11

О Г Л А В Л Е Н И Е

1. Расчет токов короткого замыкания 3

1.1. Общие сведения 3

1.2. Допущения принимаемые при расчете токов КЗ 3

1.3. Величины определяемые при расчете токов трёхфазного КЗ 4

1.4. Порядок расчета токов КЗ 4

1.5. Расчетная схема 6

1.6. Выбор расчетных точек КЗ 6

1.7. Базисные величины 6

1.8. Сопротивление элементов расчетной схемы 7

1.9. Составление схемы замещения 9

1.10. Определение результирующего и расчетного сопротивлений 10

1.11 Расчетные кривые 11

1.12. Определение токов трёхфазного КЗ при помощи расчетных кривых 13

1.13. Определение токов КЗ без расчетных кривых 14

1.14. Учёт подпитки места КЗ от синхронных и асинхронных двигателей 16

1.15. Соотношения между токами различных видов КЗ 19

1.16. Примеры расчета токов КЗ 21

2. Проверка токоведущих частей на термическую устойчивость 28

при действии токов короткого замыкания

Литература 33

Расчёт токов короткого замыкания

Общие сведения

Вычисление токов короткого замыкания (КЗ) необходимо для выбора электрооборудования, средств ограничения токов КЗ и проектирования релейной защиты.

В трёхфазной электрической системе возможны следующие виды коротких замыканий: трёхфазные, двухфазные и однофазные на землю. В электрических сетях с глухозаземлённой нейтралью могут иметь место все указанные виды КЗ, а в сетях с изолированной нейтралью – только трёхфазные и двухфазные.

Для выбора электрооборудования и средств ограничения тока КЗ достаточно определение тока трёхфазного и реже однофазного (в сетях с большими токами замыкания на землю) короткого замыкания, притекающего к месту повреждения. При проектировании релейной защиты бывает необходимо определение токов и напряжений как при трёхфазном, так и при различных несимметричных КЗ.

Основным расчётным видом является трёхфазное (симметричное) КЗ. Расчётные значения токов двухфазного и однофазного КЗ на практике обычно определяются с помощью известных соотношений, существующих между токами различных видов КЗ.

Симметричность трёхфазного КЗ позволяет рассматривать изменение токов и напряжений только в одной фазе, а в расчётах использовать однолинейные схемы замещения.

Допущения, принимаемые при расчёте токов кз

При расчётах токов КЗ в установках напряжением до и выше 1000 В принимают следующие допущения:

- считают трёхфазную систему симметричной;

- не учитывают переходных сопротивлений в месте КЗ, т.е. считают КЗ металлическим (глухим);

- в течение всего процесса КЗ ЭДС всех генераторов системы совпадают по фазе (отсутствуют качания генераторов);

- ЭДС источников питания, удалённых от места КЗ (), являются неизменными в течение всего переходного процесса;

- поперечные ёмкости цепи и намагничивающие токи трансформаторов не учитывают (практически необходимо учитывать ёмкость только очень мощных линий большой протяжённости, например, линий напряжением 500 кВ и выше);

- активное сопротивление цепи КЗ учитывается, если , где и - результирующие эквивалентные активное и реактивное сопротивления цепи до точки КЗ;

- все источники, учитывающие в питании рассматриваемой точки КЗ, работают одновременно с номинальной нагрузкой;

- короткое замыкание наступают в момент, при котором ток КЗ будет иметь наибольшее значение (в момент, когда мгновенные значения ЭДС генераторов системы равны нулю).

Величины, определяемые при расчёте токов трёхфазного КЗ (рис.1)

- начальное действующее значение сверхпереходного тока (начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ) – для определения и для выбора уставок быстродействующей защиты;

- ударный ток КЗ (мгновенное значение тока КЗ через пол периода) – для проверки электрооборудования на динамическую устойчивость;

- наибольшее действующее значение полного тока КЗ за первый период от начала КЗ (действующее значение ударного тока) – для выбора по отключающей способности некоторых типов автоматов;

- действующее значение полного тока КЗ для времени 0.1 с или 0.2 с – для выбора по отключающей способности выключателей высокого напряжения; для небыстродействующих выключателей (масляные, воздушные) принимается расчётное время 0.2 с, а для быстродействующих (электромагнитные, вакуумные) – 0.1 с;

- мощность КЗ для времени 0.1 с или 0.2 с – для проверки выключателей по отключающей способности так же, как и ;

- действующее значение установившегося тока КЗ – для проверки электрооборудования и линий электропередач на термическую устойчивость.

Порядок расчёта токов кз

В случае питания от системы ограниченной мощности токи КЗ определяют по расчётным кривым.

При этом рекомендуется следующий порядок расчёта:

- составляется однолинейная расчётная схема с указанием всех элементов сети и их номинальных характеристик, используемых при вычислении токов КЗ; все элементы на схеме обозначаются порядковыми номерами;

- на расчётной схеме выбирают расчётные точки КЗ;

- принимаются базисные условия – мощность и напряжение, по которым вычисляется базисный ток;

- сопротивления всех элементов схемы, выраженные в относительных номинальных единицах, приводятся к базисной мощности;

- составляется упрощённая схема замещения, на которой указываются значения сопротивлений всех элементов в относительных базисных величинах (обычно на схемах замещения около каждого сопротивления пишут дробь: в числителе – порядковый номер элемента по расчётной схеме, в знаменателе – величина сопротивления в базисных единицах);

- определяется результирующее, отнесённое к базисной мощности, сопротивление до точки КЗ;

Рис. 1. Расчётные величины и кривая тока КЗ

(система неограниченной мощности)

Рис. 2. Двухобмоточный трансформатор (а) и его схема замещения (б); трёхобмоточный трансформатор (в) и его схема замещения (г)

- определяется расчётное сопротивление до точки КЗ;

- по расчётным кривым находятся кратности тока КЗ для различных моментов времени;

- находятся токи и мощности КЗ в именованных величинах (в кА и МВА).

Расчётная схема

Составлению расчётной схемы предшествует составление однолинейной схемы электроснабжения электроустановки, в которую вводятся все участвующие в питании мест КЗ источники питания и все элементы схемы электроснабжения (трансформаторы, реакторы, воздушные и кабельные линии), связанные с точками КЗ.

Для получения расчётной схемы все элементы схемы электроснабжения замещаются соответствующими сопротивлениями.

Элементы с электромагнитной связью (трансформаторы, автотрансформаторы) замещаются расчётной схемой, в которой магнитно-связанные цепи заменяются электрическими цепями. Источники питания замещаются ЭДС, приложенными за соответствующими сопротивлениями.

При расчёте токов КЗ источниками питания места короткого замыкания принимаются турбо- и гидрогенераторы, синхронные двигатели и компенсаторы, асинхронные двигатели.