Двухобмоточные трансформаторы

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 7

Тема: Расчет токов к.з. в электрических сетях напряжением выше 1 кВ

Цель работы. Изучить методы и приобрести практические навыки расчета токов короткого замыкания в системах электроснабжения.

Короткие теоретические сведения. В нормальных режимах работы в электрической сети протекают токи, допустимые для данной установки. При нарушении изоляции проводов или оборудования в электрической сети внезапно может возникнуть аварийный режим короткого замыкания, вызывающий резкое увеличение токов.

Значительные по величине токи короткого замыкания представляют опасность для элементов электрической сети и оборудования, так как они вызывают чрезмерный нагрев токоведущих частей и создают большие механические усилия.

Кроме того, короткое замыкание в системе электроснабжения вызывает понижение напряжения у потребителей. Понижение напряжения сохраняется до тех пор, пока аппарат под действием защиты не отключит аварийный участок сети.

Для сохранения необходимого уровня надежности электроснабжения потребителей применяют быстродействующие релейные защиты и выключатели, которые отключают аварийный участок, уменьшая последствия коротких замыканий.

Для обеспечения достойной работоспособности электрической сети и оборудования кроме расчетов нормальных электрических режимов их работы производят расчеты возможных аварийных режимов, выбирая электрическую сеть и оборудование таким образом, чтобы они выдерживали без повреждения действие наибольших возможных токов короткого замыкания.

Коротким замыканием (КЗ) называют всякое случайное или преднамеренное, не предусмотренное нормальным режимом работы электрическое соединение различных точек электроустановки между собой или с землей, при котором токи в аппаратах и проводниках, примыкающих к месту соединения, т.е. к месту КЗ, возрастают, превышая, как правило, расчетные значения нормального режима.

В трехфазных электрических установках различают три основных вида коротких замыканий: трехфазное, двухфазное и однофазное.

Трехфазное короткое замыкание является симметричным замыканием.

Двухфазное и однофазное короткое замыкание являются несимметричными, так как при их замыканиях нарушается симметрия напряжений и токов трехфазной системы.

Наиболее часты однофазные КЗ до 60 % от их общего количества.

Значение токов КЗ зависит от мощности источника питания, сопротивления цепи, удаленности места КЗ от источника питания, от вида, а также момента возникновения КЗ и длительности его действия.

При расчете токов короткого замыкания в установках напряжением выше 1 кВ пренебрегают активным сопротивлением генераторов, силовых трансформаторов и реакторов, так как они невелики по сравнению с их индуктивными сопротивлениями, что почти не влияет на результат расчета токов короткого замыкания.

В кабельных и воздушных линиях большой протяженности следует учитывать активные сопротивления, особенно в кабельных, так как индуктивное сопротивление у них относительно мало.

В установках напряжением до 1 кВ активные сопротивления элементов цепи достаточно велики, поэтому при расчете следует учитывать индуктивные и активные сопротивления.

Расчет токов короткого замыкания можно производить в именованных (омах, амперах, вольтах и т.д.) или в относительных единицах, т.е. в долях от номинальных или базовых значений.

В проектной и эксплуатационной практике расчеты токов короткого замыкания в сетях напряжением до 1 кВ выполняют только в именованных единицах, а в распределительных сетях свыше 1 кВ до 35 кВ - производят как в именованных, так и в относительных единицах. Любой элемент трехфазной электрической сети (генератор, трансформатор, реактор) характеризуется номинальными параметрами.

Расчет токов короткого замыкания в относительных единицах. В этом случае все расчетные данные приводят к базисному напряжению и базисной мощности. За базисное напряжение принимают номинальное напряжение U_ном 0,23; 0,4; 0,69; 6,3; 10,5; 21; 37; 230 кВ.

За базисную мощность S_б можно выбрать мощность, принимаемую при расчетах за единицу, например мощность системы, суммарные номинальные мощности генераторов станции или трансформаторов подстанции или удобное для расчетов число, кратное десяти.

Расчет токов КЗ в сетях выше 1 кВ выполняется в следующей последовательности.

1. Составляется расчетная схема электрической сети, соответствующая нормальному режиму работы системы электроснабжения, считая, что все источники питания включены параллельно. В расчетной схеме учитываются сопротивления питающих генераторов, трансформаторов, высоковольтных линий (воздушных, кабельных), реакторов.

2. По расчетной схеме составляется схема замещения, в которой указываются сопротивления источников и потребителей.

