Советы электрика

Советы электрика

Приветствую вас, читатель моего сайта ceshka.ru!

В этой статье я хочу рассказать вам как регулируется напряжение у силового трансформатора 110/10 кВ- под нагрузкой.

Для тех кто вообще не в теме объясняю о чем вообще идет речь.

Электроэнегрия от электростанции (АЭС, ТЭЦ, ГРЭС и т.п.) передается по опорам воздушных линий на многие сотни километров к подстанции (я буду вести речь о подстанции 110 000 Вольт), где установлены понижающие трансформаторы – очень большие и очень мощные.

Эти трансформаторы понижают напряжение (в моем примере до 10 000 Вольт) и передают электроэнергию дальше, но уже на более короткое расстояние- в пределах 10-40км до следующего понижающего трансформатора, который преобразует уже высокое напряжение 10 кВ в низкое трехфазное напряжение 400 Вольт, которое и идет по проводам к нам в дома.

Так вот, к трансформатору 110/10 кВ, установленному на подстанции, присоединяется очень много нагрузки- это может быть целый сельский район или часть большого города.

Нагрузка в течении дня и в течении времен года постоянно меняется и очень сильно.

Например в зимний период многие сельские жители обогреваются электрокотлами , поэтому потребляемый ток гораздо больше чем летом.

Или есть утренние и вечерние часы максимума нагрузок когда люди просыпаются или наоборот приходят с работы, включают электроприборы- потребление электроэнергии сильно возрастает. В течении дня нагрузка снижается и иногда даже в разы меньше чем утром или вечером.

Что такое стабилизатор напряжения

Стабилизатор напряжения — это прибор, который поддерживает заданное напряжение и тем самым организует «здоровое электропитание». Например, если в сети вместо 220 вольт осталось всего 200 вольт, то после подключения стабилизатора на его выходе снова получится 220 вольт.

Аналогично стабилизатор справляется с повышенным напряжением, скачками напряжения в электросети и прочими трудностями. Прибор полезный, но нужен ли он лично вам? Это надо выяснить.

Принцип работы и элементы системы автоматического регулирования

В случае системы автоматического регулирования наблюдение и регулирование производится автоматически при помощи заранее настроенных приборов. Аппаратура способна выполнять все действия быстрее и точнее, чем в случае ручного регулирования.

Действие системы может быть разделено на две части: система определяет изменение значения переменной процесса и затем производит корректирующее воздействие, вынуждающее переменную процесса вернуться к заданному значению.

Система автоматического регулирования содержит четыре основных элемента: первичный элемент, измерительный элемент, регулирующий элемент и конечный элемент.

Элементы системы автоматического регулирования

Первичный элемент воспринимает величину переменной процесса и превращает его в физическую величину, которое передается в измерительный элемент. Измерительный элемент преобразовывает физическое изменение, произведенное первичным элементом, в сигнал, представляющий величину переменной процесса.

Выходной сигнал от измерительного элемента посылается к регулирующему элементу. Регулирующий элемент сравнивает сигнал от измерительного элемента с опорным сигналом, который представляет собой заданное значение и вычисляет разницу между этими двумя сигналами. Затем регулирующий элемент производит корректирующий сигнал, который представляет собой разницу между действительной величиной переменной процесса и ее заданным значением.

Выходной сигнал от регулирующего элемента посылается к конечному элементу регулирования. Конечный элемент регулирования преобразовывает получаемый им сигнал в корректирующее воздействие, которое вынуждает переменную процесса возвратиться к заданному значению.

В дополнение к четырем основным элементам, системы регулирования процессами могут иметь вспомогательное оборудование, которое обеспечивает информацией о величине переменной процесса. Это оборудование может включать такие приборы как самописцы, измерители и устройства сигнализации.

Схема простой системы автоматического регулирования

Распределительными устройствами называют электроустановки, принимающие и распределяющие электроэнергию в ходе доставки её к потребителям. Кроме доставки энергии по назначению, РУ служат для подачи напряжения соответствующих характеристик на оборудование электроустановок и коммутационных систем.

