатъчната точност на по
лучаваните резултати (грешката не надхвърля 5 — 10 %).
5.1. Типови опростени заместващи
схеми и начини за получаване
Основните типови схеми, които могат да
се получат след опростяване на приведената заместваща схема,
саеднолъчевите, многолъчевите и три лъчевите.
Условията, на които трябва да отговарят заместващите схеми, и
последователността на работата за намиране на всяка една от
тях са следните
Еднолъчева схема. Конфигурацията й (фиг. 5.1 а) се опреде
ля от еквивалентен източник на е. д. н., еквивалентно съпротив
ление, точка на к. с. До еднолъчева схема се опростяват замест
ващи схеми, в които:
—
участвуващите генератори са еднотипни, т. е. имат прибли
зително еднакви свръхпреходни реактанси;
—
между участвуващите генератори преобладаващите по мощ
ност са еднотипните, а останалите са с малка сумарна мощност
и влиянието им при формиране на т.к.с. е незначително;
—
електрическата отдалеченост до точката на к. с. на участ
вуващите генератори е приблизително еднаква.
Опростяването на заместващата схема се извършва с прилагане
на формулите за еквивалентно представяне на последователно,
паралелно и смесено свързване на веригите, на свързване в „звез
да“ със свързване в „триъгълник“ и обратно и др.
Основните величини, които характеризират еднолъчевата схема,
са : мощност на еквивалентния генератор — SGe, MVA; свръх-
преходно е. д. н. на еквивалентния генератор — £*”
,
о.е.;ек-
•р
8 Електрически подстанции
113
вивалентно индуктивно съпротивление до [точката на к. С
.
о. е. Определянето им се извършва по формулите-.
П
Sg^-Sgi+■5g2+ . ..4~Sgh=J Sail
i=1
• • • +CnE'0nt=2 ciE'gU,
(5.1)
(5.2)
I=1
a
Фиг. 5.1. Основни видове типови опростени заместващи
схеми
където S Gt, MVA, и E"Gi*, о. е. са мощността и свръхпреходното
е.д.н. на /-тия генератор;
ci = X eJ X i * е коефициент на разпределение
във формулата, за изчисляване
114
на които
о. е., се определя
с процедурите за опростяване на
заместващата схема, а Х ^ , о. е.
е иидуктивното съпротивление
на /-тия генераторен клон.
Многолъчева звезда. Конфигурацията на всеки един от лъчи
те й е подобна на описаната при еднолъчевата схема, а звездният
център съвпада с точката на к. с. (фиг. 5.1 б). До многолъчева
звезда се опростяват заместващи схеми, в които:
—
участвуващите генератори са разнотипни и имат съизмерима
мощност;
—
електрическите отдалечености на генераторите до точката
на к. с. се различават съществено.
При опростяване на заместващата схема се съблюдават след
ните изисквания:
—
в един клон се обединяват само еднотипни, приблизително
еднакво отдалечени от точката на к. с. генератори;
—
турбогенераторите и хидрогенераторите се обособяват в от
делни клонове;
—
генераторът с к. с. на изводите се обособява в самостоя
телен клон.
Опростяването на заместващата схема се извършва след при
лагане на формулите от т. 2.4 както при еднолъчевата схема.
Основните величини, които характеризират многолъчевата звез
да, са: мощност на генераторите от клоновете — S a u S(?2 » . •
.
MVA; свръхпреходно е. д. н. на генераторите от клоновете —
Е^9
.
.
. , о. е.; индуктивно съпротивление на клоновете до
точката на к. с.
—
X.г*, . . ., о. е. Определянето им се из
вършва, както следва:
а) когато в клона има един генератор — при преобразуванията
за обособяване на клона;
б) когато клонът обединява няколко генератора — съобразно с
формули (5.1) и (5.2) за еднолъчева схема.
Трилъчева звезда. Конфигурацията й (фьг. 5.1 в) се опреде
ля от два активни лъча, които са свързани с точката на к. с.
през едкн пасивен клон. До трилъчева звезда се опростяват за
местващи схеми, в които част от генераторите (или един генера
тор) са в близост до точката на к. с., другата част са електри
чески отдалечени от точката на к. с. и двете групи генератори
са свързани през общо съпротивление с точката на к. с.
Опростяването на заместващата схема се извършва спрямо
звездната точка, при което:
а) електрически близките генератори се представят еквива
лентно с един генераторен к ло н ;
б) отдалечените генератори се представят с еквивалентен из
точник с „твърдо“ напрежение (система).
Основните величини, конто характеризират трилъчевата звез
да, са:
115
Sg, MVA; Eg*to. e*I ^g*. o.е.
—
мощност, свръхпреходн0
е. д. н. и индуктивно съпротивление на генераторния клон;
Хе*, о. е.; Ес^ о. е.
—
индуктивто съпротивление на клон
„система“ и е. д. н;
Хк„ о. е.
—
индуктивно съпротивление на общия клон.
Определянето на стойностите на основните величини се из
вършва в процеса на прилагане на формулите за еквивалентно
преобразуване.
5.2. Определяне на периодичната
съставка на тока при трифазно к. с.
Най-голямо приложение у нас имат прак
тическите методи на изчислителните криви, типовите
криви и пределнопропускателните мощност и. По-на
татък ще се разгледа същността на всеки един от тях и редът
на работа при използуването им.
5.2.1. Метод на изчислителните криви
Същността на метода се определя от из
ползуването на семейството криви I ^ u t = f { X vзч) с параметър
^=const, от които при изчислено
и при зададено време /,
s, се отчита периодичната съставка на т.к.с.
При съставяне на номограмите (семейството) е използувана из
ходната схема от фиг. 5.2 а и са приети следните условия:
—
преди к. с. генераторът е работил в режим на номинално
натоварване;
—
товарът на генератора е пасивен и е представен с пълното
съпротивление Z 70B, включено към изводите му;
—
късото съединение възниква на края на клон с индуктивно
съпротивление Х вн, който преди повредата е бил ненатоварен.
Приведената заместваща схема (фиг. 5.2 б) е получена от из
ходната при базисни величини, които се приемат равни на номи
налните на източника:
Se
ом,
иб=UНОМ'
(^-3)
Периодичната компонента на т.к.с. / * п/ се изчислява анали*
тично при:
—
средни стойности на параметрите на хидро- и турбогенера
тори (ХГ и ТГ) с мощност до 100 MW;
—
изменящи се стойности на Х вн, с които се имитира различ-
на електрическа отдалеченост на к. с . ;
—
изменящи се стойности на времето t.
С получените резултати се построяват изчислителни криви:
116
а) за хидрогенератори с мощност до 100 МW и с АРВ —
[зиг. 5.3;
б) за турбогенератори с мощност до 100MW и с АРВ —
[)иг. 5.4, изразяващи зависимостта между
и изчислителното
;ъпротивление
Хщп—Х.~\~ Х ВН,
0-
-
с5
X
К
вн
^ггоЬ" ^GH
cos Фт0В=cos <pGM=0,8
P'-'jXd ~J _ iXBH
II
______
X
K
-
•
Zmob=0,84j0,6
I___
(5.4)
з което X"d е свръхпреходният pe-
зктанс на генератора.
Аналогични кризи — фиг. 5.5,
са построени и за турбогене
ратори (ТГ) с мощност 200—
300 MW и с АРВ [3]. Използу-
ваният модел на генератора е по
точен (отчита насищането на маг-
нитната система) и необходимите
изчисления са направени с елек
тронна изчислителна машина.
Изчислителните криви се изпол
зуват следопросгяване на замест
ващата схема до еднолъчева или
многолъчева, в съответствие с които т. к. с. се определя по о б
щ о или по индивидуално изменение.
Определяне на периодичната съставка на т. к. с. по общо
изменение. Прилага се за еднолъчева опростена схема (фиг. 5.1 а),
за която по описания в т. 5.1 начин са намерени еквивалентното
индуктивно съпротивление Х е%, о. е., или Х е, Q, и еквивалентната
мощност на източника Sae* MVA. По-нататък последователността
на работата е следната.
1. Определя се изчислителният реактанс
Фиг. 5.2. Изходна схема (а) и з а
местваща схема (б) за построява
не на кривите за изменение на
т.к.с.
Х^ =Х.е*
ИЛИ -А^нзч—X,
U
(5.5)
ср
където Ucр, kV е средното напрежение на степента, на която е
к. с.;
5б, MVA — базисната мощност, използувана при преобразу
ване на заместващата схема.
2. Определя се периодичната съставка на т. к. с.
а) при ^изчО (за ТГ 200—300 MW .V„34<2); за намерената
стойност на Л"изч и за интересуващия ни момент (или моменти)
от съответните криви на фиг. 5 .3 —5 5 се отчитат стойностите на
I*п/>о* е.,
б) при ^„зч^ 3 (за ТГ 200—300 MW Х кзч^ 2 ) ; изчислителните
криви не се използуват, а стойността на т. к. с.,
която не се
променя във времето,се изчислява по
117
Aj:П /
у
>
(5.6)
ИЗЧ
в)привеждасет.к.с.ви.е.:
Ut—U ntl’w където rGi=SQJs/3 Ucp.
(5.7)
Определяне на периодичната съставка на т. к. с. по инди-
видуално изменение. Прилага се при опростена схема от вида
0,2 0,3 0,£ 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1.0
Фиг. 5.3. Изчислителни криви за типов хидро-
генератор с мощност д о 100 MW и АРВ при
Ге =0,57 s
на многолъчевата звезда (фиг. 5.1 б), за която по описания в
т. 5.1 начин са намерени индуктивните съпротивления Xi*, о. е.,
или X/, Q, и мощностите S h MVA, на лъчите. По-нататък по
следователността на работата е следната:
118
1. Определя се изчислителният реактанс на всеки клон:
5
Sf
-^изч I —Xix —й
—
или Xh34i=Ai 2 »
(5.8)
иср
където UСр, kV е средното напрежение на степента, на която е
к.с.;
0,1 0,2 0,3 Q.A 0,5 0,6 0,7 0,8 0.9 1,0
Фиг. 5.4. Изчислителни криви за типов турбогенера
торс мощностдо100MWиАРВприГе=0,57 s
S 6 , MVA — базисната мощност, използувана при преобразу
ване на заместващата схема.
2. Определя се периодичната съставка на т. к. с. в клоновете:
а.
Т. к. с. през клоновете, за които АГИЗч<<3 (за TI 200—300
MW *„зч /<2).
За намерените стойности на X „34i и за интересуващите ни мо-
119
менти t от съответните криви нй фиг. 5.3—5.5 се отчитат стой
ностите натоковете нак.с./лп„, /*п,2>... , 0.е.
б. Т. к. с. през клона, за който <Y„34^ 3 (за ТГ 200—300 MW
А изч* ^ 2). (,/гоиността на т. к. с. е една и съща за всеки момент
от времето и се изчислява по (5.6).
0,2 0,3 0,4 0.5 0,6 0,7 0,8 03 1,0
Фиг. 5.5. Изчислителни криви за турбогенера
тори с мощност 200—300 MW и АРВ при
Те=0,2-0,3 s
в.Привежданенат.к.с.ви.е.:
/п ti~f* п tilQjy КЪДЕТО IGi—Si / \J3 Uср •
г. Определяне на сумарния ток в точката на к. с . :
Act—Inл4~/п/2+ •••
Iпtl‘
(5.9)
(5.10)
120
5.2.2. Метод на типовите криви
Същността на метода се определя от из
ползуването на типовите криви (фиг. 5.6):
{1шо11що)~No при (/noG//;j = const;
(/пtO//п0G= fin tlln,) ПРИ (/ПоG//п0)= COnst
4t,G/ Гпл£
1,0
0.9
0,8
0.7
0,6
^noG/1 ном= 1
_
_
2
Ч/*
_______
3__
___4
г
_
.1
.0\./,
- °^а\ и06/ п»°
0,5 '
°^7\ 1поо/!пР
0.8
^ 0.9
10
00,10,20^0/.t,S
1.0 0,9 0,8 0,7
а
6
^п,*Лп,о
Jn.t .c/Inpj5
1,0
0,9
П,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0.3
1noG/l ном=1'
1 noCj 1п,а
’ 0,51,01J52р 2£1.S
1,0 0.9 0,8 0,7 0.6 0,5
Ini/ ] np
&
Фиг.£5.6. Типови криви за турбогенератори с мощност от 12,5 до 800 MW и
з а^хидрогенератори до 500 MW и с АРВ
33 7 . & раТОри ° М0Щ1ЮСТ 12- 8 0 0 MW и хидрогенератори
до 500 MW, от които при изчислени Гти „ /„ 0 и при зададено
време t се отчита периодичната съставка на т.к с.
Номограмите са построени с осреднените резултати от много-
ороини изчисления на т.к.с. във вериги, захранвани от разно
типни генератори с мощност от 12 до 800 MW и с АРВ и от
синхронни компенсатори [18].
Типовите криви се използуват след опростяване на замества
щата схема до еднолъчева или трилъчева. В първия случай пе
риодичната съставка на т.к.с. се определя по общо изменение,
а вън втория
по индивидуално изменение на тока в двата ге
нериращи клона.
Определяне на периодичната съставка на т. к. с. по общо
изменение. Прилага се за еднолъчева опростена схема (фиг. 5 1 а),
за която по описания в т. 5.1 начин са намерени: еквивалентна-
ia мощност S Ge, MVA, еквивалентното индуктивно съпротивле
ние .Ye*, о. е., и свръхпреходното еквивалентно е. д. н. Е '
о.е
Т~Т
Ge
*
При изчисляване на
+ по (5.2) за
^ могат да се използуват
средните стойности, дадени в табл. 5.1. Последователността на
работата е следната:
1- Изчислява се началната стойност на периодичната съставка
на т. к. с. / По g , кА, от еквивалентния генератор, номиналния при
веден ток / ' ом, кА, от еквивалентния генератор и отношението
/п«о//'
,о.е.:
/п^
j ____/
SGе
„
&Gе
X
’
п0 G /п„ G* ■==-------
,
L=
-■
е*
у/ЗUcn ’ Н0М v'3Ue
(5.11)
'ср
vu ^ср
където Ucр, kV, е средното напрежение на степента, на която е
к. с.
2. Определя се отношението / пto / / п„ о , като се съблюдават
следните два случая:
а. (/поg//ном)^ 1. От кривата(/п/о//п0о)=/(/) нафиг.5.6а,в
с параметър, съответствуващ на намереното в предходната точка
отношение /пОо / / нош за интересуващия ни момент от времето t,
s, се отчита стойността на / п/о//п()о .
б. (/п0о / / ; ом) <1 . Типовите криви не се използуват, а отноше
нието /п /о / / По g се приема равно на единица, следователно
/п/G = /Поg = const.
(5.12)
3. Определя се периодичната съставка на тока в точката на
късо съединение.
Периодичната съставка на т. к. с. за момента t при случай т. 2 а
се намира чрез умножаване на изчислената стойност на / Поg по
отчетената стойност / п/о//п g.
122
••
Средни стойности на е. д . н.
на различни типове генератори
Таблица 5.1
Тип на генератора
Турбогенератор до 100 MW
Турбогенератор от 100 до 5 0 MW
Хидрогенератор:
с успокоителна намотка
без успокоителна намотка ^
1,08
1.13
1.13
1,18
Определяне на периодичната съставка на т. к. с. по инди-
видуално изменение. Прилага се при трилъчева опростена схе
ма (фиг. 5.1 в), за която при еквивалентното преобразуване са на
мерени ингуктивното съпротивление Х о *, о. е., и свръхпреходно-
тое.д.н.Eq
, о. е., на „генераторния“ клон; индуктивното с ъ
противление Х с*, о. е., на клона „система“ (е. д . н. на клона
„система“ е Яс* = 1 ) и индуктивното съпротивление Х к#, о. е., на
пасивния к л о н . Последователността на работата е:
1. Определят се началната стойност на периодичната съставка
на т. к. с. през генераторния клон / поо» kA, и през пасивния
клон / п о , kA, и номиналният приведен ток / ' ом на еквивалентния
генератор. След това се намират отношенията
/поо/^ном и /поо/Лто-
(2.13)
2. Определят се отношенията /п/g/ /поо и I n t! Aio-
От кривата Into / ^поо= /(0 113 Фиг- 5.6 а, в за параметър, съот-
ветствуващ на намереното в предходната точка отношение
/п00 // ' за интересуващите ни моменти от времето t, s, се от
чита стойността на / п/о/ Inoo- С тази стойност от кривите
In t e l /поо=/(/п*//по) на фиг. 5.6 6, г се отчита големината на
/п11IпО*
3. Определя се периодичната съставка на тока в точката на
късо съединение.
Периодичната съставка на т. к. с. за интересуващите ни мо
менти t y s, се намира с.лед умножение на отчетените стойности
Intllno по изчислената в т. 1 стойност /„о.
5.2.3. Метод на пределно
пропускателните мощности
Пределно пропускателната мощност на
елементите, от които е съставена първичната схема на елек
трическата система, е равна на мощността на к. с. при три-
123
фазно к. с. в края на елементите и приложено „твърдо*1 но
м инално напрежение в началото им. Следователно, ако се пре
небрегне активното съпротивление на елементите, т. е. ако се
приеме, че X ^Z ,
и U = UH(m= const, kV, общипт израз за пре
делно пропускателните им мощности е
U2
U1
<?
НОМ
НГ>М
I/2
Y
X..
ном
*(ном)
*(ном) —-------
*^ном
Формулите за пределно пропускателните мощности на елемен
тите от електроенергийната система са дадени в табл. 5.2.
Таблица 5.2
Пределно пропускателни мощности
на елементите от EEC
Наименование на елемента
Формула за изчисляване на SK , MVA
Система
Генератор
Трансформатор
Реактор
Електропровод
Пасивен товар
<5Кс=\/3 иср7кс
Зка= $нонG
sKr = m s m„ri<.,%
S*L=Ul<mlX L
S„ai=^hom/-V
c
_
c
тов °ном tob
Еквивалентната пределно пропускателна мощност 5 Kv, MVA, на
верига от няколко елемента се получава след преобразувания,
които за основните видове свързвания са следните:
а. Паралелно свързани елементи
Разглеждат се два паралелно работещи трансформатора Т1 и
Т2 с първично напрежение UHOW kV (фиг. 5.7 а), имащи предел
но пропускателни мощности 5 кь MVA, и 5 К2, MVA, и реактанси
XltQ,и Хг,Q(фиг. 5.7б).
След заместване на резултантния реактанс
в (5.14) и преобразуване се получава
^
= ад/No+Х2)
(5.15)
124
Q__^HOM__
и ном
__
-
-
-
-
-
-
[------ __ ---- 1
-
-
-
= Sk1+5k2*
‘Ьк2— %
j
_
_
_
_
_
_1
_
_
_
_
_
_
_
_
*
i
Т
//2
/у2
*^Ki “ЬSK2
1
1
ном ,
^НОМ
к1
А-, т
**
-
хГ+_*Г
(5.16)
В общия случай за п успоредно свързани елемента
SK2=*Sk1+ Sk2+ • •• +5кп= 2
^ К/’
(°-17)
i=l
NOM
Т2
Л1
Sk1
U нолл
Ц-1s kZ
Фиг. 5.7. Опростяване на заместваща схема с
пределно пропускателни мощности при паралел
но включени елементи
UMM L
~ РсН
W
б. Последователно свързани елементи
Разглежда се верига от последователно свързани токоограни-
чаващ реактор L и силов кабел W, включени към разпределител
на уредба с номинално напре
жение
£/ном, kV (фиг. 5.8 а).
Пределно пропускателните мощ
ности и реактансите на L и W
са SKb MVA, и 5К2, MVA, съот
ветно XvЙ, и Х2,Q(фиг. 86).
След заместване на резул-
тантния реактанс
7
х,s
1,ък1
>к2
—СИН-
и
Х2=Х г+Х# (5.18)
в (5.14) и преобразуване се по
лучава
НОМ
Ф и г . 5 .8 . Опростяване на замествана
схема с пределно пропускателни мощ
ности при последователно включени
елементи
125
В общия случай за п последователно свързани елемента
’к1
5к2
+
кпH
iI »=1
JKп
(5.20)
в. Преобразуване „звезда—триъгълник“ и обратно
По аналогичен начин се извеждат и изразите за еквивалентно
преобразуване „звезда—триъгълник“ — фиг. 5.9:
•Sk12= <Sk1^ к2/(£К1-{ -^кг + ^кз) ;
‘SK23=
‘Sk2^кз/(<$к1+5к2+5к3); '
(5.21)
<Sk13=S k1‘^K3/(‘S,Kl-f -SK2H-<S,K3), ,
и тези, с които се преобразува „триьгълникът“ в „звезда“ :
5к1=5к12+ 5к1з+ 5 к125к1з/5к2з;
5к2=5к2з+5к12+5и2з5к12/5к1з; •
(5.22)
5кЗ= SK13+ 5к23+SK13SK23/S^12.
7
Редът на работа при прилагане на
метода е следният:
1.
От изходната схема се съставя
заместваща схема с пределно про
пускателни мощности и по формули
те от табл. 5.2 се определят стойно
стите за всеки елемент поотделно.
При изчисленията се приема, че но
миналните напрежения са равни на
средните напрежения на съответните
степени от схемата и се допуска,
чее.д.н
.
на генераторите са E Ci=
~
UGсрi = Const.
2.
Преобразува се заместващата
/пг 17ч /соПч
,, 00,
схема, като се използуват формули
(5.2-) и се получава еквивалентната пределно про-
ускагелна мощност S ^ , MVA, на цялата схема.
3 Изчислява се началната стойност На периодичната съставка
натокавмястотонак.с.:
Фиг. 5.9. Преобразуване на за
местваща схема с пределно про
пускателни мощности от „звез
да в „триъгълник“ и обратно
/n.= 5Ks/l/3 t/cp, kA,
(5.23)
където t/cp, kV е средното напрежение на точката на к. с. преди
възникване на повредата.
4. Отчитат се стойностите на периодичната съставка на т. к . с .
за интересуващите ни моменти t, s, като се използуват номогра-
мите от фиг. 5.3, 5.4 и 5.5. Изчислителният реактанс е
XH34=Shomz/‘S'k2,
(5.24)
където S„omv, MVA, е сумарната номинална мощност на участву
ва щите генератори в схемата.
5.3. Определяне на апериодичната
съставка на пълния ток на к. с.
Моментните стойности на апериодичната
и периодичната съставка на тока в точката на к. с. са
i,i=yl21щ е - “п , г„ <=ч/2 /„ ,,
(5.25)
където / п„, / п< са ефективните стойности на периодичната състав
ка в началния и в произволния момент от в р е
мето, определени по един от методите, разгле
дани в т. 5.2;
TP, s :е времеконстанта на затихване на апериодичния
т. к. с. със средни стойности, дадени в табл. 1.2.
При проверка на комутационната способност на прекъсвачите
се^използува пълният ток на к. с. в момент / = т:
К=(/2/„„ e~'IT‘+JI/„„
(5.26)
където т = £ и -Исрз е изчислителното време за изключване на
прекъсвача;
t n , s — пълното време на изключване на прекъс
вача ;
^срз, s — собственото време на закъснение на з а
щитата.
5.4. Определяне на тока на к. с. в
разпределителни уредби средно
напрежение, към които са присъединени
електродвигатели
При определяне на т. к. с. в разпредели
телни уредби (Fy) 6 —10 kV за много от срещаните в практика
та случаи може да се приеме, че захранващият източник е с
„т върдо“ напрежение и че включените двигатели могат да се
представят с един еквивалентен двигател. При такова опростява
127
не заместващата схема е двулъчева, с клон „система“ и клон
„еквивалентен двигател“, всеки от които е свързан с точката
нак.с.
Критерият за еквивалентно представяне на двигателите се фор
мира от изискването за равенство с определена точност между
генерираните от групата двигатели и от еквивалентния Двигател
периодични и апериодични съставки на тока за всеки момент t
or процеса на късото съединение.
От направените теоретични и експериментални изследвания е
установено, че дефинираният критерий се изпълнява при еквива-
лентиране на група различни по тип и по мощност асинхронни
или синхронни двигатели за време до 0,2 s от началото на к. с.
Аналитичните уравнения за еквивалентиране на група от дви
гатели са:
2
= *Ге-‘/т>
|
(5.27)
2 yj2./': е~*,т« = ]/2 r e ~ t,Taе
/=1
където /", Г са свръхпреходните токове на к. с. от /-тия двига
тел и от еквивалентния двигател;
Т'яГ T ai — времеконстантите на затихване на периодичната
и апериодичната съставка на т. к. с. от /-тия
двигател;
^де* Та е — времеконстантите на затихване на периодичната
и апериодичната съставка на т к. с. от еквива
лентния двигател.
След преобразуване на (5.27) се получават следните изрази за
определяне на свръхпреходния т о к :
П
П=2П
(5.28)
/=1
и на времеконстантите
п
1Я
п
Iп
Гя^1 rti/"2 г,, т,,=2т‘‘ 2 ■ (529)
/=1
I l=\
1=1
f=1
Периодичните и апериодичните съставки на токовете на к. с.
в двулъчевата опростена схема са:
а) клон „система“
/с = /"= /пс/= COnst, /асt=\l2 /" е~1/Гас,
(5.30)
128
където /" и Т ас са свръхпреходният ток и времеконстантата на
затихване на апериодичната съставка на сис
темата ;
б) клон „еквивалентен двигател“
.
у
t\T
I
_
_
./9I"р—*^ае
(5.31)
/пд<= /ее Д6’ УаД<
'ее
»
V
където Г, Г е, 7’ае са определените с (5.28) и (5.29) свръхпре
ходен ток и времеконстанта на затихване;
в) точка на к.с.
/«ar=v/2(/"*-'/r-‘+ /:e - ' H - (532>
5.5. Определяне на токовете на к. с. в
електрически уредби с напрежение
до 1000 V
Характерните особености, които оказват
влияние на процеса при к. с. в уредби с напрежение до 1000 V
(ниско напрежение — НН) са: много по-малката мощност на
трансформаторите за НН от захранващите ги източници; съиз-
меримостта между активната и реактивната съставка на съпро
тивлението на веригите за Н Н ; краткотрайността на процеса
на к. с. (голяма част от веригите за НН са защитени с пред
пазители); наличието на кондензатор ни батерии и др.
Редът на работа за определяне на т. к. с. в мрежи НН, съо
бразен с описаните особености, е следчият:
1. Приема се*, че РУ, откъдето се захранват трансформато
рите за НН, е с „твърдо“ напрежение (/icp = c<>nst и се изчислява
реактансът на „системата“
Хс= -М
-
103(-,7—)а=
-
|^ Ю»
шй
(5.33)
v'3 /с
\ 1ср/
sc
\^1ср/
или когато липсват данни за Г и S":
10» (
^
-
10'{^ -)\шй, (5.34)
yj3 /н
\у1ср/ •6и
V^1ср )
където /", кА,и S", MVA са свръхпреходният ток и мощността
при трифазно к. с. на страна пър-
вично напрежение;
* Допускането е коректно, ако мощността на трансформатора за НН е
повече от 25 пъти по-малка от мошността на силовия трансформатор, който го
захранва.
9 Електрически подетанцин
129
/„ , кА, и <S„, MVA — номиналният изключвателен ток и
мощността
на прекъсвача
пред
трансформатора за НН;
£/icp> kV, и i/2cp, kV — средните стойности на първичното
и вторичното напрежение на транс
форматора за НН.
2. Изчисляват се активните и индуктивнте съпротивления с пра
ва, обратна и нулева последователност на проводниците, кабели
те и шините ст веригата с к. с., които имат дължина по-голяма
от 10—15 т . Използуват се формули (2.23), (4 10) и (4.12). С ъ
противленията на по-късите участъци се пренебрегват. Съпротив
ленията с нулева последователност на шини НН могат да се
определят по приблизителните формули
Яош~(5— 14,7) /?1ш, ЛГош~(7,5 -9 ,4 ) Х 1ш.
(5.35)
3. Определят се активните и индуктивните съпротивления с
права, обратна и нулева последователност на всички елементи от
веригата на к. с.
а. Трансформатор за НН
Техническите параметри на трансформатора за НН, които се
използуват, са 5 Н0М т , kVA — номинална мощност; АР к , kW —
активни загуби при к. с. ; ик % — напрежение на к. с. и
Uicp, kV — средна стойност на НН.
Активното и индуктивното съпротивление с права последова
телност, приведено към степента на НН, се изчислява по
Z|T= -%%^ср- 10*.mQ.RH=
10», mQ, Х„=
ном т
'-’ном т
■
(5-36)
Активното и индуктивното съпротивление с нулева последо
вателност /?от, гпй, и Хот, m2, трябва да се отчитат ог каталож
ните данни на трансформатора и зависят от групата на свързва^
не и мощността му.
б. Апарати в уредби до 1000 V
Активните и индуктивните съпротивления с права, обратна и
нулева последователност на измервателните трансформатори за
ток (означени с допълнителен индекс „тт“) и ка бобините на а в
томатичните прекъсвачи за НН (индексирани допълнително с Q)
са съответно равни помежду си:
ь
R tt= Rlrj
= /?0тт, Хтт= Хт = А2тг—^Отт,
Rq = RlQ= R2Q—RoQi Xq =X[Q—X2Q= XoQ-
(5.37)
130
Те се изменят в широки граници и трябва да се отчитат от к а
талози. Напр. за т. т. с /Ном=Ю0 А, /?тт= 1,7 шй и Х гт=2,7 mQ,
азат.т.с/„ом=500А—£>„=0,05m2и^=0,07m2.
в. Контактни съединения
Контактното съпротивление R KC на контактните съединения
има активен характер и стойностите му за права, обратна и ну
лева последователност са равни помежду с и :
Много често поради липса на точни данни стойностите на
R KC, mQ, се отчитат съвкупно за подвижните и неподвижните
контактни съединения чрез въвеждане на допълнително съпро
тивление във веригата на к. с.:
В (5.39) долната граница съответствува на к. с. в близост до ш и
ните на РУ НН, а гората — на к. с. в близост до потребите
лите НН, получаващи захранване от междинни разпределителни
уредби.
4. Изчисляват се сумарните съпротивления на правата, обрат
ната и нулевата съставка на веригата с к. с. В общия случай
формулите, които се изп >лзуват, са:
Допълнителната индексация на различните съпротивления е
следната: за „система“ — „с“ , за трансформатор НН — „ т“, за
измервателни трансформатори за ток — „ т .т ,“ за автоматични
прекъсвачи — „ Q “, за шини — „ш“, за кабели „кб“, за контакт
ни съединения — „кс“.
5. Изчислява се началната стойност на тока при трифазно и
еднофазно к. с. без отчитане па влиянието на електрически близ
ките до мястото на повредата двигатели:
R kc---^ 1 к с----R>KC----А Окс
(5.38)
RKC= 15 -30 mQ.
(5.39)
(5.40)
(5.41)
(5.42)
kA
(5.43)
131
if-j2kjl$> , ky=l+e-Ml,T\ Г. « -Хц/шЛц.
(5.44)
6. Определяне на тока на к. с. от електрически близките до
мястото на повредата двигатели. Влиянието на двигателите, които
са в близост до точката на к. с.,
е значително през първите
шест-седем периода от развитието на процеса на късото съ е
динение. Изчисляването на свръхпреходния 1" и на ударния /у
ток в точката на к. с. при отчитането му се извършва по прибли
зителните формули:
/"=/«>+4/*z;
(5.45)
h=iy]+7/д2.
където /<з>, кА, и
кА е началната стойност на тока при три
фазно к. с и ударния ток от „систе
мата“;
/дv, кА — сумарният номинален ток от електро
двигателите.
7. Ток на к. с. от кондензаторни батерии. При малка индук
тивност на участъка между кондензаторната батерия и точката
на к. с. разреждането на батерията е бьрзозагихващ (за около
0,01 s ) високочестотен процес, които не оказва сьществено влия
ние върху големината на т. к. с. Когато тази -индуктивност е из
куствено увеличена с цел ограничаване на токовете при включ
ваме на батерията или за филтриране на появяващите се висши
хармоници, процесът на разреждане е rio-бавен и трябва да се
отчита при определяне на ударния ток на к. с. Изчисленията се
извършват по дадената методика в [20].
и ударния ток при трифазно к с.
132
2 Електрическа част на
подстанции
VI глаза
Силови трансформатори и
автотрансформатори
6.1. Общи сведения и параметри
на трансформаторите
Силовите трансформатори и автотранс
форматори (ако не е указано специално, по-нататък под термина
„трансформатор“ се разбира „автотрансформатор“) са предназ
начени да преобразуват променливия ток с едно напрежение в
променлив ток с друго напрежение със същата честота. Транс
форматорите са важни основни елементи на всяка електрическа
система и осигуряват нейната икономична работа. Едновремен
но с трансформиране на напрежение го трансформаторите свърз
ват отделните звена на системата, като създават възможност
за обмен на енергия между тях.
Поради това, че предаването и разпределението на електричес
ката енергия става на няколко степени на трансформация, броят
на трансформаторите е голям, а инсталираната им мощност над
вишава 6 —8 пьти инсталираната мощност на генераторите в д а
дена EEC-
В зависимост от функционалното си предназначение трансфор
маторите се делят на силови с общо предназначение и на спе
циални (пещни, за заваряване и др.). По-нататък се разглеждат
само силовите трансформатори с общо предназначение. 1е могат
да се клисифицират по различни признаци.
Според вида на връзката между отделните намотки се разли
чават трансформатори, които имат само електромагнитна връзка,
и автотрансформатори, които имат и непосредствена електри
ческа връзка.
В зависимост от броя на фазите трансформаторите, се де
лят на еднофазни и трифазни. Последните се предпочитат, тъй
като са по-евтини с 20—25%, по-леки са и имат до 15 % по-
малки загуби от трифазна група с три еднофазни трансформато
ра със същата мощност. Еднофазни трансформатори се използу
ват, когато по технически причини не могат да се монтират три-
133
фазни, например при големи мощности, високи и свръхвисоки
напрежения, транспортни и компачовъчни съображения и др.
Според броя и вида на намопкит е трансформаторите могат
да бъдат двунамотъчни, тринамотъчни, многонамотъчни и с
разчленени намотки. Най-голямо практическо приложение имат
трифазните двунамотъчни трансформатори. Използуването на три
намотъчни трансформатори е целесъобразно в случаите, когато
отдаването на мощността и захранването на потребителите се
осъществява на две напрежения и товарът на второто напрежение
е на* 10—15% от мощността на трансформатора. С поставяне
на един тринамотъчен трансформатор вместо два двунамотъчни
се намаляват заеманата площ. разходът на материали, капиталните
вложения и загубите на енергия. Недостатък е, че при понижа
ващите трансформатори с регулиране на напрежението на стра
на ВН се изменят едновременно и еднопосочно напреженията на
страна СН и НН.
Трансформаторите с разчленени намотки имат една първична
намотка за ВН, а намотката за НН се състои от два или повече
паралелни клонове за едно и също напрежение. Клоновете са изо
лирани електрически помежду си, имат еднакво напрежение на
к. с. и допускат натоварване независимо един от друг. Общата
им сумарна номинална мощност е равна на номиналната мощност
на трансформатора. Този тип трансформатори се използуват най-
често в схемите за захранзане на собствените нужди на КЕЦ и
в някои понижаващи подстанции с цел да се ограничат токовете
нак.с.
По направление на предаваната енергия трансформаторите
се делят на повишаващи (главно в електрическите централи) и
понижаващи (предимно в подстанциите). Но на практика те ра
ботят и в реверсивен режим. Основната разлика между повиша
ващите и понижаващите двунамотъчни трансформатори е в раз
личните напрежения на първичната и вторичната им намотка на
съответните степени на напрежение. Трина'.мотъчните трансформа
тори се различават и по разположението на намотките за НН и
СН спрямо магнитопровода. В повишаващите трансформатори
непосредствено до магнитопровода е намотка СН, а в понижава
щите — намотка НН. За да се изолира по-лесно, намотката ВН
се поставя най-отвън.
Според начина на регулиране на напрежението трансформа
торите са с превключване без товар (без възбуждане) и с прев
клю чван е под товар. И в двата случая коефициентът на транс
формация се изменя стъпалчо, но докато превключването без
товар става при напълно изключен от мрежата трансформатор,
превключването под товар се извършва без прекъсване на товара,
при включен към мрежата трансформатор.
Регулирането на напрежението без товар по принцип е ръчно
и се осъществява посредством специални превключватели, имащи
1.34
гьчка за задвижване, изведена на капака на трансформатора. На-
фежението се регулира в границите на + 5 % спрямо номинал-
юто, а степента (стъпалото) на регулиране е +2,5 или ± 5 %.
Регулирането под товар е автоматично. Използуват се стъпал-
1и превключватели на напрежението с област на регулиране до
жоло ± 1 5 % и степен на регулиране от 1,25 до 1,8%.
Силовите трансформатори могат да се класифицират и по раз-
шчни други показатели — по начина на охлаждане, вида на ос-
ювната и топлопренасящата среда (сухи, маслени, с негорими
'ечни диелектрици), конструктивно изпълнение, схеми и групи на
:вързване, ред на номиналните мощности, номинално напрежение
ia намотката за ВН и др.
Основни параметри на трансформаторите са: номинални м о щ
ност, напрежение, ток и честота; напрежение на к с.; ток на
тразенход;загубинапразенходиприк.с.;к п.д.идр.
Номинална мощност на трансформатора S H0M — пълната
иощност, с която може да бъде натоварен постоянно през целия
:рок на експлоатацията му при номинални условия на работа
номинална температура на охлаждащата среда Фоном» номинално
напрежение UfWM> номинален ток / НОм и номинална честота /ном-
За трифазните трансформатори
Еднофазните трансформатори, предназначени дз работят в три
фазни групи, имат мощност, равна на 1/3 от стандартните номи
нални мощности на трифазните трансформатори.
Номинално напрежение на намотката UHом — ефективната
:тойност на напрежението между линейните й изводи при рабо
та на трансформатора па празен ход. За трифазните трансфор
матори това е междуфазното напрежение, а за еднофазните, свър
зани в трифазна група по схема звезда — фазовото.
Отношението на номиналните напрежения на намотките за ви
соко и ниско напрежение определя номиналния коефициент на
трансформация на двунамотъчния трансформатор:
К= —^вн--°
—-
.
(6.2)
^НН ном
Тринамотъчните трансформатори имат три коефициента на
трансформация (между всеки две от намотките им).
Номинални токове на трансформатора — посочените в пас
порта му токове в намотките, при които той може да работи в
продължителен номинален режим.
За всяка намотка токът се определя по нейната номинална
мощност и номиналното й напрежение, като се отчита фазовият
множител.
135
Номинална честота fn0M — тази, за която е изчислен транс
форматорът.
Напрежение на късо съединение ик — напрежението, което
трябва да се подаде към една от намотките на трансформатора,
за да протече през нея ток, равен на номиналния при затворена
накъсо втора намотка То характеризира пълното съпротивление
на намотките на трансформатора z t и определя пада на напреже
нието в него. Изразява се в проценти от номиналното напре
жение
където иа и ир са акт йената и реактивната съставка на напре
жението на к. с., зависещи съответно от активното съпротивле
ние г Т и индуктивното (реактивното) съпротивление л:т на транс
форматора, %.
Тъй като v т е няколко пъти по-малко от хт , то ик се опреде
ля основно от полето на разсейване на трансформатора и за ин
дуктивното му съпротивление в относителни единици при номи
нални условия обикновено се приема
Стойностите на и к нарастват с увеличение на високото напре*
жение и мощността на трареформаторите и са в границите от
4—8 % при напрежения 6—20 kV до 10— 16 % и повече при на
прежения 110—750 kV. Повишаването на ик води до намаляване
на токовете на к. с., но се увеличава стойността на трансформа
тора и консумираната реактивна мощност.
Ток на празен ход 1^ — токът, който протича през една от
намотките на трансформатора, когато към нея е приложено но-
мичално напрежение с номинална честота при отворени други
намотки (режим на празен ход). Той се изразява в проценти от
номиналния ток на захранващата намотка и характеризира актив
ните и реактивните загуби в магнитопровода. Последните зависят
от магнитните свойства на стоманата, магнитната индукция, кон
струкцията на трансформатора и др. С увеличаване на напреже
нието и мощността на трансформатора относителната стойност
на IИ намалява. За трансформатори с напрежение 6—20 kV =
= 2 —3%, а при напрежение 110—750 kV /д =0,3—0,5%.
Загуби на празен ход ^ Рпх — загубите на активна мощност
(от пренамагнитване и вихрови токове) в магнитната система на
трансформатора при номинално напрежение и номинална честота
в режим на празен ход.
Загуби на късо съединение А Р к — определят се като загуби
на активна мощнсст в трансформатора, приведени към работ-
ната температура на намотките при протичане на номиналния ток
в една ог тях, номинална честота и затворена накъсо втора на
(6.3)
ик %/100.
(6.4)
136
мотка (режим на к. с.). Състоят се от загуби в намотките при
протичане на работните токове и от допълнителни загуби в тях
и в конструктивните елементи на трансформатора, дължащи се
на вихрови токове, създадени от магнитните полета на разсейва
не. Загубите на к. с. при номинален товар са около 5 пъти по-
големи от загубите на празен ход
Трансформаторите с по-малка мощност имат по-големи отно
сителни загуби.
Коефициент на полезно действие г\ — отношението на полез
ната мощност S 2< отдавана от трансформатора, към мощността
S u която потр^бяза от първичната мрежа. Изразен в проценти:
Ю0%.
(65)
*->1
За трансформатори с голяма мощност 7) достига 99,6 %.
6.2. Охлаждане на трансформаторите
е
Охладителните системи на трансформато
рите са свързани непосредствено с въпроса за тяхното натовар
ване. В процеса на работа в намотките и стоманата на транс
форматорите има загуби на мощност, коиго се преобразуват в
топлина. Предназначението на охладилните системи е да отведат
топлината, за да не се прегреят елементите на трансформатора.
Между номиналната мощност на трансформатора SHOm, загубите
на мощност в него А Р и отделящата топлина повърхност F0xn
съществуват следните приблизителни съотношения :
ЛD
0^/4 . zr
(6.6)
Л/''Оном, ‘охл
' >Ьном •
Както се вижда от (6.6), с нарастване на мощността на транс
форматорите загубите на мощност се увеличават по-бързо от
повърхността на охлаждане. Поради това, за да се избегне пре
гряване на изолацията и да се запази срокът й на служба, се
прилагат различни интензивни начгни на охлаждане в зависимост
от мощността на трансформаторите.
Видът на използуваните охлаждащи сведства и техните услов
ни буквени означения съгласно БДС 3067—73 са: минерално мас
ло — 0; негоряша течност — L; газ — G; вода — W\ въз
дух — А ; твърд диелектрик — S.
Циркулацията на охлаждащото средство може да бъде естест
вена — означава се с N , и принудителна — означава се с F.
Начинът на охлаждане на сухите трансформатори, които се
изготвят с мощност до 20 kV, се означава с две букви. Първа
та определя вида на охлаждащото средство, к о е т о
при тях е
въздух (Л), а второто — начинът на неговата циркулация (А/
137
или Е). Например A N означава въздушно охлаждане с естестве
на циркулация на охлаждащия въздух.
Охлаждането на останалите трансформатори се означава с че
тири букви. Първата показва вида на охлаждащото средство,
намиращо се в непосредствена близост с намотките на магнито-
лровода и отводите на трансформатора; втората — начина на
неговата циркулация; третата — вида на охлаждащото средство,
намиращо се в непосредствена близост с външната охлаждаща
система на трансформатора; четвъртата — начина, по който то
циркулира. Например ONAF означава маслено охлаждане на на
мотките, магнитопровода и отводите (О) с естествена циркулация
на маслото (N) и външно въздушно охлаждане (А) с принуди
телна циркулация на охлаждащия въздух (F ).
Засега най-голямо разпространение имат маслените трансфор
матори. В тях намотките и мггнитопроводът са постаое ;и в юзан
с масло, което служи като охлаждащо средство и едновременно
с това изпълнява изолационни функции. При този тип трансфор
матори основно се прилагат няколко вида охладителни системи
(фиг. 6.1):
1. Естествено маслено охлаж дане (ONAN) — използува се
за трансформатори с мощност до 16 MVA (фиг. 6.1 а). Казанът
на най малките трансформатори (до 32 kVA) е гладък, а на по
мощните се изготвя с ребра, тръбни охладители или радиатори.
При тази охладителна система топлината, отделена в намотките и
магнитопровода, нагрява обкръжаващото ги масло, което понижа
ва плътността си и на принципа на свободната конвекция се по
вдига нагоре. След това поради разлика в температурите на
маслото в горната и в долната част на трансформатора то се спус
ка надолу покрай стените на казана, в тръбните охладители или
радиаторите,като им отдава топлината си, а те от своя страна я
предават на обкръжаващия ги въздух. Максималнодопустимата
температура на маслото в най-нагретите горни слоеве не трябва
да надвишава 95° С при номинален товар на трансформатора с
2. Мислено охлаждане с естествена циркулация на ма ло
то и принудително обдухване с въздух (ONAF) — прилага се
за трансформатори с мощност 10— 100 MVA, които обикновено
се изпълняват с тръбни радиатори (фиг. 6.1 б \ Последните се
обдухват принудително с вентилатори, задвижвани от асинхронни
двигатели с мощност 0,25—0,3 kW. Пускането и спирането на
вентилаторите става автоматично в зависимост от температура
та на маслото и товара на трансформатора. Допуска се работа
на трансформаторите с напълно изключени вентилатори, ако то
варът е по-нисък от номиналния и температурата на маслото в
горните му слоеве не надвишава 55°С. Когато температурите на
околния въздух са отрицателни и температурата на маслото е
под 45° С, вентилаторите могат да се изключат независимо от
138
в
големината на товара. Най-високата допустима температура
горните слоеве на маслото при номинален товар е 95° С.
3. Маслено охлаждане с принудителна циркулация на мас
лот о и принудително обухване с въздух (OFAF) — намира при-
Фиг. 6.1. Системи на охлаждане на трансформаторите
а—тип ONAN;б—тип ONAF
1 — казан ; 2 — активна част ; 3 — охлаждаща повърхност \ 4
колектор ;
5 — радиатор ; 6 — вентилатор
ложение при трансформатори с номинална мощност 5 Н0М> 63 MVA
Най-често казаните на трансформаторите са гладки, което улес
нява изготвянето им. Охладителите представляват система от
тънкостенни тръби, свързани с казана посредством маслопрово-
ди. Те се монтират на фундамента на трансформатора или на
139
самостоятелни фундаменти в близост до него. Охладителите се
обдухват външно с вентилатори, а през тях се осъществява не
прекъсната принудителна циркулация на маслото, създавана от
маслени помпи, вградени в маслопроводите. Максималнодопусти-
мата температура на маслото при тях е 75° С.
4. Маслено оклаждане с принудителна циркулация на мас
лото и принудително охлаждане с вода (OFWF) — прилага се
за трансформатори с мощност 100 MVA и по-голяма. При тази
охладителна система в тръбите на радиаторите циркулира охлаж
даща вода, а в междутрьбното пространство се движи маслото.
За да не попадне вода в маслото, налягането му се поддържа
най-малко с 0,02 МРА по-високо от това на водата. Системата е
компактна, надеждна и ефективна, но има по-сложно изпълнение
и изисква зода, затова се използува предимно за трансформато
рите в РУ на електрическите централи, където има достатъчно
вода за охлаждане.
В световната практика се използуват и други охладителни
системи: смесени — имащи едновременно два начина на охлаж
дане; чрез създаване на насочено движение на маслото в намот
китеит.н.
6.3. Топлинно стареене на изолацията
Срокът на служба (експлоатационният
живот) на трансформаторите се определя основно от стареенето
на тяхната изолация. Под въздействие на температурата и раз
лични други фактори се ускоряват физико-химичните реакции и
преди всичко окислителните процеси в изолацията. В резултат
на това тя изменя свойствата си, като намалява механичната си
якост и еластичност, става чуплива и лесно се поврежда. Тези
изменения се наричат т оплинно стареене и л и износване на изо
лацията.
Смята се, че изолацията все още може да работи и да изпъл
нява своите функции, ако е запазена 20—30 % от нормалната й
механична якост. Очевидно колкото по-висока е температурата,
при която работи изолацията, толкова по-ускорено е нейното
износване и следователно толкова по-малък е срокът й на
служба.
В трансформаторите се използува предимно изолация с клас
на топлоустойчивост А, потопена в масло. Съгласно с препоръките
на Международната електротехническа к о м р с и я (МЕК) за такава
изолация важи т. нар. шестградусово правило за стареене на изо
лацията. То гласи, че при изменение на температурата на изола
цията с 6’ С срокът на нейната служба се изменя два пъти.
Обикновено вместо с абсолютния се предпочита да се работи
с относителния срок на служ ба, който представлява отноше
140
ние на срока на служба па изолацията при дадена температура
към номиналния срок на служба при номинална температура на
намотката в най-нагрятата й точка Ф„ом. За трансформатори с
мощност до 100 MVA се приема ФНОм= 980 С.
На практика по често се използува реципрочната стойност на
относителния срок на слу.кба, която се нарича относително из
носване на изолацията L. То може да се определи по изра
за [17]
i=2(tf“W/et
(6.7)
Уравнение (6.7) важи за изменение на температурата от 80
до 140°С и изразява в явен вид шестградусовото правило От
него може да се намери относителното износване L, което показ
ва колко пъти износването при определена температура Ф е по-
голямо или по-малко от износването при номиналната темпера
тура ^ном-
От (6.7) следва, че при ^ = 0НОМ L= 1 при '0'=0HOM+6° L =2;
при 'О*= "O'ном—6° L —0,5; за 'd,HOM<80oC L^O .
Абсолютното изнссвгне h за дадено време t (часове от дено
нощието, денонощие, месец, година) при L= const се определя от
произведението
h=LL
(6.8)
Ако за разглеждания интервал от време температурата на
изолацията не остава посгоянпа, то L ф const и h се намира по
израза
t
h= f L(t)dt.
(6.9)
o
Износването на изолацията може да се определи и посгред-
ством средното относително износва, е L cp за съответен ичтер-
вал от време:
t
t
Lcp4~f
I 2(* - ’?“ом,/6 d^.
(6.10)
o
o
За едно денонощие износването на изолацията е
/
—
АДеи .
(6 11)
ЬСрден—
24
Трябва да се има предвид, че износването на изолацията за
дадено време t не може да се определи по средната й темпера
тура за това време. Действителното относително износване за
времето t се намира като средноаритметична стойност на отдел
ните износвания за интервалите от време, през които температу
рата може да се приеме за неизменна.
141
На практика температурата на околната охлаждаща среда
непрекъснато се изменя и не е равна на номиналната Ф0ном- По
ради това дори когато трансформаторът работи с постоянен то
вар, при което прегряването на маслото и намотките 0 е констант-
на величина, температурите им непрекъснато се изменят във вре
мето. За облекчаване на изчисленията се допуска да се работи
със средната стойност на температурата на охлаждащата среда
Фо ср» ако нейното изменение за разглежданата продължителност
на натоварване на трансформатора е по-малко от 12° С. Когато
изменението на Фд е по голямо от 12°С, се използува еквивалент
ната й стойност до екв- Това е такава неизменна температура, при
която, ако трансформаторът работи с неизменен товар през опре
делен интервал от време, ще се получи същото износване на
изолацията както при работа с естественоизменящата се темпе
ратура на средата за това време.
Общият израз за определяне на д оекв е даден в [4].
При приложение на шестградусовото правило той има вида
9
01/6 „02/6
/6
0оск.= 20 lg —
±±------±
.
-
-
-
+ 2.(w
,
(6.12)
където Ооь ^0 2, . . • ®on са еквивалентните или средните темпе
ратури на охлаждащата среда, опре
делени за равни интервали от време
(час, ден, месец, година), °С;
N е броят на интервалите с неизменна ек
вивалентна или средна температура в
общия промеждутък от време, за кой
то се определя Ооекв.
6.4. Допустими натоварвания на
трансформаторите
Износването на изолацията на намотките
при работа h i трансформаторите в номинален (нормален) режим
се нарича нормллно. Предимно по икономически съображения то
се нормира и се приема в граници, които гарантират срок на
годност на трансформаторите 20—25 годиги. На практика както
товарите, така и условията, при които работят трансформаторите,
се отличават от номиналните и се изменят през денонощието и
годината. Поради това топлинният им режим също се изменя не
прекъснато и износването на изолацията за определен интервал
от време е по-ниско от нормалното износване за този интервал,
съответствуващо на нормалния режим. По тази причина транс
форматорите не се използуват достатъчно ефективно. Натоварва
нето, с което те могат да работят неограничено дълго време, без
142
да се съкрати нормираната продължителност на износване на
изолацията на намотките им, се нарича допустимо натоварване.
Натоварването, което предизвиква съкращаване на продължител
ността на износване на изолацията, наричат претоварване.
Режим на претоварване възниква, когато товарът на трансфор
маторите е по-голям от номиналната им мощност, при температу
ра на охлаждащата среда, по-висока от нормираната, или при съ
четание на двете условия.
Претоварванията се делят на систематични и аварийни.
Систематично претоварване на трансформаторите е възмож-
но за сметка на неравномерното им натоварване през денонощие
то (годината). Обикновено през нощните и следобедните часове
(както и през летните месеци) товарът е сравнително нисък,
трансформаторите работят недотоварени и изолацията се износ
ва слабо. За по-добро използуване на трансформаторите е целе
съобразно номиналната им мощност да се избере по-малка от
максималния денонощен товар, така че в някои часове от деноно
щието те да се претозарват и износването на изолацията да се
увеличи. Тези претоварвания могат да се повтарят систематич
но. Критерий за тяхната допустимост е сумарното износване на
изолацията за времето, през което трансформаторът работи с
недотоварване и претоварване, да не надвишава износването при
постоянен номинален товар, т. е. средното относително износване
на изолацията Lcp< 1.
Аварийно претоварване на трансф фматорите се налага при
възникване на аварийни режими с оглед да не се прекъсва елек
трозахранването на потребителите, например при отпадане на един
от трансформаторите на двутрансформаторна подстанция. В този
случай се допуска продължителността на нормираното износва
не на изолацията да се съкрати и претоварването се ограничава
от изискването трансформаторът като цяло, отделните му части
и свързаните с него елементи на РУ да не се повредят. О сно
вен критерий тук е температурният — намотките и маслото не
трябва да се нагряват над температури, при които настъпват н е
обратими процеси в тях. Големината и продължителността на
допустимите систематични и аварийни претоварвания на силовите
маслени трансформатори с общо предназначение с мощност до
100 MVA са дадени в [4]. Стандартът не се отнася за трансфор
матори с мощност над 100 MVA, допустимото натоварване на
които трябва да се посочва от заводите производители. Прето
варванията са изчислени за двусгъпален денонощен товаров гра
фик по приюжени блок-схеми и са представени в табличен вид.
При необходимост те могат да се намерят по-точно чрез непо
средствено измерване на топлинните параметри на трансформато
ра, а така също да се определят по методика, дад-на в [4] ?а
миогостъпален график, за график с продължителност Г, , по-голя
ма от едно денонощие, и т. н. Таблиците за допустимите система
143
тични претоварвания се отнасят за трансформатори със следните
охладителни системи: ONAN и ONAF при времеконстанта на на
гряване на трансформатора t = 3 h ; OFAF h OFWF при x= 2h. Те
са съставени за конкретни топлинни параметри, характеризиращи
номиналния режим на натовар
ване на трансформатора, и ог
раничителни условия в режим
на претоварване при темпера
тура на охлаждащата среда
•0'0= —104- + 40° С (през 10°Cj.
Таблиците изразяват зивисимост-
та на коефициента на прето
варване К 2 като функция от
коефициента на начално нато
варване К х за различни продъл-
жителности на претоварване Н
(от 0,5 до 24 h).
На фиг. 6.2 са показани кри
ви за определяне на допусти
мото систематично претоварва
не на трансформатори със си
стеми на охлаждане OFAF и
OFWF при Ф0= 20° С, построе
ни по табличните данни, приве
дени в [4J.
Систематични претоварвания
Фиг. 6.2. График за натоварващата
ПрИ /С2> 1,5 (над 50%) не
способност на трансформатора
допускат без съгласието на за
вода производител. Разрешават
се аварийни претоварвания за 1,5</С2—2.0, ако температурата га
маслото в горните слоеве на казана не презишава 115°С-
За определяне на големината и продължителността на допус
тимите систематични претоварвалия, а така също на топлинното
износване на изолацията на намотките при претов;;рване, зададе
ният реален или очакван денонощен товаров график на трансфор
матора трябза да се преобразува в еквивалентен в топлинно от
ношение двустъпален правоъгълен график. Преобразуването е по
казано на фиг. 6.3 и се извършва в следната последовател
ност [4]:
1) на изходния график с продължителност Т се прекарва ли
ния, отговаряща на номиналната мощност на трансформатора 5 Н0М,
която пресича графика и определя участък с продължителност
Н ' , където товарът е по-голям от SHOm;
2) останалата част от графика ( Г — h ) се преооразува на ба
зата на равенство на площите в m-стъпален график с про«
дължителност на отделните стъпала A t:, &t2, . •
-
Atm и отгова
рящи на тях средни мощности s v s2, . .
sm;
0
0,5
144
3) участъкът с времетраене на претоварване И' на изходния
график се разделя по същия начин на р стъпала с интервали
ДЯ], Д Я 2, . . . , ДЯр и съответсгвуващи им средни мощности
9
*
t
^1»S‘2* ’ ' *» ‘-’р1
Фиг. б.З. Преобразуване на изходният товаров график на
трансформатора в еквивалентен двустапален правоъгълен
график
1 — изходен график; 2 — преобразуван еквивалентен график
4) намират се коефициентите на началното натоварване К х и
на претоварването К'2 за еквивалентния график:
,,
1
I S1А*г+52А^а+ • • - + S2mAtm
......
1 ^ном
5ном \
ЛМ~Д*2+ • • -+А*ш
к._
$2
1
l(s[YAH1+is^AMi+ ... +(Sp)2AНр
2
S.OM
S„0„ Y
-
ДЯ,+Д7Уг+
.
.
.
+4Wp
•
където
и S 2 са еквивалентните мощности, отговарящи съответ
но на началното натоварване и на претовар
ването, определени като средноквадратични
стойности за времето без и с претовар
ване ;
5) изчислената по (6.14) стойност на К'2 се сравнява с
5
АГщах =
- ст — (фиг. 6.3) на зададения товаров график и ако К \>
ном
>0,9 /Стах, се приема /\2=/С, а к°гато /С<0,9 КтлХу се приема,
10 Електрически подстанции
145
че /C2=0,9/Gnax. В последния случай продължителността на пре
товарване Н ' се коригира, като новата стойност на Н се опре
деля по израза
(/Со)®
"-"'wrfor-
<615)
Когато са известни
К2, Н и ^0, може да се прецени въз-
можността за работа на трансформатора по зададения график.
За целта от таблиците за допустимите систематични претоварва
ния, отговарящи га типа на трансформатора, или от построените
по тях графици аналогично на фиг. 6.2 се определя К 2лоп • Ако
трансформаторът може да работи по зададения гра
фик. В противен случай трябва да се намалят времето на пре
товарване или товарът на потребителите така, че това условие да
бъде изпълнено.
Независимо от систематичното претоварване за сметка на не-
равномерността на денонощния товаров график обикновено се
допуска до 15% допълнително претоварване, ако товарът се ме
ни през сезоните. Общото п, етоварване с отчитане на денонощ
ното и сезонното претоварване не трябва да превишава с повече
от 50 % номиналната мощност на трансформатора.
Допустимите аварийни претоварвания на трансформаторите мо
гат да бъдат кратковременни и продължителни. Кратковременни
аварийни претоварвания се допускат за всички трансформатори
независимо от тяхната мощност, охладителна система, продъл
жителност и големина на предшествувашите товари, температура
на охлаждащата среда и място на монтаж и т. н. Продължи
телността и големината на претоварването по ток в % спрямо
номиналния на трансформатора са дадени в [23].
За оценка на допустимите аварийни претоварвания на транс
форматорите се използуват таблици, дадени в [4]. От тях в за
висимост от вида на охладителната система и стойностите на K v
К 2 и И се определя допълнителното относително топлинно из
носване на изолацията през денонощието спрямо нормалното в
„нормални дни“ („изживени дни“). Таблиците са съставени за
температура на охлаждащата среда Ф0= 20 °С. Когато Фоф20°С ,
стойностите от таблиците се коригират, като се умножат с чис
лените значения на коефициенти (за температури от + 4 0 до
— 10 °С), буквеното означение (А—Е) на които същевременно
определя недопустимостта на претоварването над съответната
стойност на Ф0.
Ограничителните условия в режим на аварийно претоварване,
при които са съставени таблиците, са: 1) максималната темпера
тура на най-нагрятата точка на намотката да не бъде по-висока
от 140 °С, а на маслото в горните слоеве на казана— 115 °С; 2)
относителното денонощно топлинно износване на изолацията на
146
намотките е определено при изменение на Ф0 с 6 °С за темпера
тури от 60 до 140 °С.
Разглежданият метод е твърде сложен, затова на практика се
използува даденото в [23] по-грубо, но по-просто правило за до
пустимите аварийни претоварвания. То гласи, че за всички масле
ни трансформатори се допуска продължително претоварване до
40% в течение на 5 последователни денонощия по 6 часа в де
нонощие, ако коефициентът на началчото натоварване К\ ^ 0,93.
При това трябва да се използуват максимално всички охладител
ни системи на трансформатора особено през лятото. В случай
че е необходимо, се прилага и временно допълнително охлаждане
•
6.5. Конструктивни елементи на
трансформаторите
Основни конструктивни елементи на мас
лените трансформатори са магнитопровод, намотки, изолация, из
води, казан и разширител за маслото. Освен това трансформа
торите са снабдени и с различни спомагателни устройства —
за охлаждане, за регулиране на напрежението, за контрол и сиг
нализация и др.
Магпитопроводът изпълнява ролята на магнитна система и с ъ
щевременно служи като конструктивна и механична основа на
трансформатора. В общия случай той се състои от вертикални
ядра, около които се разполагат намотките, и от горен и от долен
ярем, свързващи ядрата и образуващи с тях затворена магнит
на верига. Съществуват и други конструктивни решения.