3. Намечаются точки для расчета токов КЗ. За расчетную точку КЗ принимается такая, в которой аппараты и проводники находятся в наиболее тяжелых условиях [1].

4. Задаются базисными значениями напряжения U_б и мощности S_б.

5. Для отдельных элементов схемы принимаются следующие значения индуктивных сопротивлений:

- для синхронных генераторов выражается в относительных единицах; оно представляет собой сверхпереходное реактивное сопротивление по продольной оси полюсов;

для турбогенераторов

для гидрогенераторов с успокоительной обмоткой -

без успокоительной обмотки

- для синхронных и асинхронных двигателей

- для трансформаторов если пренебречь их активным сопротивлением, напряжение короткого замыкания U_к (%) (дается в каталогах) численно равно их индуктивному сопротивлению Х (%);

- для воздушных линий напряжением выше 1 кВ значение х₀ = 0,4 Ом/км;

- для кабельных линий напряжением 6¸20 кВ величина х₀ = 0,08 Ом/км;

- для реакторов сопротивление дается в процентах и переводится в относительные единицы или Омы.

Активное сопротивление линии ( ) определяется по выбранному сечению S или по справочным таблицам.

В схеме замещения все указанные сопротивления выражают в относительных единицах и обозначают “*” в индексе.

6. Приводятся сопротивления элементов расчетной схемы КЗ к базисным условиям по формулам:

Генераторы

(1.44)

где - сверхпереходное реактивное сопротивление генератора;

р_н – номинальная мощность, МВт;

cosj_н – коэффициент мощности генератора;

Энергосистема

(1.45)

где S_н – номинальная мощность системы, МВ×А.

Воздушные и кабельные линии

(1.51)

где х₀ – сопротивление 1 км линии, Ом/км

среднее значение х₀ воздушной линии – 0,4 Ом/км,

кабельных напряжением 6-10 кВ - 0,08 Ом/км;

l – длина линии, км;

U_cр – среднее напряжение линии (6,3; 10,5; 37; 115 и т. д.), кВ;

активное сопротивление

(1.52)

где - сопротивление 1 км линии, Ом/км;

g - удельная проводимость, м/Ом×мм²;

s – сечение, мм².

Синхронные электродвигатели и компенсаторы вводятся в схему замещения своими сопротивлениями Х² и ЭДС

(1.53)

где Х² - сверхпереходное сопротивление в относительных единицах. При отсутствии каталожных данных можно принимать следующие средние значения:

для синхронных электродвигателей

Х² = 0,2, = 1,1;

для синхронных компенсаторов

Х² = 0,2, = 1,2.

Асинхронные электродвигатели учитываются сопротивлениями Х² и ЭДС

(1.54)

где I_*пуск – относительное значение пускового тока;

X² - сверхпереходное сопротивление, средние значения Х² = 0,2, = 0,9;

Р_н – номинальная мощность электродвигателя, мВ×А.

7. Выполняется преобразование схемы замещения. Схема замещения путем различных преобразований приводится к такому виду, чтобы между каждым источником питания и точкой короткого замыкания находилось только одно результирующее сопротивление Х_S. Обычными приемами преобразования схемы являются последовательное и параллельное сложение сопротивлений, преобразование треугольника в звезду и т.п.

8. Определяется результирующее сопротивление схемы, например для схемы, состоящей из двух ветвей по формуле:

(1.55)

9. Определяются коэффициенты распределения при двух ветвях

(1.56)

проверка SС = 1.

10. Вычисляются сопротивления ветвей преобразованной схемы:

(1.57)

При преобразованиях схема сворачивается к точке ближайшей к источнику питания.

11. Производится вычисление токов трехфазного короткого замыкания. После преобразования (сворачивания) схема должна состоять из нескольких ветвей. В каждой ветви источник питания отделен от точки короткого замыкания своим результирующим сопротивлением х_S или z_S. Если результирующее сопротивление не превышает то его можно исключить из последующего расчета.

В зависимости от параметров источника вычисление токов трехфазного КЗ осуществляется одним из следующих способов.

1. Источник известного типа (генераторы и электростанции). При малом удалении источников от точки короткого замыкания (х_расч < 3) вычисление ведется по расчетным кривым (рис. 1.5). Так как расчетные кривые показывают зависимость тока короткого замыкания от сопротивления, приведенного к номинальной мощности источника, то для дальнейшего расчета определяется расчетное сопротивление ветви:

(1.58)

где S_н – номинальная мощность источника, МВ×А.

По расчетным кривым находят относительные значения токов при t=0 и I_*¥ при t=¥.

