Токи КЗ Составление расчетных схем. 1Токи КЗ Составление расчетных схем. Электроснабжение д т. н., профессор Л. П. Андрианова

Название	Электроснабжение д т. н., профессор Л. П. Андрианова
Анкор	Токи КЗ Составление расчетных схем
Дата	13.02.2023
Размер	303.5 Kb.
Формат файла
Имя файла	1Токи КЗ Составление расчетных схем.ppt
Тип	Документы #934060

Электроснабжение д.т.н., профессор Л.П. Андрианова

ТОКИ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ И ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ

ТОКИ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ И ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ

Режимы нейтрали сельских электрических сетей и виды КЗ

Трехфазные электрические сети могут работать с изолированной и заземленной нейтралью.
Режим нейтрали зависит от значения её номинального напряжения.

Схемы режима нейтрали сельских электрических сетей и виды КЗ

В сетях напряжением 0,38 кВ - глухозаземленная нейтраль;
В сетях напряжением 6, 10, 20, 35 кВ - изолированная нейталь;
В сетях напряжением 110 кВ и выше - глухозаземленная нейтраль.

Сети 0,38 кВ с глухозаземленной нейтралью

В сетях напряжением 380 В сооружают сети с глухозаземленной нейтралью, т.е. наряду с тремя фазными проводами прокладывают четвертый нулевой провод, который заземляют в начале и в конце линии, а также в промежуточных точках.

Сети 6, 10, 20, 35 кВ с изолированной нейтралью

В сетях напряжением 6, 10, 20, 35 кВ нейтраль изолирована от земли, линии имеют три фазных провода.
Лишь в отдельных случаях нейтраль сети соединяют с землей, но через значительное индуктивное сопротивление.

Сети 110 кВ и выше с глухозаземленной нейтралью

В сетях напряжением 110кВ и выше прокладывают только три фазных провода, нейтраль части трансформаторов заземляют.
Получают сети с глухозаземленной нейтралью

Короткое замыкание

Короткое замыкание - КЗ, не предусмотренное нормальными условиями работы замыкание между фазами, а в системах с заземленной нейтралью (или четырехпроводных) – также замыкание одной или нескольких фаз на землю (или на нулевой провод).
В результате к.з. повышается сила тока в сети.

К симметричному короткому замыканию относят трехфазное к. з. К(3), при котором сопротивление всех трех фаз до точки к.з. одинаково.
К несимметричным коротким замыканиям относят двухфазное К(2), двухфазное на землю К(1,1), и однофазное К(1). Последнее может возникнуть только в системах с заземленной нейтралью. В сетях с заземленной нейтралью наибольшее число (порядка 65%) составляют однофазные короткие замыкания, 20% - двухфазные на землю, 10% - двухфазные и только 5% - трехфазные. В воздушных сетях с изолированной нейтралью более 2/3 коротких замыканий приходится на двухфазные, а остальные – на трехфазные. Однако, вследствие того, что наиболее просто исследуются трехфазные к.з. различных видов, в первую очередь рассмотрим трехфазные короткие замыкания

Замыкание на землю в сетях с изолированной нейтралью

В системах с изолированной нейтралью замыкание на землю одной из фаз не является коротким замыканием.
Однако одновременное замыкание на землю двух разных фаз и в системах с изолированной нейтралью есть двухфазное к.з. через землю.

Осциллограммы тока к.з.

Рисунок 1.2 Осциллограмма тока к.з..:
а – без АРВ;
б – с АРВ.

Причины коротких замыканий

1. Нарушение изоляции вследствие атмосферных, а в сетях высоких напряжений и коммутационных перенапряжений.
2. Нарушение изоляции вследствие её старения, механических повреждений, повреждений животными или птицами.
3.Ошибки в действиях обслуживающего персонала.

Последствия КЗ

Из–за больших токов к.з. может повыситься температура токоведущих частей и произойти повреждение проводников и изоляции.
Возникающие при этом электродинамические усилия могут разрушить несущие конструкции электрооборудования.
Понижение напряжения вследствие короткого замыкания при определенной его длительности приводит к остановке – «опрокидыванию» электродвигателей.
В магистральных сетях короткие замыкания могут нарушить устойчивость энергосистемы, что относят к наиболее серьезной и длительно устраняемой аварии.

