Контрольная работа по дисциплине Электрические станции и подстанции. Контрольная работа по дисциплине Электрические станции и подстан. Тесты контроля знаний глава Общие характеристики электростанций России Назовите системы, входящие в технологическую схему кэс. Конденсационная
 Скачать 0.9 Mb.
|
|
Глава 3. Действие токов короткого замыкания на электрооборудование 1. Как определяется максимальная сила, действующая на расчетную фазу в трехфазной системе проводников? Максимальную силу, действующую в трехфазной системе проводников на расчетную фазу, следует определять по формулам, Н : при трехфазном КЗ при двухфазном КЗ где k расп — коэффициент, зависящий от взаимного расположения проводников, в учебном проектировании при расположении шин в одной плоскости или по вершинам равностороннего треугольника принимается k расп =1,0; при расположении по вершинам прямоугольного треугольника — k рас =0,95. 15 2. Дайте определение электродинамической стойкости. Для предотвращения механических повреждений под действием усилий, возникающих в проводниках при протекании по ним токов КЗ, все элементы токоведущей конструкции должны обладать электродинамической стойкостью, т.е. должны выдерживать механические усилия, возникающие при протекании токов КЗ, без деформаций, препятствующих их дальнейшей нормальной эксплуатации. 3. Условия проверки на электродинамическую стойкость электрических аппаратов и шинных конструкций. В зависимости от вида электрооборудования условия проверки его на электродинамическую стойкость различны. Например, заводы-изготовители указывают гарантированный ток КЗ i дин ( или i max , или i пр.скв ), при котором обеспечивается электродинамическая стойкость аппаратов (выключателей, разъединителей). При выборе их должно выполняться условие: i уд ≤ i дин , кА. Шинная конструкция обладает электродинамической стойкостью, если выполняются условия: σ max ≤σ доп ; F max ≤F доп , где σ max , σ доп — соответственно максимальное расчетное и допустимое напряжения в материале шин, МПа; F max , F доп – соответственно максимальная расчетная и допустимая механические нагрузки на изоляторы, Н. 4. Формулы для определения интеграла Джоуля в общем виде и для приближенных расчетов. Количественную оценку степени термического воздействия тока КЗ на проводники и электрические аппараты рекомендуется производить с помощью интеграла Джоуля где i kt — полный ток КЗ в произвольный момент времени t, А; t o ткл — расчетная продолжительность КЗ, с. Интеграл Джоуля является сложной функцией, зависящей от параметров источников энергии, конфигурации исходной расчетной схемы, электрической удаленности места КЗ от источников и других факторов. 16 Для ориентировочных расчетов интеграла Джоуля В к в цепях, имеющих значительную удаленность от источников питания, можно использовать формулу, кА2∙с, где I п0 — действующее значение периодической составляющей тока КЗ в момент t= 0 от эквивалентного источника, кА; Т а.экв — эквивалентная постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ, с; t откл — расчетная продолжительность КЗ, с. 5. Как определяется время отключения короткого замыкания. При определении интеграла Джоуля необходимо достаточно точно определить t откл . Согласно ПУЭ расчетная продолжительность КЗ t o ткл складывается из времени действия основной релейной защиты данной цепи (t р.з ) с учетом действия АПВ и полного времени отключения выключателя (t откл.в ); которое указывается в каталожных данных выключателей, с, 6. Условия термической стойкости для электрических аппаратов и проводников. Условие термической стойкости аппаратов в режиме КЗ выглядит так, кА2∙с, При проверке термической стойкости проводника, имеющего стандартное сечение q станд , мм 2 , должно быть выполнено условие 7. Назовите методы ограничения токов короткого замыкания. Ограничение токов КЗ может быть достигнуто путем соответствующего построения схем электростанций и сетей, при этом учитывается следующее: повышение напряжения сетей приводит к уменьшению рабочих токов и токов КЗ; секционирование электрических сетей исключает параллельную работу источников и, следовательно, уменьшает токи КЗ (хотя при этом могут возрастать потери в ЛЭП и трансформаторах в нормальном режиме) — рис. 3.1, а; блочное соединение генератор-трансформатор и генератор - трансформатор – линия исключает поперечную связь между источниками и снижает токи КЗ (рис. 3.1, б); 17 раздельная работа трансформаторов на шинах низшего напряжения подстанций (рис. 3.1, в), а также в системе собственных нужд электростанций и ПС увеличивает сопротивление цепи КЗ и снижает токи КЗ; применение трансформаторов с расщепленной обмоткой НН также ограничивает токи КЗ, так как их сопротивление в режиме КЗ почти в 2 раза больше, чем у трансформаторов с теми же номинальными параметрами без расщепления обмотки НН (рис. 3.1, г); применение токоограничивающих реакторов. 