Модернизация электроснабжения системы электропривода подъемной установки ствола СС-3 рудника "Таймырский"
,
(6.15)
где относительное
отклонение
емкости от
номинального
значения
.
Согласно ГОСТ 1282-68 допускается относительное отклонение емкости конденсаторов в пределах -5 +10%.
Зависимость емкости батареи конденсаторов Сt от температуры нагрева определяется известным соотношением
,
(6.16)
Здесь Со - величина емкости при температуре 20 °С;
Dt
= t °-20°;
—температурный
коэффициент
емкости;
для конденсаторов с пропиткой синтетическими жидкостями он равен -4—8•10-4 1/°С.
Таким образом, выражение для емкости конденсаторов одной фазы фильтра можно представить в виде
,
(6.17)
С учетом выше изложенного, сделаем перерасчет для фильтра 11 гармоники по допустимой перегрузки по току.
;
;
Ф11
,
1,14>1,12 –
превышение
допустимого
тока на 1,7%.
Индуктивное и емкостное сопротивления фильтра изменяются с изменением частоты питающей сети. Обозначив через Dw отклонение частоты от номинального значения , можем записать:
,
(6.18)
где относительное
отклонение
частот от
номинального
значения
.
Абсолютная величина реактивного сопротивления фильтра гармоники DXфn при расстройке резонансного контура вследствие отклонений индуктивности и емкости от номинальных значений представляется выражением
,
(6.19)
Реальные значения и пределы изменения величин, входящих в формулу, следующие:
Dt=0—60°С;
=
-0,02 -0,01.
Ф11
;
=
= -83Ом – отклонение носит емкостной характер.
Ф13
;
=
= -70Ом – отклонение носит емкостной характер.
Ф23
,
=
= -12Ом – отклонение носит емкостной характер.
Относительное отклонение реактивного сопротивления фильтра от величины емкостного сопротивления при идеальной резонансной настройке выражается формулой
,
(6.20)
Ф11
;
Ф13
;
Ф23
;
a—это коэффициент, характеризующий расстройку фильтра в зависимости от возможных отклонений индуктивности и емкости, обусловленных технологическими и эксплуатационными условиями. Требуется, чтобы зaп<0,1, таким образом, возможная расстройка может достигать двух порядков.
Оценим величину
относительного
отклонения
реактивного
сопротивления
фильтра
на нерезонансных
частотах в
частности на
частоте n=13.
Реактивное
сопротивление
фильтра на
частоте гармоники
порядка
:
,
(6.21)
;
- отклонение
реактивного
сопротивления
фильтра на
нерезонансных
частотах можно
не учитывать.
6.11. Особенности работы силового фильтра при отклонениях от резонансной настройки
Идеальный фильтр гармоники полностью потребляет ток этой гармоники In, генерируемый нелинейными нагрузками в питающую сеть. При конечных значениях активного и реактивного сопротивлений фильтра потребляемый им ток может быть больше или меньше тока гармоники, генерируемого всеми источниками.
Обозначим
коэффициентом
загрузки фильтра
n-й
гармоники током
этой гармоники
или, для краткости,
коэффициентом
загрузки по
току.
,
(6.22)
где
,
(6.23)
Qr – условная добротность фильтра, определяемая отношением реактивного сопротивления реактора и активного сопротивления цепи фильтра при промышленной частоте; принимаем Qr>10,
b - относительное отклонение полного сопротивления фильтра от величины индуктивного (емкостного) сопротивления при резонансе
,
(6.24)
Анализ цепей фильтров с учетом возможных вариантов компоновок их показывает, что для фильтров 5, 7, 11 и 13-й гармоник с мощностью батарей конденсаторов 1 500 квар и более практически всегда можно обеспечить Qr>10. При этих условиях с достаточной для практики точностью можно считать b»a.
При пренебрежении
активным
сопротивлением
фильтра (Qr®
),
формула
переходит
в более простую
,
(6.25)
В формуле берется знак “плюс”, если проводимость фильтра носит индуктивный характер.
Ф11
=1,5,
;
Коэффициент
эффективности
работы фильтра
(сокращенно
— коэффициент
эффективности)
характеризует
относительное
уменьшение
гармоники
напряжения
в сети и определяется
отношением
проводимости
сети и эквивалентной
проводимости
сети и фильтра
(а также и отдельных
батарей конденсаторов,
если они имеются)
на частоте этой
гармоники.
