17. Короткие замыкании в системах электроснабжения, виды кз

Разновидности коротких замыканий и вероятности их возникновения

Коротким замыканием называется нарушение нормальной работы электроустановки, вызванное замыканием фаз между собой, или замыканием фазы на землю. Токи к.з. в современных мощных электросистемах могут достигать огромных значений (10-100 тыс. ампер). Поэтому оборудование электроустановок должно обладать достаточной электродинамической (механической) и термической стойкостью к действию токов к.з.

Причинами возникновения короткого замыкания могут быть:

1. Нарушение изоляции происходящее в следствии её несовершенства, или посторонних причин (обрыв, удар молнии, попадание посторонних предметов).

2. Ошибки при ремонтных работах, включениях и отключениях.

Несмотря на все меры, принимаемые при проектировании и эксплуатации, вероятность короткого замыкания не исключена, поэтому правильный выбор электрооборудования, основанный на знании характера протекания короткого замыкания и ожидаемого тока, является самой действенной мерой предотвращения опасных последствий к.з.

Короткие замыкания бывают:

• трёхфазные - возникающие при одновременном замыкании накоротко всех трёх фаз (I⁽³⁾_max 1,6 I⁽²⁾_min);

• двухфазные;

• однофазные - возникающие при замыкании между фазой и землёй (возможны только в системах с заземлённой нейтралью)

Процесс протекания короткого замыкания слагается из двух режимов:

1. Переходного:

   • ударный ток - возникает в течении первых 0,01-0,2 секунд, сопровождается электродинамическим эффектом, способным сорвать провода с изоляторов, повредить обмотки двигателей, трансформаторов;

   • разрывной ток - появляется в течении первых 0,2 секунд, в течении которых сеть должна быть отключена автоматической защитой.

2. Установившегося. Возникает при несрабатывании защиты, ведёт к злектротермическому эффекту.

В трёхфазных электрических сетях различают следующие виды коротких замыканий

• однофазное (замыкание фазы на землю в сетях с заземленной нейтралью трансформатора);

• двухфазное (замыкание двух фаз между собой);

• двухфазное на землю (две фазы между собой и одновременно на землю);

• трёхфазное (три фазы между собой)

В электрических машинах возможны короткие замыкания:

• межвитковые — замыкание между собой витков обмоток ротора или статора, либо витков обмоток трансформаторов;

• замыкание обмотки на металлический корпус.

18. Составление схемы замещения для расчетов симметричных трехфазных кз и ее преобразование

Для выполнения расчетов токов КЗ необходимо составить схему замещения электрической сети. Под схемой замещения понимается схема, в которой элементы электрической сети (электроприемники, линии, трансформаторы и т.п.) представлены их активными и индуктивными сопротивлениями (в соответствии с вышеизложенными допущениями для конкретной сети), источники мощности – ЭДС и их сверхпереходными сопротивлениями. При расчетах токов КЗ сетей до 1 кВ в схемах замещения учитываются активные, индуктивные сопротивления ВЛ и КЛ, шинопроводов, активные сопротивления контактов коммутационных аппаратов. Величины сопротивлений для некоторых элементов электрических сетей приведены в приложении А, табл. А.8, А.9, [8, 10].

Параметры схемы замещения приводятся к расчетному напряжению точки к. з. с использованием коэффициента трансформации силовых трансформаторов, связывающих сети разных напряжений. Так для приведения сопротивления питающей сети напряжением 10 кВ к напряжению расчетной точки КЗ в сети 0,4 кВ, Ом,

, (2.11)

где Х_с¹⁰⁾ = - эквивалентное сопротивление питающей системы, приведенное к расчетному напряжению сети 10 кВ;

К_т = – коэффициент трансформации трансформатора;

U_BH – номинальное напряжение обмотки высокого напряжения трансформатора, кВ;

U_НH – то же обмотки низкого напряжения, кВ.

S_к – см. (1.13), МВА.

Сопротивление двухобмоточного трансформатора в схеме замещения (рис.2.2-а) определяется по его паспортным данным следующей формулой, Ом,

(2.12)

где - номинальное напряжение трансформатора, кВ,

S_ТH - номинальная мощность трансформатора, МВА.

Активное сопротивление трансформатора определяется по паспортным данным потерь мощности при КЗ ΔР_КЗ, кВт, (Приложение Б.1, Б.2, [6, 10]):

R_T = ΔР_КЗ(U_н/S_TН)² (2.13)

Трехобмоточные трансформаторы представляются трехлучевой схемой замещения (рис.2.2-б), в которой сопротивление каждого луча определяется по паспортным значениям для каждой пары обмоток.

(2.14)

где

(2.15)

В (2.15) , , - паспортные значения напряжений короткого замыкания между парами обмоток, приведенные к номинальному напряжению обмотки ВН трансформатора. При перерасчете параметров схемы на напряжение точки к.з. сопротивления, полученные по (2.15) должны быть пересчитаны с учетом К_{т ­} аналогично (2.11). Аналогично по паспортным значениям потерь мощности КЗ между соответствующими парами обмоток ΔР_КВ-Н,  ΔР_{К В-C}  и ΔР_{К C-H}  определяются активные сопротивления R_T.В, R_T.С, R_T.Н, Ом:

;

; (2.16)

,

где ΔРК В = 0,5(ΔРК В-Н + ΔРК B-C – ΔРКC-H);	(2.17)
ΔРК C = 0,5(ΔРК В-C + ΔРК C-H – ΔРК B-H);
ΔРК H = 0,5(ΔРК В-H + ΔРКCH – ΔРК B-C), кВт

Данные схемы не учитывают влияние системы намагничивания, которое незначительно для трансформаторов мощностью до 63 МВА, используемых в системах электроснабжения предприятий.

При выполнении расчетов учитывают подпитку точки КЗ от мощных двигателей (приводов компрессоров, насосов и др.), если эти двигатели непосредственно подключены к точке КЗ или установлены в непосредственной близости. Для расчетов токов подпитки точки КЗ синхронными генераторами и синхронными двигателями в схему вводятся величины их сверхпереходных сопротивлений по продольной оси, обозначаемые х''_d. Величина х''_d задается в паспортных данных агрегатов в процентах или относительных единицах. Перевод в именованные единицы выполняется по формуле

, (2.18)

где U_H, P_H, cosφ_H – номинальные (паспортные) данные электрической машины. Для упрощения расчетов токов КЗ допускается в сетях 0,4 кВ подпитку от асинхронных двигателей принимать равной 7-кратному номинальному току.

Расчетная схема замещения эквивалентируется относительно точки КЗ с использованием методов параллельного, последовательного и других способов преобразования схем, известных из курса электротехники. Расчетный установившийся ток в точке трехфазного КЗ определяется по формуле

I_к⁽³⁾ = U_КН / кА (2.19)

где U_КН – напряжение в точке КЗ, кВ. При расчетах напряжение в точке КЗ, а также напряжение на шинах источника принимается на 5% выше расчетного номинального напряжения сети, т.е при расчете в сети 10 кВ U_КН = 11кВ и т.д.,

Z_рез = - полное результирующее сопротивление расчетной схемы относительно точки КЗ.