Файл: Шаповалов, Б. Т. Электрооборудование насосных станций учебное пособие.pdf

159 • 103 • 0,0253 = 4,02 • 103 руб./год.

Подсчитаем, какую сумму придется израсходовать на сооруже­ ние подстанций КТПБ-35/6 с трансформатором 10 000 кВА, руб.:

(Цены даны по «Справочнику проектировщика энергосистем», раз­ работанному Энергосетьпроектом в 1964 г.). Амортизационные от­ числения, руб./год.:

ДЯ„ . 3 = 33,5 кВт.

Считаем, что при нагрузке 1610 и 3220 кВА работает один транс­ форматор подстанции, а второй по заявке потребителя запломби­ рован.

При нагрузке 6440 кВА работают оба трансформатора подстан­ ции. Составляем таблицу расчетных данных:

будет Э = ЭД+АЭ= 1785-104 + 16,8-104= 1801,8-104 кВт-ч/год.

Стоимость энергии (по двухставочному тарифу) за год опреде­ ляем с учетом того, что пока второй трансформатор не работает

56

Амортизационные отчисления, руб./год:

Из сравнения видно, что первый вариант по капитальным за­ тратам на 29- 1 0 3 руб. дешевле, но по эксплуатационным расходам на 1,998 -103 руб./год дороже. Если принять второй вариант, то пе­ рерасход по капитальным затратам за счет эксплуатационных рас-

ходов окупится только в течение 29-^юз = 14,5 лет, что неприемлемо,

так как нормативный срок окупаемости 8 —10 лет. В результате технико-экономического сравнения вариантов выбираем первый как наиболее целесообразный.

Контрольные вопросы

1. Каковы основные источники электроснабжения насосной станции? 2. На какие цели расходуется электроэнергия на насосных станциях? 3. На какие груп­ пы в зависимости от установленной мощности и на какие категории по степени надежности энергоснабжения разделяются насосные станции? 4. На основании чего выбирают напряжение линий электропередач, питающих насосную станцию? 5. Начертите однолинейную принципиальную схему соединений мелиоративной насосной станции и ее понизительной трансформаторной подстанции? 6. Приве­ дите несколько принципиальных схем питания трансформатора собственных нужд насосной станции. 7. Как выбрать число и мощность трансформаторов понизительной подстанции, служащей для питания насосной станции?

57

Г Л А В А IV

ТОКИ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

Короткие замыкания — один из наиболее распространенных и тяжелых видов аварий в электрической установке. Они возникают вследствие нарушения электрической прочности изоляции токове­ дущих частей. Причины этих нарушений могут быть различными: 1 ) перенапряжения, возникающие в результате атмосферных явле­ ний, например, попадание молнии в провода воздушной линии элек­ тропередачи; 2 ) естественное старение изоляции, своевременно невыявленное в процессе эксплуатации; 3) механические поврежде­ ния изоляции, возникшие, например, в результате неосторожной раскопки кабелей или других работ; 4) попадание животных или птиц между изолирующими промежутками; 5) набросы на провода линии электропередач и др. Короткие замыкания могут возникать также вследствие ошибочных действий персонала, обслуживающего электрическую установку.

При коротких замыканиях происходит соединение между фаза­ ми установки через относительно малые сопротивления, а при ме­ таллических коротких замыканиях — через сопротивление в точке короткого замыкания, практически равное нулю. Если электриче­ ская установка имеет заземленную нулевую точку или выведенный нулевой привод, то соединение фазы с землей или нулевым прово­ дом также относится к аварийным коротким замыканиям.

§13. ВИДЫ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ

Всовременных трехфазных системах могут быть следующие ви­

ды коротких замыканий (рис. 2 2 ): 1 ) трехфазные (а); 2 ) двухфаз­ ные (б); 3) однофазные (в); 4) двухфазные на землю (г).

Как показывает статистика, наиболее часто происходят одно­ фазные короткие замыкания, затем — двухфазные и двухфазные на землю и реже — трехфазные.

Несмотря на то что трехфазные короткие замыкания наименее распространены, мы в дальнейшем будем рассматривать именно их, так как они, как правило, сопровождаются наибольшими значения­ ми токов и вызывают поэтому наиболее серьезные повреждения и расстройства в работе электрических установок.

При возникновении трехфазного металлического короткого за­ мыкания все три фазы электрической установки работают в симмет­ ричном режиме (рис. 22, а). Диаграмма токов является симметрич­ ной, все три тока равны и сдвинуты по фазе на угол 120°. Напряже­ ние в точке короткого замыкания равно 0 .

