Определение расчетных токов рабочего режима

Номинальный ток I _ном – наибольший ток (действующее значение), который аппарат или проводник способен длительно проводить при заданном напряжении, номинальной частоте и номинальной температуре воздуха, при этом температура частей аппарата не должна превышать допустимую, установленную для длительной работы.

Рабочий режим аппаратов и проводников по их нагрузке делится на нормальный и утяжеленный.

Под нормальным режимом электроустановки понимают такой режим работы, при котором значения ее параметров не выходят за пределы, допустимые при заданных условиях эксплуатации. В нормальном режиме функционируют все элементы данной электроустановки без вынужденных отключений и без перегрузок.

Утяжеленным режимом называется режим при вынужденном отключении части присоединений вследствие их повреждения или в связи с профилактическим ремонтом, когда рабочие токи других присоединений могут заметно увеличиться. При этом в качестве расчетного принимают наиболее тяжелый режим, когда в электроустановке протекает наибольший ток.

При выборе сечения проводников по экономической плотности тока исходят из рабочего нормального режима без учёта непродолжительных перегрузок, а по условию нагрева из условий утяжеленного режима.

Таким образом, для выбора аппаратов и проводников в нормальных режимах нужно знать значения рабочих токов присоединений нормального I _{раб.норм} и утяжеленного I _раб.ут режимов.

В общем случае силу тока можно определить по формуле:

где S _нагр – полная мощность нагрузки, в кВ^.А, (значение можно определить по методу упорядоченных диаграмм или коэффициенту спроса);

U _ном – номинальное напряжение, в кВ.

Приведенные ниже формулы для расчета токов в отдельных элементах энергосистемы в основном используются для приблизительных расчетов, когда их нагрузка неизвестна. Если нагрузка у элементов отличается от номинальной, то для расчета рабочих и аварийных токов необходимо учитывать реальную нагрузку в рабочем и аварийном режимах.

Рассмотрим некоторые конкретные случаи определения расчетных рабочих токов.

Для присоединений генераторов и синхронных компенсаторов, расчётный рабочий ток нормального режима принимают равным соответствующему номинальному току

,

где Р _ном – номинальная мощность генератора, в кВт;

cos φ _ном – номинальный коэффициент мощности генератора.

Для синхронных двигателей при номинальном токе возбуждения и асинхронных двигателей

,

где Р _ном – номинальная мощность двигателя, в кВт;

U _ном – номинальное напряжение питающей сети, в кВ

cos φ _ном – номинальный коэффициент мощности двигателя;

η _ном – номинальный КПД двигателя.

Утяжеленный режим у генераторов, синхронных компенсаторов и двигателей практически отсутствует, так как допустимая продолжительная перегрузка по току не превышает 5% (при снижении напряжения на 5 %), при этом ток утяжеленного режима

Для присоединений силовых трансформаторов расчетный рабочий ток нормального режима должен быть равен номинальному току трансформатора, меньше или больше его в зависимости от назначения и метода резервирования трансформатора.

Так для присоединений блочных повышающих трансформаторов на электростанциях, включаемых последовательно с генераторами,

,

где S _ном - номинальная мощность трансформатора (выбранная с учетом соответствующей мощности генератора), в кВ^.А.

Аналогично определяются токи для однотрансформаторных подстанций. Утяжеленный режим здесь исключён.

На подстанциях с двумя трансформаторами, загруженными одинаково, номинальную мощность S _ном каждого трансформатора обычно выбирают из условия допустимой перегрузки в послеаварийном режиме

S _ном.т ≥ 0,7 × S _max,

где S _max - максимальная нагрузка подстанции в перспективе.

При нормальной работе нагрузка каждого трансформатора составляет приблизительно 0,7 его номинальной мощности, поэтому расчётный рабочий ток нормального режима присоединений трансформатора I _{раб.норм} со стороны высшего и низшего напряжений должен быть принят равным

I _{раб.норм} = 0,7 × I _ном.т.

В случае вынужденного отключения одного трансформатора второй принимает на себя всю нагрузку подстанции и в течение 5 суток по 6 часов в сутки нагружен до 1,4 номинальной мощности.

Расчетный ток утяжеленного режима

I _раб.ут = 1,4× I _ном.т.

При определении расчетных рабочих токов присоединений трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов нужно учитывать распределение мощности между обмотками в нормальном и утяжеленном режимах. Так, например, в цепи высшего напряжения трехобмоточного трансформатора или автотрансформатора на понизительной подстанции расчетные токи нормального и утяжеленного режима определяются так же, как в цепи двухобмоточного трансформатора.

На стороне среднего и низшего напряжений при двух работающих трансформаторах (автотрансформаторах), нагруженных одинаково:

где S _нагр - наибольшая перспективная нагрузка на стороне среднего или низшего напряжения, в кВ^.А.

При отключении одного трансформатора

I _раб.ут = 2 × I _{раб.норм}.

Цепь линии. Для одиночной, радиальной линии

I _{раб.норм} = I _раб.ут

и определяется по наибольшей нагрузке линии

где S _нагр - наибольшая мощность, передаваемая по линиям.

Для n параллельных линий, загруженных одинаково

;

Утяжеленный режим для параллельных линий возникает при отключении одной из них

.

В частности для двух параллельно работающих линий, загруженных одинаково

I _раб.ут = 2 × I _{раб.норм}.

Для цепей кабельных линий необходимо учитывать перегрузочную способности кабелей. Так для кабелей с бумажной пропитанной изоляцией напряжением 10 кВ и ниже согласно ПУЭ на время ликвидации аварии допускается перегрузка кабеля до 1,3 × I _доп, если нагрузка в часы максимума составляла не болев 0,8 × I _доп. Указанная перегрузка допускается в период максимальной нагрузки (не более 6 часов в сутки) в течение пяти суток.

Для сборных шин станций и подстанций, аппаратов и шин в цепях шиносоединительных и секционных выключателей ток утяжеленного режима определяется с учетом токораспределения по шинам при наиболее неблагоприятном эксплуатационном режиме. Такими режимами являются отключение части генераторов, перевод отходящих линий на одну систему шин, а источников питания - на другую. Обычно ток, проходящий по сборным шинам, секционному и шиносоединительному выключателю не превышает I _раб.ут самого мощного источника питания, присоединенного к этим шинам.

В цепи группового сдвоенного реактора в нормальном режиме ветви реактора загружены равномерно

,

где S _нагр - нагрузка присоединенных к ветви потребителей, в кВ^.А.

Утяжеленный режим наступает при отключении одной из потребительских линий, присоединенных к ветви реактора, когда нагрузка другой ветви может соответственно возрасти

,

где n - число линий, присоединенных к одной ветви реактора. При правильно выбранном реакторе I _раб.ут не превышает номинального тока ветви реактора.