RASChET_TOKOV_KZ_Pos_s_grifom_21

11

По усредненным данным, короткие замыкания различных видов в сетях распределяются следующим образом:

трехфазные – 5 %, двухфазные – 10 %, однофазные – 65 %,

двухфазные на землю и двойные – 20 %. Причины коротких замыканий:

1)старение изоляции;

2)перенапряжение;

3)прямые удары молнии;

4)механические повреждения;

5)набросы и падение посторонних предметов на токоведущие

части;

6)неудовлетворительный уход за электрическим оборудованием;

7)ошибочные действия персонала.

Последствия коротких замыканий:

1)нарушение термической стойкости (нагрев электрического оборудования или термические повреждения);

2)нарушение электродинамической стойкости (появление больших усилий между токоведущими частями, которые ведут к возникновению механических повреждений и разрушению);

3)снижение напряжения и искажение его симметрии, что отрицательно сказывается на работе потребителей (нарушения технологического цикла, брак продукции и т.д.);

4) наведение ЭДС, опасных для обслуживающего персонала и используемой аппаратуры в соседних линиях связи и сигнализации при несимметричных КЗ;

5)нарушение устойчивости отдельных элементов и режима СЭС в целом, приводящее к возникновению аварийных ситуаций

сотключением большого количества потребителей электроэнергии;

6)возгорание электроустановок.

С целью обеспечения безаварийного электроснабжения всех потребителей необходимо проектировать и сооружать СЭС с учетом возможных КЗ. При этом востребованы расчеты переходных процессов, которые предусматривают определение токов и напряжений в короткозамкнутой цепи, например при заданных (расчетных) условиях для интересующего момента времени или с учетом протекания времени.

Расчеты токов короткого замыкания и переходных процессов необходимы:

1)для определения допустимости режимов возможных КЗ;

2)выбора электрических аппаратов и проводников по условиям электродинамической и термической стойкости;

12

3)проектирования и настройки РЗА;

4)выбора наиболее рациональных схем электрических соеди-

нений;

5)проектирования заземляющих устройств;

6)определения влияния тока КЗ на линии связи;

7)выбора разрядников;

8)анализа аварий в электроустановках;

9)проведения различных испытаний в СЭС;

10)при оценке и определении параметров устройств гашения магнитного поля синхронных машин (СМ);

11)при оценке и выборе системы возбуждения СМ.

При расчетах токов короткого замыкания принимаются следу-

ющие основные допущения.

В сетях выше 1000 В:

1.Пренебрегают насыщением магнитных систем всех элементов цепи КЗ (генераторов, трансформаторов, двигателей).

2.Если отношение результирующих сопротивлений (активного

иреактивного) от источника до точки КЗ rрез xрез 13 о. е., то пренебрегают активным сопротивлением элементов схемы; активное сопротивление учитывают только в кабельных линиях и воздушных линиях со стальными проводами.

3.Пренебрегают различиями значений сверхпереходных индуктивных сопротивлений по продольной и поперечной осям синхронных машин.

4.Приближенно учитывают нагрузки в схемах замещения.

5.Пренебрегают емкостными проводимостями воздушных линий до 220 кВ, при напряжениях свыше 220 кВ ими пренебрегать нельзя, так как они влияют на переходные процессы.

6.Система, в которой протекает переходной процесс, считается симметричной, все расчеты проводятся на одну фазу (обычно фазу А).

7.Пренебрегают токами намагничивания трансформаторов и автотрансформаторов (исключение: случай включения трехстержневого

трансформатора Y0 /Y0 на напряжение нулевой последовательности).

Расчеты тока КЗ в сетях до 1 000 В выполняют с такими же допущениями, но с учетом активных сопротивлений силовых элементов сети. В расчетную схему КЗ необходимо включать также сопротивление проводников, кабелей, шин длиной 10–15 м и более, токовых катушек расцепителей автоматических выключателей, первичных обмоток многовитковых трансформаторов тока, переходных сопротивлений контактов, коммутационных аппаратов, переходных сопротивлений в месте КЗ, несимметрию сопротивлений фаз.

13

2.2. Схема замещения и расчет параметров

Составление схемы замещения. На первом этапе расчета ава-

рийных режимов КЗ на основе принципиальной схемы составляют расчетную схему (РС).

