РАСЧЕТЫ ТОКОВ

КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ В

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ

СИСТЕМАХ

Учебное пособие по дисциплине

«Электромагнитные переходные процессы»

Иркутск 2017г.

Рассматривается методика и методы расчета токов симметричных и несимметричных коротких замыканий в трехфазных электроустановках переменного тока напряжением свыше 1 кВ и напряжением до 1 кВ, необходимых для выбора и проверки электрооборудования по условиям короткого замыкания, для выбора уставок и оценки возможного действия релейной защиты и автоматики. Теоретическая часть поясняется числовыми примерами.

Учебное пособие предназначено для студентов всех форм обучения по направлению 13.03.02 – Электроэнергетика и электротехника

Библ. 13 назв. Ил. 79. Табл. 27.

1. Введение

Коротким замыканием (КЗ) называют всякое случайное или преднамеренное, не предусмотренное нормальным режимом работы электрическое соединение различных точек электроустановок между собой или с землей, при котором токи в ветвях электроустановки, примыкающих к месту его возникновения, резко возрастают, превышая наибольший допустимый ток продолжительного режима.

Для электроустановок характерны четыре режима: нормальный, аварийный, послеаварийный и ремонтный. Аварийный режим является кратковременным, остальные – продолжительными режимами.

Режим работы электроустановки при наличии в ней короткого замыкания называют режимом короткого замыкания. Режим короткого замыкания является аварийным режимом.

Различают следующие виды коротких замыканий: трехфазное КЗ, буквенное обозначение – К^(З); двухфазное КЗ, буквенное обозначение – К⁽²⁾; двухфазное КЗ на землю, буквенное обозначение – К^(1,1); однофазное КЗ на землю, буквенное обозначение – К⁽¹⁾. Графическое представление перечисленных видов КЗ дано на рис. 1.1

Рисунок 1.1 – Виды коротких замыканий: а – трехфазное КЗ – К^(З); б – двухфазное КЗ – К⁽²⁾; в – двухфазное КЗ на землю – К^(1,1); г – однофазное КЗ на землю – К⁽¹⁾.

Трехфазное короткое замыкание – короткое замыкание между тремя фазами в трехфазной электроэнергетической системе.

Двухфазное короткое замыкание – короткое замыкание между двумя фазами в трехфазной электроэнергетической системе.

Двухфазное короткое замыкание на землю – короткое замыкание на землю в трехфазной электроэнергетической системе с глухо – или эффективно заземленными нейтралями силовых элементов, при котором с землей соединяется две фазы.

Однофазное короткое замыкание – короткое замыкание на землю в трехфазной электроэнергетической системе с глухо – или эффективно заземленными нейтралями силовых элементов, при котором с землей соединяется только одна фаза.

Различают симметричные и несимметричные короткие замыкания. Симметричное короткое замыкание – короткое замыкание в электроустановке, при котором все ее фазы находятся в одинаковых условиях. Несимметричное короткое замыкание – короткое замыкание в электроустановке, при котором одна из ее фаз находится в условиях, отличных от условий других фаз.

Трехфазное короткое замыкание является симметричным, остальные из перечисленных выше – несимметричными.

1.1. Назначения расчетов токов короткого замыкания

Расчеты токов короткого замыкания проводят для:

выбора и проверки электрооборудования по условиям КЗ;

выбора уставок и оценки возможного действия релейной защиты и автоматики;

определения влияния токов нулевой последовательности линий электропередачи на линии связи;

выбора заземляющихся устройств.

Электрооборудование выбирается по параметрам продолжительных режимов (нормальных, послеаварийных, ремонтных) и проверяется по параметрам кратковременных (аварийных) режимов, определяющим из которых является режим КЗ.

По режиму КЗ электрооборудование проверяется на электродинамическую и термическую стойкость, а коммутационные аппараты – также на коммутационную способность.

Для выбора и проверки электрооборудования допускаются упрощенные методы расчета токов КЗ, если их погрешность не превышает 5 – 10 %. При этом определяют:

начальное значение периодической составляющей тока КЗ и значение этой составляющей в произвольный момент времени КЗ, вплоть до расчетного времени размыкания поврежденной цепи;

начальное значение апериодической составляющей тока КЗ и значение этой составляющей в произвольный момент времени КЗ, вплоть до расчетного времени размыкания поврежденной цепи;

ударный ток КЗ.

Для выбора параметров настройки релейной защиты и автоматики определяют максимальное и минимальное расчетные значения периодической и апериодической составляющих тока КЗ в начальный и произвольный моменты времени как в месте КЗ, так и в отдельных ветвях расчетной схемы.

Расчеты токов КЗ проводят для наиболее тяжелых, но достаточно вероятных условий, в которых может оказаться рассматриваемый элемент электроустановки, электроустановка или электроэнергетическая система в целом. Такие условия называются расчетными.

Расчетные условия формируются на основе опыта эксплуатации электроустановок, анализа отказов электрооборудования и последствий КЗ, использования соотношений параметров режима КЗ, вытекающих из теории переходных процессов в электроустановках. Расчетные условия КЗ определяются индивидуально для каждого элемента электроустановки. Для однотипных по параметрам и схеме включения элементов электроустановки допускается использовать аналогичные расчетные условия.

В соответствии с заданными расчетными условиями составляется расчетная схема электроустановки, задаются расчетная точка КЗ, расчетный вид КЗ и расчетная продолжительность КЗ.

Под расчетной схемой электроустановки понимается электрическая схема электроустановки, при которой имеют место расчетные условия КЗ для рассматриваемого ее элемента. Расчетная схема, как правило, включает в себя все элементы электроустановки и примыкающей части ЭЭС, исходя из условий, предусмотренных продолжительной работой электроустановки с перспективной не менее чем в 5 лет после ввода ее эксплуатацию. В отдельных случаях, расчетная схема может содержать не все элементы электроустановки, если при этом расчетом доказана возможность существования более тяжелых расчетных условий.

В качестве расчетной точки КЗ принимают такую точку на расчетной схеме, при коротком замыкании в которой имеют место расчетные условия КЗ.

Вид короткого замыкания, при котором имеют место расчетные условия КЗ для рассматриваемого элемента электроустановки, называют расчетным видом КЗ. Так, при проверке электрических аппаратов и жестких проводников в месте с относящимися к ним поддерживающими и опорными конструкциями на электродинамическую стойкость, расчетным видом КЗ является трехфазное КЗ.

При проверке проводников и электрических аппаратов на термическую стойкость – трех – или однофазное КЗ, а на генераторном напряжении электростанции – трех или двухфазное КЗ, в зависимости от того, какое из них приводит к большему термическому воздействую.

При проверке гибких проводников по условию их допустимого сближения во время КЗ – трех – или двухфазное КЗ, в зависимости от того, какое из них проводит к большему сближению проводников.

Для выбора параметров настройки релейной защиты и автоматики расчетными видами КЗ являются все перечисленные выше виды КЗ.