1. Warunki napięciowe doboru urządzeń
Jednym z podstawowych warunków poprawnej pracy urządzeń elektroenergetycznych jest dobry stan izolacji . Powinna ona wytrzymywać przez czas przewidywanej eksploatacji długotrwałe obciążenie napięciem roboczym oraz określoną wartość i liczbę przepięć powstających w sieci podczas czynności łączeniowych i przy zakłóceniach (zwarcia z udziałem ziemi , zwarcia z udziałem łuku elektrycznego ) oraz przepięć pochodzących od wyładowań piorunowych .
Napięcie robocze sieci Ur może być trwale wyższe od napięcia znamionowego sieci Un . Jest to spowodowane koniecznością zapewnienia odpowiednio wysokiego napięcia w różnych miejscach sieci oraz spowodowanie określonego przepływu energii . Najwyższe dopuszczalne napięcie robocze Ur m= kr m Un .
Wartość współczynnika kr m wynosi odpowiednio 1,2 dla napięć 6 - 30 kV ; 1,12 i 1,11 dla 110 i 220 kV ;
oraz 1,05 dla 400 kV i wyższych .
Wytrzymałość izolacji jest zależna od czasu doprowadzenia napięcia i maleje z czasem . Izolacja urządzeń powinna być również wytrzymała na przepięcia piorunowe , których wartość jest ograniczana przez urządzenia ochrony odgromowej (odgromniki , iskierniki , przewody odgromowe ) .
2. Przepięcia o częstotliwości sieciowej .
Podczas zakłóceń ustalonych warunków pracy układu napięcie może przekroczyć wartość napięcia roboczego . Rozróżnia się przepięcia :
- dynamiczne ; powstają podczas włączania dużych odbiorów ; są one spowodowane bezwładnością regulacji napięcia ; wartość i czas trwania przepięcia zależą od szybkości regulacji ; napięcie znamionowe może wzrastać do 20 - 30 % napięcia sieci ; czas trwania przepięć jest stosunkowo krótki
- ruchowe ; są spowodowane różnicami parametrów poszczególnych faz , fazy obciążone niesymetrycznie ;
największa dopuszczalna różnica napięć fazowych wynosi 10 %
- zwarciowe ; przepięcia przy zwarciach doziemnych osiągają różne wartości , zależne od impedancji dla składowej zerowej prądu obwodu zwarciowego i oporu w miejscu zwarcia
3. Interpretacja współczynników przepięciowych
Przepięcia mają częstotliwość równą lub większą od częstotliwości znamionowej układu albo mogą mieć charakter udarowy . Charakteryzuje się je między innymi współczynnikiem przepięć :
gdzie :
um - szczytowa (chwilowa) wartość przepięcia
Ur m - największe dopuszczalne długotrwale napięcie robocze
Ze względu , że prawdopodobieństwo wystąpienia przepięcia o określonej wartości maleje przy jej powiększaniu , izolację urządzeń elektroenergetycznych wymiaruje się przy uwzględnieniu tzw. obliczeniowych wartości przepięć ( kpo - obliczeniowy współczynnik przepięć ), przekroczenie których jest mało prawdopodobne.
4. Przepięcia atmosferyczne
Przepięcia atmosferyczne występują w postaci przepięć bezpośrednich w następstwie wyładowania piorunowego do linii lub stacji oraz przepięć indukowanych (pośrednich) podczas wyładowania chmura-ziemia lub między chmurami .
Fale piorunowe w miarę oddalania się od miejsca uderzenia zmniejszają szybko swoją amplitudę i stromość narastania . Przepięcia indukowane charakteryzują się mniejszymi amplitudymi .
W przypadku sieci napowietrznych niskich i średniowysokich napięć oraz wyżej co najmniej do poziomu napięć roboczych równego 123 kV , przepięcia atmosferyczne stanowią główne zagrożenie dla izolacji zainstalowanych w tych sieciach urządzeń elektroenergetycznych , w szczególności dla transformatorów .
5. Napięcia probiercze
Napięcia probiercze o częstotliwości znamionowej . Próby badania wyrobu .
Próby napięciowe długotrwałe
Izolacja urządzeń względem ziemi oraz izolacja międzyprzewodowa powinna wytrzymać ,
w temperaturze katalogowej , napięcie długotrwałe wyższe o 10 % od napięcia sieci . Czas próby długotrwałej nie powinien być krótszy niż czas ustalania się tangensa kąta stratności izolacji.