Магнитопроводите на съвременните трансформатори се съби
рат от отделни лисюве студеновалцована текстурована, електро
техническа стомана с дебелина 0,35 — 0,5 mm. Листовете се изо
лират един от друг с лаково, а в последно време с топлоустой-
чиво покритие с дебелина под 0,01 mm, нанасяно в процеса на
валцоване на стоманата. Такава стомана има специфични загуби
0 ,8 — 1,1 W/kg и допуска индукция В = 1,7 Т, а намагнитващият
ток е / м —(0,5 —0,6 %) / Ном (срещу загуби 1,5— 1,6 W/kg, В =
= 1,4—1,5 Т и / м = 3% за трансформатори с горещовалцована
стомана).
За да се намали диаметърът на намотките, формата на сечение
то на ядрата най-често е стъпаловидна, близка до кръгова. Яре
мът има същата или друга форма. Ядрата се стягат предимно
с помощта на бандажи от стъклена или от стоманена лента,
изолирана от тях. За стягане на яремите се използуват стом -
нени греди, свързани с шпилки или полубандажи.
За избягване на вътрешни разряди активната стомана и яреми
те задължително се заземяват, като се свързват със заземения
казан.
147
Намотките на трансформаторите са от електролитна мед или
алуминий с правоъгълно и по-рядко с кръгло сечение. Ге могат
да бъдат концентрични и редуващи се. Концентричните намотки
се изпълняват във вид на цилиндри с различни диаметри и се
разполагат концентрично ьа ядрата на магнигопровода. Формата
на редуващите се намотки също е цилиндрична, но са с малка
височина, имат еднакъв диаметър и се поставят на ядрата една
над друга. Такъв тип намотки се използуват главно за специални
и сухи трансформатори, за да се подобри охлаждането им.
Изолацията на маслените трансформатори е комбинация от
течни и твърди диелектрици — трансформаторно масло в съче
тание със специална изолационна хартия, електротехнически кар
тон, гетинакс, дърво и др. Тя се дели на вътрешна (вътре в ка
зана), която не е подложена на влиянието на околната среда, и
на външна (вън от казана) — подложена на такова влияние.
Казаните на маслените трансформатори са резервоари, запълне
ни с масло, във вътрешността на които са поставени активната
част, отводите и превключващите устройства за регулиране на
напрежението. Казаните на трансформаторите с малка и със средна
мощност се закриват с капак с горно разделяне. На него са зак
репени всички елементи на трансформатора и при ремонт се пов
дигат заедно с капака. Когато активната част е над 25 тона, за
да не се повдигат, тя се закрепва на дъчото па казана, а капакът
е с долно разделяне (при основата) от т нар. камбанен тип.
Разширителят е цилиндричен съд, свързан с казана на транс
форматора посредством тръбен отклонител. Чрез него се осъщест
вява свободно разширение и свиване на маслото при изменение
на обема му вследствие изменение на температурата. Същевре
менно се намалява допирната повърхнина на маслото с въздуха
и се свежда до минимум окисляването, овлажняването и замър
сяването му. Връзката па разширителя с околпата среда се из
пълнява с тръба, завършваща с въздухоизсушител, запълнен със
силикагел или друг адсорбент, поглъщащ втагата от въздуха.
6.6. Паралелна работа на трансформа
торите
Необходимостта от паралелна работа на
трансформаторите е тех шко-икономнчески въпрос, който обикно
вено се решава още в стадия на проектиране на РУ. В такъв
режим могат да работят два или повече трансформатори, когато
едноименните изводи на първичната и вторичната им страна са н
свързани взаимно в паралел и ако са изпълнени следните усло
вия :
1. Номиналните напрежения на страна ВН и страна НН да бъ
дат равни, т. е. трансформаторите да имат еднакви коефициенти
148
на трансформация. Допустимата разлика между тях е ±0.596
При неспазване на това условие между трансформаторите проти
ча изравнителен ток, който не позволява да бъдат натоварени
напълно.
2. Трансформаторите да имат еднакви напрежения на късо съе
динение ик . Отклонението от средното значение на ик не тряб
ва да надвишава ± 10 % . Ако това изискване не е изпълнено, то
варът няма да се разпределя пропорционално на номиналната
мощност на трансформаторите. Този от тях, който има по-малко
ик , ще поема по-голям товар и може да се претоварва, а транс
форматорът с по-голямо ик няма да се натоварва достатъчно.
3. Отношението на номиналните мощности на трансформатори
те да не превишава 1:3.
4. Намотките на трансформаторите да имат еднакви групи на
свързване. Последствията от несъблюдаване на това условие са
най-тежки, тъй като при включване в паралелна работа на транс
форматори с различни групи на свързване на намотките между
тях протичат изравнителни токове, които могат да бъдат недо
пустимо големи.
Групите на свързване на намотките на трифазните си юви транс
форматори се определят от фазовото изместване (ъгъла) между-
векторите на междуфазното напрежение на вторичната и пър
вичната намотка.
Обикновено намотките на трансформаторите се свързват по
следните схеми: звезда (у), звезда с известна нула (У0) и три
ъгълник (Д). В редки случаи то е зигзаг.
Чрез разпично свързване на намотките на тгифазните транс
форматори е възможно да се осъществяват 12 групи на свъ р
зване. При свързване звезда —звезда може да се получи всяка
четна група, а при свързване звезда — триъгълник или обратно —
всяка нечетна група.
Фазовото изместване между векторите на едноименните вто
рични напрежения на две съседни групи е 30°.
В практиката се използуват предимно трансформатори с групи
на свързване на намотките 11 и 0 (понякога 5).
Най-често срещаните схеми и групи, по които се свързват
намотките на трифазните двунамотъчни трансформатори^са: У/У —
0;У/Уо-0; У0/У0-0; У/Д-П; У0/Д-Н; Д/Д-0 .
За трифазните тринамотъчни трансформатори
Д/Д/Д-0
—0; Уо/Д/Д-П
- О; У0/У„/Д-0 -11.
В означенията първите два знака (за тринамогъчните трансфор
матори първите три знака) показват схемата, по която са свър
зани намотките, а вдясно от тях групата (групите) на свързване
то им.
При свързване на намотките в звезда те се изолират за фазо
вото напрежение, поради което цената на изолацията намалява.
149
Свързването им в триъгълник дава възможност да се намали
тяхното сечение, тъй като се оразмеряват за фазовия ток. Същ е
временно, когато намотката за НН е свързана в триъгълник, тя
създава затворен контур за третия и за кратните на три висиш
хармоници. Поради това те не преминават във вътрешна мрежа
и не влошават симетрията на напрежението на товара.
6.7. Автотрансформатори
Поради съществените им предимства в
сравнение с обикновените силови трансформатори автотраисфор-
маторите намират голямо приложение на подстанциите с напреже
ние 110 kV и по-високо. Като правило засега се използуват три
фазни, тринамотъчни автотрансфор
матори или трифазни групи от три
еднофазни тринамотъчни автотран:-
форматора. Те имат две намотки за
ВН и СН, съединени по автотранс-
форматорна схема с обща част меж
ду тях, и трета намотка за НН, свър
зана с останалите две намогки само
по електромагнитен път.
Както се вижда от фиг. 6.4, на
която е показана схема на една фа
за от трифазгн автотрансформатор,
намотката за СН представлява част
от намотката за ВН. Частта от на
мотката за ВН, включена между из
водите X и Ат, се нарича обща, а
между изводите А и А т — после
дователна. Тези намотки се свърз
ват в звезда с обща неутрала (А/),
която трябва задължително да се заземи директно.
За да се компенсира е. д. н. на третия хармоник и да се по
добри формата на кривата на напрежението, намотките за НН на
трите фази се свързват в триъгълник.
При предаване на мощност от страна ВН на СН, когато на
мотката НН е отворена, в последователната намотка протича то
кът / вн. Той създава магнитен поток и в общата намотка се ин-
дуктира токът /0. Токът на товара /сн е сума от тока / вн, про
тичащ поради наличието на електрическата връзка между намот
ките и тока / 0, създаден от електромагнитната връзка между тях. ,,
В съответствие с първия закон на Кирхоф за точка Ат може
да се напише
/сН= /вН+/о-
(6.16)
Фиг. 6.4. Принципна схема на
една фаза от трифазен автотранс
форматор
150
Пълната мощност, която автотрансформаторът е в сьстояние
да предаде от мрежа ВН в мрежа СН или обратно при изключе
на намотка НН, се нарича проходна.
Ако се пренебрегнат загубите в автотрансформатора, за нея
може да се напише
5пр=^вн/вн ^ ^сн/сн-
(6-17)
От фиг. 6-4 се вижда, че
£/вн = £/сн + (£/вн-£/сн).
(6.18)
След заместване на (6.18) в (6.17), се намира
Snp =UCh/вн -f(£/вн - ^сн) /вн,
(6 19)
но като се отчете (6 16) от (6.17), за S np се получава и изразът
*^пр= ^сн/вн+&сн/<у
(6.20)
Първите съставки отдясно на (6.19) и (6.20) представляват
електрическата мощност S eл, която се предава без трансформа
ция благодарение на галваничната връзка между намотките, а
вторите — трансформаторната мощност 5 тр, предавана по елек
тромагнитен път.
Следователно проходната мощност
5пр=5ел+6*тр.
(6.21)
При номинални условия на работа ^£/ном> /ном, ^ном и т. н.) под
номинална мощност 5 Н0М на автотрансформатора се разбира не
говата проходна мощност и 5 ном =«Snp, а трансформаторната мощ
ност S Tр се нарича типова, т. е. 5 тр = *^>тип•
Отношението на типовата към пълната номинална мощност на
ричат коефициент на типовата мощност К тнп • Той е известен и
като коефициент на изгодност, тъй като показва икономическата
изгода от използуването на автотрансформатор в сравнение с
трансформатор със същата номинална мощност:
^
_
5тнп _ (^вн—^сн) ■'вн _ !
^сн _
Лтип ~ SHOM -
£/Вн /ВН
“
"вн
(6.22)
където К вс = ^ b h /£/сн е коефициент на трансформация на авто
трансформатора.
Стойността и размерите, а така също разходът на активни ма
териали. мощността на отделните намотки и загубите на мощност
и енергия в автотрансформатора се определят от типовата му
мощност, която е по-малка от номиналната, тъй като
‘^ТИП= КтП ^НОМ, 3 Кг,и
1•
Очевидно колкото е по-малка стойността на Ктт, толкова по"
изгодно е да се използува автотрансформатор вместо обикновен
151
трансф рматор. За мрежите ВЧ у нас най-целесъобрлзни съчета
ния на напреженията са 220/110, 400/220 и 750/400 kV.
В съответствие с фиг. 6.4 последователната намотка има
мощност
Sn =(£/вн —Uch) /вн = К тт ‘S’hom = *$тип »
(6.23)
а мощността на общата намотка
So —UqН /о = £/сН (1сп —/вн) = ^СН /сн (1—I/ZCbc) —
(6.24)
= АТИП•ShoM=^тип-
Поради това последователната и общата намотка не трябва
да се товарят с мощност, по-голяма от типовата.
За използуване на предимствата на автотрансформатора номи-
налната мощност на намотката за ниско напрежение бнн също
не трябва да надвишава типовата. Тя може да се използува са
мо като компенсационна и тогава автотрансформаторът се нарича
двунамотъчен. В този случай мощността й се определя от изиск
ването за динамична и термична устойчивост и като правило
<S"Hh — *5тип/3- Към нея може да се включи източник на активна
и реактивна мощност, при което се получава повишаващ трина-
мотъчен автотрансформатор, като обикновено 5нн = 5 тип • При
използуване на намотка НН за захранване на потребители авто
трансформаторът е понижаващ и се приема 5нн =(0,6 —1,0) <ST„n .
На практика тринамотъчните трансформатори могат да работят
в различни режими, което трябва да се отчита при избора на
тяхната мощност и на схемите на РУ.
Автотрансформаторен реж им — в този режим намотката за
НН е отворена и е възможно предаване на номиналната мощност
*Sh0m о т страна ВН н а страна ^ Н (фиг. 6.5 а) или сбратно (фиг.
6.5 б). И в дзата случая последователната и общата намотка са
натоварени с типовата им мощност. Такъв режим е целесъобра
зен за двунамотъчен автотрансформатор, но не и за тринамотъ-
чен, тъй като намотка НН не се използува.
Трансформаторен р е ж и м — при него мощността може да се
предава от страна НН на страна ВН (или обратно) при изключе
на намотка СН (фиг. 6 5 в), както и от страна НН на стр?на СН
(или обратно) при изключена намотка ВН (фиг. 6.5 г). Възможен
е, но не е инономичен и трансформаторен режим, при който
енергията се предава от страна НН едновременно на ВН и СН.
Когато Shh = S TI1n =/Стип S„ou, тя винаги може да се предаде по
магнитен път. В първия случай (фиг. 6.5 в) при предаване на 5ТИп
последователната и общата намотка не са натоварени напълно.
През тях протича еднакъв па големина ток на трансформаторния
режим (/п = / 0 =Ктип /вн <Лзнном), което позволява да се преда
де допълнителна мощност от страна СН на страна ВН. Във вто
рия случай (фиг. 6.5 г ) при трансформация на 5 ТИп от ниско на
152
средно напрежение общата намотка е натоварена със същата
мощност и въпреки че последователната намотка не е натоваре
на, не може да се предаае допълнителна мощност от ВН на СН.
Очевидно трансформаторният режим не е изгоден, тъй като авто-
трансформаторът не се използува нзпьлно.
~
5
гнн
^ТИП^СНI
kW ch
Ln(AT)
©
lCH
—
g
I ofAT) I5[ :
■CH
Фиг. 6.5. Разпределение на токовете при различни режими на работа на авто-
трансформаторите
Комбиниран режим — той е съчетание на авготрансформато*
рен и трансформаторен режим. Тук са възможни различни ком
бинации, някои от които налагат значителни ограничения в рабо
тата на автотрансформаторите.
Комбинираният режим, при който мощността се предава по
автотрансформаторен път от ВН на СН и по трансформаторен
от ВН на НН (фиг. 6.5 д), е понижаващ и е възможен за някои
подстанции. В последователната намотка токът на автотрансфор-
маторния режим / П(а т ) и на трансформаторния режим / (Т) се су
мират, а в общата намотка токовете на ьвтотрансформаторния
режим /0(АТ) и на трансформаторния / (т> са носочени противопо-
ложно. Този режим е целесъобразен и се ограничава от натовар
ването на последователната намотка.
На фиг. 6.5 е е показан комбиниран режим с предаване на мощ-
153
ността от ВН и НН на СН. В случая през последователната на
мотка протича само токът на автотрансформагорния режим / п(Ат)*
а в общата намотка токовете на автотрансформаторния режим
/о(ат) и на трансформаторния / (Т) са еднопосочни.
Разглежданият режим е нерационален и се ограничава от това
ра на общата намотка. Той е допустим при S o 5? 5 тип •
При използуване на автотрансформаторите трябва да се отчи
тат някои техни характерни особености :
1. Електрическата връзка между намотки ВН и СН на автс-
трансформаторите изисква директно заземяване на неутралата им
и поради това могат да се прилагат само в мрежи с ефективно
заземена неутрала (у нас 110 —7^0 kV). Използуването им в мре
жи с изолирана неутрала и в комбинирани мрежи не е разреше
но, тъй като при еднофазно земно съединение могат да възник
ват недопустимо високи пренапрежения, които да преминат от
страна ВН на страна СН.
2. При използуване на автотрансформатори се увеличават то
ковете на еднофазно к с. и на двуфазно к. с. към земя. Основ
ни причини за това са необходимостта от директно заземяване
на неутралата им и обстоятелството, че напрежението на к. с.
между намотките за ВН и СН е по-малко (0,45—0,7) от това на
трансформаторите.
3. Автотрансформаторите изискват допълнителна защита на
всички намотки посредством вентилни отводи. Те се свързват
без разединители (твърдо) и се поставят в близост до тях на
разстояние, не повече от 60 т .
4. Регулирането на напрежението при автотрансформаторите е
вградено и това създава определени затруднения. По технически
съображения намотката за регулиране обикновено е към линей
ния извод за СН. По този начин то става независимо, но устройст
вото за регулиране трябва да се оразмери за пълния номина
лен ток и за номиналното напрежение на страна СН.
154
Глава VII'
Главни електрически схеми и
конструкции на разпределителни
уредби
7.1. Общи сведения
7.1 .1 . Видове схеми
Електрическите уредби
се
изпълняват
по определени схеми, показващи вътрешната структура и взаим-
ната връзка между елементите им (генератори, трансформато
ри, комутационни апарати, измервателни трансформатори и др.).
В общия случай електрическата схема е чертеж, на който с
условни графични означения са изобразени елементите на уред
бата, свързани помежду си в такава последователност, която от
говаря на тяхното действително изпълнение.
Главната електрическа схема не само характеризира напълно
елементите на електрическата уретба, но и определя до голяма
степен нейните гехнико-икономически показатели и експлоата
ционни качества. Поради това понятието „електрическа схема“ че
сто се пренася и използува за реално съществуваща електричес
ка уредба, условно изобразена на чертеж. В този смисъл се го
вори за „надеждност на схемите“ ,
„икономичност на схемите“
ит.н.
Електрическите схеми на електрическите централи и подстан
ции се делят на първични и вторични. От своя страна първични
те схеми се подразделят условно на главни схеми и схеми за
собствени нужди.
Главните схеми обхващат основните електрически съоръже
ния (генератори, трансформатори), комутационната и друга ап а
ратура и първичните (силовите) вериги, по които енергията се
предава от източниците към потребителите.
Схемите за собствени нужди включват съоръженията, апа
ратите и първичните вериги, посредством които се захранват
потребителите в системата за собствени нужди на електрическата
уредба.
На чертежите първичните схеми на трифазните системи се
представят еднолинейно или трилинейно, а като превило елемен
тите на уредбата се показват в нормално (изключено) положение.
Тъй като по принцип към всяка от фазите на трифазните систе
ми се монтират еднакви апарати, се приема, че има пълна симет
рия и на еднолинейните схеми трите фази се чертаят с една ли
ния. Когато апаратите към отделните фази са различни или ако
системата не е трифазна (например при наличие на нулев про-
155
водник), това се отбелязва на чертежите по съответен начин.
Еднолинейните схеми са нагледни, лесно се чертаят и разчи
тат и затова имат най-широко практическо приложение.
На трилинейните схеми се изобразяват трите фази, като на тях
w1
1
110 kV
VV2
1
QS1
Q1
QS3
QB1
1 QS5
QS6 1
QS2
Q2
QS4
QS8
РОНДЗ 110/530
ММО
110/1250/20
ТМОА-126
100-200-400/5/5/5 А
ТМР 10000/110
TKC-12
800/5/5 А
КРУ 2-10 Б
800 А
1РОНА 110/630 ____\
Г
РВМ 35 * РВМ20
110 kV
п:г
<-И
-
5СГ
С£Г
ссс
4-
6] 10kV
Фиг. 7.1. Видове схеми на РУ
а — структурна; б — принципна; в — пълна
обикновено се указват и съединенията на вторичните вериги. Те
са големи по обем и трудно се четат, поради което имат огра
ничено приложение. Изготвят се при необходимост за отлелни
присъединения (основни вериги) — генераторно, трансформаторно,
линейно и др.
Според предназначението си първичните схеми се делят най-
общо на структурни, принципни и пълни (фиг. 7.1).
На структурните схеми (фиг. 7.1 а) се показват само основ
ните функционални елементи на електрическата уредба без елек
трическите апарати. Те обхващат разпределителни уредби (РУ)
за различни напрежения, изобразени условно като правоъгълни
ци. генераторите, трансформаторите и връзките между тя*. Те
зи схеми се изготвят в началния стадий на проектирането и слу
жат за обща оценка на работата на уредбата и за съставяне на
по подробните принципни и пълни схеми.
Принципните схем и (фиг. 7 1 б) съдържат почти всички функ
156
ционални елементи без някои електрически апарати, като токови
и напреженови трансформатори, вентилни отводи и др. На тях не
се посочват типът и техническите данни на основните съоръже
ния, апаратите и шините. Предназначени са за анализ, изчисле
ния, технико-икономически сравнения, учебни цели и т. н.
Разновидност на тези схеми са принципните оператив
ни схеми, използувани от експлоатационния персонал за точ-
по отразяване на действителното състояние на елементите (вклю
чено, изключено) в даден момент.
Пълните схеми на първичните електрически съединения
(фиг. 7.1 в) обхващат всички функционални елементи от първич
ните вериги с посочване на типа и техническите им данни. На
тях често се нанасят и апаратите за измерване и релейна защита,
като свързването им не се дава или се прави опростено. Пъпни
те схеми са основни при проектирането, изграждането и експло
атацията на електрическите уредби.
7.1.2. Основни изисквания към
главните схеми
При избора на главните схеми на РУ на
електрическите централи и подстанции трябва да се отчитат раз
лични фактори: предназначението и режимите на работа на РУ;
схемите и напреженията на близките участъци от мрежата и връз
ките на РУ с нея; броят, мощността и видът на присъединения
та; големината, характерът и отдалечеността на товарите; кате
горията на потребителите от гледна точка на надеждност на елек
троснабдяването; перспективи за развитие на схемата; загубите
за народното стопанство от недоотпускане на електрическа енер
гия при нарушаване на електроснабдяването; допустимите нива
на токовете на к. с. и др.
Основните изисквания към електрическите схеми и конструк
циите на съответствувашите им РУ са:
1. Надеждност — изразява се в свойството на елементите и
схемата на електрическата уредба да изпълняват функциите си в
различни експлоатационни условия, като осигурят непрекъснато
електрозахранване на потребителите с електрическа енергия с
нормирано качество. Абсолютна надеждност не е възможна, зато
ва тя е само относително изисквлне. Доскоро надеждността се
оценяваше само качествено През последните години са разрабо
тени различни вероятностии методи за количествената й оценка.
У нас е възприет метод, който отчита възможните загуби (в ле
ва) за народното стопанство при нарушаване на електроснабдява
нето. Той се основава на формулата за пълните приведени раз
ходи [21], но позволява да се направи само сравнителна оценка
между варианти на отделните схеми при еднакви изходни пара
157
метри. По този метод не е възможна пълна технико-икономичес-
ка характеристика на надеждността на отделната схема при ек
сплоатационни условия.
2. Удобство и безопасност — определят се от възможността
да се извърши подготовка на работното място за ремонт на от
делните елементи на РУ, като се осигури безопасност за ремонт
ния персонал. По принцип подготовката на схемата за провеж
дане на ремонтни работи и самият ремонт трябва да стават, без да се
нарушава или ограничава електроснабдяването на потребителите.
3. Оперативна гъвкавост — свойство, характеризиращо спо
собността на схемата да съхранява функционалните си възмож
ности в различни режимни състояния. Тя показва доколко схема
та е маневрена и е приспособена за провеждане на оперативни
превключвания без нарушаване на нормалната работа на присъе
диненията. В това отношение най-добри са схемите, при които
оперативните превключвания стават с прекъсвачи с дистанционно
управление.
4. Икономичност — оценява се с размера на пълните приведе
ни разходи, които трябва да бъдат минимални. Очевидно колко
то по-високи са останалите изисквания към схемата, толкова по-
големи ще бъдат първоначалните капитални вложения за нейното
изграждане. В процеса на експлоатацията те могат бързо да се
откупят поради по-добрите й експлоатационни показатели. Прак
тиката показва, че по-икономични са схемите, имащи минимален
брой прекъсвачи.
5. Възможност за разширение — изискване, което не се пре
дявява към всички схеми на РУ. Докато РУ на ВЕЦ обикнове
но не се разшиояват, уредбите и следователно схемите на
топлофикационните електрически централи и на много подстан
ции се разширяват често. Затова всеки отделен случай изисква
конкретен подход.
6. Възмо жност за автоматизация — необходимостта от ав
томатизация и нейното ниво се преценяват в зависимост от пред
назначението на РУ, мястото й в системата, вида на съоръже
нията и други изисквания. Съвременна тенденция е РУ да се
изграждат п"> схеми с висока степен на автоматизация.
7. Екологична чистота — характеризира се с влиянието, което
РУ и схемата, по която е изградена, оказват върху околната сре
да. Това влияние — силен шум, електрически и магнитни полета
с висок интензитет, изхвърляне на вредни вещества и др , трябва
да бъде възможно най-малко и без недопустими последствия.
158
7.1 3 Класификация на главните
електрически схеми
От гледна точка на конфигурацията всич
ки схеми могат да се разделят на три основни типа:
1. Схеми с еднократно свързване на присъединенията (с кому
тация на веригите чрез един прекъсвач).
2. Схеми с многокрагно свързване на присъединенията (с к о
мутация на веригите чрез два прекъсвача).
3. Опростени схеми (с намален брой прекъсвачи).
Съществуват и схеми, представляващи комбинаиия между по
сочените три типа, при които комутацията на присъединенията
става с различен брой прекъсвачи.
При разглеждането им по-нататък всички схеми са изобразени
еднолинейно. Показани са само основните елементи — прекъсва
чи, шини и линейни разединители (без заземителните) и шинните
сгстеми. Захранващите източници могат да бъдат генератори,
трансформатори или електропроводни линии в зависимост от то
ва, къде се прилага схемата. За опростяване на някои схеми
разединителите са показани условно с наклонена чертичка.
7.2. Схеми на РУ с еднократно
свързване на присъединенията
Характерна особеност на схемите от този
тип е, че се строят на радиален принцип, т. е. имат радизлна
структура. При тях всички присъединения (входящи и изходящи
вериги) са свързани в общ комутационен възел, койго по техни
чески съображения се развива в събирателни шини на РУ. Тези
схеми могат да се класифицират вътрешно н а :
1) схеми с една система събирателни шини (несекционирани,
секционирани, с обходна шинна система);
2) схеми с две системи събирателни шини (несекционирани,
секционирани, с обходна шинна система).
7.2.1. Схеми на РУ с една система
събирателни шини
Електрическа схема на РУ с една система
събирателни шини е показана на фиг. 7.2 а. Схемата е проста и
нагледна. Броят на апаратите е минимален и поради това е иконо-
мична. Разединителите служат единствено за прекъсване на верига
та при ремонтни работи. Оперативни превключвания с тях са въз
можни само когато прекъсвачът в съответната верига е изключен.
Операциите с разединителите са прости и еднотипни, а блокирането
159
и м е прекъсвача срешу погрешно изключване под товар е лесно и
сигурно. Поради това погрешни действия от страна на експлоата
ционния персонал на практика са изключени. При необходимост
да се изключи дадено присъединение, например електропровод-
К2
Я
КЪ| W1
7"
7I
QS1
Q1
QS2
“I— Т
I
W2
Q2
Q3
Q5 MQ6
-
.
?т
IW3
jw5
IW6
ХГ7
Q5 flQ6
|W5 JWS
г1 ]07s ,
си
1J■
*1
Фиг. 7.2. Схеми на РУ с една система събирателни шини
а — несекционирана; б — секционирана
ната линия W1, е достатъчно да се изключи съответният прекъс
вач Q1. Ако той трябва да С2 ремонтира, се изключват и разе
динителите от двете му страни — линейният QS1 и шинният
QS2. В този случай прекъсвачът допълнително се заземява от
страна на линията и на шините. За уредби с напрежение llOkV
и по високо заземяването става посредстзом стационарни заземи-
телни разединители (заземителни ножове, монтирани към разеди
нителите QS1 и QS2), които не са показани на схемата, а при
по-ниско напрежение — с преносни заземители.
Схемата има и съществени недостатъци. При ремонт или ре
визия на прекъсвача на дадено присъединение електроснабдява
нето на потребителите по него се прекъсва за цялото време на
работа. В случай на к. с. по някоя от линиите, например на ли
нията W1 в точка К1, релейната защита трябва да изключи съ
ответния прекъсвач Q1. Ако той откаже да изключи, цялата РУ
остава без напрежение, тъй като изключват прекъсвачите на зах-
160
ранващиге присъединения. Същото се получава и при к. с. в
която и да е точка К 2 на събирателните шини. Изключване на
напрежението на цялата уредба се налага и при ремонг на шин-
ната система или на някой от шинните разединители.
Следователно в този вид схемата не отговаря на изискванията
за електроснабдяване на отговорни потребители (I категория) и
се използва основно за захранване на неотговорни потребители
при брой на присъединенията до 4 —6.
За подобряване на надеждността и оперативната гъвкавост на
схемите се прибягва до тяхното секциониране.
Секционирането има за цел да подобри надеждността и
условията за провеждане на ремонтни работи. Тук под секцио
ниране се разбира разделяне на събирателните шини на части,
които могат да работят самостоятелно или съвместно в РУ.
Обикновено работните шини се секциоиират на няколко секции
(до 3 —4) с помощта на прекъсвачи и по изключение само с ра
зединители. В схемите на топлофикационните електрически цен
трали понякога между секциите се включват токоограничаващи
реактори. Най-често броят иа сеьциите съответствува на броя на
захранващите източници.
Схема на единична шинна система, секционирана на две сек
ции, е представена на фиг. 7.£ б. Връзката между секциите се
осъществява посредством секционния прекъсвач QB1. Устрой
ството на релейната защита тук се изпълнява поотделно за вся
ка секция и трябва да действува на прекъсвачите Q1 и Q2 на
захранващите присъединения на съответните секции и на секци
онния прекъсвач QB1- При к. с. на шините на едната от секции
те (точка /<7), както и при ремонт на шините или на шинен
разединител към тях се губят само присъединенията, включени
към нея, а втората секция остава да работи.
На схемата секционният прекъсвач QB1 е приет нормално
включен, на практика той може да бъде и нормално изключен.
При включен прекъсвач QB1 двете секции работят в паралел,
което е икономически изгодно, но токовете на к. с. са по-големи.
Ако се повреди едната от двете секции, например при к. с.
в
т. /(/, прекъсвачът QBJ изключва и отпадасамо повредената секция.
При изключен грекьсвач се осъществява разделна работа на сек
циите и токовете на к. с намаляват, обаче се губят предимства
та на паралелната работа. Когато секционният прекъсвач QB1 е
включен и отпадне захранващият източник на една от секциите,
нейният товар се поема от захранващия източник на другата
секция. В случай че прекъсвачът QB1 е изключен, се задейству
ва автоматичното включване на резерва (АВР) и той се включва
автоматично, с което се постига същият резултат.
Повишената надеждност и оперативна 1ъвкавост на схемата
със секционирана в сравнение със схемата с несекционирана шин
на система позволява тя да се използува за захранване на отго-
11 Електрически подстанций
161
ворни потребители. В този случай всяка от секциите се счита за
независим източник на захранване. Например, ако показаната с
пунктир понижаваща подстанция се захранва от двете секции по
линии W4 и W5 при изключен секционен прекъсвач QB2 и ста
не к. с. в т. К2, ще изключат прекъсвачите Q4 и Q7, a QB2 ще
се включи от АВР и захранването на останалата без напрежение
секция ще се възстанови по линията W5.
Основен недостатък на схемата е, че при повреда или ремонт
на секционния прекъсвач се изключват двете секции. При ремонт
на една от секциите присъединенията към нея се изключват за
времето на ремонта.
Схемата се прилага при напрежения 6 — 10 kV в електрическите
подстанции, за захранване на собствените нужди на електричес
ките централи, за уредби на генераторно напрежение на топло
фикационните електрически централи, както и за РУ до 110 kV.
7.2 2. Схеми на РУ с две системи
събирателни шини
Структурата на изграждане на схемите е
показана на фиг. 7.3.
При тези схеми (фиг. 7.3 а, 6) с помощта на два шинни разе
динителя QS1 и QS2 всички присъединения се свързват с двете
шинни системи А1 и Л2 и могат да се включат към всяка от
тях. Връзката между шинните системи се осъществява посред
ством шиносъединителния прекъсвач QA1. Нормално схемите с
двойна шинна система могат да работят в два режима. При пър
вия режим (фиг. 7.3 а), използван главно в РУ 6 —20 kV, едната
шинна система е работна и към нея са свързани всички присъе
динения, а втората е резервна и е без напрежение. Шиносъеди-
нителният прекъсвач QA1 е изключен (на чертежа прекъсвачът е
потъмнен). При втория режим (фиг. 7.3 б) двете шинни системи
са работни и са под напрежение. Шиносъедини' елният прекъсвач
QA1 е включен, а захранващите и изводните присъединения се
разпределят приблизително поравно така, че обменната мощност
през прекъсвача Q A I да бъде малка Схемите, работещи в такъв
режим, се наричат схеми с фиксирано свързване на присъедине
нията и се предпочитат при РУ с £/НОм — 110 kV, където токове
те на к с. са големи. Недостатък на схемата в този случай е,
че всяко преразпределение на присъединенията между шините
изисква пренастройване на релейната защита. При еднакъв брой
присъединения капиталните вложения при двойната шинна систе
ма са с около 20—25% по-високи в сравнение с единичната шинна
система.
Схемата с двойна шинна система позволява ремонт на всяка
от шините или на шинен разединител да се проведе без изключ
162
ване па присъединенията. За целта всички присъединения се прех
върлят към резервната (втората) шинна система. Операциите по
прехвърлянето започват с включване на разединителите Q S4 и
QS5 в^шиносъединителнате верига (ако не са включени пррдва-
•V
Чч, •-- »
« .»•
"СН
ЗА'♦QA2-СВ1
Фиг. 7.3. Схеми на РУ с две системи събирателни шини
а — несекционирана; б — с фиксирано свързване на присъединенията1 в — секционира-
иа; г — вариант’
рително), а след това се включва и самият шиносъединителен
прекъсвач QA1. С неговата включване се проверява изправността
на резервната шинна система и същевременно сеЧ ъздава сигур-
на шунтираща (паралелна) връзка при извършване на операции
с шинните разединители.
Ако резервната шина е изправна, прекъсвачът QA1 остава вклю
чен. За да се избегне нежелателното му изключване по време на
операциите по прехвърляне на присъединенията, се прекъсва опе
ративният ток на веригите за управлението му.
Прехвърлянето на присъединенията може^да стане по два на
ч и н а — чрез включване на разединителите на всички присъедине
ния към резервната шинна система и изключване на разедините
лите от работната шинна система или чрез последователно включ
ване и изключване на разединителите на отделните присъедине-
ния. Операциите с разединителите тук са допустими и няма
163
опасност от възникване на електрическа дъга. След завършва
не на прехвърлянето се подава оперативен ток на шиносъедини-
телния прекъсвач QA1 и той се изключва. Пои необходимост то
зи прекъсвач може да замести прекъсвача па всяко от присъе
диненията. За това е необходимо прекъсвачът на съответното
присъединение, за случая Q1 на фиг. 7.3 а, да се изключи и де
монтира, а на мястото му да се пзстави временна връзка (пока
зана с пунктир). След това присъединението се включва към ре
зервната шина и тя се захранва от работната през шиносъедини-
телния прекъсвач QA1, релейната защита на който предварително
се пренастройва. Такава временна схема се прилага само в краен
случай. Обикновено прекъсвачите на присъединенията се ремон
тират, като последните се изключват за времето на ремонта.
Схемите с двойна шинна система са значително по надеждни
и гъвкаеи от тези с единична шинна система. При к. с. на съ
бирателните шини, към които са включени присъединенията, схе
мата се разпада и в първия моменг РУ остава без напрежение
както при единичната шинна система. Тук обаче в следаварий-
ния режим може да се използува втората (резервната) шинна си
стема и да се съкрати времето на прекъсване на електроснабдя
ването. За подстанциите то се определя ог продължителността
за прехвърляне на товара от едната
шинна система
към
другата. При електрическите централи това време може да се
увеличи значително, ако се наруши технологичният им режим.
Към недостатъците на схемата могат да се отнесат сривнител-
но голямото количество разединители, изолатори и тоководещи
части и по-сложната конструкция на РУ, което я оскъпява. Ако
се използува режим с фиксирано свързване на присъединенията
(фиг. 7.3 б) и шиносъединителният прекъсвач се повреди, ще из
ключат всички присъединения към двете събирателни шини. В
тези схеми разединителите са оперативни апарати, с които се ма
нипулира, когато през тях протича ток. Въчреки че се използу
ват специални блокировки, които не разрешават едновременно
изключване на двата шинни разединителя, когато прекъсвачът на
присъединението не е изключен, вероятността за изключване на
разединител под товар тук е много по голяма, отколкото при
единична шинна система. Схемата се прилага при 6 —8 присъеди
нения.
Подобно на единичната се секционира и двойната шинна систе
ма на 2 до 4 секции (фиг. 7.3 в). Обикновено се секционира са
мо работната шинна система, както е показано на схемата, но
има схеми, при които са секционмрани и двете шинни системи.
Секционният прекъсвач QB1 може да бъде нормално включен
или изключен. Секциите В1 и В2 се съединяват с резервната
шинна система посредством шиносъединителните прекъсвачи QA1
и QA2. Като правило те са нормално изключени. Тъй като пре
късвачите са с 3 повече от присъединенията, схемата се оскъ-
164
пнва чувствително и затова се избягва приложението й при висо
ките напрежения.
Броят на прекъсвачите може да се намали, ако се съчетаят
функциите на секционния и
шиносъединителния прекъсвач и
се използува само един прекъсвач, както е показано като вари
ант на фиг. 7.3 г. Такова решение не се препоръчва за отговор
ни уредби, гът като се снижават оперативната гъвкавост и на
деждността.
Оперативните превключвания, прздимствага и недостагьците
при двойната се щион 1рана шинна система са аналогични на те
зи при единичната секционпрана шинна система.
7.2.3. Приложение на обходна шин на
система
Обходната шинна система е предназначе
на да осигури ремонт и ревизия на прекъсвачите на всяко от
присъединенията, без да се наруши захранването на потребите
лите. Прилага се за РУ с напрежение 110 kV и по-високо както
при единична, таки и при двойна шинна система без и със сек-
циониране на шините. Схема на единична шинна система с об
ходна е показана на фиг. 7.4 а. Работната шинна система е
свързана с обходната чрез обходния прекъсвач QO, а присъеди-
А1
А1
Фиг. 7.4. Схеми на РУ с обходна шинна система
а — единична шинна система с обходна; 6 — двойна шинна система с обходна; в —
варааят
иенията посредством обходните разединители QSO. В нормален
режим обходният прекъсвач и обходните разединители са изклю
чени, а обходната шина е без напрежение. При необходимост от
ремонт на прекъсвача на някое от присъединенията той се за
м«ня с обходния прекъсвач. За целта се включват разединители-
те във веригата на обходния прекъсвач, а след това и самият
прекъсвач QO. По този начин се подава напрежение от работ-
ната на обходната шинна система и тя се изпробва. Ако е из-
правна, обходният прекъсвач се изключва, включва се обходният
разединител QSO на съответното присъединение и отново се
включва обходният прекъсвач QO. Така присъединението се оказ
ва захранено посредством веригите на два паралелно включени
прекъсвача — работния QI и обходния QO- Това позволява под
лежащият на ремонт прекъсвач Q1 и разединителите от двете
му страни QS1 и QS2 да се изключат, а присъединението оста
ва да се захраньа от работната шинна система през обходните
елементи — прекъсвача QO, обходната шина и разединителя QSO.
След завършване на ремонта схемата се възстановява, като се
включват разединителите QS1 и QS2 и прекъ вачът Q1, а се из
ключват прекъсвачът QO и разединителят QSO.
По аналогичен начин се изпълнява схемата на единична сек-
ционирана шинна система с обходна шина.
Оперативните превключвания не се различават от разгледани
те по-горе, като всяка от секциите е свързана с обходната шин
на система с отделен обходен прекъсвач. Съществуват схеми, в
които вместо два се използува само един обходен прекъсвач, и
такива, в които функциите на секционния и на обходните пре
късвачи се обединяват, но се снижават надеждността и маневре
ността им.
Наличието на обходна шинна система не оказва влияние вър
ху предимствата и недостатъците на схемите при нормалната им
работа.
Схеми с две системи несекцчонизани събирателни шини и об-
хотна шина (фиг. 7.4 б) се използуват в РУ с напрежение 1 10
kV и по високо при брой на присъединенията 8 и повече. Ако е
необходимо, едната от двете шинии системи, а понякога и обход
ната се секционират. Предпочита се схемата да работи с фикси
рано свързване на присъединенията. Оперативните превключвания
за ремонт на прекъсвачите на присъединенията не се различават
от тези при единичната шинна система с обходна шина. И тук
функциите на обходните и на шиносъединителния прекъсвачи мо
гат да се обединят (фиг. 7.4 в), но се намаляват надеждността
и оперативната гъчкавост.
Разгледаните принципни приложения за изграждане и работа
на скемиге с еднократно свързване на присъединенията не из
черпват извънредно голямото им многообразие. На практика се
срешат различни съчетания и модификации на тези схеми, отго
варящи на определени изисквания и експлоатационни условия.
Затова при избора на схема трябва да се подхожда конкретно
за всеки отделен случай.
166
7.3. Схеми с многократно свързване
на присъединенията
Като се отчита отговорността на схемите
за високо и свръхвисоко напрежение (£/НОм ^2 20 kV), с цел да
се повишат надеждността и оперативната им гъвкавост се пре
минава към друга (кръгова) структура на построяване на схеми
те. Създават се един или няколко затворени контура и се стига
до схеми, където присъединенията се изключват с два прекъс
вача. По тази причина те се наричат още схеми с многократно
свързване на присъединенията. Към тях се отнасят схемите с
2; 1,5 и 1,33 прекъсвача на присъединение и многоъгълните
схеми.
7.3.1. Схеми с две системи събира
телни шини с многократно свързване на
присъединенията
В тези схеми (фиг. 7.5 а, б, в) всяко присъединение е защите
но с два прекъсвача. Схемите имат висока надеждност, но пре
късвачите са повече от присъединенията, поради ксето са с к ъ
пи. Броят на присъединенията практически може да бъде нео
граничен и лесно се разширяват. В нормален режим двете шин
ни системи са работни и всички прекъсвачи са включени. Всяка
шинна система има собствена Р ' .
При повреда на присъедине
ние, например к. с. в т. K I , по линията W1 се изключва само за
сегнатото присъединение чрез прекъсвачите Q1 и Q2 и то от
пада от работа. Повредата на една от шинните системи или из
веждането й за ремонт не води до изключване на присъедине
н и я та— изключват се само прекъсвачите към нея, а присъедине
нията остават св ьрзани към другата изправна шинна система.
Ремонтът на прекъсвачите става без изключване на присъеди
ненията и без сложни оперативни превключвания в първичните
вериги и веригите на РЗ. Разединителите служат само за изола
ция от частите под напрежение при ремонт и с тях не се из
вършват оперативни превключвания. Те се изключват след из
ключване на съответния прекъсвач, с който имат блокировка.
Следователно представените на фиг. 7.5 а, б, в схеми имат
съществени предимства пред тези с еднократно свързване на
присъединенията. Триге схеми са равностойни помежду си в
много отношения, но между тях има и различия.
Преди всичко не са равни по капитални вложения— колкото
по-голям е броят на прекъсвачите на едно присъединение, тол
кова по-скъпа е схемата. Изявяват се различно и в някои ненор
мални режими, например при извършване на ремонтни работи.
167
Ако в схемата с 2 прекъсвача на присъединение (фиг. 7.5 а) се
ремонтира едната шинна система и стане к. с. но другата шин
на система, се губи цялата РУ, докато при другите две схеми
(фиг. 7.5 б, в) това може да се избегне. За целта е необходимо
А1
а
Фиг. 7.5 . Схеми иа РУ с две системи събирателни шини с многократно свърз
ване на присъединенията
а — с два прекъсвача; б— схгма 3/2; в— схема 4/3
да се балансират мощностите на зихрарьащия източник и по
треблението в отделните вериги така, че при самостоятелна ра
бота в тях да няма недостиг или излишък на мощност. Тогава
при отпадане на двете шинни системи схемата се разпада на
отделни части (вериги), във всяка от коиго се запазва обменът на
мощност. В схемата на фиг. 7.5 б с три прекъсвача на две при
съединения (т. нар схема 3/2) тоза балансиране трябва да стане
1(38
между 2 елемента, например линията W I и генератора G1, а в
схемата на фиг. 7.5 в с 4 прекъсвача на три присъединения (схе
ма 4/3) — между 3 елемента. Възможно е при повреда на даде
но присъединение единият от прекъсвачите да откаже да из
ключи (едновременен отказ на 2 прекъсвача е малко вероятен).
Тогава при схемата от фиг. 7.5 а освен присъединението ще
се изключи и шинната система от страната на повредения пре
късвач. При останалите две схеми резултатът може да бъде с ъ
щият, ако откаже прекъсвач към шините, но в случай че откаже
прекъсвач между две присъединения, който е общ за тях (Q2
на фиг. 7.5 б, в \ ще отпадне второ неповредено присъединение.
Разглежданите схеми могат да се анализират и за други ре
жимни състояния и точки на к. с.,както и за друго съчетание на
елементите им.
Очевидно най-скъпа и най-уязвима при к. с. е схемата с 2
прекъсвача на присъединение. У нас тя не се използува и се д а
ва предпочитание на схемата с 1,5 прекъсвача, която е изпълнена
практически при някои РУ за 220 и -100 kV.
7.3.2. Схеми шини —присъединения
По своята същност тези схеми са част
ни случаи па развитие
на схемите с 2 и 1,5 прекъсвача на
присъединение.
Основният стремеж е да се намали броят
Фиг. 7.6. Схеми на РУ ш и н и — присъединения
на прекъсвачите, като се запази достатъчно висока оперативна
гънкавост и надеждност. За тази цел към едната или двете шин-
ни системи се присъединяват без прекъсвачи (твърдо)трансфор
матори (7V и Т4на фиг. 7.6), понякога блокове генератор—транс
169
форматор (генераторът е показан с пунктир) и много рядко елек
тропроводни линии. Трансформаторите имат висока надеждност
и се допуска да се присъединяват твърдо към събирателните
шини независимо от броя на прекъсвачите, които ще изключат
при повреда, в тях. Електропроводните линии се по повреждат
често, поради което твърдото им присъединяване към събира
телните шини се разрешава само при положение, че всяка повре
да се из<лючва най-много с два прекъсвача. Така се т б я г в а мно-
гократното изключване на голям брой прекъсвачи. Показаната на
фиг. 7.6 схема шини - присъединение е с 1,5 прекъсвача, но тя мо
же да се приложи и при 2 прекъсвача на присъедине ше.
Възприемането на схема шини— присъединение зависи и от ре
жимите на работа на епементите. Ако те изискват чести опера
тивни превключвания, твърдото им присъединение също се из
бягва.
7.3.3 Многоъгълни схеми
При многоъгълните схеми прекъсвачите
са свьрзани помежду си и образуват затворен контур. Тук няма
ясно изразени шинни системи, а между всеки два прекъсвача се
създават малки комутационни възли, към които се свързват при
съединенията.
Както се вижда от показаната на фиг. 1 .1 а схема четири
ъгълник, изключването на всяко повредено присъединение става
с два прекъсвача, а разединителите в схемата са само ремонтни
апарати.
Стойността на схемата е ниска, тъй като прекъсвачите са скъпи,
а техният брой е равен на присъединенията. В нормален режим
тя има добри показатели, които рязко се влошават при отваряне
на контура. Такова отваряне се получава при ремонт на всеки
от прекъсвачите и при изключване на някое от присъединения
та. В случай че е изведен за ремонт прекъсвачът Q1 и стане
к. с. по линията W2, изключв .т прекъсвачите Q3 и Q4 и схемата
се разпада на две части. В този случай отпада и трансформато
рът Т2 и в работа остава линията W1 с трансформатора Т1. Ако
едноименните присъединения са свързани непосредствено едно
до друго, в зависимост от мястото на к. с. е възможно при раз
падане на схемата в едната част да останат само линейни, а в
другата само трансформаторни присъединения. За схемата от
фиг. 7.7 а при разглежданата постановка това се получава, ако
се разменят м е о а т а на линията W1 и трансформатора Т2. .За
това стремежът е линейните (изводните) и трансформаторните
(захранващите присъединения) да се редуват.
За повишаване на надеждността на схемата при ремонт и ава
рийно изключване на присъединение контурът не трябва да ос
170
тава отворен проаължително време. С оглед на това, след като
присъединението се изключи, например линията W1 с прекъсва
чите Q1 и Q2, се изключва и разединителят към присъединенията
QS3, а прекъсвачите Q1 и Q2 е включват отново и контурът
се затваря.
_
W1
QS1\ QS3\
\
Q3
W2
Q2
Т2
Q5
0
G1
Т1
Фиг. 7.7. Многоъгълни схеми
а — четириъгълник; 6 — два сдвоени четириъгълника
Ако в разглежданата схема вместо трансформатора е включен
блок генератор—трансформатор (на схемата генераторът GI е по-
171
казан с пунктир), за избягване на честото разкъсване на конту
ра при изключване на генератора между него и трансформатора
се поставя прекъсвач Q5.
При всяко отваряне на многоъгълника се изменя разпределе
нието на токовете в сравнение с разпределението при затворен
многоъгълник. Това създава определени затруднения за настрой
ката и селективното действие на РЗ.
Очевидно с увеличаване на броя на присъединенията вероят
ността за повреда нараства, поради коего многоъгълните схеми
се изпълняват най-много за 6 присъединения, т. е. до шесто
ъгълник.
Когато броят на присъединенията е голям, за да се използу
ват многоъгълни схеми се прибягва до свързване на два ед
накви или различни многоъгълника.
Схема на два свързани четириъгълника, обединени посредст
вом две връзки с включени между тях прекъсвачи QI и Q2,e
показана на фиг. 7.7 б. Може да се използува и само една
връзка, с което се намалява стойността на схемата, но се снижа
ва допълнително надеждността й.
Недостатък за схемата, така както е представена, е, че из
ключването на трансформаторите става с 3 прекъсвача. 1ова е
допустимо, но се увеличават ремонтните работи. При отказ на
прекъсвача Q1 или Q2 отпадат два трансформатора.
Многоъгълните схеми са достатъчно икономични и се прила
гат при РУ за ВН. Разпространени са широко в Канада и САЩ
докато в Европа, в т. ч. и у нас, все още се срещат рядко,
главно в началните етапи на изграждане на уредбите.
74. Опростени електрически схеми
Опростените схеми се прилагат за РУ с
малък брой присъединения. Обикновено те нямат събирателни
шини, а броят на прекъсвачите е намален или такива въобще не
се поставят. Изпълнените по тези схеми РУ имат минимален
брой съоръжения, евтини са и бързо се изграждат. Към опро
стените схеми се отнасят блоковите и мостовите схеми.
Блокови схеми се използуват както в електрическите центра
ли, така и в подстанциите. Елементите им се съединяват после
дователно без напречни връзки (шинни системи), поради което
повредата на всеки от тях предизвиква отпадане от работа на
целия блок.
Много от мощните електрически централи се изграждат по
различни блокови схеми генератор—трансформатор, работещи в
паралел на страна ВН. В отделни случаи се срещат и единични
блокове генератор—трансформатор — линия. За крайните едно-
трансформаторни подстанции са подходящи блокови схеми транс-
172
фор матор— линия (фиг. 7.8). Стойността на РУ може да се нама
ли, ако вместо прекъсвача QI на страна ВН на трансформатора
(фиг. 7.8 а) се поставят други комутационни апарати — предпа
зител F1 (фиг. 7.8 б), отделител QRJ (фиг. 7.8 в), товаров пре-
Фиг. 7.8. Блокови схеми на еднопрансформаторни подстанции
късвач Q W I (фиг. 7.8 г) или комбинация от късосъединител
QM1 и отделител Q R I (фиг. 7.8 д). В отделни случаи е въз-
можно да остане само разединителят QS/, който е задължителен
във всички схеми за осигуряване на ремонтите.
Действието на схемата с отделител (фиг. 7.8 в) е следното:
при повреда в трансформатора 77 релейната му защита подава
непосредствено импулс за изключване на прекъсвача Q2 на страна
НН на трансформатора и по телеканал (ТК) на прекъсвача Q1 в
началото на захранващата линия. С изключване па Q1 линияга
остава без напрежение, след което изключва от делителя Q R I и
повреденият тран~форматор се изолира от линията. При необхо
димост тя може да се включи отново автоматично (от АГ1В) или
ръчно.
При схемата на фиг. 7.8 а , вместо да се предана по телеканал
за изключване на прекъсвача QI, импулсът на РЗ на трансфор
матора 77 се подава на късосъединителя Q N L Той прави из
куствено к. с., с което се постига сигурно заработване на з а
щита в началото на линията и изключване на Q1.
Останалите действия на схемата са аналогични на тези от
фиг. 7.8 в.
Мостови схеми (фиг. 7.9) се прилагат предимно в РУ за на
прежение 110 kV при две трансформаторни и две (понякога три)
173
линейни присъединения. Показаната на фиг. 7.9 а т, нар. пълна
мостова схема е с пет прекъсвача на четири присъединения. Тук
всяко присъединение има отделен прекъсвач, пссредством който
се включва и изключва. Един прекъсвач е монтиран в „мосга“
|W1
IW2
|W1
IW2
Т1
U)Т1
C-J Т2
Х-«пз, Т
_
X_«T^vX
6-10 kV
«о»
6-10 kV
W1
W2
\
\
T2
«о»
i6-10 k V
Фиг. 7.9. Мостови схеми
a — пълна; б— с прекъсвачи от страната на линиите; е — с _пре
късвачи от стр; цата на трансформаторите; д — двоен мост ”
между двете електропроводни линии W 1 и W2, които могат да
работят в паралел или да са една транзитна връзка.
Схемата е надеждна и има добра оперативна гъвкарост, но
поради големия брой прекъсвачи е скъпа и затова се използува
рядко. На практика се предпочитат схеми с три прекъсвача. В
174
схемата на фиг. 7.9 б два от прекъсвачите са включени от стра
ната на линиите, а третият в моста. Схемата се предпочита, ко
гато линиите са дълги, поради което вероятността от повреда
по тях е сравнително голяма, и ако се налага често изключване
на трансформаторите. При к. с. по една от линиите тя се из
ключва със съответния линеен прекъсвач, а двата трансформа
тора остават да работят в паралел към другата линия. Когато
к. с. е в трансформатора, изключват прекъсвачите на линията
към него, в м^ста и на страна НН на трансформатора. В този
случай отпада от работа и линията. Тя може да се включи от
ново, като сг изключи разединителят на страна ВН на трансфор
матора и се включат линейният преклсвач и прекъсвачът в моста.
На фиг. 7.9 в прекъсвачите са включени от страната на транс
форматорите и в моста. Тази схема се препоръчва при често
включване на трансформаторите и когато по линиите се о съ
ществява транзит на мощност. П и к. с. в някой от трансформа
торите той се изключва с прекъсвачите от двете му страни, а
линиите остават включени към другия трансформатор. Ако к. с.
е по линията, изключват прекъсвачите на страна ВН на транс
форматора и в моста. Следователно освен линията отпада и транс
форматорът. За възстановяването му в работа е необходимо да
се изключи разединителят към линията и да се включат отново
прекъсвачите на страна ВН на трансформатора и в мостовата
верига.
Възможно е прекъсвачите да се поставят диагонално —на еди
ния трансформатор, в моста и към линията на другия транс
форматор.
Схемата на фиг. 7.9 г се нарича двоен мост и се прилага при
три електропроводни линии. В случая присъединенията са пет, а
броят на прекъсвачите е четири. Два от прекъсвачите са в моста
и между тях се включва едната електропроводна линия. Остана
лите два прекъсвача могат да бъдат към линиите, както е по
казано, или към трансформаторите.
7.5. Конструкции на разпределителни
уредби
7.5 1
.
Общи сведения
Разпределителните уредби са електричес
ки уредби за дадено напрежение, съ държащ и електрически апа
рати, шини и спомагателни устройства, предназначени за прие
мане и разпределяне на електрическата енергия.
В зависимост от номиналното им напрежение се различават РУ
заННиВН.
Според мястото, където се рашолагат съоръженията — в сгра
175
да или на открито, РУ се делят на закрити (ЗРУ) и откри
ти (ОРУ). В зависимост от начина на изграждане и монтаж се
различават класически (обикновени), комплектни и
смесени (хибридни) РУ.
По принцип РУ могат да се построят за всяко напрежение и
всяка електрическа схема. У нас ЗРУ се изграждат за напре
жение 6 —20 kV, а ОРУ — за 110—750 kV. В отделни случаи при
силно замърсена атмосфзра, опасност от пожари, ограничена
площ и други ЗРУ се прилагат и за по-високи напрежения (вклю
чително до 400 kV), като в тях обикновено се монтират съоръ
жения за открит монтаж.
Към РУ се поставят различни изисквания. По-съществените
от тях са [24]: надеждна работа, икономичност, удобство и бе
зопасност при експлоатацията, възможност за разширение, по-
жарна безопасност и др.
В консгруктивно отношение РУ трябва да бъдат изпълнени
така, че да позволяват да се използуват средства за механиза
ция пей извършване на ремонтни работи. На конструкциите на
РУ охаззат влияние избраната електрическа схема, номиналното
напрежение, работният ток и токът на к. с., типът на основните и
спомагателните съоръжения (главно на прекъсвачите), тоководе-
щите части, видът на изводите, разполагаемата площадка на ОРУ
или обема на ЗРУ и др.
Компановките на РУ отразяват взаимното разположение на
електрическите вериги в съответствие с възприетата електри
ческа схема и конструкцията на уредбата.
7.5.2 Закрити разпределителни уредби
Закрити разпределителни уредби са тези,
съоръженията на които са разположени в сграда (здание). Пора
ди това те са надежднн, удобни и безопасни, а експлоатацията
им не зависи от климатичните условия. ЗРУ са с около 1 5 —25%
по-скъпи от ОРУ за съответното напрежение, но заемат по-мал
ка площ от тях и лесно може дт им се предаде подходящ ар
хитектурен облик.
В миналото сградите на ЗРУ се изпълняваха монолитни. Днес
това се прави само за отделни уредби при доказана необходи
мост. Като правило сега сградите се изграждат по индустриален
начин от стандартни стоманобетонни строителни елементи, чиито
размери съответствуват на приетата у нас единна модулна систе
ма в строителството: широчина на сградата — кратна на 3 т ,
дължина—на 6т, ивисочина—на 0,6 ш.
Надеждността в работата на ЗРУ се постига с използуване на
висококачествени съоръжения и подходяща конструкция и ком-
пановка на РУ и чрез спазване на минимални изолационни раз
176
стояния. Нормирани са разстоянията между неизолираните токо-
водещи,части на различните фази, между тоководещите и зазе
мените ..части и между неоградените тоководещи части на раз
лични присъединения, които не трябва да бъдат по-малки от да
дените в [24].
За локализиране на авариите и безопасност при обслужването
ЗРУ се изграждат най-често от килиен тип с открити килии.
Апаратите на отделните електрически вериги се разделят про
странствено помежду си с плътни плоскости (стенички). Килиите
могат да си разположени непосредствено до стената на помеще
нието с достъп само отпред (килии от прислонен тип) или да
са отделени от нея и да имат двустранен достъп (свободностоя-
щи килии). И двата типа могат да се изпълнят на един или два
етажа.
За обслужване на съоръженията в ЗРУ се оставят проходни
коридори. При едностранно разположение на съоръженията ши
рочината на коридора трябва да бъде най-малко 1 ш, а при
двустранно— 1,2 т . Когато в коридорите са разположени за д
вижванията на прекъсвачите и разединителите, тези разстояния
се увеличават съответно на 1,5 и 2 т .
При дължина на РУ до 8 т тя може да има само един изход,
а от 8 до 60 m изходите са най-малко два на разстояние не
повече от Ь m от крайните стени на РУ. Ако дължината е над
60 ш, разстоянието от която и да е точка на уредбата на изхо
да не трябва да бьде по-голямо от над 30 т . Изисква се вра
тите на РУ да се отварят навън или към съседно помещение с
по-ниско напрежение и да имат самозаключващи се брави, от
варящи се без ключ на вътрешната страна на помещенията в
уредбата.
ЗРУ могат да бъдат без прозорци или с неотварящи се про
зорци, като във втория случай не се допуска горно естествено
осветление. При многоетажни РУ всички отвори между етажите,
в т. ч. и в местата, кьдето преминават кабели, трябва да бъдат
затворени и уплътнени.
В ЗРУ се използуват главно твърди неизолирани шини от алу
миний или алуминиеви сплави (в особени случаи от мед) с про-
филно, най-често с правоьгълно сечение. Събирателните шини и
отклоненията от тях се разполагат в определен ред. За повиша
ване на топлоотдаването, предпазване от корозия и разпсзнаване
на фазите шините се боядисват. Закрепват се посредством спе
циални шинодър,! атели върху опорни изолатори, които се мон
тират предимно на преградните стенички на килиите.
12 Електрически подстанции
177
7.5.3. Открити разпределителни уредби
При откритите разпределителни уредби
всички или основните съоръжения са разположени на открито.
Заеманите от ОРУ площадки са големи и за да не се губят
обработваеми земи, те трябва да се изграждат предимно на не
използваеми площи. За предпочитане е площадките на ОРУ да
бъдат равнинни с малък наклон до 0,5% 33 оттичане на води
те, но се допуска да бъдат и с по голям наклон или терасо-
видни.
За извърщване на механизира t монтаж, ремонт и изпитване на
електрическите съоръжения пред прекъсвачите на ОРУ обикно
вено се предвижда асфалтиран транспортен път с широчина 4 ш-
Като пешеходни пътеки в ОРУ се използват покривните плочи
на кабелните канали и тунели, които се изграждат за полагане
на кабелите, въздухопроводите и други комуникации.
За да се избегне влизането на външни лица или животни, пло
щадката на ОРУ се огражда с външни огради (високи 1,8 т )
до други обекти и с вътрешни огради (високи 1,5 т ) до под
обекти, намиращи се на територията на електрическата централа
или подстанция. Оградите най-често са мрежести, но могат да
бъдат плътни или във вид на решетки.
Носещите строителни конструкции в ОРУ са портали, масички
и фундаменти.