Различают несколько классификаций РУ по различным особенностям. Распределительные устройства, в зависимости от условий эксплуатации бывают(чтобы увеличить схему кликните по ней):

открытого типа (ОРУ) – оборудование, расположенное вне зданий или других укрытий. Такие устройства отличаются удобством проверки исправности, простотой расположения и внесения изменений, но занимают большое пространство и требуют повышенной защиты от неблагоприятного воздействия атмосферных и климатических факторов;

Указанные РУ могут различаться по следующим критериям:

• способу разделения – в виде отдельных секций или с шинными системами. Шинные системы могут переключать потребителей от одной секции к другой. Если выполняются отдельные секции, потребитель подключается персонально;
• схеме подключения устройств – кольцевым и радиальным способом. При кольцевой схеме один объект подключается к нескольким выключателям. Если устраивается радиальная схема – потребители питаются посредством разъединителей сборных шин с помощью одного выключателя. Радиальный способ более простой, а кольцевой – надёжнее и практичнее для обеспечения работы электрооборудования;
• присутствия обходных элементов – данная система позволяет производить ремонт оборудования без отключения абонентов.

В дополнение к перечисленным разновидностям используется элегазовое оборудование, предусматривающее помещение установок внутрь пространства, заполненного специальным составом с высокими свойствами безопасности.

Конструкция – КРУ

Также применяются комплектные распределительные устройства (КРУ), состоящие из типовых модулей, помещённых в шкафы. Такие элементы содержат необходимые предохранительные блоки, выключатели и другие составляющие и поставляются в готовом виде, не требующем комплектации. Если устройство предполагает наружную установку, его называют КРУН. Такой модуль предусматривает наличие соответствующей защиты.

В зависимости от класса напряжения, параметров сети, численного состава абонентов, предусмотрено наличие следующих распределительных устройств:

• сборных камер;
• комплектных распределительных устройств;
• пунктов по ведению коммерческого учёта;
• комплектных трансформаторных подстанций;
• пунктов по автоматическому регулированию напряжения;
• панелей щитов распределения;
• распределительных низковольтных щитков;
• шкафов по учёту электрической энергии наружного размещения для частных домов;
• устройств по контролю параметров.

Детальнее об особенностях РУ по характеристикам напряжения.

Подробнее про РУ можете найти в этой книге(про РУ со страницы 392): Открыть книгу

РУ до 1 кВ

Указанные элементы комплектуют и размещают в специальных шкафах или щитках. Их назначение может предусматривать передачу энергии потребителям или запитку собственного оборудования.

Кроме основных систем, такие модули могут снабжаться дополнительными устройствами:

• токовыми трансформаторами и приборами учёта электрической энергии;
• индикационными цепями и сигнализаторами положения коммутационных переключателей;
• измерительными блоками для определения технических характеристик цепей;
• сигнализационными и защитными устройствами от замыканий на землю;
• аппаратами автоматического включения резервных цепей;
• дистанционными системами управления.

Низковольтные распределительные устройства могут включать модули с постоянным током, распределяющие напряжение от источников питания к оборудованию и потребителям.

Высоковольтное оборудование

Данные системы рассчитаны на работу элементов в условиях напряжения выше 1 кВ.

РУ могут комплектоваться в шкафах, разделённых на отдельные отсеки с токовыми трансформаторами, отходящими кабелями, сборными шинами, выкатной частью и отсеками вторичных цепей.

Отдельные отсеки надёжно изолируются, для обеспечения безопасности эксплуатации. В выкатных модулях, учитывая назначение, размещаются выключатели, трансформаторы напряжения, разрядники, трансформаторы собственных потребностей.

Расположение выдвижного элемента может предусматривать нахождение в рабочем, контрольном (разобщённом) или ремонтном положении. Если аппарат в работе, замыкаются главные и вспомогательные схемы. Для контрольного положения характерно разомкнутое состояние главных и замкнутое – вспомогательных цепей. При ремонтном положении обе цепи размыкаются, а выдвижной элемент располагается за пределами шкафа.

Шины токоведущих элементов выполняются из алюминия или сплавов на его основе. При применении токов большой величины используются медные элементы, а если значение номинального электротока в пределах 200 А – из стали.

Безопасность работы оборудования обеспечивается за счёт соответствующих блокирующих систем. Применяются шторки и ограждения, закрывающие выкаченный выдвижной элемент и не допускающий возможность включения оборудования в таком состоянии.

Грамотное использование и комплектация распределительных устройств обеспечивает надёжную подачу энергии потребителям в заданных параметрах и безопасность эксплуатации энергетического оборудования.

Автоматическое регулирование частоты и активной мощности

Постоянство частоты тока — основное условие нормальной работы потребителей электроэнергии.

Снижение частоты тока приводит к уменьшению частоты вращения электродвигателей электромеханизмов и к значительному понижению их производительности. Понижение частоты приводит к уменьшению к. п. д. первичных двигателей.

Повышение частоты тока сверх номинальной приводит к возрастанию мощности электродвигателей и к увеличению потребления электроэнергии судовыми механизмами; возрастает также температура нагрева, перегрев электро-двигателей.