Dla urządzeń pracujących w sieciach gwiazdowych bez uziemionego punktu , napięcie długotrwałe probiercze wynosi :
Udp = 1,1× Ur m = 1,1×kr Uni
a sieć ze skutecznie uziemionym punktem zerowym
Napięcie probiercze izolacji międzyprzewodowej wszystkich urządzeń pracujących w sieci , niezależnie od punktu gwiazdowego , nie powinno być niższe od wartości 1,1×kr Uni
Próby napięciowe krótkotrwałe napięciem przemiennym
Próby krótkotrwałe (1 min) maja na celu sprawdzenie odporności izolacji na naprężenia występujące przy przepięciach łączeniowych . Próby prowadzi się w znormalizowanych warunkach .
- Układy o izolowanym punkcie zerowym i skompensowane
Napięcie Upk1 probiercze krótkotrwałe izolacji względem ziemi i izolacji międzyprzewodowej powinno być
Natomiast bezpieczne przerwy izolacyjne w urządzeniach powinny wytrzymywać przepięcia łączeniowe na jednym styku i przy występowaniu doziemienia na innym styku , wynoszące
Przerwa musi być taka aby wytrzymała napięcie probiercze wynikające z izolacji międzyprzewodowej oraz 1,1 napięcia wynikającego z izolacji pracującej w sieci .
- Układy o uziemionym punkcie zerowym
Napięcia probiercze mogą być 7 - 20 % niższe od napięć ustalonych w sieciach o izolowanym punkcie zerowym.
- Urządzenia elektroenergetyczne o napięciu znamionowym do 1 kV
Badanie tych urządzeń przeprowadza się jedynie napięciami o częstotliwości znamionowej . Nie wyróżnia się przy tym przerw izolacyjnych .Napięcie probiercze torów głównych i połączonych z nimi torów pomocniczych nie powinno być niższe od obliczonego według wzoru
Upb = 2× Un i + 1500
Napięcie probiercze izolacji torów pomocniczych nie połączonych z torami głównymi ( obwody sterowania) może być niższe
Upb = 2× Un i + 1000
Pyt.6. Wpływ sposobu pracy sieci na parametry doboru urządzeń
Wyróżnia się dwa sposoby pracy sieci:
1. Z uziemionym punktem gwiazdowym
2. Z izolowanym punktem gwiazdowym
Sposób pracy sieci ma wpływ na dobór urządzeń ze względu na różne zachowanie się tych sieci w warunkach zakłóceniowych. Urządzenia dobiera się uwzględniając tzw. współczynnik przepięć (k). Jest to stosunek wartości szczytowej napięcia względem ziemi (umax) do amplitudy wartości fazowej napięcia od strony źródła (Umf) przed powstaniem zakłócenia.
Aby otrzymać największą wartość przepięcia (umax), która może wystąpić w jakimś punkcie systemu, należy pomnożyć największą szczytową wartość fazową napięcia roboczego (Ur max) przez współczynnik k.
Różne wartości przepięć dla dwóch sposobów pracy sieci występują przy następujących rodzajach zakłóceń:
- doziemienia niesymetryczne
- wyłączanie i załączanie linii długich
Duże znaczenie ma również czas trwania zakłócenia.
Jedno z najniebezpieczniejszych zakłóceń to doziemienie jednej fazy w sieci z izolowanym punktem zerowym (k = ). Napięcie na zdrowych fazach podnosi się wtedy do wartości napięcia przewodowego. Ze względu na małe wartości prądów zwarciowych mogą one być utrzymywane przez czas dłuższy, przynajmniej w przypadku sieci napowietrznej. Stan ten stanowi bardzo istotny czynnik przy doborze współczesnych odgromników beziskiernikowych.
1.Wytzymałość izolacji urządzeń wysokonapięciowych.
Rozróżnia się trzy rodzaje wytrzymałości izolacji urządzeń wysokonapięciowych:
a) Wytrzymałość izolacji na długotrwałą obciążalność napięciową.
b) Wytrzymałość izolacji na przepięcia wewnętrzne.
c) Wytrzymałość udarowa izolacji.
Wytrzymałość izolacji na długotrwałą obciążalność napięciową.
Sprawdzana jest długotrwałym napięciem probierczym, o 10 % większym od najwyższego napięcia roboczego występującego długotrwale. Napięcie doprowadzane jest tak długo aż ustali się wartość tangensa kąta stratności izolacji:
- dla urządzeń przeznaczonych do pracy w sieci o izolowanym punkcie zerowym:
- dla urządzeń przeznaczonych do pracy w sieci o uziemionym punkcie zerowym:
- napięcie probiercze dla izolacji między biegunami łącznika:
Ze względu na długotrwałość próby wykonuje się ją jedynie jako próbę typu. Jeżeli wynik prób jest < 95% to urządzenie nie spełnia wymogów.
Wytrzymałość izolacji na przepięcia wewnętrzne.
Sprawdzana jest napięciem probierczym Upr o częstotliwości znamionowej fn = 50 Hz w czasie 1 min. Próby dokonuje się w celu sprawdzenia izolacji na przepięcia łączeniowe.