В практиката се прилагат предимно стоманобетонни и стома-
норешетъчни портали с П-образна, двойно Т образна (ТТ) и дру
ги форми, които по предназначение се делят на шинни, линейни
(изводни) и спомагателни (междинни). С помощта на висящи изо
латори към тях се закрепват гъвкавите шиьи и проводниците на
изходящите от уредбата електропроводни линии.
Масичкито са стоманобетонни или стоманорешетъчни. Върху
тях се монтират прекъсвачите, разединителите, измервателните
трансформатори, вентилните отводи, кондензатори за високо
честотна телефонна връзка, опорните изолатори, служещи за
закрепване на твърдите шини, свързващи отделните елементи
помежду им, и др.
У нас фундаментите се изливат от бетон на мястото на мон
тажа. В тях се бетонират колоните на порталите и масичките
или с помощта на предварително заварени към арматурата им и
бетонирани стоманени профили се монтират електрическите съо
ръж ения— силови трансформатори, дъгогасителни и шунтиращи
реактори и други електрически апарати.
В ОРУ се използуват гъвкави и твърди шини.
Гъвкавите шини се изпълняват ог неизолирани многожични
стоманено-алуминиеви проводници и по изключение в особени
случаи от медни проводници. При напрежение до 110 kV и то
кове до 1000 А проводникът обикновено е единичен, а при по-ви
178
соки напрежения и по-големи токове се прибягва до снопови про
водници — от 2 до 6 проводника на фаза [32].
Твърдите шини са от алуминиеви сплави и имат тръбна фор
ма. Засега използуването им е икономически негодно при работ
ни токове над 2000 А. Те имат редица предимства в сравнение
с ОРУ, изпълнени с гъвкави шини, затова се прилагат широко
в много развити страни: САЩ, “Англия Германия, Канада идр. Сре
щат се и ОРУ със смесени шини — гъвкави и твърди. У нас
приложението на твърди шини все още е в стадий на про
учване.
Основен елемент на ОРУ е п )лето, в което са разположени
електрическите съоръжения на дадено присъединение (верига).
Отделните полета са разделени пространствено чрез междинни
изолационни (светли) разстояния. Тези разстояния, както и раз
стоянията между тоководещите елементи на полето и от тях до
заземените части са нормирани [24]. По този начин, от една
страна, се повишават надеждната работа и безопасността при
експлоатацията, а от друга страна, се ограничават неизправности
те и пожарите в ОРУ.
Разнообразието на ОРУ е голямо. Основните признаци, по
които могат да се класифицират, са следните [32]:
1. По броя на хоризонталните равнини, в които се разполагат
съоръженията, уредбите се делят на двуравнинни, трнравнинни
и четирилавнинни.
2. Според вида на компановката в зависимост от това, в кол
ко реда са разположени прекъсвачите, се различават едноредо-
ви. двуредови, триредоми и четириредови компановки.
3. В зависимост от височината, на която се монтират електри
ческите апарати, уредбите са от нисък, полувисок, смесен и ви
сок конструктивен тип.
При ниския конструктивен тип всички електрически апарати
се монтират на фундаменти с височина 0 ,3 -0 ,6 m и част от тях
трябва да се оградят с предпазни огради. Това внася неудобст
ва и затова сега не се прилага. При полувисокия тип апаратите
се рааполагат на носещи конструкции (фундаменти, масички) с
височина 0 ,6 —3 m и огради не са необходими — използва се
най-много.
Смесеният конструктивен тип е съчетание от ниския и полу
високия. I ой има недостатъциге на ниския конструктивен тип и
не се прилага.
Високият конструктивен тип е най-неудачен. Прилага се ряд
ко, но изисква малка площ, тъй като част от електрическите
апарати се монтират във вертикална равнина.
4. Според конструктивната форма на изпълнение се разделят
на ОРУ с класическа, киллинейна, тандем, диагонална, смесена
и френска форма.
Конструктивната форма се определя от конструкцията и раз
179
положението на фазите (полюсите) на шинните разединители
спрямо събирателните или отклонителните шини (полето), осите
на които са перпендикулярни. При класическата конструктивна
форма, която е триравнинна, трите фази на шинните разедините
ли са мочтирани успоредно една на друга по направление на
полето. Киллинейната конструктивна форма е двуравнинна. При
нея трите фази на шинните разединители се монтират една след
друга в линия, перпендикулярна на отклонителниге шини на по
лето. Смесената конструктивна форма е съчетание от първите
две. Засега у нас се прилагат в различни вариантни изпълнения
само тези три конструктивни форми.
Съвременните търсения при изграждане на 01 }У са насочени
предимно към по-нататъшно подобряване на конструктивно-ком-
пановъчните им решения и към все по-широко прилагане на ин
дустриални способи на строителство и монгаж.
7.5.4. Комплектни разпределителни
уредби
Комплектни разпределителни уредби са
тези, които са изпълнени от затворени метални шкафове или бло
кове с вградени в тях апарати, зашит?, автоматика, измервател
ни апарати и спомагателни съоръжения, доставени в завършен
и напълно подготвен за монтаж вид [24]. 1е могат да се монти
рат в сгради (на закрито) или на открито. Прилагат се широко в
уредбите за захранване на с. н. на електрическите централи и
при изграждане на РУ на различни по предназначение подстан
ции. В сравнение с класическите РУ използуването на шкафове
КРУ има редица предимства: съкращачат се чувствително вре
мето за монгаж и ремонт, размерите и обемът на уредбите; опро
стяват се конструкциите и компановките; повишават се надежд
ността и безопасността; снижава се стойността на строително-
монтажните работи и едновременно с това се повишава тяхното
качество, тъй като основните работи по монтажа се извършват
по индустриални методи при заводски условия.
Всяка КРУ се набира от отделни шкафове КРУ с различно
предназначение, входящи и изходящи линейни присъединения,
измервателни трансформатори, секционни вериги и др., които се
свързват помежду си в съответствие с възприетата електри
ческа схема на уредбата.
Като изолация между тоководещите части и между тях и за
земените части се използуват газ (въздух или елегаз), течност
(масло) и различни твърди диелектрици.
Нашата промишленост произвежда шкафове от единна серия
за напрежения 10 и 20 kV и номинални токове до 2000 А. Те
са с единична шинна система и в ъ з д у ш н а изолация за закрит (КР^
180
2— ЮБ и КРУ 2—20Б) и открит монтаж (КРУ 3—10Б и КРУ'
3—20Б) с едностранно и двустранно обслужване за кабелни и
въздушни изводи. С изключение на разединителите, които са от
щепселен тип, всички останали апарати са същите, които се из
ползуват и в класическите уредби. Шкафовете могат да се раз
положат в един или в няколко реда, Г-образни, П-образно и т. н.
Най-често се сре.цат едноредови и двуредози компановю\
За повишаване на надеждността и безопасността и за ограни
чаване на развитието на повредите шкафовете на българските
КРУ са разделени с метални прегради на четири сектора (зони):
количка с прекъсвач или други електрически апарати, събира
телна шинна система, изводен сектор за релейна защита и и з
мерване.
Използува in са прекъсвачи по белгийски лиценз (отбелязано с
буквата „Б и в общото им означение). Прекъсвачите са монтира
ни на количка, която може да заема три точ ю on еделен и по
ложения: 1) раб0 !Н0 , при което прекъсвач ьт и щепселните разе
динители са включени към първичната верига; 2) контролно (и з
питвателно) — количката е издърпана вътре в шкафа и щепсел
ните разединители са изключени, но остават включени вторични
те вериги; 3) ремонтно — количката е изтеглена извън шкафа и
всички вериги са изключени.
Изваждащите се части на шкафовете на КРУ трябва да имат
блокировка с прекъсвачите, а отворите към токовотещите ч ас т и —
прегради, които се затварят автоматично [24].
Изискванията към закритите КРУ са аналогични на тези за
обикновените ЗРУ, като някои от тях — надеждност, експлоата
ционна и пожарна безопасност, лесно разширение и др.,
са оси
гурени още при конструктивното изпълнение на шкафовете КРУ.
За закрити КРУ с прекъсвачи, монтирани на изваждаща се ко
личка, широчината на коридорите трябва да бъде равна на дъл
жината на количката плюс най-малко 0,6 m при едноредова и
0,8 m при двуредова компановка, но не по-малко от тази при
ЗРУ. Височината на помещението на уредбата се приема не по-
малка ог височината на уредбата (на най-високия шкаф)
плюс
1 m до тавана и плюс 0,5 m по гредите.
Изискванията за броя на изходите в КРУ и за разстоянията
между тях са както за ЗРУ.
181
Глава VIII
Оразмеряване на тоководещи
части
8.1. Ochorhh сведения
При протичане на електрически ток през
проводниците, кабелите и тоководещите системи на електри
ческите машини и апарати (наричани обобщено тоководещи части)
в тях възникват загуби на мощност и енергия, пропорционални
на квадрата на тока и съпротивлението на елементите на токо
вия контур. Вследствие на загубите в тоководещите части се
отделя топлина и те се нагряват. Едновременно с нагряването
започва и процес на охлаждане чрез отдаване на топлина вокол-
ната среда. Определено време след протичане на тока настъпва
топлинно равновесие, при което цялото количество топлина, от
деляща се в тоководещата част, се отдава на околната среда.
Такъв режим на работа наричат нормален продължителен или
установен, а температурата, до която се нагрява тоководещата
част — установена температура на нагряване. Този режим се ха
рактеризира с непрекъсната работа на тоководещите части с
неизменен по големина товар в течение на неограничено време
при неизменни условия на охлаждане.
Към нормалните режими на нагряване се отнасят също крат
ковременният и повторно-кратковременният топлинен режим на
работа.
Кратковременният топлинен режим се различава от продъл
жителния по това, че за времето, през което тоководещите части
работят с неизменен товар, температурата им не успява да пос
тигне установената, а при изключване на товара тя се понижава
до температурата на околната среда.
Повторно-кратковременният топлинен режим се среща рядко
в РУ. Той се характеризира с многократно включване и изключ
ване на тоководещите части, без температурата им при включва
нията да достигне установената, а при изключванията дз се по
нижи до тази на околната среда.
8 11 Допустими температури на
нагряване
За нормалния режим на работа допусти
мите температури на нагряване на проводниците и апаратите са
нормирани и се 01раничават от няколко основни изисквания:
182
1. Да не се понижи недопустимо механичната якост на мета
ла, от който са изготвени.
2. Допиращата се до проводниците и тоководещите елементи
на апаратите изолация да запази механичните и изолационните си
120
110
W0
90
80
70
60
50
40
0
100 200 300 400 500 600
Фиг. 8.1. Зависимост на временното съ
противление на разтягане на метала от
темиературата
Л1, — мед в нормален режим; М* — мед вре
жим на к. с.;А—алуминий; Б—бронз! С —
стомана
качества в определени граници, гарантиращи надеждната й ра
бота през възприетия срок на служба.
3. Да се запазят качеството и надеждната работа на контакт
ните съединения.
Изменението на временното съпротивление на разтягане а %
за някои от най-използуваните като тоководещи части метали в
зависимост от температурите на нагряване е показано на фиг.
8.1. Вижда се, че при температури до 150—200 °С механичната
якост на медта и алуминия се изменя незначително (за стомана
та тя дори се повишава), след което силно намалява.
Температурата на нагряване оказва влияние и върху пробив-
ното напрежение на един от най-използуваните в електротехни
ката твърд изолационен материал -
порцелана. До 80—85°С
то се запазва 100%, а при температура 150 °С спада на около
20%.
За изолирани проводници и части на апаратите допустимите
температури на нагряване могат да се ограничат от топлинната
устойчивост на изолацията им. Допустимата температура на на
гряване на изолацията от най-ниския клас Y е 90 °С, а на най-
често използуваните в електрическите машини класове А и В е
съответно 105 и 130 °С. Понякога температурите на нагряване в
нормален режим се приемат значително по-ниски по други съо б
ражения. За кабели 6, 10 и 20 kV с хартиено импрегрирана изо*
183
лация от клас А тези температури са съответно 65, 60 и 50 3С
поради опасността при по-високи температури в изолацията им
да се образуват въздушни включвания и да се понижи пробив-
ното и напрежение. Същевременно при необходимост се допуска
за ограничено време икономически оправдано превишение на тем
пературата на изолацията, като се отчита нейното ускорено из
носване.
Температурата на нагряване оказва силно влияние върху ка
чеството и надеждната работа на контактните съединения, които
обикновено са най-уязвимите елементи в електрическите вериги.
С цел да се избегне тяхното интензивно окисляване и повреда
допустимите им температури при продължително нагряваме са
нормирани.
За контактите на електрическите апарати за ВН те са в гра
ниците 75—80 °С, а за медни и алуминиеви неизолирани шини
от ЗРУ е приета температура 70 °С.
Съпоставянето на допустимите ттмператури на нагряване на
проводниците и тоководещите елементи на електрическите апа
рати по отношение на механичната якост на метала, изолацион
ната якост и надеждната работа на контактните съединения по
казва, че като се изключат някои типове кабели, тези темпера
тури се ограничават главно от контактните съединения в ток о
водещите вериги.
При определяне на допустимите работни токове на проводни
ците и апаратите съществено влияние оказват не само допусти
мите температури на нагряване, но и температурата на околната
среда, при която те работят. Тази температура е нормирана и
за електрическите машини и апарати е 35 °С, за проводници (в
т. ч. кабели и шини), положени във въздуха —25 °С, а за кабели,
положени в земята и във вода - 20 °С. Разликата между темпера
турата на нагрятото тяло Ф и температурата на околната среда
Ф0 определя превишението на температурата на тялото над тем
пературата на околната среда 0, което често наричат прегря
ване:
0=fl-flo.
(8.1)
Топлоотдаването от повърхнините на нагретите тела в око л-
ната среда зависи основно от прегряването и не се влияе о т
температурата на околната среда, когато тя се изменя в опр е-
делени граници.
184
8.2. Нагряване на тоководещи части в
нормален режим
Процесите на нагряване и охлаждане се
разглеждат на основата на еднородни проводници, към които
се отнасят и тоководещите части в РУ.
Еднороден проводник е този, който има еднакзо сечение, пе
риметър, специфично съпротивление (материал) и коефициент на
топлоотдаване по цялата си дължина, а услозията на охлаждане
по дължината му са неизменни. Ако при тез i предпоставки се
приеме, че проводникът е безкрайно дътъг, няма да има ^треда-
ване на топлина чрез топлопроводност по него и топлоооменът
с околната среда сг извършва само от повърхността му чрез
конвекция и гоптинно излъчване (лъчение).
Топлинни изчисления са необходими, за да се определи допу
стимият ток, който може да протече в нормален режим през
проводник от даден тип със съответно сечение и материал при
определени условия.
Когато през проводника не преминава ток продължително вре
ме, неговата тем пература се изравнява с температурата на окол
ната среда. В общия случай в момента на включване на тока
той може да има някаква начзлна температура Фнач, отлична от
температурата на околната среда д (). При протичане на ток про
водникът се нагрява и температурата му згпочва да се повишава.
Този процес продължава до достигане на установен (продължи
телен) топлинен режим, при който цялото количество топлина,
отделено в него, се отдава на околната среда, и ти до момента,
в който токът се прекъсне преди достигане на установения режим.
За общия случай, когато през проводник, имащ начална темпе
ратура 0 11ач, протича неизменен по стойност променлив ток /,
уравнението на топлинния баланс в диференциална форма има
вида [11, 17]
PRadt=cG(No-\ -kF(ft—ft0) dt,
(8.2)
където I е ефективната стойност на тока, А;
—
активното съпротивление на проводника, Q;
с — специфичният топлинен капацитет, W.s/(kg.°Cj;
G — теглото на проводника, kg;
k — коефициент на топлоотдаване от повърхнината на
проводника, W/(m2°C);
F — околната повърхност на проводника за единица д ъ л
жина, т 2;
д — температурата на проводника, °С;
Фп — температура на околната среда, вС.
Изразът от лявата страна на (8.2) е пропорционален на коли
чеството топлина, която се отделя в проводника при протичане
на тока /. Първият израз отдясно е пропорционален на количест-
185
вото топлина, повищс ваща температурата му, а вторият — на
топлината, която се отдава на околната среда.
Температурите на нагряване на проводниците в нормален режим
не надвишават 100° С. Поради това, без да се допуска същ ест
вена грешка, може да се приеме, че R a, с и k са постоянни ве
личини, независещи от температурата. При тези условия след
разделяне на променливите от (8.2) и интегриране на получения
израз в границите от 0 до t за времето и от Онач До Ф за темпе
ратурата за прегряването 0 = ф —Ф0 се намира [17]
12К Я
—t/T
—t/T
6=-^
-
(\-е
)+6 наче
•
(8.3)
В (8.3) 0Нач= Фнач — е началного прегряване, а величината T=cG/kF
има дименсия на време, s, и се нарича времеконстанта на нагря
ване. Тя зависи само от физичните параметри на проводника и
се определя като отношение на топлопоглъщащата към топлоот-
даващата му способност.
За правоъгълни шини от мед и алуминий в ЗРУ времекон-
стантата Т се движи от 6 —10 tnin при малките сечения до
20—25 min при по-големите.
Уравнение (8.3) поззолява да се определи температурата на
проводника за всеки произволен момент t от началото на проти
чане на тока. От него се вижда, че нагряването на тоководещия
проводник се изменя експоненциално.
Теоретично установеното прегряване 0У се достига за време
t= oo. За него от (8.3) се намира
/2£
в—9У= —
-
= const.
(8.4)
То може да се получи и от (8.2) при условието за достигане
на топлинно равновесие, т. е. cGdt = 0.
Когато проводникът не е блп натоварен дълго време, то 0нач=О
и изразът (8.3) за прегряването в даден момент t приема вида
е=Т7Г- (\-e
-
" T)=Qs(\-e
-
" T).
(8.5)
Охлаждането на проводника при пълно изключване на тока
се определя от (8.3), като той се приравни на нула и за случая*
когато охлаждането започва от установеното прегряване, т. е-
при 0нач= 0у се описва с уравнението
0=0ye-//r.
(8 6)
Ако процесът протича без отдаване на топлина в околната
среда (адиабатно), изразът kF ($ —Ф0) = 0 и след решаване и
преобразуване на (8.2) се получава
I2R
t
Вижда се, че при t—f
прегряването 0 = 0 У. Следователно
времеконстантата на нагряване на проводника 7 е равна на вре
мето, за което той ще достигне до установеното прегряване 0 У,
ако процесът протича адиабатно.
Фиг. 8.2. Криви на нагряване (1, 2) и на охлаждане
(3) на еднородни проводници
Зависимостите на нагряване и охлаждане на проводника от
отношението И Т са показани на фиг. 8.2.
Кривите на нагряване са построепи за един и същи тек при
0 н а ч = 0 (крива 1 ) и 0нач=0о (крива 2), а охлаждането започва от
температурата 0У и се понижава до нула. За да се осигури про
дължителна надеждна работа на тоководещите части, установе
ното прегряване 0У не трябва да превишава нормираното допу
стимо прегряване 0ДОП- Ако в (8.4) се постави 0У= 0 ДОп» може да
се определи продължително допустимият ток /доп, който предиз
виква това прегряване:
/8 IF
/дол =
<8-8)
В (8.8) коефициентът на топлоотдаване k отчита топлоотдава
нето чрез излъчване, конвекция и топлопроводност. При прене
брегване на последната то може да се запише във вида
,
/(Ял+Як)F
,Q
I доп= у ------ £ ------- »
(8.9)
187
където
и о са съответно плътности!е на топлинните потоци
*J1
'К
у
отдавани чрез излъчване и конвекция, W/m2.
Стойността на qn се определя по закона на Стефан —Болцман:
където 0 и &0 са температурите на повърхността на нагретия
За абсолюгно черно тяло s = 1, а за боядисани шини е = 0,64-0,8.
Топлоотдаването чрез свободна конвекция qK най често се намира
по опитен път. За правоъгълни и кръгли шини от ЗРУ може да
се използува изразът [1]
където 0—д
—д 0 е превишението на температурата на шинатаФ
а — коефициентът, зависещ от определящия раз
мер на топлоотдаващата повърхност (за
кръгли шини — диаметъра; за правоъгъл
ни — височината на вертикално разположе
ната страна на шината).
За правоъгълни шини с височина на топлоотдаващата повърх
ност /i=0,3 гп коефициентът а=1,0, а при h —0,0) m а=2,7.
Тъй като изчислението се води за единица дължина на про
водника, топлоотдаващата повърхност F е равна на периметъра
на неговото сечение.
При определяне на активното съпротивление R a на проводника
се взема под внимание повишаването му при нагряване и се
отчитат повърхностният ефект и ефектът на близост:
където Кп , Кб и К д са коефициентите на повърхностния ефект,
на ефекта на близост и на допълнителните
загуби.
Омичното съпротивление R 0 се определя от известната фор
мула
където
е специфичното съпротивление на проводника при
температура
Q.m;
а — температурният коефициент на съпротивлението,
qn=5,7.10~8 е(04-*ф,
(8. 10)
проводник и на околната среда, К;
£ е степен на чернота.
qR= 1,81а(Ф-Ф0у.25= Ш яе!.®
(8. 11)
R &—KnK6Ro=K^ R0f
(8.12
£>о _ pi [i+« (ft—fli)J* _ р*
(8.13)
188
s е сечението на проводника, т 2;
I — дължината на проводника, ш.
Определянето на / доп по (8.9) се налага само за -частни случаи
и при нестандартни проводници. За всички стандартни тоководещи
части от ЗРУ и ОРУ са съставени таблици за допустимите (но
миналните) токове, съответствуващи на дадена допустима 1емпе-
ратура на нагряване Фдоп и температура на околната среда Ф,).
Ако тоководещите час ги работят при температура на околната
среда
стойността на / доп се коригира и новата стойност
Г може да се определи по израза
/а.
г_т
>п
А.
(8 14)
\ идоп
о
8.3. Термично действие на токовете на
късо съединение
8.3.1. Характеристика на процеса
на нагряване при къси съединения
В режим на к. с. през тоководещите ча
сти протичат токовете па к. с., които са злачително по-големи от
токовете на нормалния релим. Поради това температурата им
бързо се повишава и може да достигне неколкократно по-висока
стойност от допустимата при нормална работа. Продължителност
та на процеса на к. с. се ограничава от действието на релейната
защита на повредения участък, който се изключва автоматично
от прекъсвачите за части от секундата до няколко секунди.
С изключване на к. с., нагряването се преустановява и темпера
турата започва да се понижава.
Поради краткотрайността га процеса на к. с. топлоотдаването
от повърхността на тоководещите ч^сти към околната среда е
незначително. Затова на практика то се пренебрегва и се приема,
че процесът протича адиабатно, т. е. цялото количество топлина,
която се отделя в тях, се изразходва само за нагряването им.
Независимо от краткото им действие високите температури
при к. с. могат да станат причина за различни повреди, поради
което токоЕодешите части трябва да бъдат термично устойчиви.
Под т е р м и ч н а устойчивост на проводниците и апаратите се
разбира способността им да издържат в течение на определено
време даден ток на к. с. без повреди и неизправности, възпрепят•
ствуващи тяхната по нататъшни нормална работа. Основен пока
зател за термичната устойчивост е крайната температура на на
гряване г%, която не трябва да надвишава допустимата темпера-
Тура При K. C. Фкдоп-
189
Практиката показва, че разрушаващото действие на високите
температури се проявява значително по-слабо при кратковременна,
отколкото при продължителна работа. Поради това допустимите
температури на нагряване при к. с. са приети по-високи от тем
пературите в нормален режим. За медни неизолирани проводници
(шини) # кдоп = 200 °С, а за алуминиеви ftKДОп= 180 °С. За кабели
6, 10 и 20 kV с медни и алуминиеви жила с хартиено-импрегни-
рана изолация ftKflon е съответно 160, 140 и 125 °С. В границите
на 150—250 X са допустимите температури на най-често изпол-
зуваните днес кабели с изолация от поливинилхлорид и поли
етилен.
8.3.2. Нагряване на тоководещи части
при късо съединение
При оразмеряване на тоководещите части
по условието за термична устойчивост е необходимо да се опре
дели ftK и да се сравни с ^ КДоп- Тоководещата част е термично
устойчива, ако ftK< f tKдоп.
За режима на к. с при адиабатен процес на
нагряване на
еднородни проводници Диференциалното уравнение на топлинния
баланс (8.2) приема вида
PKR^dt=cGd-& ,
(8.15)
където/к е моментната стойност на пълния ток на к. с., А;
R # — активното съпротивление1на проводника при темпе
ратура О, Q;
с$ — специфичната топлина, W.s/(°C.kg);
t — времето от момента на к. с., s;
G — масата на проводника, kg;
ft — температурата на проводника, °С.
Лявата част на (8.15) е пропорционална на топлинната енергия,
определяща се в проводника за време dt, а дясната — на погъл
натата от проводнича топлинна енергия за повишаване на темпе
ратурата му с dft.
Поради високите температури на нагряване в режим на к. с.
както
така и с$ са функции на изменението на температу
рата ft. При температури до 303 °С тези функции се приемат за
линейни:
^ = р0(1+ад)-^ -.
(8.16)
св-=с0(1+Р#),
(8.17)
където р0 е специфичното съпротивление при температура 0°С,
Йт;
190
f0 е специфичната топлина при температура 0° С, W.s/(°C.kg);
s — сечението на проводника, ш 2;
I — дължината на проводника, ш;
а и р са температурните коефициенти на съпротивлението и
специфичната топлина, 1/°С.
Масата на проводника
G=
(8.18)
където у е специфичното тегло на материала на проводника,
kg/m3.
След заместване на горните изрази в (8.15) и съответно пре
образуване, при което се отделят променливите по време и тем
пература, се намира
-L
|±£|. dd.
(3.19)
sк
Ро 1+ай
Лявата чает на (8.19) се интегрира за време от 0 до /, т. е. от
момента на възникване на к. с. до изключването му, а дясната
до съответствуващите на тези времена начална и крайна темпе
ратура бнач и Фк>при което се получава
ТГ/ чdl~ff {$■
-л„
■(820)
°
Финап
В (8.20) величините Лнач и Л к са получени след интегриране и
заместване на границите в дясната му част. Те са функции съот
ветно на началната и крайната температура на проводника, пара
метрите на който са известни. Същите могат да се изчислят ана-
литично, но за улеснение при определянето им са построени криви
за проводници от мед, алуминий и от стомана, като са приети
средни стойности за с0, у, р0, а и р (фиг. 8.3). Както е показано
със стрелки на фигурата, кривите позволяват, когато се знае
стойността на функцията А (Лнач или А к ). да се намери съответ-
ствуващата й температура Ф (ФНач или й к ), а така също да се
реши обратната задача — по зададени Ф да се определи А.
Решаването по аналитиче.1 път на интеграла от лявата част на
(8.20) в общия случай е трудно, тъй като изменението на i K във
времето е сложна функция.
Този интеграл се означава с
t
i\ At.
(8.21)
o
Той се нарича топлинен импулс или още импулс на квадратич
ния ток на к. с. и има дименсия A2s.
191
Като се вземе под внимание изложеното, (8 20) може да се
представи във вида
^-=ЛК-Л„ач.
(8.2-2)
Вместо по зададени Фнач (А»ач), В к и 5 да се търси Л к и съот-
ветствуващата му температура Фк , кояго да се сравни с к д0|1,
Фиг. 8.3. Криви за определяне на крайната температура при къси съединения
на практика от (8.22) се определя минималното сечение на про
водника Smin, което е термично устойчиво при зададен топлинен
импулс:
=
J
4
В‘_
л
■
(8.23)
1 ьдоп
нач
В (8.23) Лкдоп е допустимата стойност на функцията, характе
ризираща топлинното състояние на проводника в края на к. с., и
се определя от фиг. 8.3 за температура йкдоп- Стойността на ЛНа«
се намира от същите криви за действителната температура на
проводника Фнач, която той е имал в момента на к. с.,
или за
допустимата му продължителна температура в нормален режим
'доп■
192
В този случай избраното по условието за работа в нормален
режим сечение ^изч се сравнява с s min- Необходимо е
•£изч=^£т1п‘
(8.24)
8.3.3. Определяне на топлинния импулс
от тока на късо съединение
Известно е, че в обшия случай пълният
ток на к. с. 1*к се състои от две съставки — периодична int> коя
то за удобство, без да се внася съществена грешка, сз замества
с ефективната й стойност /„*, и апериодична — 1аи Поради това
за топлинния импулс съгласко с (8.21) може да се напише
t
t
t
t
вк=Уi2Kdt= f'(l.t+b)4t-f
f4*-*
-
+*-
n
0
0
o
(8.25)
В (8.25) е пренебрегнат топлинният импулс, създаван от съв
местното действие на периодичната и апериодичната съставка,
който е близък до нула.
Следователно В к може да се разглежда като Сума от импул
сите на периодичната и на апериодичната съставка на тока на
к.с.ЯкпиВка.
Топлинният импулс Вка във всички случаи се определя по
аналитичен път, като се излиза от обстоятелството, че измене
нието на апериодичните токове на к. с. става по експоненциален
закон.
Изборът на конкретен метод за изчисление на импулса В кп
зависи в голяма степен от вида на изчислителната схема, въз
можността за намиране иа изменението на I ut във времето, мощ
ността и вида на източниците на енергия, желаната точност при
изчисленията и други конкретни условия.
На практика се прилагат три метода: 1) графичен; 2) аналити
чен; 3) метод на фиктивното време.
Графичният метод изисквала се определи по някой от извест
ните практически методи стойността на I nt за дискретни м о
менти от времето от 0 до t и да се построи зависимостта
Получената плавна крива се заменя със стъпаловидна,
като на всяко стътало с продължителност Atn съответствуват
средни стойности на квадрата на ефективната стойност на перио
дичната съставка на тока / „ срп. Тогава В кп се определя по израза
П
*Kn~2'2ncp^-
(8.26)
1
Аналитичният метпд е относително прост и ( озволява В кп да
13 Електрически подстанция
193
се определи за сложни системи с мощни и разнотипни генера
тори и синхронни компенсатори, без да се търси изменението
на ! nt във времето. Необходимо е да се знае само началната му
стойност / п0.
При к. с. в близост до генератора изчислителната схема едву-
лъчева (генератор—система) и токът / п< има две съставки — I mt
от генераторния клон, която се изменя във времето, и незатих-
ваща съставка / пс от системата. За топлинния импулс В„п се
получава
J
В кп—
**^
(/пс+/пгtf d/=/п2сt -f2/псj* Inrtdt -j-J* /21(d/=
'КП ’
0
0
—
BKnc"Ь^кпгс “Ь^кпг-
(8.27)
Вижда се, че импулсът В кп се състои от три отделни импулса,
които могат да се запишат във вида:
импулс ог незатихващия периодичен ток от системата
£кпс=/2с г;
(8.28)
импулс от затихващия периодичен ток от генераторите
t
S-r
=
fЧ,Ч‘-В,Ра[0I;
(8.29)
0
импулс от съвместното действие на периодичните токове от
генераторите и системата:
t
Вктс— 2/пс С /пгt d/=2/пс
/пго t.
(8.30)
0
Импулсите в кпг и В кпгс са сложни функции на затихващата пе
риодична съставка нл тока на к. с. от генераторния клон. За да
се улесни изчислението им, се въвеждат понятията относителен
импулс на квадратичния ток на к. с £* и относителен импулс
на тока на късо съединение 7* [11, 21]:
t
t
S ^пг/ dt
J' /nr(dt
—
; T*= ~ t—i -----
(8.31)
ПГО 1
ПГО
Относителните импулси B% и Т% са отношения съответно на
квадрата на тока и на тока на затихващата във времето перио
дична съставка на тока на к. с. от генераторите / пг t и на съща-
194
та, но незатихваща във времето съставка / пго* която се опреде
ля лесно и бързо.
R
След заместване на съответните величини в (o.z/j за о кп
намира
й„„ = (/2пс+2/„с /„го T*+PttnВ*) I.
(8.32)
Фиг. 8 .4 . Крини за определяне на относителни
те топлинни импулси 3 * и 7 »
За определяне на В * и 7 .м се използуват типови криви, пока
зани на фиг. 8.4 [11, 21]. Кривите с индекс / се отнасят за тур-
195
т ш НоппТтрИ ^бе3 ^BB-800), 3 с индекс 2 — за хидрогенератори й
Idd-oJC. le са построени за съветски генератори, които се из
ползуват и у пас.
Когато мястото на к. с. е отдалечено от генераторите (едно
лъчева схема „система“ ) или са допустими по-груби изчисления
мо «е да се приеме, че /пг=/пс= const, при което
3TMTM/2nct-
(8 33)
Импулсът от апериодичните съставки на тока от генератора и
системата се определя по израза [11, 21]
В^р псT«+llNTar+
-
^f^
,
(8.з4)
където Гас и Гаг са времеконстантите на затихване на аперио
дичните съставки на тока на к. с. от систе
мата и генератора, s.
Метод на фиктивиото (еквивалентното време) Определянето
на В кп по този метод е приблизително и може да се приложи за
системи, в които единичната мощност на генераторите не надш-
шава 150 200 MW. Същността на метода се вижда ст фиг. 8.5,
на която е показана зависимостта I 2nt—f (t) за случая, когато ге
нераторите имат АРЛ Мето
дът се състои в тзва, че
площта с изменящи се орди-
нати на квадрата на тока PDt
за времето от 0 до t, която
в определен мащаб е пропор-
ционална на В кп, се замества
с еквивалентна по големина
правоъгълна площ с постоян-
на ордината, равна на трай
ния (установения) ток'на к. с
I 2oot но с друго време, на
речено фиктивно (^фп). Това
е времето, за което при про
тичане през проводниците и
апаратите на трайния ток на
к.с.looвтяхщесеотдели
Фиг. 8.5. Крива на зависимосчта l \ t =
същото количество топлина
==/(0 при генератори с АРВ
както при протичане на из
менящия се във времето пери
одичен ток / п, в течение на действителното време /. Следова
телно може да се напише
t
в,„=
ГЧ,
(8 35)
196
фпктивного време /фП се определя приблизително по кривите
от фиг. 8.6. Те са построени за генератори с АРВ и дават зави
симостта /фп= / ф " ) при съответно време на изключване h i к . с.
/■■const.
Фиг. 8.6. Криви за определяне на фиктивното време на пе
риодичната съставка на тока на к. с. за генератори с АРв
Коефициентът (У" е съотношение на началния свръхпреходен
ток / во (/") и трайния ток U във веригата с к. с.:
197
Р" = /по//оо.
(8.36)
Действителното време на изключване t, s, се състои от пълното
време за действие на основната РЗ в дадената верига и пълното
време за изключване на прекъсвача t n :
t=t3+t„.
(8.37)
При незатихваща периодична съставка не тока на к. с. функ
цията I ne= f(t) е права линия, успоредна на абсцисата, поради
което / п/ = /п0=/оо' Тогава (3"= 1 и /фГ|= /. За В кп в този случай
се получава
(8-38)
По аналогичен начин съгласно с (8.25) за импулса В ка от апе
риодичната съставка на тока на к. с., определян по метода на
фиктивното време, може да се напише
t
t
В«. =
С£d<=
С(у/2/лГ ,,г‘ fAt=P„t&,
(8.39)
0
0
където Т а е времеконстантата на затихване на апериодичната
съставка на тока на к. с., s;
/фа — фиктивното време на апериодичната съставка на тока
нак.с.,s.
Уравнението се решава аналитично и за В ка се намира [11]
В,,= Г ,/по(1-e ~WT‘)=/1<фа.
(8.40)
От него за 1фЯ се получава
1,Фа=7'аР"2(1-г
~
2'/г>).
(8.41)
За средни стойности на времеконстантата на затихване на апе
риодичната съставка на тока на к. с. Та =0,05 s и при ^;>0,1 s,
т. е. при / > Та , изразът в скобите е близък до единица и
Вка=Та/^;
(8.42)
^3=7^ F"2=0,05 Р"2.
(8.43)
Пълният топлинен импулс от квадратичния ток Z?K е сума от
импулсите Вкп и £ ка и има вида
Вк =Вкп+Вка=11
1фа=Роо (/фп-Ифа) = /1 *Ф. (8-44)
където /ф=/фп+^фа.
(8.45)
Когато / 1 s, се приема /фа= 0 (Вка= 0) и 1ф=1фП.
При отдалечено късо съединение и t > T a пълният топлинен
импулс се определя от израза
£к=/20(г+Га).
(8.46)
198
8.3.4. Термична устойчивост на
електрическите апарати
Прието е термичната устойчивост на елек
трическите апарати за променлив ток да се характеризира с но
миналния ток на термична устойчивост / т при определена п р о
дължителност на неговото протичане U > наричана номинално
време на термична устойчивост.
Проверката на апаратите по условието за термична устойчивост
се заключава в сравняване на изчисления топлинен импулс В к с
нормирания номинален импулс, който се определя с произведе
нието I2tr по дадени в каталозите и на табелките на апаратите
т
стойности за /т и U •
Апаратът е термично устойчив, ако е изпълнено условието
1\
(8-47)
Практиката показва, че всички апарати с номинални токове
над 1000 А обикновено отговарят на изискванията за термична
устойчивост и могат да не се проверяват по това условие.
8.4. Електродинамично действие на
токовете на късо съединение
8.4.1. Основни зависимости и
характеристика на процеса
Известно е, че ако през система от про
водници протича ток и магнитните им полета си влияя! взаимно,
между тях възникват електродинамични сили на взаимодействие.
Големината на силите и тяхната посока зависят от формата,
размерите и взаимното разположение на токовите контури, от
стойностите и посоките на токовете в тях, а така съшо от маг
нитните свойства на средата, в която се намират. При елнакви
посоки на токовете в проводниците те се привличат, а при про
тивоположни посоки — се отблъскват.
Електродинамичните сили зависят от квадрата на тока и при
к. с., когато той нараства многократно спрямо тека на нормал
ния режим, могат да предизвикат деформации или разрушаване
на проводниците, апаратите, изолаторите и други елементи на
РУ, ако те нямат достатъчна механична якост. Това налага при
избора и конструктивното им оразмеряване да се познава както
качествената, така и количествената страна на тези сили.
Определянето на електродинамичните сили може да се извьр-
щи по закона на Био-Савар или на основа на закона за съхра
нение на електромагнитната енергия.
199
В сьотзет. гв ие със закона на Био-Савар силата на взаимо
действие F, N, между два паралелни проводника с неограничена
дължина / и безкрайно малко сечение, намиращи се на разстоя
ние а един от друг, през които протичат токове ix и /2, се опре
деля по израза
±2 . 10~7 ixit ~L . (8.48)
Знакът плюс се взема при
еднаква посока на токовете,
а знакът минус — при раз-
лична посока (по-нататък, к о
гато това не е необходимо,
те не се означават).
Уравнение (8.48) не отчита
влиянието на размерите и
формата на сечението на про
водника върху големината на
електродинамичните сили. За
тяхного отчитане в него се
въвежда т. нар. коефициент
на формата Кф, при което
Р=±2.10-4 ,1,
КФ.
Фиг. 8.7. Криви за определяне на кое-
/о
фициента на формата за шини е право-
'
'
ъгълно сечение
За проводници С кръгло
сечение независимо от раз
мерите на сечението и разстоянието между тях, както и за про
водници с произволиа форма на сечението, когата светлото раз
стояние помежду им е по голямо от периметъра на напречното
им сечение, АГФ= 1.
Аналитичтото определяне на Кф за проводници с правоъгълно
сечение (шини), прилагани в ЗРУ, изисква значителна изчислител
на работа Затова на практика се използуват криви, които дават
зависимостта на Кф от отношението (a — b)Hb-\-h) при параметър
bill (фиг. 8.7). В случая а е разстоянието между осите на ши
ните ; b и h са техните размери.
Когато проводниците принадлежат към една тоководеща вери
га и през тях протича ударният ток на к. с., т. е. при
—
^=/у,
електродинамичната сила ще има най-голяма (максимална) стой
ност:
F=Fm,x=4. 10“ 7 гу2 4 - КФ.
(8.50)
На практика проводниците (шините) в РУ най-често принадле
200
жат на трифазна шинна система, поради което е възможно да
възникне както двуфазио, така и трифазно к. с.
В нормален режим токовете в отделните фази се изменят по
синусоиден закон. При к. с. това изме 1ение е значително по-
сложно, като в съответствие с токовете се изменят и електро-
диаамичните сили. Те зависят от вида и момента на к. с , стой
ността на периодичната съставка и затихването на апериодичната
съставка на тока на к. с. Без да се внася съществена грешка, са
цел да се опро;тлт изчислителните изрази за електродинамични
те сили амплитудата па периодичната компонента се приема по-
стоянна. Това допускане е утежняващо, тъй като предполага за
хранването на мястото на к. с. от източник с неограничена мощ
ност. Апериодичната съставка на тока на к. с. в общия случай е
различна в трите фази и затихва бързо по експоненциален закон
с времекопстанта па затихване Т а .
8.4 2. Електроданамични сили в
трифазна система при двуфазио късо
съединение
Разглеждат се проводниците на трифазна
система, разположени в една равнина на еднакви разстояния а
един спрямо друг (фиг. 8.8). Електродинамичните сили на взаи-
модеиствие при двуфазно к. с. в то
зи случай са най-големи, когато
к. с. е между проводниците на две с ъ
седнифази—АиВ или ВиС,
тъй като разстоянието между тях е
два пъти по-малко от разстоянието
между фазите А и С.
С отчитане на приетите по-горе
допускания за най тежкия случай,
когато до момента на к. с. верига
та е била отворена (токът на товара
е равен на нула), изразът на тзка
на к. с. има вида (част I, гл. 3)
*Wnmax [sin(a> t-f a ) - e ~tlTa sin a],
(8.51)
където /£^ахе амплитудата на периодичната съставка на тока при
двуфазно к. с . ;
ъгълът, определящ положението на вектора на то
ка в момента на к. с. (фаза па включване);
Та
времеконстантата на затихване на апериодичната
съставка.
Стойността на а се избира така, че пълният ток на к. с. да
I
<
1
1
,fa
■»
—
.______________ ° 1
ffb
Фиг. 8.8. Еле ктродинамични си
ли на взаимодействие между
шини в трифазна система при
диуфлзио к. с.
—
поясняваща
схема
201
бъде най-голям. За случая а = —л/2 и след заместване в (8.51)
се получава
i= /птах(^ 11Т* ^ COSCOt).
(8-52)
Силите на взаимодействие между проводниците на фази А и Н
при двуфазно к. с. се определят по (8.48), като се отчете, че то-
t
-
о
2
3
пер
t
0
3
^
пеР
_
*—лV -------
----"7
1/
з/
V/
"пер
,^
Ь
\^
\J v/ 2\у
1
\/3V/
1
\/ ,\J Viep
ЧЧ
\
\ч
\
1
1
/
1
/
\
—
7"5-----
V/"
■
1
1
1
к
—
'
г—1
—
\
t-Л
\
■J— гЛ7.
\7
\J\
9
Фиг. 8.9- Електродинамични сили между шини на
трифазна система при двуфазно к. с. — съставки на
силата (а, б, в, г) и резултантна сила (<?)
ковете в двата проводника са равни по i олемина, но протичат в
противоположни посоки, т. е. i —iA =
202
След заместване на израза за тока от (8.52) в (8.48) за силата
при двуфазно к. с. F (2\ N, се намира
Я2>=2 .10-7
- L *у2=2 .Ю^ ^ 1а(-1в)=
= ~ F02)(e~‘IIa —cos(0/)2= - Я02)
+ е~2/,:Га -2 e ~ t,ra cos0)^4-
+-у - cos 2to fj,
(8.53)
където F(02)= 2 . Ю~7 -^- [/fI2rJiax]2 е електродинамичната сила между
два паралелни проводника с дължина /, съответствуваща на
амплитудата на периодичната съставка на тока при двуфазни к.с .
Вижда се, че електродинамичната сила се сьстои от четири
съставки: постоянна; апериодична, затихваща с времеконстанта
T J 2 \ периодична с честота 50 Hz, амплитудата на която затихва
с времеконстанта 7'а ; периодична с честота 100 Hz.
Изменението на отделните съставки в посочения по-горе ред и
на резултантната сила във времето при 7^ = 0,05 s е дадено в
относителни единици на фиг. 8.9 а , б, в, г и д.
Максималната моментна стойност на силата се получава за
време t = 0,01 s след началото на к. с. За това време и при Та=
= 0 ,05 s се получава
/ад,-3.3Я0Ч
(8.54)
Максималната сила може да се изрази и чрез ударния ток*
при което [11]
^2ж-2 •1°'7 4- W
<8'55)
Ако апериодичната съставка на тока не затихва (Га= оо ):
=
(8-56)
8.4.3. Електродинамични сили при
трифазно късо съединение
Трифазното к. с. е симетрично, поради
което периодичните съставки на токовете в проводниците на
трите фази са изместени една спрямо друга на ъгъл 2к/3. Апе-
риодичните съставки на токовете са различни. Изразите за мо
ментните стойности на тока в отделните фази при твърдо на
прежение имат вида:
203
/л= /(3) [sin(a)/4-a) —€ tTa sina];
umaxL
'
/
A
B
C
'в
A
| FBc
Изчисленията за сивата, действу-
ваща на всяка от фазите, показват,
че при к- с. между проводниците на
трите фази, лежащи в една равнина,
най голяма е силата, действуваща
на средната фаза В. Поради това
по-нататък е показано намирането
само на силата, действуваща на та
зи фаза.
Ff=F3A-FBc=2. 1° 7
Ца1в —1в1с)-
(8-58^
След заместване на изразите за токовете от (8.57) и (8.58) за
силата F ^ се получава [1, 17]
където F^3)= 2 . 10—7
—
-
l^nmaxl2 е електродинамичната сила, съот-
ветствувзща на амплитудата на периодичната съставка на тока
при трифазно к. с.
„
Силата получава най-голяма (максимална) стойност р
2a-W3 =K/2-rarc,
(8*б0)
където п е цяло число. Огтук за а се намира 75, 165, 255 или
345° и след заместване в (8.59) то приема вида
р&) —Ff?) ( —f
-
cos 2tot— v3 e~tlTacos u>
е 2t/Ta j=
Bmax
0\2
z
1
=0,866 F<f>(cos2o) t —2e~t,T* cos <dt+ e~ 2t,Ta )• (8-bl)
Максимумът на силата настъпва приблизително след време
2(«>/-|-2а— -у-
+
(8.59)
204
t —0,01 s от мс мента на к. с., когато изразът в скобите има мак-
симална стойност. Гогава (8.61) може да се представи по след
ния начин:
^ З)т3х= 0>886 ^ 3)(1+£-°’0,/Га)=0,866 k*f*3)=
=2.0,866.10-’
±.
(8.62)
Като се вземе под внимание, че k \ [ / ^ ах]2 = f/<?>]*, се получава
окончателният израз
F(iLz = U73.10 -7
-L [,«,]*.
(8.63)
При Га= 0,05 s за максималната сила, изразена чрез F[3> от
(8.62), се намира
/гв )тах= 0 >866 . 3,3 . я 03>= 2,87 Я*).
(8.64)
За да се сравнят силите при двуфазно и трифазно к. с , ге
трябва да са поставени при еднакви условия. Това изисква да
се намери съотношението между началните токове на периодич
ните съставки при двуфазно и трифг.зно к. с. При отдалечено
к. с. за тях може да се напише
/(по _ у/з
r8
/(3)—2
(о.Ь5)
п0
И
р(2) /^\1
/7(3)
г0
= 0,75.
(8.66)
1огава, ако максималната сила при двуфизно к. с. се изрази
чрез тока (силата) на трифазно к. с., от (8.54) се намира
^2* = 3 .3/7!?)= 3,3
. 0,75ЛЗ> = 2,47f f .
(8.67)
Следователно
Fmax
n 3)< ^ 3Lx =2.87 pp.
(8.68)
Поради това изчислителен вид на к. с. нри проверка на про
водниците и апаратите на електродинамична устойчивост е три-
фазното к. с.
Когато проводниците са разположени във върховете на равно
странен триъгълник, максималната сила, действуваща на всеки от
тях, при трифазно к. с. е равна на максималната сила, действува
ща на проводника на средната фаза В при хоризонталното им
разположение.
205
&.5. Избор и проверка на шини
и силови кабели
8.5.1. Избор и проверка на шини за ЗРУ
т
Едни от най-важните и отговорни токово_
дещи елементи на всяка РУ са събирателните шини и отклонения,
та от тях към апаратите. Събирателните шини представляват ко
мутационен възел, към който са свързани всички или голяма част от
присъединенията на уредбата. Затова повредата им води до пре
късване на връзката с последните и нарушаване на електроза
хранването на потребителите.
Събирателните шини на ЗРУ (у нас 6 —20 kV) се изпълняват
от неизолирани твърди проводници с правоъгълно профилно или
тръбно сечение. Най-широко приложение имат алуминиевите ши
ни с правоъгълно сечение. При токове до около 2000 А се из
ползуват единични шини, а при по-големи токове
пакетни ши
ни с Две и по-рядко с три шини на фаза. За токове над оА
е по-целесъобразно използуване на шини с коритообразно сече
ние, при които повърхностният ефект и ефектът на близост се
проявяват по-слабо.
Q)
Флг. 8 .11 . Начини на разполагане на шините в ЗР^
Правоъгълните шини се произвеждат с размери от 1оХЗ до
120X10 mm. За подобряване на охлаждането от повърхността
им предпазване от окисляване и разпознаване на фазите шините
с е разполагат в определен p ei и се боядисват: фаза А — жълта,
206
фаза В
зелена, фаза С — червена. При постоянен ток поло
жителният полюс е червен, а отрицателният — син.
Шините се закрепват на порцеланови опорни изолатори с по
мощта на шинодържатели, позволяващи да се изместват надлъж-
но по оста си при удължението или свиването им вследствие
изменение на нагряването. Твърдо закрепване обикновено се
осъществява в една точка — най-често в средата на участъка
При дължината на шините над 1 5 - 2 0 ш за поемане на темпе
ратурните им удължения се използуват и шинни компенсатори.
азлични начини на разполагане на правоъгълни шини върху
изолаторите и на фазите помежду им са показани на фиг. 8.11.
На фиг. 8.11 а са представени единични шини, монтирани на ребро
във вертикална равнина, а на фиг. 8.11 б , в — монтирани съот
ветно на широката си страна и на ребро в хоризонтална равни
на. Две шини в пакет, разположени на широката си страна в хо
ризонтална равнина, са дадени на фиг. 8.11 г Шините могат да
се монтират и в триъгълник, в квадрат или в наклонена равнина.
Шините на 31 .V се избират по следните условия- 1) вид на
материала и форма на сечението; 2) продължителен допустим
ток (продължително нагряване). След това се проверяват на •
1)термична устойчивост; 2) електродинамична устойчивост; 3 ) ре-
зонанс.
Дадените по-долу кратки пояснения по тези изисквания са за
най-често срещаните правоъгълни шини.
Изборът според внда на материала и форм ата на сечение
то в случая е почти еднозначен - приемат се алуминиеви шини
с праноьгьлно сеченне и само ако те не отговарят на условията
на работа, се прибягва до друга форма на сечението и друг ма-
териал.
Изборът по продължителен допустим ток се свежда до про
верка за изпълнение на условието
/доп
/изч»
(8.69)
където / доп е продължителният допустим ток, определен по к а
талози, справочници и други, на които съответ-
ствува определено стандартно сечение на ши
ната, А;
/изч — изчислителният (максималният) ток при най тежкия
продължителен режим на работа на шините __
нормален, ремонтен или следавариен, А.
Проверката на термична устойчивост в режим на к. с се из
вършва чрез сравняване на допустимата температура в режим на
к. с. и кдоп с действителната температура на нагряване при к с
я се определя по фиг. 8.3, като се ползува (8.22) съгласно
с изложения в т. 8.3.2 метод, при което е необходимо
Фкдоп^ Фк.
(8.70)
207
Проверката по електродинамичиа устойчивост има за цел да
установи дали шинните конструкции отговарят на условието за
механична якост при к. с. Критерий за това е изчислителното ме
ханично напрежение на материала на шините оИЗч Дз не надви
шава допустимото напрежение а ДОп, което за шини от алуминий,
мед и стомана е съответно 70, 140 и 160 МРа, т. е.
СУдоп
СЗизч.
(8-71)
За единични правоъгьлш шини егизч се определя от отноше
нието
<8'72>
където М е огъващият момент създаван ог силата, действува-
ща върху шината, N.m;
^7 __ съпротивителният момент на шинага относно оста,
перпендикулярна на действието на шината, пт.
Огъващият момент за този случай се определя от израза
М-
—
=-^
-.
(8.73)
т~
10
ю
където F и f са силата, N, и специфичната сила, N/m;
I е разстоянието между опорите (изолаторите), ш.
Силата F се определя по (8.63).
р=\,73.Ю
-7
~
/*•
<8-74)
За единични правоъгълни шини със страни b и А, разположени
на тясната си страна b (на ребро),
r=4--
(8-75)
При разполагане на шините на широката им страна h
Г=-*£-•
<8-76)
След заместване на (8 73) и (8 74) в (8.72) за о изч се получава
а _JL=_?i-=
1,73.КГ8Д^--
(8.77)
°иач— у у
|(j
’
aW
Ако (8.73) се замести в (8.72), като се приеме, че а изч= <*Доп и
полученото уравнение се реши относно I, се намира максимално-
то допустимо разстояние между опорите на шините /т ах, т -
I10сТдоп w
(8.78)
'max Vf
^
Когато шините са подпрени на разстояние / -/ тах» те са Дина
мично устойчиви.
208
УнасвЗРУзанапрежения6,10и20kV/=150cm и раз
стоянието между осите на фазите а = 3 5 cm.
Оразмеряването на пакетни шини при две или три шини в па
кет тук не е разгледано. Този въпрос е изложен подрооно и
[11, 17, 25].
Проверка на шините по условието за механичен резонанс
се налага изключително р я д к о — главно при нови конструктивни
решения на шинните системи. За съществуващите конструкции
това условие на практика е изпълнено, поради което съгласно
с [24] не се изисква да се проверяват на механичен резонанс.
Изведената зависимост (8.63) за силата F се отнася за статич-
на система, при която шините и изолаторите са приети абсолют-
но твърди. На практика системата шини — изолатори е динамична
двучестотна колебателна система, тъй като под действие на
електродинамичните сили както шините, така и изолаторите полу
чават собствени колебания. Ако тяхната честота съвпада или е
близка до 50 или 100 Hz, може да настъпи механичен резонанс.
С цел да се опростят изчисленията най-често се работи с едно-
честотна система, като се приема, че се колебаят само шините,
а изолаторите са абсолютно твърди. За такава система^ изме
нението на механичното натоварване при различни собствени
честоти на шинната система се отчита с т. нар. коефициент на
динамично натоварване К д . Неговото определяне обикновено е iа*
ва по номограми [17] в зависимост отошението на собствената
честота на шините f0 и честотата на м режата/, т. е. fjf.
В този случай изразът за изчислителната сила при трифазна
к. с. получава вида
f=1,73.10-’ 4-
‘]КА-
(8-79)
С така намерената сила изчисленията се провеждат както за
статична система.
За правоъгълни шини f0 може да се определи по удобния за
практически изчисления израз [33]
/0=сЮ6
■
(8-80)
където л: е размерът на шината, успореден на направлението на
действуващага сила, cm;
/ — разстоянието м^жду опорите, cm ;
с — константа.
За единични правоъгълни шини от алуминий с= 5 ,02, а за мед
ни шини с=3,61.
Когато 30 H z > /0> 160 Hz, резонансни явления не се проявяват
(*д ^ !)•
14 Електрически подстанции
209
8.5.2 . Избор на изолатори
Твърдите шини в РУ се закрепват върху
опорни изолатори, а при преминаването им през преградни стени
се използуват проходни изолатори.
Опорните изолатори се избират по конструктивен тип, номи
нално напрежение (изолационнз якост) и механично допустимо
натоварване.
Изборът по номинално напрежение изисква
^изном
^ ур ном»
(8-81 )
където U из ном и Uур ном са номиналните напрежения на изолатора
и на уредбата, kV.
За да бъде изолаторът елект родина мично устойчив, когато
шината е разположена на широката си страна, е необходимо
•^*'доп==0>6 F разр
F изч-
(8.82)
При разположение на шината на ребро
F дои — ^изч= ^7И34
Фиг. 8.12. Схема, пояснява
ща определянето на изчисли
телната сила, действуваща на
изолатора
(8 83)
където F доп е допустимото натоварва
не на главата на изола
тора, приемано за сигур
ност 60% ОТ /"разр, N ;
F разр — разрушаващото натовар
ване на огъване, прило
жено на главата на изо
латора, N;
Fm4 — силата, действуваща на
главата на изолатора на
височина Я„з, N;
Р'ИЗЧ — силата, действуваща на
височина Я > Я ИЗ, N;
kh — корекционен
коефици
ент, отчитащ височина
та Ff, на която е раз
положена шината, кога
то е монтирана на реб
ро (фиг. 8.12);
kh =H!Hm\ Ff=Hm+b-\ -h/2, (8.84)
където / / il3 и Н са височините на изолатора и на приложената
сила.
<>а проходните изолатори изчислителната сила се определя за
половината от разстоянието между опорните изолатори и следо
вателно е равна на половината от действуващата нп тях с ила.
210
Освен по горните условия проходните изолатори се избират И
по номинален ток на тоководещата им част:
>1т
(8.85)
8 5.3. Избор и проверка на гъвкави
шини за ОРУ
В ОРУ намират приложение главно шини
изпълнени от гъвкави многожични стоманено-алуминиеви провод
ници^— нормални (АС), облекчени (АСО) и усилени (АСУ).
1 При големи токове шините се изпълняват снопови, с два и
повече проводници в снопа. Като правило гъвкавите проводници
не се боядисват. Закрепването им към порталите на уредбата
става чрез висящи изолаторни вериги.
През последните години в много страни се използуват и твърди
шини.
За условията на нормалния режим шините на ОРУ се избират
по тип на проводника, конструктивно изпълнение и по продъл*
жителен допустим ток, след което избраното сечение се прове
рява на корона. В режим на к. с. при мощности над 40f)0 MVA
за ll'OkV, над 8000 MVAза 220kV инад 14000MVA за400kV
се прави проверка на възможността за недопустимо сближаване
или преплитане на проводниците на две съседни фази под дей
ствието на електродинамичните сили.
Изборът на гъвкавите шини го продължително нагряване е
аналогичен на избора на твърдите шини за ЗРУ и се извършва
съгласно с (8.69).
Проверка на проводниците по условията за образуване на
корона се прави за уредби с напрежение 35 kV и по-високо.
Короната е вид самостоятелен разряд, съпроводен с характе
рен шум^ и светене. В резултат на коронирането се увеличават
загубите на енергия, разрушава се повърхността на проводника
и"могат да се- предизвикат смущения в съобщителните линии и
в^радио- и телевизионните предавания.
^Установено е, че проводници със сечения над 95—120 mm2
при напрежение 110 kV и над 300—400 шш- при 220 kV не ко-
ронират. Тъй като на практика сеченията на проводниците на
събирателните шини на ОРУ 110 и 220 kV се приемат по-големи
по други съображения, те не се нуждаят от проверка на корона.
За [приблизително определяне на диаметъра на проводника
d, шш, при който няма корониране, може да се използува из
разът
•
,8-86>
211
където tJcр е средното напрежение на уредбата, kV.
Приема се най-близкият до изчисления по-горен стандартен диа
метър, на който отговаря съответно стандартно сечение.
8.5.4. Избор и проверка на кабелите
Изискванията към кабелите, изборът на
типа, трасето, мястото и начините на полагането им, допустими
те токове, механичните усилия и други препоръки са дадени
подробно в [24].
Кабелите се избират по конструктивен тип, номинално напре
жение, продължителен допустим ток и икономична плътност на
тока и се проверяват на термична устойчивост.
Кснструктивното им разнообразие е извънредно голямо. Най-
широко приложение през последните години имат кабели с изо
лация и обвивка от различни полимерни материали. За напреже
ния 6, 10 и 20 kV у нас се използуват основно едножилни кабе
ли с изолация от химически омрежен полиетилен. В пределите
на Р у не се допуска употребата на кабели с горими покрития.
Местата на преминаването им от едно помещение в друго или
от един етаж на друг се уплътняват.
Номиналното напрежение е мярка за изолационната якост на
кабела. Условието за избор на този параметър е
£/ном — ^ур ном»
(8.87)
където U„ом и Uурном са номиналните напрежения на кабела и
на уредбата, kV.
Изборът на кабелите по продължителен допустим ток е ана
логичен на избора на шините:
/доп ^
/ ИЗЧ>
(8.88)
За определяне на сечението по икономична плътност на тока се
използува известният израз, mm2,
(8.89)
JИК
където / «ом е работният ток на кабела в нормален режим, А;
у'ик — иконо\1ичната плътност на тока, A/mm2.
Стойности за уик в зависимост от трайността на максималния
товар Тmax* вида и метериала на проводника са дадени в [24] и
други справочници.
Полученото по (8.89) сечение се закръгля до най-близкото
стандартно сечение.
Избираното по условията на нормалната работа сечение се про
верява по термична устойчивост в режим на к. с. съгласно с (8.70):
Акдоп^Фк.
(8.90)
Кабелите се избират и по допустим пад на напрежението.
212
Глава IX
Апарати за високо напрежение
9.1. Прекъсвачи за високо напрежение
9 11. Общи сведения
Прекъсвачите за НВ са най отговорните
и скъпи комутационни апарати в РУ. Те са предназначени за
включване и изключване на електрическите вериги при всички
режими на р аб о та: нормален, на к. с., на празен ход, кратко
временни и други. Or тях се изисква не само да изключат ве
ригата, но и да изгасят възникналата на контактите им електри
ческа дъга. Поради това всички прекъсвачи притежават дъго-
гасителни устройства, които са техен характерен елемент. В зави
симост от условията на средата, в която работят, прекъсвачите
са с нормално изпълнение—за работа при температура до + 40 °С
и надморска височина до 1000 т , и със специални конструкции —
за работа в тропически, високопланински, северни, химично ак
тивни и други условия.
Прекъсвачите могат да бъдат еднофазни, двуфазни и трифаз
ни. По принцип всяка фаза е самостоятелен е 1емент и връзката
между тях се осъществява само посредством задвижващия ме
ханизъм. Според мястото на монтаж се различават прекъсвачи
за закрит и за открит монтаж.