8. Схемы подключения токоограничивающих реакторов. Реакторы служат для искусственного увеличения сопротивления короткозамкнутой цепи, а, следовательно, для ограничения токов КЗ и поддержания необходимого уровня напряжения при повреждениях за реакторами. Токоограничивающие реакторы применяются на станциях типа ТЭЦ: а) между секциями ГРУ ( секционные реакторы) — реактор LRK на рис. 3.2, а; б) для питания местных потребителей от сборных шин ГРУ ( линейные LR1 или групповые LR2 реакторы) — рис. 3.2, а; в) для питания местных потребителей от блочных ТЭЦ через реактированные отпайки — рис.3.2, б. Иногда возникает необходимость установки токоограничивающих реакторов в цепях вводов низшего напряжения понижающих трансформаторов на подстанциях (рис. 3.2, в). 9. Конструкция токоограничивающих бетонных реакторов. Реакторы РБ имеют следующую конструкцию: витки обмотки, изолированные друг от друга бумажной изоляцией класса нагревостойкости А, намотаны на специальный каркас и укреплены в бетонных колоннах, которые предотвращают их смещение под действием собственной массы и электродинамических усилий при протекании токов КЗ. От заземленных конструкций, а при вертикальной установке- и от соседних фаз, реакторы изолируются с помощью опорных изоляторов. Бетонные реакторы выпускаются на номинальные токи до 4000 А и изготовляются для вертикальной, горизонтальной и ступенчатой установки. При больших номинальных токах в целях снижения потерь активной мощности в самих реакторах они выполняются с искусственным охлаждением (вентиляцией камер). 18 10. В чем преимущество сдвоенного реактора. Сдвоенный реактор позволяет уменьшить падение напряжения (снизить потери мощности) в каждой ветви реактора в нагрузочном режиме и сократить габаритные размеры распределительного устройства. Глава 4. Электрическая дуга 1. Дайте характеристику стационарной дуги постоянного тока. При размыкании контактов в цепи высокого напряжения возникает электрический разряд в виде дуги. В дуге различают околокатодное пространство, ствол дуги и околоанодное пространство (рис.4.1). Все напряжение распределяется между этими областями U к , U с.д , U a . Катодное падение напряжения в дуге постоянного тока 10 — 20 В, а длина этого участка составляет 10 ─4 —10 ─5 см, таким образом, около катода наблюдается высокая напряженность электрического поля (105—106 В/см). При таких высоких напряженностях происходит ударная ионизация. Суть ее заключается в том, что электроны, вырванные из катода силами электрического поля (автоэлектронная эмиссия) или за счет нагрева катода (термоэлектронная эмиссия), разгоняются в электрическом поле и при ударе в нейтральный атом отдают ему свою кинетическую энергию. Если этой энергии достаточно, чтобы оторвать один электрон с оболочки нейтрального атома, то произойдет ионизация Образовавшиеся свободные электроны и ионы составляют плазму ствола дуги. Проводимость плазмы приближается к [ = 2500 1/( Ом )]. 2. Что понимают под термоионизацией дугового промежутка. Термоионизация — процесс образования ионов за счет соударения молекул и атомов, обладающих большой кинетической энергией при высоких скоростях их движения. Чем больше ток в дуге, тем меньше ее сопротивление, а поэтому требуется меньшее напряжение для горения дуги, т. е. дугу с большим током погасить труднее. 19 3. Назовите способы гашения дуги в аппаратах с напряжением до 1 кВ. 1. Гашение дуги в узких щелях. При прохождении дуги через узкую щель, образованную дугостойким материалом, в результате соприкосновению с холодными поверхностями происходит интенсивное охлаждение и диффузия заряженных частиц в окружающую среду. Это способствует быстрой деионизации и гашению дуги. 2. Удлинение дуги. При расхождении контактов возникает дуга, которая в дальнейшем растягивается. Чем длиннее дуга, тем большее напряжение необходимо для ее существования. Вследствие уменьшения напряжения, дуга гаснет. 