МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СССР

ГЛАВНОЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭНЕРГОСИСТЕМ

ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ ПО НАЛАДКЕ, СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ ТЕХНОЛОГИИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ И СЕТЕЙ «СОЮЗТЕХЭНЕРГО»

ДОПОЛНЕНИЕ

К МЕТОДИЧЕСКИМ УКАЗАНИЯМ ПО РАСЧЕТУ ЗАЩИТ В СИСТЕМЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ И ПОДСТАНЦИЙ

(СО 34.20.807)

МУ 34-70-035-83

УДК 621.316.91

РАЗРАБОТАНО Предприятием "Сибтехэнерго" ПО "Союзтехэнерго"

ИСПОЛНИТЕЛИ Г.И. Воронин, М.А. Шиша

УТВЕРЖДЕНО Производственным объединением по наладке, совершенствованию технологии и эксплуатации электростанций и сетей "Союзтехэнерго"

Заместитель главного инженера Ф.Л. Коган 03.06.87 г.

В настоящем Дополнении к "Методическим указаниям по расчету защит в системе постоянного тока тепловых электростанций и подстанций" (М.: СПО Союзтехэнерго, 1983) приведены рекомендации по определению параметров сети постоянного тока, расчету значения тока короткого замыкания с учетом влияния статических преобразователей и генераторов постоянного тока, а также дополнительные справочные материалы.

Как и Методические указания Дополнение предназначено для персонала ПО "Союзтехэнерго" и рекомендуется для других организаций, занимающихся техническим обслуживанием и наладкой систем постоянного тока.

С выпуском настоящего Дополнения срок действия "Методических указаний по расчету защит в системе постоянного тока тепловых электростанций и подстанций" продлевается до 01.10.92 г.

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗНАЧЕНИЙ СОПРОТИВЛЕНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ СЕТИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

1.1. Сопротивление проводов, кабелей и шин может быть рассчитано, если известны их длина и сечение, по формуле

,                                                                (1)

где R - сопротивление, (мОм);

ρ - удельное сопротивление, Ом·мм2/м;

l - длина, м;

S - сечение, мм2.

Для меди ρ = 0,0172 Ом·мм2/м, для алюминия ρ = 0,0283 Ом·мм2/м.

1.2. Ориентировочные значения переходных сопротивлений контактов коммутационных аппаратов и значения сопротивлений обмоток расцепителей максимального тока автоматических выключателей приведены в табл. 1 и 2.

Таблица 1

Ориентировочные значения переходных сопротивлений контактов отключающих аппаратов

Таблица 2

Сопротивление катушек расцепителей максимального тока автоматических выключателей

Переходное сопротивление щеточного аппарата элементного коммутатора следует принимать равным 5 мОм.

1.3. Сопротивление элементов сети постоянного тока можно измерить с помощью моста Р333 или аналогичного ему и методом амперметра-вольтметра.

С помощью моста следует проводить измерения в том случае, если сопротивление сети не менее 200 мОм. Использование моста при измерении меньших сопротивлений приводит к значительным погрешностям.

В том случае, если предполагаемое сопротивление сети меньше 200 мОм, измерение следует производить методом амперметра-вольтметра. При этом измерение следует проводить, пропуская по цепи ток порядка 10 А.

Если надо измерить сопротивление отходящей тупиковой линии, то она должна быть выведена из работы. На противоположном конце кабеля устанавливается закоротка, затем производится измерение.

При проведении измерений методом амперметра-вольтметра (рис. 1) вольтметр следует включать непосредственно на измеряемый участок сети, не допуская возможности включения в цепь измерения напряжения токовых цепей измерительной схемы.

Рис. 1. Принципиальная схема измерения сопротивления отходящей тупиковой линии

При подключении закороток и измерительной схемы следует, как правило, пользоваться болтовым присоединением для обеспечения надежного контакта и уменьшения погрешности измерений. Применение для этих целей зажимов типа "крокодил" нежелательно.

Большую часть общего числа присоединений щита постоянного тока составляют "кольца" оперативного тока, вывод из работы которых связан с большими трудностями, а при работе основного оборудования практически невозможен. Используя особенность "колец" оперативного тока, заключающуюся в том, что оба источника питания "кольца" расположены на сравнительно небольшом расстоянии один от другого (не более 30 м), их сопротивление может быть измерено под нагрузкой. Для этого "кольцо" необходимо перевести в режим одностороннего питания. Со стороны отключенного источника питания к "кольцу" через автоматический выключатель АП-50 подключить резистор 100-200 Ом, 1-2 А последовательно с амперметром.

Затем следует измерить падение напряжения на одном полюсе "кольца" от протекания по нему дополнительного тока ΔI как при включенном автоматическом выключателе, так и отключенном выключателе (рис. 2). Сопротивление цепи "кольца" при этом определяется по формуле

,                                                       (2)

где U2, U1 - падение напряжения на полюсе при протекании по нему дополнительного тока и без него соответственно, В;

ΔI - дополнительный ток, А.

