Begrenzungen von Kurzschlussströmen in elektrischen Netzen von Industrieunternehmen

In den Stromversorgungssystemen von Industrieunternehmen Kurzschlüsse (Kurzschluss), was zu einem starken Anstieg der Ströme führt. Daher müssen alle wichtigen elektrischen Geräte des Stromnetzes unter Berücksichtigung der Wirkung solcher Ströme ausgewählt werden.

Man unterscheidet folgende Arten von Kurzschlüssen:

• dreiphasiger symmetrischer Kurzschluss;

• zweiphasig – zwei Phasen sind miteinander verbunden, ohne mit der Erde verbunden zu sein;

• einphasig – eine Phase ist über die Erde mit dem Neutralleiter der Quelle verbunden;

• Doppelte Erdung – zwei Phasen sind miteinander und mit der Erde verbunden.

Die Hauptursachen für Kurzschlüsse sind Isolationsverletzungen einzelner Teile elektrischer Anlagen, Fehlhandlungen des Personals, Isolationsüberschneidungen aufgrund von Überspannungen im System. Kurzschlüsse unterbrechen die Stromversorgung von Verbrauchern, auch unbeschädigten, die an beschädigte Abschnitte des Netzes angeschlossen sind, aufgrund eines Spannungsabfalls an ihnen und einer Unterbrechung der Stromversorgung.Kurzschlüsse müssen daher schnellstmöglich durch Schutzeinrichtungen behoben werden.

In Abb. 1 zeigt den Kurzschlussstromverlauf. Von Anfang an tritt im Stromnetz ein transienter Prozess auf, der durch eine Änderung zweier Komponenten des Kurzschlussstroms (SCC) gekennzeichnet ist: periodisch und aperiodisch

Reis. 1. Änderungskurve des Kurzschlussstroms

Große Industrieanlagen sind in der Regel an leistungsstarke Stromnetze angeschlossen. In diesem Fall können die Kurzschlussströme sehr hohe Werte erreichen, was zu Schwierigkeiten bei der Auswahl elektrischer Betriebsmittel entsprechend den Bedingungen der Kurzschlussstabilität führt. Große Schwierigkeiten ergeben sich auch beim Aufbau von Stromversorgungsanlagen mit einer Vielzahl leistungsstarker Elektromotoren, die den Kurzschlusspunkt versorgen.

In diesem Zusammenhang ist es bei der Auslegung von Stromversorgungssystemen erforderlich, den optimalen Kurzschlussstrom zu ermitteln. Die gebräuchlichsten Begrenzungsmethoden sind:

• getrennter Betrieb von Transformatoren und Stromleitungen;

• Einbeziehung zusätzlicher Widerstände in das Netzwerk – Reaktoren;

• die Verwendung von Transformatoren mit geteilten Wicklungen.

Der Einsatz von Reaktoren empfiehlt sich insbesondere beim Anschluss von Stromempfängern relativ geringer Leistung an die Sammelschienen von Kraftwerken und an Umspannwerke mit hoher Leistung. Beim Anschluss von Empfängern mit Stoßbelastung – leistungsstarke Öfen, elektrische Ventilantriebe – ist es oft nicht möglich, die Reaktivität des Netzes durch den Einbau von Drosseln zu erhöhen, da dies zu einer Zunahme von Spannungsschwankungen und -abweichungen führt.

In Abb. 2 zeigt ein Diagramm einer 110-kV-Umspannstation, die plötzlich wechselnde Lasten versorgt.Es ist nicht vorgesehen, dass die Anschlüsse und Leitungen 3 auf eine starke Stoßbelastung reagieren, um die Netzreaktivität und Blindleistungsstöße nicht zu erhöhen. In diesen Anschlüssen kommen leistungsstarke Schalter 1 zum Einsatz. Auf anderen Leitungen sind reaktionsschnelle und konventionelle Netzschalter 2 mit einer Abschaltleistung von bis zu 350 – 500 MBA vorgesehen.