3. Деление дуги на ряд коротких дуг. При размыкании контактов возникшую дугу затягивают в металлическую решётку посредством электромагнитного поля исходящего от данной решётки. Вследствие прохождения дуги через металлическую решётку, она разделяется на множество коротких дуг, каждая из которых будет иметь своё катодное и анодное падение напряжения. В результате падения напряжения множество дуг погаснет. 4. Магнитное гашение. Если дугу поместить в магнитном поле, то на нее действует сила Ампера, определяемая по правилу левой руки. Если создать магнитное поле, направленное перпендикулярно оси дуги, то она получит поступательное движение и будет затянута внутрь щели дугогасительной камеры. В радиальном магнитном поле дуга получит вращательное движение. Магнитное поле может быть создано постоянными магнитами, специальными катушками или самим контуром токоведущих частей. Быстрое вращение и перемещение дуги способствует ее охлаждению и деионизации 4. Назовите способы гашения дуги в аппаратах с напряжением свыше 1 кВ. 1. Газовоздушное дутьё. Основной принцип газовоздушного дутья заключается в том, что охлаждение дуги происходит, если создать направленное движение газов непосредственно на ствол дуги, вследствие чего происходит проникновения частиц, диффузия и охлаждение дуги. 2. Гашение дуги в масле. Этот способ гашение дуги распространён в большей мере в коммутационных аппаратах (выключателях). Возникшая, при размыкании контактов электрическая дуга, приводит к интенсивному газообразованию и испарению масла, вследствие чего сама дуга оказывается в газовом пузыре, состоящем в основном из водорода. Высокое давление, образованное в газовом пузыре непосредственно с водородом способствует деонизации и охлаждению дуги. 3. Гашение дуги в вакууме. Электрическая прочность вакуума во много раз превосходит электрическую прочность воздуха в нормальных условиях. В начале разрыва контактов вакуумного дугогасительного устройства происходит зажигание дуги, падение напряжения в этот момент времени достаточно мало. В тот момент, когда ток проходит через нуль, дуга гаснет. 20 4. Гашение дуги в газах высокого давления. Высокое давление газа сопровождает его высокую электрическую прочность. Гашение дуги с помощью высокого давления, созданного загоранием самой же дуги в замкнутом объёме при неизменной температуре, способствует уменьшению степени ионизации газа, что в свою очередь приводит к повышению теплопроводности газа. Эти условия приводят к более интенсивному охлаждению дуги. 5. Многократный разрыв цепи тока. Этот способ зачастую применяется при коммутации больших токов при высоких напряжениях. Так же многократный разрыв цепи тока используется совместно со следующими способами гашения дуги: гашение дуги в масле, в вакууме. Тем самым достигается кратное снижение напряжения в каждом из дугогасительных устройств. Для равномерного распределения напряжения параллельно главным контактам включают активное сопротивление и емкости. 5. Опишите процесс гашения дуги в вакуумных выключателях. Процесс горения и гашения дуги в вакууме при переменном токе происходит следующим образом. При размыкании контактов, сначала размыкаются главные контакты, затем дугогасительные контакты. При расхождении дугогасительных контактов контактное нажатие уменьшается, а переходное сопротивление контактов растет. Даже для небольших токов в момент размыкания контактов из-за большого выделения тепла материал контактов плавится и образуется жидкий металлический мостик, который под действием высокой температуры испаряется. При разрыве мостика загорается электрическая дуга, которая горит в среде паров металлов электродов. При этом из-за большой разности давлений в стволе дуги и вакууме идет интенсивный процесс диффузии и после прохождения тока через нуль, когда гаснет электрическая дуга, происходит моментальное восстановление электрической прочности межконтактного промежутка. Высокая электрическая прочность вакуума и скорость ее восстановления обеспечивают гашение дуги при первом прохождении тока через нуль. 6. Поясните, как электроотрицательные газы гасят дуговой разряд. Электроотрицательные газы, такие, как элегаз, фреон и другие, обладают свойством захватывать свободные электроны и присоединять их к своим нейтральным