РС соответствует аварийным режимам СЭС, и на ней в однолинейном изображении показывают: источники СЭС; точку КЗ и все силовые элементы, по которым возможно протекание тока КЗ или его составляющих (т. е. генераторы, синхронные компенсаторы, статические источники реактивной мощности, силовые трансформаторы и автотрансформаторы, реакторы, воздушные и кабельные линии, связывающие источники питания с точками КЗ, малоудаленные электрически обобщенные нагрузки).

В расчетной схеме учитываются электродвигатели как источники подпитки точек КЗ при их небольшой удаленности и суммарной мощности более или равной 1000 кВ∙А.

Под э л е к т р и ч е с к о й у д а л е н н о с т ь ю источника питания или подпитки от точки КЗ понимают отношение тока источника в начальный момент КЗ к его номинальному току.

Если отношение I "Iном 2 о. е. то источник малоудален (близкое КЗ), если отношение I "Iном 2 о. е. – источник удален [1].

На втором этапе на расчетной схеме отмечают точки КЗ, указывают вид КЗ, уточняют расчетные условия (какие ее элементы должны быть включены, момент времени КЗ и т. д.).

Каждый элемент схемы характеризуется соответствующими параметрами (табл. 2).

Схема замещения составляется на основе расчетной схемы для начального момента переходного процесса. Ее компонуют для каждой точки КЗ и в нее включают те элементы расчетной схемы, по которым возможно протекание тока КЗ или его составляющих к данной точке КЗ.

Сопротивление элементов, ЭДС источников питания, а также значения токов и напряжений в любых точках схемы замещения могут быть выражены в именованных или относительных единицах.

Относительное значение какой-либо величины – это отношение значения этой величины к другому значению одноименной величины, выбранной за единицу (обычно относительные значения параметров элементов заданы при номинальных условиях), например:

Iпуск*	Iпуск		''	Е ''г			Х ''	S
		;	Ег*		; Х ''		d		ном	.
								2
	Iном			Uном	d *
							Uном

14

Таблица 2

Схемы замещения и параметры элементов

Расчетная

Схема

Параметры, которыми

схема

замещения

характеризуется элемент схемы

1

2

3

1. Синхронный генератор

E"

X"* d

Полная номинальная мощность Sном

G

(МВ∙А) или активная мощность Pном

(МВт); номинальный коэффициент

мощности

cos

φ;

номинальное

напряжение (кВ); сверхпереходное

реактивное сопротивление X"d*(ном);

реактивное

сопротивление

обратной

последовательности X*2

и др.

2. Синхронный компенсатор

G

Номинальная мощность Sном (МВ∙А);

номинальное напряжение Uном (кВ);

E"

X"*d

сверхпереходное сопротивление X"*d;

сопротивление обратной последова-

тельности X*2; постоянная времени

затухания

апериодической

составля-

ющей Iкз(3) – Та (с)

3. Синхронный двигатель

E"

X"*d

Полная номинальная мощность Sном

M

(МВ∙А) или активная мощность Pном

(МВт); номинальный коэффициент

мощности cos φном; номинальное

напряжение Uном

(кВ);

к.п.д. (%) η;

сверхпереходное

реактивное

сопро-

тивление X"*d или кратность пусково-

го момента М*пуск; кратность пуско-

вого тока I*пуск;

1

X ''

1 (M

*пуск

/ I

*пуск

)2

*d

I*пуск

4. Асинхронный двигатель

E"

X"*ном

Номинальная мощность Pном (кВт),

М

номинальное напряжение Uном

(кВ);

номинальный коэффициент мощности

cos φном; к.п.д. % η; кратность пуско-

вого тока I*пуск; кратность пускового

момента М*пуск; кратность пускового

максимального момента М*max

15

Продолжение табл. 2

1

2

3

5. Эквивалентный источник системы

E"=Uср.ном

Суммарная номинальная мощность

G

системы – Sc; суммарное результиру-

ющее сопротивление системы –Xс"рез

X"*с=X*рез c

6. Обобщенная нагрузка

Х*" Е"ном

Е"*ном= 0,85 – сверхпереходная ЭДС;

Н

среднее

значение сопротивления

Sн

нагрузки, приведенное к Uср. ном сту-

пени трансформации в месте под-

ключения нагрузки и к полной мощ-

ности нагрузки X*"ном= 0,35 – для t =

0; X"*ном = 1,2 для t > 0

(включает в себя осветительную

нагрузку, питание электродвигателей,

печей, выпрямителей и т. д.)