Рис. 2. Принципиальная схема измерения сопротивления "кольца" постоянного тока

2. РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ В СЕТИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

2.1. Ток КЗ в сети постоянного тока, питающейся от аккумуляторной батареи (АБ) типа СК (СН), определяется по формуле

,                                                             (3)

где IКЗ - ток КЗ, кА;

Ерасч - расчетная ЭДС одного элемента, В;

n - количество элементов батареи;

RАБ - внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи, мОм;

RКЗ - сопротивление цепи КЗ, мОм.

В формуле (3) Ерасч; RАБ - расчетные величины, нелинейно зависящие от тока, протекающего через АБ. В свою очередь, этот ток зависит от сопротивления цепи короткого замыкания. Для упрощения расчетов, кривая нелинейная зависимости тока в АБ от сопротивления, на которое она замкнута, заменяется двумя прямолинейными участками, пересекающимися в точке соответствующей граничному сопротивлению. Спрямленная характеристика U = f(IКЗ) АБ приведена на рис. 3.

Рис. 3. Спрямленная характеристика U = f(IКЗ) заряженного аккумулятора типа СК (СН) при температуре 25 °С

Значение граничного сопротивления зависит от номера батареи и количества включенных в работу элементов в соответствии с выражением

,                                                                (4)

где Rгр - граничное сопротивление, мОм;

N - номер аккумуляторной батареи.

В том случае, если RКЗ < Rгр принимается Ерасч = 1,73 В

.                                                                (5)

Если же RКЗ > Rгр, то принимается Ерасч = 1,93 В

.                                                                (6)

2.2. Включение аккумуляторной батареи параллельно мощному генератору постоянного тока ГП-150-1500 преобразователя ОП-150-У4 при работе батареи в режиме постоянного подзаряда приводит к увеличению тока КЗ. Расчет тока КЗ в этом случае следует производить по методу двух узлов (рис. 4).

Рис. 4. Расчетная схема и схема замещения при расчете тока КЗ по методу двух узлов

Аккумуляторная батарея и генератор постоянного тока обратимого двигатель-генератора ОП-150-У4 на схеме замещения представлены своими ЭДС (ЕАБ; Ег) и сопротивлениями (RАБ; Rг). При расчете значение Ег принимается равным напряжению на шинах щита постоянного тока. Значение Rг определяется из внешней характеристики U = f (IКЗ) генератора ГП-150-1500, приведенной на рис. 5, и рассчитывается по формуле:

,                                     (7)

где UКЗ = 144 В - напряжение на выводах машины постоянного тока при токе IКЗ = 2611 А.

Рис. 5. Внешняя характеристика U = f (IКЗ) генератора ГП-150-1500

Напряжение на шинах щита постоянного тока в момент установившегося КЗ определяется по формуле

,                                                        (8)

где Ег - расчетная ЭДС генератора, В;

- расчетная ЭДС аккумуляторной батареи, В;

- проводимость цепи ввода питания от генератора на ЩПТ, 1/мОм;

- проводимость цепи ввода питания от АБ на ЩПТ, 1/мОм;

- проводимость цепи КЗ, 1/мОм;

- сопротивление цепи ввода питания от аккумуляторной батареи до шин ЩПТ, мОм.

Значение суммарного тока КЗ и составляющие тока КЗ от АБ и генератора определяются по следующим формулам:

;                                                              (9)

;                                                     (10)

.                                                       (11)

При больших значениях сопротивления цепи КЗ и соответственно малых значениях рассчитанный по (10) может принимать отрицательные значения, что означает переход аккумуляторной батареи в режим заряда.

2.3. В том случае, если генератор ГП-150-У4 работает параллельно с аккумуляторными батареями СК-24 - СК-32, (СH-24 - СK-32), значение суммарного тока КЗ может быть определено упрощенно с использованием зависимости подпитки от тока КЗ Кг = f(IКЗ), полученного экспериментально (рис. 6).

Рис. 6. Зависимость степени подпитки от тока КЗ

Коэффициент Кг показывает степень увеличения суммарного тока КЗ за счет подпитки от генератора постоянного тока по сравнению с током КЗ при работе только одной батареи. При этом для определения суммарного тока КЗ с учетом подпитки от генератора необходимо предварительно определить значение тока КЗ от батареи по (3), а затем соответствующее этому току значение Кг по рис. 6.

Значение суммарного тока КЗ с учетом подпитки определяется по формуле

                                                         (12)

2.4. Для определения тока КЗ при работе аккумуляторной батареи параллельно с мощным выпрямителем агрегата бесперебойного питания (АБП) следует найти значение граничного сопротивления по формуле

                                                               (13)

где UЩПТ - напряжение на шинах ЩПТ, В;

Iуст - уставка системы регулирования выпрямителя по току перегрузки, при которой обеспечивается стабилизация напряжения на шинах, ЩПТ, А.

Если сопротивление цепи КЗ RКЗ > , то ток КЗ равен:

                                                               (14)

При RКЗ < ток КЗ равен:

                                                     (15)

где IАБ - ток от АБ, рассчитанный по (3), без учета влияния выпрямителя АБП, А;

RКЗ - сопротивление цепи от шин ЩПТ до места КЗ.