Регулирование частоты тесно связано с распределением активной мощности между агрегатами судовой электростанции, так как восстановление частоты в электроэнергетической системе достигается путем изменения активной мощности этих агрегатов.

Устройства автоматического регулирования должны поддерживать постоянство частоты в электроэнергетической системе при экономически наивыгоднейшем распределении нагрузки между агрегатами и обеспечивать высокую надежность работы системы как в нормальных, так и в аварийных режимах.

Структурная схема регулирования.

Причиной изменения частоты вращения является нарушение баланса между суммарной мощностью, вырабатываемой генераторами, и суммарной мощностью, потребляемой приемниками.

Регулирование частоты тока осуществляется регуляторами частоты вращения первичных двигателей и регуляторами частоты тока. Первые непосредственно реагируют на изменение частоты вращения первичного двигателя, а вторые — на изменение тока генератора и его частоты.

Структурная схема системы автоматического регулирования частоты тока и распределения активной мощности (рис. 21.6) включает следующие элементы: измерительный элемент регулятора частоты вращения ИЭРЧВ, реагирующий на отклонение частоты вращения от заданного значения; исполнительный орган регулятора частоты вращения ИОРЧВ; измерительный орган частоты тока (датчик частоты) ДЧ; измерительный орган активного тока (датчик активного тока) ДАТ; усилитель У; серводвигатель СД- исполнительный орган устройства регулирования частоты тока и распределения активной мощности;. первичный двигатель ПД; генератор Г.

При нарушении установившегося режима в системе приходят в действие регуляторы частоты вращения и частоты тока.

В процессе регулирования устанавливается новое значение частоты тока, определяемое статизмом характеристик регулирования.

Регулирование частоты тока и активной мощности генераторов осуществляется воздействием на исполнительный орган регулятора частоты вращения первичного двигателя.

Для регулирования частоты вращения и частоты тока применяются регуляторы с астатической 1 и статической 2 характеристиками (рис. 21.7), выражающими зависимость угловой скорости ω и частоты f от значения активной мощности Р.

При регулировании по астатической характеристике частота в системе остается постоянной независимо от величины нагрузки. Регулирование по статической характеристике дает возможность получить заданное распределение активной нагрузки между генераторами, но при этом с увеличением нагрузки частота уменьшается.

Коэффициент статизма характеристики регулирования определяется по формулам:

где ω_x.x, f_x.x— угловая скорость и частота при холостом ходе;

ω_ном , f_ном — угловая скорость и частота при номинальной активной нагрузке генератора.

Регуляторы частоты вращения характеризуются также степенью неравномерности

где n_х.х — частота вращения при холостом ходе;

n_ном— частота вращения при номинальной нагрузке;

n_ср — частота вращения при половинной нагрузке.

Основной способ регулирования частоты вращения — по мгновенному отклонению регулируемого параметра. На этом принципе основаны центробежные регуляторы частоты вращения, широко используемые в судовых электроэнергетических системах.

Устройство регулирования частоты и автоматического распределения активных нагрузок типа УРЧН.

На каждой из генераторных секций ГЭРЩ (рис. 21.8) установлены: датчик активного тока ДАТ и усилитель У; кроме того, на секции генератора Г1 установлен прибор регулирования частоты ПРЧ.

Каждый из датчиков активного тока ДАТ измеряет активную составляющую нагрузки своего генератора. Датчики активного тока через блокирующие контакты генераторных выключателей соединены по дифференциальной схеме. Разностный ток их выходов протекает по обмоткам управления всех магнитных усилителей устройства. Выбор балластного агрегата (т. е. агрегата, регулировочная характеристика которого в процессе распределения остается фиксированной) осуществляется путем выключения питания усилителя выбранного агрегата. Выход каждого усилителя включен на обмотку управления двигателя регулятора частям вращения агрегата.

Устройство типа УРЧН, включенное в систему, работает следующим образом. При равенстве значений активных нагрузок генераторов выходные токи датчиков активного тока равны, ток в цепи дифференциальной связи между датчиками отсутствует, напряжения на выходах усилителей равны нулю и двигатели регуляторов частоты вращения не работают.

При рассогласовании значений активных нагрузок агрегатов в цепи дифференциальной связи протекает ток, определяемый значением разности выходных токов датчиков ДАТ; на выходах усилителей появляется напряжение, полярность которого определяется направлением тока в обмотке управления усилителя У. Включенные к выходам усилителей серводвигатели СД в зависимости от полярности сигналов воздействуют на настройки регуляторов частоты вращения РЧВ, которые соответственно перемещают регулировочные характеристики регуляторов частоты вращения агрегатов в сторону уменьшения величины рассогласования активных нагрузок, чем достигается пропорциональное распределение активной мощности между генераторами.