7. Двухобмоточный трансформатор

Т

ВН

X

Номинальная мощность Sном; номи-

нальные напряжения UВ ном

и UН ном;

напряжение КЗ Uк (%); потери мощ-

ности КЗ

или отношение

Pк или

X1/R1

	НН
			8. Трехобмоточный трансформатор
Т	ВН				Номинальная мощность Sном; номи-
			ХВ		нальные напряжения UВ ном; UС ном;
					UН ном; напряжение КЗ между обмот-
	СН			ХС	ками: Uк ВС;	Uк СН; Uк ВН (%); потери
					КЗ Pк ВС,	Pк ВН,
	НН
					Pк СН (кВт)
		ХН

9. Трехфазный трансформатор с обмоткой НН, расщепленной на две части

Т ВН				XВ		Номинальная мощность Sв ном	или
						Sн1(н2)ном= 0,5∙Sв ном; номинальное	на-
						пряжение Uном, Uн1 (н2)ном; напряжение
						КЗ между обмотками Uк в-н1(н2) и Uк н1-
						н2 (%); потери КЗ Pк или X1/R1
	XH1				XH2
НН1 НН2

		16
				Окончание табл. 2
1	2			3
	10. Автотрансформатор
	ХВ	Аналогично	трехобмоточному транс-
		форматору:	номинальная		мощность
	ХС	Sном; номинальные напряжения UВ ном;
		UС ном; UН ном; напряжение КЗ между
		обмотками: Uк ВС; Uк СН; Uк ВН (%); по-
	ХН	тери КЗ Pк ВС,		Pк ВН, Pк СН (кВт)

11. Реактор

Реактор

Х

Номинальное индуктивное сопротив-

ление Хном (Ом или %); номинальное

напряжение Uном; номинальные потери

мощности Pном (кВт) или Xном/R; Iном

(А),

коэффициент связи Kсв (для сдвоенного

Сдвоенный

реактора)

реактор

Х3

Х1

Х2

12. Кабельные линии

R

X

L (км) – длина линии; количество кабелей

W

в линии, индуктивное и активное сопро-

тивление прямой последовательности Х1

и r1; индуктивное и активное сопротив-

ление нулевой последовательности Х0 и

r0. Значения Х0 и r0 зависят от способов

прокладки кабелей и их типов. В случае

трехжильных КЛ можно приближенно

считать, что Х0 = (3,5÷4,6)Х1; r0 = 10r1

13. Воздушные линии

L (км), количество параллельных це-

W

Х

пей; Х1 – индуктивное сопротивление

прямой последовательности;

Х0 – индуктивное сопротивление нуле-

вой последовательности (Ом/км), зави-

сит от сечения проводов, расстояния

между фазами, наличия или отсутствия

заземленных тросов и соседних парал-

лельных цепей

17

Пересчет ЭДС источников питания и сопротивлений элементов, выраженных в относительных единицах, в параметры, выраженные в именованных единицах, выполняют по формулам, используя номинальные параметры этих элементов (напряжение и мощность):

U 2

Е Е*номUном ; Z Z*ном Sном .

ном

Пользуются точным и приближенным приведением ЭДС и параметров элементов, заданных на различных ступенях напряжения СЭС.

1. Точное приведение параметров к одной ступени напряжения осуществляется с использованием действительного коэффициента трансформации:

	Ктр	Uхх. обм. осн. ступени	.
		Uхх. обм. приводим. ступени
	За основную ступень выбирается ступень, где произошло КЗ.
	Ктр. рез К1 К2 ... Кn –	результирующий коэффициент транс-

формации.

2. Приближенное приведение параметров к одной ступени напряжения с использованием приближенного коэффициента трансформации:

К			Uср. 1 ступени	,
	тр	Uср. 2 ступени

т. е. используются средние номинальные напряжения Uср различных элементов, а также обмоток трансформаторов, выбираемые по шкале средних номинальных напряжений Uср.

Шкала Uср, [кВ]: 760; 515; 340; 230; 154; 115; 37; 20; 18,15; 13,8; 10,5; 6,3; 3,15; 0,69; 0,525; 0,4; 023; 0,127 кВ.

Результирующий коэффициент трансформации равен отношению коэффициентов крайних ступеней:

Ктр.рез Кср. 1 .

Кср. n

18

Обычно в практических расчетах используется приближенное приведение параметров к одной ступени напряжения. В сетях выше 1000 В расчет ведется в относительных единицах, до 1000 В – в именованных единицах.

