книги из ГПНТБ / Гессен В.Ю. Защита сельских электрических сетей от аварий

При расчете эквивалентного сопротивления цепи, пи­ тающей точку короткого замыкания, не всегда бывает достаточным учесть только ближайшие со стороны пита­ ния к точке к. з. элементы (прилегающие участки рас­ пределительной сети). В некоторых случаях при расчете эквивалентного сопротивления цепи короткого замыка­ ния учитывают сопротивление трансформатора и даже сопротивление проводов, питающих трансформатор.

Чтобы определить сопротивление цепи короткого за­ мыкания, надо найти его активную составляющую, т. е. сумму активных сопротивлений всех последовательно включенных элементов {г = гх + г2 + г3 + ...) и реак­ тивную составляющую, т. е. сумму реактивных сопро­

сопротивление цепи к. з. Если встретятся участки, где питание точки короткого замыкания осуществляется по двум параллельным ветвям, сопротивление таких участ­

Индекс «п» отнесен к сопротивлению участка, состоя­ щего из двух параллельных ветвей, а индексы «а» и «б» соответственно к сопротивлениям каждой ветви.

При вычислении сопротивления цепи к. з. приходится складывать сопротивления участков, находящихся в схеме на различных ступенях номинального напряжения. В этом случае необходимо сделать приведение сопротив­ лений к одному напряжению, т. е. умножить действитель-

31

ное значение полного, активного и реактивного сопро­ тивлений на квадрат отношения средних рабочих на­ пряжений. В числителе — ступень напряжения, к ко­ торому приводят сопротивления определяемых участков, в знаменателе — ступень напряжения, куда фактически включен данный элемент. Под средним рабочим напряже­ нием при этом понимается среднее между напряжениями питающего и приемного концов данного элемента пере­ дающего устройства. Сопротивление приводят к напря­ жению линии, в которой вычисляют ток короткого за­ мыкания.

Если требуется сложить сопротивление проводов од­

гзъ — Г з в \ 37 ) > *8 В — * 3 5 1 37 J '

вычисляют активную и реактивную составляющие со­ противления:

ственного влияния на величину тока к. з. в распредели­ тельных сетях 10 кВ . Аналогично сопротивление сети 10 кВ оказывает незначительное влияние на величину тока к. з. в сети н. н. Сопротивление элемента сети на­

его активную составляющую при расчетах токов к. з.

32

ках можно упростить вычислительную работу. Полное сопротивление цепи короткого замыкания (z) с известным приближением рассчитывают, пользуясь величинами пол­ ных сопротивлений участков схемы. Д л я последовательно включенных участков эквивалентное полное сопротивле­ ние определяют сложением полных сопротивлений каж­ дого участка; для параллельно включенных участков — по формуле:

—ЧЛ-Ч '

а если обе ветви одинаковы:

чем больше различие в соотношении между активной и реактивной составляющей у каждого участка схемы. При определении сопротивления цепи короткого замы­ кания, состоящей из участков с одинаковым соотноше­ нием между активной и реактивной составляющей со­ противления, погрешность равна нулю; в практических случаях погрешность может доходить до 20—30%.

(рис. 10). Марки проводов, длины участков, мощности и номинальные напряжения трансформаторов, а также средние рабочие напряжения указаны на схеме. Соста­ вим эквивалентную схему замещения и найдем сопро­ тивления отдельных участков.

Активные сопротивления одного километра алюминие­ вых и сталеалюминиевых проводов принимаем по спра­ вочным данным (приложение 1), внешние индуктивные со­

Рис. 10. Схемы к. з. радиальной распределительной сети 10 кВ:

а — расчетная схема, б — эквивалентная схема замещения .

сопротивление и внутреннее индуктивное сопротивление стальных проводов принимаем по средним значениям (табл. 1). Умножив соответствующие величины сопро­ тивлений на километр длины провода, полученные по справочным данным, на длину каждого участка линии, определим сопротивления.

Чтобы определить сопротивление цепи короткого за­ мыкания, необходимо привести к одной ступени напряже-

34

ния сопротивления всех участков рассматриваемой сети. Приведем сопротивления ВЛ 110 кВ и ВЛ 35 кВ к сту­ пени напряжения 10 кВ:

г1 = л;1 0 = 21 .(10,5 : 115)2 = 0,18 Ом,

торов необходимо знать напряжение короткого замыка­ ния (ек, %) и потери короткого замыкания (АЯ„, кВт). Эти данные приведены в стандартах на трансформаторы, в каталогах и указываются на щитке трансформатора.