Максимальные значения токов трехфазного короткого замыка­ ния могут превышать номинальные значения токов установки во много раз. Например, при трехфазном коротком замыкании на вы­ водах турбогенераторов наибольшее значение их токов короткого замыкания может превышать номинальное в 17—22 раза. В совре­

58

менных мощных электрических установках, работающих при напря­ жении 6 —20 кВ, токи трехфазных коротких замыканий могут до­ стигать десятков и сотен тысяч Ампер. Такие громадные значения токов представляют большую угрозу для токоведущих частей и эле­ ктрооборудования установок. Под действием этих токов в токове­ дущих частях выделяется большое количество тепла Q s=/K2, пред­ ставляющее опасность для установки в термическом отношении (токоведущие части могут быть перегреты этим теплом до темпера­ туры выше допустимой или даже расплавлены).

Вследствие электродинамического действия токов короткого за­ мыкания в токоведущих частях могут возникнуть недопустимые де­ формации или полностью разрушиться конструкции.

При коротком замыкании снижается также напряжение в сети, питающей точку короткого замыкания, причем тем больше, чем бли­ же короткое замыкание к сборным шинам электрической установ­ ки. Это снижение напряжения объясняется тем, что при коротком замыкании максимально проявляется размагничивающее действие реакции якоря (статора) генератора и максимально увеличиваются потери напряжения во всех звеньях цепи короткого замыкания. На­ пряжение на сборных шинах установки при трехфазном коротком

замыкании может быть определено по формуле £/Нашинах= У3/к*, где х — сопротивление фазы цепи от места короткого замыкания до сборных шин установки.

Таким образом, неблагоприятное последствие короткого замы­ кания и в том, что потребители, получая пониженное напряжение, не могут продолжать нормальную работу, в частности, такие широ­ ко распространенные потребители, как асинхронные двигатели, момент которых пропорционален квадрату напряжения (.М==[/2); при значительном снижении напряжения могут остановиться.

59

Учитывая сказанное, необходимо проектировать и строить эле­ ктрические установки таким образом, чтобы при возникновении ко­ роткого замыкания поврежденный элемент отключался бы ближай­ шим к нему выключателем под действием автоматической защиты за минимально короткое время. Это время складывается из про­ должительности действия защиты (t3) и продолжительности дейст­ вия выключателя (tB), т. е. tommo4 = t3 + tB.

Токоведущие части и аппаратура должны быть выбраны так, чтобы они без повреждений в течение времени ^отключ выдерживали термическое и динамическое действия токов короткого замыкания.

Генераторы станции должны быть оборудованы автоматически­ ми регуляторами возбуждения, которые при коротких замыканиях, максимально форсируя возбуждение, способствуют меньшему сни­ жению напряжения в аварийной сети.

Следовательно, определение токов короткого замыкания необ­ ходимо: 1 ) для правильного выбора токоведущих частей и аппара­ туры; 2 ) для выбора токоограничивающих средств; 3) для проекти­ рования и настройки релейной защиты.

§ 14. ФИЗИЧЕСКАЯ КАРТИНА ПРОТЕКАНИЯ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

Прежде чем говорить о методе расчета токов трехфазного корот­ кого замыкания, рассмотрим физическую картину их протекания при возникновении этой аварии на зажимах синхронного генера­ тора.

Как известно, трехфазные синхронные генераторы являются основным промышленным источником электроэнергии и установле­ ны на всех электрических станциях страны. Если на зажимах син­ хронного генератора, работающего при нормальной нагрузке или вхолостую, при нормальном напряжении внезапно произойдет трех­ фазное короткое замыкание, то в его обмотках возникнет ток корот­ кого замыкания, значение которого будет определяться сопротивле­ нием обмоток генератора и полем его возбуждения. Так как индук­ тивное сопротивление обмоток генератора х весьма велико по сравнению с активным сопротивлением обмоток г, то возникший ток можно считать чисто индуктивным, т. е. изображающий его вектор будет отставать от вектора э. д. с. генератора на угол ср = 90° (рис. 23). Следовательно, мгновенное значение этого тока будет тем больше, чем меньше э. д. с. Поскольку э. д. с. в фазной обмотке ге­ нератора зависит от положения полюсов относительно этой обмот­ ки, то и начальное значение тока короткого замыкания будет зави­ сеть от положения полюсов по отношению к обмотке рассматривае­ мой фазы. Таким образом, начальное значение тока короткого замыкания определяется моментом его возникновения. При макси­ мальном пересечении потока полюсов сторонами витков фазной об­ мотки э. д. с. максимальна, и ток короткого замыкания (ср = 90°) будет равен нулю. Когда поток возбуждения не пересекается сто­ ронами витков, э. д. с. будет равной нулю, а ток короткого замыка­ ния максимальным.

60