По начина на управление се делят на такива с ръчно или с
автоматично управление.
Съобразио с времето, за което изключват, прекъсвачите условно
се подразделят на свръхбързодействуваши (до 0,06 s), бързо-
действуващи (0,06 — 0,08 s \ с ускорено действие (0,08— 0,12 s) и
небързодействуващи (над 0,12 s). Бързодействието им се опреде
ля от задвижващия механизъм и скоростта на гасене на дъгата.
По възможността им за АПВ се делят на обикновени (без АП В)
и пригодени за АПВ.
Към прекъсвачите се предявяват различни изисквания за на
деждност, удобство и безопасност на персонала при експлоата
ция; за безопасност от взрив и пожар; за бързодействие и въз
можност за автоматизация; да имат проста и лесна за обслужва
не и транспорт конструкция; да са с малки габарити и ниска
цена, да заемат малки площи и др.
Най-важните номинални параметри на прекъсвачите са:
Номинално напрежение UHом — междуфазовото напрежение, при
което прекъсвачът е предназначен да работи и от което се
определя неговата електрическа изолация, а следователно разм е
рите и теглото му.
213
Номинален ток / ном— ефективната стойност на най големия
ток, с който прекъсвачът може да работи неограничено време
при номинални работни условия — £/„ом, честота / ном и температу
ра на околната среда Ф Ном-
Номинален ток на изключване !ИН0М— най голямата допусти
ма ефективна стойност на периодичната съставка на тока на к. с.,
която прекъсвачът може да изключи надеждно при най-високо
работно напрежение, зададени параметри на възстановяваващото
се напрежение и зададен цикъл на операциите.
Норм ира но относително съдържание на апериодичната със
тавка на тока на изключване РнОМ — отношението на аперио
дичната съставка на тока на к. с . / аНом към амплитудата на пе
риодичната съставка / п ном в момента, в който дъгогасителните
контакти на прекъсвача се изключват:
Р *"а ном
.
ном— Ш
(')
V 7ином
Нормираната стойност на |3Н0М се определя аналитично или по
кривата на фиг. 9.1 като функция на времето t, s. Това време е
сума от собственото време на изключване на прекъсвача tc и
минималното време за заработване на РЗ t3min* което приемат
равно на 0,01 s:
t —t e + £3m\n —tc +0,01.
(9.2)
Пр:1 рН)м^0,2 нормираната асиметрия се пренебрегва, т. е.
^НОМ= 0.
3 i прекъсвачите се задава определен цикъл комутационни опе
рации (цикъл на АПВ), който те трябва да могат да извършват
ПрИ ТОК /и ном-
Всички прекъсвачи, които не са предназначени за АПВ, трябва
дз издържат на цикъла
И —180 —ВИ—180 —ВИ.
За пзекъсзачите, предназначени да работят в режим на АПВ,
се предписват следните цикли на работа:
1)
И -г бт—ВИ —180-ВИ;
2)
И —/бт—ВИ —20—ВИ.
Втор 1ят цикът се отнася само 31 прекъсвачи с UHOIt< 220 kV'
В показаните цикли И —операция изключване; ВИ — операция
включване и незабавно следваща операция изключване; 180 и 20 —
паузи в секунди между операциите ВИ; tбТ— гарантирана за пре
късвача минимална безтокова пауза при АПВ (0,3 — 1,2 s).
Ночинална мощност на изключване S „HOm— характеризира
изключителната способност на прекъсвачите. За трифазни пре
късвачи се определя по известната формула
214
и ном-
(9.3)
По същество тази мощност е условна величина, тъй като ней
ните компоненти U„0M и А ,н о м се отнасят за различни моменти от
времето. Затова е пранилно изборът на прекъсвачите на изключва*
телната способност да се прави по / и ном-
Номинален, ток на включване — токът на к. с., който прекъс
вачът може да включи, без да се повреди при най-високото работно
напрежение на мрежата и зададен цикъл на pa6oia. Заводите
производители дават както ефективната стойност на този ток
/.кл ном. така и амчлитудната му стойност /„клном. при което са спа
зени условията:
Номинален ток на термична устойчивост / т — ефективна
та стойност на тока, който може да протече през включения
прекъсвач в продължение на определено номинално време t r
(обикновено 3 или 4 s), без температурата на тоководещите му
елементи да надвиши допустимата за кратковременен режим на
работа. Между токовете / т и /„ Вом съществува връзката
/т>/и ном
(9.6)
Номинален ток на електродинамична устойчивост — ефек
тивната стойност на периодичната съставка 1тп и амплитудната
зтойност на пълния (ударния) ток /дин, които могат да протекат
Р ном
0.02 0.0£ 0
.0
6 °-08
Фиг. 9.1. Нормирано съдържание на апериодич
ната съставка
1 вкл ном
Iином>
*ВЮ| Ном— 1>8 V2Iином= 2,55 /и ном-
(9 4)
(9.5)
215
чрез включения прекъсвач без .механични повреди и остатъчни
деформации. За тези токове са валидни зависимостите
IДин ==?AtНОМ»
(9 /)
^ДИН
1»8\J~%/||НОМ= 2 ,55/„НОМ*
(9.8)
''Z+■-
Пълно време на изключване на прекъсвача ta — времето от
момента на подаване па команда за изкпочване . до изгасване на
дъгата на всички полюси нз прекъсвача То се състои от две
компоненти:
а) собствено време на изключване t c — времето от момента на
подаване на команда за изключване до началото на разделяне на
дъгогасителните контакти;
б) време на гасене на дъгата ta — времето от момента на раз-
деляне на дъгогасителните контакти до изгасване на дъгата на
всички полюси.
Време на включване tBкл— времето от подаване на команда за
включване до момента, в който се затвчрят дъгогасителните кон
такти на прекъсвача.
Пълно време на изключване на веригата при к.с . t — сума
от пълното време за изключване на прекъсвача tn и от пълното
време на РЗ t3 ■От своя страна
^3
=
^Сз4"^33>
(9.9)
където t c3 е собственото време на РЗ, s;
/33— настроеното закъснение на защитата, s.
Парам етрит е на възстановяващото се напрежение — ско
ростта v B, честотата /в и амплитудата ив на възстановяващото се
напрежение.
Посочените най важни номинални параметри на прекъсвачите
се гарантират при определени условия на работа, давани от заво
дите производители в тяхната техническа документация.
Ишолзуваните в практиката прекъсвачи се различават основ-
но по начините за гасене на дъгата. Преимуществено разпростра
нение са получили следните типове: маслени (многомаслени и
маломаслени), въздушни, елегазови, електромагнитни, автогазови,
вткуумнп. Всеки от тях има определени преимущества и недо-
статьци и обтаст на приложение главно по отношение на напре
женията на РУ, при коиго работят най-добре.
9.1.2. Маслени прекъсвачи
Масле 1ите прекъсвачи се делят на мно-
го.маслени и маломаслени.
Много масленит е прекъсвачи са едни от първите комутацион
ни апарати, предназначени за включване и изключване на елек
216
трическите верши за ВН. Тяхна характерна особеност е нали-
чиj t o на голямо количество трансформаторно масло, което слу-
жи“както за гасене на електрическата дъга, така и за създаване
па необходимата изолация на тоководещите части.
Фиг. 9.2. Схеми на дъгогасителни устройства на мас
лени прекъсвачи
При напрежения 6 — 20 kV и токове нд изключване до 20 —
25 кА тоководещите части на трите фази се поставят в общ
казан (резервоар), а при по-восоки напрежения и по-големи из-
ключвателни токове всяка фаза се намира в отделен казан.
Изключването на веригата и гасенето на електрическата дъга
може да става открито, в общия обем на маслото в казана, или
в специални дъгогасителни устройства (дъгогасител ш камери).
Прекъсвачите без дъгогасителни камери се използуват в РУ 6 —
10 kV при изключвателни токове до 20 —25 кА. Пълното им
време на изключване достига 0,2 —0,25 s. Прч тях в процеса на
изключване между контактите им въз шкват две последователно
включени електрически дъги (фиг. 9.2 а). Под действие на висо
ката температура на дъгата маслото около нея се разлага и се
образува газов мехур с повишено налягане до 1 МРа, съдърж ащ
над 70 % водород. Това са предпоставки, които заедно с бързо
то удължаване на дъгата при движение на подвижния контакт,
охлаждането й от допира с нови количества масло и дифузията
на заредените частици в общия обем на маслото спомагат за из-
гасване на дъгата.
Дъгогасителните камери създават условия за по-бързо и ефек
тивно гасене на дъгата. Те ограничава обема, в който дъгата
гори, и способствуват за повишаване па налягането в него. Чрез
тях се осъществява насочено газомаслено подухване на принципа
на автопродухването. Основен признак, по който се класифици
217
рат дъгогасителните камери,е направлението на потока на гасене
на дъгята относно дъговия стълб. Съобразно с това се различават
камери с надлъжно (фиг. 9 2 6, в), напречно (фиг. 9.2 г) и на-
срещн о-напречно (симетрично) продухване (фиг. 9.2 д) [27].
Поради наличието на голям обем масло (за прекъсвачи 220 kV
до 25—30 t) многомаслените прекъсвачи са взриво- и пожаро
опасни. Затова се изисква, когато съдържат над 60 kg масло на
фаза, монтирането им в ЗРУ да става във взривни (закрити) ки
лии с праг за събиране на цялото количество масло и с изход
навън или към взривен коридор.
Под прекъсвачите в ОРУ трябва да има маслосъбирателни ями.
Посочените недостатъци и големите габарити на тези прекъсва
чи са довели до постепенното им изместване от други типове
прекъсвачи — в областта на напреженията до 220 kV предимно от
маломаслениге. У нас многомаслени прекъсвачи не се произвеж
дат и не се внасят, но в някои стари РУ все още се експлоа
тират.
Маломаслените прекъсвачи имат значително по-малък обем
масло, което служи основно за гасене на дъгата и няма изолацион
ни функции. Изолацията на тоководещите части към земя се
осъществява с помощта на твърди диелектрици, а между съсед
ните фази тя е въздух.
По принципите на гасене на дъгата дъгогасителните камери на
маломаслените прекъсвачи не се различават от тези на много
маслените. Основната разлика е в това, че вмест./ в казана на
прекъсвача камерата и контактната система са поместени в изо
лиран от земята корпус (съд). Корпусите на прекъсвачите за ЗРУ
най-често имат цилиндрична или близка до нея форма и се из
работват от гетинакс, електротехнически картон и други изола
ционни материали с голяма механична и електрическа якост. При
прекъсвачите за ОРУ корпусът представлява кухо тяло от порце
лан, стъклопластика с порцеланово покритие и др.
Маломаслени прекъсвачи се произвеждат за всички средни и
високи напрежения. У нас те се прилагат за напрежения 6 —220kV,
като в уредбите 6 —20 kV напълно са изместили сстаналите ти
пове прекъсвачи. Номиналният им работен ток обикновено е в
границите 400—4000 А, а номиналният ток на изключване 20 —
40 кА. Съществуват конструкции на маломаслени прекъсвачи
(предназначени главно за работа в генераторни вериги без АПВ),
които имат 2 - 3 пъти по-високи номинални работни и изключва-
телни токове.
Пълното време на изключване в зависимост от конструктивния
им тип е 0,06 —0,2 s.
Поради малкия обем на маслото опасност от взрив и пожар
при тези прекъсвачи почти не съществува. Това позволява монти
рането им в ЗРУ да става в леки и евтини отворени килии. 1е
218
не са приспособени за чести комутации и трудно работят в ци
къл на многократно АПВ,
Нашата електротехническа промишленост засега произвежда
два типа маломаслени прекъсвачи. За закрит монтаж са усвоени
Фиг. 9.3. Маломаслен прекъсвач за 10 kV тип А
по лиценз на E I3 —Белгия, серия прекъсвачи ог тип А за напре
жения 10, 20 и 35 kV. Номиналните им работни токове са от
400 до 2000 А; номиналните токове на изключване — от 8,7 до
34,6 kA; пълното време за изключване
0,065 —0,9 s. Прекъсвачите тип А се про
извеждат във вариантно изпълнение и за
монтаж върху количка (тип Ак ) и могат
да се използуват в КРУ. Задвижването на
прекъсвача е пружинно тип ЗПР (задвиж
ване пружинно ръчно) или ЗПМ (задвиж
ване пружинно моторно). Външният вид.
на прекъсвач тип А е показан схематично
на фиг. 9.3.
За открит монтаж се изготвят на моду
лен принцип прекъсвачи за 110 и 220 kV
тип ММО Техните номинални работни
токове са 1250 и 1600 А; номиналните
токове на изключване са 20 и 31,5 kA ;
пълното време на изключване е 0,08 s.
Прекъсвачите са с пружинно задвижване
гнп ЗПМ.
Общият вид на един полюс на мало-
маслен прекъсвач ММО 110 kV е даден
на фиг. 9.4.
Напоследък в EEC на стралата а
използуват все по-широко
и вносни маломаслени прекъсвачи за напрежения 6 —20 kV, пре
димно тип SCI, производство на Германия. Прекъсвачите от този тип
се изготвят за работни токове 630 и 1250 А и номинални токо
Фиг.
9.4. Маломаслен
прекъсвач за 110 kV тип
ММО
219
ве на изключване до 30 кА. Пълното им време на изключване
е 0,065—0,085 s. Задвижването е трифазно пружипно с проста
и надеждна конструкция.
9 1 3. Въздушни прекъсвачи
За гасене на дъгата и дейонизация на
дъговата междина въз въздушните прекъсвачи се използува по
ток от сгъстен въздух, обдухващ дьговия стълб в надлъжно или
напречно направ-ление.
Тоководещите части са изолирани помежду си и от заземените
конструкции с порцелан или други твърди изолационни материали.
Независимо от конструкцията на прекъсвачите и на дъгогаси-
телните им устройства процесът на гасене на дъгата в тях проти
ча по аналогичен начин. При разделяне на контактите на прекъ:-
вача и въз шкване на електрическа дъга посредством дюзи към
нея се подава с голяма скорост силна струя сгъстен въздух, в
която липсват заредени частици. Тя охлажда интензивно дъго
вия стълб и неговите опори (пети) върху контактите, като нама
лява сечението на стълба. Едновременно с това въздушният по
ток изнася извън зоната иа дъгата заредените частици, получени
при нейното гасене. По този начин електрическата якост на д ъ
говата междина в дъгогасителната камера бързо се увеличава и
може да издържи на възстановяващото се напрежение на кон
тактите на прекъсвача. Изключването на въздушните прекъсвачи
е съпроводено със силен шум. Затова не трябва да се монтират
в ОРУ, намиращи се в близост до жилищни сгради.
Няколко варианта на дъгогасителни устройства на въздушни
прекъсвачи с надлъжно продухване на дъгата са показани на
на фиг. 9.5 а , б, в, г. На фиг. 9.5 д е показана камера с напреч
но продухване, която се използува в някои прекъсвачи 6 —20 kV.
При отделяне на подвижния контакт 3 от неподвижния 1 и въз
никване на дъга напречно на нея се подава струя сгъстен въз
дух, която я вкарва в тесни междини, образувани ог изолацион
ни преградки 2, където тя се удължава, охлажда и изгасва.
Един от недостатъците на въздушните прекъсвачи е ограни
ченото взаимно раздалечаване на контактите им при надлъжно
продухване на дъгата. В зависимост от номиналното напрежение
на прекъсвача то не трябва да надвишава 2 5 —50 mm, тъй като
има опасност от термодинамично запушване на дюзата, през коя
то се подава въздухът. Вследствие на запушването скоростта на
изтичане на въздуха от дюзата намалява и ефективността на ох
лаждане на дъгата се влошава. Поради малкото разстояние меж
ду контактите приложеното на тях напрежение не трябва да надви
шава 35—60 kV при налягане на въздуха в камерата 2 МРа и
80—125 kV при налягане 4 МРа. Работно налягане на въздуха
220
2 MPa имат много въздушни прекъсвачи, в това число и използу-
вапите у нас. В този случай прекъсвачите за 110 kV трябва да
имат две последователни прекъсвания на полюс, а прекъсвачи
те 400 kV — до 8 прекъсвания.
Фиг. 9.5. Видове вьздушно продухване
В световната практика се използува работно налягане до 6,3—
8 MPa. С повишаване на налягането на въздуха се увеличават
пропорционално изключвателният ток и изключвагелната мощност
на прекъсвача. Нараства и електрическата якост на дъговата
междина, но същевременно това изисква елементите на прекъсва
ча, въздухопроводите, резервоарите за сгъстен въздух, уплътне
нията и други да имат по-голяма механична якост, а компресор
ната уредба да бъде за по-високо налягане. Утежняват се и ус
ловията за работа на клапагите за управление на прекъсвача.
Особено голямо внимание се отделя на качеството на подава
ния към прекъсвачите въздух. Iой трябва да е очистен от меха
нични примеси (посредством филтри), да бъде в достатъчно ко
личество, да има необходимото налягане и да е добре подсушен
чрез отделяне на съдържащата се в него влага.
Сушенето се извършва по два начина [34 ] : а) термодинамичен;
б) физико-химичен — чрез поглъщане на влага с помощта на а к
тивни абсорбенти.
Ако въздухът не е изсушен достатъчно и температурата се
понижи, започва отделяне на кондензат. Кондензатът и влажният
въздух влошават изолационната якост на изолационните материа
ли, а при замръзване на кондензата може да се наруши нормал-
ната работа на клапаните за управление, арматурата и задвиж
ващите механизми, да се намали проходното сечение на възду
хопроводите и т. н.
Конструктивното разнообразие на въздушните прекъсвачи е
голямо. Основните конструктивни схеми са покани на фиг. 9.6.
Схемата на фиг. 9.6 а е на прекъсвач с външен (открит) отде-
221
лител 3. Той има две дъгогасителни устройства 1 и е Изолиран
от земята с кух порцеланов изолатор 2. При изключване на пре
късвача към дъгогасителните му контакти 4 се подава сг ъ
стен въздух, а когато дъгата изгасне, се подава въздух към
о\
\
Ш
{
N
I
5
Фиг. 9.6. Конструкции на въздушни прекъсвачи
задвижването на отделителя и той се отваря. След изключ
ване на отделителя се преустановява подаването на въздух към
дъгогасителните контакти, налягането в дъгогасителната камера
222
де понижава до атмосферното и под действието на контактни
пружини дъгогасителните контакти се затварят. Включването на
прекъсвача при всички режими на работа става с отделителя.
Поради голямата скорост, с която той се движи — над 10— 12 m/s,
опасност от възникване на стабилна дъга при включването няма.
У нас такива прекъсвачи, производство на ЧСФР, са монтирани в
ОРУ 110 kV на ТЕЦ „Трайчо Костов“, ТЕЦ „Русе“ и др.
С такава и подобна конструктивна схема се изготвят и прекъс
вачи за ЗРУ при напрежения 10 — 20 kV главно като генераторни.
Поради ненадеждната работа на отделителя при заледяване и
сняг през последните години t o jh тип прекъсвач е изоставен и
почти не се прилага за ОРУ. В замяна на него е разработен пре
късвач с аналогично действие, конструктивната схема на който
се различава само по вида на отделителя-фиг. 9.6 б. Вместо на
открито контактите на отделителя 1 са поставени в кух порце
ланов изолатор както дъгогасителните контакти 2 и по този на
чин са защитени от въздействието на околната среда. Връзката
между отделителя 1 и дъгогасителното устройство 2 е външна,
но е неподвижна. Прекъсвачите от този тип се произвеждат за
напрежения до 500 kV. Те имат големи размери, обслужването им
е усложнено и трудно се изработват за по-високите напрежения
У нас не се използуват.
На фиг. 9.6 в е показана конструкция на въздушен прелъсвач
за ВН (110 750 к\Л с въздухонапълнена камера, наричан още
въ.здухонлпълнен прекъсвач. Гой се изготвя на модулен принцип
и има заземен резервоар за въздух, на който е монтиран кух пор
целанов изолатор, осигуряващ необходимото изолационно ниво
спрямо земя. В горния край на изолатора е закрепено дъгогаси-
телного устройство, поставено в стоманен съд /, запълнен с въз
дух под налжане (2-4 МРа). В съда са вградени въводи, които
на практика представляват проходни изолатори. Към техния край
извdH съда се свързва външната верига, а на края им в съда са
закрепени неподвижните контакти. Подвижните контакти се носят
от траверса, която при изключване се повдига от бутално устройст
во и веригата се прекъсва на две места. Възникналата при из
ключването дъга се гаси в поток от въздух и >д налягане, изтичащ
от съда в атмосферата през дюзи, които го насочват към д ъ
гата, и изпускателен клапан.
Въздушните прекъсвачи се използуват широко в световната
практика при всички напрежения, като за напрежения над 110 kV
се предпочитат пред другите типове прекъсвачи (с изключение
на елегазовите). Изготвят се за работни токове до 4 —6 kV и т о
кове на изключване 63—80 кА. За генераторните прекъсвачи те
зи стойности достигат съответно 20—30 кА и 160—250 кА.
Нашата електротехническа промишленост не произвежда въз
душни прекъсвачи. За напрежения до 400 kV у нас се използу
223
ват главно прекъсвачи от Германия тип ДЗАР‘, които имат работен
ток 2000 А, ток на изключване 40—50 kA и пълно време на из
ключване 0,05 —0,06 s. Задвижването им е пофазно пневматично.
9.1.4. Елегазови прекъсвачи
Като дъгогасителиа среда в елегазовите
прекъсвачи се използува елегаз (серен хексафлуорид SFe). Еле-
газът е електроотрицателен (до 800 °С химично инертен) газ с
високи изолационни, дъгогасящи и топлопроводящи свойства.
Неговата плътност е около 5 пъти по-голяма от тази на въздуха,
а електрическата му якост при атмосферно налягане превиша
ва 2 —3 пъти якостта на въздуха. При налягане 0,2 МРа пробив-
ното напрежение се доближава до това на трансформаторното
масло. Голямата му дъгогасителна способност се обяснява сьс
свойството на неговите молекули да улавят електроните в област
та на дъговата междина и да образуват сравнително бавни от
рицателни йони. Скоростта на последните е близка до скоростта
на положителните йони, поради което те лесно рекомбинират по
между си и отново образуват неутрални молекули С намалява
не на броя на електроните дъгата се лестабилизира и тя лесно
изгасва. При еднакви условия дъгогасителната способност на еле-
газа е 4 —5 пъти по-голяма, отколкото на въздуха.
Високата му електрическа якост дава възможност да се нама
лят изолационните разстояния, налягането и количеството на га
з а в елегазовите прекъсвачи в сравнение с въздушните.
Елегазът е безцветен, без миризма, не е отровен и не гори.
Химически не е активен по отношение на другите вещества, но
разлага синтетичните изолационни материали, съдържащи влага.
Недостатък е втечняването му при относително високи темпе
ратури, което изисква система за автоматично поддържане на
температурата при прекъсвзчите, работещи с високо налягане на
дъгогасящата среда. Под действието на високите температури
елегазът се разпада, като се образуват различни химични съеди
нения с корозионни и токсични свойства. Ге се отстраняват срав
нително лесно посредством филтри абсорбери (главно от активи
зиран алуминий), монтирани в дъгогасителните камери на пре
късвачите.
,
Елегазът е сравнително скъп и изпускането му в атмосферата
е недопустимо, затова дъгогасителната система на елегазовите
прекъсвачи се херметизира, което ги прави безшумни. В елегазо
вите прекъсвачи се прилагат няколко принципа на гасене на , ь -
гата. Единият от тях е чрез надлъжно продухване, което се осъ
ществява при преминаване на елегаза от резервоар с високо на
лягане (1,5 — 2,0 МРа) в резервоар, където се поддържа ниско на
лягане (около 0,3 МРа). ‘ След изгасване на дъгата елегазът се
224
очиства, подсушава се и чрез компресор се прехвърля от резер
воара с ниско налягане в резервоара с високо налягане. Прекъс
вачите с такава конструктивни схема са сложни и не са доста-
тъчно надеждни. Използуват се главно в РУ с високо и свръх
високо напрежение, където се изисква голямо бързодействие (до
0,04 s) и при токове на изключване до 63—80 кА.
Съществуват елегазови прекъсвачи, в които се използува дъ-
гогасително устройство с автоматично надлъжно продухване на
дъгата. В процеса на изключване елегазът с налягане 0 ,3 —0,4МРа
се сгъстява посредством бутало до 0 ,8 — 1,0 МРа и при поява на
дъга след разделяне на контактите елегазовият поток изтича
през дюза, продухва дъгата и при преминаване на тока през ну-
лита тя изгасва. Времето за гасене на дъгата е 0,02 — 0,03 s, ка
то едно устройство с такава конструкция може да изключи ток
до 30 — 50 кА при напрежение 70 — 80 kV. Чрез унифициране
на този тип дъгогасителни устройства се създават модулни се
рии прекъсвачи за по-високи напрежения. В елегазовите прекъс
вачи са заложени и други принципи на гасене на дъгата, какъвто е
електромагнитното гасене. В този случай под действието на сила
резултатът от взамодействие на тока в дъгата и магнитно поле,
създадено от постоянни магнити или специална намотка, дъгата
се премества с голяма скорост около кръгъл контакт спрямо
неподвижния елегаз. Получава се насрещно продухване, охлаждане
и изгасване на дъгата Такава конструкция е подходяща за еле
газови товарови прекъсвачи при напрежение 6 —20 kV.
Използува се и открито гасене на дъгата в елегаз, подобпо на
това в многомаслените прекъсвачи, но само за елегазови прекъс
вачи с малка изключвателна способност. Основни предимства на
елегазовите прекъсвачи са тяхната взриво- и пожаробезопасност,
бързодействие, голяма надеждност, лесно поддържане и др.
Към недостатъците могат да се отнесат високата им стойност,
по-сложната конструкция, необходимостта от уредби за получава
не и очистване на елегаза, създаването на уплътнения с висока
надеждност и др.
9.1.5. Електромагнитни прекъсвачи
Действието на електромагнитните прекъс
вачи се основава на магнитното продухване на дъгата чрез силно
магнитно поле, създавано от дъгогасителни бобини, намотките на
които се включват последователно в контура на дъгата. С помощ
та на магнитното поле дъгата, която гори във въздуха при ат
мосферно налягане, се въвлича (вкарва) между пакет от пласти
ни на дъгогасителното устройство Пластините се изготвят от
керамични материали с висока топлопроводност и топлоустойчи-
вост и образуват тесни междини с широчина 2 —3 mm. След като
15 Електрически подстанции
225
Навлезе в междините, дъгата се охлажда ефективно при допира й
с пластините, удължава се и приема зигзагообразна форма или
се накъ:ва на ред къси дъгг, при което съпротивлението й на
раства, а токът, протичащ през прекъсвача, намалява. Вследствие на
това дъгата се дейонизнра интензивно, напрежението на мрежата
става недостатъчно да поддържа нейното горене и тя изгасва.
Електромагнитни прекъсвачи, работещи на посочения принцип,
са за напрежения до 20- 25 kV и токове на изключване до 4 0 кА.
Времето за гасене на дъгата е 0,01 - 0.02 s. Те са взриво- и
пожаробезопасни, имат голям механичен запас, рядко се по*
вреждат и не се нуждаят от чести ревизии, но са с големи раз
мери и са по-скъпи от маломаслените.
Засега се използуват
ограничено — за включване на кондензаторпи батерии, п системи
тезас.н.наАЕЦидр
9.1.6. Автогазовч прекъсвачи
За гасене на дъгата в автогазовите пре'
късвачи се използува газ, който се отделя от стените на дъго-
гасителната камера под действието на високата температура на
дъгата. Стените на камерата се изготвят от твърди изолационни
синтетични материали, като органично стъкло, фибър, винипласт и
др.,
които имат добри газгенериращи свойства и трудно се
овъгляват и износват.
В зависимост от конструкцията на камерата продухването на
дъгата може да бъде надлъжно, напречно или смесено.
Недостатък на този тип прекъсвачи е, че при изключване на
малки токове температурата на дъгата, а следователно и ко
личеството на отделения газ са ниски и дъгата се гаси трудно.
Автогазовите прекъсвачи нямат голямо приложение. В минало
то са използувани в уредби 6 —10 kV с малки токове на изключ^
ване, но почти са изместени от маломаслените прекъсвачи
9.17. Вакуумни прекъсвачи
Гасенето на дъгата във вакуумните пре
късвачи протича в условията на дълбок вакуум, поради което
електрическата якост на дадена дъгова междина е многократно
по-висока от якостта на същата междина във въздух при атмо
сферни условия.
Дъгогасителната камера на вакуумният прекъсвач, в която е
поместена контактната система, най често е стъклен балон с ци-
линдрична форма, налягането в който е от порядъка на 10 —
10~б Ра. Корпусът на камерите може да бъде и от други изола
226
ционни материали, които се заваряват с металите, а съществуват
и метални камери.
При изключване на прекъсвача и разделяне на контактите му
между тях възниква течен метален мост, получен от разтопява
не на част от метала им. Поради голямата плътност на тока и
високото специфично съпротивление на металите в разстопено
състояние температурата на моста бързо се повишава и той се
изпарява. Появява се т. нар. вакуумна дъга, която гори в среда
от метални пари. Дъгата изгасва при преминаване на тока през
нулата.
Електрическата якост на дъговата междина се възстановява с
висока скорост за много кратко време ( 1 0 -1 2 ^s) и достига до
105 V/mtn. 1ова се дължи на интензивната дифузия на заредени
те частици поради голямата разлика в плътността им в област
та на изгасналата дъга и във вакуума в околното пространство.
Силно влияние върху надеждната работа, устойчивостта на
износване и бързодействието на вакуумните дъгогасителни каме
ри оказват видът (конфигурацията) и материалът на контактите.
Широко приложение имат челните контакти. Изискванията към
материала са много и противоречиви и на тях не отговаря нито
един материал, затова се използуват предимно многокомпонент
ни или композиционни материали на основата на волфрам и мо
либден.
В съвременните вакуумни прекъсвачи е достигнато работно н а
прежение около 80 kV на една дъгогасителна камера. Номинал
ните работни токове са 2 —3 kA, а номиналните токове на изключ
в ан е— до 35—40 kA. Собственото време на изключване е 0,02 —
0,03 s, като цикълът на операциите включване —изключване д о
стига 2.10г'. ,3а увеличаване на тока на изключване няколко каме
ри могат да се свържат паралелно, а при необходимост от из
ползуването им при по-високи напрежения (до 500 kV) камерите
се свързват последователно.
Вакуумните прекъсвачи са подходящи за случаите, когато има
чести комутационни превключвания (електрически пещи, упра
вление на мощни двигатели и др.). както и за включване и из
ключване на индуктивни и капацитивни токове Тези прекъсвачи
са надеждни, рядко се ремонтират, работят безшумно и не за
мърсяват околната среда, имат високо бързодействие, малки
габарити и тегло, лесно се обслужват и притежават пълна взри-
во и пожаробезопасност. Към недостатъците им могат да се от
несат трудностите, които се срещат при тяхното разработване и
изготвяне, и малко по-високата им цена в сравнение смаломасле-
ните. Ъ нас вакуумни прекъсвачи не се произвеждат. В СССР
са разработени и се експлоатират такива прекъсвачи за напре
жение до 3_> к\ , докато в Япония близо 50% от всички прекъс
вачи за СН са вакуумни
227
9 18. Избор на прекъсвачи
При избора на прекъсвачите, както и на
всички други апарати се съпоставят номиналните им параметри
(вж. т. 9.1.1) с изчислителните параметри на уредбите, в които
те работят. Прекъсвачите се избират по условията на нормалния
режим — номинално напрежение и номинален продължителен ток,
динамична и термична устойчивост при к. с. и по параметрите на
възстановяващото се напрежение.
По напрежение на уредбата, в която работят,
„ом.
(9.10)
По продължителен ток
/ном >
/изч.
(9Л°)
При проверка по изключвателна способност най-напред се про
верява способността на прекъсвача да изключи симетричния (пе
риодичния) ток на к. с., а след това и възможността за изключ
ване на апериодичната съставка на тока на к с.
Необходимо е да бъдат изпълнени условията:
/ином^
/пt>
(9.И)
/а ном= \^2 рном/и ном
i'a/=V2Р/п/,
(9.12)
където / ином и I nt са ефективните стойности на номиналния пе
риодичен ток на изключване и на перио
дичния ток на к. с. в момента t на разде
ляне на контактите;
^'а н ом и /а( — номиналнага допустима стойност на аперио-
дичния ток в тока на изключване и аперио
дичната съставка на тока на к. с. в момен
та t;
?ном и р — нормираното и изчислителното относително
съдържание на апериодичната съставка съ
ответно в тока на изключване и в тока на
к. с. в момента t\
t е минималното време на изключване, s.
Ако първото условие /Ином>/п t е изпълнено, но не е изпълне
но второто условие и /а ном</*а и се допуска избор ьт на прекъсва
ча да се извърши по пълния (асиметричния) ток, в случай че
/ином е избран с известен запас. Тогава
\/2/и„0«(1+ % .* )>(172/„ ,+ („,)= v/2/„ ,(Ц-Р)-
Проверката по изключвателна мощност, която не е
телна, изисква
5Ином
изч*
(9.13)
задължи-
(9.14)
228
Включвателната способност се проверява по условията
/вкл НОМ
^"у ==12 kyInOl /ВКЛном
/пО*
(9-Id)
където /вкл ном » /вкл ном са амплитудната и ефективната стойност
на тока на вчлючване ;
/ п0 е ефективната стойност на тока на к. с.
в момента /=0 .
Проверка по условието / ВклНо м > /п о е необходима, когато стой
ността на \jlky пее равна на 2.55.
На електродинамична устойчивост прекъсвачът се ^проверява
съгласно със зависимостта
<"дии —iy =\J2 ky IпО,
/дин
/п0>
(9.16)
където /ди„ и / днн са амплитудната и ефективната стойност на
номиналния ток на динамичча устойчивост.
Термичната устойчивост се проверява по (8.47):
I\tT> B к.
(9.17)
Проверка на прекъсвачите пз параметрите на възстановяващо
то се напрежение — честота, скорост и амплитуда на възстановя
ващото се напрежение, обикновено не се прави, тъй като се счи
та, че по принцип условията, при които са изпитани, съотзетству-
ват на възстановяването на напрежението на контактите им в
реални условия. Такава проверка се налага понякога само за
въздушните прекъсвачи, които са чувствителни към тези пара
метри и работят в такива точки на мрежата, където те имат ви
соки стойности. Методи за проверка по тези параметри са изло
жени в [1, 10].
9 2. Разединители, късосъедииители и
отделители
Разединителите са комутационни апарати
за ВН, предназначени да включват и изключват електрическите
вериги, ког.то същите са изключени предварително с прекъсвач
и през тях не протичат токовете на товара или на к. с. или ко
гато токът е достатъчно малък. Те нямат дъгогасителни устройст*
ва и поради това стойността на тока, който могат да изключат,
зависи от техните конструктивни особености и комутационни в ъз
можности и се определя от изискването на контактите им да не
възниква електрическа дъга. От такъв порядък са капацитивни
те токове на събирателните шини на РУ, намагнитващите токове
на силови трансформатори с неголяма мощност (зависеща от на
прежението им), капацитивните токове на въздушни и кабелни
електропроводи с определена дължина при дадено напрежение
и др. Разрешено е включването и изключването с разединители на
звездните центрове (неутралите) на трансформаторите и дъго
гасителните реактори, когато в мрежата няма земно съединение.
Разединителите се използуват и за други цели, като превключ
ване (прехвърляне) в нормални експлоатационни условия на при
съединенията ог една шинна система към друга без изключване
на товара, заземяване на изключени участъци от мрежата и т. н.
В изключено положение контактите на разединителя показват
видимо прекъсване на веригата и отделяте на частите на уред
бата, намиращи се под напрежение, от тези, които са без напре
жение. По този начин обслужващият персонал се убеждава на
гледно, че веригата е изключена и същевременно се гарантира
необходимата безопасност при работа по прекъсвача или по из
ключения участък от уредбата.
В сравнение с прекъсвачите разединителите имат значително
по-проста конструкция и невисока стойност, лесно се обслужват,
поддържат и ремонтират. Те могат да се класифицират по кон
структивни и по различни други признаци.
Конструктивното различие между отделните типове
разединители е голямо и се определя пр?димно от характера на
движението на подвижния контакт, който обикновено нари
чат нож. По този признак разединителите могат да се раз
делят на две основни групи:
1) разединители с дви кение на подвижния им контакт във вер
тикална равнина, съвпадаща с плоскостта, в коя го лежат осите
на опорните изолатори;
2) разединители с движение на подвижния им контакт в хо-
ризонтална равнина, перпендикулярна на осите на изолаторите.
Разнообразието в конструктивните схеми на тези две групи е
голямо и във всяка от тях може да се направи вътрешнл класи
фикация по един или по друг конструктивен показател. Има разли
чие и в конкретното изпълнение на детайлите на един и същи тип
разединители.
Практическо приложение намират и други конструкции на раз
единители, като пантографни, полупантографни, с плъзгащ се нож,
от очакващ се тил, щепселни и т. н.
Разединителите с вертикално движение на ножа имат по-голе
ми размери във висолипа и заемат по-малка площ в РУ, докато
тези с хоризонтал но движение на ножа са с по-малка височина,
но изискват по голяма монтажна площ.
Други признаци, по които могат да се класифицират разедини
телите, са следните:
—
’<о мястото на монтаж а — за закрит монтаж и за открит
монтаж ;
—
по начина~1на м онт аж а — на хоризон гална, вертикална или
наклонена равнина;
—
по-броя на полюсите -еднополюснн и триполюсни;
230
—
по начина на управление — с ръчно задвижване (лостово,
червячно, с изключвателна щанга) и с двигателно задвижване
(електрическо, пневматично, хидравлич ю);
—
по наличието на заземителни ножове — без заземителни
ножове, с един и с два заземителни ножа;
—
по условията, в които работят - нормални, тропи тески, при
голяма надморска височина, в замърсена атмосфера и др.
Към разединителите се предявяват следните основни изисква
ния: а) в изключело положение да създават видимо прекъсване
на веригата и да имат съответствуваща на класа на напрежение
то на уредбата електрическа якост; б) във включено положение
кочтактната им система да пропуска неограничено време номи
налния ток, без да се поврежда и да се загрява над нормално
допустимата температура; в) да бъдат термично и електродина-
мично устойчиви, за да не се получат механични деформации,
самоизключване и заваряване на контактите им от протичащите
през тях токове на к. с .; г) контактната им система да осигуря
ва надеждно и бързо включване, изключване и фиксиране на по
ложението на контактите един спрямо друг при всички експлоа
тационни усовия; д) при наличие на допълнителни заземител
ни ножове към разединителите, между тях и главните им нож о
ве да има блокировка, която да не разрешава едновременното им
включване; е) да съществува възможност за блокировка между
прекъсвачите и разединителите, за да се избегне изключването
ча последните под товар; ж) разединителите като цяло и отделните
им части да имат необходимата механична якост и устойчивост
на износване в границите на гарантирания от производителя брои
на операциите с тях; з) да са с проста и компактна конструкция,
малки размери, маса, стойност и разходи по поддържането;
и конструкцията им да осигурява техническа естетика на РУ, удоб-
но обслужване и ремонтиране, необходимата безопасност при
монтаж и експлоатация и др.
В ЗРУ се използуват предимно триполюсни и сравнително по-
рядко еднополюсни разединители с вертикално въртящ се нож.
Те се монтират вертикално, като се закрепват направо на стена
та или върху конструкция от профилна стомана. У нас се про
извеждат различни типове разединители за закрит монтаж, за на
прежения 10 и 20 kV, като основно приложение имат разедини
телите от серията РМ (разединители малоразмерни) и от модер
низираната серия РМм. Първите са за токове от 200 до 5000 А, а
вторите до 2000 А. Когато разединителите имат заземителен нож и
са предназначени за въздушен извод, означението е РМЗ (РМмЗ),
а при кабелни изводи РМЗК- Ако резединителите са еднополюсни,
пред общото им означение се поставя цифрата 1.
Конструктивната схема на триполюсния разединител тип РМ
е показана на фиг. 9 .7 . Той има рамка (основа) от правилна сто
мана 1, върху която са монтирани неподвижно изолаторите 2.
2-31
Контактната система се състои от закрепени на изолаторите вхо
дяща клема 3, изходяща клема 4, подвижен контакт 5 и непод
вижен контакт 6.
Разнообразието на използуваните в ОРУ разединители е голя.
Фиг. 9.7. Триполюсен разединител тип РМ
мо, но преимуществено приложение имат разединители с хо-
ризонгално въртящ се подвижен контакт от ножов тип. Нашата
електротехническа промишленост произвежда разединители за
открит монтаж за напрежения от 10 до 110 kV, в т. ч. разедини-
телиЧип РОС за 10 и 20 kV за секциониране на въздушни елек
тропроводни линии.
На фиг. 9.8 е показан единственият произвеждан и използуван
най-често у нас разединител за напрежение 110 kV от серията
Р-М(П) — разединител с моторно
(пневматично) задвижване за открит
монтаж. Заводското му означение е
РОНД-м (п) — разединител за открит
монтаж, ножов, двуколонков с моторно
(пневматично) задвижване. Тези разе
динители се изпълняват като еднопо-
люсни и триполюсни, за номинални т о
кове 630, 1250 и 1600 А и могат да се
комплектуват с един или с два заземи-
телни ножа. Всеки полюс се състои
ст два плътни изолатора, завършва
щи с вьртящи се глави. На тях са
закрепени неподвижно главните кон
тактни ножове, коиго се въртят заедно с главите. Изолаторите
са монтирани върху основа от П-образен профил.
В РУ за 223 и 4 .0 kV в нашата страна се използуват основно
разединители от тип KHAF (клапанен тип с пневматично задвиж
ване), производство на Германия.
Фиг. 9.8. Разединител тип
РОНДЗ
232
Късосъединителите са еднополюсни или двуполюсни комута
ционни апарати, предназначени да създадат изкуствено (предна
мерено) к. с. в електрическата верига. Те се произвеждат за на
прежения до 220 kV и по конструктивната си схема представля
ват разединители с вертикално въртящ се нож. Снабдени са с пру-
жинно задвижване, а контактната им система се оразмерява да
включва и да издържа тока на к. с. в дадената верига. Използуват
се главно в еднотрансфоруаторпи подстанции, изградени по опро
стени схеми без прекъсвачи на страна ВН. С включването им се
це; и да се увеличи токът па к. с. въз веригата и ta се предиз
вика надеждно зараоотване на РЗ в началото на захранващата
лииия, при повреда на трансформатора, монтиран на отклонение,
или в края на личията. Късосъединителите могат да се използу
ват и за заземяване на звездните центрозе на силовите транс
форматори Включването им е авгом ;тично чрез команда от РЗ
или ръчно, а изключването е само ръчно.
Отделител и те по същество са триполюсни разединители с
пр ужинно задвиж ване и хоризонтално въртящ се нож. Предназна
чени са за автоматично изключване на участъци от мрежата,
когато предварително са изключени с прекъсвач и не са под то
вар. Включването им по принцип е ръчно, но съществуват и от-
делители с двустранно автоматично действие. Ге могат да б ъ
дат снабдени и с дъгогасителни устройстза и да имат един или
два заземителни ножа.
Късосъединителите и отделителите с открита конструкция не
са достатъчно надеждни в работа, особено при лоши атмосфер
ни условия, а времето им на включване и на изключване е твърде
голямо (0,15—0,6 s). В замяна на тях в СССР са разработени
нови конструкции модулни елс газови късосъединители (шп КЗ)
и отделители (тип 0 3 ) за напрежения 110 и 220 kV, контактите
на които се намират в камера, запълнена с елегаз. В нашата
страна не се произвеждат късосъединители и отделители.
Условията за избор на разединителите и отделнтелите съвпадат
с тези на прекъсвачите, с изключение на избора по изключвателна
способност, по които не се избират:
по напрежение на уредбата, в която работят,
U HOM-^U ур HOMj
по допустим продължителен ток
I НОМ
и 34»
(9.18)
(9.19)
(■9.20)
(9.21)
233
Късосъединителите се избират по същите условия, но без про
перка по допустим продължителен ток.
Освен това тези апарати се избират по конструктивен тип и
по вида на уредбата за закрит или открит монтаж.
9.3. Токови измервателни
трансформатори
9.3.1. Общи сведения
Токовите трансформатори са спомагател
ни електрически апарати, предназначени за включване на токо
вите намотки на измервателните уреди, релета за защита, у с т
ройства за автоматика и др.,
когато непосредственото
им
включване в промен швотокозите вериги е технически невъз
можно, недопустимо или неикономично. Чрез тях токът в пър-
внчната верига независимо от неговата големина се преобразу
ва до удобна стандартна номинална стойност 5 или 1 А (рядко
2,5 или 2 А). Това позволява констручциите и намотките на из
мервателните апарати, релета за защита и други да се стандар
тизират и унифицират за тези големини на тока, с което се оп
ростява тяхното производство и се намзлява стойността им. С ъ
щевременно използуването на токови трансформатори в РУ за
ВН осигурява безопасност за обслужващия персонал, тъй като
измервателните прибори и релета, до който той има достъп, са
отделени от веригите за ВН.
Токовите трансформатори могат да се класифицират по раз
лични признаци: според мястото на монтажа — за закрит и
открит, монтаж встроени в електрическите апарати и машини;
по предназначението на вторичните намотки — за измерване,
за защита, едновременно за двете цели и др.; по типа на пър-
вичната намотка — еднонавивкови, многон^вивкови; по кон-
структивно изпълнение — проходни, стоящи, встроени; по вида
на изолацията — суха и маслена; по броя на вторичните на
мотки (ядра)— от една до пет намотки.
Съществуват различия и по принципите на преобразуване на
тока, по напрежение, по степените на трансформация и т. н. Всич
ки токови трансформатори се изпълняват само еднофазни.
Най-широко разпространение са получили токовите трансфор
матори, работещи на електромагнитния принцип. Те имат пър-
вична намотка 7 (фиг. 9.9) с голямо сечение и малък брой на*
вивки w 1 (включително до една) и вторична намотка 2 с малко
сечение и голям брой навивки w 2. Двете намотки се намират на
общ магнитопровод 3 и помежду им съществува само магнитна
връзка. Изолирани са една спрямо друга за пълното работно
напрежение. Първичната намотка се включва последователно във
234
веригата и през нея непрекъснато протича първичният ток 1Х.
Последователно към вторичната намотка се свързват токовите
намотки на измервателните апарати, уреди, релета и устройства,
коьто се явяват вторичен товар Z 2 на токовия трансформатор и
Фиг. 9.9. Схема на включване иа токов трансформатор
чрез тях протича токът /2. Стойността на тока 1г зависи само от
съпротивлението на товара в първичната верига и не се влияе
от входното съпротивление на първичната намотка на транс
форматора и от съпротивлението на вторичната верига, които са
с няколко порядъка по-малки. Затова с изменение на първич
ния ток 1Х относно номиналния Лном пропорционално се изме
ня и вторичният ток /2 относно номиналната си стойност / 2н0м
(5 или 1А).
Поради малкото съпротивление на вторичната верига режи
мът на работа на токовия трансформатор е близък до този на
к. с.
Ако вторичната намотка нл трансформатора се остави отво
рена, магнитният поток Ф2, създаван от протичащия през нея
ток / 2, насочен срещу магнитния поток ФА, създаван от тока 1Х
в първичната намотка, става равен на нула. Вследствие на това
нараства многократно резултантният магнитен поток в магнито-
провода Ф0= Ф 1—Ф2. Следователно се увеличава магнитната ин
дукция в магнитопровода, той се насища и във вторичната на
мотка се индуктира е. д. н. с висока стойност, достигаща поня
кога до десетки киловолтове. Такова напрежение може да бъде
опасно както за изолацията на вторичните намотки и за самия
трансформатор, така и за персо; ала.
По тази причина работата на токовия трансформатор с отво
рена вторична намотка е недопустима, тъй като за него такъв
режим е аввриен. Когато вторичната намотка не се използува,
235
тя се свързва накъсо. Същото се изисква и преди отварянето й
за извършване на ремонтни работи.
Във вторичните вериги на токовите трансформатори не се
поставят предпазители, за да се избегне прекъсване на веригите
при тяхното прегаряме.
За осигуряване па безопкност в случай на пробив между пър-
вичната и вторичната намотка последната се заземява задъл
жително.
9.3.2. Номинални параметри на
токовите трансформатори
Основните показатели и номиналните па
раметри на токовите измервателни трансформатори са дадени в
БДС 448-83 .
Номинално напрежение 1!П0м— ефективната стойност на най-
високото стандартно номинално напрежение, за което е предназ
начен трансформаторът и е оразмерена в изолационно отношение
първичната му намотка.
Номинален първичен ток 1\ном — ефективната стойност на
стандартния ток, за който е предназначен трансформаторът. То ва
е допустимият продължителен ток, при протичане на който транс
форматорът и отделните му части няма да се нагреят над д о
пустимите температури за нормалния режим. У нас с произвеж
дат токови трансформатори със стандартни стойности на 1\ком
от 10до10000А,авСССРот1до40000А.
Номинален вторичен ток h ном — токът на вторичната намотка,
за който са предназначени включваните към нея прибори.
Номинален коефициент на трансформация К\ — отношение
то на номиналния първичен и номиналния вторичен ток:
Кх
.
(9.22)
2ном
Отношението на действителния първичен ток 1Х към действи
телния вторичен ток / 2 определя действителния коефициент на
трансформация п. Ако се пренебрегнат загубите на енергия в
трансформатора, т. е. когато намагнитващият ток е равен на ну
ла, може да се напише
о» =/С1.
(9.23)
2
^1
'2ном
Грешки на токовия трансформатор. В резултат на електро
магнитните процеси, водещи до загуба на мощност, и поради кон
структивни несъвършенства реалният трансформатор внася из
вестна грешка както в измерваната стойност (токова грешка),
236
fawa и въз фазата на вторичния ток спрямо първичния (ъглона
грешка). Токовата грешка се определя по израза, %:
7- 100.
(9.24)
Номинален вторичен товар Zjhom — стойността на товара, при
който грешката е в допустимите граници, изисквани от стан
дарта за трансформатори от дадения клас на точност.
Номинална вторични мощност S zhoм— стойността на привид-
ната мощност, VA, при даден cos(p2 на товара, която трансфор
маторът може да предаде на вторичната верига, когато в нея е
включен номиналният товар Z iНОм и протича номинялният втори
чен ток / 2110м (S2HOM = ^ HomZ 2hom>. Номиналните стойности са от
1до120VA.
к л а с на точност— характеризира стойността на токовите и
ъгловите грешки при определени условия на работа — вторичен
товар и първичен ток в % от номиналните при номинална често
та на мрежата.
Съгласно с БДС 448—83 номиналните класове на точнсст на
токовите трансформатори са 0,1; 0,2; 0,5; 1; 3; 5; 10; 5 Р и 10Р.
Трансформаторите с класове на точност от 0,1 до 10 са пред
назначени основно за измерване, а с класове 5 Р и 10 Р — за РЗ.
Допустимата токова грешка в % на токовите трансформатори
с клас на точност 0,1; 0,2; 0,5; 1 е числено равна на този клас
и се гарантира при стойности на първичния ток от / | НОм до
1 ,2 / ihom и на вторичния товар от 25 до 100%. За тези трансфор
матори се нормира и при посочените условия се гарантира съот
ветна допустима ъглова грешка. За трансформаторите с клас на
точност 3, 5 и 10 такова съответствие има по отношение на т о
ковата грешка, когато първич-шят ток и вторичният товар се
изменят от 50 до 100% спрямо номиналните си стойности, а
ъгловата им грешка не се нормира. Трансформаторите с клас на
точност 10 са само встроени. За тр шсформагори с клас на точ
ност 5 Р и 10 Р нормираните граници на грешките се гарантират
при товар 100% от номиналния и при номинален ток. Колкото
по-висок е класът на точност, толкова по-скъпи са трансформа
торите. За да се намали стойността им, някои типове трансфор
матори, имащи повече от една вторична намотка, се изготвят за
два различни класа на точност (например класове 0,5 и 1; 0,5 и
5 Р и т. н ). Допуска се към една и съща вторична намотка на
трансформатора да се свързват измервателни и защитни апара
ти, ако са спазени изискванията им относно класа на точност.
Токовите трансформатори с клас на точност 0.1 и 0,2 са пред
назначени за точни лабораторни измервания. Трансформаторите
за свързване на електромери, измерената енергия от които се
заплаща, трябва да бъдат най-малко от клас 0,5. За свързване
237
ма контролни електромери, ватметри, амперметри и др. транс
форматорите могат да бъдат от класове 1 и 3. Специалните транс
форматори за РЗ са класове 5 Р и ЮР. За тях при първичен ток,
равен на номиналния, токовите грешки са съответно 1 и 3%.
Намаляването на грешките на токовите трансформатори се по
стига чрез изменение на конструктивните им параметри, навив-
кова корекция и различни други методи на компенсация [27].
Динамичната устойчивост може да се разглежда по отно
шение на вътрешните електродинамични сили между навивките
на първичната намотка и на външните сили между трансформа
торите на отделните фази. 11ървите са определящи за многона-
вивковите, а вторите — за еднонавивковите токови трансформа
тори. Основен показател за динамичната устойчивост е номинал
ният ток на динамична устойчивост /дин. Това е амплитудната
стойност на първичния ток, който трансформаторът трябва да
издържи при свързана накъсо вторична намотка. Вместо /дин за
някои по-стари типове трансформатори е дадена кратността на
динамична устойчивост
К’“
=
ж
г'-
(9-25)
V* 1ном
или максималната кратност
Кдинmax = ~j
.
(9.26)
Ihom
Токът и кратностите на динамична устойчизост не се норми
рат и обикновено се договарят между потребителя и произво
дителя. За по-старпте типови токови трансформатори те са д а
дени.
Термичната устойчивост се характеризира с номинал
ния ток на термична устойчивост / т .Това е ефективната стой
ност на синусоидния ток с постоянна амплитуда, който транс
форматорът трябва да издържи, без да се повреди в продълже
ние на номинално време на термична устойчивост /т (1—4 s)
при номинален товар. За някои трансформатори вместо тока / т
се дава кратността на термична устойчивост
Кг=/t//ihom.
(9.27)
Токовете на динамична и термична устойчивост са свързани
помежду си чрез зависимостта
/Дин= ч/2 .1,8 /т **2,5 / , .
(9-28)
238
9 3 3. Конструкции на токовите
трансформатори
В новоизгражданите ЗРУ у нас се из
ползуват токови трянсформатори със суха изолация, докато в
много от съществуващите уредби има трансформатори с масле
на изолация.
Фиг. 9.10. Токови трансформатори типове ТК'С-12 и ТКС-24
На фиг. 9.10 е показан схематично външният вид на произ
вежданите от нашата електротехническа промишленост токови
капсуловани сухи трансформатори за 10 и 20 kV типоне ТКС12 и
ТКС-24. Те имат собствена пьрвична намотка и са за токове от
10 до 800 А. Трансформаторите типове ТКЕА-12 и ТКЕА-24 са про
ходни от шинен тип без собствена първична намотка за токове
от 1000 до 2000 А.
Активната част на трансформаторите е залята с епоксиден
компаунд във форма, която определя и външ ни им вид. Те имат
по две вторични намотки — една за измерване клас 0,5 и една
за защита, сьответно 5 Р за тип ТКС и 10 Р за тип 1КЕА.
За токове от 3000 до 10 000 А се произвеждат трансформатори
за 10 и 20 kV тип 2TCLU-K с клас на точност 0,5. Предназ
начени са за монтаж на шинопроводи и са капсуловани.
239
1 оковият трансформатор тип ТСЗ, показан на фиг. 9.11, е пред
назначен за захранване на релейни защити срещу земни к. е.
Той има тороиден магнитопровод и вторична намотка от меден
кръгъл проводник. Ролята на първична намотка се изпълнява от
трижилния кабел на присъединението.
С^
ь»
к-
170
)
Фиг. 9.11. Токов трансформатор тип ТСЗ
В ОРУ кат > празило се използуват многонавивкови токови
трансформатори с маслена изолация. За напрежение до 220 kV
те обикновено се изпълняват с една степен па трансформация, а
при по-високи напрежения са предимно каскадни в две степени
на трансформация. Магнигопроводът на трансформатора заедно
с навитите на него намотки, изолирани за съответното напреже
ние, са поставени в кух порцеланов изолатор, запълнен с масло.
У нас се произвеждат токови трансформатори за открит мон
таж само за номинално напрежение 110 kV (фиг. 9.12). Транс-
форматорите са тип ТМОА-126 и тип ТМОВ 126 и се различават
по броя на вторичните намотки и номиналните първични токове.
Трансформаторите тип ТМОА имат три магнитопровода с три
вторични намотки и са за токове от 100 до 1200 А, а тип ТМОВ
са с четири магнитопровода и четири намотки за токове 150 —
1600 А. Първичната намотка и на двата типа трансформатори се
състои от четири изолирани една от друга секции, краищата на
които са изведени външно и могат да се превключват. Чрез по
следователно, смесено и паралелно включване на секциите но
миналният първичен ток и съответно преводното отношение мо
гат да се изменят в съотношение 1 :2 :4 .
240
Номиналният вторичен ток е 5 А, но може да бъде и 1 А.
Една или две от намотките са с клас 0,5, а останалите са пред
назначени за РЗ.
За да се намали изолационното ниво, а следователно и стой-
Ц-
Фиг. 9.12. Токов трансформатор тип ТМОА-126
костта им при напрежения над 220 kV, се изготвят каскадни то
кови трансформатори — най-често двустепенни. По същество сте
пените представляват отделни токови трансформатори, като при
две степени всяка от тях е изчислена за половината от номинал-
ното напрежение на каскадата спрямо земя, т. е. за 1)ф/2.
За икономия на площ и средства в ОРУ се използуват и ком
бинирани измервателни трансформатори за ток и напрежение. В
нашата страна се произвеждат такива трансформатори тип КМОА-
126. в които са съчетани активните части на токовия трансфор
матор тип ТМОА-126 и на напреженовия трансформатор тип
НМОА-126.
Приложение намират и вградени токови трансформатори, кои
то са еднонавивкови. З а първична намотка и изолация при тях
служат тоководещзта част и изолацията на друг апарат или съо
ръжение — проходните изолатори на прекъсвачите и силовите
трансформатори и др.
Номиналните им първични токове обикновено са над 75 А, а
класът на точност — 1, 3 илиЮи много рядко 0,5.
Изготвянето на класическия тип електромагнитни измервател
ни трансформатори за високи и свръхвисоки напрежения среща
големи трудности главно във връзка с осигуряване на надежд
на изолация между първичната и вторичната намотка. През по
следните годинч са разработени на качествено нова основа прости,
надеждни и леки оптикоелектронни измервателни трансформато-
16 Електрически подстанции
241
ри за 1ок и напрежение [25]. Принципът им на действие се ос
новава ил преобразуване на измервания сигнал (ток, напрежение)
от първичен преобразувател на страна ВН в светлинен поток, из
менящ се по определен закон в зависимост от изменението на
стойността на измерваната величина. 1ози поток се предава по
оптичен канал (стъкловлакнести или пръчковидни световоди, оп
тични лещи, тръба с огле дални стени и др.) на приемно устройст
во, имащо потенциала на земята, където се преобразува отново
в електрически сигнал и се подава на измервателните и защит
ните уреди и апарати
Засега тези трансформатори нямат широко разпространение.
Използуват се в Ялония и в други страни, а в СССР са разрабо
тени опитни образци за напрежение /50 kV и ток 2000 А [25].
9 3.4. Избор на токови трансформатори
Токовите трансформатори се избират по
параметрите на нормалния режим и конструктивен тип и се про-
веряв т на динамична и термична устойчивост в режим на к. с.
По напрежение
(929)'
По първичен и вторичен ток
Л,ом>/»з,.
<930>
Вгоричният ток на трансформаторите за ЗРУ е 5 А. В ОРУ
до 220 kV може да бъде 5 А или 1 А, а при по-високи напре
жениятойе1А.
По конструктивен тип и клас на точност
Изборът се прави съобразно с предназначението на трансфор
матора, а класът на точност трябза да отговаря на най-високия i
клас, изискван от присъединените апарати.
По вторично натоварване
Z2ном^^2 ИЛИ S2ном
>S2,
(9.31)
където Z 2 и S2 са п ъ л ш я т вторичен товар, Q, ипривидната мощ
ност на товара, VA.
Съпротивлението Z 2 се определя като сума^от съпротивления
та на токовите намотки на всички апарати
на съединител
ните проводници RnP и на контактните сьединения /\к (индук #
тивното съпротивление на проводниците и контактите е малко и
се пренебрегва), при което
Z2~£Z.„+/?„p-| -/?K.
(9-32>
242
о Г т И39^ п НИЯТа R * обикновено се приема 0,1 Q.
намира '
' Ma10Bl,PBaHe на трансформатори д о Z , , = z JU011 с ,
или изразено чрез мовдо
Р ^ *2а°*
)
,0
------------ .
(9.33 ,
(9.34)
Ir
-
2ном
в о д Г и ° ДИМОТО ИЗЧ,)СЛИТел„° сечение на съединителните лро-
*-р/
•Snp— ^
изч
пр
(9-35)
а-
ници, гп.
съединителните провод-
Изчислителната дъпжинт /
свързани токовите трансЛо^TM ^TM °Т Схемата>по която са
I ансформаторн, и от действителната дължи-
АВС
АВС
h
—
и---
1ь
X
1
Iизч г 21
к
t
^
—
1-
1
1с
■11
>-
Sl=-Ib
*-
Iизч
!>
6
форматори за ток"с пр* борите"3 "змермгешите транс-
9 Л З ).1 проводнииите I между трансформаторите и апаратите (фиг.
Фаза°7ф:,из9м,1ва4ес 1 е2: т Ко4: ар?кХ и с; вв~
i:* z
243
9.4.2. Номинални параметри на
напрежсновите трансформатори
Основните показатели и номиналните па
раметри на напреженовите измервателни трансформатори са да
дени в БДС 4394 —83.