приняты по приложению 3. Чтобы сопротивление было приведено к той ступени напряжения, где вычисляется

включены параллельно, поэтому сопротивления соответ­ ствующего участка эквивалентной схемы замещения (рис. 10, б) вдвое меньше, чем соответствующие сопро­ тивления трансформатора.

Сумма активных сопротивлений от генерирующего источника до точки Кг — 35,05 Ом, сумма индуктивных — 22,32 Ом.

35

Полное сопротивление цепи короткого замыкания до точки Кг составит:

2 = |/35,05= + 22,32== 41,6 Ом'

и ток к. з.:

Если не учитывать сопротивлений ВЛ ПО, трансфор­ маторов 110 кВ и ВЛ 35 кВ, т. е. первых трех элементов схемы замещения, результат практически не изменится. Действительно, полное сопротивление окажется:

г= У 33,68=4-20,08= =39 Ом

пток к. з. будет равен 155 А.

При к. з. на шинах 10 кВ трансформатора 35/10 кВ (точка Ко) сопротивление цепи к. з. будет слагаться из первых четырех элементов. Индуктивное сопротивление цепи к. з.: х = 9,32 Ом, активное — г = 2,65 Ом. При таком соотношении между индуктивным и активным со­ противлениями (активное составляет менее одной трети индуктивного) активным сопротивлением можно пренеб-

отказ от учета сопротивлений ВЛ 35, ВЛ 110 и трансфор­

35 кВ (четвертого элемента). В рассматриваемом примере

ление всей цепи короткого замыкания: активная соста­ вляющая — 62,55 Ом, реактивная — 37,3 Ом, полное сопротивление — 73 Ом. При этом ток короткого за­ мыкания /Ц' = 83 А. Если не учитывать сопротивления трансформатора 35 кВ и всех элементов системы, вклю­ ченных перед ним, — получим / к ' = 92 А, что отличается от предыдущего на 11% . В расчетах токов к. з. такую погрешность можно допустить.

Покажем, что вычисление тока короткого замыкания по полным сопротивлениям не приведет к значительной

36

ошибке. Действительно, для ВЛ ПО кВ и трансформа­ торов можно пренебречь активным сопротивлением; у ВЛ 10 кВ с алюминиевыми проводами активное сопротивле­ ние почти в три раза больше индуктивного, значит, пос­

учитывая обе составляющие. Д л я ВЛ 35 кВ z = 1,49 Ом, для участка ВЛ 10 кВ длиной 0,5 км со стальными про­

чем при расчете по активным и реактивным сопротивле­ ниям, взятым в отдельности. Рассмотренный способ поз­ воляет значительно облегчить вычислительную работу и дает приемлемый результат в тех случаях, когда тре­ буется приблизительный результат.

Величина тока короткого замыкания, вычисленная в примере, представляет собой действующее значение, которым характеризуется в основном термическое дей­ ствие тока к. з. При возникновении короткого замыка­ ния происходит переходный процесс, обеспечивающий кратковременный бросок тока в первый полупериод короткого замыкания. Наибольшее мгновенное значение тока к. з. t y , которое называют ударным током, опреде­ ляет величину электродинамических усилий, действую­

где р — ударный коэффициент.

В практических расчетах для сельских электрических сетей ударный коэффициент принимают различным в за­ висимости от условий питания сети. Когда питание сель­ ской сети осуществляется от мощной районной энерго­ системы, для расчетов токов к. з. на шинах 10 кВ под­ станций с высшим напряжением 110 кВ считают р =•

=1,8. Если рассчитывают токи к. з. на шинах 10 кВ

37

Токи к. з. в сельских сетях 10 кВ невелики по абсо­ лютной величине и значительно меньше тех, на которые рассчитывают аппаратуру общепромышленного назна­

главным образом для выбора и настройки защит, а также для решения вопросов, связанных с грозозащитой, по­ скольку дугогасящее действие грозозащитных аппаратов зависит от величины тока к. з. При этом может пред­ ставить интерес величина наименьшего возможного тока к. з. Д л я сетей с изолированной нейтралью, к которым относятся распределительные сети 10 кВ, это двухфаз­ ное к. з. Если сопротивлением генераторов по сравнению с сопротивлениями остальных элементов схемы можно пренебречь, т. е. при удаленных к. з., то ГЦ' принимают равным 0,87 / к .

