Расчет токов кз национальный исследовательский университет
 Скачать 0.74 Mb.
|
Расчет токов КЗНациональный исследовательский университет Автор: Рашевская М.А., к.т.н., доцент Москва 2011 НИУ МЭИ Лекция 5Цели расчетаКороткое замыкание — 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.Расчеты токов короткого замыкания (КЗ) выполняются для:- выбора и проверки электрооборудования по электродинамической и термической стойкости, а коммутационные аппараты – проверки на коммутационную способность;- определения уставок и обеспечения селективности срабатывания защиты на вводах в объект.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 %.Развитие КЗКривая изменения тока КЗ в цепи, питающейся от системы неограниченной мощности. Мгновенное значение полного тока КЗ можно представить как сумму двух составляющих: периодической и апериодической. Установившийся режим кз Переходной процесс Нормальный режим Составляющие тока КЗ
;где Та- постоянная времени затухания,iа0 – значение апериодической составляющей в начальный момент времени;rц , xц -активное и индуктивное сопротивление цепи КЗ.Чем больше активное сопротивление цепи КЗ, тем быстрее затухает апериодическая составляющая тока КЗ. Максимальное значение достигается, когда КЗ происходит в момент прохождения тока нагрузки через 0.Основные определения
Виды КЗОднофазное 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 КЗ — короткое замыкание между двумя фазами в трехфазной системе.Схлестывание проводов Двойное КЗ на землю — совокупность двух однофазных коротких замыканий на землю в различных, но электрически связанных частях электроустановки.Трехфазное КЗ- короткое замыкание между тремя фазами в трехфазной электроэнергетической системе.Трехфазное КЗ 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.Причины КЗНарушения изоляции вызываются:
Основной причиной возникновения кз является нарушение изоляции электрооборудования. Часто причиной повреждений в электрической части электроустановок являются неквалифицированные действия обслуживающего персонала. Последствия КЗ1. Механические и термические повреждения электрооборудования.2. Возгорания в электроустановках.3. Снижение уровня напряжения в сети, ведущее к уменьшению вращающего момента электродвигателей, их торможению, снижению производительности или даже к опрокидыванию их.4. Выпадение из синхронизма отдельных генераторов, электростанций и частей электрической системы и возникновение аварий, включая системные аварии.5. Электромагнитное влияние на линии связи, коммуникации и т.п.При возникновении коротких замыканий в системе электроснабжения ее общее сопротивление уменьшается, что приводит к увеличению токов в ее ветвях по сравнению с токами нормального режима, а это вызывает снижение напряжения отдельных точек системы электроснабжения, которое особенно велико вблизи места короткого замыкания. Расчет токов КЗПри расчетах определяются характерные точки кз, выбирается расчетные виды кз, составляется схема замещения элементов цепи кз.Методы расчета высоковольтных и низковольтных сетей различаются.Расчеты можно вести в именолванных и относительных единицах, при этом высоковольтные сети чаще рассчитывают в о.е, а расчет низковольных кз ведется в именованных единицах.При расчете сетей с несколькими ступенями напряжения все элементы схемы приводятся к одной, базисной ступени.Расчет токов КЗ в сетях свыше 1 кВРасчет обычно ведется в относительных единицах. Составляется расчетная схема с выбором расчетных точек кз.Расчетная точка КЗ находится непосредственно с одной или с другой стороны от рассматриваемого элемента электроустановки в зависимости от того, когда для него создаются наиболее тяжелые условия в режиме КЗ. Случаи двойных коротких замыканий на землю допускается в общем случае не учитывать. В ЗРУ проводники и электрические аппараты, расположенные до реактора, проверяются, исходя из того, что расчетная точка КЗ находится за реактором, если они отделены от сборных шин разделяющими полками, а реактор находится в том же здании и все соединения от реактора до сборных шин выполнены шинами.Выбор расчетных точек КЗПри проверке кабелей на термическую стойкость расчетной точкой КЗ является: — для одиночных кабелей одной строительной длины — точка КЗ в начале кабеля; — для одиночных кабелей со ступенчатым соединением по длине — точки КЗ в начале каждого участка нового сечения; — для двух и более параллельно включенных кабелей одной кабельной линии — в начале каждого кабеля. Расчет токов трехфазного КЗ в о.е.При выражении параметров элементов эквивалентной схемы замещения в относительных единицах необходимо:1) задаться базисной мощностью Sб и для одной из ступеней напряжения исходной расчетной схемы, принимаемой за основную, выбрать базисное напряжение Uб.осн;2) определить базисные напряжения других ступеней напряжения расчетной схемы, используя формулугде п1, п2, ... пm — коэффициенты трансформации трансформаторов и автотрансформаторов;3) найти искомые значения ЭДС источников энергии и сопротивлений всех элементов схемы замещения в относительных единицах при выбранных базисных условиях, используя формулыПостроение схемы замещенияСхемы замещения прямой последовательности составляются в именованных или относительных единицах, с учетом фактических коэффициентов трансформации трансформаторов или при приближенном учете этих коэффициентов. а)-расчётная схема цепи КЗ, б)-схема замещения цепи КЗ-1 эквивалентные схемы замещения цепи КЗ-12 (в) и КЗ-2 (г). Если исходная схема замещения не содержит замкнутых контуров, то она легко преобразуется в эквивалентную результирующую схему путем последовательного и параллельного соединения элементов и путем замены нескольких