ТЭС с паротурбинной установкой (ПТУ)

ТЭС работают в основном, на угольной пыли или природном газе. В последнем случае, резервным топливом является мазут. Отсюда определения: пылеугольная ТЭС, газомазутная ТЭС.

На ТЭС топливо подаётся в котёл, где, сгорая, оно нагревает воду (называемую питательной водой), также подаваемую в котёл, до состояния пара. Далее водяной пар вырывается из котла, идёт по паропроводу к турбине, Далее пар поступает на паровую турбину и вращает её.

Для лучшего сгорания воздуха в котёл нагнетается воздух с помощью вентиляторов. Для удаления из топки продуктов сгорания дымовые газы откачиваются дымососами и после очистки через дымовую трубу выбрасываются в атмосферу. Именно это считается основным фактором загрязнения атмосферы и выбросов парниковых газов. Многое, естественно, зависит от качества очистки.

Наиболее опасны и, при этом, трудно улавливаемые компоненты выбросов ТЭС – оксиды серы и азота. Именно это, а не углекислый газ, представляет наибольшую угрозу окружающей среде и человеку.

Осталось рассказать, откуда вода в котле. Если на ТЭС производится только электроэнергия, т.е. мы говорим о КЭС – конденсационной электростанции, то используется замкнутый оборот воды. В котёл поступает вода, которая ранее в виде пара вышла из турбины.

Для этого пар необходимо охладить. Это делается в конденсаторе, представляющем собой большой резервуар, в котором движутся две разделённые перегородкой среды: пар и внешняя холодная вода. Холодная, или техническая, вода берётся из реки, пруда-охладителя либо градирни (установки для охлаждения воды). С её помощью пар охлаждается и возвращается в состояние воды, после чего вновь поступает в котёл, и цикл замыкается.

Иначе работает ТЭЦ (теплоэлектроцентраль), дающая, кроме электричества, также тепло. Это требует добавления в цикл ещё одного звена – отбора пара из турбины и нагрев им сетевой воды, которую с помощью насосов подают в дома, в батареи центрального отопления.

ТЭС с газотурбинной установкой (ГТУ) Типичный пример ГТУ – авиационный двигатель, где керосин при сгорании создаёт горячие выхлопные газы, раскручивающие турбину. Преимущество ТЭС с ГТУ в том, что они не требуют питательной воды и, как следствие, целого комплекса сопутствующих устройств. Недостаток – в том, что отсутствует замкнутый цикл теплоносителя, и отработавшие газы выбрасываются в атмосферу. Тем не менее, благодаря компактности, простоты в монтаже и обслуживании число ГТУ растёт.

ТЭС с парогазовой установкой (ПГУ) ТЭС с ПГУ отличается тем, что выхлопные газы сбрасываются в котёл цикла ПТУ, в этом случае называемый котлом – утилизатором. Далее горячие газы подогревают воду до состояния пара. Это, по сути, совмещение двух циклов: ПТУ + ГТУ = ПГУ.

3 Короткое замыкание в электроустановках. Метод расчётов токов КЗ

Короткими замыканиями (КЗ) называют замыкания между фазами (фазными проводниками электроустановки), замыкания фаз на землю (нулевой провод) в сетях с глухо- и эффективно-заземленными нейтралями, а также витковые замыкания в электрических машинах.

Короткие замыкания возникают при нарушении изоляции электрических цепей. Причины таких нарушений различны: старение и вследствие этого пробой изоляции, набросы на провода линий электропередачи, обрывы проводов с падением на землю, механические повреждения изоляции кабельных линий при земляных работах, удары молнии в линии электропередачи и др.

Чаще всего КЗ происходят через переходное сопротивление, например через сопротивление электрической дуги, возникающей в месте повреждения изоляции. Иногда возникают металлические КЗ без переходного сопротивления Для упрощения анализа в большинстве случаев при расчете токов КЗ рассматривают металлическое КЗ без учета переходных сопротивлений.

В трехфазных электроустановках возникают трех- и двухфазные КЗ. Кроме того, в трехфазных сетях с глухо- и эффективно-заземленными нейтралями дополнительно могут возникать также одно- и двухфазные КЗ на землю (замыкание двух фаз между собой с одновременным соединением их с землей).

При трехфазном КЗ все фазы электрической сети оказываются в одинаковых условиях, поэтому его называют симметричным. При других видах КЗ фазы сети находятся в разных условиях, в связи с чем векторные диаграммы токов и напряжений искажены. Такие КЗ называют несимметричными.

Вероятность возникновения того или иного вида КЗ характеризуется данными, приведенными в табл.1, где указаны значения для разных уровней напряжения электроустановки, конструкций линий электропередачи, климатических и других факторов.

Вид связи нейтралей с землей определяет уровень изоляции электроустановок и выбор коммутационной аппаратуры,токов кз и т.д.

