Расчёт токов короткого замыкания. Общие сведения по расчёту токов кз.

Коротким замыканием называют замыкание между фазами, замыкание фаз на землю в сетях с глухо и эффективно заземленными нейтралями, а также витковые замыкания в электрических машинах.

Следствия короткого замыкания:

Протекание токов короткого замыкания приводит к увеличению потерь электроэнергии в проводниках и контактах, что вызывает их повышенный нагрев;

Протекание токов короткого замыкания сопровождается значительными электродинамическими усилиями между проводниками;

Короткие замыкания сопровождаются понижением уровня напряжения в электрической сети, особенно вблизи места повреждения;

Короткое замыкание сопровождается переходным процессом, при котором значение токов и напряжений, а также характер изменения их во времени, зависит от соотношения мощностей и сопротивлений источника питания в цепи, в которой произошло повреждение.

Расчет токов короткого замыкания производят для выбора и проверки параметров оборудования, а также проверки установок релейной защиты.

Последовательность расчета токов при коротком трехфазном замыкании:

Для рассматриваемой энергосистемы составляется расчетная схема;

Расчетная схема

Под расчетной схемой установки понимают упрощенную одноли­нейную схему электроустановки с указанием всех элементов и их па­раметров, которые влияют на токи короткого замыкания и поэтому должны быть учтены при выполнении расчетов.

По расчетной схеме составляется электрическая схема замещения;

Схема замещения

Под схемой замещения понимают электрическую схему, соот­ветствующую по исходным данным расчетной схеме, но в которой все магнитные связи заменены электрическими.

Производим расчет сопротивления элементов схемы.

1. Генератор:

х = х^”_d* , где

S_ном – номинальные мощности элементов (генератора, трансформатора, энергосистемы), МВА;

S_б – базовая мощность.

2. Энергосистема:

Х_с = Х_{с ном*}

3. Трансформатор:

х= , где

х_т – относительное сопротивление трансформатора, определяемое через U_к – напряжение КЗ трансформатора.

4. Линии электропередачи:

х=х_уд*l , где

U_ср – среднее напряжение в месте установки данного элемента, кВ;

х_уд - индуктивное сопротивление линии на 1км длины, Ом/км;

l – длина линии, км.

Базисный мощность принимаю равную S_б=100 МВ*А;

Рассчитываем сопротивление генераторов:

х_c = х*d*(S_б/ S_ном);

х5= х₇= х12= х₉= х₁₀= х₁₁=0,23*(100/55) = 0,41 О.е;

Рассчитываем сопротивление системы:

х_c = х_сн*(S_б/ S_ном);

х₁ = 1,1*(100/3800) = 0,028 О.е;

Рассчитываем сопротивление трансформаторов:

х_т= (х_т% /100)*(S_б/S_ном);

х₁₄= х₁₅= (11/100)*(100/160) = 0,068 О.е;

Рассчитываем сопротивление линий;

х_л= х_уд*l*(S_б/U_ср );

х₂= х₃= 0,4*150*(100*230 ) = 0,11 О.е;

После того как схема замещения составлена и определены сопротивления всех элементов, она преобразуется к наиболее простому виду. Преобразование (свертывание) схемы выполняется в направлении от источника питания к месту КЗ. При этом используются известные правила последовательного и параллельного сложения сопротивлений, преобразования звезды сопротивлений в треугольник и обратно, многоугольника в многолучевую звезду. После получения результирующей схемы переходим к определению токов КЗ.

1. Определение начального значения периодической составляющей тока КЗ для полученной результирующей схемы замещения определяем по формуле:

I_по= , где

Е^” – это ЭДС источника в относительных единицах;

х_рез – результирующее относительное сопротивление цепи;

I_б – базовый ток, определяется по выражению:

I_б= .

2. Определяю ударный ток КЗ. Ударный ток обычно имеет место через 0,01 с после начала КЗ. Его значение определяется по формуле:

I_у= I_пок_у, где

I_по – начальное значение периодической составляющей тока КЗ;

к_у – ударный коэффициент, зависящий в свою очередь от постоянной времени затухания апериодической составляющей тока КЗ.

3. Определение токов для любого значения момента времени переходного процесса КЗ. Значение периодической и апериодической составляющих тока КЗ, для времени t 0 необходимо знать для выбора коммутационной аппаратуры. Расчетное время, для которого требуется определять токи КЗ, вычисляется как

=t_св+0,01с, где

t_св – собственное время выключателя. Для современных выключателей оно не превышает 0,2. апериодическая составляющая тока КЗ равна:

.

4. Определяем номинальный ток ветви:

I_ном= .

Находим отношение I_п,о/I^I_ном. Если это отношение больше 1, то по кривым [МП. Р 3,26] определяю отношение I_n,t/I^I_ном .Если отношение I_п,о/I^I_ном меньше 1,то I_n,t= I_{п,о .}

5. Тепловой импульс определяется по выражению: В_к=I²_по(t_отк+Т_а).