Необходимость исключения КЗ

Чем лучше организована эксплуатация электроустановки, тем реже бывают короткие замыкания.
Однако полностью их исключить нельзя.
Вот почему нужно принимать меры к тому, чтобы к.з. не вызывали повреждений и длительных нарушений работы электрического оборудования потребителей.

Необходимость расчета токов КЗ

Для того, чтобы свести до минимума отрицательные последствия от коротких замыканий, нужно уметь определять значения возникающих при этом токов, т.е. рассчитывать токи к.з.

все источники питания включены и работают с номинальной нагрузкой;
все синхронные генераторы электростанций имеют АРВ и форсировку возбуждения;
расчетное напряжение каждой ступени сети на 5% больше номинального;
отсутствует насыщение магнитных систем;

у всех элементов системы учитывают только индуктивное сопротивление.
Активное сопротивление рекомендуется учитывать, если его значение превышает 0,33 индуктивного. Сказанное относится для проводов электрических линий с малым сечением и в особенности для стальных проводов;
токами намагничивания трансформаторов пренебрегают, т.е. схему замещения принимают как одно индуктивное сопротивление;
сопротивление в месте короткого замыкания принимают равным нулю;
во время короткого замыкания вблизи электростанций частота вращения генератора остается неизменной.

Составление расчетных схем и приведение к базисным условиям

Для расчета тока к.з. любую схему электрической сети приводят к простейшему виду.

Формула для расчета тока КЗ

IK = EЭ/ (ZЭ), где EЭ - эквивалентное значение ЭДС;
ZЭ - эквивалентное значение сопротивления цепи, на участке от источника ЭДС до точки к.з. (К).

Расчет в именованных единицах

Для несложных схем входящие в них сопротивления могут выражаться в именованных единицах.
Для того, чтобы найти эквивалентное сопротивление схемы, нужно привести все сопротивления к одному напряжению, которое называют базисным.

Базисное напряжение

За базисное Uб принимают номинальное напряжение одной из ступеней, умноженное на 1,05 (6,3; 10,5; 21; 37 кВ и т.д.).

Приведенные значения схемы замещения

Ė = E ·Uб/ Uн ; (1.1)
İ = I ·Uн/ Uб; (1.2)
Ż = Ė/√3 İ = Z (Uб/ Uн)2. (1.3)
В формулах (1.1)-(1.3) Uб - номинальное напряжение данной ступени, умноженное на 1,05.

Пример схемы электрической цепи с к.з.

На рисунке 1.4, а изображена схема электрической цепи с к.з., состоящая из генератора (Г), двух трансформаторов (Т1, Т2) и двух участков линии (Л1, Л2).
Каждый из входящих в цепь элементов может быть выражен своим сопротивлением Z1…Z5. (рисунок 1.4, б).

Рисунок 1.4 Схема цепи к.з (а) и её схема замещения (б)

Эквивалентное приведенное сопротивление схемы (рисунок 1.4, б)

ŻЭ = Ż1+ Ż2+ Ż3+ Ż4+ Ż5
Преобразовывать сложные схемы с помощью именованных единиц неудобно.
В этом случае величины выражают в относительных единицах.

Основные базисные величины

В качестве основной базисной единицы принимают базисную мощность Sб , значение которой выбирают произвольно.
За вторую базисную единицу принимают напряжение Uб. Обычно для каждой ступени принимают за базисное её номинальное напряжение, умноженное на 1,05.
Таким образом, в системе имеют столько базисных напряжений, сколько ступеней напряжений.

Базисные величины

Базисная мощность
Sб = √3 Uб Iб (1.4)
Базисный ток
Iб = Sб / (√3 Uб) (1.5)
Базисное сопротивление
Zб = Uб/ √3 Iб = Uб2/ √3 Uб Iб= Uб2 /Sб
(1.6)

Значения относительных величин, приведенных к базисным условиям

E٭ (б) = E/ Eб, (1.7)
U٭(б) = U /Uб , (1.8)
I٭(б) = I/ Iб, (1.9)
S٭ (б) = S /Sб = √3 U I / √3 Uб Iб =
= U٭(б)· I٭(б) , (1.10)
Z٭ (б) = Z/ Zб = Z (√3 Iб /Uб)= Z (Sб/ Uб2) =
= (√3 Iб/ Uб) ·(U/ √3 I) = U٭(б) / I٭(б).
(1.11)

Сопротивление для электрических машин и аппаратов

Для электрических машин и аппаратов сопротивление часто дают в паспорте в относительных единицах к их номинальной мощности:
Z٭(н) =Z/Zн = Z √3 Iн /Uн= Z Sн/ Uн2 . (1.12)
Отсюда:
Z = Z٭(н) ·Uн/ √3 Iн =Z٭(н) Uн2 /Sн .