_
г
,
Номинално първично напрежение t/що* — ефективната стой
ност на напрежението на първичната намотка на трансформато
ра с който се определят условията на използуването му. В за
висимост от стойността на U1н0м се определя и най-влсокото ра-
ботно напрежение £/тах. с което трансформаторът може да работи
неограничено време без повреда и прегряване, със зададения
кла с на точност.
Ном инално вторично напрежение U-2hom —напрежението па
вторичната намотка, за което са предназначени включените към
нея прибори. Номиналното вторично напрежение на намотките
за измервателни и защитни цели е 100, ЮО/у/З или 200ч/3 V. На
преженията 100/1/3 и 200/^3 V са з а е д н о ф а з н и трансформатори,
включени между фаза и земя. Трансформаторите могат даi имат
и допълнителна (сигнална) намотка за напрежение
1 Номинален коефициент на трансформация К и — отношение
то на номиналното първично и номиналното вторично напре
жение:
дг
(9.39)
^
^2ном
За действителния коефициент на трансформация п важи от
ношението
Ui ^ihom_(9.40)
u'
Грешки на напреженовия трансформатор - дължат се ос-
новно на загубите на активна и реактивна мощност в Mai нито-
провода и намотките на трансформатора и на £ онстр^
му несъвьршенства. Поради наличието на загуои з
р
етеричното напрежение (увеличен К и пъти) се различава по мо
дул и фаза от вектора на първичното напрежение.
Напрежителната грешка се намира по израза, °/о.
Д{У%=?^^.100.
(9.4D
L'l
Ъгловата грешка се определя като разлика между фазите на
векторите на първичното и вторичното напрежение, ако посо
на векторите е избрана така, че при идеален трансформа р
246
зи разлика е нула. Тя се взема под внимание при настройване
на някои релейни защити.
Номинален товар на трансформатора S2hom —стойността на
товара (номиналната привидна мощност, VA), при която грешка
та на трансформатора е в определените за дадения клас на точ
ност граници. Стойностите на S2но м
са стандартизирани, кат0Д ^
намотките 31 измервателни и защитни цели те са от Ю до 600
VA, за допълнителната намотка — 50/3, 100/3 и 160/3 VA-
При вторичен товар 5 2> 5 2hom грешката се увеличава на^ нор
мираната и трансформаторът преминава в по-нисък клас на точ
ност. Такова претоварване е допустимо, ако по-ниският клас от
говаря на изискванията на включените прибори. За да се избег
не недопустимо прегряване и повреди на трансформатора, не тряб
ва да се надвишава неговата гранична мощност, която е некол-
кократно по-голяма от S 2н о м -
Клас на точност — характеризира стойностите на напрежигел-
ната и ъгловата грешка при определени условия на работа. Д о
пустимите грешки на вторичните намотки за измервателни цели
се гарантират при честота 5 0 + 5 Hz, първично напрежение от
80 до 120% от номиналното, изменение на товара от 25 до 100%
от номиналния и коефициент на мощност на товара coscp2=0 ,8 .
За вторичните намотки за защитни цели и за допълнителната
намотка грешките се гарантират прн изменение на напрежението
от 5% от номи (алното висо до най-кото напрежение Uтах и ПРИ
същите останали условия.
Напреженовите трансформатори с вторични намотки, предназ
начени за измерване, се изготвят с клас на точност 0,1; 0,2; 0,5;
1 и 3, а тези за релейна защита с клас 3 Р и 6 Р. Допълнителна
та намотка има клас 3. Допустимите стойности на напрежител-
ната и ъгловата грешка са нормирани за всички трансформатори,
с изключение иа трансформаторите с клас 3, за които не се
нормира ъгловата грешка.
Към една и съща вторична намотка могат да се свързват из
мервателни и защитни апарати, ако класът на точност на намот
ката отговаря на изискванията на апаратите с най-висок клас.
Напреженовите трансформатори с клас на точност 0,1 и 0,2
се използуват за лабораторни измервания, за включване на из
числителни машини и сумиращи прибори в електрическите цен
трали и др. Най-ниският допустим клас на точност за присъеди
няване на електромери, измерената енергия от които се заплаща
(електромери за търговски цели), е 0,5. Към трансформаторите с
пласове 1 и 3 се свързват контролни електромери, измервателните
крибори на таблата за управление и др. Освен трансформатори
с класове 3 Р и 6 Р за защита се използуват и такива с класове 0,5,
1и3.
247
9.4 3. Схеми на свързване
Схемите, па които се свързват напреже-
иовите трансформатори, се определят главно от тяхното пред
назначение и от напреженията, подлежащи на измерване — меж-
дуфазни и фазови в нормален режим; на фазите спрямо земя и
на напреженията с нулева последователност — при еднофазни
земни съединения.
Някои от схемите на свързване с най-голямо приложение са
показани на фиг. 9.15.
Един еднофазен, двуполюсно изолиран трансформатор за на
прежение, включен между две от фазите (фиг. 9.15 а), се изпол
зува при необходимост да се измери едно междуфазово напре
жение между които и да са две фази.
На фиг. 9.15 б са показани два еднофазни двуполюсно изоли
рани трансформатора, включени по схема непълен триъгълник.
Схемата се прилага в РУ до 20 kV и позволява да се измерват
само междуфазови напрежения. Не се препоръчва включване на
намотки на апарати (товар) между фази А и С, тъй като се у в е
личава грешката.
По схемата на фиг. 9.15 е група от три еднофазни, еднопо-
люсно изолирани тринамотъчни трансформатора се свързват в
звезда — звезда със заземени неутрали на страни ВН и НН и с
изведен нулев проводник. Схемата има широко приложение във
всички РУ и е почти единствено използуваната при напрежения
110 kV и по-високо. Чрез нея могат да се измерват трите меж
дуфазови напрежения и напреженията на трите фази спрямо зе
мя. Това дава възможност схемата да се използува и за включ
ване на апарати за земна контрола в уредби 6 —20 kV (ооикно-
вено това са три волтмера, включени между всяка от фазите и
земята, по които се контролира наличието на едоофазно з. с.
когато то е мегално, напрежението на повредената фаза става
равно на нула а на останалите две фази се увеличава до меж-
дуфазовото). Тези трансформатори имат и допълнителна намот
ка, свързана по схема отворен триъгълник. В нормален режим
напрежението на изводите на отворения триъгълник е нула, а
при еднофазно земно съединение то е близко до 100 V.
Ако към тези изводи се свържат сигнални апарати (звънец,
сирена), при еднофазно з. с. те заработват и сигнализират за не
говата поява.
Условията на работа н а еднофазните трансформатори, свързани
по разгледаната схема, зависят от начина, по който е заземен.)
неутралата на мрежата, в която са включени.
Трифазните трансформатори за напрежение са маслени и се
използуват само в РУ до 20 kV. Схема на свързване на трифа
зен трибздрен трансформатор е показана на фиг. 9.15 а. По тази
248
схема могат да се измерват единствено междуфазови напреже
ния и следователно тя не може да служи за земна контрола.
Схемата па свързване на фиг. 9.12 д е на трифазен петбедрен
I*; ■>
с-
в-
А-
L
11V
AX
о
ах
-
i||—
UAC
С-
в-
А-
1TV
■ -------- Г Л
Г"
АXII
2TV_
AX
Uac
ида
Ubc
Ь
С-
В-
А-
£Г
U*8Ubc
Uac ——
0sQS,bSiC
J
Uq
Ub,
Uc
Фиг. 9 .15. Схеми па свързване на намотките на измервателните трансформа
тори за напрежение
249
трансформатор. По начина иа свързване и функционалните си
възможности тя е аналогична на схемата от фиг. 9.15 в.
Схемите с трифазни маслени трансформатори са използувани в
изградени вече ЗРУ. Производството на този тип трансформа
тори сега е преустановено у нас.
Присъединяването на трансформаторите към високото напре
жение в ЗРУ става посредством разединители и предпазители за
ВН, а в ОРУ само чрез разединители или непосредствено — без
тях. За защита от токовете на к с. в незаземените вторични
проводници се поставят стопясми или автоматични предпазители
за НН.
9.4.4. Конструкции на напреженовите
трансформатори
В новоизгражданите ЗРУ за 6 - 2 0 kV у
нас се използуват основно сухи еднофазнч трансформатори за
напрежение. Нашата електротехническа промишленост произвеж
да измервателни трансфотматори за напрежение тип НК (напре-
женов капсулован). Те са за напрежения 10 и 20 kV, като тези
за 10 kV се произвеждат и с намотки за 6 kV. В типовите им
означения са посочени техните максималнодопустими работни
напрежения, които са съответно 12 и 24 kV. Изпълняват се в
две модификации. Тип HK-I— 12 (21), показан на фиг. 9.16 а с
еднополюсно изолирана работна намотка и с допълнителна на
мотка, и тип НК-12 (24)— с една двуполюсна изолирана работ
на намотка без допълнителна намотка (фиг. 9.16 б). Трансфор
маторите тип HK-I имат вторично напрежение 100/^3 V и са пред
назначени за свързване в трифазна група по схема звезда —
звезда (фиг. 9.15 е). Напрежението на допълнителната намотка
е 100/3 V. Двуполюсно изолираните трансформатори тип НК са
с вторично напрежение 100 V и обикновено се свързват два
трансформатора по схема непълен триъгълник (фиг. 9.15 б).
Всички трансформатори имат клас на точност 0,5. Номиналната
мощност на трансформаторите тип НК-I е 50 или
60VA, а
на тип НК — 100 и 120 VA. Граничната им мощност е от 200 до
750 VA
За ОРУ с напрежение 110 kV е предназначен трансформаторът
тип НМОА-126. Той е еднофазен с маслена изолация. Първична
та му намотка е изолирана еднополюсно за напрежение 110 000/
v/3 V. Има три вторични намотки — две основни (работни) за на
прежение ЮО/у/З V и една допълнителна за 100 V. Едната от ос
новните намотки е с клас 0,5 (за измерване), а втората има кла:
6 Р (за Р 3). Класът на допълнителната намотка е 3. Номинал
ните мощности на намотките са съответно 300, 200 и 120 VA.
250
Измервателната група се образува от три трансформа1ора, ка
то първичните и двете им основни вторични намотки за измер
ване и защита се свързват по схема звезда звезда звезда. Д о
пълнителните намотки се свързват в отворен триъгълник.
Фиг. 9 16. Напреженов трансформатор тип HK-I
При напрежение 110 kV и по-високо напреженовите трансфор
матори с нормално изпълнение трудио се изготвят и изолират и
са скъпи. Затова vместо тях се използуват еднофазни каскадни
(многостепенни) напреженови трансформатори, които се включват
между фазите и земята. При тези трансформатори намотката за
ВН се ра пределя по няколко магнитопровода, с което се о о -
лекчава нейното изолиране. Показаната на фиг. 9.17^схема е на
съветски каскаден трансформатор тип НКФ-110. Той има дву-
ядрен магнитопровод С. На всяко от ядрата му се разпола! а на
мотка за ВН, оразмерена за напрежение t/ф/2. Общата точка на
намотките за ВН е свързана с магнитопровода, вследствие на
което неговият потенциал по отношение на земята и на намот
ките спрямо него е също Uф/2. Свързващата намотка / / оси
гурява равномерно разпределение на товара между нам о тк и те за
ВН. Основната и допълнителната намотки за НН се намират на
долното ядро на магнитопровода. Класът на точност е 1 или 3.
За уредби с напрежение 400 kV и по-високо е целесъобразно
да се прилагат капацитивни трансформатори за напрежение, схе
мата на които е показана на фиг. 9.18. Трансформаторът се със
251
той от
капацитивен делител на на!фежението, който има
две групи кондензатори С / и С2. включени последователно
и присъединени съответно към
проводниците за ВН и зе
мяга. За получаване на необходимия*
капацитет на основната група конден
затори С1 могат ла се .използуват и
кондензаторите към блока за висо
кочестотна връзка ВЧ. Капацитетът
С2 се избира така, че напрежението
на изводите му да бъде в граници
те 4 —12 kV [3 3]. Към него се включ
ва съгласуващо устройство, състоя
що се от заградител срещу токове
те с висока честота 3, регулируем
реактор Р за осигуряване на пропор
ционалност между първичното
и
вторичното напрежение на транс
форматора
при
натоварване
и
обикновен понижаващ трансформа
тор T V за съответното напрежение.
У нас капацитивни трансформа
тори не се произвеждат. Съветски
те са тип НДЕ за напрежение 500—
1150 kV с клас 1 и номинална вто
рична мощност 300—500 VA.
9.4.5. Избор на напреженови
трансформатори
Напреженовите трансформатори се изби
рат по номиналните параметри на първичнага и вторичната ве
рига, конструктивен тип клас на точност и схема на свързване.
Те се включват паралелно в мрежата и при к. с, в нея през тях
не протичат токове на к. с. Поради това не изискват проверка
по динамична и термична устойчивост.
По напрежение
ном^Г ^ур ном ИЛИ £^гпах^г?£/ур шах-
(9.42)
По конструктивен тип и схем а на свързване
Определят се от предназначението на трансформатора.
По клас на точност
Избира се в съответствие с класа, изискван от измервателните
прибори и релета, присъединени към трансформатора, като се
отчита неговото натоварване. Необходимо е
фаза А
ВН
Фиг. 9.17. Схема на каскаден
трансформатор за напрежение
110 kV
ВН — намотка за високо напреже
ние; НН — намотка за
ниско на
прежение; П — свьрзваща намотка;
С — магнитопровод
252
W>M,,
(9-43)
където /V и Л/„ са номиналният и изискваният клас на точ
ност.
По вторично натоварване
Записан в най-общ вид, изразът за избор по този параметър има
вида
ви
Фиг. 9.18. Схема на капацитивен трансформатор за
напрежение
S2hom> 5 2.
(9.44)
В зависимост от желаната точност и схемата на свързване
потребяваната от приборите и релетата вторична мощност S2 се
определя при трифазен трансформатор за най-натоварената фаза
или за целия трансформатор, а при група от два или три едно
фазни трансформатора — за най-натоварения трансформатор от
групата или за цялата група. Съобразно с това при сравнението
мощността S‘>hom се приема за трифазен трансформатор съответ
но равна на номиналната мощност на едната фаза или на целия
тр?нсформатор, а при група от еднофазни трансформатори — на
мощността на единия от тях или на цялата група.
Сумарният пълен товар S2 м )же да се определи приблизител
но като геометрична сума от активния и реактивния товар по
израза
S2= l (SP2)2+(SQ^*=>/(SSanCOS VanZ+fSSanSinqPan) 1 »
(9'45)
където SP2 и SQ2 са активният и реактивният товар от намот-
253
ките на всички апарати, включени на вто*
ричната страна;
San и c o sфап — привидната (пълната^) мощност и коефи
циентът на мощността на намотките на
включените апарати (по каталожни данни).
Допустимата загуба на напрежение в проводниците за свърз
ване на електромери за търговски цели е 0,5%, а до останали
те измервателни апарати — 1,5°/0-
По условието за механична якост сеченията трябва да бъдат
не по-малки от 1,5 тт'г за медни и 2,5 mm2 за алуминиеви про
водници.
9.5. Токоограничаващи реактори
Токоограчичаващите реактори са индук
тивни бобини без сърцевина от магнитен материал, поради което
имат посгояннно индуктивно съпротивление, независещо от голе
мината на протичащия ток, т. е. волтамперната им характери
стика е праволинейна.
Предназначени са за ограничаване на токовете на к. с. при по
требителите и в РУ на електрическите централи и подстанции.
Същевременно те създават възможност при к. с. в мрежата след
тях да се запази определено ниво на напрежението на шините на
уредбата, към която са включени. Благодарение на токоогранича-
ващото им действие се облекчава работата на електрическите
апарати, тоководещите части и други елементи на РУ, включи
телно и на генераторите по време на преходните процеси. Тъй
като във веригите, в които са включени, се използуват по-леки
прекъсвачи и кабели с по-малки сечения, стойността на уредбите
и на разпределителните мрежи намалява.
Реактират се само кабелни линии, съпротивлението на които е
около А пъти по-малко от това на въздушните. При тях са по-
тежки и последствията от к. с. Използуват се основно при на
прежения 6— 10 kV, но в отделни случаи се прилагат и до 220 kV.
Според мястото на включването им се делят на линейни —
включени в началото на кабелните линии от страната на източ
ника на енергия, и секционни — включени между секции на съ
бирателните шини.
В зависимост от копструкгивното изпълнение на намоткнте им
се различават единични и двойни реактори, а по вида на изола
цията са със суха и с маслена изолация. Реакторите се про
извеждат само еднофазни.
Намотките на реакторите се изготвят от изолирани многожични
медни или алуминиеви проводници с голямо сечение. Намотката
на фазата се навива във вид на бобина, след което навивките й
се армират в 6 —12 бетонни колони, разположени радиално и изо
254
лирани спрямо съседната фаза или заземените части с опорни
изолатори за съответното напрежение. Такива реактори се нари
чат бетонни. Фаза на бетонен реактор с намотка /, поддържана от
6 бетонни колони 2, изолирани от земята посредством порцела
нови изолатори 3, е показана на
фиг. 9.19. Колоните могат да се
изготвят и като събирателни еле
менти, а се срещат и реактори с
импрегнирани дървени колони. Ох
лаждането е естествено, с въз
дух, но е възможно да бъде и
принудено. Трите фази могат да
се монтират вертикално, степен-
чато и хоризонтално, като
се
спазват съответни нормирани ми
нимални изолационни разстояния
до страничните стени, пода и та
вана на ЗРУ. При монтаж на ре
акторите на открито в ОРУ и в
близост до стоманени конструк
ции в ЗРУ, които могат да се на
греят недопустимо от индуктира-
ните в тях токове, се използуват
маслени реактори. Техните намот
ки се навиват на специална опор-
на конструкция от изолационен
материал и се поставят в казан с трансформаторно масло.
Възможни схеми на включване на единични реактори са пока
зани принципно па фиг. 9.20. При мощни и отговорни кабелни
линии най-често се прилага индивидуално линейно реактиране
(фиг. 9.20 а), а за икономия на място и средства се използува и
Фиг. 9 .19. Фаза на бетонен реак
тор
£ LR1
W1
LR1
Фиг. 9 .20. Схеми на включване на единични реактори
255
едГреактор61Тф^оТ ^кцГн "°ВеЧе °Т3~4^ела къ,
мират приложение главно при топлофикационРИ (ФИГ' 9-20 в) нг
наличие на два трансформатора за в о ъ ч ^ Т
Те ueHTPaTM пр
Индуктивното съпротивление на линейникпе?"5"3TM [25)'
3—6
а на секционните 8__12 о/
реактори се прием;
Основни параметри на единичните реактпгш ,>
прежение £7Н0М, номинален ток /
HH1v
номинално на
именувани единици * pt q (или в проценти Г
С^ Протнвление в
актори се дава и коефициентът па връзката"’/
^
ДВ0и1ните Ре‘
Освен тях в справочната литеоатуоа Д п ?
( Ч<1гл-2У
тивна мощност и параметрите от насят и °
ват загУбите на ак-
мичната устойчивост.
*
д0 динамичната и тер-
ределяУпо израза,С^ ;прогивлеиие ар на единичния реактор се оп-
(9-46)!
където to е кръговата честота, s- 1 ;
лЛ
^
индуктивността на реактора т Н
Между основните параметри на реактппя
мостите [21, 25]
реактора съществуват завнси-
XD% U
[а~ ,
Y ------
Р
НОМ
МОI
У
Хр%=— и^~Р
-
‘00.
(9.47)
■Ф^Е^-Т^сЖт-В°TMосителни
вието за допустима загуба hi т п п
С6 огРаничава от усло-
която не трябва да превишава 2 Р о ^ еНие в Н0Рмален режим Д£/
ните и 5-6 о/о за секГГнГе реГ,TM^
НОМИНалн°TM за линей’-
рана кабелна линия "е покамно нГфиг"6“ ^
^рГв"TM 7/ "о
казват съответно изменениеTM »
2
Кривите J>2 и 3 по-
режим,прик.с.безАРВипри к с сРдГ?° 8 нормален
чай е прието, че регулаторът L
последния слу-
на генератора от Я, до Е при кортоУЖДаНеТ° П08ишава е - а. н.
шините, към които е в клю че7пеакт„„т,тС? /ТЪЧН0Т0 напрежение на
на напрежението и ш, коего те
„
Достига стойността
Векторна диаграма „а напреженията’“„ Г " " режим'
режим е показана на фиг. 9.22
на Реактора в нормален
напреженията до реактора
и след” него” TM^TM РЗЗЛИКа Между
Ако се пренебрегне отсечката R д
р’ е. отсечката ОА.
' р - 0 (Гр-щхр), за загубата на „апр!жеГиеЯТн п е Г ° Г° МаЛКа И при
напише
'
фежение в реактора може да се
256
AUp=JpXpsin ф.
(9.48)
Тя може да се отнесе към номиналното фазово напрежение и да
се изрази в °/0, при което се намира
A £/р0/о= *р°/о
sinfP‘
(9‘49)
ном
Вижда се, че A Up зависи не само от параметрите на реактора,
но и от коефициента на мощността на товара. При co scp=l за-
Фиг. 9 .21 . Диаграма за разпределение на напреженията меж
ду елементите па реактирана кабелна линия
Фиг. 9.22. Векторна диаграма на напреженията при работа на р е
актора в нормален режим
тубата на напрежение А (/р= 0 . Когато / р = / Ном и cos<p=0 от (9.49)
следва, че AUp%=*р%.
Остатъчното напрежение на шините преди реактора при к. с.
след него се намира от (9.49), като се отчете, че вместо тока на
товара / р през реактора протича токът на к. с. / к и ъгълът фя=*90°;
1/ост%=х?%-/
—
•
(З-50)
НОМ
17 Електрически подстанции
257
Запазването на U0ZT в определени граници се налага от това,
че към шините на РУ обикновено има включени асинхронни дви
гатели. За да не спрат и да могат да се самопуснат след отстра
няване на к. с. и възстановяване на напрежението, остатъчното
напрежение на шините ге трябва да бъде по-ниско от
(/«>«■■-(0,6-0,65] t/ном-
(9.51)
Ако при к. с. след реактора напрежението на шините остава
неизменно, т. е. С/ш= с nst, изразът за тока на к. с. / к има вида
/.=
-tv-10°-
' 9-52)
лр /о
При зададен допустим ток на к. с. / кд0п от (9.53) може да се
намери стойността на дгр %, при която / к = / к Доп
Реакторите се проверяват и на динамична и термична устой
чивост в режим на к. с.
Изборът на единични линейни и секционни реактори е разгле
дан подрсбно в [21, 25].
У нас двойните реактори все още не са разпространени.
Нашата електротехническа промишленост не произвежда ре
актори.
Глава X
Източници на оперативен ток.
Управление, сигнализации
и блокировки в електрическите
уредби
10.1. Общи сведения
За захранване на апаратите за управле
ние и регулиране на режимите на работа, релейните защити, ав
томатиката, сигнализацията, телемеханиката и други вторични уст
ройства на електричетките централи и подстанции се използуват
източници на енергия, наричани източници на оперативен ток.
Веригите за захранване с оперативен ток наричат оперативни
вериги, а схемите на захранване — схеми на оперативен ток.
Системите за оперативен ток трябва да имат постоянна готов
ност за действие и висока надеждност при всички режими на
работа, в т. ч. и при к. с., когато е възможно напрежението на
шините на уредбата да се понижи до нула. Нарушенията в рабо
тата им могат да станат причина за повреда на съоръженията и
за възникване на сериозни аварии.
258
За захранване на оперативните вериги се използува както пос
тоянен , така и проненлив ток, а в редица случаи и изправен ток.
Източниците на оперативен ток могат да бъдат независими и
зависими. Независими източници са акумулаторните батерии, ди-
зелгенераторите, турбореактивните агрегати и други, работата на
които не зависи от външните условия. Към зависимите източни
ци се отнасят трансформаторите за с. н., измервателните транс
форматори за ток и напрежение и двигател.генераторните агре
гати, чиято работа е свързана с режимите на работа и състоя
нието на първичните вериги на електрическите уредби. В качест
вото на импулсен източник на оперативен ток се използуват и
предварително заредени кондензатори.
10.2 Източници и потребители
на постоянен оперативен ток
На електрическите централи и подстанции
се използува предимно постоянен оперативен ток. Това се дикту
ва в голяма сте 1ен от обстоятелството, че много от механизмите
в системата на с. н. действуват на електромагнитния принцип.
Изпълнени на постоянен ток, те са значително по-прости, компакт
ни и надеждни и имат по-добри характеристики в сравнение с из
пълнените на променлив ток.
Основни източници за захранване на системите на постоянен
оперативен ток засега са акумулаторните батерии. Техните пре
димства са пълната независимост от външните условия, високата
надеждност и способността им да издържат на кратковременни
претоварвания.
Освен една или няколко акумулаторни батерии уредбите за по-
тоянен ток включват преобразуватели на енергията на промен
ливия ток в постоянен; табла за постоянен ток със съответните
прибори и апарати за управлепие, контрол и защита; разпреде
лителна мрежа на постоянен ток и други спомагателни елементи.
Като преобразуватели се използуват двигател-генераторни групи
или статични преебразувателни (изправителни) устройства.
Номиналното напрежение на уредбите за постоянен ток обикно
вено се приема в границите 24—220 V. На избора му оказват
съществено влияние мощността и териториалното разложение на
захранваните потребители.
Броят на акумулаторните батерии, техните параметри и разпо
ложението им на теритирията на захранвания обект зависят ос-
новно от типа на уредбата, която захранват, и от товара на по
требителите на постоянен ток в авариен режим [21].
Големите системни подстанции за напрежение 220 kV и по-ви
соко имат по принцип две батерии, а подстанциите 110 kV —
една батерия. На разпределителните подстанции 6—20 kV е до-
259
статъчна една батерия за напрежение 24 или 48 V. При тях се
използува често и променлив или изправен оперативен ток.
Включеният към батерията товар може да се подраздели на
следните групи:
1. Постоянно включен товар. Това е товарът при нормален ре
жим на работа на уредбата, който не се изменя и по време на
авария. Той не е голям (20—60 А за различни по мощност под
станции) и не оказва влияние на избора на акумулаторната батерия.
2. Кратковременен товар. Характеризира се с големината на то
ка, протичащ по време на преходния авариен режим. Има висока
стойност, но по продължителност не надвишава 5 —6 секунди.^
3. Временен товар — товарът в установен авариен режим, кой
то се появява при загуба на променливото напрежение в систе
мата на с. н. слет затихване на преходния процес. Неговата про
дължителност се опредгля от продължителността на аварийния
режим и прл оразмеряване на батерията се приема 0,5 h.
За нормалната работа на потребителите на постоянен ток е не
обходимо отклоненията на напрежението спрямо номиналното
при различните режими да бъдат в определени нормирани грани
ци. Допустимите отклонения на напрежението на клемите на апа
ратите за управление, блокировкг, сигнализация и релейна защита
са ± 5% в нормален режим; от +15 до 20% в преходен авариен
режим и ± 10% в установен авариен режим. За аварийното ос
ветление тези граници са ± 5 % в нормален режим и от + 1 0 до
—5 % в преходен и установен авариен режим.
10.3. Акумулаторни батерии
Като източник на постоянен оперативен
ток на електрическите централи и системните подстанции се из
ползуват предимно стационарни оловни (киселинни) акумулатори.
При по-малките РУ намират приложение желязно-никелови или
кадмиево-никелови (алкални) акумулатори, които имат по-небла
гоприятни технически характеристики от оловните.
10.3.1. Устройство на оловните
акумулатори
Използуваните у нас оловни акумулатори
са предимно съветски тип С (стационарни за продължителен ре
жим на разреждане— от 3 до 10 h), СК (стационарни за кратко- ^
временен режим на разреждане — до 1—2 h) и СН (стационарни
с намазани плочи). Засега най-широко приложение имат акумула
торите (акумулаторните елементи) тип СК.
За получаване на необходимото напрежение съответен брои
260
отделни акумулатори се свързват последователно в акумулаторнз
батерия.
Основните части на стационарните оловни акумулатори са:
1) положителни и отрицателни плочи (електроди); 2) електро
лит; 3) сепаратори; 4) съд (кутия).
Положителните плочи на акумулаторите тип С и СК се изгот
вят от чисто метално олово РЬ. При първото зареждане на аку
мулаторите се осъществява електрзхимичен процес, наречен фор
миране, в резултат на което повърхностният слой на оловото на
плочите се преобразува в оловен двуокис РЬОл, представляващ
активната им маса.
За увеличаване на капацитета на плочите те се правят със
силно развита ребриста форма, благодарение на което работната
им повърхност е 8 — 10 пъти по-голяма от действителната, опре
делена по външните геометрични размери на плочата. Отрицател
ните плочи също са от метално олово с 10 —12 о/0 примес от ан
тимон за увеличаване на механичната им якост и намаляване на
корозията. Скелетът на плочите има вид на решетка с големи
клетки, които се запълват с активна маса, състояща се от олов
ни окиси и олово на прах. При формирането тя се превръща в гъ
бесто олово РЬ. За да не изпада активната маса от клетките,
плочите се покриват челно от двете страни с перфорирани тънки
оловни листове.
Положителните и отрицателните плочи на акумулаторите тип
СН са от т. нар. намазан тип и са събрани в плътни блокове.
Плочите на акумулаторите се произвеждат в три типови раз
мера — И-1, И-2 и И-4. Плочите тип И-2 и И-4 имат съответно
2—4 пъти по-голяма повърхност и капацитет от И-1.
Електролитът е разтвор на химически чиста аумулаторна сярна
киселина H2S 0 4 в дестилирана вода
Плътността на електролита в крея на зареждането на акуму
латора, приведена към температура 20°С , трябва ла бъде 1,205±
±0,005 g/cm3.
Сепараторите служат да изолират една от друга съседните
плочи с различна полярност, като ги предпазват от възникване
на к. с. между тях и от изпадане на активната им маса. Те се
изготвят от микропореста пластмаса (мипласт) или друг подходящ
материал.
Съдовете на акумулаторите тип С и СК са открити и в зави
симост от капацитета им са стъчлени, ебонитови или дървени,
облицовани от вътрешната страна с олово. Акумулаторите тип
СН имат стъклени съдове в затворено изпълнение с херметично
уплътнени капаци, което позволява да се монтират в закрити по
мещения с естествена вентилация.
Акумулаторите тип С н СК се изпълняват в 45 типови размера
с типови номера от 1 до 148. Те се различават по броя на пло
чите и техните размери. Акумулаторите с номера 1, 2, . . . , 5 се
261
събират отплочиИ-1, сномера6.8, . . .,20—от пл<чиЙ-2 и
с номера 24, 28, 148 — от плочи И-4.
Характеристиките на акумулаторите тип СК-1 са следните:
Продължителност на разреждане, h
10
5
3
2
1
Ток на разреждане, А
3,6 6
9 11 18,5
Номинален капацитет, Ah
3630272218,5
Както се вижда, допустимият максимален ток на разреждане в
рамките на нормирания режим на работа е токът на разреждане
з а 1 h и има стойност 18,5 А. /Максималният ток на зареждане е
9 А. За номинален ток на акумулаторите се счита токът при 10-
часов режим на разреждане.
Акумулаторите тип СН се произвеждат в 14 типови размера, като
най-големият типов номер е 20. Неговмяг капацитет при 10-часов
ток на разреждане е 800 А.
Акумулаторът СН-1 допуска при нормална работа ток на раз
реждане 40 А с продължителност на разреждането 0,25 h. Ге са
подходящи за подстанции.
Токовете на разреждане и зареждане и капацитетите на акуму
латорите с дадени типови номера се определят, като се умножи
типовият им номер на стойността на съответната величина за аку
мулатора с типов номер едно.
Съгласно с [24] се допуска превишаване на тока на 1-часовия ре
жим на разреждане 2,5 пъти за не повече от 5 s. За акумулато
рите типове С и СК това съответствува на ток със стойност 16 N
(N е типовият номер на акумулатора), а за тип С Н —на 50 М
Номиналното напрежение на всички типове оловни акумулато
ри се приема равно на 2 V.
10.3.2. Характеристики на акумулаторите
Акумулаторите са вторични химични източници на постоянен ток
с обратими електрохимични процеси. При зареждането им с елек
трическа енергия тя се преобразува в химична, а при разрежда
нето протича обратният процес — химичната енергия преминава в
електрическа.
Характерни параметри на акумулаторите са: капацитет, е. д. н.,
напрежение, ток на разреждане, ток на зареждане.
Под капацитет на акумулатора се разбира количество
то електричество в Ah, което той може да отдаде във въпш-
ната мрежа в режим на разреждане до достигане на крайното
напреж ение (в зависимост от режима 1,75— 1,85 V за оловните
акумулатори).
Електродвижещот о напрежение, напрежението и токът на аку
мулатора са свързани със зависимостите [11]:
при разреждане
UP=E0-E „ -Ier,
(Ю.1)
•262
при зареждане
U3—Е0-f-Е п+ /з
(10.2,
където /7Р, Uз са напреженията на клемите на акумулатора при
разреждане и зареждане, V;
/ . / , — токовете на разреждане и зареждане, А;
El, Е п — обратимото е. д. н. и е. д. н. на поляризация
та, V;
г е вътрешното съпротивление на акумулатора, hi-
Обратимото е. д. н. Е0 се приема числено равно на напрежение
то на акумулатора при отворена външна верига:
Е. д. н. на поляризацията Е п възниква в резултат на необра
тими странични химични и физични процеси на плочите и в елек
тролита при зареждане и разреждане.
Сумата (при зареждане) или разликата (при разреждане) на те
зи е. д. н. представлява динамичното е. д. н
.
Елт{. на акумулато
ра. То е равно на напрежението на акумулатора при затворена
външна верига
ЕАт=Ео±Е„ .
(Ю.З
Разреждането на акумулато
ра започва при затваряне на
външната верига през товара
^,00
на потребителя. Пълната химич-
на реакция на плочите има вида
^
Pb02+2HaS04+Pb<=±
■^2PbS04+ 2H,0. (10.4,
1,90
При разреждане реакцията се
чете отляво надясно. В този ре*
жим се изразходва сярна ки-
селина, а на плочите се обра
зува оловен сулфат PbS04 и се
отделя вода Н20. Поради това
1,80
плътността на електролита на
малява и се понижава напреже
нието на клемите па акумула-
тора. Кривите на изменение н а
напрежението на акумулаторите
тип СК 1 при разреждане C
101- Характеристики на разренг
v
vr
<“>
дане на акумулатор тип LK-1
различен но големина ток са
показани на фиг. 10.1 [25].
Както при зареждане и разреждане, така и при отворена външ
на верига акумулаторът непрекъснато се саморазрежда и част
от запасената в него енергия се губи. Саморазреждането се д ъ л
жи на възникване на неуправляеми химични и електрохимични
263
реакции поради наличие на странични примеси (желязо, хлор,
мед) в електролита. Новият акумулатор губи около 0,3 % от ка
пацитета си в денонощие, а при старите акумулатори тази загу
ба не трябва да превишава 1— 1 ,8%.
Зареждането на акумулатора става от източник на постоянен
ток (двигател—генератор, изправителна уредба), като се свържат
едноименните им полюси и се подаде напрежение, което е по-
високо от неговото е. д. н. В този случай химичната реакция от
(10.4) се чете отдясно наляво. В процеса на зареждане оловният
сулфат на положителните и отрицателните плочи се възстановя
в а — съответно в оловен двуокис и гъбесто олово, като се из
разходва вода и се образува сярна киселина.
Зареждането може да се извърши по един от следните начи
ни: а) с постоянна сила на тока; б) с плавно намаляващ се ток;
в) с постоянно напрежение. Зареждането с постоянна сила на
тока може да стане на 2 степени. При едностепенно зареждане
силата на тока се приема равна на половината ог максимално-
допустимия ток на зареждане и напълно разреденият акумулатор
се зарежда за около 12 h. При двустепенно зареждане токът на
първата степен се приема равен на максималнодопустимия, а при
достигане на напрежение 2,3 —2,4 V на елемент се намалява на
половина и зареждането става за 7 8 h.
Зареждането с плавно намаляващ ток може да започне с мак-
снмално допустимия ток на зареждане и като се намалява плав
но да завърши с половината от него. Продължителността на за
реждането е 7—8 h.
При този начин на зареждане кьм края на процеса напрежение
то достига 2,6—2,8 V на акумулаторен елемент, а плътността на
електролита се повишава до 1,2— 1,21 g/cm \ Когато те преста
нат да се увеличават в продължение на 1 h, зареждането сс смя
та за завършено. По време на зареждането не тряова да^се до
пуска температурата на електролита да се повиши над 40 С. При
зареждане с постоянно напрежение то се приема и се поддържа
през цялото време 2,3—2,35 V на елемент. Началният ток на за
реждане може да бъде равен на тока при Ю-часовия режим на
разреждане, като в процеса на зареждането той се намалява ав
томатично. Пълното зареждане става за няколко денонощия. По
казател за завършването му е постоянство на плътността на елек
тролита в течение на 10 h.
Съществуват и модифицирани системи на зареждане, съчетание
от разгледаните по-горе.
За оценка на икономичността на акумулатора се използуват
два коефициента н • полезно действие — по количество електри
чество r|Q (количествен) и по енергия цА (енергиен):
n
п=Ар-,
(Ю.5)
9—<?з•
"л
лз
V
264
където Qp, Q3 са съответно количествата електричество, отдадени
от акумулатора при разреждане и получени от
него при зареждане, Ah;
A pt А 3 — енергията, отдадена при разреждане и получена
при зареждане, kWh.
^
Заоловниакумулаториtjq=85—9J%,а т}л=65—75 /0.
10.3.3. Особености при експлоатацията
на акумулаторите
Гарантираният срок на служба на стацио
нарните оловни акумулатори е 1 5 - ‘20 години. При ненормални
режими този срок може да се съкрати значително;
Най-честа причина за намалявано на работоспособността на аку
мулаторите е ненормалната сулфатизация на плочите.
При нормална експлоатация на акумулаторите в оловен сулфат
преминава само 40 —70% от активната маса. I ози сулфат е с
дребнозърнест кристален строеж и при зареждане лесно се пре
образува в оловен двуокис и олово. В случай на ненормална сул
фатизация в оловен сулфат преминава почти цялата активна ма
са на плочите, а кристалите на сулфата увеличават размерите си и
от дребнозърнест той се превръща в едрозърнест. Оловният сул
фат запълва порите в активната маса на плочите и не позволява
киселината да проникне в тях. Поради това химичната реакция
се затруднява и капацитетът намалява. Същевременно поради
по-големия специфичен обем на сулфата плочите са подложени
на вътрешни механични усилия. Под тяхно въздействие положи
телните плочи могат да се изкривят, а отрицателните да се из
дуят, активната им маса да изпадне и акумулаторът да получи
неотстраними повреди.
Сулфатизираните плочи имат белезникави петна, а на дъното
на съда се утаява светлосива тиня.
Причините за ненормална сулфатизация могат да бъдат от раз
личен характер: недобро формиране; систематично недозарежда-
н е ; зареждане с недопустимо голям т о к ; чести дълбоки разреж
дания; продължително оставяне на акумулатора разреден или не
достатъчно зареден, неправилно доливане; некачествен електро
лит и др.
Сулфатизацията се отстранява, като засегнатите акумулатори
се подлагат на специален режим на презареждане, но ако тя е
силна, това може да се окаже невъзможно.
265
10 3.4. Режими на работа
иа акумулаторните батерии
Акумулаторните батерии работят основно
в два режима: 1) режим на зареждане — разреждане; 2) режим
на постоянен подзаряд (постоянно допълване).
При първия режим след зареждане на батерията преобраз>ва-
телният агрегат се изключва и тя започва да се разрежда от
продължително включения товар. В резултат на това капаците
тът й се намалява, а напрежението на шините за постоянен ток
се понижава. За да се осигури нормална работа на батерията, в
случай че се появи авариен товар, тя трябва да се зарежда през
2—3 денонощия. При наличие на втора батерия по време на за
реждането товарът се прехвърля към нея. Когато батерията е
само една, едновременно със ззреждането зарядният агрегат пое
ма и товара. Напрежението на шините за постоянен ток се под
държа на необходимото ниво посредством специално устройство,
наречено елементен комутатор, чрез което се изменя броьт на
елементите, присъединени към шините. Честото зареждане и раз
реждане предизвиква бързо износване иа плочите на акумулато
рите и затруднява експлоатацията. Затова този режим сега не се
прилага и акумулаторните батерии се експлоатират в режим на
постоянен подзаряд. При него в схемата на акумулаторната ба
терия се предвижда един общ зарядно-подзаряден агрегат или
отделни заряден и подз^ряден агрегат.
В режим на постоянен подзаряд подзарядният агрегат, потре
бителите на постоянен ток и акумулаторната батерия са присъе
динени непрекъснато към шините за постоянен оперативен ток. В
нормален режим подзарядният агрегат захранва постоянно вклю
ченият товар / П и същевременно дозарежда батерията с ток на
подзаряда / пз, като компенсира и нейния ток на саморазрежда-
не. По такъв начин тя винаги е напътно заредена. За батериите
с акумулатори тип С и СК напрежението на подзаряда трябва да
бъде 2,2+0,05 V на елемент, а
напрежението на шините се
поддържа с 5% по-високо от номиналното (230 V при уредба
220 V).
В случай на авария и загуба на променливия ток в системата
на с. н. батерията поема целия постояннотоков товар на аварий
ния режим
Акумулаторните батерии, монтирани в електрическите центра
ли, работещи в режим на подзаряд, обикновено имат елементен
комутатор, а на подстанциите могат да имат или да нямат такъв.
Схема на акумулаторната уредба с елементен комутатор е по
казана нз фиг. 10.2 [25].
За зареждане на батерията тук се използува двигател-генера
торна група /, а подзарядът се осъществява от изправително уст
ройство 2, свързано към мрежата посредством междинен (изоли
266
ращ) трансформатор Елементният комутатор 3 се състои от изо-
лационна плоча, на която са разположени контактни пластини 4,
свързани с отделни елементи на батерията. Напрежението на ши
ните се регулира посредством плъзгащи се по пластините четки
Фиг. 10.2. Схема на акумулаторна уредба с елементен ко
мутатор, работеща и режим на постоянен подзаряд
5 и 6. Четката 5 е заряднз и служи за намаляване на броя на
включените елементи в процеса на зареждане, а четката 6 е раз-
рядна и с нея се увеличава броят на елементите при разреждане.
Преместването на четките може да стане ръчно от място, дис-
танциенно или от устройство за АРН.
Благодарение на специалната конструкция на комутатора броят
на включените към шините елементи се изменя без прекъсване
на веригата и без свързването им накъсо.
В съвременната практика се прилагат и по-съвършени схеми,
където вместо елементен комутатор се използуват безинерцион-
ни тиристорни зарядно-подзарядни изправителни агрегати.
10.3.5. Алкални акумулатори
На някои подстанции се използуват же
лязно-никелови и кадмиево-никелози алкални акумулатори.
У нас те се доставят предимно от Германия, Полша и СССР. За
електролит при тях се използуват кллиев или натриев хидроокис
(КОН или NOH) с плътност 1,19—1,21 g/ctn3, към който се д о
бавя 10— 15 g/lt литиев хидроокис. Акгивното вещество на по
ложителните плочи е никелов хидрат Ni(OH)3, а на отрицателии-
267
те — желязо или кадмий с примес от желязо. ЬЬминалното напре
жение на един акумулаторен елемент се приема 1,25— 1,30 V.
При зареждаче с нормален ток началното напрежение на зареж
дане е около 1,55 V. Крайното напрежение на зареждане при
температура 20 °С достига 1,75 —1,85 V, а на разреждане — 1 V.
Акумулаторите се доставят в стоманени никелирани съдове.
В сравнение с оловните акумулатори алкалните имат следните
предимства: по-компактни са; не изискват дефицитни материали;
издържат на големи токове на к. с . ; няма отделяне на вредни
изпарения; не изискват специални помещения и вентилация; при
тежават висока механична якост; саморазреждането им е по-мал
ко, а срокът на службата — по-дълъг; могат да работят при тем
ператури под 0°С и да се разреждат дълбоко без опасност от
повреда; обслужват се по-лесно. За сметка на това са по-скъпи,
имат с около 20 % по-малък к. п. д., началното и крайното им
напрежение на разреждане е по-ниско, поради което при дадено
напрежение броят на акумулаторните елементи, включени в бате
рията и към елементния комутатор, е по голям. Изборът на аку
мулаторните бггерии е разгледан подробно в [17, 25].
10.4. Източници на променлив
и изправен оперативен ток
Като източници на постоянен оперативен
ток акумулаторните батерии притежават висока надеждност, но
са скъпи, а обслужването им е сравнително сложно и изисква
специална подготовка на експлоатационния персонал. Освен то
ва захранването на потребителите е централизирано, което налага
изграждане на силно разклонени мрежи, оскъпяващи още повече
системите за оперативен ток. По тези причини използуването им
в неголеми електрически уредби с напрежение до 110 kV вклю
чително не винаги е оправдано. За такива уредби в редица слу
чаи е целесъобразно приложението на променлив или изправен
оперативен ток. В качеството им на индивидуални източници на
променлив ток се използуват както обикновените, така и специ
ално предвидени за целта силови трансформатори за с. н. с не
голяма мощност или измервателни трансформатори за ток и на
прежение. Захранването на вторичните вериги може да стане с
променлив ток непосредствено от тях или с изправен ток чрез
включване на междинни звена — кондензаторни устройства, спе
циални захранващи блокове или полупроводникови изправителни
устройства [10, 31]. Тези източници са зависими от външните
условия, тъй като могат да работят само при наличие на напре
жение в мрежата. За да се повиши надеждността на схемите,
оперативните вериги трябва да се захранват най-малко от два
268
трансформатора, включени към различни секции за с. н., а напре
жението на вторичните вериги да се стабилизира.
В нормален режим токовите трансформатори не могат|да се
използуват като източник на пр шенлив оперативен ток, тъй като
6-10 kV
Lоi\
\
УАТ
< г>--
Фиг. 10.3. Схеми на захранване на оперативните вериги за защита на про
менлив ток
—
от токов трансформатор; б —от напреженов трансформатор
нямат необходимата за тази цел мощност. Те обаче са надежден
източник на захранзане на токовите РЗ при к. с. в защитаваната
верига, когато токът и мощността силно нарастват и са достатъч
ни за заработване на защитите и изключване на прекъсвачите.
Принципна схема на захранване на оперативните вериги на мак-
сималнотокова защита от токов трансформатор е показана на
фиг. 10.3 а. Токовият трансформатор ТА е включен в защитава
ната линия WJ, а към него е свързана бобината на максималпо
токовото реле КА. В номинален р.*жим електромагнитът за из
ключване У АТ на прекъсвача Q1 е шунтиран от контакта К А .1
на токовото реле КА. При к. с. по линията W1 релето КА за
работва, контакта КА .1 се отваря, бобините на релето КА и на
електромагнита УАТ се включват последователно и прекъсвачът
Q1 изключва.
При повреди, които не водят до увеличаване на тока на к. с.,
като з. с. в мрежи с изолирана и компенсирана неутрала, пони
жение на честотата, понижение и повишение иа напрежението и
др., токовите трансформатори не могат да осигурят действието
на съответните защити (10].
За разлика от токовите трансформатори, напреженовите измер
вателни трансформатори и силовите трансформатори за с. н. не са
подходящи за захранване на оперативните вериги за защита от
к. с., тъй като тогава се понижава напрежението на захранваща
та мрежа. Те се използуват като източници на оперативен ток за
269
дистанционно управление на апаратите, за захранване на устрой
ства за РЗ, автоматика, сигнализация и др., когато възникналите
повреди и ненормални режими не предизвикват силно понижение
на напрежението.
t11
Фиг. 10.4. Схема за комбинирано захран
ване на оперативните вериги с изправен
оперативен ток
При достатъчна мощност на напреженовите измервателни транс
форматори те могат да захранват едновременно както оператив
ни вериги, така и бобините на измерителните прибори, двигатели
с неголяма мощност и др.
Опростена схема за захранване на оперативните вериги на про
менлив ток от нептеженов измервателен трансформатор е пока
зана на фиг. 10.3 б. Тук бобината на електромагнита за изключ
ване УА Т се захранва от напреженовия трансформатор TV. При
к. с. по реактиранага линия W1 заработва токовото реле КА,
н. о. му контакт КА ■1 се затваря, с което се включва веригата
на бобината и прекъсвачът изключва.
Следователно, като източници на променлив оперативен ток
токовите и напреженовите трансформатори имат определени об
ласти на приложение и се използуват главно за индивидуално
децентрализирано захранване. На практика най-често захранване
то на оперативните вериги е на изправен оперативен ток и се
осъществява комбинирано от токови и напреженови измервателни
трансформатори, към които се включват захранващите блокове с
вградени в тях изправители. Вместо към напреженовите транс
форматори блоковете могат да се свържат към трансформатори
тезас.н.
Принципна схема на такова захранване е представена на фиг.
10.4. На нея захранващият блок, включен към токовия трансфор
270
матор ТА е означен условно със З Б Т , а блокът, включен към на
преженовия трансформатор T V — със ЗБН. Двата блока работят па
ралелно на страната на постоянния ток.
Разработени са и се произвеждат различни захранващи блоко
ве, в т. ч. и у нас. Вътрешни схеми и по-подробно описание на
такива блокове са дадени в [10, 21]. Комбинираното захранване
по посочената схема е универсално, но няма достатъчна голяма
мощност, затова е подходящо за захранване на оперативните
вериги на РЗ, автоматиката и управлението на прекъсвачи с по-
леки задвижвания, каквито са пружините.
За изключване и включване на прекъсвачи с електромагнитно
задвижване, бобините на отделители и други апарати с мощност
до около 200 W се прилагат и кондензаторни източници на за
хранване. Кондензаторите на тези устройства се зареждат предв;-
рително по време на нормалния режим на работа и запасената в
тях енергия се използува по време на аварийния режим. Те са
подходящи и за схеми на АПВ, защита от минимални напреже
нияит.н.
Когато в подстанциите има прекъсвачи с електромагнитни за
движвания за голям ток, захранването на изключващите и особе
но на включващите им електромагнити може да стане централи-
ирано, от специални изправителни уредби, включени към мрежата
за СН [25, 31].
10.5. Управление, сигнализации
и блокировки в електрическите уредби
Електрическите централи и подстанции са
сложни обекти с голям брой разнообразни елементи, подлежащи
на непрекъснато управление при всички режими на работа. Опе
ративното управление се осъществява с различни технически
средства, позволяващи да се поддържа оптимален технологичен
процес на обектите като цяло и на отделните им елементи. Това
се отнася както за нормалния режим, така и при изменение на
режима в резултат на външни смущения или под въздействие
на икономически и други фактори.
Системата за оперативно управление обхваща няколко основни,
различаващи се по функциите си подсистеми — информационча,
сигнална, командна, регулираща и защитно блокировъчна [31].
Техническите средства на тези подсистеми, включително уст
ройствата за релейна защита и автоматика и източниците на з а
хранването им, представляват вторичните съоръжения. Заедно с
връзките между тях те образуват вторичните схеми (схеми на
вторичната комутация).
Елементите на вторичните схеми, като релета за управление и
защита, ключове и бутони за управление, измерителни прибори и
271
други, се монтират на табла или пултове, които се разполагат в
командни зали в близост до отделни, самостоятелно управлявани
съоръжения. При РУ за ВН те се отделят от първичните вериги,
като се включват посредством токови и напреженови измервател
ни трансформатори или към външен източник за оперативен ток.
Освен измервателните трансформатори в РУ се намират прекъс
вачите, разединителите, сигналните и блокировъчните устройства
и др. В редица случаи главно в ЗРУ, всички вторични устройст
ва се монтират в самата уредба, обикновено в табло-шкаф за
управление, разположено в предната част на килията от страната
на оперативния коридор. Връзките между РУ и таблата за управ
ление извън нея се осъществяват с многожилни контролни или
телефонни кабели.
Под оперативно управление се разбира подаване на команда за
изпълнение на дадена операция от един от елементите на вторич-
ната схема или на комплекс от операции, които по-нататък се из
пълняват без намесата на оператора. Съществуват два вида опе
ративно управление — дистанционно и телемеханично.
Дистанционно управление се прилага, когато разстоянието
между управляемия обект и мястото, от което се подава коман
дата,'не надвишава 1 кш. На практика то се осъществява в гра
ниците на електрическата централа или подстанция посредством
пряка електрическа връзка между командния и изпълни 1елния
орган, като се използува постоянен или променлив оперативен
ток.
Теле механично то управление е подходящо за големи разстоя
ния и като правило предаването на командите и сигналите става
по слаботокови канали за свръзка.
Командите за извършване на операциите по управление и регу
лиране могат да се подадат ръчно от оперативния персонал чрез
ключове, бутони превклю шатели и др. и автоматично от релей
ната защита или автоматиката.
Управлението на комутационните апарати на електрическите
централи и подстанции обикновено е дистанционно.
Командите за включване и изключване на прекъсвачите и на
разеденителите с електродвигателно и пневматично задвижване се
подават с командни ключове за управление. Разнообразието на
използуваните у нас ключове е голямо, като типът им оказва съ.
ществено влияние върху изграждането на конкретните схеми за
управление. Поради ограничения обем на учеоника тук те не са
разгледани. Подробно са описани в [11, 31].
Като пример за дистанционно управление на фиг 10.5 са по
казани елементи на схема за ръчно дистанционно включване и из
ключване на трифазен прекъсвач с електромагнитно задвижване.
•
Използуван е произвежданият в СССР ключ МКВ, означен на схе
мата c 'S A l. С пунктирани линии са изобразени положенията на
ключа. Неутралното положение е означено с Н, а положенията
272
на ключа, съответствуващи па оперативните команди „включва-
не“ и „изключване“ с В и И. Стрелките показват, че от тези
две положения ключът се самовъзвръща в изходното неутрално
положение. Тъмните точки на пунктираните линии показват кои
контакти са включени при дадено положение на ключа.
+ЕС
-ЕС
\ SF1
1КСИ
SQ:1
КМ
-
sr-О-
\ SF2
ИНВ
-чч
SQ:2 УАТ
+ЕУ
X
-
ЕУ
КМИ
УАС
{}
Фиг. 10.5
.
схема на веригите за включ
ване и изключване на прекъсвач с елек
тромагнитно задвижване
Яа изключване на прекъсвача ръчката на ключа SA1 се завърта
на положение „изключване“ -
И, при което веригата на електро
магнита за изключване УА Т се затваря, през него п р о т и ч а
ток
и
прекъсвачът изключва. Същевременно спомагателният контакт-
SO - о на прекъсвача, който е бил затворен, се отваря, веригата
се прекъсва и подадената команда се снема. При включване ръч
к а т а 'н а ключа SA1 се завъртана положение „включване В и
заработва междинният контактор КМ. С кош акта си
затваря веригата на електромагнита за включване \ AL и прекъсва
чът се включва. Веднага с л е д т о в а спомагателният контакт SQ : /
на прекъсвача изключва и двете вериги — на бобината на контак
тора КМ и на електромагнита УАС се отварят. Командите за
включване могат да се подадат и автоматично от контакта 2RC.1
на РЗ и 1К С ' 1 на системната автоматика. Необходимостта oi
използуване на'контактора КМ се диктува от това, че при включ
ване през електромагнита УАС протича твърде голям ток, поня
кога стотици ампери, който не се издържа от контактите на клю
ча S A1, оразмерени обикновено за ток 3 А.
18 Електрически подстанции
273
За сигнализиране на положението на комутационните апарати
се използуват сигнални лампи или магнитни показатели.
Сигналните лампи се прилагат при апарати с н)дивидуално
дистатционно командуване. Те се монтират непосредствено д о
командните ключове плисе вграждат в тях. Схемите се изпълня
ват като еднолампови или двулампови. При едноламповите схеми
при съответствие на ръкохватката на ключа и на апарата лампата
може да не свети (т нар тъмна схема) или да свети с равно
мерна светлина (светла схема). Когато има несъответствие меж
ду положението на ключа и комутацио 1ния апарат, лампата за
почва да мига, кат ) по >учава напрежение от специални шинки за
мигаща светлина. Мигането на светлината се прекратява, когато
ръчката на ключа се приведе в съответствие с Действителното
положение на апарата. Най-често несъответствие се получава при
аварийно изключване на прекъсвачите от РЗ или системната ав
томатика или при автоматично включване без намеса на обслуж
ващия персонал.
Приложение намира и двулампова светла схема, като при по
ложение „включено“ свети червена лампа, а при положение „из
ключено“ — зелена. Гази схема не позволява да се различат из
вършените от персонала превключвания от автоматичните, затова
по-често се използува схема, при кеято едни и същи лампи све
тят с постоянна светлина, ко~ато превключванията на прекъсвача
се осъществяват с ключа за управление, и с мигаща светлина, при
положение, че са от автоматични устройства или самопроизволни.
В електричетките подстанции обикновено се прибягва до едно-
лампова тъмна схема на светлинна сигнализация [31].
Магнитните показатели сигнализират положението на
разединителите в ЗРУ и на всички комутационни апарати с из
бирателно командване в ОРУ, като се монтират на техните ме
ста в принципните схеми на електрическите табла и пултове за
управление [31]. Те имат две намотки и въртяща се котва със
закрепен на нея бял кръг с черна ивица В зависимост от това,
към коя от намотките е подадено напрежение, котвата се завър
та в една или в друга посока, при което черната ивица заема вер
тикално (при включен апарат) или хоризонтално положение (при
изключен апарат) Когато няма оперативно напрежение под дейс
твието на вградена пружина, ивицата застава под наклон 45°,
което показва неизправност на веригата. Схема на свързваме на
магнитен показател за сигнализиране на положението на разеди
нител е показана на фиг. 10.6 а, а на фиг. 10.6 б са изобразени
възможните положения на показателя на прибора. Освен разгле
даната по-горе сигнализация за положението на комутационните
апарати на електрическите централи и подстанции се използуват
и различни други сигнализации: аварийна — сигнализира аварийно
изключване на прекъсвачните с помощта на звуков сигнал, който
е общ за всички прекъсвачи, и на индивидуален светлинен сигнал;
предупредителна ■— предупреждава дежурния персонал за нару
шение на нормалната работа на съоръженията — поДава звуков
и светлинен сигнал; командна — служи за предаване на предва
рително определени командни сигнали от един пункт в друг (на
пример от командна зала в машинна зала и обратно) чрез натис
кане на индивидуални бутони,
при което в двата пункта се поя
вява на табло осветен надпис, съ
проводен от звуков сигнал, пода
ван от общ бутон.
За да се повиши надеждната
работа на РУ и да се осигури
по-голяма безопасност на обслуж
ващия персонал, се използуват
оперативни и защитни блокиров
ки, кои го в зависимост от прин
ципа им на действие се лелят на
механични, електромагнитни, елек
трически и др.
Най-често срещаните оператив
ни блокировки са между прекъс
вачите и разедини телите. Тези бло
кировки се изпълняват така, че да
не позволяват включване и из
ключване на разединителите при
включен прекъсвач. Същевремен
но се блокират помежду си работните и заземителните ножове
на разединителите или отделните работни и заземителни разеди
нители по такъв начин, че да не могат да се включват едновре
менно.
Защитните блокировки имат за цел да предпазят персонала
от допир до части на уредбата, които са под напрежение. Таки
ва са блокировките на вратите и предпазните огради на килиите
в ЗРУ. В КРУ към тях се отнасят блокировката, която не раз
решава изваждането на количката с прекъсвача, когато той не е
изключен, автоматичното спускане на завеси пред щепселните
разединители след изваждане на количката и др.
Механичните блокировки се изпълняват като лостови — за
взаимно блокиране на работните и заземителните ножове на ра
зединителите, и с е к р е т н и — предотвратяващи отварянето на вра
тите на предпазните сгради на килиите при включени разедини
тели или включването на разединителите при отворени врати.
Електромагнитната блокировка се състои от индивидуален
ключ към всяко блокирано съоръжение и от преносима деблоки
раща бобина, която се поставя в ключа и деблокира съоръжение
то, ако това е разрешено — например изключване на разедините
ля, при положение че прекъсвачът във веригата е изключен.
Електрическите блокировки прекъсват веригите за команд
+EQ
'EQ
5
Фиг. 10.6. Сигнализация на поло
жението на разединител
а — схема на свързване на магнитния
показател; 6— възможни положения
на показателя на прибора
275
ване на блокирания комутационен апарат, в случай че другите
съоръжения, ог конто зависи деблокирането му, са в положение,
което не позюляза товз, т. е. аналогично на електромагнитната
блокировка.
5
а
Фиг. 10.7. Електрическа блокировка на разединителите в РУ с единична шин
на система
а — схема на първичната верига; 6— схема на блокировката
Засега за разединителите се прилагат главно електромагнитни
блокировки. Схема на такава блокировка в линейно присъедине
ние, свързано към РУ с една система събирателни шини, е пока
зана на фиг. 10 7. На фиг. 10 7 а е дадена схемата на първич
ните присъединения, а на фиг. 10.7 б — електрическата схема на
блокировката. С 1Y, 2Y , 1YG и 2YG1 са означени гнездата на
електромагнитните ключалки на съответните разединители.
Във вида, в който е показана, схемата позволява [25]:
1) опериране с разединителя JQS при изключен прекъсвач Q1,
изключен заземителен нож 2QSG1 и изключен заземителен нож
към шинната система QSG',
2) опериране с разединителя 2QS,
когато прекъсвачът QI и заземителният нож JQSG са изключени.
По аналогичен начин се разглежда и възможността за извършва
не на операции със заземителните ножове IQSG и 2QSG: / .
С прекъсвана линия на фиг. 10 7 а е показано наличието на
механич1а блокировка между разединителите IQS, 2QS и зазе
мителните ножове към тях. Включването на заземителния нож
2QSG:2 се извършва само след проверка за отсъствие на напре-
жене от страна на линията W1.
Различните видове блокировки са разгледани подробно в [25, 32].
276
Релейна защита и
автоматика
XI глава
Релета и защити
11.1. Общи сведешя за рглгтага
Релето е апарат с автоматично действие,
предназначен да изменя внезапно (със скок) състоянието на уп
равлявана от него верига при зададена стойност на въздейству-
ващата величина [1]. Това определение е дадено от Международ
ната електротехническа комисия. То показва предназначението и
основните функции на релето.