Необходимо иметь в виду, что (15) справедливо только для определения значения суммарного тока КЗ.

Пример расчета тока КЗ в сети постоянного тока приведен в приложении.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ УСЛОВИЙ ДЛЯ ВЫБОРА И ПРОВЕРКИ АППАРАТОВ ЗАЩИТЫ

3.1. В цепи генератора постоянного тока ГП-150-1500 преобразователя ОП-150-У4 устанавливаются автоматические выключатели ABM или А3700.

В соответствии с техническими условиями предельное допустимое значение тока в цепи якоря машины постоянного тока преобразователя ОП-150-У4 2200 А в течение 3 с. При протекании большего тока возможно возникновение кругового огня на коллекторе машины, после чего она перестает быть источником подпитки места КЗ.

3.2. Уставка срабатывания мгновенного расцепителя автоматического выключателя Iотс, установленного в цепи якоря генератора постоянного тока, определяется по формуле

где Кр - коэффициент разброса (принимается по заводским данным);

Кз = 1,1 - коэффициент запаса.

В течение времени срабатывания автоматического выключателя при действии его мгновенного расцепителя (tcp ≈ 0,06 с), в цепи якоря возможно протекание большего тока ≈2700 А и подпитка этим током места короткого замыкания.

3.3. Максимальный расцепитель замедленного срабатывания автоматического выключателя в цепи якоря генератора постоянного тока должен быть отстроен от номинального тока генератора и допустимых перегрузок, возникающих при работе потребителей системы постоянного тока в аварийных ситуациях.

Технические характеристики автоматических выключателей А3790, АЕ20 и "Электрон" приведены в табл. 3-7.

Таблица 3

Технические характеристики автоматических выключателей А3790

Таблица 4

Технические характеристики автоматических выключателей А3790

Таблица 5

Технические характеристики автоматических выключателей А3790

Таблица 6

Технические характеристики автоматов серии АЕ20

Таблица 7

Технические характеристики автоматических выключателей серии "Электрон"

На рис. 7-10 приведены время-токовые характеристики автоматических выключателей АЕ-20.

Рис. 7. Время-токовая характеристика выключателя серии АЕ-20 с комбинированным расцепителем и температурной компенсацией при температуре 20 °С

Рис. 8. Время-токовая характеристика выключателя серии АЕ-20 с комбинированным расцепителем и температурной компенсацией при температуре 40 °С

Рис. 9. Время-токовая характеристика выключателя серии АЕ-20 с комбинированными расцепителями без температурной компенсации при температуре 20 °С

Рис. 10. Время-токовая характеристика выключателя серии АЕ-20 с комбинированными расцепителями без температурной компенсации при температуре 40 °С

На рис. 11 приведены время-токовые характеристики полупроводниковых расцепителей постоянного тока автоматических выключателей А3790 в зоне токов перегрузки.

а)

б)

в)

Рис. 11. Время-токовые характеристики полупроводниковых расцепителей постоянного тока автоматических выключателей А3790 в зоне токов перегрузки:

а - уставка по времени срабатывания 4 с; б - уставка по времени срабатывания 8 с;

в - уставка по времени срабатывания 16 с

Приложение

ПРИМЕР РАСЧЕТА ТОКА КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ В СЕТИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

1. Щит постоянного тока питается от аккумуляторной батареи типа СК-28, состоящей из 113 элементов. Аккумуляторная батарея работает в режиме постоянного подзаряда от генератора постоянного тока ГП-150-1500 преобразователя ОП-150-У4. Принципиальная и расчетная схема приведена на рис. 12.

Рис. 12. Принципиальная и расчетная схема сети постоянного тока

2. Сопротивления питающих кабелей, необходимые для расчета токов КЗ, определяются по формуле (1)

мОм

мОм

мОм

Граничное сопротивление для АБ СК-28 при n = 113 определяется по формуле (4)

мОм

Таким образом, Rгр < .

Внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи определяется по формуле (6)

мОм.

Расчетная ЭДС аккумуляторной батареи

ЕАБ = 1,93 · 113 = 218 В.

Расчетная ЭДС генератора

Ег = 113 · 2,15 = 242 В.

Расчетное сопротивление генератора (см. формулу (7)) Rг = 37,6 мОм.

3. Проводимость цепи ввода питания от аккумуляторной батареи на ЩПТ

1/мОм.

Проводимость цепи ввода питания от генератора на ЩПТ

1/мОм.

Проводимость цепи КЗ

1/мОм.

4. Напряжение на шинах щита постоянного тока в момент установившегося КЗ, определенный по формуле (8), равен

В.

Суммарный ток КЗ по формуле (9):

А.

Составляющая тока КЗ от аккумуляторной батареи по формуле (10)

А.

Составляющая тока КЗ от генератора по формуле (11)

А.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Определение значений сопротивлений элементов сети постоянного тока

2. Расчет токов короткого замыкания в сети постоянного тока

3. Определение расчетных условий для выбора и проверки аппаратов защиты

Приложение. Пример расчета тока короткого замыкания в сети постоянного тока