Раздел 5. Замыкания в распределительных сетях и системах электроснабжения

5.1 Простое замыкание на землю

При замыкании одной из фаз на землю ток замыкания протекает через емкостную проводимость элементов каждой фазы относительно земли.

Замыкание фазы А на землю происходит в начале линии. Распределенные емкости каждой фазы отностельно земли заменены условно сосредоточенными (С₀). Поступающий в землю ток в месте замыкания возвращается по неповрежденным фазам через их емкостные проводимости относительно земли. Емкостная проводимость поврежденной фазы шунтируется рассматриваемым замыканием, и ток в этой фазе справа от места замыкания отсутствует, если не учитывать ток, наводимый в ней другими фазами.

Граничные условия для простого замыкания на землю те же, что и для однофазного короткого замыкания. Поэтому все соотношения для однофазного короткого замыкания справедливы и для простого замыкания на землю.

Ток простого замыкания мал, поэтому напряжение источника можно счтать неизменным. При пренебрежении активными и индуктивными сопротивлениями по сравнению с емкостными ток простого замыкания не зависит от места замыкания в электрически связанной цепи.

При этих допущениях ток простого замыкания:

- сопротивление дуги в месте замыкания;

- результирующее емкостное сопротивление относительно точки замыкания;

- среднее фазное напряжение той ступени, где происходит замыкание.

При металлическом замыкании

т.е. наибольший ток простого замыкания в три раза превышает ток нормального режима.

Оценить порядок величины тока можно по формуле:

U_ср – среднее номинальное напряжение в месте замыкания, кВ;

l – суммарная длина воздушных и кабельных линий, электрически связанных с местом замыкания, км;

N = 350 - для воздушных линий, N = 10 – для кабельных линий.

Симметричные составляющие напряжения за сопротивлением дуги:

Веторные диаграммы токов и напряжений в месте замыкания

С изменением сопротивления дуги концы веторов токов и напряжений скользят по дугам соответствующих окружностей. Треугольник линейных напряжений не изменяется, его положение определяется напряжением нулевой последовательности. С уменьшением сопротивления дуги напряжение поврежденной фазы стремится к нулю, а напряжение здоровых фаз - к соответствующим линейным напряжениям.

Для ограничения тока простого замыкания нейтраль трансформатора заземляют через регулируемую индуктивную катушку.

5.2 Короткие замыкания в электроустановках напряжением до 1000 в

. Принимаемые допущения

В электроустановках напряжением до 1000 В допустимо:

1) использовать упрощенные методы расчетов, если их погрешность не превышает 10 %;

2) максимально упрощать и эквивалентировать всю внешнюю сеть по отношению к месту КЗ и индивидуально учитывать только автономные источники электроэнергии и электродвигатели, непосредственно примыкающие к месту КЗ;

3) не учитывать ток намагничивания трансформаторов;

4) не учитывать насыщение магнитных систем электрических машин;

5) принимать коэффициенты трансформации трансформаторов равными отношению средних номинальных напряжений тех ступеней напряжения сетей, которые связывают трансформаторы. При этом следует использовать следующую шкалу средних номинальных напряжений: 37; 24; 20; 15,75; 13,8; 10,5; 6,3; 3,15; 0,69; 0,525; 0,4; 0,23;

6) не учитывать влияние синхронных и асинхронных электродвигателей или комплексной нагрузки, если их суммарный номинальный ток не превышает 1,0 % начального значения периодической составляющей тока в месте КЗ, рассчитанного без учета электродвигателей или комплексной нагрузки.

Расчет начального значения сверхпереходного тока

Токи КЗ в электроустановках напряжением до 1 кВ рекомендуется рассчитывать в именованных единицах.

При составлении эквивалентных схем замещения параметры элементов исходной расчетной схемы следует приводить к ступени напряжения сети, на которой находится точка КЗ, а активные и индуктивные сопротивления всех элементов схемы замещения выражать в миллиомах.

При расчете токов КЗ в электроустановках, получающих питание непосредственно от сети энергосистемы, допускается считать, что понижающие трансформаторы подключены к источнику неизменного по амплитуде напряжения через эквивалентное индуктивное сопротивление,

,

где U_ср.НН - среднее номинальное напряжение сети, подключенной к обмотке низшего напряжения трансформатора, В;

U_ср.ВН - среднее номинальное напряжение сети, к которой подключена обмотка высшего напряжения трансформатора. В;

I_к.ВН = I_п0ВН - действующее значение периодической составляющей тока при трехфазном КЗ у выводов обмотки высшего напряжения трансформатора, кА;

S_к - условная мощность короткого замыкания у выводов обмотки высшего напряжения трансформатора, MBА.

При отсутствии данных эквивалентное индуктивное сопротивление системы в миллиомах допускается рассчитывать по формуле

, (6.2)

где I_{откл.ном} - номинальный ток отключения выключателя, установленного на стороне высшего напряжения понижающего трансформатора.

Трехфазное короткое замыкание

Начальное действующее значение периодической составляющей тока трехфазного КЗ (I_п0) в килоамперах без учета подпитки от электродвигателей

,

где U_ср.НН - среднее номинальное напряжение сети, в которой произошло короткое замыкание, В;

R_1, X_1 - соответственно результирующие активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности цепи КЗ, мОм.

где Х_с - эквивалентное индуктивное сопротивление системы до понижающего трансформатора, мОм, приведенное к ступени низшего напряжения;

сопротивления прямой последовательности понижающего трансформатора, мОм, приведенные к ступени низшего напряжения сети, рассчитывают по формулам:

; ,

где S_т.ном - номинальная мощность трансформатора, кВА;

Р_к.ном - потери короткого замыкания в трансформаторе, кВт;

U_ННном - номинальное напряжение обмотки низшего напряжения трансформатора, кВ;

При приближенном учете сопротивлений контактов следует принимать: R_к = 0,1 мОм - для контактных соединений кабелей; R_к = 0,01 мОм - для шинопроводов; R_к = 1,0 мОм - для коммутационных аппаратов;

Если вблизи места КЗ имеются синхронные и асинхронные электродвигатели или комплексная нагрузка, то начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ определять как сумму токов от энергосистемы и от электродвигателей или комплексной нагрузки.

В электроустановках с автономными источниками электроэнергии

,

где - сверхпереходная ЭДС (фазное значение) автономного источника, В. Значение этой ЭДС следует рассчитывать как и для синхронных электродвигателей; вR_1 и X_1 входятиR_ст источника.

Однофазное короткое замыкание

Если электроснабжение электроустановки осуществляется от энергосистемы через понижающий трансформатор, то

,

В электроустановках с автономными источниками энергии

,

Двухфазное короткое замыкание

Начальное значение периодической составляющей тока двухфазного КЗ

,

В электроустановках с автономными источниками энергии

,

Начальное значение периодической составляющей тока двухфазного КЗ с учетом асинхронных электродвигателей

,

где - эквивалентная сверхпереходная ЭДС (фазное значение) асинхронных электродвигателей и источника электроэнергии, В;

,