Коэффициент эффективности определяется по формуле
,
(6.26)
где
;
;
Ф13
=2,
;
;
.
6.12. Анализ частотных характеристик сетей с фильтрами и отдельно устанавливаемыми батареями конденсаторов
Включение в сеть батареи конденсаторов без защитных реакторов, приводит к изменению эквивалентной реактивной проводимости сети. Влияние емкости батарей на эквивалентную частотную характеристику возрастает с ростом номера гармоники. Подключение батареи обуславливает уменьшение величины емкостного сопротивления прямой последовательности сети, вследствие чего нуль частотной характеристики сдвигается в область меньших частот. При этом возможно возникновение резонанса токов на частотах, как правило, 11-й и 13-й гармоник, что весьма опасно для сети и батареи. Поэтому в случае, когда в сети имеются силовые фильтры, батарею конденсаторов следует включать после подключения фильтров.
Для исключения резонанса токов на частотах гармоник относительно невысокого порядка (n=17, 19) при наличии батарей конденсаторов без защитных реакторов необходимо устанавливать силовые фильтры повышенной мощности, в особенности на частоты гармоник порядков n=11, 13; мощность конденсаторов фильтров в сравнении с расчетной увеличивается на 15—20%.
Совместное использование силовых фильтров и батарей конденсаторов без защитных реакторов вполне допустимо, однако необходимо дополнительно учитывать возможность появления нулей частотной характеристики на частотах гармоник 17—25-го порядков.
Проведенный анализ позволяет также построить рациональную систему защитных отключений фильтров при аварийном отключении одного из них.
Если включены фильтры 11-й и 13-й гармоник, то при аварийном отключении фильтра 11-й гармоники должен отключаться также фильтр 13-й гармоники; при отключении фильтра 13-й гармоники фильтр 11-й гармоники может быть оставлен в работе. Батарея конденсаторов, подключенная к шинам без защитного реактора может быть оставлена в работе.
6.13. Выбор комутационной аппаратуры
Рабочий ток фильтра:
;
;
По табл.31.7.[1] выбираем разъеденитель тип: РВ-6/400
Предельный сквозной ток I=41кА
Предельный ток термической стойкости/время прохождения тока термической стойкости
16кА/4с.
Проверку производим по термической устойчивости:
,
(6.26)
.
Выбор вакуумного выключателя.
По табл.31.4. [1] намечаем к применению тип: ВВ-10-20/630УЗ
Ток динамической устойчивости Iдин=52кА
Предельный ток термической стойкости/время прохождения тока термической стойкости
20кА/3с.
Время отключения 0,075с.
Время включения 0,1с. Привод пружинный.
Ц=161у.е.
Проверка:
Проверку производим по термической устойчивости:
;
;
по динамической стойкости:
i ном.дин.> i уд., 52кА>47,4.
Выбор предохранителей.
Согласно ПУЭ [2] номинальный ток плавкой вставки предохранителя Iв, не должен превышать 160% номинального тока защищаемого им конденсатора, т. е.
,
(6.27)
Рабочий ток фильтра:
,
(6.28)
Ф11
;
,
;
Ф13
,
;
Ф23
;
,
;
По табл.31.14. [1] выбираем
Ф11,13 тип: ПКТ 102-6-31,5УЗ
Iном=50А
Ф23 тип: ПКТ 102-6-31,5УЗ
Iном=80А
6.14. Расчет батарей конденсаторов
Составим уравнение баланса реактивной мощности
,
;
По табл.31.25.[1] намечаем к применению конденсаторную установку типа:
УКЛ-6,3-1800У1 из 4 ячеек.
Выбор комутационной аппаратуры.
Рабочий ток ячейки конденсаторов:
;
По табл.31.7.[1] выбираем разъеденитель тип: РВ-6/400
Предельный сквозной ток I=41кА
Предельный ток термической стойкости/время прохождения тока термической стойкости
16кА/4с.
Проверку производим по термической устойчивости:
,
;
Выбор вакуумного выключателя.
По табл.31.4. [1] намечаем к применению тип: ВВ-10-20/630УЗ
Ток динамической устойчивости Iдин=52кА
Предельный ток термической стойкости/время прохождения тока термической стойкости
20кА/3с.
Время отключения 0,075с.
Время включения 0,1с. Привод пружинный.
Ц=161у.е.
Проверка:
Проверку производим по термической устойчивости:
,
;
по динамической стойкости:
Выбор предохранителей.