Сопротивление в относительных единицах, приведенное к базисной мощности

Z٭(б) =Z/Zб = Z٭(н)IбUн / IнUб=
= Z٭(н) Sб Uн2/SнUб2 (1.13)

Методы преобразования исходных схем

Для преобразования исходных схем и приведения их к простейшей схеме (рисунок 1.3) используют общеизвестные методы теоретических основ электротехники.
Однако во всех случаях предполагается, что источники питания имеют одинаковые ЭДС, т.е. E1 = E2 = E3 (рисунок 1.5).

Эквивалентная ЭДС

Тогда эквивалентная ЭДС
EЭ = E1 = E2 = E3.
В более общем случае
E1 ≠ E2 ≠ E3 .
Тогда найти значение EЭ можно следующим способом.
На рисунке 1.5 эквивалентная проводимость равна
YЭ = Y1 + Y2 + Y3,

Пример схемы

Эквивалентные параметры

а эквивалентный ток:
IЭ = I1 + I2+ I3,
откуда
(EЭ – Uа )/ZЭ = (E1–Uа)/Z1+(E2–Uа)/Z2+
+ (E3–Uа)/Z3, или, преобразовывая, имеем:
EЭ/ZЭ = Uа(1/ZЭ - 1/Z1 - 1/Z2-1/Z3)+
+ E1/Z1+ E2/Z2+ E3/Z3,
Значение величины в скобках равно нулю, и тогда эквивалентная ЭДС:
EЭ = (E1Y1 + E2Y2 + E3Y3)/ YЭ, (1.14)

Элементы в цепи короткого замыкания

В цепи короткого замыкания кроме генераторов могут быть элементы только трех видов: трансформаторы, провода воздушных или кабельных линий и реакторы.

Общее сопротивление трансформатора в относительных единицах по отношению к его номинальной мощности составляет:
Z٭(н) = uK%/100, (1.15)
где uK% - напряжение короткого замыкания трансформатора, %.

Индуктивное сопротивление

Поскольку в трансформаторе активное сопротивление RТ мало по сравнению с индуктивным хТ, с достаточной степенью приближения можно считать, что
х٭(н) = Z٭(н) = uK%/100. (1.16)

Сопротивление трансформатора

Сопротивление трансформатора в относительных единицах, приведенное к базисной мощности, по уравнению (1.13)
х٭(б) = х٭(н) ·(Sб /Sн)· (Uн2/Uб2). (1.14)

Индуктивные сопротивления проводов и кабелей

Индуктивные сопротивления на 1 км длины х0, проводов воздушных линий и кабелей мало зависят от сечений и для воздушных линий при напряжении 0,38 кВ могут быть приняты 0,35 Ом/км, при 6…220 кВ – 0,4 Ом/км.
Соответственно для кабелей при напряжениях 6…10 кВ они составляют 0,08 Ом/км и для 35 кВ – 0,12 Ом/км.

Активное сопротивление проводов и кабелей

Их активное сопротивление R0 можно определять в зависимости от сечения и материала провода.
По уравнению (1.11) общее сопротивление провода воздушной линии или кабеля в относительных единицах, приведенное к базисной мощности:
Z٭ (б) = Z0 ℓ (Sб/Uб2), (1.18)
где ℓ – длина провода.

Реакторы

Реакторы - катушки без стального сердечника, которые включают последовательно в электрическую сеть для уменьшения тока к.з.
Сопротивление реактора в основном индуктивное.
Активной составляющей тока к.з. пренебрегают.
Значение сопротивления реактора обычно дают в относительных единицах (или в процентах) к его номинальной мощности или номинальному току.

Значение сопротивления реактора

Значение сопротивления реактора в относительных единицах, приведенное к базисной мощности, по уравнению (1.13) составит:
х٭(б)= х٭(н) ·(Sб/ Sн)· (Uн2/Uб2 = х٭(н)(Iб/ Iн)·(Uн/Uб) . (1.19)