Исследование коротких замыканий в цепи аккумуляторной батареи с учетом дуговых процессов

• Автор: Адам Абдалла Адам эль-Зейн
• Шифр специальности: 05.14.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 121 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
В1. Анализ методов расчета дуговых коротких замыканий в
электроустановках постоянного тока
В2. Анализ методов моделирования свинцово-кислотного
аккумулятора как элемента электрической цепи
вз. Анализ методов моделирования дуговых процессов при
коротких замыканиях в сетях постоянного тока
В4. Основные выводы по состоянию научных ВОПРОСОВ и
постановка задач исследования
В5. Общая характеристика диссертационной работы
1. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СВИНЦОВО-КИСЛОТНОГО АККУМУЛЯТОРА
1. 1. Уравнения свинцово-кислотного аккумулятора
1. 2. Разработка алгоритма расчета тока короткого замыкания
1. 3. Разрядные характеристики аккумулятора
1.4. Основные выводы
2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СВОБОДНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ
2. 1. Дифференциальные уравнения электрической системы
2. 2. Алгебраические уравнения, параметрические соотношения
2. 3. Статические характеристики электрической дуги
2, 4. Анализ динамических характеристик электрической дуги
2. 5. Основные выводы
3. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА
3. 1. Общая характеристика модели
3. 2. Описание структуры программы
3. 3. Основные меню программы
3. 4. Тестирование программы
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ДУГОВЫХ ПРОЦЕССОВ НА КОРОТКИЕ ЗАМЫКАНИЯ
4. 1. Исследование процессов при дуговых коротких замыканиях
4. 2. Анализ и обобщение результатов исследований
4, 3. Оценка коэффициентов снижения токов при дуговых КЗ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
В1. Анализ методов расчёта дуговых коротких замыканий в электроустановках постоянного тока
Надежность и пожаробезопасность электроустановки постоянного тока в большой степени зависит от качества электроизоляции, уровня и условий эксплуатации электрооборудования, а также от точности расчётов токов КЗ, выбора оборудования, расчёта уставок релейных зашит при проектировании электроустановки.
Из опыта эксплуатации известно, что реальное КЗ в цепях постоянного тока является дуговым. Вероятность возникновения дуговых КЗ весьма высокая. Причины возникновения КЗ различны.
В результате анализа аварий [25], связанных с дуговыми КЗ, было установлено, что чаше всего причинами их возникновения являются: старение изоляции, механическое повреждение проводников, попадание металлических предметов и воды на проводники, запылённость помешения, а также неправильные действия обслуживающего персонала при работе с электрооборудованием. Кроме того, кабели постоянного тока могут быть проложены совместно с кабелями переменного тока напряжением 0, 4 кВ и не исключена возможность перехода КЗ, возникшего в сети переменого тока, на сеть постоянного тока.
При анализе условий горения свободной электрической дуги между параллельными токоведушими шинами было установлено, что процесс развития дуги зависит от многих Факторов, в том числе [25]: типа шин, типа закорачивающей перемычки, расстояния между параллельными шинами, а также от значения тока КЗ или сопротивления короткозамкнутой цепи. С увеличением расстояния между параллельными шинами и увеличением длины дуги деионизация дугового канала протекает более интенсивно и процесс горения дуги становится неустойчивым. При уменьшении расстояния между параллельными шинами интенсивность деионизации канала дуги снижается, при этом стабильное горение дуги наблюдается в основном при токах КЗ 500-1600 А.
Результаты обработки экспериментальных данных по дуговым коротким замыканиям в цепях постоянного тока [15,20,22,25] впервые позволили провести статистический анализ результатов, выявить вероятностные характеристики и зависимости степени снижения тока при дуговых КЗ различной удаленности (сопротивления короткозамкнутой цепи). На основе этого анализа была разработана методика учёта токов дуговых КЗ в сетях переменного тока 0,4кВ [19,23] и постоянного тока 230 В [25,26]. Суть в следующем.
Для определения тока дугового КЗ в сети постоянного (и переменного) тока разработаны кривые Кс - ± (Iкз), равно как Кс = :Е(1?кз),