Приближенное приведение параметров в относительных единицах. Выполняя приближенное приведение параметров элементов схемы к базисным условиям, их выражают в относительных единицах. За базисное напряжение для любой ступени трансформации рекомендуется принимать среднее номинальное напряжение этой ступени Uб Uср.ном , а базисную мощность рекомендуется принимать

кратной десяти Sб = 10, 100; 1000… МВ∙А для удобства расчетов, в зависимости от разрядности числа наибольшей мощности в схеме. Тогда базисный ток:

	Iб	Sб			.
		3Uб

Расчетные выражения для определения приведенных к базисным условиям относительных значений параметров элементов схемы замещения, включенных на ступени с напряжением Uср, имеют вид:

1) если сопротивление задано в именованных единицах:

Z ZSб ;

Uср2 ном

2)если сопротивление задано в относительных единицах (генераторы, электродвигатели, трансформаторы):*б

Z			Z*ном Sб	;
	*б		Sном

3) если ЭДС источника питания задана в именованных единицах:

*б E ;

E Uб

4) если ЭДС источника питания задана в относительных единицах:

		E*ном
	E*б		Uном .
		Uб

19

В этих формулах Z , Z*ном – сопротивления элемента, заданные соответственно в именованных и в относительных единицах, приведенные к номинальным условиям, E, E*ном – ЭДС источника питания,

заданная соответственно в именованных и в относительных единицах, приведенная к номинальным условиям.

Приближенное приведение в именованных единицах. Расчет ЭДС и напряжений ведут следующим образом:

E E	Uб	; U U			Uб	,
Uср				Uср
где Uб – среднее номинальное напряжение основной ступени, обычно
это ступень КЗ; Uср – среднее		номинальное напряжение ступени,
с которой выполняется приведение.
Если сопротивление задано в относительных единицах, то его
рассчитывают следующим образом:
Z Z			Uб2	.
		*ном
			Sном

2.3. Преобразование схем замещения

Для определения результирующего сопротивления короткозамкнутой цепи схему замещения СЭС приводят к простейшему виду путем эквивалентных преобразований. При этом могут быть использованы следующие способы преобразований и расчета:

1.Объединение точек равного потенциала.

2.Разрезание узла трехфазного КЗ.

3.Эквивалентирование с заменой последовательно и параллельно соединенных ветвей схемы замещения одной эквивалентной ветвью.

4.Замена нескольких источников с разными ЭДС и сопротивлениями, присоединенных к общей точке сети, одним эквивалентным источником.

5.Преобразование сопротивлений, соединенных в звезду, в сопротивления, соединенные в треугольник, и наоборот. Обычно такими преобразованиями пользуются после преобразований последовательно и параллельно соединенных ветвей.

6.Преобразование многолучевой звезды в полный многоугольник с диагоналями.

20

7.Применение метода наложения, с помощью которого решение получают как результат суммы ряда действительных режимов, каждый из которых определяется при условии, что в схеме приложена одна ЭДС, а остальные равны нулю.

8.Определение коэффициентов токораспределения по ветвям схемы от разных источников. (В этом методе определяют долю от каждого источника питания). Данный метод используется для сложных схем при необходимости применения различных методов для определения тока КЗ по разным ветвям. Например, для выделения ветви с системой ограниченной или неограниченной мощности и ветви с генераторами, при определении тока КЗ в определенный момент времени. В этом случае при преобразовании наряду с упрощением схемы замещения также можно определить роль каждого источника в питании точки КЗ.

	2		2	E	1	2
E			E	E
E	1	3	1	3	1	3

Рис. 1. Преобразование трехлучевой звезды с ЭДС

вразрезанный треугольник

9.Иногда преобразования схемы замещения заметно упрощаются, если трехлучевую звезду с ЭДС в одном луче заменить треугольником, затем разрезать по вершине, где приложена ЭДС. Образовавшиеся параллельные ветви заменяют эквивалентными с ЭДС такого же значения (рис. 1). Возможно и обратное преобразование.

2.4.Электромагнитные переходные процессы

впростейшей цепи при её питании

от источника бесконечной мощности

Простейшая трехфазная цепь – это симметричная трехфазная цепь, с сосредоточенными активными и индуктивными сопротивлениями при отсутствии в ней трансформаторных связей (рис. 2).

Источник бесконечной мощности – источник, собственное со-

противление которого равно нулю. Его напряжение, изменяясь с постоянной частотой, имеет неизменную амплитуду: