Действующее значение тока кз и его составляющих

Действующее значение полного тока КЗ в произвольный момент времени t переходного процесса можно определить как среднеквадратичное значение тока за период Т, в середине которого находится рассматриваемый момент, т.к. в течение всего переходного процесса полный ток представляет собой несинусоидальную кривую. При этом считают, что за рассматриваемый период амплитуда периодической составляющей и апериодическая составляющие неизменны и равны их среднему значению в рассматриваемый момент времени.

Наибольшее действующее значение полного тока КЗ I_y приходится на первый период переходного процесса. Оно определяется в предположении, что апериодическая составляющая в течение этого периода равна ее мгновенному значению в середине периода, т.е. через 0,01 с после возникновения короткого замыкания, а периодическая составляющая - своему начальному значению.

Считая, что , получаем

Так как , действующее значение полного тока КЗ

При изменении ударного коэффициента в пределах 1<k_y<2 отношение I_y/I" остается в пределах и имеет максимальное значение при к_у = 1,5.

Рекомендуемая литература: ОЛ3, ДЛ1

Контрольные вопросы

За счет чего происходит ограничение токов КЗ при использовании трансформаторов и автотрансформаторов с расщепленной обмоткой низшего напряжения?
Перечислите виды токоограничивающих коммутационных аппаратов и области их применения.
Каковы характеристики и область использования ограничителей Ударного тока?
Какую трёхфазную сеть называют простейшей?
Назовите основные допущения при анализе переходных процессов простейшей цепи.
Почему трехфазное КЗ в начальный момент является несимметричным КЗ?
Как определяется начальное значение периодической составляющей тока КЗ?
При каких условиях полный ток КЗ в простейшей цепи будет иметь максимальное значение?
Что такое ударный ток?
В каких пределах изменяется величина ударного коэффициента и от чего она зависит?

Лекция 4 Тема: Составление расчетной схемы и схемы замещения

Цель лекции: Изучить теоретическую часть темы

Расчёт переходного процесса при КЗ в ЭС начинается с составления расчётной схемы, в которую включаются все элементы, участвующие в переходном процессе. В расчётную схему входят источники энергии (генераторы СГ, синхронные компенсаторы СК, крупные синхронные и асинхронные двигатели СД и АД) и элементы, связывающие источники энергии с точкой КЗ (трансформаторы, воздушные кабельные линии, реакторы и прочее).

Если в расчётной схеме имеются магнитосвязанные цепи, то их необходимо заменить эквивалентной электрически связанной цепью, называемой схемой замещения. Для этого необходимо все параметры элементов (ЭДС, напряжения, токи, сопротивления и т.д.) приведённых к номинальным параметрам этих элементов привести к напряжению одной ступени трансформации, называемой основной ступенью. Обычно за напряжение основной ступени принимают напряжение точки КЗ. Приведение к одной ступени напряжения может выполняться точно с учётом действительных коэффициентов трансформации или приближённо по средним значениям этих коэффициентов.

Расчету токов КЗ предшествует выбор расчетных условий, в частности расчетной схемы. Последняя зависит от цели расчетов токов КЗ. Если эти цели состоят в выборе и проверке электрических аппаратов и проводников по условиям КЗ, то в расчетную схему должны быть включены все источники энергии, влияющие на ток КЗ: синхронные генераторы и компенсаторы, синхронные и асинхронные электродвигатели. Влияние асинхронных электродвигателей допустимо не учитывать при мощности электродвигателя до 100 кВт, если они отделены от расчетной точки КЗ токоограничивающим реактором или силовым трансформатором. А если асинхронные электродвигатели отделены от расчетной точки КЗ двумя плечами сдвоенного реактора или двумя и более ступенями трансформации, то их можно не учитывать и при больших мощностях.

При составлении расчетной схемы обычно исходят из следующих условий:

все источники, включенные в расчетную схему, работают одновременно, причем к моменту возникновения КЗ синхронные двигатели работают с номинальной нагрузкой и номинальным напряжением, а асинхронные - с 50%-й нагрузкой;
все синхронные двигатели имеют автоматическое регулирование напряжения и устройства для форсировки возбуждения;
ЭДС всех источников совпадают по фазе, если продолжительность КЗ не превышает 0,5с;
КЗ происходит в такой момент времени, при котором ударный ток КЗ оказывается максимальным;
наиболее удаленную от точки КЗ часть электроэнергетической системы допустимо представлять в виде одного источника энергии, имеющего неизменную по амплитуде ЭДС и сопротивление, равное эквивалентному сопротивлению заменяемой части системы.