При расчетах токов к. з. в сетях н. н. можно не учи­ тывать сопротивления линий, питающих потребитель­

к. з. на шинах ТП или в точках, отдаленных от нее не­ значительным сопротивлением линии, на величину тока к. з. оказывают влияние сопротивления обмоток транс­ форматоров тока и токовых катушек автоматических вы­ ключателей (активное сопротивление обмотки трансфор­ матора тока в зависимости от номинального первичного тока находится в пределах от 0,07 до 0,3 Ом, а индуктив­ ное — от 0,01 до 0,48 Ом).

Ток однофазного к. з. /к"в четырехпроводной сети (замыкание между фазным и нулевым проводом) опре­ деляют, пользуясь соотношением

где: {Уф — фазное напряжение; 2 ( 1 ) — полное сопротивление петли однофазного к. з.

Сопротивление петли 2 ( 1 ) складывается из сопротив­ ления трансформатора при однофазном к. з., сопротив­ лений последовательно включенных элементов измери­ тельной аппаратуры, переходных сопротивлений кон­ тактов, сопротивления фазного и сопротивления нуле-

38

вого провода. При к. з., удаленных от ТП, принимают в расчет только сопротивление петли «фазный — нулевой провод». Активная составляющая сопротивления вычис­ ляется как сумма активных сопротивлений фазного и ну­ левого провода согласно приложению i , индуктивное со­ противление для проводов из цветных металлов прини­ мают из расчета 0,7 Ом на 1 км расстояния от ТП до места короткого замыкания. Если провода стальные, то к вы­ шеуказанной величине индуктивного сопротивления (внешнего) добавляют внутреннее индуктивное сопротив­ ление по данным табл. 1.

При к. з. в точках, близких к ТП, приходится учи­ тывать сопротивление силового трансформатора, а в не­ которых случаях также и переходные сопротивления контактных поверхностей (тысячные доли ома), сопро­ тивления токовых катушек и сопротивления обмоток трансформаторов тока. Вопрос о том, какие из этих со­ противлений следует принимать в расчет, решается пу­ тем сравнения их величин с величиной сопротивления петли «фазный — нулевой провод».

В расчетах токов однофазного короткого замыкания в электроустановках 380/220 В, питающихся от силовых трансформаторов со схемой соединения обмоток «звезда— звезда с заземленной нейтралью», сопротивление транс­

вление

динения обмоток «треугольник — звезда с заземленной нейтралью» сопротивление трансформатора принимают таким же, как при симметричном к. з. (стр. 32).

ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ

Классификация. Перенапряжениями называются по­ вышения напряжения и разностей напряжений электри­ ческих установок, которые могут быть опасными для изо­

возникают под действием имеющихся в электрической цепи источников энергии, атмосферные перенапряжения— в результате воздействия на электроустановку атмосфер­ ного электричества при грозовых разрядах.

Внутренние перенапряжения. Причиной внутренних перенапряжений могут быть переходные процессы, сопро­ вождающие резкие изменения режима работы электри­ ческой сети при коммутационных операциях, коротком замыкании, замыканиях на землю через дугу в сетях с изо­ лированной нейтралью, а также резонансные явления, обусловленные появлением высокочастотных составляю­ щих напряжения и неблагоприятным соотношением между емкостным и индуктивным сопротивлением элек­ трической сети.

При отключении ненагруженной линии повышение напряжения может произойти вследствие повторных зажиганий электрической дуги между контактами вы­ ключателя. Когда выключатель начнет размыкать цепь, между его расходящимися контактами может возникнуть электрическая дуга емкостного тока (неиагруженная линия представляет собой емкостную нагрузку). Дуга гаснет, когда мгновенное значение переменного тока достигает нуля, электрическая прочность изоляции вос­ станавливается с некоторым запаздыванием, и в момент погасания дуги промежуток между контактами выключа­ теля имеет незначительную электрическую прочность.

40