Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Основы зонной концепции ограничения перенапряжений и помех

Зонная концепция ограничения помех и перенапряжений в зданиях, сооружениях.
СЕ. Baum, F.M. Tesche и E.F. Vance разработали зонную кон­цепцию защиты зданий,

Эта концепция выделяет зоны с определенными электромагнитными условиями.
Зона 0 характеризуется оригинальными электромагнитными недемпфированными помехами. В зоне 1, окруженной электро­магнитным экраном, помехи ослаблены. Экран / может, напри­мер, представлять собой каркас здания. В зоне 2, пространстве, ограниченном экраном 2, содержащем, например, чувствительное электронное оборудование, помехи еще больше ослаблены, а в зоне 3, например, внутри прибора, где находится особо чувстви­тельная электроника, помехи ограничены до безопасных величин.
Видно что все металлические провода электропита­ния, пересекающие границы зон, должны быть снабжены элемен­тами, снижающими помехи и перенапряжения.
Из рисунка видно, что экраны частично принимают на себя кондуктивные помехи, поступающие по проводам питания. Ясно, что внутренние источники помех в пределах экрана не устраняют­ся. Источники таких внутренних помех, например, в электротехнических устройствах, в которых имеют место комму­тации реле, выключателей, тиристоров или аварийные режимы (отключение защитных выключателей или предохранителей) — создают полевые или кондуктивные помехи.
Две пространственно разделенные зоны 1 с помощью экрани­рованного соединения могут образовать общую зону.
Описанная зонная концепция может служить основой защиты систем и приборов от воздействий атмосферных разрядов и электромагнитных импульсов ядерных взрывов.

Зонная концепция молниезащиты. Концепция защиты компонентов, согласованных друг с другом, обеспечивает необходимую безопасность в работе электрических систем и оборудования. Это уменьша­ет как электрическую, так и индуктивную мощность до безопасного уровня.
Связанная с ЭМС концепция ГЗЗ была разработа­на в качестве дополнительного метода защиты от мол­нии. Сущность заключается в разделении пространства объекта на различные зоны. Они сформированы, экра­нируя здание, комнаты и оборудование, с использова­нием существующих компонентов (таких как арматура и др.). Для этой цели новый стандарт DIN V VDE 0185-4:2002-1 рекомендует разделение на грозозащитные зоны. Таким образом, даже для масштабных электри­ческих сооружений будет найдено сложное и адапти­рованное применение устройств защиты от перенап­ряжений. Со стороны грозозащитной зоны ОА(LPZ OA), куда приходит удар молнии и электромагнитные поля молнии, грозозащитные зоны следуют с уменьшаю­щимся риском ввиду проводимых вмешательств и эф­фектом защиты от электромагнитного влияния молнии.

95 Определение и физический смысл апериодической составляющей при расчёте тока КЗ. Ударный ток КЗ. Трёхфазное КЗ в неразветвленной цепи с источником синусоидального напряжения. Примерные осциллограммы изменения тока КЗ и его составляющих.

Апериодической называется постоянная по знаку составляющая тока i_a, которая возникает в первый момент КЗ и сравнительно быстро затухает до 0.

Периодическая составляющая тока КЗ в начальный момент времени I_{п mo} называется начальным током КЗ. Значение начального тока КЗ используют, как правило, для выбора уставок и проверки чувствительности релейной защиты

Начальное значение апериодической составляющей зависит от двух факторов:

фазы включения короткого замыкания т.е. угла;

амплитуды тока предшествующего режима.

Параметрдостигает максимального значения при условии, что до КЗ был режим холостого хода (= 0) и в момент КЗ периодическая слагаемая нового режима проходит через свой положительный или отрицательный максимум.

УДАРНЫЙ ТОК КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ — наибольшее мгновенное значение силы тока в электрической цепи при возникновении короткого замыкания. Сила тока в цепи достигает этого значения примерно через половину периода (для переменного тока) после возникновения короткого замыкания. При этом появляются наибольшие силы взаимодействия между близко расположенными проводниками. По силе У. т. к. з. проверяют электрические аппараты и проводники на электродинамическую стойкость.

Трёхфазное КЗ в неразветвленной цепи с источником синусоидальногонапряжения. Для упрощения расчета трехфазного КЗ при составлении схемы замещения принимают следующие допущения- все элементы схемы считают линейными;

- токами намагничивания трансформаторов пренебрегают;

- параметры всех фаз считают одинаковыми;

- емкостными проводимостями линий пренебрегают (или учитывают их в виде емкостей, сосредоточенных по концам линии);

- нагрузки учитывают приближенно;

- скорости вращения всех машин считают синхронными;

- пренебрегают активными сопротивлениями элементов схемы.

Последнее допущение приемлемо только при определении начального и конечного значений параметров режима переходного процесса в основных звеньях сети высокого напряжения. При этом приближенный учет активных сопротивлений находит отражение при оценке постоянных времени затухания свободных составляющих токов. В тех случаях, когда расчет тока КЗ производится для протяженных кабельных или воздушных линий сети с относительно небольшими сечениями проводников, данное допущение не пригодно.

Полный ток в цепи КЗ состоит из двух слагающих: принужденного тока (периодического) i_пt, изменяющегося с постоянной амплитудой I_пm и свободного (апериодического) i_аt, затухающего по экспоненте.

Для упрощения подсчета полного тока принимают, что питание цепи осуществляется от источника, собственное сопротивление которого равно нулю, напряжение источника изменяется с постоянной частотой и неизменной амплитудой. Тогда за рассматриваемый период амплитуды периодической и апериодической слагающих тока неизменны. Каждая равна своему значению в данный момент времени.