Reis. 2. Schema eines 110-kV-Umspannwerks, das plötzlich schwankende Lasten speist: 1 – Hochleistungsschalter, 2 – Netzschalter mittlerer Leistung, 3 – Leitungen zur Versorgung von Verbrauchern mit stark schwankender Stoßlast

In modernen Industrieanlagen mit verzweigter Motorlast (Konzentrationsanlagen etc.) wird zur Begrenzung von Kurzschlussströmen ein modernes Stromversorgungssystem mit geregeltem Notbetrieb eingesetzt.

In Abb. 3 zeigt das Leistungsdiagramm des Hubs. Wie aus der Abbildung ersichtlich ist, fließt im Falle eines Kurzschlusses am Punkt K die Summe der Notströme durch den Leistungsschalter des beschädigten Anschlusses (B) – aus dem Netz und der Versorgung durch unbeschädigte Motoren.

Um den durch den Leistungsschalter der beschädigten Verbindung fließenden Kurzschlussstrom zu begrenzen, sind für die Dauer des Unfalls Thyristorstrombegrenzer vom Nebenschlusstyp VS1, VS2 eingebaut, die den Anteil des Kurzschlussstroms aus dem Netz begrenzen. Nach dem Ausschalten von Schalter B werden die Nachspeisungen VS1, VS2 ausgeschaltet. Der Grad der Strombegrenzung wird durch den Strombegrenzer R geregelt.

Reis. 3. Stromversorgungsschema mit Gruppengerät zur Begrenzung des statischen Stroms

Für eine Reihe kritischer Mechanismen, die bei Nennlast und Stromunterbrechungen keinen Selbstanlauf ermöglichen, wird ein Teilschema verwendet Parallelbetrieb von Transformatorenin Abb. dargestellt. 4.

Bei dem Schema handelt es sich um eine zweiteilige Schaltanlage mit Doppelreaktoren L1 und L2. Im Normalmodus sind die Schalter Q3, Q4 geöffnet und Q5 geschlossen. Die Lastströme fließen auf den Zweigen a der Doppelreaktoren, und der Ausgleichsstrom auf den Zweigen b, der zwischen den Quellen liegt, wird durch die Widerstände der Zweige der Doppelreaktoren begrenzt. Das System ermöglicht insbesondere in Netzen mit Motorlast die Aufrechterhaltung einer Restspannung, die die Stabilität der Motoren gewährleistet.

Reis. 4. Schema mit teilweisem Parallelbetrieb der Quellen

In den letzten Jahren wurde begonnen, in Industrieanlagen komplexe geschlossene Netze von 0,4 kV zu schaffen, in denen der Parallelbetrieb von Werkstatttransformatoren TM 1000 – 2500 kVA erfolgt.

Solche Netzwerke bieten hochwertige elektrische Energie, rationelle Nutzung der Transformatorleistung. In Abb. In Abb. 4a zeigt ein Diagramm, in dem die Begrenzung von Notströmen beim Parallelbetrieb von Transformatoren durch zusätzliche in das 0,4-kV-Netz eingebrachte Drosseln erfolgt.

In einigen Fällen können Sie durch die natürliche Entfernung von Transformatoren die Schaltung in Abb. organisieren. 5, jedoch ohne Einsatz von Reaktoren.

In Abb. In Abb. 5, b zeigt ein komplexes geschlossenes Netzwerk von 0,4 kV.

Reis. 5. Schemata mit Parallelbetrieb von 6 / 0,4 kV-Werkstatttransformatoren: a – mit Teildrosseln, b – mit Hochspannungs-Thyristorschaltern

Wie aus Abb. ersichtlich ist. In 5, b sind die Leistungstransformatoren über Thyristorschalter mit dem Versorgungsnetz verbunden, die im Notbetrieb für eine frühzeitige Abschaltung einiger Transformatoren sorgen.In diesem Fall wird der Kurzschlussstrom aufgrund der natürlichen Widerstände des komplexen geschlossenen Netzwerks begrenzt, das in diesem Fall von getrennten Transformatoren mit Strom versorgt wird.