источников, имеющих разные ЭДС и разные сопротивления, но присоединенных в одной точке, одним эквивалентным источником. Расчет двух и однофазных КЗДля расчета токов при несимметричных КЗ целесообразно использовать метод симметричных составляющих. При этом кроме схемы замещения прямой последовательности для расчета двухфазного КЗ необходимо составить схему замещения обратной последовательности, а для расчета однофазного и двухфазного КЗ на землю - также схему замещения нулевой последовательности. Схема замещения обратной последовательности содержит все элементы исходной расчетной схемы. При этом электродвигатели и обобщенные нагрузки узлов должны быть учтены соответствующим сопротивлением обратной последовательности, а ЭДС приняты равными нулю. Схема замещения нулевой последовательности обычно существенно отличается от схем прямой и обратной последовательностей. Ее конфигурация определяется в основном положением расчетной точки КЗ и схемами соединения обмоток трансформаторов и автотрансформаторов исходной расчетной схемы.Циркуляция токов нулевой последовательности возможна только в том случае, если обмотка трансформатора, обращенная в сторону расчетной точки КЗ, соединена в звезду с заземленной нейтралью.Расчет токов КЗ в сетях до 1 кВОсновными документами, регламентирующими порядок расчета токов короткого замыкания в сети до 1кВ, являются:-ГОСТ 28249–93. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ;- Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования – РД 153-34.0-20.527–98 РАО ЕЭС России, (2002 г.).Особенности расчетаПри расчетах токов КЗ в электроустановках до 1 кВ необходимо учитывать активные и индуктивные сопротивления всех элементов короткозамкнутого контура, включая силовые трансформаторы, трансформаторы тока, кабельные линии и проводки, шинопроводы, реакторы, токовые катушки автоматических выключателей, разъемных и вторичных контактов аппаратов, дуги в месте кз. Общее активное сопротивление цепи кз может составлять более 30% от ее индуктивного сопротивления.Зачастую необходимо также учитывать изменение активного сопротивления проводников в короткозамкнутой цепи вследствие их нагрева при коротком замыкании.Параметры схемы замещенияВ электроустановках, получающих питание непосредственно от сети энергосистемы, принято считать, что понижающие трансформаторы подключены к источнику неизменного по амплитуде напряжения через эквивалентное индуктивное сопротивление системы, рассчитывается по формуле (мОм)где Uср.нн – среднее номинальное напряжение сети, подключенной к обмотке низшего напряжения трансформатора, В;Uср.вн – среднее номинальное напряжение сети, к которой подключена обмотка высшего напряжения трансформатора, В;Iк.вн = Iп0.вн – действующее значение периодической составляющей тока при трехфазном КЗ у выводов обмотки высшего напряжения трансформатора, кА;Sк – условная мощность короткого замыкания у выводов обмотки высшего напряжения трансформатора, МВ•А.где Iот.ном – номинальный ток отключения выключателя, установленного на стороне высшего напряжения понижающего трансформатора, кА.Расчет ударных токов КЗiуд - ударный ток КЗКу -ударный коэффициентУдарный ток достигается примерно через 0,01 сек (через полпериода) и равен сумме периодической и апериодической составляющих тока КЗ. В начальный момент времени при КЗ в момент перехода тока через 0 они равны и противоположны по знакуУдарный коэффициент изменяется в пределах от 1 до 2.Величина ударного коэффициентаУдарный коэффициент можно выразить через постоянную времени затухания апериодической составляющейОпределение ударного коэффициента по графикуТаблица ударных коэффициентов
Сопротивления элементов схемы замещенияАктивное и индуктивное сопротивления понижающего трансформатора (RТ, XТ) приведенное к ступени низшего напряжения сети, рассчитывается по формулам, мОм: где Sт.н – номинальная мощность трансформатора, кВ•А; ∆Рк – потери короткого замыкания в трансформаторе, кВт; Uн.н– номинальное напряжение обмотки низшего напряжения трансформатора, кВ; Uк – напряжение короткого замыкания трансформатора, %. Расчет параметров шинопроводовАктивное и индуктивное сопротивления шинопроводов определяется по формуле:где R0ш и Х0ш – удельное активное и реактивное сопротивление шинопровода, Ом/м;lш – длина шинопровода, м.При отсутствии данных сопротивление шинопровода от трансформатора к автоматическому выключателю можно принять ориентировочно: Rш = 0,5 мОм, Хш = 0,25 мОм.Расчет параметров ВЛАктивное и индуктивное сопротивления воздушных линий (ВЛ):- активное сопротивление (Ом)где ρ – удельное сопротивление материала провода, для меди ρ = 0,0178 Ом•мм2/м, для алюминия ρ = 0,0294.l – длина линии, м; F – сечение провода, мм2.- индуктивное сопротивление на фазу (мОм/м) определяется по формуле:где а – расстояние между проводниками, мм; dпр – диаметр проводника, мм.Характерные точки КЗ в сети до 1 кВПри расчетах токов КЗ в электроустановках до 1 кВ необходимо учитывать активные и индуктивные сопротивления всех элементов короткозамкнутого контура, включая силовые трансформаторы, трансформаторы тока, кабельные линии и проводки, шинопроводы, реакторы, токовые катушки автоматических выключателей, разъемных и вторичных контактов аппаратов, дуги в месте кз. Общее активное сопротивление цепи кз может составлять более 30% от ее индуктивного сопротивления. Зачастую необходимо также учитывать изменение активного сопротивления проводников в короткозамкнутой цепи вследствие их нагрева при коротком замыкании. Значения суммарного переходного сопротивления для характерной схемы сети до 1 кВ
В числителе в табл. приведены значения сопротивлений для магистральной схемы, в знаменателе – для радиальной. Источники
|