В зависимости от режима нейтрали электрические сети разде­ляют на четыре группы: 1) сети с незаземленными нейтралями; 2) сети с резонансно-заземленными нейтралями; 3) сети с эффектив­но-заземленными нейтралями; 4) сети с глухозаземленными ней­тралями.

К первой и второй группам относятся сети напряжением 3—35 кВ, нейтрали трансформаторов или генераторов в которых изолированы от земли или заземлены через дугогасящие катушки.

К 3-ей группе относятся сети напряжением 110-220 кВ, работающие, как пра­вило, с глухозаземленной нейтралью.

К четвертой группе относятся сети напряжением 220 и 380 В.

Режим работы нейтрали определяет ток замыкания на землю. Сети, в которых ток однофазного замыкания на землю менее 500 А, называют сетями с малыми токами замыкания на землю (в основном это сети с незаземленными и резонансно-заземленными нейтралями). Токи более 500 А соответствуют сетям с большими токами замы­кания на землю (это сети с глухо- и эффективно-заземленными нейтралями).

а) Трехфазные сети с незаземленными нейтралями

В сетях с незаземленными нейтралями токи при однофазном замыкании на землю протекают через распределенные емкости фаз, которые для упрощения анализа процесса условно заменяют емко­стями, сосредоточенными в середине линий (рис. 1-11). Междуфаз­ные емкости при этом не рассматриваются, так как при однофазных повреждениях их влияние на токи в земле не сказывается.

В нормальном режиме работы напряжения фаз сети относительно земли (U_А, Ub, U_с) симметричны и равны фазному напряжению, а емкостные (зарядные) токи фаз относительно земли 1_Соа, Icob, и Icoc также симметричны и равны между собой (рис. 1-11, а). Емкостный ток фазы I_Со = U_фwС, где С — емкость фазы относительно земли

Геометрическая сумма емкостных токов трех фаз равна нулю. Емкостный ток нормального режима в одной фазе в современных сетях с незаземленной нейтралью, как правило, не превышает не­скольких ампер и практически не влияет на загрузку генераторов.

В случае металлического замыкания на землю в одной точке напряжения неповрежденных фаз относительно земли возрастают в корень из 3 раз и становятся равными междуфазному напряжению.

Емкостные токи неповрежденных фаз В и С также увели­чиваются в соответствии с увеличением напряжения в корень из3 раз. Ток на землю фазы А, обусловленный ее собственной емкостью, будет равен нулю, так как эта емкость оказывается закороченной.

Для тока в месте повреждения можно записать:

1с = — {1св + 1сс),

т. е. геометрическая сумма векторов емкостных токов неповрежден­ных фаз определяет вектор тока через место повреждения. Ток Iс оказывается в 3 раза больше, чем емкостный ток фазы в нормальном режиме:

I_с = 3I_Со =3 U_фwС,

Согласно выражению ток I_с зависит от напряжения сети, частоты и емкости фаз относительно земли. Последняя зависит в ос­новном от конструкции линий сети и их протяженности.

В случае замыкания на землю через переходное сопротивление напряжение поврежденной фазы относительно земли будет больше нуля, но меньше фазного, а неповрежденных фаз — больше фазного, но меньше линейного. Меньше будет и ток замыкания на землю.

При однофазных замыканиях на землю в сетях с незаземленной нейтралью треугольник линейных напряжений не искажается, поэтому потребители, включенные на междуфазные напряжения, продолжают работать нормально.

Допустимая длительность работы с заземлен­ной фазой определяется Правилами технической эксплуатации (ПТЭ) и в большинстве случаев не должна превышать 2 ч.

Более опасно однофазное замыкание на землю через дугу, так как дуга может повредить оборудование и вызвать двух- или трехфазное к.з.

10 15—20 35 20 15 10

Напряжение сети, кВ -. 3—6

Емкостный ток замыкания на землю, А 30

б) Трехфазные сети с резонансно-заземленными нейтралями

В сетях 3—35 кВ для уменьшения тока замыкания на землю с целью удовлетворения указанных выше норм применяется зазем­ление нейтралей через дугогасящие катушки.

В нормальном режиме работы ток через катушку практически равен нулю. При полном замыкании на землю одной из фаз дугогасящая катушка оказывается под фазным напряжением и через место замыкания на землю протекает наряду с емкостным током I_с также индуктивный ток катушки IL. Так как индук­тивный и емкостный токи отличаются по фазе на угол 180°, то в ме­сте замыкания на землю они компенсируют друг друга. Если 1с = IL (резонанс), через место замыкания на землю ток проте­кать не будет. Благодаря этому дуга в месте повреждения не воз­никает и устраняются связанные с нею опасные последствия.

Суммарная мощность дугогасящих катушек для сетей опреде­ляется из выражения

Q= nIcUф

где n — коэффициент, учитывающий развитие сети; ориентировочно можно принять п = 1,25; I_с — полный ток замыкания на землю, А; U_ф — фазное напряжение сети, кВ.

