Компенсирующие аппараты

Компенсирующие и регулируемые реакторы, синхронные компенсаторы, а также конденсаторные батареи предназначены для компенсации избыточной реактивной мощности.

2. Расчет токов короткого замыкания на подстанции

2.1. Основные сведения

Наиболее опасным нарушением нормального режима работы систем электроснабжения является возникновение короткого замыкания в сети или в элементах электрооборудования, вследствие повреждения изоляции или неправильных действий обслуживающего персонала. Для снижения ущерба, обусловленного выходом из строя электрооборудования при протекании токов короткого замыкания, а также для быстрого восстановления нормального режима работы системы электроснабжения необходимо правильно рассчитать токи короткого замыкания и по ним выбирать электрооборудование, защитную аппаратуру и средства ограничения токов короткого замыкания. При возникновении короткого замыкания имеет место увеличение токов в фазах системы электроснабжения по сравнению с их значениями в нормальном режиме работы. В свою очередь это вызывает снижение напряжений в системе, которое особенно велико вблизи места короткого замыкания.

В трехфазной сети различают следующие виды коротких замыканий: трехфазные – К₃, двухфазные – К₂, однофазные – К_зем1 и двойные замыкания на землю – К_зем2, представленные на рис. 4. Трехфазные короткие замыкания являются симметричными, так как все фазы находятся в одинаковых условиях. Все остальные виды короткого замыкания являются несимметричными.

Расчетным видом короткого замыкания для выбора или проверки электрооборудования обычно считают трехфазное короткое замыкание [1]. Однако для выбора или проверки установок релейной защиты и автоматики требуется определение несимметричных токов короткого замыкания.

Для решения практических задач вводят допущения, которые не дают существенных погрешностей:

– не учитывают токи нагрузки;

– не учитываются емкости, а следовательно, и емкостные токи в воздушной и кабельной сети;

– трехфазная сеть принимается симметричной или сопротивления фаз– точно равными друг другу;

– отсутствует насыщение стали электрических машин (генераторов, электродвигателей, трансформаторов);

– не учитываются токи намагничивания трансформаторов;

– не учитывают активные сопротивления генераторов, трансформаторов и реакторов, за исключением случаев, когда требуется определять постоянные времени затухания свободных токов;

– не учитывают сдвиг по фазе ЭДС различных источников питания, входящих в расчетную схему [2].

В зависимости от мощности источника питания при расчетах токов короткого замыкания выделяют два характерных случая:

а) короткое замыкание в цепях, питающихся от системы бесконечной мощности;

б) короткое замыкание вблизи генератора ограниченной мощности.

Системой бесконечной мощности условно считают источники, напряжение на шинах которого остается практически неизменным при любых изменениях тока в питающейся от него цепи. Отличительной особенностью такого источника является малое собственное сопротивление по сравнению с сопротивлением цепи короткого замыкания.

При расчете токов короткого замыкания активные сопротивления элементов системы электроснабжения не учитываются, если выполняется условие

,

где и – суммарные активные и индуктивные сопротивления элементов системы электроснабжения до точки короткого замыкания.

За время короткого замыкания с момента его возникновения до момента отключения поврежденного участка в коротко замкнутой цепи протекает переходный процесс. В общем случае в каждой из фаз наряду с периодической составляющей тока имеет место слагающая постоянного знака или апериодическая составляющая. Периодическая составляющая тока короткого замыкания одинакова для всех трех фаз (при трехфазном коротком замыкании).

При расчете тока короткого замыкания определяются следующие величины:

– начальное значение периодической составляющей тока короткого замыкания для проверки оборудования на электродинамическую устойчивость;

– ударный ток короткого замыкания, необходимый для проверки электрических аппаратов на электродинамическую устойчивость;

– наибольшее начальное значение апериодической составляющей тока трехфазного короткого замыкания, A, для проверки оборудования по отключающей способности;

В_к – тепловой импульс короткого замыкания, кА^2.с, для проверки оборудования на термическую устойчивость.

Графическое представление тока короткого замыкания представлено на рис. 5.

Рис. 5. Графическое представление тока

короткого замыкания

При расчете токов короткого замыкания составляется расчетная схема. В расчетную схему заносятся все источники питания, участвующие в питании места короткого замыкания. Синхронные компенсаторы, синхронные и асинхронные двигатели мощностью 100 кВт и более учитываются как источники питания. После составления расчетной схемы составляется схема замещения, которая представляет собой расчетную схему, в которой все электрические и магнитные связи представлены электрическими сопротивлениями. При расчетах токов трехфазных коротких замыканий генерирующие источники (энергосистема, генераторы, электродвигатели) вводятся в схему замещения соответствующими ЭДС, а пассивные элементы, по которым проходит ток короткого замыкания, индуктивными и, при необходимости, активными сопротивлениями. Параметры элементов схем замещения определяются в мгновенных или относительных единицах при базисных условиях. В целях упрощения расчетов вместо действительных напряжений на отдельных ступенях трансформации допустимо принимать средние номинальные напряжения по шкале:

Uср.ном (кВ) – 515; 340; 230; 154; 115; 37; 10,5; 6,3; 3,15; 0,69; 0,4; 0,23.

Расчет токов короткого замыкания проводится на основании [3].

Расчетная схема и схема замещения подстанции представлена на рис. 6.

Исходные данные необходимые для расчетов токов КЗ:

сопротивление энергосистемы – r_с; X_c;

мощность энергосистемы – S ∞;

данные трансформатора.

Рис. 6. Схемы расчётов токов коротких замыканий:

а) расчётная схема; б) схема замещения