Полный ток в цепи КЗ является функцией двух переменных: времени t, фазы включения α и определяется выражением

i_t=I_пm∙sin(wt+α-j_к)+I_пmе^-t/Tа=i_пt+i_аt

или при α=0

i_t=√2∙I_поsin(wt-j_к)+√2∙I_пое^-t/Tа,

где j_к=arctg(X_к/R_к) – угол сдвига в короткозамкнутой цепи, Т_а - постоянная времени аварийной цепи, j_к=90° для цепей с преобладающей индуктивностью; I_по – начальный ток короткого замыкания, X_к, R_к - соответственно индуктивное и активное сопротивления цепи КЗ; w - угловая скорость.

Периодическая составляющая тока в месте КЗ в произвольный момент времени t изменяется по следующему закону

i_пt=I_пm∙sin(wt+α-j_к).

Амплитуда принужденного тока определяется по выражению:

I_пm=U_m/Z_к,

где U_m – амплитуда источника тока, Z_к – модуль полного сопротивления, присоединенного к источнику тока участка короткозамкнутой цепи.

Наибольшее значение апериодической составляющей i_ао, кА, тока трехфазного КЗ имеет место при нулевой фазе включения на КЗ (α=0) и фазе тока j_к ≈ 90° и принимается равным амплитуде начального значения периодической составляющей

i_ао=I_nm=√2∙I_по.

Значение апериодической составляющей тока КЗ в произвольный момент времени t в радиальной ветви определяется по выражению

i_аt=i_ао∙е^-t/Tа,

где T_а=Х_э/(w₀R_э) - постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ, с; w₀ - промышленная угловая частота напряжения сети, рад/с, w₀=314 рад/с; Х_э, R_э - соответственно эквивалентное индуктивное и активное сопротивления схем замещения.

За время T_а апериодическая составляющая тока КЗ практически затухает (составляет 5% первоначального значения). Чем меньше величина T_а, тем быстрее затухает апериодическая составляющая. В сложной схеме апериодическую составляющую считают затухающей с эквивалентной постоянной времени T_э=Х_э/(w₀R_э).

Ударный ток i_у - это максимальное мгновенное значение тока КЗ для момента времени t=0,01 с при наиболее неблагоприятных условиях. Его определяют по формуле

i_у=I_пm+I_пmе^–0,01/Tа=К_у∙I_пm,

где К_у=1+е^-0,01/Tа - ударный коэффициент, зависящий от постоянной времени затухания T_а.

Ударный коэффициент изменяется в пределах 1 < К_у < 2, причем если отношение Х/R → 0, то К_у → 1; если отношение Х/R → µ, то К_у → 2. Величину К_у можно определить по известной величине T_а, пользуясь соответствующими кривыми. Приближенно значения активных сопротивлений можно определить по величине отношения Х/R. При приближенных оценочных расчетах ударный коэффициент принимают усредненно

96 Методика и алгоритм расчёта несимметричных электромагнитных переходных процессов в электрических системах. Комплексные схемы замещения для несимметричных КЗ

Несимметричные режимы возникают вследствие несимметричных коротких замыканий или обрыва одной-двух фаз линии. В первом случае в электрической сети появляется поперечная несимметрия, во втором – продольная.

Основные положения метода симметричных составляющих.

1. Любую несимметричную систему токов можно разложить на три симметричные, называемые системами прямой, обратной и нулевой последовательностей («симметричные составляющие»). Симметричная система токов прямой последовательности (рис. 1, а) представляет собой три одинаковых вектора, расположенных под углом 120°, вращающихся против часовой стрелки с соблюдением нормального чередования фаз: А – В – С. Соотношения между фазными значениями устанавливаются с помощью оператора a=e^J¹²º, откуда (т.е. IC1 повернуть на 120° против часовой стрелки). Симметричная система токов обратной последовательности (рис. 1, б) это аналог прямой последовательности, но вращающихся против часовой стрёлки векторов так, что соблюдается обратное чередование фаз: А–С–В. Связь токов фаз В и С с током фазы А: Симметричная система токов нулевой последовательности (рис. 1, в) это система трёх переменных токов, совпадающих по фазе и имеющих одинаковую амплитуду. При их появлении в сети означает возникновение в ней несимметричного замыкания на землю. Эта несимметричная система токов допускает только одно разложение на симметричные составляющие: IA=IA1+IA2+IA0, IB=a²IA1+aIA2+IA0, IC=aIA1+a²IA2+IA0. При заданных , , то искомые :

2. В трёхфазной цепи в месте КЗ наряду с напряжениями прямой последовательности возникают напряжения обратной и нулевой последовательностей. В ветвях схемы вместе с токами прямой последовательности начинают циркулировать токи обратной и нулевой последовательностей.

Рассмотрим схему электрической системы, показанную на рис. 2.(Замыкание на землю фаз В и С в двух

3. В симметричных электрических системах токи и напряжения схем отдельных последовательностей могут рассматриваться независимо друг от друга и быть связаны между собой законами Ома и Кирхгофа.

4. Элементы трёхфазной сети для токов прямой, обратной и нулевой последовательностей имеют неодинаковые сопротивления. ЭДС генераторов симметричны, т.е. не содержат обратной и нулевой составляющих. Т.е. а) в электрических системах существуют только ЭДС прямой последовательности; б) токи обратной и нулевой последовательностей определяются только напряжениями в точке КЗ.

5. Между системами трёх симметричных составляющих всегда существует связь, задаваемая условиями короткого замыкания.

Первым этапом расчёта любого несимметричного режима методом симметричных составляющих является составление схем замещения прямой, обратной и нулевой последовательностей.

Преобразуя эти схемы, находят суммарные сопротивления всех последовательностей, из схемы прямой последовательности определяют суммарную ЭДС.