отражающие зависимость снижения этого тока относительно тока металлического КЗ при различных сопротивлениях короткозамкнутой цепи. Коэффициенты снижения тока Кс для максимальных и средних значений токов определялись, как
Кс. макс - 1кз. д. / 1кз. м,
Кс. ср = 1кз, д. ср / 1кз. м. ср,
где 1кз. д - максимальное значение тока дугового кз;
1кз. м - максимальное значение тока металлического КЗ;
1кз. д. ср - среднее квадратичное значение тока дугового КЗ в интервале времени короткого замыкания (1=0,1с);
1кз. м. ср - среднее квадратичное значение тока металлического КЗ.
Функции Кс предложено апроксимировать следующими полиномами:
Кс = О, 52+0, 001ЙКЗ - для максимальных значений тока дугового КЗ;
кс = о, 459+0,оооадкз - для средних значений тока дугового КЗ.
Необходимость определения степени снижения тока ПРИ ДУГОВЫХ КЗ для максимальных и средних (действующих) значений токов вызвана тем, что защитная аппаратура в зависимости от конструкции и принципа действия реагирует либо на среднее значение тока (предохранители, тепловые расцепители автоматических выключателей, электромагнитные расцепители выключателей типа АВШ, либо на максимальное значение тока (малоинерционные мгновенные расцепители выключателей типов А3700, АЗ 100 и др. ).
В2. Анализ методов моделирования свинцово-кислотного аккумулятора как элемента электрической цепи
Электроустановки постоянного тока, содержащие аккумуляторы, нашли широкое применение в транспорте и электроэнергетике.
В транспорте аккумуляторы используются в основном как стартовые устройства для запуска двигателей внутреннего сгорания.
В электроэнергетике, в частности, в системах собственных нужд электростанций и крупных подстанций аккумуляторы используются для питания систем управления, автоматики и сигнализации, а также для освещения электростанций и электроснабжения особо ответственных потребителей при нарушении их нормальной работы.
Как известно, особо ответственными потребителями на станции являются: электродвигатели аварийных маслонасосов систем регулирования, смазки и уплотнений турбогенераторов и синхронных компенсаторов; электродвигатели элементов систем безопасности АЭС (отсечной арматуры), технологических зашит, ЭГП, электромагнитов стопорных клапанов турбин и т. д.

тв - температура воздуха в зоне горения дуги, гр.С,
Рв - давление воздуха в зоне горения дуги, атм,
Уд - скорость перемещения фронта дуги, см/с, в - весовая плотность воздуха, г/см3, е - ускорение силы тяжести, см/сг.
таким образом, имеем базовую структуру математического описания дуговых процессов. Все уравнения взаимосвязаны и образуют единую математическую систему. Основные аналитические соотношения соответствуют фундаментальным исследованиям, теории и практике.
2. 3. Статические характеристики электрической дуги
Рассмотрим уравнение электрической дуги Майра-Мейсона бСд/сИ = СдШдидСд - РтШ - икикСд)/Тд.
Если установившийся режим горения дуги обеспечен, то полагая сЮ/йгО, уравнение режима описывается, как
идидсд - Рт - икиксд = о.
Как выяснилось, ик удобно определять, задаваясь значениями параметров: Ро=ио1о и коэффициентом тепловых потерь Кт=Рт/Ро, по соотношениям (СМ. 2. 2)
ико = ио з<пЧ(1-Кт), ик = ико + Ед(Ьд-а).
В установившемся режиме горения дуги ьд=а, следовательно ик=ико. По экспериментальным данным (см. приложение 3, табл. ПЗ. 2) средние значения напряжения дуги при устойчивом режиме горения составляют:
при а=1 см ио=51 В,
а=з см ио=б1 в.
а=5 см ио= 88 в.
Непрерывную апроксимацию этой зависимости можно произвести по Формуле
ио = 50(1+0, оза'1).
Статическую вольт-амперную характеристику (ВАХ) электрической дуги удобно вывести из уравнения установившегося режима с учётом соотношения Сд=1д/йд (ПРИ ид>0)