Релето реагира под действието на една или повече въздейству-
ващи величини, които характеризират състоянието на контроли
раните от него външни вериги, машини, апарати или уредби и
явленията, които протичат в тях. Управляваната външна верига
е верига на друго реле, на прекъсвач, на сигнализация, на друг
апарат или система.
Процесът на възбуждане на релето от начално до крайно съ
стояние се извършва от протичащия през него ток. Начално е
състоянието непосредствено преди възбуждането, а крайно —
пълното му възбуждане. Преминаването от начално до крайно
състояние е действие на релето, а обратното преминаване от
крайно в начално състояние е връщане на релето след действие.
Не винаги действието съвпада с функциите на релето. Понякога
връщането след действие е изпълнение на основната му функ
ция в работата на автоматиката. Затова се въвежда терминът
„заработване на релето“. Заработването означава такова действие
на релето, при което то изпълнява възложените му функции в
системата на автоматиката. Обратното действие е връщане след
заработване.
На входа на релето постъпват входни величини. От тях се об
разува въздействуващата величина. В някои от релетата входна-
та и въздействуващата величина е една и съща, например в то
ковите рел*та. В други те са различни, както е в дистанционни
те и посочните мощностни релета.
Функционирането на релето се характеризира с две състояния:
дежурство и тревога. Дежурство е състоянието, когато то очак-
277
ва да настъпя момента за изпълнение нч определената му функ
ция. Тревога е състоянието, в което релето изпълнява тази функ
ция. Преминаването от дежурство в тревога е заработванс на
релето, обратното е връщане след заработване. Минаването от
едното състояние в другото става при изменение на въздейству-
ващата величина. Стойността на въздействуващата величина, при
която релето заработва, т. е. извършва се преходът от дежур
ството в тревога, се нарича параметър па заработването. Резета
та заработват и се намират в състояние на тревога не само при
параметъра на заработването, но и при редица други стойности
на въздействуващата величина. Всички тези стойности образуват
едно множество, което се нарича област иа заработването. Оста
налите стойности на въздействуващата величина образуват област
на нсзаработването. Границата, която разделя двете области, оп
ределя параметъра на заработването. Често пъти той се нарича
праг на заработването.
За по-голяма универсалност релетата се произвеждат с въз
можност за изменение на параметъра на заработването в опреде
лен обхват, който се отбелязва на скалата на релето. По нея се
нагласява (настройва) желаната стойност на параметъра, наречена
още настройка на релето. Поради стареене, повреди, външни
влияния, недобра експлоатация може да се появи разлика между
настройката и действителната стойност, при която релето зара
ботва. Тази разлика е грешката на несъответствието. Освен нея
за много релета е характерно и разсейването на действителната
стойност на заработването. То завити от конструкцията им.
Друг параметър е стойността на въздействуващата величина,
при която релето се връща от тревога в дежурство. Най-често
като параметър се дава коефициентът на връщане след заработ
ване, който се определя така:
(И»)
*зр
където хв е параметърът на връщане;
х зр — параметърът на заработване на релето.
Коефициентът на връщане зависи от принципа на изпълнение на
релето. За релета, които заработват при нарастване на въадейс-
твувгщага величина, той е по-малък от единица, а за тези, кои
то заработват при намаляване на въздействуващата величина —
по-голям от единица. За основните релета в релейните защити
се изисква коефициентът на връщане да бъде по-близо до еди-
ни ца.
Следващият параметър е собственото закъснение на релето
при заработване. Това е времето от момента, когато в релето
постъпи въздействуващата величина със стойност от областта на
заработването, до момента, когато релето заработи и изпълни
предназначената му функция- Това време трябва да бъде по въз-
278
можиост по-малко. Според собственото закъснение релетата се
делят на бързодействув;.щи и бавнодействуващи. Понякога е не
обходимо да се знае и собственото време на връщане след за-
работване.
Характерни параметри са още консумираната мощност, включ
ващата и изключващата способност на контактите, продължител
ността на живот на релетата.
В автоматиката и релейната защита на подстанциите се изпол
зуват преди всичко електрически релета. Много малко сз релета
та, които имат неелектрическа въздействуваща величина — ме
ханични релета. Затова определянето на видовете релета, подреж
дането им в класификации по различни признаци става главно с
оглед на електрическите релета.
Релетата се разделят на две големи групи: електромеханич
ни и статични. Електромеханични са тези, при които заработва-
нето е свързано с движение на отделни конструктивни елементи
Изпълнителният им елемент е контакт или група контакти. Ста
тичните релета нямаг движещи се части. Най-често това са
електронни релета. Засега най-голямо приложение в практиката
намират електромеханичните релета и затова главно те се раз
глеждат.
Според функциите, които изпълняват, релетата са основни и
спомагателни. Основни са тези, които изпълняват основната
функция, и при релейните защити те дават названието на защ и
тата. Те участвуват в класификациите по останалите признаци.
Спомагателните релета изпълняват помощни функции и най-че
сто са релета за време за създаване на нарочно закъснение, сиг
нални и помощни релета.
Според въздействуващата Ееличина релетата са токови, нап-
реженови, посочни или мощностни, дистанционни (за с ъ п р о т и в
ление или за проводимост), честотни, газови, термични. Реле
тата заработват при повишаване или при понижаване на въздей
ствуващата величина. Затова те се делят на максимални и м и н и
мални
По принцип на действието релетата приличат на измервателни
те апарати.
Те са електромагнитни, индукционни, електро-
динамични, магнитоелектрични., поляризовани, електротермич
ни, механични, газови, магнитни, електронни. По мястото на
включването те са първични, които се включват в първичната
верига, и вторични, включвани през измервателни трансформа
тори. Според въздействието върху прекъсвача те са с директно
или с индиректно действие. Вторичните релета с индиректно
действие се нуждаят от допълнителен източник, наречен източ
ник за оперативно напрежение.
Контактните системи на релетата се състоят от един или ня
колко контакта, които са отворени, затворени, без или със за
къснение. На фиг. И Л са показани означенията на различните
279
видове контакти в схемите. За да има единство при начертаване-
то и прочитането на схемите, прието е контактите да се чертаят
в тоаа положение, в което се намират при невъзбудено реле [1].
Това положение е нормално и съответните контакти се наричат
_
Х ________ X,
6
g
Фиг. ПЛ.Условно означаване на контакти и
релета
а — нормално отворен контакт; б— нормално за т в о
рен контакт; в и г — контакта със закъснение при
задействуване на релето; д и е — контакти^със з а
къснение при връщане на релето
Фиг. 11.2. Електромагнитно реле клапанен тип
нормално отворен и нормално затворен. В безконтактните релета
в изходната им верига се получават дискретни сигнали, които
могат да се приравнят към отворено или затворено положение
на контактите.
Тук се разглеждат най-разпространените релета в нашата EEC.
На фиг. II 2 и фиг. 11.3 схематично е показано устройството
на електромагнитни релета клапанен тип и с напречно движение
на котвата. О'новните им конструктивни елементи са магнито-
пропод, намотка, котва, цилиндрична или спирална пружина, коя
то задържа котвата в изходно положение, подвижен, закрепен
на когв^та, и неподвижен контакт. При релетата клапанен тип
280
котвата е във вид на клапа, а при релетата с напречно движение
на котвата е с напречно сечение във формата на латинска1а
буква Z или на буквата от кирилицата Г. Когато през намотката
протече ток със стойност от областта на заработването, котвата
:>*
Фиг. 11.3. Електромагнитно реле с напречно движение на
котвата
а — със Z-образна котва; б —с Г-образна котва
се завърта и контактите се затварят, ако са били отворени, или
се отварят, ако са били затворени. Въртящият момент, който
действува върху котвата, е пропорционален на квадрата на тока.
Електромагнитните релета клапанен тип се използуват в релей
ната защита и автоматиката на подстанциите като помощни и
сигнални. Те се комбинират и с часовников механизъм и служат
като релета за време за създаване на нарочно закъснение. Те са
за постоянен или за променлив ток, консумират сравнително голяма
мощност, имат нисък коефициент на връщане, около 0,5. Реле
тата с напречно движение на котвата се използуват като токови
или напреженови основни релета в релейната защита. Те консу
мират по-малка мощност, отколкото релетата клапанен тип, и
имат висок коефициент на връщане, близък до единица. Недо
статък на електромагнитните релета за променлив ток е това, че
в някои случаи котвата и контактите им вибрират.
На фиг. 11.4 принципно е показано устройството на често упо
требяваните индукционни релета. Магнитопроводът М е с ква-
ратно сечение и има 4 издадени навътре полюси. Намотките са
6 и са свързани в две групи А и Б. Котвата К се състои от
два затворени цилиндъра — външен алуминиев, който е действи
телната котва, и вътрешен стоманен за намаляване на магнитно
то съпротивление. На оста на котвата се закрепва подвижният
контакт. Намотката А създава магнитен поток Ф,, а намотката
Б — Ф2. Двата потока са фазово и пространствено разместени.
На котвата действува следният въртящ момент :
Мв = k ’Ф1Ф2sin (Ф1Фа).
(И-2)
281
Коефициентът k' отчита размерността на величините. Релето мо
же да се използува като посочно, дисганционно или честотно.
Ако в намотката А протича ток /р , пропорционален на тока
в защи'аваната верига, и към намотката Б е включено напреже
нието и Р. пропорционално на напрежението на мрежата, релето
ще работи като посочно мощностно. В този случай потокът ‘I>j
ще бъде пропорционален на тока /р, а потокът Ф2 — на Uv .
Векторната диаграма за този случай е показана на фиг. 11.5.
Потокът Ф2 е отклонен от Up на ъгъл у поради индуктивното
съпротивление на намотката Б. Вместо ъгъла у може да се въ
веде допълнителният до ~ rad ъгъл а, който зависи от кон
струкцията на релето и се нарича конструктивен параметър.
Ъгъпът фр между тока / р и напрежението Up е равен на им-
педансния ъгъл на мрежата. Като се има предвид векторната
диаграма на фиг. 11.5 и казаното дотук, от (11.2) се получава
Вижда се, че въртящият момент на релето зависи от произведе
нието на тока и напрежението, т. е. от мощността. Затова релето
е мощностно. Моментът М в е положителен и релето заработва,
когато cos('fp + а ) е положителен, т. е- когато
Релето е посочено, защото заработване го му зависи от посоката
на тока или на пренасяната мощност. Посоката определя знака
на cos(cfp-f-a) Произведението на тока / р в токовата намотка и
Фиг. 11.4. Индукционно реле с барабанна
котва
Фиг. 11.5. Векторна диагра
ма на индукционно посочно
реле
Мв = klp Up cos(?p -fa).
(ИЗ)
(11.4)
282
напрежението i/p към напреженовата при зарлботване се нарича
мощност на заработване на релето
и може да се определи
от (11 3), като М в се заменя с механичния съпротивителен мо
мент. Релето е най-чувствително при максимален въртящ момент,
който се получава при cos (срр+а) = 1, т. е, при
Фиг. 11.6. Ъглова характеристика на нндукцнон-
но посочно реле
фрмаксч=
(1 1*5)
Затова ъгълът а се нарича ъгъл на максималната чувствителност.
Изменението на мощността на заработване S3p в зависимост
от фазовия ъгъл срр между тока и нанрежението представлява
основната характеристика на релето, наречена ъглова характери
стика. Тя е показана на фиг. 116. Защрихованата част е област
та на заработване. Минималната стойност на 5 зр съответствува
на ъгъла на максималната чувствителност а.
Релето, показано на фиг. 11.4, може да бъде и дистанционно,
ако към намотките А и Б се включат натрежентята
0i=kxti9+ktip и
u t=kxUp -k2/p.
(и.6)
Тези комбинации от тока / р и напрежението Up се получават
чрез междинни трансформатори [1].
Като дистанционно реле може да се използува схемата за
сравняване на абсолютните стойности на две електрически вели
чини, показана на фиг. 11.7. Състои се от два токоизправителни
моста V S т и VS9, магнитоелектричпо или поляризовано реле Р ,
И8гляждаща схема към токоизправителните групи (не е показана
на фигурата) В схемата се сравняват изправените токове 1Х и / 2
283
които съотяетствуват на средните стойности на входните напре
жения {/, и Ur Схемата е настроена така, че при \ 0 1 = | U\\
двата тока да са равни. Тогава през релето Р не протича ток.
При неравенство на напреженията през релето протича разликата
от двата тока / р = / х—/ 2. При положителна стойност (положител
на посока) на този ток, което съответствува на неравенството
релето Р заработва.
Ако напреженията^ и й г са Ux = k' /р и U2=k" Up, къде
то / р и Uр са пропорционални на тока и напрежението в за
щитавания обект, то прагът на заработване, определян от равен
ството на напреженията, е
където коефициентите на пропорционалност k' и k" в общия
случай са комплексни числа. При нормална работа на обекта Up
и / р имат такива стойности, чг токът / 2 е по-голям от 1Х и ре
лето Р не заработва. При късо съединение Up се намалява, а
/ р се увеличава значително. Тогава се изпълнява неравенството
(11.7) и релето Р заработва.
От равенството (11.8) се получава съпротивлението на зара
ботване на схемата като дистанционно реле:
Съпротивлението на заработване не зависи ог големината на то
ка и напрежението, не зависи и от фазовия ъгъл между тях. В
комплексната равнина (R, А) то очертава централна окръжност,
която представлява характеристиката на релето. Като се отчете
условието за заработване, изразено с неравенството (11.7), се
вижда, че релето заработва при всички измерени съпротивления
z p < 2зр. Това означава, че релето е минимално. Съвременните
дистанционни релета имат по-сложни устройства и се правят с
по-съвършени характеристики ■— изместени окръжности, елипси,
четириъгълници и др.
Схемата на фиг. 11.7 може да се използува като посочно реле.
За целта напреженията U1 и U2 чрез междинни трансформато
ри се формират във вида (11.6). Тогава при една посока на то
ка /р неравенството (11.7) е изпълнено и релето зараоотва, а
при обратната посока неравенството не е изпълнено и релето не
заработва.
В релейната защита се изполвуват релета с две входни вели
чини, построени на електромагнитен, на индукционен принцип или
на базата на сравняващата схема от фиг. 11 7, които имат спи-
Ic/iI> Iо,
(11.7)
k'i
(П.8)
284
рачна характеристика. Едната входна величина действува в посо
ка на заработване на релето, а другата в обратна посока, за спи
ране на действието му. Спирачната характеристика за токови
спирачни релета е показана на фиг. 11.8. От нея се вижда, че
Фиг. 11.7. Дио днз схема за сравняване на абсолютните
стойности на две електрически величини
«
;ъ_
Фиг. 11.8. Спирачна характе-
Фиг. 11.9. Магнптоелектрическо реле
ристика
при увеличаване на спирачния ток /сп токьт на заработване / раб
се увеличава. Кривата от фиг. 11.8 има определен спиргчен кое
фициент за всяка точка, който представлява изменението на ра
ботния ток за единица изменение на спирачния.
На фиг. 11.9 е показано принципното устойство на магнито-
електрическо реле. Основните му конструктивни елементи са по
стоянният магнит 1 и подвиж 1ата намотка 2, която се върти
около оста на неподвижния стоманен магнитопровод 3. Релето е
за постоянен ток. То реагира на големината и на посоката на то
ка / р , протичащ през намотката му. Най-често се използува като
нулев индикатор за показване на наличието на ток с определена
посока — например релето Р в схемата на фиг. 11.7. Разновид
ност на магнитоелектрическите релета са поляризованите, които
са по-бързодействуващи.
285
112. Релейна защита
В експлоатацията на EEC са възможни
повреди на съоръженията, причинени от дефекти, допуснати при
конструирането, производството и доставката им на обекта, от
некачествено проектиране, монтиране и експлоатация на съоръ
женията в системата или от естественото стареене на материали
те. Най-често израз на повредите са късите съединения, които
се придружават от протичането на големи токове, понижаване
на напрежението в мрежата и електрическа дъга в мястото на
повредата. Хе нарушават нормално'О елекгроза '.ранване на пот
ребителите и в някои случаи бързо могат да прерасна i в общо-
системните аварии с големи народностопзнски загуби. Понякога
електрическите съоръжения в EEC под въздействието на вън
шни причини попадат в ненормален за редовната им експлоатация
режим. Ако не се ликвидира своевременно, той може да предиз
вика повреждането на съоръженията и аварии със значителни
вредни последствия.
За да се избягнат големите загуби и за да се осигури непре
къснато и нормално електрозахранване на незасегнатите пряко от
повредите потребители, необходимо е повреденият \ частък да
се изключи за много кратко време след появяване на повредата,
в някои случаи за десети или стотни от секундата. Оперативни
ят персонал не е в състояние за такова кратко време да открие
мястото на повредата и да го изключи, ватова тази функция се
възлега на специална автоматика, наречена релейна защита.
Общото устройство, предназначението и действието на защита
та е посочено в определението, дадено от международната елек
тротехническа комисия [13]. Според него релейната защита е ре
ле или група от релета и спомагателни устройства, предназначе
ни в случай на повреда или на ненормални условия да изключат
чрез въздействие върху прекъсвачи определен елемент на уред
бата (машина, трансформатор, линия и др.) или да задействуват
сигнал.
Релейната защита се поставя към определено съоръжение
генератор, трансформатор, електропровод и др. Това съоръжение
е обект на защитата. Тч непрекъснато следи състоянието и ра
ботата му. При нарушаване на нормалната му работа реагира и
според степента на нарушението или въздействува на прекъсва
чите му и го изключва от мрежата, като възстановява нормалната
работа на незасегнатите от повредата участъци или само сигна
лизира за настъпилото нарушение. Всичко това се извършва ав-
томатично по предварително зададена програм^.
Изключването на повредения участък става от съвместното
действие на релейната защита и на един или повече прекъсвачи.
В случая релейната защита изпълнява функции iе па управлява
що устройство. В практиката често се казва, че защитата „из
286
ключва дадено съоръжение“, „изключва повреден уЧастьк“,
„из
ключва прекъсвача“. Тоаа трябва да се разбира така: релейната
защита автоматично открива наличието на повреда, определя пов
редения участък, въздействува на прекъсвача, който заработва и
изключва повреденото съоръжение или участък от мрежата.
Релейната защита заработва след появяване на повредата и то
гава изключва повредения участък. Затова тя не може да я пред
отврати. Защитната й функция се състои не в предпазване от
повреди, а в охраняване на незасегнатите участъци от опасните
последствия на появилите се повреди.
Причините за нарушаване на нормалния работен режим на съо
ръженията на EEC, при които релейната защита трябва да дейс
твува, са повреди в защитаваните обекти или извън тях. В ня
кои случаи нормалният режим се нарушава и от някои други
външни причини. Основно това са междуфазни и еднофазни къси
и земни сьединения, съединения между навивките на една и съ
ща фс*за, претоварвания и несиметрични натоварвания, някои спе
цифични за дадено съоръжение повреди. Те са добре системати
зирани в [1]. Засега няма релейна защита, която да реагира при
всички видове повреди и аварийни режими на дадено съоръже
ние. Съвременните защити заработват при определен вид повреди
и при определен вид нарушаване на нормалния режим. Затова
към едно съоръжение се поставят по няколко основни защити.
Рядко те са събрана в едно комплектно устройство.
В( яка релейна защита има определена въздействуваща величи
на. Тя е въздействуващата величина на основните релета на за
щитата. Когато стойността на въздействуващата величина е в
областта на заработването на основното реле, защитата заработ
ва. Това определя зоната на действие на защитата, наречена на
кратко зона на релейната защита. Тя може да бъде отнесена
към въздействуващата величина и тогава съвпада с областта на
заработване на основните релета. Тя може да бъде отнесена и
към защитавания обект. Тогава се изразява най-често с дължина
или величина, пропорционална на дължината, и обхваща защища
вания обект и съседни обекти. Понякога покрива само част от
защитавания обект. Защитата заработва само тогава, когато съ
ответната повреда или нарушаването на нормалния’ режим се
появява в зоната й.
На фиг. 11.10 а показани различни зони на релейни защити,
отнесени към дължината на защитавания обект. С Р З е означе
но мястото на защитата. Участъкът ЛБ е защитаваният обект,
а БВ — съседното съоръжение. Частта от зоната на действие на
релейната защитп, която съвпада със защитавания обект, се на
рича основна зона. В нея защитата заработва като основна. Ко
гато повредата е в съседно съоръжение и попада в зоната на
действие на защитата, тя заработва като резервна. Тази част се
нарича накратко резервна зона. Когато действието на релейната
287
защита не покрива цялата дължина на защитавания ооект, непо
критата част се нарича мъртва зона. При повреда в тази час1,
на обекта дадената защита не заработва. Във връзка със зоната
на действие на релейната защита се въвеждат названията вът-
мРЗ
а-+q
5H-q
2—t
g
.1б
B
Фиг. 11.10. Зони на релейната защита
1 _ Чона на действие на релейната защита! 2—зона
на защитата като основна; 8—зона на защитата к а
то резервна; 4— мъртва зона
пешно късо съединение, което е в зоната, и външно - извън зо
ната Понякога тези названия се използуват по отношение иа за
щитавания обект. Тогава външно късо съединение спрямо обек
та може да попадне в зоната на релейната защита и тя да зара-
°°Релейнат^^щита започва да функционира от момента, когато
обслужващият Персонал я включи към защитавания обект. Ос-
новните режими на функциониране съвпадат с дветее състояния
на релетата (вж. 11.1) дежурство и тревога.
изследвания за изясняване на функционирането на ре.f aT0Ba се
шити П 301 трябва да се въведе още един режим. Затова
определят три рода функции на защитите от къси д и н е н и я
заработване при вътрешни къси съединения незара.ботване npi
външни къси съединения и незаработване без къси съедине
.
Тук вътрешни и външни къси съединения са определени по от
1\к вь1 ешг
. я Тези той рода функции могат
ношение на зоната на защитата. 1 ези тр
"
пътоеш-
да се приложат и при други видове повреди к а т о под въ р
но късо съединение се разбира всяка пояред , при киято р<елеи
нятя зашита заработва, а под външно — всяка повреда, при о
ната защ и.а зараоо
’
заработва независимо от
то защитата не е предназнача ла
«гтингка тое-
мястото й. Първият род функции съответствува на ис:
р
вота. третият род - на дежурство, а ВТ0РИЯТ Р“Д "° "Рч в елек-
функциониране сьотнетствува на дежурство,
Р
‘
а тре.
тросъоръженията - на тревага. М оже да се нарече излишна тре
вога.
288
При повреда в защитното устройство и при някои други при
чини могат да се появят откази от функционирането, които по
причини и последствия са различни при трите рода функции. В
табл. 11.1 е дадено правилното и неправилното функциониране
на релейните защити при трите рода функции.
Таблица 11.1
Правнлно и неправилно функционнране на
релейната защита
1
Режим на обекта
Правилно функциониране
Отказ от функциониране
Вътрешно к. с.
заработване
отказ от заработване
Външно к. с.
незаработване
излишно заработване
Безк.с
незаработване
лъжливо заработване
Основните свойства на функционирането на релейните защити
с оглед на техните качества и изискванията към тях са селек-
тивност, бързодействие, чувствителност и надежди ст. Послед
ните изследвания на функционирането на релейните защити [30]
показват, че тези свойства не дейсгвуват с еднаква сила, между
тях има сложна зависимост и нарушаването им не е с еднакви
последствия. Тяхиото значение трябва да се определя в зависи
мост от ефективността на функционирането на защитата, която
се определя от отношението на реалния ефект от действието на
дадено свойство към пределния очакван ефект. Според ефектив
ността най-голямо значение има селективността, а на най-ниско
равнище се поставя надежността на защитата.
Селективността е свойството на защитата точно да определя
повредения участък и да го изключва от най-близките до него
прекъсвачи. Селективната защита въздействува на прекъсвачите
на защитавания обект за изключването им само когато повреда
та е в този обект. Свойството селективност се разширява и вър
ху действието на защитата като резервна при отказ на друга за
щита или прекъсвач.
Бързодействието е съществено сзойство на релейната защита.
За най-краткото възможно време тя трябва да изключи повре
дения участък. Обаче в някои случаи, например при токовите за
щити (вж. 12.1), за да се получи достатъчни селективна защита,
която да заработва и като резервна, се налага да се въведе на-
рочно закъснение с помощта на релета за време. С това се нама-
19 Електрически подстанции
289
лява ефектът от бързодействието. Трябва да се има предвид, че
времето за изключване на повредата е сумата от собственото за
къснение на релейната защита, нарочно създаденото закъснение
и времето за заработване и изключване на прекъсвача.
Защитите трябва да бъдат достатъчно чувствителни. То а
означава, че те трябва да реагират на всички възможни стойно
сти на въздействуващата величина от областта на заработването.
Оценка за чувствителността на защитата е коефициентът на чув
ствителност кч . При максималните защити той се изчислява ка
то отношение на мини палната възможна стойност на въздейству
ващата величина, при която защитата трябва да заработи, към
параметъра на заработването й (настройката на основния й орган).
За минималните зглцити той се изчислява като отношение на па
раметъра на заработването към максималната стойност на въз
действуващата величина, при която защитата трябва да зарабо
ти. Коефициентът на чувствителност трябва да бъде по-голям от
единица. Допустимите минимални стойности на k.,
са дадени в
[24].
Във връзка с трите рода функции и съответните откази от
функционирането (табл. 11.1) надеждността на релейната защи
та се определя като надеждност на заработването при вътрешни
къси съединения, надеждност на незаработването при външни къ
си съсдинения и надеждност на незаработването в режим без
къси съединения. При определянето им трябва да се вземат пред
вид както апарагната надеждност, изчислена от вероятността за
повреди в защитата, т,>ка и експлоатационните условия, ксито
зависят от изискванията за изпълнението на даден род функции.
Тук трябва да се отчита фактът, че повреди в защитата, които
водят до излишни зарабствания и откази от заработване, могат
да се появят по време на дежурството, а защитите отказват или
заработват излишно в друго време (когато се появи вътрешно
или външно к ъ :о сьединение). Затова надеждността при вътреш
ни и външни къси съединения зависи не само от потока на пов
редите, но и от потока на късите съединения. Надеждността на
защитата в режим без късо съединение зависи преди всичко от
апаратната надеждност.
Функционалните структурни схеми на защитите зависят от
принципа на функционирането на защитата, от предназначението
й, от защитавания обект и от връзките с другите автоматични
устройства. Функционалните органи могат да се групират в две
основни части: измервателна и логическа. Към последната може
да се отнесе и изпълнителният орган на защитата. На фиг. 11.11
[1] е показана функционалната структурна схема на релейна за
щита, която съдържа всички възможни функционални органи и
външни връзки. На фигурата с Об е означен защитаваният обект.
Релейната защита Р З е оградена с прекъсвана линия.
Защитата получава информация за състоянието на защитавания
290
обект и за процесите в него чрез измервателни преобразователи
ИП. Това са токови или напреженови измервателни трансформа
тори. В някои случаи има филтри за симетрични или други със
тавки на токовете и напреженията или специални входни преоб
разователи.
Фиг. 11.11 Функционални структурна схема на релей
на защита
Измервателната част на защитата съдърж а реагиращите органи
Р О : измервателен, пусков и посочен. Измервателният орган ИО
е основен в защитите. Той определя названието и характеристи
ката им. Органът ИО получава информация от измервателните
преобразователи ИП. При нарушаване на нормалния режим в Об
или повреда ИО реагиря и чрез логическата част ЛЧ и изпълни
телния орган Изп предизвиква изключването ва прекъсвача Пр.
Пусковият орган Ilyck разрешава на защитата да се задей
ствува само при определена повреда. На него понякога се въз
лагат и някои допълнителни задачи, като определяне на вида на
повредата, превключване на вериги и формиране на подходящи
сигнали за ИО, пускане на съответно реле за време и др. По-
сочният орган ПО разрешава на защитата да действува само при
определена посока на тока или на пренасяната мощност. В защи
тата може да има и някои блокиращи органи Бл. Те получават
информация от измервателните преобразователи И П и разреша
ват на защитата да действува или пък я блокират при определе
ни условия с оглед да се осигури селективността на изключва
нето на повредата.
Логическата част ЛЧ се състои от спомагателни релета. Те
изпълняват различни логически и помощни операции за правил-
ното функциониране на защитава. Към логическата част се от
насят закъснителните и сигналните органи. Закъснителннят орган
3 0 се състои от едно или повече релета за време и създава
нарочно закъснение на защитата, за да се осигури селективното
291
й действие. Сигналният орган СО отбелязва заработването на за
щитата и в някои случаи па различни нейни органи и релета.
Изпълнителният орган Изп управлява външни вериги. Когато
получи от ИО и ЛЧ сигнал за повреда в защитавания елемент,
той задействува задвижващия механизъм на прекъсвача Пр и
иреднззиква изключването му. Освен това той може да пуска
външна сигнализация Сагн — светлинна, звукова или с блинкери.
Също така може дч задейовува и автоматични устройства Авт
за повторно включване на прекъсвачите, за включване на резерв
ното захртнване, за разтоварване или отделяне на части от мре
жата и др.
Към защитата има източник за оперативно напрежение ИОН,
който захранва о,:еративчите вериги: на реагиращите органи, на
спомагателните релета и логическата част, на задвижването на
прекъсвача, автоматиката, сигнализацията и др.
Всяка защита задължително има измервателен и изпълнителен
орган. Според принципа на действието и предназначението защи
тите могат да не съдържат някои от останалите органи. Поняко
га два и повече функционални органи могат да са съчетани в
едни конструктивен елемент.
В EEC се използуват различни иидозе релейни защити. Видо
вете се определят по различни признаци. В зависимост от въз
действуващата величина защитите се делят на токови — реаги
рат на изменението на тока или на неговите съставки; наггреже-
нови — реагират на изменението на напрежение го; дистанцион
ни — реагират на отношението на измерените от основните реле
та напрежение и ток (това отношение има размерност на съпро
тивление и е пропорционално на разстоянието от релейната за
щита до мястото на късото съединение); термични — реагират
на температурата на съоръженията или на отделни техни еле
менти; газови — реагират на скоростта на движението, на наля
гането или на нивото на газове в защитавания обект. За да се
осигури селективно действие на защитата, в много случаи се из
ползува и посоката (фазовият ъгъл) на тока или на пренасяната
мощност като допълнителен признак наред с основната въздей-
ствуваща величина. За целта защитата се допълва с посочии ре
лета. В практиката токовата защита, допълнена с посочни релета,
се разглежда като отделен вид — токова посочна защита или
накратко посочна защига.
Релейните защити заработват или при позишазане, или при по
нижаване на въздействуващата величина. В първия случай те се
наричат максимални, а във втория —• минимални. Има защити,
които сравняват две или повече измерени на различни места стой
ности на една и съща величина и при разлика в измерените
стойности заработват. Тези защити се наричат диференциални.
Някои диференциални защити сумират токове, измерени на ня
292
колко места в защитавания обект, и при ненулев резултат зара
ботват.
Заработването на релейната защита става за определено време.
Товз е времето, измерено от момента на постъпване на входната
величина със стойност от областта на зардбогването до момента,
когато изпълнителният орган на защитата изпрати сигнал към
прекъсвача за задействането му. Според това време защитите са
мигновени или с нарочно закъснение- Първият вид защити за
късняват само със собственото закъснение на основните и спо
магателните релета. Те нямат специални закъснителни органи.
Вторият вид защити имат нарочно закъснение, което се опреде*
ля от настройката на закъснителния им орган.
Основна характеристика на релейната защита е зависимостта
между времето на действие (закъснението) на защитата и стой
ността на въздействуващата величина или мястото на к^ъсото
съединение. В много случаи закъснението не зависи от стойност
та на въздействуващата величина. 1акива защити са с независи
ма характеристика. Когато те се съгласуват по закъснение или
имат няколко зони на действие, тогава се получава стъпална ха
рактеристика на защитата. Дължината на всяко стъпало е зо!а,
а закъснението — стъпало на защитата. В някои случаи е удоб-
но закъснението да зависи от стойността на въздействуващата
величина. Тогава се получава зависима характеристика.
Според селективното действие релейните защити се разделят
на абсолютно селективни и относително селективни. Първите
имат само основна зона която е в защитавания обект. Заработ-
ването им не зависи от действието на защитите на другите еле
менти на EEC. Затова те се изпълняват без нарочно закъснение.
Това са диференциалните, термичните, газовите и някои токови
защити.
Относително селективните защити имат основна и резервна зо
на и заработват при повреди както в защитавания обект, така и
в съседните участъци. За да се постигне селективно действие
необходимо е те да имат нарочно закъснение, което се съгласу
ва със закъснението на згщитите в съседните елементи.
Някои защити се изпълняват като неселективни и заработват и
при повреди в съседните участъци с минимално закъснение. Из
ползуват се в случаите, когато е допустимо неселективно изключ
ване на късото съединение или неселективното им действие се
поправя от автоматично повторно включване. Неселективните ре
лейни защити могат да се разглеждат като разновидност на от
носително селективните.
Съществуват защити, при които настройката им се определя
така, че зоната им обхваща само част от защитавания обект.
Най-често те се наричат отсечки Те са с абсолютна селектив-
ност и се изпълняват без нарочно закъснение. Тази част от за
щитавания обект, която не се поьрива от зоната на защита, пред-
293
ставтява мъртва зона. Използуват се като допълнителни защити
В зависим ст от изпълняваните функции релейните защити са
основни, резервни и допълнителни. Основните са задължителни
за всяко съоръжение. Те са една или няколко и са предназначе
ни да заработват при определени видове повреди в съоръжение
то за време, по-малко от закъснението на другите защити. Основ
ните защити трябва да отговарят на всички изисквания. В някои
случаи, за да се подобрят някои техни качества, се поставят и
допълнителни защити.
Освен основни едно съоръжение трябва да има и резервни
защити, които да заработят при отказ на основните или на пре
късвачите. Това е необходимо, за да се осъществи на всяка це
на изключване на повредения участък и за кратко време да се
възстанови нормалната работа на останалата част на EEC. Резер
вирането на защитите се осъществява по два начина : чрез близ
ко или чрез далечно резервиране.
При близкото резервиране се поставя специална резервна за
щита паралелно на основната. Тя трябва да заработва във всич
ки случаи, когато откаже основната, и с по-голямо от нейното
закъснение. Допуска се резервната защита да отговаря на по-
облекчени изисквания. За да се осигури изключването на повре
дения участък при отказ на прекъсвач, използува се специално
релейно устройство за близко резервиране. То се поставя към
събирателните шини на подстанцията и при отказ на прекъсвач с
малко закъснение изключва прекъсвачите на всички захранващи
линии.
Далечното резервиране се осъществява от основните защити
на съседните участъци и съоръжения. За целта те трябва да бъ
дат с относителна селективност, резервната им зона да обхваща
цялата основна зона на резервираната защита и да имат по-голя
мо закъснение от нея. Т о з » начин на резервиране е по-икономи
чен, по-прост и с по-голяма надеждност, защото резервираната и
резервиращата защита се намират в различни подстанции. Но
има и големи недостатъци: закъснението на резервиращата за
щита като основна в своя участък е по-голямо; чувствителност
та й понякога е малка; изключват се и неповредени участъци и
съоръжения: в сложна мрежа понякога трудно се изпълнява се
лективна резервна зона.
За да действува, релейната защита се нуждае от източник за
оперативно напрежение. В големите подстанции, както и в елек
трическите централи, като такъв източник се използува акумула-
торна батерия. Тя е независим източник- Дава нормално напре
жение към защитите и тогава, когато в мрежата има късо съе
динение и напрежението е значителна понижено. А имено при та
кива условия релейната защита трябва да работи нормално. Аку-
муляторчага батерия има и съществени недостатъци. Тя е скъпа,
изисква специално помещение, зареждащ агрегат и обучен пер
294
сонал. 0 :в е н това акумулаторната батерия е източник за напре
жение на всички релейни защити, на автоматиката, на дистанцион-
ното управление на прекъсвачите, hi резервното осветление.
Получава се твърде сложна мрежа с голяма вероятност за пов
реди. Това намалява надеждността на захранването на оператив
ните вериги на релейните защити.
В малките подстанции за оперативните вериги се използува
променлив ток ст токовите и напреженовите измервателни тран'-
форматори или от трансформаторите за собствени нужди, [окови
те трансформатори са най-надеждният източник за оперативните
вериги па релейните защити от къси съединения. При късо съе
динение през токовите трансформатори протича голям ток, който
осигурява доетатъчна мощност за оперативните вериги. Разработ
ват се различни схеми за релейни защити с променлив операти
вен ток. Понякога се използуват и предварително заредени кон
дензатори.
Конкретните принципи, устройството, начините на избиране на
настройките и особеностите на различните видове защити се раз
глеждат при приложението им към основните съоръжения на
EEC.
Глава XII
Релейни защити на електропроводи
и мрежи
12.1. Токови и посочни защити
от междуфазни къси съединения
12 1.1. Максималнотокова защита
Токовият принцип е първият приложен в
защитните устройства и засега най-разпространен. Токовата за
щита следи тока в защитавания обект. При повишаването му
над параметъра на заработване на основните релета на защитата
тя заработва и чрез изпълнителния си орган задействува пре
късвача, който изключва повредения участък. Защитата заработ
ва винаги при повишаване на тока, затова се нарича максимално-
токова. Тъй като всички използувани токови защити са макси
мални, то за по-кратко понякога те се наричат само токови.
Тук подробно ще бъде разгледана максималнотоковата защита
с независимо от тока закъснение. Основните релета в нея са
токови, които имат независима характеристика.
На фиг. 12.1 е показана пълната схема на разглежданата за*
295
щита. Тя има три токови релета КА, свързани към токовите
трансформатори ТА. Тези релета са основ н измервателен орган
на защитата. По-нататък тя има реле за време К Т — закъсни-
телен орган, с. гнално реле К Н и помощно ДХ. Последното реле
Фиг. 12.1. Пълна схема на максималиотокоза релейна защита с незаииеимо' от
тока закъснение и с постоянно оперативно напрежение
е изходно и изпълнява функциите на изпълнителен орган. На
фигурата релетата са номерирани последователно и е показана
връзката между тях. Освен това в схемата участвуват още бо
бината за изключване YAT и блокконтактът SQ на прекъсвача Q.
Оперативната верига на защитата е за постоянно напрежение.
При трите ре» има, съответствуващи на трите рода функции,
защитата работи по следния начин. При нормално състояние на
защитавания обект без късо съединение през токовите трансфор
матори протича малък ток, който във вторичните им намотки е
по-малък от тока на заработване на релетата / зр и защитата се
намира в състояние на дежурство. При късо съединение извън
зоната на забитата токът през токовите трансформатори се уве-
личзва, но не е достатьчен за заработването й.
Когато късото сьединение е в зоната на защитата, токът в
релетата КА става по-голям от тока на заработването им / зр
В зависимост от вида на късото създинение заработват три или
две токови релета. Контактите им включват оперативно напре
296
жение към релето за време КТ. С л е д изтичане на нагласеното
време — нарочното закъснение, контактите на релето К Т се
затварят и подават напгежение към сигналното реле КН и по-
м о щ н о т о K L , които заработват. Помощното реле I\L затваря ве
ригата иа изключвателната бобина Y АТ и предизвиква изключва
нето на прекъсвача Q. След изключването му токът на късото
съединение сс прекъсва, всички релета последователно в същия
ред се връщат в изходното си положение.
Максималн стоковата зашита с независимо от тока закъснение
е относително селективна. Тя има основна и резервна зона, която
се ограничава от тока на заработването на защигзта / 33. Д ъ л ж и
ната на резервната зона се изменя в зависимост от мощността
на захранващите източници. За да действува селективно, защитата
трябва да има нарочно закъснение, по-голямо от закъснението на
основните защити в резервната й зона.
В схемата на фиг. 12.1 е показано сигналното реле КН. То
сигнализира, че защитата е заработила, изтекло е нагласеното
закъснение и е подаден импулс за изключване на прекъсвача.
Сигнализацията в защитата може да бъде организирана и по
друг начин. В някои случаи се използуват токови релета, които
имат вграден механичен сьгнал за заработването им. Той показва,
че съответното реле КЛ е заработило. По него може да се съди
и за вида на късото съединение. В този случай към релето за
време има сигнал за заработването му — например вл ачещ а се
стрелка, която отбелязва и продължителността на действието
на защитата. Сигнализацията може ла се осъществи и с отделни
сигнални релета, със светлинна или звукова индикация, включена
към контактите на изпълнителното реле K L . По същия начин
се включват и общостанционни светлинни или звукови сигнали.
По подобен начин се организира сигнализацията и на ^другите
видове защити.
На фиг. 12.1 е показано трифазно изпълнение на токовата
релейна защита. В мрежите с изолирана неутрала и в компенси
раните мрежи тя може да се изпълни и двуфазно с два токови
трансформатора и две токови релета. Това е по-евтино особено
в подстанции с много изводи. В сравнение с триф:’Зното изпъл
нение то има следните недостатъци: надеждността на заработва
нето на зашитата е намалена, тъй като се разчита на заработва
нето само на едно р е л е ; при същите къси съединения след
трансформатор със с х е м а звезда - триъгълник има два пъти по-
малка чувствителност; при двойно земно съединение може да
заработи неправилно или неселективно [1].
Токовата релейна защита с нарочно закъснение има две на
стройки: ток на заработване /зр на токовите релета и нарочно
закъснение t3 на релетата за време. Гокът на заработване се
определя при две условия: защитата дп не заработва при въз
можните максимални токове през защитавания обект при иормал-
297
пата му работа, като се отчитат и кратковременните им повише
ния при пускане и самопускане на електродвигателите; защитата
да бъде достагъчно чувствителна и при възможните минимални
токове на късо съединение, които минават през защитавания
Фиг. 12.2. Ток през защитата при к. с. и след него
вото изключване
обект. Двете условия са противоречиви: според първото токът
на заработване трябва да бъде по-голям, а според второто —
по мальк. Това се вижда от фиг. 12.2. На нея е показано изме
нението на тока през защитата на един участък, когато в края
му има други изводи и на един от тях става късо съединение.
G / раб е означен токът преди късото съединение (к. с.). В мо
мента tx става к. с. и токът внезапно се увеличава до / кс. В мо
мента t2 к. с. се изключва от прекъсвача на съответния извод
и токът веднага намалява до тока на самопускането / ' п на елек
тродвигателите в неповредените и неизключените изводи. По-
нататък той постепенно намалява и стига до новия работен ток
/"аб. На фигурата с прави линии са показани стойностите, които
трябва да имат токът на заработване на защитата /33 и токът
на връщане след заработваме / в .
Токът на заработване на защитата / 33, приведен към първич-
ната страна на токовите трансформатори, според първото условие
трябва да бъде
Iзз I раб шах»
(12.1)
където /раб шах е възможният максимален работен ток на товара
през защитавания обект.
При късо съединение насьседния участък, който представлява
резервната зона на токовата защита, тя се задействува. След
изключване на късото съединение от релейната защита и пре
късвача на съседния участък разглежданата защита трябва да се
върне. Затова, както се вижда и от фиг. 12.2, не само токът
на заработване / 33> но и токът на връщане / в трябва да бъде
298
по-голям от тока през защитата след изключването на к с. в
момента /2, който съдържа и тока на самопускането на електро
двигателите. Ако вместо тока на самопускането / сп се въведе
коефициент на самопускането kcn, който е отношението на тока
на самопускането кьм максималния работен ток, то първото
условие ще се изрази със съотношението
За да се премине от неравенството (12/2) в равенство, въвежда
се коефициент па отстропване
Гогава се получава усло
вието
(11.1) е отношението на / в към / 33 получава се следният ток на
заработване на максималнотоковата релейна защита:
Коефициентите във формула (12.4) имат следните стойности.
Коефициентът на отстройване kOT отчита възможните грешки на
токовите трансформатори и релетата, грешките при определянето
на максималния работен ток и другите коефициенти и има стой
ности между 1,1 и 1,3. Стойностите на коефициента на самопу-
скане £Сп са в много широки граници — от 1 до 6. Той зависи
от съотношението между мощностите от електродвигателите,
които се самопускат, и общата мощност на товара, от продъл
жителността на късото съединение и от броя на трансформациите
на напрежението между електродвигателите и мястото на релей
ната защита. Препоръчва се да се определи при конкретните
условия за всеки отделен случай и по възможност токът на
самопускане да се измерва. Коефициентът на връщане kB зависи
от приетите в защитата м шеималнотокови релета От фиг. Г2-2
се вижда, че токът на връщане / в трябва да бъде колкото е
възможно по-голям, за да може защитата да се връща при
големи токове на самопускане, а токът на заработване /33 трябва
да бъде пз възможност по-малък, за да може защитата да зара
ботва и при минималните токове на късо съединение. Затова
разликата между двата тока трябва да бъде малка, от което
следва, че коефициентът ka трябва да бъде близо до единица.
За използуваните в практиката максималнотокови релета той е
между 0,8 и 0,95. При определяне на максималния работен ток
/рабmax през защитата трябва да се отчита увеличаването на то
вара при възможните по-продъ тжителни нарушения на схемата
на мрежата.
Токът /33, определен по формула (12 1), е към първичната
страна на токовите трансформатори За да се получи токът на
( 12.2)
(123)
Като се има предвид коефициентът на връщане кв , който според
шах •
(12.4)
299
заработване на максималнотоковите релета / зр, той трябва да се
раздели на коефициента на трансформация на токовите трансфор
матори kTT и да се отчете схемата на свързването им. Коефици
ентът kTT се избира според работния ток при нормална работа
на защитазания обект. Схемата аа свързване на токовите транс
форматори се отчита с коефициента на схемата kcx, който пред
ставлява отношението на тока на входа на релето към тока вьв
вторичната намотка на токовия трансформатор. Когато токовите
трансформатори са свързани в схема звезда или непьлна звезда,
двата тока са рав ш и &Сх= 1- При схема триъгълник илл непълен
триъгълник през релетата, които са свързани към върховете на
триъгълника, протича разликата от съответните фазови токове.
Затова в този случай kcx=\l3. С отчитане на тези коефициенти
токът на заработване на токовите релета се изчислява така:
Изпълнението на второто усл вие за тока на заработването
се проверява чрез изчисляване на коефициента на чувствителност,
който в случая е
'“т|°,
(126)
33
където /ксгп1п е възможната минимална стойност на тока при
късо съединение в края на зоната на защитата. За защитите от
междуфаяни къси съединения този ток се изчислява при дву
фазно к. с. и при възможния минимален режим на захранване.
Коефициентът на чувствителност за основната зона на защитата
трябва да бъде по-голчм от 1,5, а за резервната — по-голям от
1,2 [24]. И в двата случая се изисква минималният ток на к ъ
сото съединение да бъде значително по-голям от тока на зара
ботване / 33, за да се отчетат грешките при определянето на
токовете на късо съединение и на заработване и грешките на
токовите трансформатори и на релетата, а също така и влия
нието на преходното съпротивление в мястото ьа к. с.
Втората настройка на токовата защита — нарочното закъсне
ние /3 — осигурява селективното й действие. То се определя по
насрещностълалния принцип. Според него закъснението се сте
пенува и се увеличава по посока срещу захранването. Това на
гледно е показано на фиг. 12.3. На фигурата са дадени три уча
стъка. На всеки има максималнотокова защита. Захранването е
показано със стрелка. Номерирането на защитите е прието в
посока от потребителите към захранването. Най-близката защита
до потребителите има най-малко закъснение. С приближаване към
захранването закъснението на всяка защита се увеличава с едно
стъпало. С такава настройка защитата изключва късото съедине-
300
НИе селективно. Например, ако то е в участък 1, заработват
всички защити, но то се изключва от защита /. Ако тя или пре
късвач 1 откажат, тогава късото съединение се изключва от
защита 2, която в случая работи като резервна.
3
2
т
-
к
р ----------------------------------- н : >
-
i1
^3
csj
п
<1
^2
<1
t
Фиг. 12.3. Стъпален принцип за нагласяването иа закъсне
нието па максимллнотоко а релейна защита с независимо
от тока закъснение
Стъпалото на нарочното закъснение се бележи с At. Това е
разликата в закъсненията на две съседни защити. То включва
собственото време за изключване на предхождащия прекъсвач
^np(n-i), грешката на разглежданата защита по отношение на на-
рочното закъснение trр.„ и на предхождащата защита /rp(„_i),
инерционната грешка на разглежданата защита t»„ и резервното
време tpe3. Тогава стъпалото на нарочното закъснение на раз
глежданата защита п се изчислява така:
■=t3n—^з(л —1) = tпр(л—1)
1)-f/гр п~\~U\n~\ - ^рез*
(12.7)
Например за защита 3 на фиг. 12.3 то е
Д/32= ^пр2“Ь ^гр2~Ь^грЗ“Ь^нЗ+ ^рез-
За съвременните електромагнитни релета и за бързодейству-
ващи прекъсвачи стъпалото на нарочното закъснение се получава
от порядъка на 0,5 -i-0,7 s. Ако релетата имат по-големи грешки
и прекъсвачите са по-бавнодействуващи, стъпалото може да д о
стигне до 1,0-т-1,2 s.
Настройката на релето за време на максималнотоковата релейна
защита с независимо от тока закъснение, което е нарочното за
къснение на защитата, се изчислява по формулата
^зп=^з(я—1)шах “Ь
.
(12.8)
Тук /3(п-1)шах е максималното нарочно закъснение на предхожда
щите защити в посока от потребителите към източника.
301
От фиг. 12.3 се вижда недостатъкът на максималнотоковата
защита с независимо от тока закъснение. Той е голямото закъс
нение, с което се изключват късите съединения близо до източ
ниците. А там токовете на к. с., са по-големи, отколкото при
по-отдалечените. Закъснението е толкова пс-голямо, колкото
повече са участъците, за които то се степенува по стъпалния
принцип.
Максималнотоковата защита с независимо от тока закъснение
е проста и сигурна. Има недостатъкът, че може да действува
селективно само при радиални мрежи. Използува се именно в
такива мрежи за електропроводи, захранвани от една страна.
Такава защига се поставя и към генератори, трансформатори,
електродвигатели и секционни прекъсвачи в повечето случаи
като резервна.
При дълги и много натоварени електрспроводи токовата за
щита може да бъде недостатъчно чувствителна, защото мини
малният ток при к. с. в края на електропровода е малък. За да
се повиши чувствителността й, както се вижда от (12.6), трябва
да се намали токът на заработването /33. Тогава има вероятност
защитата да заработи при някои неголеми претоварвания на елек
тропровода. За осигуряване на селективното й действие при к .с .
защитата се изпълнява с напреженова блокировка. Тя се прави
с две или три минималнонапреженови релета, включени към меж-
дуфазни напрежения от напр^женовия трансформатор. През едно
помощно реле те управляват оперативната верига на релето за
време в максималнотоковата защита. При нормално напрежение
минималпонапреженовите релета са с отворени контакти и дър
жат отворена веригата към релето за време. При късо съедине
ние напрежението силно се понижава, минималнонапреженовите
релета затварят контактите си, включва се оперативната верига
към релето за рреме и токовата защита заработва.
Максималнотоковата зашита може да бъде със зависимо от '
тока закъснение (изпълнена с индукционни релета със зависима
характеристика), с оперативна верига за променлив оперативен
ток, с първични електромагнитни токови релета с директно дей
ствие. Разработват се максималнотоксви защити, изпълнени с
електронни аналогови и цифрови елементи.
12.1.2. Токова отсечка
Токовата отсечка се различава от раз
гледаната максималнотокова защита с нарочно закъснение по
начина на определението на настройката й. За изясняване на ю в а
на фиг. 12.4 е показан един електропровод между подстанциите
А и Б, защитен с токова отсечка 2. Отсечката не трябва да
заработва при късо съединение на изводите от подстанция Б.
302
Това означава, че тя не трябва да заработва и при късо съеди
нение на шините на подстанция Б. На фигурата е показано изме
нението на тока / кстах при максимален режим на захранване и в
зависимост от мястото на к. с. Токът на заработване / 33 на то-
Фиг. 12.4. Ток на заработване и зона на дейст
вие на токовата отсечка
ковата отсечка 2 трябва да бъде по-голям от тока при късо
съединение на шините в подета т и я Б, който за отсечката е ток
на външио к. с. /„кстах при максимален режим на захранване
Затова
/зз= ^отI вкс max ,
(12.9)
където £от е коефициент на отстройване. Той отчита грешките
на токовите трансформатори, на токовите релета и неточността
при определянето на тока га к. с. Приема се в границите от 1,2
до 1,3 за електромагнитни релета. При релета с по-големи грешки
той е 1,54-1,6. При защити със собствено закъснение под 0,1 s
трябва да се вземе предвид и апериодичната съставка на тока
на к. с. При по-бавни защити може да се отчита само периодич
ната съставка.
Тъй като токовата защита не заработва при к. с. на съседните
участъци, тя не зависи от работата на техните защити и затова
се прави без нарочно закъснение. Схемата й е както на макси-
малнотоковата защита от фиг. 12.1, но без реле за време. Кон
тактите на токовите релета направо включват веригата на по-
мощното. С това схемата на защитата се опростява. Токовата
отсечка се изпълнява трифазно или двуфазно.
От фиг. 12.4 се вижда, че в участъка ВБ токът на к. с. е
по-малък ст тока на заработьането. Затова при късо съединение
в този участък токовата отсечка не заработва. Това е мъртвата
зона на защитата и е неин недостатък. От същата фигура се
303
вижда, че при минимален режим на захранване, когато токът на
к. с. /кcmin е по-малък, мъртвата зона се увеличава до участъка
ГБ Даже в някои случаи при минимален режим на захранване
токовата отсечка може и да не заработва вьобще. Въпреки
този недостатък защитата се поставя заради положителните й
качества, а те са: тя е проста, надеждна, в зоната си е бързо-
действуваща, изключва късото съединение с постоянно минимал
ни време, което зависи само от собственото закъснение на изпол-
зуваните релета. Препоръчва се да се поставя, когато зоната на
действие е най малко 1 0 % or електропровода [1]. Според [24]
чувствителността на защитата трябва да се определя от отноше
нието на максималния ток на к. с. в мястото на защитата към
тока на заработване. То трябва да бъде по-голямо от 2 [24].
Токовата отсечка се използува като допълнителна защита за
ускоряване на изключването на к. с. в част от електропровода,
може да се приложи и действува селективно в затворени и сложни
мрежи с много захранващи източници, където максималнотоковата
защита със закъснение не действува селективно. В тези мрежи
се поставя токова отсечка в двата края на всеки електропровод.
За осигуряваме на селективно действие някои от отсечките трябва
да имат и посочен орган. В [1] е дадено подробно обяснение на
действието на защитата в такива мрежи. Вижда се, че всички
к. с. се изключват мигновено или с минимално закъснение. Когато
к. с. попадне в мъртвата зона на едната токова отсечка, зара
ботва само другата и изключва съответния прекъсвач. Тогава
токът на к. с. се преразпределя в мрежата и през незаработилата
токова отсечка той се увеличава и тя заработва. Това заработ
ване на защитата се нарича каскадно действие. Го се среща и
при други видове защити.
Токовата отсечка се поставя и при схема блок линия— трансфор
матор. Отстрсйва се ст к. с. след трансформатора. Зоната й об
хваща целия електрогровод и част от трансформатора. Именно
поради това, че действува и при к. с. в част от трансформатора,
тя е наречена неселективна токова отсечка, въпреки че в своята
зона винаги заработва селективно.
Често се употребява комбинация от максималнотокова защита
със закъснение и токова отсечка и се получава стъпална харак
теристика на защитата. В зоната на токовата отсечка к. с. се
изключва за минимално време. В мъртвата зона на отсечката
действува максималнотоковата защита и изключва к. с. със за
къснение. Тази комбинация е наречена многостъпална токова
отсечка. Тя може да се изпълнява и само от токови отсечки, две
или повече, едната от които е мигновена, а другите са снарочно
закъснение.
304
12.1,3. Посочна токова защита
В електропроводи, захранвани ог две страни
и в затворени мрежи разгледаната максималнотокова защита не,
заработва селективно. За да бъде селективна, освен на измене
нието на тока тя трябва да ре
агира и на посоката му или на
посоката на пренасяната мощност.
За целта към токовата защита (в
някои слу аи и към токовата от
сечка) се добавят посочни релета,
които изпълняват функциите hi
посочен орган. Една ог възмож
ните схеми на свързване на по-
сочното реле е показана на фиг.
12.5. Дадена е схемата само за
една фаза и само за токовото КА
и за посочното реле KW. Токо
вите намотки на двете релета са
свързани последователно към то
ковите трансформатори. Напреже-
иовата намотка на релето KW се захранва от напреженов транс
форматор, включен към шините на подстанцията. Контактите на
релетата КА и K W , свързани също последователно, включват
веригата на релето за време. Останалата част на схемата е как
то при максималнотоковата защита от фиг. 12.1. При електро
проводите схемата на релето K W се изпълнява така, че то да
зфаботва, когато посоката на тока или пренасяната мощност е
от шините към електропровода. При обратна посока то се бло
кира.
Защитата действува пз следния начин. При късо съединение
на електропровода заработват релетата КА и KW, след това
релето за време и по-нататък защитата работи както максимал-
нотоковата. В случая токовото реле изпълнява функциите на
пусков орган. Когато к. с. е на шините на подстанцията или на
друг извод от тези шини, токът е в обратна посока. Токовото
реле заработва, но посочното се блокира. То не затваря контакта
си и оперативната верига към релето за време е изключена. З а
щитата не заработва. По този начин се осъществява посочното й
действие. Когато посочното реле е много чувствително и зар а
ботва при някои претоварвания, защитата няма да заработи, за
щото токовото реле няма дз се задействува.
Освен по схемата на фиг. 12.5 защитата може да се изпълни
и по друга схема. Например контактът на релето KW е само
стоятелен, а контактът на КА е във веригата на напрежението
Up и включва напрежение към посочното реле само тогава, ко
гато има к. с. Защитата може да се изпълни три ^азно или дву-
Фиг. 12.6. Схема па основните ре
ле! а на поеочна тскова защита
20 Електричесси подстации
305
фазно. Прл трифа^ното изпълнение към всяко токово реле има и
посочно. При двуфазно изпълнение е възможно за двете токови
релета да има едно посочно. Тогава токовите релета чрез по-
мощно реле включват подходящо напрежение към посочното
реле.
Правилнот:> действие на посочното реле се проверява чрез
векторната диаграма на токовете и напреженията, снета за пър
вичната верига. На фиг. 12 6 е показана такава диаграма. Векто
рите и р и / р представляват напрежението и токът към посочното
реле с ъгъл между тях ? р . Основен вектор в диаграмата е Up .
Линията
ксято е отклонена от вектора Up с ъгъла на
максималната чувствителност на релето а, е линия на максимал
ната чувствителност, а линията — ДУУ2 — на нулевата чувстви
телност. Ъгълът между двете линии е
rad. Областта на за
работване на релето е защрихована. То заработва правилно, ко
гато векторът на тока /р е в областта на заработването и е близо
до линията МХМ2.
Към посочното реле могат да се включват различни комбина
ции от токове и напрежения на различни фази. Комбинацията
трябва ^а бъде такава, че релето правилно и с възможната най-
голяма чувствителност да определи посоката на пренасяната мощ
ност. Това определя схемата на сгързване на релето. В практи
ката най-често се използуват така наречените деветдесетградусна
и нулаградусна схема. Наименованието произлиза от фазовия
ъгъл между векторите на напреже
нието към напреженовата намотка и
на напрежението, което съответству-
ва на тока на входа на токовата н а
мотка на релето. Този ъгъл се нари
ча ъгъл на схемата и се бележи с
Фсх. Така при ток в токовата намот
ка на релето /а от фаза А за девет-
десетградусната схема към напрежв-
новата намотка трябва да се включи
напрежението Uвс, а за нулаградус-
ната схема — напрежението Uд. То
гава фсх в първил случай е ~
rad,
а във втория — 0. Понякога се из
ползуват шестдесетградусната и три-
десетградусната схема, за които при
ток /д в токовата намотка се свързва съответно напрежението
— Uc или £/дс към напреженовата. Има схеми, при които към съот
ветните намотки се подават симетричните съставки на тока и
напрежението.
Настройките на токовите релета и на релето за време се опре-
-Ч1
~+Ф
Фиг. 12.6. Векторна диаграма за
проверка на действието на по-
сочната защита
306
Делят както при максималнотоковата защита с нарочно закъсне
ние, но само в посоката на действието на посочпото реле. Освен
това проверява се дали токовото реле няма да заработи при
обратен ток в нормален режим. Ако заработва, тогава / 33 се от-
стройва от този ток. Степенуването на закъснението се извършва
по насрещностъпалния принцип [1].
Посочната токова защита има мъртва зона, която е непосредст
вено до мястото на монтирането й, т. е. в началото на защи
тавания електропровод. Тя се дължи на това, че посочното реле
се нуждае от минимално напрежение на заработване. При късо
съединение до мястото на защитата напрежението е нула или
почти нула и не е достатъчно за заработването й. С отдалеча
ване на к. с. напрежението, което получава посочното реле, се
увеличава. Минималното напрежение на заработване определя
границата на мъртва! а зона. Тя се появява само при метално
трифазно късо съединение и е от порядъка на 100 m при въз
душните електропроводи и малко по-дълга при кабелните.
Посочната токова защита се използува като селективна защита
в мрежите средно напрежение при последователно свързани елек
тропроводи, захранвани от две страни, при паралелни електро
проводи, захранвани от една страна, и в затворени мрежи, захран
вани само в един възел без диагонали или с диагонали, които
минават през захранващата псдстанция. Съществува следното
правило за поставяне на посочна токова защита: когато в двага
края на електропровода от затворената мрежа се поставят токови
защити, посочна е тази, която има по-малко закъснение. Ако
двете зашити имат еднакво закъснение, те се изпълняват като
непосочни [1].
12.2. Земни защити
Съединенията на фазите със земята или
със заземени части на съоръженията, които представляват къси
съединения със земя и земни съединения, се появяват много
по-често от другите видове к. с. Те имат и свои особености.