молекулам. Возникающие при этом отрицательные ионы имеют примерно такую же скорость, что и положительные ионы, и поэтому легко рекомбинируют с ними, снова превращаясь в нейтральные молекулы. Вероятность такой рекомбинации на несколько порядков выше, чем рекомбинации быстрых электронов и медленных положительных ионов. Интенсивная рекомбинация электрически заряженных частиц быстро понижает проводимость межконтактного промежутка и очень существенно повышает скорость увеличения его электрической прочности после погасания дуги. 21 При этом при равном эффекте гашения дуги требуются гораздо меньшие количества элегаза и меньшие давления, чем в воздушных выключателях. 7. Характеристика элегаза. Какие он имеет недостатки. Элегаз негорюч бесцветен, не имеет запаха и совершенно не ядовит. В химическом отношении он так же неактивен по отношению к другим веществам, как и азот. Одним из его немногочисленных недостатков является способность разлагать влагосодержащие синтетические изоляционные материалы при соприкосновении с ними. Поэтому рекомендуется применять в элегазовых конструкциях стойкие изоляционные материалы, например, тефлон. Другим недостатком элегаза является высокая температура сжижения. При давлении 1,5 МПа она составляет всего 6 °С. Чтобы избежать сжижения элегаза, в выключателях с высоким давлением гасящей среды предусматривают автоматические нагреватели, поддерживающие необходимую постоянную температуру элегаза. Кроме того, опыт и специальные исследования показали, что под влиянием теплоты дуги элегаз расщепляется на ядовитые составляющие , в основном низшие фториды серы. 8. Что понимают под «срезом» тока. Какое воздействие он оказывает на отключаемую цепь. « Срез» тока — досрочный переход тока через нуль. Подобные срезы могут возникать в любой точке синусоиды тока, вплоть до амплитуды. Реально такой случай может иметь место, например, при отключении холостого хода трансформатора или при отключении шунтирующего реактора « Срез тока» при отключении индуктивной цепи может привести к перенапряжению, опасному для оборудования. 9. Каким образом необходимо отключать холостой ход ЛЭП и конденсаторные батареи? Одним из наиболее радикальных способов ограничения этого вида перенапряжений является увеличение скорости восстановления электрической прочности промежутка между контактами выключателя. Одним из перспективных методов ограничения перенапряжений является использование выключателей с шунтирующими сопротивлениями. Недостатком выключателей с шунтирующими сопротивлениями являются сложность их конструкции и значительная стоимость. Перенапряжения при отключении холостых линий резко снижаются, если к линии остаются присоединенными электромагнитные трансформаторы напряжения. Отключение батарей конденсаторов. Для ограничения этих перенапряжений могут быть применены и применяются специальные быстродействующие выключатели, не дающие повторных зажиганий дуги. Перенапряжения при отключении емкостной нагрузки изучаются на той же лабораторной установке, что и перенапряжения при дуговых замыканиях на землю. 22 10. Назовите меры для уменьшения перенапряжений при отключении малых индуктивных и емкостных токов. Для уменьшения перенапряжений при отключении малых индуктивных и емкостных токов рекомендуются следующие меры. 1. Если в выключателях на низкой и высокой стороне трансформатора применен одинаковый способ гашения дуги, отключение холостого хода трансформатора следует производить на стороне низкого напряжения (больше токи и устойчивей дуга). 2. Если в выключателях применены разные способы гашения дуги, следует отключать тем выключателем, который надежней гасит дугу. 3. Холостой ход трансформатора ни в коем случае не следует отключать одновременно обоими выключателями (с высокой и низкой сторон). 4. Следует избегать совместного отключения нескольких индуктивностей, включенных последовательно ( например, главный трансформатор и регулировочный бустерный трансформатор или трансформатор и дугогасящая катушка). 5. Следует избегать отключения дугогасящих катушек, находящихся под током и не шунтированных ограничителем перенапряжений. 6. На длинных линиях высокого и сверхвысокого напряжения рекомендуется устанавливать выключатели, у которых вероятность повторных зажиганий дуги меньше, например, быстродействующие элегазовые выключатели с шунтирующими сопротивлениями. |