Б17.1. Порядок расчета токов короткого замыкания в сетях напря-жением до 1 кВ.
Расчет токов короткого замыкания (КЗ) необходим для проверки выбранного электрооборудования, коммутационных аппаратов, выбора уставок релейной защиты.
Для выбора и проверки электрооборудования по условиям КЗ необходимо рассчитать:
1) начальное значение периодической составляющей тока КЗ;
2) апериодическую составляющую тока КЗ;
3) ударный ток КЗ.
При расчетах токов КЗ необходимо учитывать:
1) индуктивные сопротивления всех элементов короткозамкнутой цепи;
2) активные сопротивления элементов КЗ цепи;
3) активные сопротивления различных контактов и контактных соединений;
4) активное сопротивление электрической дуги в месте КЗ (при учете сопротивления дуги получается минимальное значение тока КЗ).
Расчет токов короткого замыкания в сетях переменного тока напряжением до 1 кВ выполняется в именованных единицах, при этом учитываются как активные, так и индуктивные сопротивления. При расчетах используются параметры предварительно выбранных автоматических выключателей.
Расчет начинается с составления расчетной схемыс нанесением на ней точек КЗ. Расчетная схема представлена на рисунке 2.11.
Затем составляется схема замещения, на которой указываются активные и реактивные сопротивления в мОм, приведенные к ступени напряжения сети точки КЗ. Схема замещения прямой последовательности представлена на рисунке 2.12, нулевой – на рисунке 2.13
Расчет параметров схемы замещения
Эквивалентное индуктивное сопротивление энергосистемы, приведенное к ступени низшего напряжения, мОм,
где UсрНН – среднее напряжение ступени низшего напряжения трансформатора, кВ,
UсрВН – среднее напряжение ступени высшего напряжения, к которой подключен трансформатор, кВ,
–
ток трехфазного
короткого замыкания на шинах РУ 10 кВ, к
Активные и индуктивные сопротивления прямой последовательности силового трансформатора по /2/, мОм,
Рисунок 2.11– Расчетная схема сети
Рисунок 2.12 – Схема замещения прямой последовательности
Рисунок 2.13 – Схема замещения нулевой последовательности
Активные и индуктивные сопротивления нулевой последовательности силового трансформатора по /2/, мОм,
Активные и индуктивные сопротивления прямой последовательности кабелей, мОм,
(2.108
(2.
где 
-
погонные активное и индуктивное
сопротивления прямой последовательности
кабелей по /2/,
l – длина кабельной линии, м,
n- количество кабелей, шт,
Активные и индуктивные сопротивления нулевой последовательности кабелей, мОм
(2.110)
(2.111)
где 
, 
-
погонные активное и индуктивное
сопротивления нулевой последовательности
кабелей по /2/.
Активные и индуктивные сопротивления прямой последовательности проводов, мОм,
(2.112)
где 
-
удельные активное и индуктивное
сопротивления провода по /2/,
l – длина провода, м.
Активные и индуктивные сопротивления нулевой последовательности проводов, мОм,
(2.113)
(2.114)
2. Несимметрия напряжения, показатели. Причины возникно-вения, последствия. Фильтро-симметрирующие устройства
Несимметрия напряжения – это несимметрия трёхфазной системы напряжений. Характеризуется коэффициентом обратной и нулевой последовательности. Несимметрия напряжений происходит только в трёхфазной сети под воздействием неравномерного распределения нагрузок по её фазам [4, 8].
Источниками несимметрии напряжений являются дуговые сталеплавильные печи, тяговые подстанции переменного тока, электросварочные машины, однофазные электротермические установки и другие одно фазные, двухфазные и несимметричные трёхфазные потребители электроэнергии, в том числе бытовые. Так, суммарная нагрузка отдельных предприятий содержит 85-90% несимметричной нагрузки. А коэффициент несимметрии напряжения по нулевой последовательности (K0U) одного 9-и этажного жилого дома может составлять 20%, что на шинах трансформаторной подстанции (точке общего присоединения) может обусловить превышение, нормально допустимые 2%.
Влияние несимметрии напряжений на работу электрооборудования:
- в электрических сетях возрастают потери ЭЭ от дополнительных потерь в нулевом проводе;
- однофазные, двухфазные потребители и разные фазы трёхфазных потребителей ЭЭ работают на различных не номинальных напряжениях, что вызывает те же последствия, как при отклонении напряжения;
- в ЭД, кроме отрицательного влияния не несимметричных напряжений, возникают магнитные поля, вращающиеся встречно вращению ротора;
- общее влияние несимметрии напряжений на электрические машины, включая трансформаторы, выливается в значительное снижение срока их службы.