Выбор расчетных схем различных электроустановок производят путем анализа возможных схем этих электроустановок при различных режимах их работы, включая ремонтные и послеаварийные режимы, за исключением схем при переключениях.

Расчетная схема – это упрощенная однолинейная схема электроустановки с указанием всех элементов и их параметров, которые влияют на ток КЗ.

Расчетная схема, как правило, включает в себя элементы электроустановки и примыкающей части энергосистемы, исходя из условий, предусмотренных продолжительной работой электроустановки с перспективой не менее чем в 5 лет после ввода ее в эксплуатацию.

На расчетной схеме указываются номинальные параметры элементов – напряжение, мощности, длину воздушных и кабельных линий. Отдельные элементы с малыми сопротивлениями не учитываются, К ним можно отнести шины распределительных устройств, электрические аппараты, кабельные и воздушные перемычки небольшой длины и другие.

На расчетной схеме указываются точки короткого замыкания. Расчетные точки КЗ намечаются с одной или с другой стороны от рассматриваемого элемента электроустановки в зависимости от наиболее тяжелых условий в режиме КЗ. В закрытых распределительных устройствах проводники и электрические аппараты, расположенные до реактора на реактированных линиях, проверяются, исходя из того, что расчетная точка КЗ находится за реактором, если они отделены от сборных шин разделяющими полками, а реактор находится в том же здании и все соединения от реактора до сборных шин выполнены шинами.

Расчетным видом КЗ является трехфазное, по которому проверяются электрические аппараты и жесткие проводники вместе с относящимися к ним поддерживающими и опорными конструкциями на электродинамическую и термическую стойкость. При проверке электрических аппаратов на коммутационную способность расчетным видом КЗ может быть трехфазное или однофазное КЗ в зависимости от того, при каком виде ток КЗ имеет наибольшее значение. Если для выключателей задается разная коммутационная способность при трехфазных и однофазных КЗ, то проверку следует производить отдельно по каждому виду КЗ.

Схема замещения

При расчете токов КЗ следует по исходной расчетной схеме составить соответствующую схему замещения.

Схема замещения – это электрическая схема, соответствующая по исходным данным расчетной схеме, но все магнитные связи заменены электрическими.

При этом сопротивления всех элементов схемы и ЭДС источников энергии могут быть выражены как в именованных, так и в относительных единицах. Рассмотрим схему замещения для определения симметричного КЗ. Элементы представлены в относительных единицах, напряжения приняты по шкале средних номинальных напряжений сетей U_СР.НОМ, кВ: 3,15; 6,3; 10,5; 13,8; 15,75; 18; 20; 24; 27; 37; 115; 154; 230; 340; 515; 770; 1175.

Схемы замещения СЭС составляют на основе ее расчетной схемы для начального момента переходного процесса. Переход от расчетной схемы к схеме замещения сводится к замене расчетной схемы эквивалентной электрической цепью, включающей в себя источники ЭДС и неизменные сопротивления, и к преобразованию параметров элементов и ЭДС различных ступеней СЭС к базисным условиям (к одной ступени напряжения, выбранной за основную).

Схема замещения СЭС представляет собой совокупность схем замещения ее отдельных элементов, соединенных между собой в той же последовательности, что на расчетной схеме (таблица 4.1.).

Таблица 4.1. Расчетные схемы и схемы замещения элементов СЭС

Наименование элемента	Схемы
Наименование элемента	Расчетная	Замещения
1	2	3
Генератор, синхронный компенсатор
Эквивалентный источник системы
Синхронный двигатель
Асинхронный двигатель
Обобщенная нагрузка
Двухобмоточный трансформатор
Трехобмоточный трансформатор
Трехфазный трансформатор с расщепленной обмоткой НН
Трехфазный автотрансформатор
Сдвоенный реактор
Воздушная линия	ВЛ
Кабельная линия	К