Схемы уравнительных связей при параллельной работе синхронных генераторов.

Уравнительные связи применяются для равномерного распределения реактивных нагрузок между параллельно работающими синхронными генераторами, имеющими автоматическую систему регулирования напряжения.

Уравнительные связи осуществляют на постоянном и на переменном токе.

Принцип осуществления уравнительных связей на постоянном токе является единым для всех систем регулирования. В этом случае силовые выпрямители параллельно работающих генераторов по существу в свою очередь работают параллельно на общие шины, от которых при одинаковом напряжении питаются обмотки возбуждения генераторов. Если генераторы разной мощности, то в обмотку возбуждения генератора меньшей мощности включается соответствующий уравнительный резистор.

Схемы уравнительных связей на переменном токе для различных систем регулирования имеют специфические особенности.

Функции защиты расцепителя

Защита от перегрузки (L)

Защита от перегрузки представляет собой тепловую защиту. При протекании тока выше допустимого значения защита срабатывает и приводит в действие механизм расцепления.

Функция защиты от перегрузки является неотключаемой и может выставляться вручную в диапазоне I1=0,4. 1 x In, где In — номинальный ток расцепителя. Также есть возможность настроить время-токовые характеристики.

Для настройки защиты от перегрузки необходимо знать максимальный рабочий ток нагрузки (lb) и разделить его на номинальный ток расцепителя In. Уставка L должна быть больше или равна полученному значению:

L =Ib/In

Защита кабеля выполняется при условии,если lb < l1< lz, где lz — это нагрузочная способность кабеля, а l1 — уставка тока защиты от перегрузки.

Например, возьмем автоматический выключатель с номинальным током In=250 A и электронным расцепителем на 250 А. Предположим, что рабочий ток нагрузки составляет 170 A. Тогда L= Ib/In =170/250 =0,68.

Необходимо с помощью настройки DIP-переключателей выставить это значение на расцепителе и затем умножить на номинальный ток автоматического выключателя, в результате мы получим требуемое значение.

Для значения 0,68 переводим DIP-переключатели 0,16, 0,04 и 0,08 в верхнее положение.

Таким образом получаем I1 = 250 х (0,4+0,04+0,08+0,16) = 170 А

Также с помощью DIP-переключателей t1 можно задать кривую срабатывания автоматического выключателя, она же время-токовая характеристика — t=3с, t=6с, t=9с и t=12с для тока 6 x I1.

Защита от короткого замыкания с мгновенным срабатыванием (I)

Следующей характеристикой является защита от токов короткого замыкания, срабатывающая мгновенно, за доли секунд.

Функция мгновенной защиты реализована в виде электромагнитного расцепителя, который представляет из себя катушку соленоида, внутри которой расположен подвижный сердечник. При мгновенном возрастании электрического тока, происходящим при коротком замыкании, сердечник втягивается в катушку соленоида, преодолевая сопротивление пружины и давит на спусковой механизм расцепления, в следствии чего контакты автомата размыкаются обесточивая сеть.

Данная функция защиты имеет диапазон I3=1.5. 12 x In и является отключаемой.

Для настройки защиты необходимо знать минимальное расчетное значение тока КЗ в электроустановке (Ik).

Порог срабатывания электромагнитного расцепителя должен соответствовать следующему условию: I3 < Ikмин, где I3 — уставка тока короткого замыкания.

Для расчета уставки надо разделить ток КЗ на номинальный ток расцепителя и принять значение уставки немного ниже.

I=Ik мин/In

Опять же для примера возьмем автоматический выключатель с номинальным током In=250 A и электронным расцепителем на 250 А.

Расчетный ток КЗ lkмин примем равным 1800 A.

Рассчитаем необходимую уставку: I3 = Ik мин/ In =1800/250= 7,2. При помощи DIP-переключателей выставим значение 7.

Тогда I3 = 7 x 250 = 1750. Как видим, расчетное значение вписывается в условие I3 < Ikмин = 1750 < 1800 А.

Защита от короткого замыкания с задержкой срабатывания (S)

Задержка срабатывания (Селективность) требуется для того, чтобы при любом повреждении определенного участка цепи отрабатывал только автоматический выключатель, который защищает эту цепь, в то время как остальная часть электроустановки должна находиться в рабочем режиме.

Благодаря этому достигается бесперебойная работа всей электроустановки в целом.