Например, при длительной работе с коэффициентом несимметрии по обратной последовательности K2U=2-4%, срок службы электрической машины снижается на 10-15%, а если она работает при номинальной нагрузке, срок службы снижается вдвое.
Поэтому ГОСТ 13109-97 устанавливает значения коэффициентов несимметрии напряжения по обратной (K2U) и нулевой (K0U) последовательностям, - нормально допустимое 2% и предельно допустимое 4%. В качестве вероятного виновника несимметрии напряжений ГОСТ 13109-97 указывает потребителя с несимметричной нагрузкой. [2,4]
Мероприятия по снижению несимметрии напряжений:
- равномерное распределение нагрузки по фазам (см. рисунок 6.1). Это наиболее эффективное мероприятие, но оно требует творческого подхода при проектировании электроустановок и решительности при эксплуатации;
- применение симметрирующих устройств. Сопротивления в фазах симметрирующего устройства (СУ) подбираются таким образом, чтобы компенсировать ток обратной последовательности, генерируемый нагрузкой как источником искажения. Применение симметрирующих устройств сопровождается дополнительными капитальными затратами на их приобретение и монтаж, затратами на обслуживание и эксплуатацию.
Рисунок
6.1 – Распределение нагрузки по фазам
Наиболее распространенными источниками несимметрии напряжений в трехфазных системах электроснабжения являются такие потребители электроэнергии, симметричное многофазное исполнение которых или невозможно, или нецелесообразно по технико-экономическим соображениям. К таким установкам относятся индукционные и дуговые электрические печи, тяговые нагрузки железных дорог, выполненные на переменном токе, электросварочные агрегаты, специальные однофазные нагрузки, осветительные установки.
Несимметричные режимы напряжений в электрических сетях имеют место также в аварийных ситуациях – при обрыве фазы или несимметричных коротких замыканиях.
Несимметрия напряжений характеризуется наличием в трехфазной электрической сети напряжений обратной или нулевой последовательностей, значительно меньших по величине соответствующих составляющих напряжения прямой (основной) последовательности.
Несимметрия трехфазной системы напряжений возникает в результате наложения на систему прямой последовательности напряжений системы обратной последовательности, что приводит к изменениям абсолютных значений фазных и междуфазных напряжений (см. рисунок 6.2)
Рисунок
6.2 – Векторная диаграмма напряжений
прямой и обратной последовательности
Помимо несимметрии, вызываемой напряжением системы обратной последовательности, может возникать несимметрия от наложения на систему прямой последовательности напряжений системы нулевой последовательности. В результате смещения нейтрали трехфазной системы возникает несимметрия фазных напряжений при сохранении симметричной системы междуфазных напряжений (см. рисунок 6.3)
Рисунок
6.3 – Векторная диаграмма напряжений
прямой и нулевой последовательности
Несимметрия напряжений характеризуется следующими показателями:
- коэффициентом несимметрии напряжений по обратной последовательности;
- коэффициентом несимметрии напряжений по нулевой последовательности.
Коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности равен, %:
где U2(1) – действующее значение напряжения обратной последовательности основной частоты трехфазной системы напряжений, В;
U1(1) – действующее значение напряжения прямой последовательности основной частоты, В.
Допускается К2U вычислять по выражению, %:
где Uном.мф – номинальное значение междуфазного напряжения сети, В.
Коэффициент
несимметрии напряжений по нулевой
последовательности равен, %:
где U0(1) – действующее значение напряжения нулевой последовательности основной частоты трехфазной системы напряжений, В.
Допускается К0U вычислять
по формуле, 
где Uном.ф – номинальное значение фазного напряжения, В.
Измерение коэффициента несимметрии напряжений по нулевой последовательности проводят в четырехпроводной сети.
Относительная погрешность определения К2U и К0U по формулам численно равна значению отклонений напряжения U1(1) от Uном.
Нормально допустимое и предельно допустимое значения коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности в точке общего присоединения к электрическим сетям равны 2,0 и 4,0 %.
Нормированные значения коэффициента несимметрии напряжений по нулевой последовательности в точке общего присоединения к четырехпроводным электрическим сетям с номинальным напряжением 0,38 кВ также равны 2,0 и 4,0 %.
Использование ФСУ в области электротехники. Технический результат состоит в снижении потерь электрической энергии и повышении ее качества путем разделения путей протекания токов нулевой последовательности для этих нагрузок. Трехфазное фильтросимметрирующее устройство содержит входные и выходные зажимы, к которым подключен трансформатор, имеющий две группы первичных обмоток, включенных встречно-последовательно в «зигзаг». Нейтраль первой группы первичных обмоток соединена с нулевым проводом питающей сети и нелинейными фазными нагрузками. Нейтраль второй группы первичных обмоток является искусственной нейтралью для линейных фазных нагрузок.