Контрольные вопросы

1. Дайте определение таким понятиям, как режим работы системы, парамет­ры системы, параметры режима, установившийся режим, переходный процесс, послеаварийный установившийся режим.

2. Какова вероятность коротких замыканий в электрических системах и ка­кие существуют виды КЗ?

3. Перечислите наиболее часто встречающиеся причины возникновения коротких замыканий.

4. Каковы наиболее тяжелые последствия коротких замыканий?

5. Для каких целей проводятся расчеты коротких замыканий?

Лекция 3. Тема: Трехфазное короткое замыкание в электрической цепи

Цель лекции: Изучить теоретическую часть темы

Для того чтобы ознакомиться с сущностью процесса КЗ, остановимся на наиболее простом с точки зрения понимания происходящих при КЗ процессов повреждении – трехфазном КЗ (рис 3.1.).

Трехфазное КЗ является симметричным, так как при нем не нарушается симметрия токов и напряжений. По сравнению с режимом нагрузки при КЗ токи в фазах увеличиваются, а фазные и междуфазные напряжения уменьшаются. Чем меньше сопротивление цепи КЗ, тем больше ток КЗ и больше посадки напряжение в сети.

Короткое замыкание (рис 3.1) делит цепь на две части:

1. правую с сопротивлениями и ;

2. левую, содержащую источник питания и сопротивления цепи КЗ и ;

Известно, что в цепях, содержащих индуктивность, не может быть мгновенного изменения тока. Всякое изменение сопротивления цепи вызывает переходный процесс, в течение которого ток в цепи изменяется до некоторого установившегося значения.

Рис 3.1. Трехфазное КЗ в симметричной цепи, питаемой от шин неизменного напряжения

Правая часть оказывается зашунтированной КЗ, поэтому ток в ней будет поддерживаться лишь до тех пор, пока запасенная в индуктивности энергия магнитного поля не перейдет в тепло, выделяющееся в активном сопротивлении . Этот ток при активно-индуктивном характере сопротивления цепи не превышает тока нормального режима и, затухая постепенно до нуля, не представляет опасности для оборудования.

Изменение режима в левой части цепи, содержащей источник питания (генераторы, двигатели, синхронные компенсаторы), при наличии индуктивности тоже сопровождается переходным процессом, но характер его и длительность перехода к установившемуся режиму будут различными в зависимости от того, изменяется ЭДС источника во время КЗ или нет.

В соответствии с вышеуказанным рассматриваются три случая трехфазного КЗ:

1. КЗ в цепи, питающейся от шин энергосистемы неизменного напряжения;

2. КЗ в цепи, питающейся от генератора ограниченной мощности без устройства автоматического регулирования возбуждения (АРВ);

3. КЗ в цепи, питающейся от генератора ограниченной мощности с (АРВ);

На рис 3.2. показаны графики изменения токов трехфазного КЗ для всех трех случаев. Часть процесса, которая характеризуется изменением амплитудных значений тока КЗ, называется переходным (неустановившемся) режимом. В установившемся режиме амплитуды тока КЗ постоянны.

Рис 3.2. Кривые изменения тока трехфазного КЗ при максимальном значении апериодической составляющей:

а) в цепи, питаемой от шин неизменного напряжения;

б) в цепи синхронного генератора без АРВ; в) в цепи синхронного генератора с АРВ;

Как уже упоминалась, при КЗ ток в электрической цепи возрастает. Однако мгновенного увеличения тока в левой части цепи произойти не может, так как обмотка статора источника и цепь КЗ обладают индуктивностью . В начальный момент КЗ в индуктивном сопротивлении короткозамкнутой цепи наводится ЭДС самоиндукции, вызывающая появление тока самоиндукции встречного направления, так называемый свободный апериодический ток ( кривая ). Апериодическим этот ток называется поэтому, что направление его не изменяется с течением времени. Следовательно, с момента возникновения КЗ полный ток КЗ можно представить в виде суммы двух составляющих:

В результате взаимного действия этих двух составляющих полный ток в цепи в начальный момент КЗ остается равным мгновенному значению тока нагрузочного режима, таким образом

Где: - начальное значение апериодической составляющей тока КЗ; - начальное значение периодической составляющей тока КЗ; - мгновенное значение тока нагрузки в момент возникновения КЗ;

Постоянная времени затухания цепи КЗ

Где: - соответственно индуктивность, активное сопротивление и индуктивное сопротивление цепи КЗ; - угловая частота;

Быстрота затухания апериодической составляющей тока КЗ зависит от соотношения между активным и индуктивным сопротивлениями цепи КЗ: чем больше активное сопротивление цепи КЗ, тем затухание происходит интенсивнее. Однако, периодическая составляющая тока КЗ изменяется по-разному в зависимости от источника питания. Но значение периодической составляющей для начального момента КЗ зависит от напряжения источника питания и полного сопротивления цепи КЗ.

Все электрические аппараты, установленные в цепи, где произошло КЗ, находятся под воздействием полного тока КЗ. Анализируя ток КЗ примерно через полпериода (0,01с) после начала КЗ мгновенное значение полного тока КЗ достигает максимального значения, которое называют ударным током КЗ и обозначают .

Где: - ударный коэффициент, зависящий от постоянной времени затухания цепи КЗ; - начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ;

Трехфазное КЗ в цепи, питающейся от генератора ограниченной мощности с АРВ – все генераторы, работающие на электростанциях, снабжаются устройствами для автоматического регулирования возбуждения (АРВ), которые предназначенные для поддержания заданного уровня напряжения на выводах обмотки статора генератора путем автоматического изменения их тока возбуждения при всех отклонениях контролируемого напряжения от заданного уровня.

Можно рассмотреть, как будет протекать процесс КЗ на выводах генератора при включенном АРВ.

При КЗ напряжение на зажимах генератора уменьшается, и автоматический регулятор увеличивает ток возбуждения. Но так как все устройства АРВ обладают некоторым собственным временем действия и значительная индуктивность обмотки ротора задерживает увеличение тока возбуждения, действие АРВ начинает проявляться не сразу, а с небольшим запозданием (через 0,08-0,3с после возникновения КЗ). Этим объясняется тот факт, что АРВ не влияют на величину тока КЗ в первые периоды КЗ. Начальные значения периодической и апериодической составляющих тока КЗ, процесс затухания апериодической составляющей, ударный ток остаются такими же, как и в случае работы генератора без АРВ.