По рассчитанному значению Q в каталоге подбираются катушки требуемой номинальной мощности.При 1_С> 50 А к установке принимают две дугогасящие катушки с суммарной мощностью.Реакторы бывают 2-ух типов: РЗДСОМ и РЗДПОМ. Дугогасящие катушки должны устанавливаться на узловых питающих подстанциях, связанных с компенсируемой сетью не ме­нее чем тремя линиями. При компенсации сетей генераторного напряжения катушки располагают обычно вблизи генераторов.

в) Трехфазные сети с глухо- и эффективно-заземленными нейтралями

Глухое заземление нейтрали применяется в сетях 220 и 380 В. При этом все нейтрали источников питания соединяются

с землей.

В сетях 110 кВ и выше определяющим в выборе способа зазем­ления нейтралей является фактор стоимости изоляции. Здесь при­меняется эффективное заземление нейтралей, при котором во время однофазных замыканий напряжение на неповрежденных фазах равно примерно 0,8 междуфазного напряжения в нормальном режиме работы. Это основное достоинство такого способа заземления ней­тралей.

Сети напряжением 110 кВ и выше работают,как правило, с глухозаземленной нейтралью.

Однако рассматриваемые режимы нейтрали имеют и ряд недо­статков. Так, при замыкании одной из фаз на землю образуется короткозамкнутый контур через землю и нейтраль источника с ма­лым сопротивлением, к которому приложена э. д. с. фазы. Возникает режим к. з., сопровождающийся протеканием больших токов. Во избежание повреждения оборудования длительное про­текание больших токов недопустимо, поэтому к. з. быстро отклю­чаются релейной защитой. Правда, значительная часть однофазных повреждений в электрических сетях напряжением 110 кВ и выше относится к самоустраняющимся, т. е. исчезающим после снятия напряжения. В таких случаях эффективны устройства автомати­ческого повторного включения (АПВ), которые, действуя после

работы устройств релейной защиты, восстанавливают питание потребите­лей за минимальное время.

Второй недостаток — значитель­ное удорожание выполняемого в рас­пределительных устройствах контура заземления, который должен отвести на землю большие токи к. з. и поэтому представляет собой в данном случае сложное инженерное сооруже­ние.

Рис. 1-16. Трехфазная сеть с эффективно-заземленной нейт­ралью.

Третий недостаток—значительный ток однофазного к. з., который при большом количестве заземленных ней­тралей, а также в сетях с автотранс­форматорами может превышать токи трехфазных к. з. Для умень­шения токов однофазного к. з. применяют, если это возможно и эффективно, частичное разземление нейтралей (в основном в се­тях 110—220 кВ). Возможно применение для тех же целей токоограничивающих сопротивлений, включаемых в нейтрали транс­форматоров.

4 Методы ограничения токов КЗ

Всетях 3—35 кВ для уменьшения тока замыкания на землю применяется заземление нейтралей через дугогасящие реакторы.

Установленная дугогосящая катушка позволяет при подборе парамеиров получить ток индуктивный, равный току емкостному. В нормальном режиме работы ток через катушку практически равен нулю. При полном замыкании на землю одной из фаз дугогасящая катушка оказывается под фазным напряжением и через место замыкания на землю протекает наряду с емкостным током I_C также индуктивный ток катушки I_L(рис. 1-13). Так как индук­тивный и емкостный токи отличаются по фазе на угол 180°, то в ме­cте замыкания на землю они компенсируют друг друга. Если I_C= I_L (резонанс), через место замыкания на землю ток проте­кать не будет. Благодаря этому дуга в месте повреждения не воз­никает и устраняются связанные с нею опасные последствия.

Суммарная мощность дугогасящих катушек для сетей опреде­ляется из выражения:

Q_Р=n* I_C*U_Ф

где п — коэффициент, учитывающий развитие сети; ориентировочно можно принять п = 1,25;

I_C - полный ток замыкания на землю; U_ф — фазное напряжение сети.

По рассчитанному значению Q_Р в каталоге подбираются катушки требуемой номинальной мощности.

Реакторы бывают 2 типов: 1 – РЗДСОМ – реактор заземляющий, дугогосящий, ступенчатое регулирование, однофазный, масленный. 2 - РЗДПОМ – плавное регулирование.

Дугогасящие реакторы устанавливаються на узловых питающих подстанциях, связанных с компенсируемой сетью не ме­нее чем тремя линиями.

Выбор дугогосящих реакторов

Выбираются по следующим условиям:

Q_Р.Д.=1,25*I_C*U_Ф

Подключают нейтраль трёхфазного силового трансформатора соединенного по схеме звезда – треугольник.

Допустимая мощность реактора Q_Р.Д.=

- максим. мощность нагрузки, - номинальная мощность трансформатора.