Napięcie probiercze krótkotrwałe dla izolacji względem ziemi i izolacji międzyprzewodowej powinno być:
Natomiast bezpieczne przerwy izolacyjne w urządzeniach (łącznikach) powinny wytrzymywać przepięcia łączeniowe na jednym styku przy jednoczesnym doziemieniu na drugim styku o wartości:
Napięcia probiercze w sieciach o napięciach > 1 kV o uziemionym punkcie gwiazdowym mogą być mniejsze niż w sieciach pracujących z izolowanym punktem gwiazdowym o około (7 do 20)%
Wytrzymałość udarowa izolacji.
Ma na celu stwierdzenie wytrzymałości izolacji na przepięcia atmosferyczne. Urządzenia o napięciu znamionowym mniejszym niż 110 kV są bardziej wrażliwe na przepięcia atmosferyczne od urządzeń na wyższe napięcia. Badanie przeprowadza się udarem o znormalizowanym kształcie.
2.Wytrzymałość izolacji urządzeń niskonapięciowych.
Badanie tych urządzeń przeprowadza się napięciem o częstotliwości znamionowej.
Dla torów głównych:
Dla obwodów sterowania:
Pyt.8. Warunki prądowe doboru urządzeń
Warunki prądowe doboru urządzeń podzielić można na
- warunki znamionowe
- warunki zwarciowe
1. Prąd znamionowy powinien być co najmniej równy prądowi ciągłemu obciążenia gałęzi, w której pracuje urządzenie. Przy obciążeniach nieciągłych (dorywczych, przerywanych) wyznacza się zastępczą wartość obciążenia gałęzi. Wskazane jest unikanie zbytniego zbliżania wartości prądu znamionowego ciągłego urządzenia i prądu w obwodzie. Stosuje się zapas (20 do 30)% ze względu na niezawodność (szczególnie pracy zestyków).
2. Prąd znamionowy n – sekundowy Inn spełniać musi warunek:
Ith – prąd zwarciowy cieplny
Tk – czas trwania zwarcia
3. Prąd znamionowy szczytowy Idyn powinien spełniać zależność
Idyn ³ iud
iud – udarowy prąd zwarciowy
Bilans cieplny przeprowadza się w znamionowych warunkach obciążenia przy następujących założeniach:
1. Urządzenie ma tor jednorodny (stały przekrój, materiał, izolacja, otoczenie itp.)
2. Nie występuje wzdłużne przekazywanie ciepła.
Jeżeli przez przewodnik nie płynie prąd to jego temperatura jest równa temperaturze otoczenia (Jo). Jeżeli prąd przez przewodnik przepływa, to wydziela się w nim ciepło, a temperatura wzrasta do pewnej wartości J, przy czym J > Jo. Występuje zatem proces nagrzewania. Wskutek przyrostu temperatury przewodnika DJ = J - Jo ponad temperaturę otoczenia, część wydzielanego w nim ciepła przechodzi do otoczenia, czyli ma miejsce zjawisko chłodzenia. A zatem zachodzą tu jednocześnie zjawiska nagrzewania i chłodzenia.
Bilans cieplny przedstawia się następująco:
gdzie:
p – moc strat
s – przekrój przewodu
t – czas
S – powierzchnia zewnętrzna
c – ciepło właściwe
kod – współczynnik oddawania ciepła
l – długość przewodu
kd – współczynnik strat dodatkowych (1 do 1,15)
Stała T > 0
t – czas od chwili rozpoczęcia obserwacji
Jp – temperatura przewodu w chwili rozpoczęcia obserwacji
Gdy czas (t) dąży do nieskończoności to temperatura przewodu dąży do temperatury ustalonej
to
wprowadzamy oznaczenia:
wtedy:
W przypadku gdy przewód na początku obserwacji posiadał temperaturę otoczenia to:
Pyt.10. Cieplna stała czasowa toru prądowego cieplnie izolowanego
Tor prądowy cieplnie izolowany to tor który nie oddaje ciepła do otoczenia (ciepło jest w całości akumulowane).
W takich warunkach bilans cieplny przedstawia się następująco:
po scałkowaniu:
Cieplna stała czasowa (T) jest równa czasowi, w którym przewód całkowicie cieplnie izolowany osiągnąłby temperaturę równą temperaturze ustalonej przy zwykłej wymianie ciepła.
Charakterystyka nagrzewania:
WPROWADZENIE DO PYTAŃ 11 ,12 ,13,14,
Obciążalnością prądową długotrwałą Idd przewodów elektroenergetycznych nazywamy skuteczną wartość prądu o niezmiennym natężeniu , który płynąc w przewodzie ...
byme1994