Характеризират се с появяването на съставки с нулева последо
вателност. Към електрическите съоръжения в EEC се поставят
специални защити, които реагират при тези съединения, наречени
зк мни защити. Те са по-прости от разгледаните дотук. При тях
като действуваща величина се използуват съставките с нулева
последователност, които се отделят чрез специални филтри.
Филтрите за токовете и напреженията с нулева последовател
ност са прости. Те се основават на основните равенства:
/;=4 -</а+/.+/с);
(12.10)
307
£/0=
- !г- (^А+^В+ ^С^
(12.11)
Фиг. 12.7. Еднотранеформагорен фил
тър за токове с нулева последовател
ност с токово реле
Филтърът 31 токовете с нулева последователност се изпълзява
с три токови трансформатора в трите фази. Вторичните намотки
се свързват паралелно и в общия проводник към релетата про
тича, сумата от токовете във
фази1е. Според формула (12.10)
тл е равна на 3 /0. Филтърът
за напреженията с нулева по
следователност се състои от
три
еднофаз ш напреженови
трансформатора към трите фа
зи. Вторичните им намотки са
свързани в схемата отворен три
ъгълник. На неговите изводи
се получава сумата от фазови
те напрежения, коя го според
(12.11) е равна на 3U0. За ка
белите се използува сдпотранс-
форматорен филтър за токове с нулева последователност (фил
тър тип Феранти), показан на фиг. 12.7. Състои се от магнитопро-
вод с квадратна или кръгла форма и вторична намотка за включ
ване на релето. Поставя се близо до кабелната глава. Като пър-
вична намотка служат проводниците на кабела. При земно съ
единение в резултат на сумирането на магнитните потоци на
първичните токове във вторичната намотка се получава ток k'd/ 0,
пропорционален на тока с нулева последователност.
В мрежите с директно заземена неутрала (у нас това са
мрежите с напрежение 110 kV и по-високо) при еднофазно к. с.
протича голям ток, който е опасем за съоръженията. Релейната
защита трябва да изключи веднага повредения участък. За
целта се поставя три-или четиристъпална посочна токова защита
за токове и напрежения с нулева последователност, наречена
съкратено земна защита. Такава защита се поставя на всички
електропроводи. Трябва да се има предвид, че токове с нулева
последователност протичат само към тези силови трансформа
тори, които имат заземена неутрала, независимо от това, дали от
другата страна на трансформатора има източник или само потре
бители. Обикновено тези трансформатори са със схема триъгъл
ник откъм по-ниското напрежение и токът / 0 не се разпростра
нява по-нататък. При еднофазно земно съединение в мрежата
високо напрежение заработват земните защити на електропроводи,
които са свързани с трансформаторите със заземена неутрала.
Защитата се изпълнява като посочна токова. Тя има едно
посочно реле и за всяко стъпало по едно токово реле. Първите
стъпала се настройват като токови отсечки. Отстойват се от
308
гока на еднофазното к. с.,
който в случая е равен на 3/0. За
щитата заработва и при двуфазни к. с. със
земя. Токовете
на заработване за стъпалата се степенуват, като първото сть
пало има най-голям ток на заработване, а всяко следващо —
все по-малък. Първото стъпало е бет нарочно закъснение. За
следващите нарочното закъснение се увеличава. Последното ст ъ
пало се отстройва от небалансирания ток на филтъра за токове
: нулева последователност. Този ток се получава вследствие на
грешките на токовите трансформатори от намагнитващите токо
ве. Закъснението на последното стъпало се съгласува със за
късненията на предхождащите защити. Проверява се и чувстви
телността на последното стьпа.ю по отношение на минималния
ток с нулева последователност [1].
Тази защита има много преимущества: тя е проста по устрой
ство, селективна, много чувствителна, с малко закъснение, с го
ляма надеждност, не реагира при претоварване и разлюляване на
системата, посочното реле практически няма мъртва зона, м ърт
вата зона на токовата отсечка е сравнително малка. Затова тази
защита се поставя на всички електропроводи в мрежите с директ
но заземена неутрала като основна защита от еднофазни и дву
фазни к. с. със земя. Недостатък на защитата е, че може да за
работи неправилно при непълнофазен режим на мрежата или при
еднофазно АПВ.
В мрежите с изолирана неутрала при еднофазни земни съеди
нения протича само капацитивният ток на цялата галванически
свързана мрежа. Токът в земята е
/«„=ЗтШф=3/0,
(12.12)
където £/ф е фазовото напрежение на мрежата.
С — капацитетът на една фала на цялата мрежа към
земята.
Този ток е сравнително малък и не е опасен за съоръженията.
Затова повреденият участък не се изключва веднага. Поставя се
защита, която само сигнализира за появилото се земно съеди
нение.
При земно съединение в една точка се смята, че напрежението
на заземената фаза практически в цялата мрежа е нула. Неутра-
лага получава напрежение, равно на фазовото. А останалите ф^зи
получават напрежение спрямо земята, равно на междуфазното.
Възниква опасност от пробив на здравите фази към земята.
Затова се препоръчва мрежата да работи със земно съединение
не повече от 2 h.
За сигнализиране на земното съединение се използува неселек-
тивна земна контрола. Две изпълнения на тази сигнализация са
показани на фиг. 12.8. Първото изпълнение с три волтметъра,
включени към фазсви напрежения, е най-просто и се поставя
най-често. Напреженовите трансформатори се съединяват към
шините на годстанцията. При нормална работа на електропрово
дите волтметрите показват фазовото напрежение. При земно съе-
тинение на една от фазите съответният волтметър показва нула,
а другите два — междуфазното напрежение. Неселективната земна
±
Фиг. 12.8. Неселективна земна контрола
контрола само сигнализира, че някъде по мрежата има гземно
съединение. За да се определи повреденият електропровод, в
подходящ момент за кратко време последователно се изключват
изводите от шините на подстанцията. При изключване на повре
дения извод показанията на волтметрите се нормализират. С това
се установява изводът със земно съелинение.
Вместо волтметри неселективната земна контрола може да има
лампи или минималнонапреженови релета. При нормална работа
на електропроводите всички лампи светят еднакво. При земно
съединение съответната лампа угасва, а другите светват по-силно.
Изпълнението с лампи е ненадеждно, тъй като при изгаряне на
лампата без земно съединение земната контрола сигнализира
лъжливо. При изпълнението с минималнонапреженови релета
вместо волтметри при земно съединение заработва съответното
рр^е и сигнализира. Тази земна контрола е по-надеждна.
Ьтората схема на фиг 12.8 е за неселективна земна контрола
с нзпреженов трансформатор, който има две вторични намотки,
птората намотка е свързана в схема с отворен триъгълник. На
изводите му се получава напрежението 3Un. Към него е свързано
максиматчонапреженпвото реле. При земно съединение се появя
ва напрежението 3/70, релето заработва и сигнализира за появи
лата се повреда. Търсенето на повредения електропровод пак
става чр?з последователно изключване на изводите от шините
на подстанцията.
В някои мрржи, когато са много разклонени и токът на земно
съединение е много голям, се налага бързо изключване на повре
дения електропровод. Тогава трябва да се постави релейна за
шита, която селективно да изключи повредения участък. Такава
защита е токоВата земна защита, реагираща на тока с нулева
последователиост тя заработва селективно в радиални мрежи.
310
При земно съединение в такива мрежи в здравите електропро
води капацитивният ток е насочен към шините. В повредения
електропровод токът тече към мястото на земното съединение.
В началото му протича сумата от капацитивните токове на всички
здрави електропроводи. Сумата е толкова по-голяма, колкото
повече са изводите от шините на подстанцията. По този признак
релейната защита познава повредената линия. В началото на
всички електропроводи се поставя тохова земна релейна защита
за токове с нулева последователност, която се отстройва от
общия капацитивен ток на съответната линия. Настройката на
защитата се изчислява по следната формула :
/зз=&от6у ЗсоСг1/ф,
(12.13)
къзето &от е коефициентът на отстройване и се приема 1.1-г 1,2;
ky — коефициен!ът на ударния ток в преходния режим на
земното съединение; приема се 4ч-5 при мигновени
защити, 2-^3 при защити със закъснение и 1 при
защити, кои го само сигнали шрат;
С, — капацитетът на фазовия проводник на електропро
вода към земята;
(Уф — фазовото напрежение.
Когато на един лъч от подстанцията има няколко участъка
с прекъсвачи, към всеки участък се поставя земна токова зашита
с нарочно закъснение. То се степенува по насрещнсстъпалния
принцип за всеки лъч поотделно.
Чувствителността на защитата се определя от коефициента на
чувствителност
(12.14)
33
кьдего З/о* е сумарният земен ток на останалите електропро
води. Той трябва да е по-голям от 1,25 за кабелните и от 1,5
за въздушните линии. Защитата е по ефективна и има по-голяма
чувствителност, когато от шините излизат повече изводи.
Повреденият електропровод може да се познае и от посоката
на мощността с нулева последователност, която за здравите
електропроводи е от линията към шините, а за повредения —
обратно. За целта се използуват посочни релета, включени към
ток и напрежение с нулева последователност. Релетата трябва
да се отстройват от небалансираните токове и напрежения за
съставките с нулева последователност.
При затворени и сложни мрежи с изолирана неутрала могат да
се използуват посочни релета за съставките с нулева последова
телност като сигнализация за земни съединения. Такива релета
се поставят в двата края на всеки електропровод. При земно
съединение на един електропровод посочните релета в двата му
311
края заработват и сигнализират. На останалите електропроводи
или не заработват, или заработва само едно посочно реле. Това
показва кой е повреденият участък.
В компенсираните мрежи с голямо индуктивно съпротивление
в неутралата на трансформатора (дъгогасителна бобина) към зем
ното съединение протича капацитивен и индуктивен ток, дефази-
рани на ъгъл к rad В началото на повредения електропровод
протича разликата от тези токове, която е много малка и не е
достатъчна да задействува токовата защита. Затова тук не се
използува токова земна защита.
В тези мрежи може да се изпълни неселективна земна контрола
както в мрежите с изолирана неутрала. Тук са възможни и дру
ги варианти на такава контрола. В единия вариант във веригата
на дъгогасителната бобина последователно се включва токов
трансформатор. Към вторичната му страна се свързва токово
реле. При земно съединение през този трансформатор протича
индуктивен ток, който задействува токово реле и то сигнализира
за появилата се повреда. В другия вариант към двата края на
дъгогасителната бобина се съединява напреженов трансформатор.
Към вторичната му страна се включва максимглнонапреженово
реле. При земно съединение токът в голямото индуктивно съпро
тивление създава достатъчен пад на напрежение, който предиз
виква заработването на напреженовото реле и то сигнализира.
Селективна земна защита може да се получи, като се изпол
зува активната съставка на тока. Неутралата на силовия транс
форматор се заземява през резистор с голямо съпротивление.
При земно съединение само през трансформатора и повредения
електропровод преминава активна съставка на тока. Тя се отделя
с филтър, към който се вхлючва токово реле. Филтърът се
поставя в началото на електропровода. Релето реагира само при
земно съединение на този електропровод и го изключва Такава
защита се поставя в радиални мрежи. При сложна конфигурация
на мрежата неутралата само на един от трансформаторите се
заземява през резистор. При земно съединение активната съставка
на тока протича през цялата мрежа, но винаги в точно опреде
лена посока — от мястото на включването на резистора към
мястото на земното съединение. Към двата края на всеки елек
тропровод се поставя посочна защита, която реагира само на
активната съставка на тока. Тя заработва със закъснение, нагла
сено по насрещностъпалния принцип и селективно изключва по
вредения електропровод.
За компенсираните електропроводи са разработени и защити,
които използуват като въздействуваща величина висшите хармо
нични съставки при Земни съединения, тяхната големина и посока
или капацитивните токове през преходния процес на земното
съединенге. Има и релейни защити, при които се използува ток
312
с непромишлена честота — 25 Hz, 100 Hz и др.,
получени от
специален генератор. Той се пуска при появяване на земно съе
динение. Тези защити са селективни само при радиални мрежи.
12.3. Диференциални и дистанционни
защити
12.3.1. Надлъжна диференциална защита
Според класическото определение надлъж-
ната диференциална защита изме >ва токовете в двата края на
защитавания обект. Сравнява измерените стойности и при разлика
между тях заработва. Сега приложението на тази защита е раз-
А
*р »—I-
I»
тпв
Б
-------------------------------
к>1
1щ
Ф иг. 12.9. Схема на надлъжна диференциална защита
с циркулиращи токове за една фаза
пространено и върху обекти с повече р .зклонения. При тях се
сумират със съответния знак входящите и изходящите токове
към и от защитавания обект. При нормална работа на обекта
сумата е равна на нула. При късо съединение в него сумата е
с положителен резултат и тогава защитата заработва.
На фиг. 12.9 е показана принципната схема на надлъжна ди
ференциална защита за една фаза, поставена на електровод. Обик
новено се изпълнява трифазно. В двата края има токови транс
форматори (ТТ) на всяка фаза. Вторичните намотки на всяка
група ТТ са свързани в схема звезда. За всяка фаза вторичните
намотки на съответните ТТ от двете групи се съединяват после
дователно по отношение на първичния ток при нормална работа
(на фигурата, показан със стрелки). Неутралните точки на звез
дите на ТТ също се свързват последователно. Във всяка фаза
има по едно токово реле, съединено паралелно на ТТ. Както се
вижда от фигурата, през него протича разликата от вторичните
токове на ТТ:
/р = 7'iB—/не,
О215)
където / и и / ц в са вторичните токове на съответните групи ТТ.
313
При нормална работа първичните токозе са равни. При идеал
ни токови трансформатори и вторичните токове са равни. Затова
през релето не протича ток. При външно к. с., например иа из
вод или иа шините на подстанция Б, първичните токове се уве
личават, но разликата пак е нула. Същият резултат се получава
и когато к.с. е на шините или на изводите от подстанция А.
При к. с. па защитавания обект и при възможност за захран
ване от подстанция Б токовете във втората група ТТ променят
посоките си. Тогава в (Г2.15) токът /ц в приема знак плю: и през
релето протича сумата от двата тока. Защитата заработва. Ако
няма захранване от подстанция Б токът /ц в е нула. През релето
протича токът / 1в и защитата пак заработва. Зоната на действие
на защитата се загражда от двете групи ТТ.
Както се вижда от фиг. 12.9, при нормална работа през съе
динителните проводници между токовите трансформатори непре
къснато течг ток. Затова тази схема се нарича схема с циркули
ращи токове. Има и схема с уравновесени напрежения [1]. В нея
едната група ТТ се свързват обратно. Получените напрежения в
краищата на двете групи токови трансформатори са срещупо
ложни и се уравновесяват при нормална работа и нри външно
к. с. През съединителните проводници не протича ток, което е
преимущество на схемата. Релетата се свързват последователно
в съединителните проводници.
Недостатък на надлъжната диференциална защита е наличието
на дълги съединителни проводници, които намаляват надеждност
та й и я правят по-скъпа. При късо съединение или прекъс
ване на тези проводници защитата работи неправилно.
Токовите трансформатори не винаги имат еднакви характери
стики. При напълно еднакви първични токове поради различието
в характеристиките и различните грешки има разлика в токовете
/ 1в и /цв. Гази разлика, наречена небалансиран ток, отразява не
съвпадението на на?/.агнигващите токове [1] и е особено голяма
в преходния режим на к. с., когато действува апериодичната с ъ
ставка. При нормална работа и при външно к. с. тази разлика
протича през релето и може да предизвика заработването му.
Затова релетата на диференциалната защита трябва да се от-
стройват от небалансирания ток. В практиката максималната стой
ност на небалансирания ток откъм вторичната страна на ТТ се
определя по приблизителната формула
/
b
6=*iAL(
12.
16)
Rjj
където kd е коефициентът, който отчита апериодичната съставка
на тока на к. с.;
&е — коефициентът на еднотипност на ТТ;
е — грешката на ТТ;
314
/ в кс max е максималният ток на външно к. с. през защитавания
обект, определен към първичните намотки на 1Т,
k jj — коефициентът на трансформация на ТТ.
В (12.16) коефициентите имат следните максимални стойносш :
ka = 2 (когато има междинни насищащи се грансформа1ори, стой
ностите са по-ниски, но винаги по-големи от единица), /ге =
= 0 ,5ч-1 (при еднотипни ТТ и еднакви вторични натоварвания
се вземат по-малките стойности); е —0,1 (допуска се, че ТТ рабо
тят с максималната допустима грешка 10%). При ie-зи свонности
на коефициентите максималният небалансиран ток се получава
Максималният ток на външно к с. се определя при възмож-
ното максимално захранване от едната или от другата страна на
защитавания обект и при к. с. на шините А или Б на фиг. 12.J.
Токът на заработване на токовото реле на надлъжната дифе
ренциална защита е
/,р=*от/нб.
('2->7)
Коефициентът на отстройване се приема в границите от 1,2 до
1,3. Често пъти е по удобно да се работи с небалансирания ток,
приведен към първичната страна на токовите трансформатори,
означен с /«б п- Той се получава, когато токът / нб (от 12.16) се
умножи с коефициента на трансформация &Т1. Тогава токът на
заработване на защитата е
I33=k „K6
(12.18)
Коефициентът на чувствителност се определя както при то
ковата защита по (12-6). 1ук токът /ксппп е пълният юк в мяс
тото на повредата в зоната на защитата при възможния мини
мален режим на захранване. Коефициентът /гТт трябва да бъде
по-голям от 2.
За да се повиши чувствителността на защитата, трябва да се
намали токът на заработване. А това изисква да се намали не-
балансираният ток или да се избегне влиянието на големия не
балансиран ток през преходния режим на к. с. За целта се из
ползуват различни начини като: създаване на нарочно закъсне
ние на защитата от порядъка на 0,3 s с оглед да затихне апе
риодичната съставка по време н а заработване на защитата; включ
ва се допълнително активно съпротивление във веригата на ре
лето или се използува междине \ насищащ се трансформатор, за
да се намалят токовете към релетс; използува се сравняването
на фазите на токовете вместо техните големини; използуват се
релета със спирачни характеристики к-то в спирачната верига
се включва ток от съединителните проводници на защитата. В
315
някои случаи защитата се изпьлнява с филтри за симетрични
съставки или със сумиращи трансформатори.
Надлъжната диференциална защита има големи преимущества.
Гя е аб:олютно селективна, работи без закъснение, няма мъртва
зона, много с чувствителна, не реагира на тока на товара или на
тока при разлюляване на системата. Недостатък на защитата е
наличието на съединителни проводници с голяма дължина, които
намаляват надеждността й и я правят по-скъпа. Недостатък е
и това, че тя не може да служи каго резервна защита на съ
седните участъци.
При електропроводите защитата се използува, когато дължи
ната им не е по-голяма от 8 km [24]. Намира голямо приложение
като защита на генератори, трансформатора, събирателни шини
и големи електродвигатели. При дълги електропроводи високо
напрежение надлъжната диференциална защита се използува с
високочестотна блокировка. Нарича се диферециалнофазна ви
сокочестотна защита и заработва в зависимост от посоката (фа
зата) на токовете в двата края на електропровода. Когато късо
то съединение е външно и токът в единия край е от шините
към електропровода, а в другия — в обратна посока, високо
честотните сигнали блокират защитата. При вътрешно к. с. то
ковете в двата края са от шините към електропровода. Тогава
високочестотните сигнали разрешават на защитата да заработи.
12.3.2. Напречна диференциална
зашита
Защитата измерва токовете в две пара
лелни вериги с еднакви параметри, сравнява стойностите им и
при разлика между тях заработва. В началото на паралелните вериги
се поставят токови трансформатори с еднакви коефициенти на
трансформация и се свързват по схемата на циркулиращите токо
ве. Паралелно на съединителните проводници се включват токови
релета. Защитата се изпълнява трифазно трирелейно в мрежите
с директно заземена неутрала и двуфазно в мрежите с изолира
на неутрала и в компенсираните мрежи. Тя е абсолютно селек
тивна, не заработва при к. с. извън паралелните линии и се из
пълнява без нарочно закъснение. Схемата й за една фаза е по
казана на фиг. 12.10. През релето протича разликата от фазо
вите токове в паралелните електропроводи, определена по (12.15).
Когато електропроводите са с равни съпротивления, при нор
мална работа и при външно к. с., което е на шините на под
станция Б или на нейните изводи, токовете /, и /ц са равни и
защитата не заработва. При к. с. на един от паралелните елек
тропроводи равенството на токовете се нарушава и през релето
316
протича ток. Ако той е по-голям от настройката му, защитата
заработва.
При к. с. в края на паралелните електропроводи, близо до
подстанция Б на фиг. 12.10, разликата между токовете е малка
и не е достатъчна за заработв знето
на релето. Поради това защитата
има мъртва зона, означена на фигу
рата с M3.Прик. с. втази зона за
щитата може да заработи каскадно и
затова тя се нарича още каскадна
зона. Например при к. с. в мъртва
та зона на първия електропровод
напречната диференциална защита в
подстанция А не заработва. В под
станция Б трябва да има друга за
щита, която да изключи прекъсвач
3. Тогава през прекъсвач 2 се пре
късва токът на к. с. Но ток про
дължава да тече през прекъсвач 1.
Появява се голяма разлика в токо
вете на напречната диференциална
защита и тя заработва каскадно. Ако
в двата края на паралелните елек
тропроводи има напречна диференци-
ф иГ 12.10. Пршшипна схема на
ална защита, изисква се сумарната
напречна диференциална защита
.мъртва зона да бъде по-малка от
дължината на целия електропровод.
Даже в някои случаи се препоръчва тя да бъде по-малка от
половината дължина на електропроводите.
И тук поради различието в характеристиките на ТГ и техните
грешки има небалансиран ток, който се определя по (12.16). Р аз
ликата е в това, че за / а кс max трябва да се вземе половината
от тока при к. с. на шини Б. Освен г.ова тук се появява неба
лансиран ток и от различието в съпротивленията на двата па
ралелни електропровода. Токовою рете се отстройва от сумата
на двата небалансирани тока. Токът на заработване се определя
гю (12.17). Освен това трябва да се осигури връщатето на релето
в изходно положение след изключването на външно к. с и при
изключването на една линия. Тогава през релето протича м акси
малният работен ток. Токьт на заработване трябва да се от-
строи от иего. Определя се така:
/,р— ^
/ра.б 'па'
fcc,
(12.19)
кв
ЯТТ
къцето /раб max е максималният първичен работен ток след из
ключването на к. с. Обикновено товз условие дава по-голям ток
на заработването, незадължително трябва да се провери и пър
317
вото условие — формула (12.17). Поведението на защитата с из
браната настройка трябва да се изследва при каскадно изключ
ване на еднофазно и двуфазно к. с. със земя, когато тя може
да заработи неправилно от тока в неповредените фази.
Когато паралелните електропроводи имат отделни прекъсвачи,
както е показано на фиг. 12.10, напречната диференциална за
щита трябва да определи кой от електропроводите е повреден
и да изключи само него. По такъв начин през здравия електро
провод се запазва електрозахранването на потребителите. Откри
ването на повредения електропровод става по някотко начина.
Един ог начините е чрез посочни релета. Към всяко токово
реле се поставя и посочно с действие в две посоки или две по
сочни релета, които действуват в различни посоки. Поведението
на защита е следното. При к. с. на електропровод I (фиг. 12.10)
за защита А токът /[ е по-голям от /ц и разликата, определена
по (12.15), има положителен знак. Посочното реле действува в
една т с о к а и изключва прекъсвач /. Ако к. с. е на електро
провод II, токът / п е по-голям от 1\ и разликата има отрицате
лен знак. Посочното реле действува в обратна посока и изключ
ва прекъсвач 2.
Друг начин е чрез баланени релета. Едната намотка на реле
то се включва към единия електропровод, а другата — към дру
гия. В зависимост от мястото на к. с. релето заработва в една
или в друга посока като посочно реле и изключва съответния пре
късвач. Този начин се използува по-рядко.
Третият начин е чрез спирачни релета. Работната намотка на
релето се свързва кьм електропровода, който трябва да бъде из
ключен от това реле, а спирачната — към другия. В този случай
трябва да има по две спирачни релета за всяка фаза. Заработ
ват тези релета, на които работните намотки са включени към
повредения електропровод и изключват неговия прекъсвач.
И при трите начина изключването на повредата става селек
тивно. След изключването защитите трябва да се блокират. И
при трите начина защитата има каскадна зона.
Напречната диференциална защита ича големи предимства: ев
тина, сравнително проста, надеждна, абсолютно селективна, бър-
зодействуваща, не реагира от товара на електропроводите и от
тока при разлюляване на системата. Недостатъците й са, че има
каскадна или мъртва зона, тряова да се блокира при изключване
на едната от паралелните линии и затова всяка линия трябва да
има допъ шителна защита, в някои особени случаи може да за
работи неправилно. Пзради големите преимущества тя се изпол
зува при всички двойни електропроводи на напрежение до 110
kV вкл. и при някои други паралелни вериги. Посочната напреч
на диференциална защита може да се използува и при еднофаз
ни къси и земни съединения, ако се включи към филтри за т о
кове и напрежения с нулева последователност.
318
Принципът на функционирането на дистан-
ционната защита може да се обясни със схемата, показана на
фиг. 12.11, където с /( е означено мястото на к. с.,
с/к
то-
12.3.3. ДиСтанционна защита
Фиг. 12.11. Схема за обясняване на прин
ципа на дистанцнониата релейна защита
кът на к. с. с Uш — остатъчното напрежение на шините на под
станцията и със zK— съпротивлението на електропровода от място
то на релейната защита до К • На фигурата е показана само е д
на фаза. Основного реле на дисганционната защита-дисганцион-
ното реле KZ — получава ток и напрежение от токовите ТА и
напреженовите TV трансформатори, пропорционални на токове
те и напреженията в първичната верига. То реагира на отноше
нието между напрежението и тока, което има размерност на с ъ
противление. Измереното съпротивление е пропорционално на
растоянието до мястото на к. с. Ако то е по малко от настрой
ката на релето, то заработва, заработва и защитата и изключва
прекъсвача Q. При к. с. напрежението на шините и ш се нама
лява, а токът /.< се увеличава и затова при к. с. релето зара
ботва.
Дистанционната защита се поставя към електропроводи от
мрежата високо напрежение със сложна конфигурация. За да
работи правилно, тя трябва да е с посочно действие. Посоката
на тока, при която защитата заработва, е от шините към елек
тропровода в мястото на защитата.
Тази защита е най-сложната от всички релейни защи ги на
електропроводите. Тя съ държ а следните функционални органи:
пусков, дистанчионен (основен), посочен, закъснителен, изпълни
телен, блокираш и сигнализации (вж. фиг. 12.12).
Пусковият орган Пуск заработва при к. с. и пуска защита, ка
то разрешава заработването й. Той се състои от токови или
дистанционни релета, предназначени за пускане на защитата.
Дистанционните релета подобряват чувствителността й. Освен
основната функция на пусковия орган могат да се възлагат и
допълнителни: да превключва веригите на тока и напрежението
319
към основния измервателен орган, за да може той да заработва
правилно при определен вид к. с.; да избира повредената фаза;
да превключва дистанционния орган от първа във втора и в трета
зона; да пуска релето за време.
Дистанционният иамервателен орган ДО е основен в защита
та. Той измерва съпротивлението до мястото на к. с. и пре
дизвиква заработването на защитата при повреда в съответната
зона. Състои се от .дистанционни релета. Той определя характе
ристиката на защитата в равнината (R, А). Настройката му ог
раничава зоната на действие на защитата.
Посочният орган /70, съставен от посочни релета, разрешава
заработването на защитата, когато пренасяната мощност е в по
соката от шините към електропровода. С това се осигурява се
лективното й действие. В някои случаи не се поставят специални
посочни релета, а посочното действие се осигурява от пусковите
или дистанционните органи, ка^о се използуват посочни дистан
ционни релета.
Закъснителният орган 3 0 създава закъснение на защитата във
второто, третото и четвъртото стъпало. С това също така се
осиг}рява селективното действие. Изпълнява се от едно или от ня
колко релета за време.
Изпълнителният орган Изп свързва защитата с изключвателна-
та бобина Hi прекъсвача, с автоматиката и с външната сигнализа
ция. При заработване на изброените по-горе органи се задейства
изпълнителният орган и изпраща команда към прекъсвача за
изключването му, а също така и към автоматиката и външната
сигнализация, ако е не>бходчмо. Сьстоисе от едно или от повече
помощни релета.
Блокиращите органи Бл автоматически блзкират защитата при
режими, които могат да предизвикат неправилното й заработва
не. Те разрешават на защитата да заработи само при определен
вид повреди.
В защитата се предвиждат и сигнални релета, които показват
заработването на отделните органи. Сигнализацията може да бъ
де за всяка фаза поотделно Сигнализира се и наличието на опе
ративно напрежение.
Логическата схема на функционирането на дистанционната за
щита е показана на фиг. 12.12. Защитата получава стойностите
на напрежението и тока през измервателните преобразователи
ИП — токови и напреженови трансформатори. При съответното
съчетание на напрежението и тока или само под действието на
тока заработва пусковият орган. Дистанционният и посочният ор
ган се задействуват при съответните стойности на напрежение
то и тока и ако е заработил пусковият орган. Последният пуска
и релето за време. При едновременното заработване на ДО, ПО
и 3 0 се задействува изпълнителният орган. С това защитата е
заработила и изпраща команда на прекъсвача за изключва нето
320
му. Ако при съответния режим защитата не трябва да работи, за
действува се блокиращият орган и блокира пусковия. На фигу-
рата сигнализацията не е показана.
Дистанционният измервателен орган не сравнява директно на-
г
)
ип
Фиг. 12.12.vПринципи;) готическа схема на функционирането на дистанционна-
та защита
прежението Um и тока / к , а механични моменти, токове, напре
жения или импулси, пропорционални на Um и / к , или на техни
те комбинации. В крайна сметка реагира на величината 2, коя
то е пропорционална на отношението на напрежението и на тока.
Както е показано в 11.1, характеристиката на дисганционното
реле е централна окръжност. По-подходящи са характеристики
те, които представляват изместени окръжности, елипси, дъги,
четириъгълници или прави линии в координатната система (R, X).
Схемите за свързване на основния дистанционен орган на защи
тата са разгледани подробно в [1|.
Основна характеристика на дистанционната защита е стъпал-
ната, която дава зависимостта на закъснението във функция гот
мястото на к. с. или на съпротивлението до него — t = f(z). По
казана е на фиг. 12.13. На фигурата са дадени дистанционните
защити на електропроводите А и Б и тяхната тристъпална ха
рактеристика (третото стъпало на характеристиката на защита Б
е извън фигурата). Дължината на всяко стъпало представлява
зона на защитата и се определя от съпротивлението на заработ
ване 233, а височината на стъпалото се определя от закъснение
то t. Първата зона обхваща част от електропровода и има на
стройка
4 3a=fcoTz A.
(12.20)
където Za е съпротивлението на електропровода А;
/г0т — коефициентът на отстройване, равен на 0,85Ч-0,90.
Втората зона обхваща целия електропровод А и част от пър
вата зона на защита Б. Тя има настройка
<'зА=М *А +*гок4 б)-
Коефициентът на отстройване k0T отчита грешките на измерва
телните трансформатори. Коефициентът /гток отчита токоразпре-
*;3'Лi-----*
21 Електрически подстанции
321
делението в подстанция Б. Когато в тази подстанция има д о
пълнително захранване £ ТОк > 1 > а когато има разклоняване на
тока на късото съединение А’ТОк < 1 .
11ьрвата зона е мигновена. Останалите имат нарочно закъсне
ние, съгласувано със съответното стъпало на другата защита.
Фиг. 12ЛЗ. Сгьиална характеристика на дистапционна
защита
Работата на дистанционната защита се влияе от електрическа
та дъга, която представлява допълнително съпротивление във
веригата на късото съединение, и от разлюляването в електро
енергийната система, което може да предизвика неправилното й
заработване. Избират се подходящи характеристики на релетата
или се поставят специални блокиращи устройства, които да бло
кират защитата или да коригират измереното съпротивление така,
че защитата да заработи правилно. Поставят се устройства, кои
то да блокират защитата при прекъсване на вторичната верига
на напреженовите трансформатори.
Както се вижда от фиг. 12.13 и от формула (12.30), първата
зона на защитата, която е мигновена, обхваща само 854-90%
от електропровода. За да работи мигновено при всички к. с. по
целия електропровод, защитата може да се изпълни с високо
честотна блокировка. В този случай първата зона на защитата
е удължена до началото на втория електропровод. Високочестот
ната блокировка се поставя на другия край на защитавания
електропровод. Ако к. с. не е на него, тя не блокира защитата.
Тогава к. с. се изключва мигновено. Ако к. с. е извън електропро
вода, заработва високочестотната блокировка и блокира първото
стъпало на дистанционната защита. Тя работи с второто или
третото стъпало. Така всяко к. с. се изключва селективно и с
възможното минимално закъснение.
322
Глава XIII
Релейни защити на машини
и съоръжения
13.1. Защити на трансформатори
Силовите трансформатори се нуждаят от
релейни защити, конто да сигнализират или да ги изключват от
мрежата при появяването на повреди вътре или навън от тях и
при попадането на трансформаторите в ненормални за тяхната
редовна работа режими. Повредите вътре в трансформаторите
са преди всичко различни видове къси съединения: междуфаз-
ни, корпусни, между навивките на една и съща фаза. В зоните
на защитите от вътрешни повреди се включват и к. с. на изво-
дите и в тикопроводите до токовите трансформатори в разпре
делителните уредби. Като въздействуваща величина служи го
лемият ток. Късите съединения вътре в трансформатора стават
винаги през дъга. Високата й температура разлага маслото око
ло мястото на повредата и там се ооразува голямо количество
газ с високо налягане. Той се използува като въздействуваща ве
личина на специалната газова защита. Токовете при вътрешни
к. с. са много големи и опасни за трансформатора. Освен това
появилата се дъга може да разруши намотките и магнитопрово
да. Затова те трябва да се изключват без закъснение. При о п
ределяне на настройките на релейните защити и изследване на
поведението им при различни видове к. с. трябва да се вземе
предвид разпределението на токовете по фазите при схема триъ-
ъгълник—звезда на намотките на силовите трансформатори.
Различни външни фактори могат да нарушат нормалния рабо
тен режим на трансформаторите. Най-често това са различни
къси и земни съединения на изходящите съоирателни шини или
на изводите от тях. Възможните максимални токове в тези с л у
чаи могат да достигнат до 10 и повече пъти над номиналния [!]•
При конструирането на трансформаторите обикновено е отчетено
електродинамичното действие на тези токове. Релейната защита
трябва да се постави с оглед на намаляването на термичното
им влияние. Защита може да бъде с малко закъснение, съ обра
зено със закъснението на защитите на изводите, за да се оеш у-
ри селективно действие.
Далечни к. с., внезапни включвания на мощни потреоителн,
самопускане на електродвигателите след изключване на външни
к. с., аварийни изключвания на паралелно работещия трансфор
матор, автоматично присъединяване на допълнителен товар при
заработване на автоматиката за включване на резервното шх-
323
ранване АВР и други някои случаи могат да предизвикат ненор
мално претоварване на трансформатора. При претоварване на
мотките му значително се прегряват, което води до бързо из
носване на изолациятн им. Трансформаторите са конструирани
така, че могат да издържат големи претоварвания за непродъл
жително време. Затова трябва да се поставп релейна защита,
която в такива случаи с определено закъснение да сигнализира
или да изключи трансформатора.
При силно понижава е на външната температура, при пробиви
о кожуха на трансформатора или при повреди на уплътненията
му е възможно нивото на маслото да спадне. Това е опасен не
нормален режим В такива случаи заработва газовата защита и
сигнализира, а когато подстанцията е без дежурен персонал, тя
изключва трансформатора от мрежата.
В мрежите 400—750 kV при едностранно изключване на ли*
ния с голяма капацитивна проводимост или при резонанс пре
дизвикан от определено съчетание па капацитета на линията и
индуктивността на шунтиращите реактори, до трансформатора
се получава недопустимо повишаване на напрежението. То пре
дизвиква повишаване на магнитната индукция и води до пре
гряване на намотките и магнитопровода. В тези случаи трябва
да има защита, която да реагира на повишеното напрежение и
да изключи трансформатора ог мрежата.
Към силовите трансформатори се поставят диференциални, га
зови и кортусни защити, които да реагират при вътрешни к. с.,
и различни токови и напреженови зашити за случаите на ненор
мални режими и външни, а понякога и вътреш и к. с.
Диференциалната защита е надлъжна с циркулиращи токове
по принципната схема, показана на фиг. 12.9. Тя заработва при
всички междуфазни к. с вътре в силовия трансформатор и по
токопроводите до токовите трансформатори в разпределителните
уредби и изключва и двата прекъсвача на трансформатора. Как
то и при електропроводите, тя е абсолютно селективна, не зависи
от работата на външните защити н действува без закъснение.
Изпълнява се трифазно с три токови релета. Допуска се дву
фазно изпълнение, ако чувствителността й при двуфазни к. с. е
достатъчна. Токът на заработването се определя по (12.17) и
(12Л8). Тук небалансираният ток е по-голям и се дължи както
на разликите в намагнитващите токове на ТТ, така и на след-
гите причини: разликите в коефициентите на трансформация на
ТТ от двете страни на силовия трансформатор поради различ-
ното напрежение и определените стандартни първични токове;
регулирането на напрежението на силови:е трансформатори под
товар, с което се изменя коефициентът му на трансформация.
Разликата в коефициентите на трансформация на ТТ намалява,
като се включат изравняващи трансформатори или автотрансфор-
матори в съединителните проводници на диференциалната защи-
324
та. При регулиране на напрежението под товар се пслучава до
пълнителен небалансиран ток във веригата на защитата. За да
се избегне или намали неговото влияние, тя се изпълнява с ре
лета със спирачна характеристика, показана на фиг. 11.8. Р абот
ната верига на релето се включва както диференциалното токово
реле от фиг. 12.9 — паралелно на ТТ. Спирачната верига се
свързва последователно в съединителните проводници м ежду
двете групи ТТ. Има релета с две спирачни намотки за двуна
мотъчни трансформатори и с три спирачни намотки за тринамз-
тъчни.
Схемата на диференциалната защита трябва да се съобрази
със схема на свързване на намотките на силовия трансформа
тор. При схема звезда—триъгълник двете групи ТТ трябва да се
свържат в схема триъгълник—звезда или да се използуват меж
динни трансформатори със схема триъгълник—звезда.
Токът на заработване на диференциалната защита трябва да
се отетрои от кратковременния голям намагнитващток при включ
ване на силовия трансформатор под напрежение на празен ход.
Този ток за кратко време има силно изразена апериодична съ с
тавка и е много голям. Протича само през едната група Т Г и
затова диференциалната защита го възприема като ток на к. с.
Подобен ток се появява и при изключване на к. с. в мрежата
близо до трансформатора. За да не заработи неправилт, в схе
мата на дифере i циалната защита се включват междинни наси
щащи се трансформатори. Те добре трансформират периодична
та съставка на тока на к. с., а задържат намагнитващия ток с.
голяма апериодична съставка [1] Друг начин за отстраняване на
влиянието на големия намагнлтващ ток при включване на сило
вия трансформатор на празен ход е блокирането на защитата от
втората хармонична съставка на тока. В големия намагнигващ
ток при пускане тази съставка е голяма и през специално у с
тройство блокира защитата. В тока на к. с. тя е малка и защита
та не се блокира.
В някои случаи токът на заработване на диференциалната за
щита се приема по-голям от намагнитващия ток на силовия транс
форматор при включването m v на празен ход, Получава се ди
ференциална токова отсечка Тя има мъртва зона при късо съе
динение през малък брой навивк и Използува се, когато мъртва
та зона е малка и при трансформатори със сравнително малка
мощност по отношение на мощността на системата. Тя се из
ползува и като допълнителна защита към друга диференциална
защита. Много рядко диференциалната защита се прави със за
къснение, за да изчаква затихването на намагнитващия ток [1J.
При силовите трансформатори с мощност над 5 MVA задъл
жително се поставя диференциална защита Най-често тя се из
пълнява със спирачна характеристика и с междинни насищащи
се трансформатори. Като допълнителна защита, а в случаите,
когато е достатъчно чувствителна, и като основна, се поставя
диференцнална токова отсечка. Диференциалната защита на си
ловите трансформатори подробно е разгледана в [1].
Към силовите трансформатори с мощност над 1 MVA, а в ня-
Фиг. 13.1. Принципно устройство на га
зово реле за трансформатор
кои случаи и при по-малки, задължително се поставя газова за*
щита. Тя е предназначена да заработва при отделяне на газове
вътре в трансформатора в случаите на вътрешни к. с.,
на за
гряване на намотките при външни к. с. или при силно загряване
на магнитопровода. Тя заработва и при понижаване на нивото
на маслото.
Основен орган на газовата защита е газовото реле. Принцип-
ното му устройство е показано на фиг. 13.1. Състои се от тръ
бовиден чугунен съд 1 с фланци, с тръбовидно удължение на
горе, затворено с капака 4. Посредством фланците релето се за
крепва на тръбата между кожуха на трансформатора и разши-
рителя на маслото- При нормална работа на трансформатора ре
лето е пълно с масло. В него има два плавока 2 и 3, кухи ци
линдрични съдове, херметично затворени, които плуват в масло
то На тях има закрепени затворени ампули, напълнени до п о
ловината с живак и с по две метални пластинки. Те са свързани
с изходните клеми на релето чрез гъвкави изолирани проводни
ци. Металните пластинки с живака представляват контактите на
релето. При нормална работа на трансформатора плавоците плу
ват в маслото та <а, че живакът не свързва металните пластин
ки. Тогава контактът е отворен.
При големи претоварвания и външни к. с. намотките на транс
форматорите силно се загряват, маслото около тях започва да
се изпарява и се отделя газове. Те се насочват към разширите-
ля на трансформатора. Част от тези газове се отделят в горна-
326
та тръбовидна камера на релето и нивото на маслото в нея се
понижава. Горният плавок 2 се наклонява надолу, живакът за
лива двете метални пластинки, контактът се затваря и релето
сигнализира за претоварването. Ако трансфрматорът е в под
станция без дежурен персонал, релето трябва да го изключи от
мрежата след определено закъснение. То реагира по същия на
чин, ако има повреда в кожуха на трансформатора или в уплът
нителите му и изтича масло от него.
При вътрешни к. с. поради високата температура на дъгата
маслото и изолацията на намотките около повредата бързо се
разлагат, за кратко време се образуват много газове с голямо
налягане. Смес от газове и масло бързо се насочват към раз-
ширителя на трансформатора и преминазат през релето с голя
ма скорост. Горният плавок 2 се повдига още по-нагоре, а до л
ният,3 се завърта надолу. Тогава живачният контакт на плавок
3 се затваря и предиззиква изключването па прекъсвачите на
трансформатора. Поради това, че преминаването на газовете и
маслото през релето става с тласъци, за да заработи защитата
сигурно, изходното помощно реле трябва да бъде със самоза-
държане. За да се осигури преминаването на газовете през ре
лето, капакът на трансформатора и тръбата, към която е Закре
пено релето, трябва да се монтират с наклон нагоре 1,5 4 - 2 %.
Освен описаното реле има и други конструкции на газови ре
лета. Обаче принципът на заработване се запазва същият.
Газовата защита е проста, бързодействуваща, в някои случаи
тя е по-бързодействуваща и от диференциалната, много е чувст
вителна и заработва при всички повреди вътре в трансформа
тора Недостатък е това, че не заработва при к с. на изводите
му. Затова винаги се съчетава с диференциална защита, като
двете взаимно се резервират. Такава защита се поставя на всеки
самостоятелен обем масло и при еднофазните трансформитори.
Препоръчва се да се поставя и па маслени реактори, на дъго-
гасителни бобини и на комплектни уредби, пълни с масло.
Към трансформатори, на които намотките от едната страна
а със заземена неутрала, се поставя корпусна защита. Тятряб-
са да заработва при корпусни съединения (еднофазни к. с.) на
въщите намотки вътре в трансформатора или на изводите му и
са изключва прекъсвачите му. Защитата не трябва да заработ-
ла при външни еднофазни к. с. Тя има различни названия: кор-
вусна защита, защита за токове с нулева последователност със
паземяващ проводник, казанна защита, защита Шевалие и др.
з1]. Изпълнението и е показано на фиг. 13.2. Всички метални
[части вътре в трансформатора, които не са под напрежение, се
съединяват с кожуха и се заземяват отделно от заземлението
на неутралата Н. Последователно в заземителния проводник се
свързва токовият трансформатор ТА, към вторичната страна ча
327
който се включва токовото реле КА. При заработване то чрез
помощно реле изключва прекъсвачите на тра сформатора.
При еднофазно к. с. в мрежата, например в точката К на фиг.
13.2, протича ток с нулева последователност. Токът <3/(| от дру-
Фиг. 13.2. Корпусна защита на трансформатор и раз
пределение на тока при външно еднофазно к. с.
гите трансформатори се връща обратно през земята. Токът 310
от защитавания трансформатор в земята се разклонява: kTOK3IQ
минава през заземлението на защитата, ТТ, кожуха, фундамента
Ф на трансформатора и оттам към заземлението на неутралата
Н\ другата част (1 — k70K) 3/0 се насочва направо кьм заземле-
ниего на неутралата Н. В тези случай защитата не трябва да
заработи. Затова коефициентът на токоразпределението k l0K тряб
ва да бъде много малък. Това се постига чрез намаляване на
проводимостта между кожуха на трансформатора и земята.
При корпусно съедннеиие на намотката вътре в трансформато
ра или на изводите му през мястото на повредата протича ток
с нулева последователност от защитавания трансформатор и от
мрежата. Той се разделя в две паралелни вериги: едната — от
кожуха на трансформатора през ТТ към земята; другата — от ко
жуха пр з фундамента Ф към земята. В гози случай защитата
трябва да/заработи. Затова голяма част от тока трябва да мине
през ТТ, а малка част да се отклони през фундамента. Това се
постига пак с намаляване на проводимостта от кожуха през фун
дамента към земята.
Намаляването на проводимостта между кожуха, фундамента
и земята се постига чрез ограничаване на релсите за превозване
.
на трансформатора, изолиране от кожуха на всички допъл
нителни заземени части, като разширител, допълнителни вен
тилатори, коттролни и командни кабели и др. В краен сл у
чай се прибягва до постазянето на изолиращи подложки под ко-
328
лелата на трансформатора. При такива условия се постига к о е
фициент на токоразпределение от порядъка от няколко хилядни
от единицата. Препоръчва се във всеки отделен случай коефи
циентът /г ТОк да се измерва.
Токът на заработване на защитата се отстройва от максимал
ния то к през ТТ при външно еднофазно к. с. Определя се по
формулата
/Зз= «от«ток'^/0тах.
V1 1)
Чувствителностга се проверява чрез коефициента на чувстви
телност
.
(13.2)
33
Тук 3 / omin е минималният ток при корпусно съединение вътре
в трансформатора, при който защитата трябва да заработи. Кое
фициентът &ч трябва да бъде по-голям от 2.
Корпусната защита е проста, евтина, абсолютно селективна,
не зависи от действието на външни защити, бързодействуваща,
без нарочно закъснение, достатъчно чувствителна. Препоръчва
се да се поставя към силовите трансформатори, включени към
мрежите високо напрежение със заземена неутрала, а също така
и към дРуги устройства със заземена метална конструкция, на
пример комплектни разпределителни уредби [1].
Към трите фази на захранващата страна на трансформатора
се поставя максималнотоксва защита от външни к. с. Изпълнява
се както при електропроводите. Може да бъде и двуфазна, ако
има достатъчна чувствителност при двуфазни к. с. на вторична-
та страна на трансформатора при свързване на намотките му в
схема з в е з д а — триъгълник, Тя е с независимо от тока закъснение,
с едно стъпало по-голямо от най-голя >юто закъснение на защи
тите на изводите. Защитата действува като резервна. При к. с.
на изводите от шините изчаква заработването на външните за
щити и при отказа им или отказа на прекъсвалите тя изключва
трансформатора. Защитата е резервна и на диференциалната и
газовата защита на защитавания трансформатор при вътрешни
к. с. В много случаи тя е основна за изходящите събирателни
шини на трансформатора, ако към тя< няма друга защита.
Максималнотоковата защита при двунамотъчните понижаващи
трансформатори може да бъде с едно реле за време и да из
ключва двата прекъсвача едновременно. Възможно е изпълне
нието й със стъпална характеристика — с две степени на закъс
нение. Тогава тя има две релета за време и две помощни реле
та. С по-малкото закъснение изключва прекъсвача откъм зах
ранваната страна. Ако се окаже, че к. с. е вътре в трансформа
тора, тя с по-голямото закъснение изключва прекъсвача откъм
захранващата страна. С тава се облекчава прекъсвачът от висо-
329
кото напрежение, тьй като защитата заработва в повечето слу
чаи нри външни к. с. Когато трансформаторът няма диферен
циална защита, например при по-маломощни трансформатори,
тогава се поставя защита със стъпална характеристика, изпъл
нена като токова отсечка и макс^малнотокова зашита със за
къснение. Токовата отсечка без закъснение обхваща част от
трансформатора и заработва при вътреш.ш к. с. Максималното
ковата защита със закъснение покрива мъртвата зона на токо
вата отсечка и заработва и при външни к. с. Токовата отсечка
се отстройва от максималния ток при к с. на шините откъм
вторичната страна на трансформатора.
Допуска се едностъпалната токова защита да бъде с ускорено
действие. При к. с. в трансформатора или на шините, ако няма
диференциална защита, тя изключва прекьсвачите без закъсне
ние. При к. с. на изводите и при заработване на защитите им
ускорението се блокира от външните защити и се включва необ
ходимото закъснечие. Тогава защитата работи като резервна. С
това се осигурява бързо изключване на големите токове на к ъ
сото съединение и мигновено действие при отказ на външни з а
щити или прекъсвачи.
Токът на заработване на максималнотоковата зашита от вън
шни к. с. трябва да бъде по-голям от допустимия ток на прето
варване на трансформатора с отчитане на претоварването при
аварийно изключване на паралелно работещия трансформатор или
при включване на допълнителен товар при заработване па авто
матиката за резервно захранване АВР със самопускане на дви
гателите. Коефициентът на чувствителност трябва да бъде по-
голям от 1,5 при к. с. на шините, когато защитата е основна
за шините, и по-голям от 1,3 при к. с. в края на най-дългия
електропровод в останалите случаи.
При тринамотъчните трансформатори, захранвани от една стра
на, се поставят три токови защити към трите им страни. Закъсне
нията им се степенуват, като закъснението на защитата откъм
захранващата страна е по-голямо от другите. Допустимо е към
една от страните да няма токова защита, а защитата откъм за
хранващата страна да бъде с две стъпала — с по-малкото закъс
нение се изключва вторичната страна без защита, а с по-голямо
то захранващата страна.
При двунамотъчните и тринамотъчните трансформатори с въз
можност на захранване на к. с. от две страни към максимално
токовата защита се поставят и посочни релета. По такъв начин
защитата става токова посочна и може селективно да изключва
външните к. с.
При повишаващите трансформатори чувствителността на макси
малнотоковата защита понякога не е достатъчна. Тогава се из
ползува защита с блокиране от напрежението или такава, която
реагира на съставките с обратна последователност.
330
Към трансформаторите със заземена неутрала се поставя т о
кова защита от еднофазни к. с. В заземяващия проводник на
неутралата се включва токов трансформатор. Към вторичната
му страна се свързва токово реле. То заработва при появяване
то на ток с нулева последователност. Защитата се задействува
ири всички еднофазни к. с. и работи като резервна на земните
защити на изводите и на корпусната защита на трансформатора.
Тя работи със закъснение, степенувано от закъснението на външ
ните земни защити Към трансформаторите, които захранват мре
жи със заземена неутрала през голямо активно съпротивление,
трябва да се постави и защита, която реагира при земни с ъ е
динения в тези мрежи и служи като резервна.
Трансформаторите се нуждаят от защита от претоварва й. 1я
се изпълнява като максималногокова на една от фазите откъм
захранващата страна със закъс^е ние, по-голямо от закъснението
на останалите защити. Тя само сигнализира при претоварване-
Токът на заработване се отстройва от номиналния ток на транс
форматора. Поставя се задължител ю на всички трансформатори,
които работят паралелно с други на една подс1анция или са
включени към автоматиката АВР. Ако на подстанцията няма де
журен персонал, зашитата се прави с три степени на закъсне
ние. С първата степен при малко претоварване със закъснение с
едно стъпало по-голямо от закъснението на максималнотоковата
защита от външни к. с. тя сигнализира в диспечерския пункт.
Втората степен има по-голямо закъснение и заработва при по-
голямо претозарване. Тя задействува автоматиката, която раз
товарва трансформатора. Третата степен е резервна, заработва с
най-голямо закъснение и изключва трансформат< ра от мрежата,
ако втората степен не. е осигурила разтоварването му.
Към трансформаторите на напрежение 400 kV и по-високо,
свързани с дълги електропроводи, се поставя максимално напре-
женова защита, изпълнена с напреженови релета с нормално от
ворени контакти. Тя с неголямо закъснение изключва трансфор
матора при появяването на недопустими напрем;ения на изводи-
те МУ*
1 поп
Малките трансформатори с вторично напрежение под iuuu v
и мощност под 1 MVA на ниската страна имат предпазители или
автоматични прекъсвачи. Откъм високата страна се поставя мак-
сималнотокова защита, която заработва като основна при в ъ
трешни к. с. и като резервна при външни. Защитата се изпълня
ва по няколко начина. Единият от начините е с вторични макси-
малнотокови релета както при големите трансформатори. Друго
изпълнение е с първични електромагнитни тоиови релета с ди
ректно действие. Така изпълнената защита е проста, евтина, ня
ма ТТ и оперативна верига. При заработване релето чрез лосто
ва система направо изключва прекъсвача. Недостатъкът й е, че
релетата са груби, с големи грешки, недостъпни, когато транс
331
форматорът е под напрежение. Защитата е подходяща за малки
подстанции и трансформаторни постове, където токовете на к. с.
са сравнително малки.
Защитата на малките трансформатори може да бъде изпълне
на и със стопяеми предпазители високо напрежение. Това е с ъ
що проста, евтина и лесноизпълнима защита. Но има много не
достатъци. Предпазителите им лт малка изключвателна мощност
и затова се поставят само в подстанции, много отдалечени от
мощни електртчески централи, където мощността на к. с. е мал
ка. Друг недостатък е това, че предпазителите имат зависима
времетоксва характеристика с голямо раз'ейване и това затруд
нява съгласуването на другите защити с тях. Възможно е да из
гори един предпазител и трансформаторът да остане да работи на
две фази, което много силно го прегрява. Предпазителите висо
ко напрежене и чат и някои експлоатационни неудобства при смя
ната им и при включване и изключване на трансформатора. По
ради тези недостатьци те се използуват само при трансформатори
с малка мощност.
,
По при т и п към автотрансформаторите се поставят същите защити
както и към тринамотъчните трансформатори, но се отчитат осо
беностите им. Основна защита е диференциалната. Тя обхваща и
трите страни на автотрансформатора. В сединителните проводи,1-
ци между трите групи ТТ протича алгебричната сума от токове
те в трите страни, която при нормална работа е равна на неба-
лансирания ток. Най-подходяща в случая е диференциалната з а
щита със спирачна характеристика поради големия небалансиран
ток. Към нея се добавя и блокировка от намагнитващите токове-
Газовата и корпусиата защита са същите и със същото предна
значение както при трансформиторите. Максималнотокова защита
от външни к. с. се поставя от трите страни. Закъсненията се
степенуват, като по-малките закъснения са на изходящите стра
ни, а по голямото — на захранващата. При автотрансформатори
те поради общата намотка между високото и средното напреже
ние токовете с нулева последователност при еднофазни к. с. от
едната страна протичат и в другата страна. Затова защитата от
еднофазни к с. се прави посочна. С това се осигурява селектив
ното й действие. Освен това тук трябва да се използуват три-
трансформаторни филтри за токове с нулева последователност,
съставени от три ТТ.
Защитата от претоварване е максималнотокова със закъснение
и се поставя на високата и ниската страна. Настройката й откъм
високата страна се определя от пренасяната мошност на ав^о-
трансформатора, а тази на ниската — от типовата. Когато авто-
трансформаторът е в режим, при който се пренася мощност от
средно напрежение към високо и ниско или от средно и ни:ко
към високо, поставят се три защити от претоварване на трите
намотки. Подробно това е разгледано в [1J.
332
13.2 Защита на събирателни шини
Събирателните шини са изчислени така,
че издържат токовете при к. с. на присъединенията към тях.
Затова не се поставят защити, които да реагират при външни к. с.
Те имат защити само от къси и земни съединения на самите
шини.
Шините издържат електродинамичните действия на големите
токове на к. с. Но термичната им издръжливост е ограничена.
Освен това к. с. на шините могат да нарушат паралелната рабо
та на генераторите и да предизвикат голяма системна авария.
Тежки са последствията и от дъгата в мястото на повредата. З а
това трябва да имат релейна защита, която бързо и селективно
да ги изключва.
Събирателните шини могат да се разглеждат като част от
електропроводите или от неволите на генераторите. Тогава те се
включват към зоните иа техните релейни защити. В този случай
обаче защитата изключва к. с. със закъснение, което понякога е
недопустимо. Към събирателните шини средно напрежение на под
станциите и към шините на електрическите централи с малка
мощност не се поставят отделни защити. Специална бързодейству •
ваща релейна защита е необходима за шините на генераторно
напрежение в мощните електрически централи и на шините висо
ко напрежение на подстанциите. Тя реагира на всички видове к. с.
на шините и изключва прекъсвачите hj всички захранващи при
съединения. Използуват се най често диференциални защити, а
по рядко токови, посочни, дистанционни и земни.
'Принципната схема на диференциална токова защита за една
шинна система или една секция е показана на фиг. 13.3. Защ и
тата се изпълнява трифазно и трирелейно. На фигурата е дадена
само едната фаза. На всички присъединения към шините се по
ставят токови трансформатори с еднакви коефициенти на транс
формация. Вторичните им намотки с едноименните си краища се
свьрзват паралелно и към тях се съединяват то совите релета.
Зоната на защитата е заградена от токовите трансформатори. Тя
включва и прекъсвачите на присъединенията. При късо съедине
ние в зоната на защитата към него протичат токовете от всички
присъединения със захранване. В съединителните проводници на
защитата към релето всички токове, приведени към вторичната
страна на ТТ, се сумират и релетата яаработват. Ако к. с. е на
вън по някой извод, към шините протичат токовете от захран
ващите присъединения, чиято сума е равна на тока к. с. В с ъ
щото време този ток протича в обратна посока към повредата.
В резултат сумата от токовете към защитата е нула и тя не за
работва. Към релетата протича само небалансираният ток от ТТ
вследствие на разликите в намагнитващите токове, на натовар
ването и грешките на ТГ. Тук небалансираният ток е по-голям
333
поради това, че коефициентите на трансформация на Т Т са ед
накви, а в първичните им намотки протичат различни токове. За
да се намали влиянието на небалансираните токове, между 7 Т и
релетата се поставят междинни насищащи се трансформатори.
Токът на заработване на реле
тата и на защитата се отстройва
от максималния небалансиран ток,
който може да се определи при
близително по (12.16). Стойността
е приблизителна, защото по фор
мулата се взема грашката само на
един ТТ. Токът на заработване се
изчислява по (12.17) и (12 18). Той
трябва да бъде по-голям от мак
сималния работен ток на най-мощ-
ното присъедиение, за да не зара
боти защитата при неправилно
прекъсване на проводник към токовите трансформатори. Коефи
циентът на чувствителност се получава по (12.6) и трябва да
бъде по-голям от 2.
Разгледаната схема се нарича пълна диференциална защита,
защото обхваща всички присъединения към шините. При шини,
от които изводите са с реактори или с трансформатори, се из
ползува схема на непълна диференциална защита. Това са най-
често генераторни шини с изводи за близки потребители. При та
зи схема ТТ за защитата се поставят само на захранващите при
съединения. Защитата има две стъпала. Първото е диференциал
на токова отсечка, която заработва мигновено. Гокът й на зара
ботване се отстройва от максималния ток на к. с. непосредстве
но след реактора или трансформатора, към който се прибавя то
кът на товара на здравите изводи, увеличен с 204-30% поради
намаляването на напрежението на шините [1]. Второто стъпало е
максималнотокова защита с ток на заработване, o iстроен от мак
сималния работен ток на защитаваната секция. Ако секцията е
включена към автоматиката за резервното захранване АВР, към
максималния ток на секцията се прибавя и токът на тзвара,
включван от АВР и увеличен с тока на самопус кането на елек
тродвигателите.
При к. с. на шините заработва диференциалната токова отсеч
ка, понеже към токовото реле протича целият ток на к. с.
ко
тя откаже, тогава диференциалната максималнотокова защита със
закъснение като резервна изключва прекъсвачите на всички за
хранващи присъединения. Iiри к. с. на присъединенията със зл
хранване и двете стъпала на защитата не зараоотват, защото раз
ликата от входящите и изходящите токове па шините е нула.
При к. с. след реактор или трансформатор диференциалната токо
ва отсечка не заработва, а заработва само максималнотоковата.
Фиг. 13.3 Принципна схема за ед
на фаза на пълна диференциална
защита на единична шинна систе
ма или секция
334
Със закъснението си тя изчаква заработването на защитите на
изводите. Ако те откажат или откаже прекъсвач, тогава второто
стъпало на диференциалната защита на шините като резервно из
ключва прекъсвачите на всички захранващи присъединения.
При двойна шинна система, когато едната е работна, а дру
гата резервна, към всяка система има диференциална токова за
щита. Тя се изпълнява по същия начин както при единична шинна
система. При необходимост за ограничено време присъединенията
се прехвърлят от работната към резервната шинна система. Въз-
мо/кно е преди прехвърлянето на нея да има к. с., което се про
явява едва когато се включи напрежение към нея. В такъв слу
чай заработва диференциал ата защита. Целесъобразно е веднага
да се изключи шиносъединителният прекъсвач, без да се изключ
ват прекъсвачите на присъединенията. Това се осъществява чрез
добавяне на две помощни рглета към диференциалната защита на
работната шинна система. Едното от тях е с два контакта със
забавено връщане [1]. Включването на шиносъединителния пре
късвач става със задействуването на това реле. Едновременно с
това то прекъсва оперативната верига за изключване на остана
лите прекъсвачи. Ако има к. с. на резервната шина, заработва
диференциалната затцчта и изключва само шиносъединителния
прекъсвач.
