Расчет токов короткого замыкания в различных системах электроснабжения.

Расчёт токов короткого замыкания

Общие положения

Для электроустановок характерны 4 режима: нормальный, аварийный, послеаварийный и ремонтный, причем аварийный режим является кратковременным режимом, а остальные - продолжительными режимами.

Электрооборудование выбирается по параметрам продолжительных режимов и проверяется по параметрам кратковременных режимов, определяющим из которых является режим короткого замыкания.

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

Учитывая дискретный характер изменения параметров электрооборудования, расчет токов КЗ для его проверки допускается производить приближенно, с принятием ряда допущений, при этом погрешность расчетов токов КЗ не должна превышать 5—10 %.

В настоящее время действуют следующие стандарты в области коротких замыканий:

- ГОСТ 26522-85. Короткие замыкания в электроустановках. Термины и определения. — М.: Изд-во стандартов, 1985. — 17 с.;

- ГОСТ 27514-87. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением свыше 1 кВ. - М.: Изд-во стандартов, 1988.-40 с.;

- ГОСТ Р 50270-92. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ. - М.: Изд-во стандартов, 1993.- 60 с.;

- ГОСТ 29176-91. Короткие замыкания в электроустановках. Методика расчета в электроустановках постоянного тока. — М.: Изд-во стандартов, 1992. - 40 с.;

- ГОСТ Р 50254-92. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета электродинамического и термического действия токов короткого замыкания. — М.: Изд-во стандартов, 1993. - 57 с.;

- Правила устройства электроустановок. - 6-е изд. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 640 с.

Термины и определения

Замыкание - всякое случайное или преднамеренное, не предусмотренное нормальным режимом работы электрическое соединение различных точек электроустановок между собой или с землей.

Короткое замыкание — замыкание, при котором токи в ветвях электроустановки, примыкающих к месту его возникновения, резко возрастают, превышая наибольший допустимый ток продолжительного режима.

Короткое замыкание на землю — короткое замыкание в электроустановке, обусловленное соединением с землей какого-либо ее элемента.

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.

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 соединяются две фазы.

Двойное короткое замыкание на землю — совокупность двух однофазных коротких замыканий на землю в различных, но электрически связанных частях электроустановки.

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

Трехфазное короткое замыкание на землю — короткое замыкание на землю в трехфазной электроэнергетической системе с глухо- или эффективно заземленными нейтралями силовых элементов, при котором с землей соединяются три фазы.

Повторное короткое замыкание — короткое замыкание в электроустановке при автоматическом повторном включении коммутационного электрического аппарата поврежденной цепи.

Изменяющееся короткое замыкание — короткое замыкание в электроустановке с переходом одного вида короткого замыкания в другой.

Устойчивое короткое замыкание — короткое замыкание в электроустановке, условия возникновения которого сохраняются во время бестоковой паузы коммутационного электрического аппарата.

Неустойчивое короткое замыкание — короткое замыкание в электроустановке, условия возникновения которого само ликвидируются во время бестоковой паузы коммутационного электрического аппарата.

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.

Удаленное короткое замыкание — короткое замыкание в электроустановке, при котором амплитуды периодической составляющей тока данного источника энергии в начальный и произвольный моменты времени практически одинаковы.

Близкое короткое замыкание — короткое замыкание в электроустановке, при котором амплитуды периодической составляющей тока данного источника энергии в начальный и произвольный моменты времени существенно отличаются.

Режим короткого замыкания — режим работы электроустановки при наличии в ней короткого замыкания.

Предшествующий режим — режим работы электроустановки непосредственно перед моментом возникновения короткого замыкания.

Установившийся режим короткого замыкания — режим короткого замыкания электроустановки, наступающий после затухания во всех цепях свободных токов и прекращения изменения напряжения возбудителей синхронных машин под действием автоматических регуляторов возбуждения.

Переходный процесс в электроустановке — процесс перехода от одного установившегося режима электроустановки к другому.

Электромагнитный переходный процесс в электроустановке — переходный процесс, характеризуемый изменением значений только электромагнитных величин электроустановки.

Электромеханический переходный процесс в электроустановке — переходный процесс, характеризуемый одновременным изменением значений электромагнитных и механических величин, определяющих состояние электроустановки.

Свободная составляющая тока короткого замыкания — составляющая тока короткого замыкания, определяемая только начальными условиями короткого замыкания, структурой электрической сети и параметрами ее элементов.

Принужденная составляющая тока короткого замыкания — составляющая тока короткого замыкания, равная разности между током короткого замыкания и его свободной составляющей.

Апериодическая составляющая тока короткого замыкания — свободная составляющая тока короткого замыкания, изменяющаяся во времени без перемены знака.

Периодическая составляющая тока короткого замыкания рабочей частоты — составляющая тока короткого замыкания, изменяющаяся по периодическому закону с рабочей частотой.

Мгновенное значение тока короткого замыкания — значение тока короткого замыкания в рассматриваемый момент времени.

Действующее значение тока короткого замыкания — среднее квадратическое значение тока короткого замыкания за период рабочей частоты, середина которого есть рассматриваемый момент времени.

Действующее значение периодической составляющей тока короткого замыкания — среднее квадратическое значение периодической составляющей тока короткого замыкания за период рабочей частоты, середина которого есть рассматриваемый момент времени.

Начальное действующее значение периодической составляющей тока короткого замыкания — условная величина, равная двойной амплитуде периодической составляющей тока короткого замыкания в начальный момент времени, уменьшенной в раз.

Начальное значение апериодической составляющей тока короткого замыкания — значение апериодической составляющей тока короткого замыкания в начальный момент времени.

Установившийся ток короткого замыкания — значение тока короткого замыкания после окончания переходного процесса, характеризуемого затуханием всех свободных составляющих этого тока и прекращением изменения тока от воздействия устройств автоматического регулирования возбуждения источников энергии.

Ударный ток короткого замыкания — наибольшее возможное мгновенное значение тока короткого замыкания.

Ударный коэффициент тока короткого замыкания — отношение ударного тока короткого замыкания к амплитуде периодической составляющей тока короткого замыкания рабочей частоты в начальный момент времени.

Отключаемый ток короткого замыкания — ток короткого замыкания электрической цепи в момент начала расхождения дугогасительных контактов ее коммутационного электрического аппарата.

Действующее значение периодической составляющей отключаемого тока короткого замыкания — условная величина, равная двойной амплитуде периодической составляющей тока короткого замыкания в момент начала расхождения дугогасительных контактов коммутационного электрического аппарата, уменьшенной в раз.

Апериодическая составляющая отключаемого тока короткого замыкания — значение апериодической составляющей тока короткого замыкания в момент начала расхождения дугогасительных контактов коммутационного электрического аппарата.

Амплитудное значение отключаемого тока короткого замыкания — условная величина, равная арифметической сумме действующего значения периодической составляющей отключаемого тока короткого замыкания, увеличенного в раз, и апериодической составляющей отключаемого тока короткого замыкания.

Симметричные составляющие несимметричной трехфазной системы токов короткого замыкания — три симметричные трехфазные системы токов короткого замыкания рабочей частоты прямой, обратной и нулевой последовательностей, на которые данная несимметричная трехфазная система токов короткого замыкания может быть разложена.

Ток короткого замыкания прямой последовательности — один из токов симметричной трехфазной системы токов короткого замыкания прямого следования фаз.

Ток короткого замыкания обратной последовательности — один из токов симметричной трехфазной системы токов короткого замыкания обратного следования фаз.

Ток короткого замыкания нулевой последовательности — один из токов симметричной неуравновешенной трехфазной системы токов короткого замыкания нулевого следования фаз.

Ожидаемый ток короткого замыкания — ток короткого замыкания, который был бы в электрической цепи электроустановки при отсутствии действия установленного в ней токоограничивающего коммутационного электрического аппарата.

Пропускаемый ток короткого замыкания — наибольшее мгновенное значение тока короткого замыкания в электрической цепи электроустановки с учетом действия токоограничивающего коммутационного электрического аппарата.

Сквозной ток короткого замыкания - ток, проходящий через включенный коммутационный электрический аппарат при внешнем коротком замыкании.

Содержание апериодической составляющей в отключаемом токе короткого замыкания — отношение апериодической составляющей отключаемого тока короткого замыкания в заданный момент времени к увеличенному в раз действующему значению периодической составляющей отключаемого тока короткого замыкания в тот же момент времени.

Гармонический состав тока короткого замыкания — совокупность синусоидальных токов различных частот, на которые может быть разложен ток короткого замыкания.

Фаза возникновения короткого замыкания в электроустановке — фаза напряжения электроустановки к моменту возникновения короткого замыкания, выраженная в электрических градусах.

Переходная составляющая тока короткого замыкания — периодическая составляющая тока короткого замыкания, равная сумме принужденной и свободной переходной составляющих тока короткого замыкания.

Сверхпереходная составляющая тока короткого замыкания — периодическая составляющая тока короткого замыкания, равная сумме переходной и свободной сверхпереходной составляющих тока короткого замыкания.

Мощность короткого замыкания — условная величина, равная увеличенному в раз произведению тока трехфазного короткого замыкания в начальный момент времени на номинальное напряжение соответствующей сети.

Продольная несимметрия в электроустановке — несимметрия трехфазной электроустановки, обусловленная последовательно включенным в ее цепь несимметричным трехфазным элементом.

Поперечная несимметрия в электроустановке — несимметрия трехфазной установки, обусловленная коротким замыканием одной или двух фаз на землю или двух фаз между собой.

Однократная несимметрия в электроустановке — продольная или поперечная несимметрия, возникшая в одной точке трехфазной электроустановки.

Сложная несимметрия в электроустановке — несимметрия трехфазной электроустановки, представляющая собой комбинацию из продольных и поперечных несимметрий.

Особая фаза электроустановки — фаза трехфазной электроустановки, которая при возникновении продольной или поперечной несимметрии оказывается в условиях, отличных от условий для двух других фаз.

Комплексная схема замещения — электрическая схема, в которой схемы замещения прямой, обратной и нулевой последовательностей (или других составляющих) объединены соответствующим образом с учетом соотношений между составляющими токов и напряжений в месте повреждения.

Граничные условия при несимметрии — характерные соотношения для токов и напряжений в месте повреждения при данном виде несимметрии в электроустановке.

Постоянная времени затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания — электромагнитная постоянная времени, характеризующая скорость затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания.

Расчетные условия короткого замыкания элемента электроустановки наиболее тяжелые, но достаточно вероятные условия, в которых может оказаться рассматриваемый элемент электроустановки при коротких замыканиях.

Расчетная схема электроустановки — электрическая схема электроустановки, при которой имеют место расчетные условия короткого замыкания для рассматриваемого ее элемента.

Расчетный вид короткого замыкания — вид короткого замыкания, при котором имеют место расчетные условия короткого замыкания для рассматриваемого элемента электроустановки.

Расчетная точка короткого замыкания — точка электроустановки, при коротком замыкании в которой для рассматриваемого элемента электроустановки имеют место расчетные условия короткого замыкания.

Расчетная продолжительность короткого замыкания — продолжительность короткого замыкания, являющаяся расчетной для рассматриваемого элемента электроустановки при определении воздействия на него токов короткого замыкания.

Вероятностные характеристики короткого замыкания — совокупность характеристик, описывающих вероятностный характер различных параметров и условий короткого замыкания.

Термическое действие тока короткого замыкания — тепловое действие тока короткого замыкания, вызывающее изменение температуры элементов электроустановки.

Электродинамическое действие тока короткого замыкания — механическое действие электродинамических сил, обусловленных током короткого замыкания, на элементы электроустановки.

Интеграл Джоуля — условная величина, характеризующая тепловое действие тока короткого замыкания на рассматриваемый элемент электроустановки, численно равная интегралу от квадрата тока короткого замыкания по времени в пределах от начального момента короткого замыкания до момента его отключения.

Стойкость элемента электроустановки к току короткого замыкания — способность элемента электроустановки выдерживать термическое и электродинамическое действия тока короткого замыкания без повреждений, препятствующих его дальнейшей исправной работе.

Ток термической стойкости электрического аппарата при коротком замыкании — нормированный ток, термическое действие которого электрический аппарат способен выдержать при коротком замыкании в течение нормированного времени термической стойкости.

Ток электродинамической стойкости электрического аппарата при коротком замыкании — нормированный ток, электродинамическое действие которого электрический аппарат способен выдержать при коротком замыкании без повреждений, препятствующих его дальнейшей исправной работе.

Допущения при расчётах токов короткого замыкания:

1. Трёхфазная сеть симметрична и сопротивления отдельных фаз равны между собой.

2. Не учитываются токи намагничивания трансформаторов.

3. Не учитываются активные сопротивления некоторых элементов сети (трансформаторов, реакторов, воздушных линий) из-за их малости по сравнению с индуктивными сопротивлениями.

4. Не учитывается сдвиг по фазе ЭДС различных источников питания, входящих в расчётную схему.

Для вычисления токов к.з. составляют расчётную схему, соответствующую режиму работы. В однолинейном изображении указываются источники питания (энергосистема, генераторы) и элементы сети (ЛЭП, трансформаторы, реакторы)

По расчётной схеме составляется схема замещения сети. Для этого все элементы сети заменяют соответствующими электросопротивлениями. Элементы обозначаются дробью (в числителе указывается порядковый номер, а в знаменателе сопротивление).

В большинстве случаев схема сети содержит одну или несколько ступеней трансформации. Для составления эквивалентной схемы замещения выбирают основную или базовую ступень трансформации и все эл. величины остальных ступеней приводят к напряжениям основной ступени.

В основу расчёта токов короткого замыкания положен метод определения суммарного сопротивления до точки короткого замыкания.

• I⁽³⁾ = U_ном / (3^½ (R² + X²)^½);
• I⁽²⁾ = (3^½ I⁽³⁾_max) / 2

 

     Разработал:   старший преподаватель                               Шмойлов А.А.

(должность, ученая степень, ученое звание, воинское звание, подпись, фамилия)

«___» __________ 2020 г.

                                                Лекция № ____3.2___

                                                 (№ по рабочей программе дисциплине)

 

Тема: «Расчет токов короткого замыкания. Система относительных единиц. Расчетные схемы и определение результирующих сопротивлений цепи короткого замыкания. Расчет токов короткого замыкания в разных системах электроснабжения.»

Учебные вопросы	Стр.
1. Расчет токов короткого замыкания. Расчет токов короткого замыкания в различных системах электроснабжения.
2. Система относительных единиц. Расчетные схемы и определение результирующих сопротивлений цепи короткого замыкания.