Определение тока кз в произвольный момент времени по расчетным и типовым кривым

3) Находят электрическую удалённость точки КЗ по соотношению: .4) Определяют отношение по типовым кривым на основе уже известного отношения и момента времени t.

5) Рассчитывают периодическую составляющую тока КЗ по формуле:

17Расчёт тока КЗ в электроустановках до 1 кВ

Особенности расчета токов КЗ в этих ЭУ:

1.Такие электроустановки характеризуются большой электроудаленностью относительно источников питания (которые, как правило, являются источниками большой мощности), поэтому можно считать Iпt = const при КЗ на стороне НН трансформатора 10кВ (цехового).

2.В качестве основной, при расчете, обычно выбирается ступень НН.

3.Расчет выполняется в именованных единицах.

4.Результирующее сопротивление состоит из сопротивлений всех силовых элементов сети: участки сборных шин, магистральных и распределительных шинопроводов, сопротивлений токовых катушек АВ и реле, обмоток трансформаторов тока, контактов коммутационных аппаратов, переходных контактов и дуги в месте КЗ.

5.Расчет проводят с учетом активных сопротивлений цепи КЗ.

Определение сопротивлений силовых элементов короткозамкнутой цепи (мОм).

Трансформаторы:

;

;

Шины и шинопроводы – r и Х задаются на единицу длины, являются справочными величинами.

ВЛ и КЛ - r и Х также являются справочными величинами. Приближенно Х0=0.4мОм/м - для ВЛ Х0=0,08мОм/м - для КЛ.

Для коммутационных аппаратов, реле и трансформаторов тока Х =f(Iном) - по справочнику.

Активные сопротивления входят в состав результирующего переходного сопротивления:

где rк– сопротивление контактов токоведущих шин;

rа – активное сопротивление автоматических выключателей;

rтр т – активное сопротивление трансформаторов тока;

rд – сопротивление дуги в месте КЗ;

Для сети, находящейся за КТП:

,

где а - расстояние между фазами проводов сети в месте КЗ(справочное).

kст – коэффициент ступени, определяют по таблице 5.

Значение коэффициента ступени КЗ. Таблица 5

Сопротивления рассмотренных элементов цепи КЗ напряжением до 1кВ приводятся к базисным условиям на основании следующего выражения:

Если сопротивление задано в o.e.

где Uб - напряжение ступени, на которой находится точка КЗ, кВ;

Uср - среднее номинальное напряжение ступени, где включен соответствующей элемент, кВ;

Sном - номинальная мощность элемента, кВА.

Индуктивное сопротивление внешней системы до понижающего трансформатора, приведенное к ступени НН:

где UсрВ - среднее номинальное напряжение ступени обмоток ВН трансформатора.

Результирующие сопротивления rрез.б и Xрез.б цепи КЗ находят путем преобразования схемы замещения с учетом rп.

Начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ:

.

Ударный ток трехфазного КЗ в электроустановках до1кВ:

где ;

21Комплексные схемы замещения.

Полученные соотношения между симметричными составляющими токов и напряжений в месте короткого замыкания позволяют для каждого вида несимметричного короткого замыкания соединить вместе схемы отдельных последовательностей и образовать тем самым комплексную схему замещения для соответствующего вида короткого замыкания.

Такая схема замещения хорошо иллюстрирует правило эквивалентности прямой последовательности.

Для фазы А:

- трехфазное короткое замыкание:

- однофазное короткое замыкание:

- двухфазное короткое замыкание:

- двухфазное короткое замыкание на землю:

Комплексные схемы замещения особенно удобны при использовании расчетных моделей и установок, так как при этом можно измерить токи и напряжения отдельных последовательностей в любой точке рассматриваемой схемы.

23двухфазное КЗ.

Граничные условия:

Так как сумма фазных токов равна нулю, то система является уравновешенной.

Из уравнений (12) и граничных условий:

, то есть

(19)

Из граничных условий и уравнений (13):

(20)

Из уравнений (11) и учитывая соотношение токов (19), (20) и напряжений получаем:

Токи в поврежденных фазах: из (12), учитывая (19)

Коэффициент взаимосвязи токов:

Абсолютное значение полного тока двухфазного короткого замыкания:

Мы записали выше, что

. (21)

При определении следует учитывать, что в системах с заземленной нейтралью имеет конечное значение, поэтому при и на основании уравнений (11) напряжение равно нулю, а в системах с изолированной нейтралью , следовательно, и это напряжение из уравнений напряжений (11) исключается.

Фазные напряжения в месте короткого замыкания по уравнениям (13) с учетом граничных условий () и уравнения (21):

Векторные диаграммы:

28Продольная несимметрия. Разрыв одной фазы трехфазной цепи.