При двойна шинна система, когато работят и двете шини едно
временно с фиксирано разпределение на присъединенията, се из
ползува специална диференциална защита, която трябва да из
ключи селективно само повредената шина. Еднолинейната й схема
е дадена на фиг. 13.4 Към всички присъединения се поставят т о
кови трансформатори с еднакви коефициенти на трансформация.
Едноименните им краища се свързват паралелно, както е показа
но на фигурата. Към шиносъединителния прекъсвач QA има ТТ
от двете страни, свързани в общата схема кръстосано. Защитата
действува правилно независимо от това, дали шиносъединител
ният прекъсвач е включен или изключен. Тя се състои от обща
част с измервателното реле КАЗ и избирателна част с релетата
КЛ1 и /042, която трябва да определи коя от двете шини е по
вредена и да я изключи селективна. Поотделно избирателните ча
сти са диференциални защити на съответните шини А и Б. При
заработване токовото реле КАЗ на общата част чрез помощно
реле изключва шиносъединителния прекъсвач QA, релето КА1 —
прекъсвачите на присъединенията към шини Л, и релото КА2—
към шини Б. Кръстосаното свързване на токовите трансформа
тори ТА1 и ТА2 позволява шиносъединителният прекъсвач QA да
се включи в зоната на защитата. Токовият трансформатор ТА1 уча
ствува в една група с ТТ на присъединенията към шини А, а
ТА2 — към шини Б. За всяка група са приети положителни по
соки на токовете към съответните шини, показани на фигурата.
За такова изпълнение на схемата при нормална работа и при
335
външно к. с. сумата от входящите и изходящите токове спрямо
съответните шини за всяка група ще бъде нула. През релетата
протичат само небалансирапите токове, които тук са сравнително
големи. Релетата се огстройват от тези небалансирани токове.
*
' ТА2
Qqa
♦ ТА1
tГи
■х
i
12_Е
А
Б
tР
КА1
КАЗ
КА2
изкл.
1.2
изкл.
QA
изкл
ЗЛ
Ф и г . 13 4. Диференциална зашита на двойна шинна система с ф и к »
сирано разпределение на присъединенията
За увеличаване на чувствителността токовите релета се съединя
ват през междинни насищащи се трансформатори, които ограни
чават апериодичната съставка на тока при външни к. с.
Когато шиносъединителният прекъсвач е изключен, при к. с. на
една от шините заработва релето КАЗ и съответното токово ре
ле в избирателната част. Изключват се прекъсвачите към повре
дената шина. Когато шиносъединителният прекъсвач е включен и
двете шинни системи работят паралелно, за здравата шинна си
стема входящите токове са равни на изходящия през QA, а за
повредедената всички токове са входящи, сумират се и задей
ствуват релето КАЗ, което изключва QA, и съответно избирател
но токово реле, което изключва присъединенията към повреде
ната шина.
Защитата е сравнително проста, бързодейстпуваща, селективна
и достатъчно чувствителна. Недостатък е наличието на дълги
съединителни проводници между токовите трансформатори и ре
летата. Освен това при изменение на фиксираното разпределение
на присъединенията към двете шинни системи схемата на защи
тата трябва да се промени, за да заработва селективно. Тази
336
схема може да се приложи към секционирана шинна система с
две секции, като се спазва посоченият начин на свързване на то
ковите трансформатори.
Освен разгледаната диференциална токова защита за събира
телните шини се използува и диференциално-фазна, която срав
нява фазите на токовете на присъединенията към шините.
Към секционните прекъсвачи (СП) се поставя токова защита в
няколко възможни изпълнения. Когато на изводите от секциите
има защита със стъпална характеристика, към секционния пре
късвач се поставя такова защита с две стъпала, които се съгла
суват със съответните стъпала на външните защити. Зоната тряб
ва да бъде по малка, а закъснението — по-голямо от тези на за
щитите на изводите. Ако те са едностъпални, токовата защита
към СП също е едностъпална със закъснение с At по-голямо от
най-голямото закъснение на защитите на изводите. И в двата слу
чая токовата зашита на СП е резервна на външните. Когато к. с.
е на шините, защитата със закъснение изключва секционния пре
късвач и запазва електрозахранването на потребителите от здра
вата секция. Едностъпалната максималнотокова защита може да
се изпълни с блокиране от външните защити. За целта в опера
тивната верига между токовото и релето за време се включва
помощно реле с нормално затворен контакт. При к. с. на изво
дите и заработване на техните защити те задействуват помощ-
ното реле. то отваря контакта си и по този начин блокира дейст
вието на токовата защита. Секционният прекъсвач не се из
ключва. При отказ на защитата на извода или при к. с. на шини
те токовата защита не се блокира, заработва и изключва СП. В
този случай тя може да има минимално закъснение.
Максималнотокова та защита към секционния прекъсвач може
да се изпълни с ускорено действие- С едно помощно реле с нор
мално затворен контакт се шунтира релето за време. При к. с.
на шините защитата заработва мигновено, понеже релето за вре
ме е шунтирано. Ако к. с. е на изводите, заработват техните за
щити. Те задействуват помощното реле и то отваря контакта си.
1ака се освобождава релето за време и защитата работи със за
къснение като резервна.
Когато изводите от секциите са с реактори или трансформато
ри, към секционния прекъсвач може да се постави токсва отсеч
ка. 1я се отстройва от максималния ток на к. с. непосредствено
след реактор или трансформатор. Заработва само при к. с. на
шините или в отсечката на изводите от шините до реактора или
съответно до трансформатора. С мигновена токова отсечка може
да се осъществи и автоматично секциониране на мрежата или
автомаггчно отделяне с оглед да се намали токът на к. с. и тер
мичното му действие внрху съоръженията.
Максималнотоковата защита и токовата отсечка към секцион-
22 Електрически подстанции
337
ния прекъсвач действуват селективно само при две секции на
шините и при едностранно захранване.
Към шиносъединителя и обходния прекъсвач обикновено се
поставят същите защити, които се предвиждат за присъедине
нията към шините. Зт събирателните шини понякога се използу
ват посочни и дистанционни защити. За увеличаване на надежд
ността на захранването на потребителите се прилага и специално
устройство към шините за резервиране на прекъсвачите. При от
каз на прекъсвач или релейна защита на повредената линия уст
ройството заработва и изключва прекъсвачите на всички захранва
щи присъединения
13.3. Защити на електродвигатели
Най-честите повреди в електродвигатели
те са различните видове къси и земни съединения в статора
При междуфазни к. с. електрическата дъга и големият ток могат
да разрушат намотките, изолацията им и корпуса на двигателя.
Пониженото напрежение до повредения електродвигател може да
наруши работата на останалите потребители. Поради това при
междуфазни к. с в статора двигателят трябва веднага да се из
ключи.
При еднофазните корпусни съединения в електродвигателите,
които работят в мрежи с директно заземена неутрала, през м я
стото на повредата протича голям ток и затова трябва да се из
ключват веднага. Използуват се защитите, които заработват и
при междуфазни к. с. За целта те се изпълняват трифазно.
В двигателите, които работят към мрежи с изолирана или за
земена през голямо съпротивление неутрала, при корпусно с ъ е
динение протича неголям ток, който не е опасен. Обаче в този
случай здравите фази получават повишено напрежение и при не
добра изолация може да се получи второ земно съединение на
друга фаза и повредата да прерасне в двуфазно к. с. през земята.
Затова трябва да има релейна защита, която да сигнализира, че
се е появило земно съединение. Ако токът през корпусното (зем
ното) съединение е голям, защитата трябва да изключи двигате
ля мигновено.
Възможни са к. с. между навивките на една и съща фаза. То
ва е опасна повреда. Но специалните защити от такава повреда
при двигателите високо напрежение са много сложни инай-чесю
не се използуват. Разчита се на защитите от междуфазни к. с.
В синхронните двигатели са възможни повреди и във възбуди
телната верига. Това може да приведе двигателя в асинхронен
режим. Затова се поставя защита, която веднага да го изключи.
Електродвигателите са подложени на претоварване, предизви
кано от претоварване на задвижвания механизъм, от повреди в
338
механическата част на електродвигателя или на задвижвания ме
ханизъм, от понижаване или изчезване на напрежението и свър-
1аното с това намаляване на честотата на въртене, от прекъсване
ia една фаза на захранващата верига и др. При претоварване
фез статорните намотки на електродвигателите протичат големи
окове, които са опасни с термичното си действие. Двигателите
,югат да издържат повишения ток ограничено време. Допустима*
:а продължителност на претоварването може да се определи по
фиблизителната формула
^доп= No—\
(13.3)
Валичината k е кратността на тока на претоварването по отноше-
ше на номиналния ток на двигателя. Ако липсват точни данни,
коефициентът А може да се приема ориентировъчно 250 за закри
вите електродвигател и 150 за откритите [1.] Защитата реагира
ia тока в статора и със закъснение, по-малко от /до„, сигнализира
1Ли изключва двига еля.
При понижаване или изчезване на напрежението на мрежата
1вигателят започва да спира След възстановяване на нормално-
го напрежение, ако двигателят не е бил изключен, той се самопус*
<а. Не всякога е необходимо към двигателя да има специална за-
цита от пошжено напрежение. В случаите, когата сгмопускане-
го на двигателя е недопустимо или трябва да се осигури само-
1ускането на други двигатели, поставя се защита от минимално
«апрежение.
С оглед на възможните повреди и опасни режими за ел ктро-
авигагелите се използуват токови или диференциални защити от
междуфазни повреди, от корпусни съединения и от претоварване
I минималнонанреженови защити от понижено напрежение. Към
олемите синхронни двигатели се поставят и защити от асинхронен
зежим.
При двигателите с напрежение над 1000 V п с мощност до
5 MW основна защита от междуфазни к. с. в статора е токовата
зтсечка. П^и заработване тя изключва двигателя без закъснение.
Принципната й схема в два варианта е показана на фиг. 13.5. В
първия вариант има само едно токово реле, през което протича
разликата от фазовите токове. Схемата е по-евтина, но с по-мал
ка чувствителност. Много често тази схема се изпълнява с токо
во реле със зависима характеристика и служи и като защита от
претоварване. Изпълнението с едно токово реле се използува за
двигатели до 2 MW [2-1]. Втората схема с две токови релета е
по-чувствителиа. Тя има еднаква чувствителност при всички меж
дуфазни к. с. Използува се при двигатели от 2 до 5 MW [24].
Токът на заработване се отстройва от пусковия ток на двига
теля и се определя по формулите
/33•= k 0TIпуск »
(13.4)
339
J
^OTCXJ
'зр— Г
^пуск •
ктт
(13.5)
В тези формули /пуск е макималният пусков ток на електродви
гателя, олределен към първичната страна на токовите трансфор
матори. Коефициентът на схемата kcx е равен на \/3 за
първия
вариант и на 1 за втория.
Фиг. 13.5. Токова отсечка на електродвигатели, изпълнена с едно
и двз токови релета
Токовата отссчка действува мигновено. Затова токът на зара
ботването й трябва да се отстрои и от токовия удар при пуска
не и самопускане на двигателите, причинен от апериодичната с ъ с
тавка. На фиг. 13.6 е показана обвивната крива на тока при пус
кане на асинхронни двигатели Вижда се, че в началото на пуска
нето токът е много голям Подобен ток може да се получи и
при самопускането нч електродвигателите, ако през интервала на
прекъсването на напрежението двигателят е спрял. За да не зара
боти токовата отсечка, / 33 трябва да бъде по-голям от този то
ков удар. Затова се приема kor= 1,8 за релета с неголеми греш
ки и /гот= 2, когато грешките на релетата са големи. В някои
случаи при груби релета kOT може да достигне до 2,5 [1].
Защитата може да се отстрои и по време. Въвежда се закъс
нение от порядъка на 0,04-1-0,06 s. Обаче това забавя изключва
нето на к. с. и се въвежда само тогава, когато закъснението е
допустимо.
Чувствителността на защитата се определя от коефициента на
чувствителност при к. с. на изходните схеми на двигателя. Той
трябва да бъде по-голям от 2 [1].
Токовата отсечка на електродвигателите се изпълнява с по
стоянен или променлив оперативен ток. Може да се изпълни с
първични или с вторични релета с директно действие. При синхрон
ните двигатели тя трябва да отвъзбужда двигателя чрез АГП в
340
момента на изключването на прекъсвача. Защитата е проста, ев
тина, бързодействуваща, селективно изключва късото сьедине-
ние. Недостатъкът й е, че има мъртва зона. Независимо от това
тя се поставя почти към всички двигатели.
За електродвигателите с мощност над 5 MW се използува
Фиг. 13.6. Обвивна крива па пусксвия ток на асин
хронен двигател
надлъжна диференциална защита от вътрешни к. с. Изпълнява се
по схемата с циркулиращи токове. За да може да се приложи
такава защита, статорната намотка на е тектродвигателя трябва
да е изведена навън и откъм нутралата. H tбалансираният ток и
токът на заработването се получават по (12.16). (12.17) и (12.18),
като токът на външно к. с. се замества с максималния пусков
ток. Коефициентът на чувствителност, определен по (12 16) при
максимален ток на двуфазно к с. на изводите на статорната на
мотка, трябва да бъде по-голям от 2 [1]
За двигателите с неголяма мощност диференциалната защита
се изпълнява двуфазно и двурелейно. За големите двигатели тя е
трифазна и трирелейна. Когато е към синхронни двигатели, ед-
новремено с изключването тя ги отвъзбужла чрез АГ'П.
Когато двигателите с напрежение над 1000 V работят в мрежи
с изолирана неутрала или в компенсирани мрежи, към тях се по
ставя корпусна (земна) защита. Тя е токова за токове с нулева
последователност, получени от съответни филтри. Токът на зара
ботване се отстройва от капацитивния ток на двигателите и се
определя по формулата
/зз=&от&а 3(0 Со £/ф.
(13.6)
Тук С 0 е капацитетът към земята на една фаза на статорната
намотка на двигателя и на токопроводите до филтъра за токове
с нулева последователност, коефициентът на отстройване k0т има
341
стойност между 1,2 и 1,3. Коефициентът кл отчита ударите на
капацитивния ток. При мигновените защити и при появяване на
дъга с прекъсване в мястото на корпусното съединение той има
стойности от 3 до 4, при защити със закъснение 1-^2 s — от
1,5 до 2, а при защити, които само сигнализират, той е едини
ца [1].
Корпусната защита се поставя към двигатели с мощност над
2 MW, ако токът на корпусното съединение е rio-голям от 5 А, а
при по-малките двигатели —при ток, по голям от 10 А [24]. То*
кът на заработване при големите двигатели не трябва да бъде
по-голям от 5 А, а при по-малките — от 10 А [24]. Защитата има
мъртва зона до неутралата и затова се препоръчва периодично
да се проверява изолационното съпротивление на статорната на
мотка [1].
Електродвигателите с напрежение под 1000 V имат защита от
външни к.с , изпълнена с предпазители. Те се избират така, че влож-
ката им да не изгаря при пускане и самопускане на двигателя.
При трифазните електродвигатели недостатъкът на тази защита
е, че при изгаряне на един предпазител двигателят остава да
работи на две фази, което значително го претоварва. Затова
препоръчва се такава защита да се поставя, когато при двигате
ля има обслужващ персонал.
По-добра е защитата с автоматични прекъсвачи. В тях има
първични електромагнитни максималнотокови релета с мигнове
но и директно действие, които заработват като токова отсечка
при вътрешни к. с. и изключват двигателя от мрежата При мощ
ни електродвигатели се използува и токова отсечка с вторични
релета с директно действие, които се съединяват със захранва
щата верига през ТТ. Защитата се изпълнява трифазно и трире-
лейно. Тя действува при всички къси и корпусни съединения в
двигателя.
Към електродвигателите се поставя и защита от претоварва
не. Към тези с напрежение над 1000 V се използува токова за
щита с независимо от тока закъснение, поставена само към една
от фазите на захранващата линия. Токът на заработване на ре
лето се отстройва от номиналния ток на електродвигателя / ном
и се определя по
/=
-
*гф-/(13
.
7
)[
kBkJT
Коефициентът на отстройване се приема от 1,05 до 1,1. Защита
та има закъснение от порядъка на Юч-15 s, а понякога и 20 s- *
При заработване тя изключва електродвигателя от мрежата или
ако това е възможно, азтоматично ра)товарва задвижвания меха
низъм. Когато при двигателите постоянно има обслужващ пер
сонал, допуска се защитата само да сигнализира.
312
Възможностите за претоварване на двигателите се използуват
по-добре, ако се постави токова защита със зависима от тока
характеристика. Тогава при по-малко претоварване закъснението
за изключване е по-голямо. Релето се настройва така, че зави-
симата характеристика да б ъ д е под кривата £доп, получена от зави
симостта (13.3) Такава характеристика може да се получи с ин-
дукционно, термично или електронно реле. 11ма релета, в които
се съчетават едновременно функциите на токовата отсечка oi
к. с. и токовата защита от претоварване в зависима харак
теристика.
Като защига от претоварване за двигателите с напрежение под
1000 V най-често се използуват токови термични релета със за
висима характеристика, поставени в автоматични прекъсвачи.
Понякога се употребяват и температурни защити от претоварва
не. Те се състоят от терморезистори, поставени в двигателите,
и температурни релета- При претоварване температурата в дви
гателя се повишава и защитата заработва.
При кратковременно намаляване или изчезване на захранващо
то напрежение електродвигателите могат да остават включени
към мрежата. Поради намаленото напрежение те намаляват често
тата си на въртене. При възтановязане на напрежението започ
ва процес на самопускане и увеличаване на честотата на въртене.
В такъв случай не е необходимо към електродвигателите да се
поставя защита от намалено напрежение. Минималнонапрежено-
зата защита се поставя само към следните двигатели: а) двига
тели към неотговорни механизми с цел да се изключат за об
лекчаване на самопускането на останалите; б) двигатели, пуска-
рето на които не може да стане с пряко включване на напреже
нието или не могат да се самопуснат без разтоварване ; в) дви
гатели към механизми, които по технологични причини или с о г
лед на безопасността на псрсонала не могат да останат на
самопускане.
Минималнонапреженовата зашита най-често се изпълнява като
групова. Минималнонапреженовите релета се съединяват към вто
ричната верига на напреженов трансформатор на събирателните
шини. При заработване те със закъснение изключват едновремен
но определена група електродвигатели Защ итата се състои от
две или три минималнонапреженови релета, включени към раз
лични междуфазни напрежения, за да осигури заработването й
при всички видове междуфазни к. с. Ако се прекъсна вторична
та верига или изгори предпазител на напреженовия трансформа
тор, защитата заработва лъжливо. Затова се поставя автомат
или специално устройство за контролиргне на напреженовите
вериги, които да предотвратят лъжливото й действие.
В литературата [1, 30] се препоръчва за електродвигателите,
които трябва да се изключат с оглед на осигуряването на само
пускането на останалите, напрежението на заработване U33 да
бъде (0,6-г0,7) £/Ном и закъснението — £=0,54-0,7 s. 1ова означа-
343
ва, че тези електродвигатели се изключват при неголямо пони
жаване на напрежението и с малко закъснение. В останалите
случаи изключването става при по-голямо и по-продължително
понижаване на напрежението. Приемат се настройките: £/33=
= (0,454-0,50)£ /Ном и /=64-10 s.
При двигателите ниско напре
жение функциите на защитата се
изпълняват от автоматичните пре
късвачи, които при понижаване
на напрежението автоматичпо се
изключват. В някои случаи се
поставят специални първични ми
нималнонапреженови релета с ди
ректно действие.
Синхронните двигатели могат
да преминат в асинхронен режим.
Причини за това с а : претоварване,
значително понижаване на напре
жението на захранващата мрежа,
намаляване
или прекъсване на
възбудителния ток, люлеения в
енергосистемата. Синхронните двигатели не могат да работят про
дължително време в такъв режим. Затова към тях се поставя
специална защита. Тя с определено закъснение или задействува
автоматика за разтоварване на задвижвания механизъм и за ре-
епнхронизация, или изключва двигателя от мрежата. Новото включ
ване трябва да стане автоматично или ръчно.
Защитата реагира на тока в статора. Тя трябва да отчете ха
рактера на изменението на този ток при асинхронен режим. Той
е даден на фиг. 1
-3.7. На фигурата са отбелязани токовете: в
статора / сг, на заработването / 33 и на връщането / в на за^цитата.
Когато токът в статора достигне точката а, токовото реле на
защитата заработва. При достигане на точката б то се връщ а и
в точката в отново заработва. В интервала Д t то не работи. По
неже закъснението на защитата е доста голямо и релето за вре
ме трябва непрекъснато да работи през това закъснение, включи
телно и през интервала Д t, неговата верига трябва да бъде по
стоянно включена след първото заработване на токовото реле.
Това се постига с допълнително помощно реле П със закъсне
ние при връщане, по-голчмо от интервала At. Схемата е дадена
в [1]. След първото заработване на токовото реле се задействува
релето П. То включва оперативната верига за време, което
за точва да отчита закъснението. Пргз интервала Д t релето П
задържа контакта си затворен. При новото заработване на токо
вото реле релето П отново се задействува и продължава да дър
жи контакта си затворен. Това продължава така до края на опре
деленото закъснение, когато защитата изключва прекъсвача на
Фиг. 13.7. Ток в статора при асин
хронен режим на синхронния дви
гател и ток на заработване и на
връщане на защитата
344
електродвигателя. Недостатък на тази схема е това, че защ и т а
та заработва и при претоварване на двигателя.
За да не заработи при претоварване, защита със същ ата схе
ма може да се постави във възбудителната верига на синхрон
ния двигател. Използува се токов трзнсформатар с въздушна
междина, за да не се насища от постоянния ток. При нормална
работа постоянният ток във възбудителната верига не се транс
формира към защитата. При асинхронен режим токът на биене в
статора, показан па фиг. 13.7, индуктира променлив ток във в ъ з
будителната верига. Той се трансформира във веригата на токо
вото реле и защитата заработва. Тя работи по същия начин,
както е описано по горе.
Разработени са защити от асинхронен режим и на други прин
ципи: чрез измерване на ъгьла между векторите на напрежение
то и тока в статора, чрез отброяване на биенияга и др. [1].
Глава XIV
Аварийна автоматика
14.1 Автоматично включване
на резервното захранване
Електрозахранването на потребителите е
по-евтино и по-просто, когато се осъществява от един електро
провод или един трансформатор. Освен това за намаляване на
токовете на к. с. и за облекчаване на работата на съоръжения
та целесъобразно е електрическите мрежи да се секционират.
Обаче з тези случаи се намалява надеждността поради това, че
при повреди на захранващите линии и трансформатори снабдява
нето на потребителите с електрическа енергия се прекъсва. За да
се увеличи надеждността и непрекъснатостта на електрозахран-
в?нето, въвежда се специална автоматики за автоматично включ
ване на резервното захранване, означена съкратено с АВР.
Автоматиката се поставя откъм захранващата страна на даде
но съоръжение с предназначение при голямо понижаване или из
чезване на напрежението да включи резервен източник — генера
тор, трансформатор, линия, съседна секция. Понякога такава ав
томатика се поставя към отделно съоръжение с цел при повреда
и изключване да се включи резервното съоръжение (агре
гат) [2, 16]. За изпълнението на тззи задача трябва да се разпо
лага с резервен източник с необходимата мощност, готов да за-
хпани потребителите веднага.
Функциите, които изпълнява АВР, са контролни и изпълнителни.
345
Автоматиката контролира наличието на напрежение на редовно
захранващите шини и наличието на напрежение на резервния из
точник. Последното се нарича „дежурно напрежение“. При изчез
ването на захранващото напрежение трябва да се даде управля
ващ сигнал за заработването само тогава, когато е налице дежурно
напрежение Изпълнителните функции са следните: автоматиката
изключва прекъсвача на редовното захранване, включва прекъс
вача на резервното захранване и ако е необходимо, разтоварва
съоръжението.
Основните изисквания към АВР са: да работи със закъснение,
да има еднократно действие, да не заработи при ръчно изключва
не на съответните прекъсвачи (2]. Автоматиката трябва да рабо
ти със закъснение, за да изчака угасването на дъгата в мястото
на к. с. и заработването на релейната защита, която трябва да
изключи повредения участък и да възстанови нормалното напре
жение. Закъснението е необходимо и за това автоматиката да не
заработи през безтоковата пауза на АПВ при преходни к. с. Ос
вен това закъснението осигурява незаработвапето на АВР при
внезапно включване на голям електрически товар и кратковремен
но понижаване на напрежението.
Закъснението на АВР не трябва да бъде голямо. То трябва да
се съобрази с възможностите за самопускане на електродвигате
лите. При аварийно изключване на напрежението голяма група
електродвигатели остават включени към мрежата. През безтоко
вата пауза, т. е. времето, през което токът към потребителите
е прекъснат, двигателите намаляват честотата на въртене. Без
токовата пауза съдържа нарочното закъснение на АВР, времето
за изключване на прекъсвача на работното захранване и време
то за включване на прекъсвача на резервното захранване. След
безтоковата пауза АВР включва резервното напрежение и двига
телите започват режим на групово самопускане. Ако безтоковата
пауза е по-продължителна, по-голяма част от двигателите са
спрели и при самопускането общият ток е по-голям. Това пре
дизвиква по-голямо понижаване на напрежението на захранващи
те шини и затруднява развъртането на двигателите, самопуска
нето трае по-продължително време и двигателите могат да се
прегреят над допустимата температура. При по-краткотрайно пре
късване на електрозахранването токът е по-малък, понижава
нето на напрежението е по-малко и самопускането е по-леко и
по-бързо. Затова закъснението на АВР трябва да бъде по
възможност по-малко. То трябва да осигурява напрежение на
шините след АВР, не по-ниско от 70 °/о от номиналното [22[.
Наблюдавани са случаи, когато самопускането на електродвига
телите в електрическите централи се осигурява и при по-ниски
напрежения [2]. За да се обезпечи нормалното спускаге, предва
346
рително трябва да се изчисли общата мощност на електродвига
телите, които остават на самопускане [2].
Пускането на автоматиката за включване на резервното захран
ване става от минималнонапреженови релета. 1е следят напреже
нието на обекта и при силното му понижаване или изчезване да
ват управляващ сигнал за задействуването на АВР. Автоматика
та може да се пусне и от блокконтакта на прекъсвача на захран
ващата линия. При изключване на прекъсвача блокконтактът за
действува АВР. Автоматиката за включване на резервен агрегат,
когато се изключи основният, може да се пусне не само от напре
жението, но и от някои неелектрически величини, като налягане,
скорост, ниво на газ или течност и др
Различни случаи на използуване на АВР са показани на фиг.
14.1. Дадените на фигурата АВР се задействуват при изчезване
на напрежението. Със стрелки са показани посоките на управлява
щите сигнали за задействуване на автоматиката, за изключване на
прекъсвачите на редовното захранване и за включване на прекъс
вачите на резервното захранване. Изключените при нормална ра
бота прекъсвачи са защриховани.
В случая, показан на фиг. 14.1 а, АВР може да се осъществи
при всички изключвания на редовното захранване. При схемите
б, в и г автоматично включване на резервното захранване става
само при повреди в показаната захранваща линия или трансфор
матор. В схемата г АВР з а м е с т в а редовно работещият трансфор
матор с резервен. Резервиращите линия и трансформатор трябва
да имат мощност, която отговаря на мощността на редовно ра
ботещите елементи. В схемата в след АВР могат да се захран
ват само част от потребителите на резервираната секция. По схе
мата д АВР само прехвърля захранването към дежурното напре
жение, а по е — заменя редовно работещия агрегат с резервен.
На фиг. 14.2 е дадена принципна схема на АВР към шини на
подстанция. Шините се захранват нормалио от линията с прекъс
вач Q1. Линията с прекъсвач Q2 е резервна. Автоматиката съдър
жа два напреженови трансформатора IV1 и 7 V2, минималнона
преженови релета KV 1 (на фигурата са обобщени в едно реле),
максималнонапреженовото реле /(V2, реле за време К1 11 помощ-
но реле KL.
При нормално напрежение на шините контактите на релетата
KV1 са отворени. При наличие на дежурно напрежение контак
тът на релето KV2 е затворен. Когато по някаква причина изчезне
напрежението на шините, релетата KV 1 затварят контактите си
и подават оперативно напрежение към релето за време. При едно
временно затворени контакти на релетата /ч V7 и К \ г2 (при и з
чезнало работно напрежение на шините и наличие на дежурно
напрежение) заработва релето за време КТ. След нагласено за
къснение то задействува механизма за изключване на прекъсвача
Q1. Той се изключва, ако вече не е изключен от релейната за
щита.
347
L-rJ
У
\
\
4
-.П
L_!
/
ад*
_JL
J
ABP
Фиг. 14.1. Различни случаи на приложение на АВР
348
Релето KL задействува механизма за включване на прекъсва
ча Q2 на резервното захранване и едновременно с това осъщест
вява еднократно действие на АВР. Когато прекъсвачът Q1 е
включен, релето KL е задействувано и контактът му е затворен.
Фиг. 14.2. Принципна схема на А ВР към шини на
подстанция
Обаче оперативно напрежение към този контакт не се полава.
След изключване на прекъсвача Q1 релето KL се изключва, но
неговият контакт остава включен за малко време. През това вре
ме чрез блокконтакт на прекъсвача Q1 и чрез контакта на реле
то KL се подава напрежение към механизма за включване на
прекъсвача Q2 и той включва резервното захранване към шини
те. След закъснението на релето KL контактът му се отваря и
прекъсва веригата за включване на прекъсвача Q2. С това се
осъществява еднократно действие на АВР. Когато липсва релето
KL, възм^жно е да се получи непрекъснато включване и изключва
не на прекъсвача Q2.
Пусковият орган на АВР, релетата Д 1^7, има напрежение на
заработване, по-малко от остатъчното напрежение при самопуска
не или при к. с. след реактор или трансформатор (ако има таки
ва) на изводите на шините. С това се осигурява незаработването
на АВР при к. с. на изводите. Практически настройката на тези
релета е между 30 и 4 0 % от номиналното напрежение. Настрой
ката на релето К,\/2, което контролира наличието на дежурно на
прежение, трябва да бъде такава, че релето да се връща при
недостатъчно дежурно напрежение, да прекъсва оперативната ве
рига и да не разрешава заработването на АВР. Практически за
това реле се получава напрежение на връщане между 65 и 70 о
от номиналното [22]. Както бе обяснено по-горе, закъснение io на
АВР, настройката на релето за време К 7, трябва да бъде с едно
349
стъпало по-голямо от най-голямото закъснение на релейните за
щити на захранващите линии или трансформатори и на изводите
от шините. Такова закъснение е необходимо, за да се изчака из
ключването на външното к. с. Ако има въведе ю автоматично
повторно включване, АВР трябва да изчака и неговото закъс
нение.
14 2. Автоматично повгорно включване
Много от късите съединения, особено в
мрежите високо напрежение, са преходни. Това означава, че след
изключване на повредения участък причината за к. с. се самоот-
странява. Тогава без ремонт повреденият участък може да се
включи под напрежение и да се възстанови нормалното захран
ване. I ази задача се възлага на специална автоматика за повтор
но включване, отбелязвана съкратено с АПВ. Статистически е
установено, че при еднократно АПВ успешно възстановяване на
електрозахранването става в 65 % от случаите на к. с. При дву
кратни АПВ успешните случаи достигат до 90 % [2].
Предназначението на АПВ е бързо да
възстанови електро
захранването на потребителите, като автоматично включи изклю
чения от релейната защита участък. Пускането на устройството
за АПВ може да се извърши по три начина: от релейната защи
та, от блокьонтактите на прекъсвача или от ключа за управле
нието му. В първия случай при заработването на релейната за
щита едновременно с командата за изключване на прекъсвача тя
изпраща управляващ сигнал за задействуване на устройството
на АПВ. Недостатъкът на този начин е това, че действува само
при аварии. Във втория случай се използува един блокконтакт
на прекъсвача, който е отворен при включен прекъсвач. Когато
прекъсвачът се изключи, блокконтактът му се затваря и включва
оперативно напрежение към веригата за пускане на АПВ. Дейст
вието на АПВ е осигурено при всяко изключване на прекъсва
ча. При този начин на пускане към устройството за АПВ трябва
да има блокировка, която да блокира действието му в следните
случаи: при ръчна или телемеханична команда за изключването
му, при изключването му от общсстанционни защити или от ав
томатиката за честотно разтоварване, а също така и непосредст
вено след редовното включване на съоръжението. В третия
начин на пускане се използува ключът за далечно управление на
прекъсвача. При несъответствие между положението му и поло
жението на прекъсваиа автоматично се подава команда за пуска
не на АПВ. Това означава, че когато ключът се намира в поло
жение „включен прекъсвач“, а прекъсвачът се изключи, ведна
га се задействува АПВ.
След пускането на устройството за АПВ релето за време в не*
350
го измерва определеното нарочно закъснение г^дпв и след изти
чането му подава управляващ сигнал за включването на прекъс
вача. Времето от момента на изгасването на дъгата в изключе
ния прекъсвач до момента на повторното му включване се нзри-
на безтокова пауза. През това време към потреоиiелите няма
напрежение и асинхронните двигатели започват да спират. При
повторното включване захранването се въстановява и електродви
гателите преминават в режим на самопускане. За да се осигури
самопускането на повече двигатели, безтоковата пауза и н?роч-
ното закъснение на AI1B трябва да бъдат по-кратки. Минимумът
на безтоковата пауза трябва да бъде достатъчен, за да може
релейната защита да се върне в изходно положение и да се под
готви за ново заработване, задвижващият механизъм на прекъс
вача да се върне в изходно положение, прекъсвачът да се при
готви за включване и ново изключване, дъгата в мястото на
к. с. да угасне и средата около нея да се дейонизира. Пр~поръч
ва се при еднократно действие нарочното закъснение /а п в _ Да
бъде 0 ,3 4 -2 ,0 s, при двукратно втората пауза да бъде Юч-15 s,
а при трикратно третата пауза — 604- 120 s [22].
След повторното включване на прекъсвача възможни са два
изходни резултата. Ако к. с. е било преходно и е изчезнало през
безтоковата пауза, прекъсвачът остава включен. Това е успешно
АПВ. Ако к. с. е трайно и продължава, отново заработва релей
ната защита и изключва прекъсвача. Това е неуспешно АПВ.
Устройството за АПВ не се връща в изходно положение вед
нага след включването на прекъсвача. То изчаква повторното за
работване на релейната защита и повторното изключване на пре
късвача. Времето за връщане при еднократно АПВ е
t0=^ЛПВ Ч"^вкл пр + ^рз + ^изкл Г ф + ^рез-
(14-1)
Тук ^вкл пр и ^изкл пр са закъсненията на прекъсвача при включва
не и изключване. Времето tp3 съдържа пълното закъснение на
релейната защита. Поради неточното определяне на тези време
на предвижда се и резерв tpe3-
Изискванията към устройството за АПВ са [9]: а) да действу
ва при всички възможни изключвания на прекъсвача, с изключе
ние на случаите, предвидени предварително от персонала, или при
първоначално включване на прекъсвача и изключването му от
релейната защита при к. с / в него; б) да осигурява определена
кратност на действие; в) да осигурява необходимата безтокова
пауза и необходимото бързодействие; г) да се връща автоматич
но в изходно потожение след определеното време по (14 1)-
д) да има блокировка от многократно включване или от включ
ване при определени условия, например при действие на дифе
ренциална или газова защита на трансформатор.
Според броя на фазите, които се включват едновременно,
устройствата за АПВ са трифазни и еднофазни, а според броя
351
на циклите — еднократни, двукратни и трикратни. Устройствата
за АПВ се различават според вида на апаратурата. Най-разпро
странени са електрическите. Освен тях има механически, има и
изпълнение на АПВ с предпазители. Устройствата за АПВ за
електропроводи са различни според това, дали са предназначени
за едностранно или за двустранно захранвани линии.
При едностранно захранвани електропроводи устройствата за
АПВ трябва да отговарят на основните изисквания. Обикновено
се изпълняват трифазно с пускане от релейната защита или от
несъответствието между ключа за управление и положението на
прекъсвача. Възможно е използуването и на еднофазно повторно
включване — ЕАПВ. В мрежите високо напрежение най често се
появяват еднофазни к. с. Целесъобразно е да се изключва и да
се включва повторно само повредената фаза. По такъв начин се
запазва връзката с потребителите през другите две фази. Това
е преимущество на ЕАПВ. Неговите недостатъци са следните:
изисква прекъсвачи с пофазно включване и изключване; необхо
дима е релейна защита с поф; зно действие и устройство за опре
деляне на повредената фаза; при изключване на едната фаза се
появяват съставки с обратна и нулева последователност и затова
защитите трябва да бъдат блокирани от лъжливо зарабзтване в
такъв режим; несиметричният режим оказва вредно влияние на
работата на генераторите и на съобщителните линии; необходи
мо е да се поставят прекъсвачи и в другия край на линията
[2, 22].
Пр.1 електропроводите с двустранно захранване към основните
изисквания се прибавя и условието за синхронно включване на
насрешното напрежение. Най-просто е устройството за АПВ, ако
включването става без проверка на синхронизма — несинхронно
АПВ. Синхронишът се възстановява след включването на двете
насрещни напрежения. Това е придружено с разлюляване и крат
ковременен асинхронен режим, появяват се токове и напрежения
с обратна последователност понижала се напрежението и протича
голям изравнителен ток. За да се намалят вредните последствия,
се използува бързодействуващо АПВ. Приложението на несин-
хронното АПВ е ограничено.
По-универсалто приложение има устройството за АПВ с про
верка и улавяне на синхронизма. Принципната схема на пълен
комплект на АПВ в двата края на електропровода е показана на
фиг. 14.3 На фигурата е даден електропровод с възможност за
захранване на двете страни. Релето КН контролира напрежението
на електропровода. При нормално напрежение то е заработило и
контактът му е отворен. При изчезване на напрежепието то за
тваря контакта си. Релето КС контролира синхронизма. Получа
ва напрежения от линията и от шините и ги сравнява. Когато не
са синхронни, контактът му е отворен. При синхронизъм на на
352
преженията, т. е- при фазова разлика между двете напрежения
нула или близо до нулата, контактът му е затворен.
Автоматичното повторно включване се извършва в следния
ред. При к. с. на електропровода релейните му защити изключ-
+
*
+
Q1
:v3
Фиг. 14.3. Принципна схема на АПВ с улавяне на синхронизма
ват двата прекъсвача Q1 и Q2 и пускат устройствата за АПВ-
Най-напред се включва прекъсвач Q1. Докато електропроводът
е изключен, в релето КН не постъпва напрежение, то е със за
творен контакт и разрешсва на АПВ да включи прекъсвач Q1.
Релето КС непрекъснато получава напрежение от шините. Щом
се включи прекъсвач Q7, то започва да получава напрежение и
от електропровода. В момента на съвпадане на векторите на
двете напрежения релето КС затваря контакта си и разрешава на
устройството на АПВ да включи прекъсвач Q2. С това се въз
становява нормалната работа на електропровода. Ако к. с. е трай
но, след включването на прекъсвача Q1 заработва релейната за
щита към него, изключва го и прекъсва напрежението към елек
тропровода. Тогава релето КС не работи и повторно включване
не се осъществява. В случая прекъсвач Q1 работи при по-тежки
условия.
При ВЕЦ, чиято мощност се изнася към EEC с дълъг елек
тропровод, се изпълнява АПВ със самосинхронизация. О същ ест
вява се по следния начии. При к. с. на линията тя се изключ
ва от релейната защита. Включва се повторно най-напред прекъс
вачът към EEC, а след това прекъсвачът към ВЕЦ, като едно
временно с това генераторите ie изключват от електропровода и
се отвъзбуждаТ. След това генераторите се включват повторно
по метода на самосинхронизацията.
Релейната защита на електропроводите, когато работи заедно
с АПВ, може да бъде ускорена преди или след повторното
включване. Това се прави при няколно последователно включени
участъка. При ускоряване преди АПВ на главния участък се
поставя устройство за повторно включване и неселективна защи-
23 Електрически подстанции
353
та с ускорение «— например неселективна токова отсечка. Щом
се появи к. с. на който и да е от последователните участъци,
неселективната защита мигновено изключва прекъсвача на глав
ния участък. След това заработва устройството за АПВ. То бло
кира неселективната защита и включва прекъсвача. Ако к. с. е
било преходно, прекъсвачът остава включен. Ако к. с. е трайно,
заработва защитата със закъснение и изключва к. с. селективно.
Тук АПВ поправя не селективното действие на защитата. Преиму
щество е това, че преходните к. с. се изключват много бързо.
Недостатък е забавеното изключване на трайните к. с. Освен то
ва прекъсвачът на главния участък работи много често и се из
носва бързо.
При ускоряване след АЛВ бьрзодейсгвуваща защита, напри
мер токова отсечка, се поставя на всеки участък заедно с устройст
вото за АПВ. При к. с. заработва защитата със закъснение и
селективно изключва повредата. След това се задействува устрой-
ството за АПВ. То включва отново изключения прекъсвач и ед
новременно с това задействува бързодействуващата защита (то
кова отсечка). Ако к. с. е било преходно, прекъсвачът остава
включен. При трайно к. с. бързодействуващата защита след АПВ
веднага го изключва. Тук всички прекъсвачи работят нормално.
Трайното к. с. пак се изключва с по-голямо закъснение. Преход
ното к. с. също се изключва със закъснение и е възможно то
да прерасне в трайно. Това е допълнителен недостатък на схе
мата с ускоряване след АПВ [9, 22].
Автоматичното повторното включване е ефективно средство за
повишаване надеждността на електрозахранването. АПВ бързз
ликвидира аварията и възстановява
нормалния режим след
самоотстраняващи се повреди (например преходни к. с.), след
лъжливо действие на релейната защита или самопроизволно из
ключване на прекъсвача, след погрешно действие на персонала.
Освел към електропроводи устройство за АГ1В се поставя към
трансформатори, събирателни шини и електродвигатели.
14 3. Автоматично честотно разтоварване
Установеният режим на EEC се характе
ризира с баланс между генериращите мощности и товара, в кой
то се включват и загубите (вж. В.1). При бзланс на мощностите
се п д дърка номиналната честота / —50 Hz. При нарушаване на
баланса се изменя и честотата. Небаланс се получава при две
основни причини: изменение на товара в системата или изменение
на генериращата мощност. В EEC има ненормален режим, кога
то товарът стане по-голям ог мощността на генериращите източ
ници. Тогава настъпва мощностен дефицит и честотата f се на
малява.
354
Енергийната система не може да работи продължително време
с понижена честота. Нарушава се нормалната работа на потреби
телите и се намалява тяхната производителност. Потоците на
активната мощност се преразпределят, което може да наруши
устойчивата паралелна работа на електрическите централи. Поя
вяват се вибрации в парните турбини поради резонанс.
Понижената честота намалява производителността на подхран
ващите и циркулационните помпи на ТЕЦ. Намалява се произ
вежданата от генераторите мощност и се увеличава мощностният
дефицит. Това води до задълбочаване на небаланса, до още по*
голямо намаляване на честотата и още по-голямо увеличаване на
дефицита. Стига се до лавина на честотата.
Намаляването на честотата предизвиква увеличаване на потреб
лението на реактивна мощност, което води до намаляване на
напрежението. От друга страна, намалява се честотата на въртене
на възбудителната машина, вследствие на което възбуждането
става недостатъчно и не може да компенсира увеличеното по
требление на реактивна мощност и намаленото напрежение. 1о-
ва довежда до лавина на напрежението [9, 22]. За да се избег
нат тези неприятни последствия, трябва бързо да се възстанови
балансът на мощностите и нормалната честота на EEC.
При малки изменения на товара, което води до незначителни
изменения на f, нормалната честота се възстановява от регулато
рите в електрическите централи. При голям мощностен дефицит
и голямо понижаване на честотата трябва бързо да се включат
резервните мощности и ако това е недостатъчно, да се разтова
ри енергосистемата чрез изключване на потребителя [22]. Проце
сите при лавина на честотата и напрежението протичат много
бързо, от десети от секундата до няколко секунди, и могат б ър
зо да предизвикат системни аварии. Затова включването на ре
зервната мощност и разтоварването трябва да се извършат ав
томатично.
Неголямото понижаване на честотата при увеличаване на това
ра може да доведе до ново равновесно положение и баланс на
мощностите в EEC благодарение на регулиращия ефект на т о в а
ра. Потребяваната мощност зависи от честотата. При различните
потребители зависимостта е различна и определя статичната чес
тотна характеристика. Може да се приеме, че около номиналната
честота сбщо за товара в EEC тази зависимост е почти линейна.
На фиг. 14.4 е показано изменението на потребяваната мощност
в зависимост от честота / — статичната честотна характеристи
ка. Товарът Р'гов е по-голям от Р тов. Мощността на турбината и
генератора е дадена с правата Р т • Разгледгн е следният случай.
Системата работи нормалио с товар Р 10в Изпълнява се условие
то за баланс на генериращите мощности и товара. Пресечната
точка между характеристиката Р тов и мощността на турбината
Р т определя честотата /0 на системата. Ако товарът се увеличи,
355
например с отсечката ab на фигурата, тогава неговата характе
ристика се премества върху зависимостта Р'
.
Тъй като има не-
баланс между генерираната и употребяваната мощност, честота
та започва да се намалява. Намалява и потребяваната мощност.
Когато тя достигне точката с,
вьзстановява се балансът, но при
нова честота
в EEC 19]- Това
равновесно положение може да
се запази, ако понижаването на
честотата не е голямо. В проти
вен случай се прибягва към включ
ване на резервната мощност, ако
се разполага с такава, или към
разтоварване на електроенергий
ната система.
Разтоварващата автоматика мо
же да се задейстува от измене
нието на честотата /, от измене
нието на обменната мощност по
междусистемни връзки или от изключването на генератори на
междусистемни връзки, на основни преносни електропроводи в
системата. Тук се разглежда разтоварваща автоматика с въздейст-
вуваща величина честотата на електроенергийната система. На
рича се автоматично честотно разтоварване и се белели съкра
тено с АЧР. Автоматиката за АЧР се състои от отделни устройст
ва, поставени в различни подстанции. Тя представлява единна
система, обща за цялата EEC, с предназначение дч нормализира
честотата и баланса на мощностите при аварийни положения.
Устройствата за АЧР трябва да отговарят на определени из
исквания. Преди всичко мощността, която е присъединена към
тези устройства и която те могат да изключват автоматично,
трябва да бъде достатъчна дз ликвидира възможния максимален
мощностен дефицит. Устройствата трябва да бъдат поставени на
такива места, че да ликвидират всеки мощностен дефицит неза
висимо от мястото и характера на аварията. По настройка и
степен на изключваната мощност АЧР трябва да бьде изпълнено
така, че да не допуска възникването на лавина на напрежението
и честотата. Изключваният ст АЧР товар трябва да е съобразе-
зен с големината на появилия се мощностен дефицит. Това озна
чава, че устройствата трябва да се адаптират към конкретния
мощностен небаланс. Разтоварването трябва да започне след мак-
сималното използуване на въртящия се резерв на ТЕЦ. Необхо
димо е действието на устройствата за АЧР да се съгласува с
действията на АПВ и АВР. От една страна, АЧР не трябва да
заработва при кратковременното понижаване на честотата през
Фиг. 14 4. Регулиращ ефект на то
вара
356
циклите на АПВ и АВР. От друга страна, АПВ не трябва да
включват изключените от АЧР потребители.
АЧР се изпълнява от две групи устройства. Първата група
АЧР1 е бързодействуваща и трябва да спре понижаването на чес-
Фиг. 14.5. Изменение на честотата при действие на АЧР
то та над определена граница. Втората група АЧРН действува
след първата група и има за задача да повиши честотата. В н я
кои случаи се предвижда и местно допълнително разтоварване,
което облекчава и ускорява разтоварването при голям мощностен
дефицит. На фиг. 14.5 е показано изменението на честотата f
във времето t при действие на АЧР. В момента
се появява
мощностен дефицит в EEC. Честотата започва да се понижава.
Ако няма АЧР, честотата ще се изменя по кривата/. В момента t x,
когато честотата се намира в точката а, заработва АЧР1. То има
няколко степени, настроени да заработват при все по-ниска чес
тота. Всяка степен изключва оиределен товар, степените заработ
ват, докато честотата спре да се понижава. АЧРН същ о е с ня
колко степени. Всички имат обща настройка по честота /ачрп»
приблизително равна на /1 ачрь и различни настройки по време.
След задейсгвуване при честота /ачрп и закъснение ^ ачрн пър
вата степен на АЧРН продължава изключването на товара. След
време \ t заработва следващата степен и изключването продъл
жава, докато честотата се повиши над /ачрн- По такъв начин
АЧРН предотвратява „увисването“ на честотата при недопустимо
ниска стойност.
Към устройствата за АЧР трабва да бъде включена достатъч-
на мощност. Препоръчва се [9] към всички степени на АЧР1 да
бъде съединена мощността
^АЧР!^ РА тахЧ"0»05РТов~ Рр г
(14.2)
357
където Рдщах е възмо кнлта максимална генерираща мощност,
едновременно изключвана при аварии;
Р Гов — мощност на товара в момента на възникването
на мощностния дефицит;
Р р — гарантирана резервна мощност на ТЕЦ — вър
тящ се резерв.
Формула (14.2J предвижда мощността към АЧР1 да бъде тол
кова, че да се възстановят i/ощностният баланс и нормалната чес
тота при изключване на най-големия агрегат в енергийната сис
тема или прекъсване на най-мощнага междусистемна връзка и
едновременно с топа увеличаване на товара до 5 % Към всички
степени на АЧРН се съединява товар с мощност повече от 40%
от включената към АЧР1 мощност, но не по-малко от 10 %
от Р тов.
Честотното разтоварване е свързано със загуби от прекъсване
на електрозахранването на изключените потребители. Обаче то
предотвратява по големи загуби, които биха се получили от на
рушаването на работата и разкъсването на EEC при мощностен
дефицит. Експлоатационният опит потвърждава високата ефек
тивност на АЧР, поради което то е едно от основните средства
за повишаване надеждността на електроенергийната система.
358
Литература
1. Аврамов, Н. Основи на релейната за нита. С -, Техника, 1984.
2. Барзам, А. В. Сисгемная автоматика. М., Знергия, 1973.
3. Вартоломей, П. И., A. Л Мьтзин. Расчетньге кривме токов короткого
замьжапия гурбогенераторов, построените с учетом наш щ ения. Сверд-
ловск, Гиудм УПИ, сб. 54, 1966.
4. БДС 10521-85.
5. БДС 3067-75 .
6. Белецкий, О. В ., С. И. Лезнов, А. А. Фи латов. Обслуживание злек-
трических подстанции. М ., Знергоатомиздат, 1985.
7. Веников, В. А
., Е. В. Путятин. Введениг в спгциальпозть. М ., Вмсшая
школа, 1988.
8. Гук, Ю. Б., В. В. Кантан, С. С. Петрова. Проектлрованине злектричес-
кой части станций и подстанций. J1., Знергоатомиздат, 1985.
9. Дроздов, А. Д ., А. С. Заеьшкин, А. А. А мил^ев, М . М . Савин. Авто
матизация зн ер геж «еских систем. М ., Знергия, 1977.
10. Злектрическая часть злектростанций. Под ред. С. В. Усоза. Л.,
Знерго-
атомиздат, 1987.
11. Злектрическая часть станций и подстанций. Под ред. А, А. Васильева. М .,
Знергия, 1980.
12. Ковач, П. К ., И. Рац. Переходнме процессн в машинах переменного
тока. М ., ГЗИ, 1963.
13. Международньш злектротехнический словарь. Группа 16. Релейная запита.
2-е издание. М ., Гос. изд. физ.-мат. лиг., 1960.
14. Мельпиков, Н. А
.
Зшктрические сети и системи. М .,
Знергия, 19/5.
15. Надежность систем знергетики. Терминология, v-борник рекомендуеммх
терминов, вьш 95. М ., Наука, 1980.
16. Нанчев, С. Основи на автоматизацията на електроенергийните системи.
С., Техника, 1984.
17. Н е к л е п а е в, Б. Н. Злектрическая часть злектростанций и подстанций.
М., Знергоатомиздат, 1986.
18. Неклепаев, Б. Н ., И. П. Крючков. 3 юктрическая часть злектростан
ций и подстанций. М ., Знергоатомиздат, 1989.
^
19. Нотов, П. П. Преходни процеси в електроенергийните системи. С , Т е х
ника, 1984.
20. Нотов, П. П. Преходни процеси в електроснабдителните системи. С ,
Техника, 1975.
21. Околович, М. Н. Проектирование злектрических стаиций. М . , Знерго-
издат, 1982.
22. Павлов. Г. М. Автоматизация знергетических систем. Л ., Изд. Ленингр.
ун-та, 1977.
23. Правилник за техническа експлоатация на електрически централи и мрежи.
С ., Техника, 1980.
24. Правилник за устройство на електрическите уредби. С ., Техника, 1980.
25. Р о ж к о в а, Л. Д ., В. С. Козулин. Злектрооборудование станцнй и под
станций. М ., Знергоатомиздат, 1987.
26. Рюденберг, р. Зксплуатационнме режими злектрознергегических си
стем и установок. Л ., Знергия, 1981.
27. Справочник по злектрическим аппаратам високото напряжения. Под ред.
В. В. Афанасьева. Л ., Знергоатомиздат, 1987.
359
25. Ульяноп, С. А . Злектромагнитнме переходньш процессьь iM., Знергия
1970.
29. Ф а р х и, С., С. Папазов. Теоретична електротехника, С-, Техника, 1981.
•30. Федосеев, А. М. Релейная защита злектрических систем, М ., Знергия,
1976.
31. X и н к о в, Д . И. Проектиране на електрически централи и подстанции
С-, Техника, 1980.
32. Христов, К., Д. И. Хинков. Сборник от задачи по електрическата част
на електрически централи и подстанции. С , Техника, 1973.
33. Чунихин, А. А Злектрические аппаратьь М ., Знергия, 1975.
360
Съдържание
ВЪВЕДЕНИЕ
В. 1. Електроенергийна система
....................................................................................
В.2. Електрически централи и п о д с т а н ц и и .............................................................
ЧАСТ ПЪРВА. КЪСИ СЪЕДИНЕНИЯ В ЕЛЕКТРОЕНЕРГИЙНИ 1Е СИС1ЕМИ
27
Глава първа
...............................................................................................................
Оснорни определения и характеристика на процеса при късо съеди
нение
...............................................................................................
.............................. 9
1.1. Видове к. с. Причини за в ъ з н и к в а н е ................................................................^
1.2. Изменение на тока на к. ...........................................................................................
1.3. Ефективна стойност на тока на к.
..........................................................................
1.4. Мощност на к. ............................................................................................................... ^
1.5. Топлинно и механично действие на тока на к. ..........................................
1.6. Последствия от к. ........................................................................................................
41
Глава вт ора ..................................................................................................................
Заместващи схеми при изчисляване на тока на к. .....................................41
2.1 . Система на относителни единици
........................................................... ....
•
42
2.2 . Заместващи схеми на силовите елементи от първичните електрически
44
схеми
................................................................................................................................ .........
2.3 . Заместваща схема на електрическа с и с т е м а ............................ ...................... w
2.4 . Опростяващи преобразувания на заместващи с х е м и ................................ оУ
Глава т р е т а .................. ................................................................................................
^
Трифазно късо с ъ е д и н е н и е ................................ ............................63
3.1 . Трифазно к. с ., захранвано от източник с твърдо напрежение . •
.
63
3.2 . Трифазно к. с ., захранвано от източник с ограничена мощност оез .
АРВ ..........................................................................
...................................... ....
•
3.3. Трифазно к. с ., захранвано от източник с ограничена мощност с АРВ oZ
Глава ч е т в ъ р т а ...........................................................................................................^
5
Несиметрични къси съединения ....................... ...............................................
4.1. Основни понятия и с ъ о т н о ш е н и я ......................................................................90
4.2 . Несиметрични к. с. при заземена н е у т р а л а ...................................................У5
4.3 . Еднократни земни съединения ..... .............................................. . . 104
Глава п е т а ......................................... .... .....................................................................4 2
Практически методи за изчислявано на тока при трифазно к. с.
.
.112
5.1. Типови опростени заместващи схеми и начини за получаване
.
.
•ИЗ
5.2 . Определяне на периодичната съставка на тока при трифазно к. с.
.
116
5.3. Определяне на апериодичната съставка на пълния ток на к. с.
.
.
127
361
5.4- Определяне на тока на к. с. в разпределителни уредби средно нап
режение, към които са присъединени ел ек тр одв и г а тели .......................127
5.5. Определяне на токовете на к. с. в електрически уредби с напрежения
до 1000 V .......................................................................................................................129
ЧАСТ ВТОРА. ЕЛЕКТРИЧЕСКА ЧАСТ НА ПОДСТАНЦИИ
Глава шеста
................................ .................................... ........................................133
Силови трансформатори и автотрансформатори
.....................................
133
6.1 . Общи сведения и параметри на трансформаторите
....................... ....
133
6.2 . Охлаждане на тр ан сф ор м а тор ите.............................................................................
6.3 . Топлинно стареене на изолацията
................................
...........................
14q
6.4 . Допустими натоварвания на трансформаторите
.....................................142
6.5 . Кшсгруктивни елементи на трансформаторите
......................................... 147
6.6. Паралелна работа на трансформаторите
.............................................. ....
.
148
6.7 . Автотрансформатори
............................................................................................... 1 50
Глава седма
..................................................................................................... .155
Главни електрически схеми и конструкции на разпределителни уредби 155
7.1 . Общи с в е д е н и я ...................................................................................... .... ............... 155
7.2 . Схеми на РУ с еднократно свързване на присъединенията
.
.
.
159
7.3 . Схеми на РУ с многократно свързване на присъединенията .... 167
7.4. Опростени електрически с х е м и ........................................................... .... ...........172
7.5 . Конструкции па Разпределителни у р е д б и ................................ ..................... 175
Глава о с м а .......................................... ................................ .........................................182
Оразмеряване па тоководещи ч а с т и ....................... ......................................... 182
8.1 . Основни сведения ..................................................................................................... 182
8.2. Нагряване на тоководещи части в нормален р е ж и м ............................ 185
8.3. Термично действие на токовете на късо с ъ е д и н е н и е .................. .... ...........189
8.4. Електродинамични действия на токовете на късо съединение . . . 199
8.5 . Избор и проверка на шини и силози кабели ...............................................206
Глава д е в е т а ...............................................................................................................213
Апарати за високо напрежение ......................................................................213
9.1 . Прекъсвачи за високо напрежение
................... .... .........................................213
9.2 . Разединители, късосъединители и отделители ............................ ....
229
9.3 . Токови измервателни трансформатори
...........................................................234
9.4 . Напреженови измервателни т р а н с ф о р м а т о р и ...............................................244
9.5 . Токоограничаващи реактори
................................................................................ 254
Глава д е с е т а .............................................................................................................. 2F8
Източници на оперативен ток. Управление, сигнализации и блоки
ровки в електрическите уРедби . . .. ................................ ... ..... 258
10.1. Общи с в е д е н и я ...........................................................................................................258
10.2. Изгоч ш ди н тгргбигели на постоянен оперативен ток ..... . 259
-10.3. Акумулаторни б а т е р и и .............................................................................. ....
260
10.4. Източници на променлив и изправен оперативен т о к ....................... .... 268
10.5. Управтенпе, сигнализация и б ю.шРовки в елзкгРическиге уредби . 271
362
ЧАСТ ТРЕТА. РЕЛЕЙНА ЗАЩИТА И АВТОМАТИКА
Глава е д и н а д е с е т а .............................................................................................277
Релета и з а щ и т и ................................. .... ............................................................ ..... 277
11. 1. Общи сведения за р е л е т а т а .......................................*
..................................... 2 7 7
11.2. Релейна з а щ и т а ............................................................................................................ 286
Глава дванадесета
..................................................... ..................................
295
Релейии защити на електропроводи и м Р е ж и ............................................... 29»
12.1. Токови и посочни защити от междуфазни къси съединения . *
.
.
295
12.2. Земни з а щ и т и ..................................................................................................................307
12.3. Диференциални и дистанционни защити ............................................................ 313
Глава т р и н а д е с е т а ............................................................................................ 323
Релейни защити на машини н съоръжения
............................................... 323
13.1. Защити на т р а н сф ор м а т о р и ........................ ....
•-
• • ............................ 323
13.2. Защити на събирателни ш и н и ........................................................................... 33 ~
12.3. Защити на е л е к т р о д н и г а т е л и ................................................................................ЗЗо
34
Глава четиринадесета
...................... .... .........................................................
Аварийна автоматика ...............................................................................................345
14.1. Автоматично включване на Резервното захранване
........
345
14.2. Автоматично повторно включване ..................................................................... 350
14.3. Автоматично честотно р а з т о в а р в а н е ..................................................................354
363
ЕЛЕКТРИЧЕСКИ ПОДСТАНЦИИ
Автори : лроф. к. т. н. инж. Недялко Николов Аврамов
доц. к. т. н. инж. Стефан Иванов Етърскн
доц. к. т. н. инж. Тодор Стоянов Иванов
Рецензенти: доц. к. т. н. инж. Сидер Тонев Сндеров
доц. к. т. н . инж. Стефан Нанчев Нанчев
Националност българска
ISBN 954—03 —022—3
Изд. No 16556
Научен Редактор инж. Зорница Начева
Художник Мария Димитрова
Художествен редактор Мария Димитрова
Технически Редактор Вера Григорова
Коректор Юлиян Витиг
Дадена за набор на 25.1.1991 г.
Подписана за печат м. август 1991 г.
Излязла от печат м. септември 1991 г.
Формат 60X90/16 Печ коли 22,75
Изд. коли 22,75
Тираж 2000+60
Издателство .Техника* — държаана фирма, пл. .Славейков“ 1 София 1000
Печат ДФ .Полипринт* — Враца