Для настройки селективности S автоматического выключателя необходимо, так же как и в случае настройки защиты от короткого замыкания с мгновенным срабатыванием, минимальное расчетное значение тока КЗ (Ik) разделить на номинальный ток расцепителя (In).

S=Ik мин/In

Рассмотрим настройку уставки S опять же на примере автоматического выключателя с номинальным током In=250 A и электронным расцепителем на 250 А.

Расчетный ток КЗ lkмин = 1800 A.

Тогда S = Ik мин/ In = 1800/250 = 7,2.

DIP-переключателями выставим значение 7.

I2 = 7 x 250 = 1750 < 1800 А.

Выдержка по времени t2 изменяется согласно токовременной зависимости t2=const или l2t = const.

При выборе t2 = const в случае КЗ, все токи, равные или превышающие I2 должны отсекаться в пределах установленного времени t2. При выборе характеристики l2t = const, применимы расчеты, сделанные для определения времени срабатывания t1, учитывая соответствующие пороги тока I2.

Время задержки устанавливается с помощью DIP-переключателей, согласно одной из четырёх кривых срабатывания:

• t=0,05с при 8 х In
• t=0,1c при 8 х In
• t=0,25c при 8 х In
• t=0,50с при 8 х In

Защита от замыкания на землю (G)

Функция защиты замыкания на землю основана на принципе измерения векторной суммы токов, протекающих по токоведущим проводникам — фазным и нейтральному. В случае отсутствия повреждения эта сумма равна нулю, но в случае замыкания на землю, часть тока (дифференциальный ток) возвращается в источник питания через защитный проводник и/или заземление, нарушая баланс токов. Если значение дифференциального тока превышает уставку срабатывания защиты, автоматический выключатель должен срабатывать в течении заданного времени.

Защита замыкания на землю применяется в электроустановках в системах заземления ТТ и TN-S, а также в системах TN-CS, где она ограничивается той секцией установки, которая имеет собственный нейтральный провод N, ответвленный от проводника PE и проложенный отдельным проводом.

В системах TN-C функция защиты G не применяется, поскольку нейтраль и защитный проводник совмещенные.

Выбор устройства для защиты от замыкания линейного проводника на землю и защиты при косвенном прикосновении осуществляется путем согласования времени отключения с полным сопротивлением контура замыкания на землю. Это означает, что должна соблюдаться следующая зависимость:

Zs х la < Uo

• Zs — полное сопротивлением контура тока замыкания на землю.
• la — ток отключения в пределах выдержки времени.
• Uo — номинальное действующее напряжение переменного тока относительно земли.

Также данное выражение может быть выражено следующим образом — Ia < Uo/ Zs = IklPE, где IklPE — ток замыкания линейного проводника на землю.

Из этого следует, что защита при косвенном прикосновении осуществляется в том случае, если уставка расцепителя автоматического выключателя меньше тока замыкания линейного проводника на землю IklPE в защищаемой открытой проводящей части.

G = IklPE/ In

Возьмем автоматический выключатель 250 A с электронным расцепителем на 250 А. Примем IkPE=130 A.

G = 130/ 250 = 0,52. DIP-переключателями выбираем уставку 0,5.

Тогда I4 = 250 х 0,5 = 125 А. Что меньше, чем IkPE=130 A. Условие соблюдается.

Время срабатывания t4 выбирается в соответствии с const=l2t. Поэтому для определения времени срабатывания необходимо руководствоваться теми же расчетами, что использовались при определении выдержки времени t1, но с учетом соответствующих порогов срабатывания I4 и соответствующих характеристик кривых.

Заключение

Таким образом настраиваются все основные защитные функции электронного расцепителя PR222DS/PD. Помимо ручной настройки, для данного расцепителя возможна настройка параметров электронным способом с помощью блока тестирования и настройки SACE PR 010T.

Анцапфа трансформатора – это элемент силового трансформатора, который позволяет регулировать уровень напряжения. Устройство обладает простым механизмом действия, основанным на законе сопротивления Ома. Общий принцип регулировки предполагает изменение числа витков обмотки, однако процесс осуществляется с погашением ПБВ или без него через РПН.

Выбор зависит от силового оборудования, его мощности и некоторых других особенностей. Регулировка анцапфы трансформатора 10/0,4 в большинстве случаев осуществляется только с погашением. Для высоковольтных подстанций, где предполагается отсутствие электроэнергии у большого числа абонентов, используют РПН. Качество электрической энергии во многом зависит от такого простого устройства, о котором велась речь в представленной статье.