Цель расчета – определение токов и напряжений в ветвях повреждений в заданных точках. Этот расчет необходим для выбора элементов СЭС, РЗА.

К продольной несимметрии относятся:

разрыв одной фазы трехфазной цепи;

разрыв двух фаз трехфазной цепи.

Продольную несимметрию представляют как включение в каждую фазу электрической системы неодинаковых сопротивлений. Разрыв в фазе тождественен включению в месте разрыва, источника напряжения, равного падению напряжения на концах разорванной фазы.

Здесь также эффективно применение МСС, в соответствии с которым расчетные соотношения можно выразить через симметричные составляющие тока и напряжения фазы А, принятой за основную.

где EAS - суммарная ЭДС источников питания, действующая только в схеме прямой последовательности;

Z1рез, Z2рез, Z0рез – результирующие сопротивления отдельных последовательностей, относительно места нарушения несимметрии.

Разрыв одной фазы трехфазной цепи показан на рис.28.

Граничные условия:

(32)

Рис.28. Трехфазная сеть с разрывом фазы А в месте L - L¢

Для анализа аварийного режима в разрыв вводят источник продольного напряжения (рис.29)

Рис.29. Исходная схема для анализа нарушения продольной симметрии при разрыве фаза А в месте L – L’

Составляют схемы замещения отдельных последовательностей.(Рис.30)

Рис.30. Схемы прямой, обратной и нулевой последовательности при обрыве фазы А вместе L – L’

Из сравнения падений напряжений для неповрежденных фаз выраженных через симметричные составляющие, следует

Таким образом, на основе симметричных составляющих граничные условия (32) могут быть записаны в виде:

По этим уравнениям может быть синтезирована комплексная схема замещения рассматриваемого нарушения продольной симметрии (рис. 31).

Рис.31. Комплексная схема замещения нарушения продольной симметрии при разрыве фазы А

По ней составляют расчетные выражения для определения тока прямой последовательности

и падения напряжения прямой последовательности в месте разрыва

вносимое в схему замещения прямой последовательности относительно зажимов L — L' ветвями схем замещения обратной и нулевой последовательностей (см. рис.31).

С учетом (33), а также второго и третьего уравнений (31) токи обратной и нулевой последовательностей, протекающие в других ветвях комплексной схемы замещения (см. рис.31), определяются выражениями

Токи обратной и нулевой последовательностей могут быть выражены через показатели комплексной схемы замещения следующим образом:

В соответствии с (33) и (31) напряжение источника продольного напряжения, включаемого в месте повреждения, определяется выражением

Полученные расчетные соотношения (33) — (41) представляли собой уравнения связи симметричных составляющих параметров режима особой фазы.

Токи и напряжения других фаз выражаются через оператор фазы с использованием уравнений (29) и (30).

Напряжения в любой точке сети определяются по расчетным выражениям токов (35), (39) и (40) с использованием преобразований комплексной схемы замещения (см. рис.31) относительно рассматриваемой точки сети для вычисления сопротивлений связи данной точки с источником питания.

31Способы ограничения токов КЗ.

Уровни токов КЗ и мощностей КЗ определяют выбор сечения шин, токопроводов, проводов, кабелей, отключающую и коммутационную способность аппаратов, электродинамическую и термическую стойкость токоведущих частей и конструкций оборудования.

Выбор электрооборудования с учетом токов КЗ, ведет к повышению его стоимостных показателей, и предъявляются более жесткие требования к его техническим характеристикам. Т.е. при проектировании СЭС решается технико - экономическая задача ограничения уровней токов КЗ до значений допустимых параметрами электрооборудования, которое должно быть целесообразным экономически.

Меры по ограничению токов КЗ направлены на:

1) увеличение сопротивления цепи КЗ;

2) локализацию в аварийном режиме источников её питания;

отключение поврежденной электрической сети за время t<(1/4f)=5мс при 50 Гц.

Применяются следующие методы:

Выбор структуры и схемы электрических соединений элементов СЭС;

2) Стационарное и автоматическое деление электрической сети;

3) Выбор режима эксплуатации сети;

4) Выбор схем питания СЭС;

5) Применение оборудования с повышенным электрическим сопротивлением;

6) Использование быстродействующих коммутационных аппаратов;

7) Изменение режима нейтрали элементов сети.