Согласно ПУЭ [2] номинальный ток плавкой вставки предохранителя Iв, не должен превышать 160% номинального тока защищаемого им конденсатора, т. е.
;
;
По табл.31.14. [1] выбираем
тип: ПКТ 101-6-20УЗ
Iном=31,5А
6.15. Измерения, управление, сигнализация и блокировка
Измерение тока в цепи конденсаторной установки позволяет контролировать нормальную работу конденсаторов. Равенство емкостей всех трех фаз конденсаторной установки должно измеряться тремя амперметрами, указывающими ток в каждой фазе установки, либо одним амперметром с переключателем.
По показаниям амперметров можно судить о загрузке конденсаторов токами как основной, так и высших гармоник. Для подключения трех амперметров достаточно двух трансформаторов тока, третий амперметр включается на сумму токов, проходящих в двух других фазах.
Для нормальной эксплуатации конденсаторных установок необходимо контролировать напряжение на зажимах конденсаторов, которое не должно превышать допустимое для них напряжение. Целесообразно подключать вольтметр к шинам распределительного устройства, так как при этом представляется возможным измерение напряжения в сети при отключенной конденсаторной установке. Так же включается вольтметр при отсутствии разрядного трансформатора напряжения, когда применяются конденсаторы со встроенными разрядными сопротивлениями.
Учет выработанной конденсаторной установкой реактивной энергии осуществляется счетчиками реактивной энергии, которые устанавливают на присоединениях конденсаторных установок мощностью 100 кВАр и выше при условии, если отдача ими реактивной энергии учитывается при расчете с предприятием по коэффициенту мощности. Данные о количестве реактивной энергии, выработанной конденсаторной установкой, и данные о потреблении активной энергии позволяют определить коэффициент мощности электроустановки.
Присоединение конденсаторных установок возможно к сети как ниже, так и выше 1 000 В. Включение конденсаторных установок может производиться рубильником или разъединителем при ручном управлении или выключателем при дистанционном управлении на переменном или постоянном оперативном токе. Однако эти способы не могут обеспечить быстроты оперативного управления и требуют наличия на подстанциях обслуживающего персонала. Целесообразно отдавать предпочтение автоматическому управлению конденсаторными установками.
Схемы управления присоединениями КУ аналогичны схемам управления трансформаторами, электродвигателями. При этом необходимо особое внимание обратить на следующее. Включение и отключение присоединения КУ следует производить по возможности быстрее во избежание повторных зажиганий при переключении.
При дистанционном автоматическом управлении присоединением КУ следует предусматривать в схеме включения КУ после ее отключения выдержку времени порядка 3—5 мин., которая необходима для разрядки КУ до безопасного напряжения (не выше 50 в). Выдержку времени порядка 3—5 мин. необходимо предусматривать и в схеме автоматического управления, которая необходима для отстройки от кратковременных изменений режимов работы сети. В схеме автоматического управления предусматривается установка переключателя для перевода на ручное или автоматическое управление. При этом должна быть учтена возможность обязательного ручного аварийного отключения выключателя конденсаторной установки.
Конденсаторная установка должна принудительно отключаться при возможном исчезновении напряжения в сети. В схеме управления должно быть предусмотрено запрещение повторного включений конденсаторной установки при ее отключении от действия релейной защиты вследствие внутренних повреждений в конденсаторах или нарушении режима работы сети; при этом должен быть подан звуковой сигнал от установленного для этой цели указательного реле. В схемах сигнализации с автоматическим регулированием нет необходимости подавать звуковой сигнал при автоматическом отключении или включении конденсаторной установки или предусматривать указанное реле. В этом случае следует устанавливать счетчик числа операций срабатывания автоматики.
Конденсаторные установки напряжением выше 1 000В обязательно должны иметь блокировки. Помимо обычной блокировки между выключателем и разъединителем блокировка устраивается дополнительно на выключателе с действием на замок двери конденсаторной установки. Блокировка должна быть устроена таким образом, чтобы двери КУ нельзя было открыть при включенном выключателе и нельзя было бы включить выключатель при открытых дверях в КУ.
В конденсаторных установках, состоящих из нескольких секций, разъединители этих секций должны быть снабжены блокировкой с основным выключателем установки, которая запрещает управление разъединителями секций при включенном выключателе.