Структура и схемы электрических соединений элементов СЭС выбираются на стадии ее проектирования и реконструкции. В основу принимаемых решений должны быть положены следующие принципы:

а) раздельное питание узлов нагрузки от источников электроэнергии с обеспечением их параллельной работы; через связи в электросети и с использованием блочных соединений ”генератор – трансформатор – линия”;

б) разукрупнение приемных подстанций и поэтапное создание СЭС путем внедрения глубоких вводов ВН;

в) применение раздельной работы основных элементов СЭС - линий, трансформаторов;

г) применение раздельной работы основных элементов СЭС на всех ступенях распределения электроэнергии;

д) применение разомкнутых распределительных сетей и широкое внедрение в них токопроводов, шинных и кабельных магистральных линий;

Автоматическое деление сети используется во внешнем электроснабжении предприятий в сетях с напряжением 35 кВ и выше.

Стационарное деление исходной схемы (рис.35) выполняют в нормальном режиме таким образом, чтобы максимальный уровень тока КЗ в конкретном узле нагрузки не превышал допустимый, по параметрам установленного электрооборудования (Рис.36, а)

Рис.36. Деление схемы сети а) стационарное, б) автоматическое

Автоматическое деление сети осуществляется в аварийных режимах последовательной локализацией места КЗ. При КЗ в точке, (Рис.36, б) указанной на схеме, производится отключение части источников питания места повреждения (выключателем Qs2 или Qs3), а затем выключателем Qs1 отключается присоединение. Последовательное отключение источников питания цепи тока КЗ позволяет применять коммутационные аппараты с меньшей отключающей способностью.

Выбор режима эксплуатации сети, рекомендуется:

а) раздельная работа силовых трансформаторов ГПП и ТП;

б) секционирование;

в) разукрупнение подстанций;

Схемы питания СЭС при проектировании внешнего электроснабжения выбираются на основе фактической мощности КЗ от энергосистемы, требуемой степени надежности, состава и территориального размещения электроприемников.

Определяющим для уровней токов КЗ в СЭС является выбор схемы электросоединений ГПП, как узла связи между ЭЭС и распределительной сетью СЭС. Чем больше мощность понижающего трансформатора связи ЭЭС, тем больше токи КЗ на шинах ГПП, отсюда следует, что нужно разукрупнять по мощности подстанции СЭС или применять схемы электрических соединений, ограничивающие уровень токов КЗ на шинах НН (Рис.37):

Рис.37. Варианты схем электрических соединений ГПП с ограничением токов КЗ на шинах вторичного напряжения при единичной установленной мощности (МВА) трансформаторов: а) 25-40; б) 32-63; в) 63-80; г) 63-100; д) 25-80; е) 40-80; ж) 63-80; з) 100

Применение оборудования с повышенным электрическим сопротивлением предусматривает установку как общесетевых, так и специальных элементов. При проектировании СЭС можно целенаправленно выбирать элементы сети с большим реактивным и активным сопротивлениями, изменяя количество и мощность трансформаторов, применяя трансформаторы с повышенным относительным напряжением КЗ, ВЛ и токопроводы с увеличенным расстоянием между фазами, протяженные шинопроводы и т. п. К специальному электрооборудованию относятся трансформаторы и авто трансформаторы с расщепленными обмотками НН, одноцепные и сдвоенные реакторы, токоограничивающие устройства резонансного, трансформаторного и реакторно-вентильного типов, назначение которых – увеличивать сопротивление току, превышающему ток рабочего режима.

Токоограничивающее действие коммутационных аппаратов проявляется при быстродействии, соизмеримом с периодом изменения тока. При этом ограничивается воздействие по амплитуде и длительности отключения тока КЗ, уменьшается электродинамическое действие тока КЗ (время срабатывания таких аппаратов менее 5 мс)(Рис.38). Это могут быть:

1) безинерционные предохранители;

2) тиристорные выключатели с принудительной коммутацией;

3) ограничители ударного тока взрывного действия;

4) некоторые типы автоматов до 1 кВ.

Изменение режима нейтрали является весьма существенным фактором изменения значений токов КЗ, которые протекают в контурах проводники – земля.

Заземление нейтралей элементов через цепи с дополнительными сопротивлениями приводит к изменению эквивалентного сопротивления нулевой последовательности.

Эту же цель достигают заменой автотрансформаторов в узловых точках сети трансформаторами такой же мощности с соединением фазных обмоток по схеме «звезда – звезда». Заземление нейтрали облегчает решение других важных задач проектирования (уровней изоляции, требований безопасности, уровней перенапряжений, надежности), но повышает значение тока КЗ на землю. По этому выбор и изменение режима нейтрали сети или ее элементов должны решаться комплексно путем технико-экономического обоснования.

Рис.38. Ограничение коммутационным аппаратом Q электродинамического воздействия тока КЗ со значения iy1 до значения iy2.