6.16. Релейная защита
Каждая конденсаторная установка должна иметь общую защиту всей установки в целом от токов короткого замыкания, осуществляемую в соответствии с ПУЭ. Конденсаторные установки напряжением 3—6—10 кВ в соответствии с Правилами устройства электроустановок должны иметь следующие защиты:
от короткого замыкания, общую для всей конденсаторной установки, выполняемую в виде максимальной токовой защиты, действующей на отключение без выдержки времени;
от короткого замыкания в самих конденсаторах, не снабженных встроенной индивидуальной защитой;
от перегрузки токами высших гармоник, если такая перегрузка возможна;
от повышения напряжения, когда известно, что уровень напряжения в месте присоединения конденсаторной установки будет превышать 110% номинального напряжения. Для надежного действия максимальной токовой защиты при коротких замыканиях необходимо, чтобы расчетный ток короткого замыкания был больше тока срабатывания защиты. Так как защита действует без выдержки времени, то она должна быть отстроена при нормальной работе от рабочего тока, тока включения, тока разряда в сеть.
Ток включения и ток разряда в сеть конденсаторной установки вызываются переходными процессами. Ток включения возникает при подаче напряжения на конденсаторы, а ток разряда в сеть — при коротких замыканиях в сети, к которой присоединены конденсаторы. Величина и время прохождения этих токов определяются параметрами конденсаторной установки и питающей сети. Однако эти токи очень быстро затухают, хотя бывают в несколько раз больше номинального тока конденсаторной установки.
Во избежание ложного срабатывания общей защиты конденсаторной установки от коротких замыканий ток уставки максимальной защиты принимают примерно в 2 раза больше номинального тока конденсаторной установки.
В схемах защиты конденсаторных установок применяются обычные электромагнитные токовые реле мгновенного действия, могут быть использованы также индукционные токовые реле с ограниченно зависимой выдержкой времени. Эти реле обеспечивают не только защиту от токов короткого замыкания, но и от перегрузки.
Защита конденсаторной установки от перегрузки может работать надежно в том случае, если количество включенных конденсаторов не изменяется. Но — если в условиях автоматического регулирования мощности конденсаторных установок под один главный выключатель присоединено несколько конденсаторных установок и каждая имеет свой переключатель, то при включении или отключении части установки ток, протекающий через токовые реле, будет изменяться. Производить изменение уставок реле при всяком изменении включенной мощности установки не допускается.
В этом случае устанавливают на каждой секции установки отдельный комплект трансформаторов тока с токовыми реле, которые действуют на главный выключатель, предусматривающий отключение всей установки в целом.
Селективность действия общей защиты конденсаторной установки должна также обеспечиваться соответствующим выбором индивидуальной защиты самих конденсаторов.
Индивидуальная защита конденсаторов нужна для конденсаторных установок, в которых применяют конденсаторы на напряжение 3, 6, 10 кВ. Отличие этих конденсаторов от конденсаторов напряжением до 1 000 В заключается в том, что они не имеют встроенной индивидуальной защиты.
При коротком замыкании в конденсаторах очень важно не допускать в них возрастания энергии дуги короткого замыкания, возникающей внутри поврежденного конденсатора, до величины, при которой корпус конденсатора может быть разрушен. Невыполнение этого требования может привести не только к разрушению самих конденсаторов, но и к повреждению находящегося вблизи них оборудования.
Защиту конденсаторов на напряжение 3—10 кВ от токов короткого замыкания осуществляют быстродействующими и токоограничивающими плавкими предохранителями типа ПК. При правильном выборе предохранителей своевременно локализуется повреждение защищаемых конденсаторов.
Основными условиями при выборе силовых предохранителей для защиты конденсаторов являются следующие:
номинальное напряжение предохранителей должно соответствовать напряжению сети, в которой устанавливаются конденсаторы;
предохранители должны выдерживать значительные колебания нагрузки, обычные в условиях нормального режима работы конденсаторов;
предохранители должны быть рассчитаны на периодические переходные токи. Для конденсаторов малой мощности броски тока по отношению к номинальному при включении имеют большую кратность, чем для мощных конденсаторов;
при параллельном соединении конденсаторов предохранители должны выдерживать максимальный разрядный ток, протекающий от неповрежденных конденсаторов к поврежденному;
предохранители должны быстро отключать поврежденный конденсатор, обеспечивая при этом требования селективности;
разрывная мощность предохранителей должна быть не меньше возникающей на выводах конденсатора мощности короткого замыкания;
при пробое отдельных соединенных последовательно секций конденсатора номинальный ток плавкой вставки предохранителя не