Вычисляются токи в ветвях

(1.59)

где номинальный ток источника для ступени напряжения U_н, на которой находится точка КЗ, кА;

S_н – мощность источника, МВ×А.

Если х_расч > 3, то токи короткого замыкания определяются следующим образом

Мощность короткого замыкания

(1.60)

Ударный ток КЗ

(1.61)

где если активные сопротивления при вычислении тока КЗ не учитывались и ударный коэффициент k_y = 1,8.

В этом случае, когда токи короткого замыкания определяются с учетом активного сопротивления кабелей,

(1.62)

где

Ударный коэффициент может быть определен по кривым (рис. 1.6).

Действующее значение полного тока короткого замыкания за период

(1.63)

при k_y = 1,8 I_y = 1,52I^².

1. Энергосистема неограниченной мощности:

(1.64)

S_к, i_y I_y – вычисляются также, как в случае питания точки КЗ от генераторов.

Пример. Определить токи трехфазного короткого замыкания в точке К схемы, приведенной на рис. 1.7.

С С

U = const

35 кВ

4000 кВ×А x₁

U_к = 7%

x₂

10,5 кВ

СБ 3´70 мм² x₃

3,5 км r₃

К К

а) б)

Рис. 1.7. Схема для расчета токов КЗ

а) исходная схема; б) схема замещения

Решение. Принимаем базисную мощность S_б = 100 МВ×А. Базисный ток для ступени 35 кВ

Вычисляем сопротивление, на которое удален источник неограниченной мощности от шин 35 кВ:

Приводим сопротивления к базисным условиям и составляем схемы замещения (рис. 1.7, б).

Результирующее сопротивление:

Базисный ток для ступени напряжения 10,5 кВ

Токи трехфазного короткого замыкания

По кривой (рис. 1.6) определяем k_у:

Задание для выполнения практической самостоятельной работы.

Xd²=0,125 U_к=10,5%

Г U_н1 ТР U_н2

К₁ К₂ КТП

ВЛ КЛ

l₁ l₂

ТР

Рис. 1.8

Рассчитать токи короткого замыкания в точках К₁ и К₂ схемы электроснабжения, приведенной на рис. 1.8. Исходные данные приведены в табл. 1.23.

Таблица 1.24

№ варианта	S генератора, мВ×А	l1 км	Uн1 кВ	Uн2 кВ	Sтр кВ×А	l2 км	Sктп кВ×А
				10,5		1,5
				10,5		0,85
				6,3		1,0
				6,3		1,5
				10,5		0,7
				10,5		0,8
				10,5		0,9
				10,5		1,0
				6,3		1,2
				10,5		1,0
				10,5		0,8
				10,5		0,75
				6,3		0,75
				10,5		1,1
				10,5		0,9

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 8

Тема: Выбор высоковольтных аппаратов

Цель работы. Изучить условия выбора аппаратов и токоведущих частей по термической и динамической стойкости к точкам короткого замыкания.

Краткие теоретические сведения. Электрическое оборудование, аппараты, изоляторы и токоведущие части электроустановок работают в условиях эксплуатации в трех основных режимах: продолжительном, перегрузки и в режиме короткого замыкания.

В нормальном режиме надежная работа аппаратов и токоведущих частей обеспечивается правильным выбором их по номинальному напряжению и номинальному току.

В режиме перегрузки надежная работа аппаратов и токоведущих частей электрических установок обеспечивается ограничением величины и длительности повышения напряжения или тока в таких пределах, при которых еще гарантируется нормальная работа электрических установок за счет запаса прочности.

В режиме короткого замыкания надежная работа аппаратов и токоведущих частей обеспечивается соответствующим выбором параметров устройств по условиям термической и электродинамической устойчивости.

Электрические аппараты (выключатели, разъединители, предохранители, измерительные трансформаторы), токоведущие части (шины, кабели) должны выбираться в соответствии с вычисленными максимальными расчетными величинами (токами, напряжениями, мощностями отключения) для нормального режима и короткого замыкания. Для их выбора сравнивают указанные расчетные величины с допускаемыми значениями для токоведущих частей и высоковольтного оборудования.

В установках выше 1 кВ по режиму КЗ следует проверять: электрические аппараты, токопроводы и другие проводники, опорные и несущие конструкции для них [1].

Аппараты (выключатели, разъединители, трансформаторы тока), сборные шины распределительных устройств и кабели проверяются на термическую устойчивость по условию, что при прохождении через них тока КЗ их кратковременная температура нагрева не превысит допустимых значений. Завод-изготовитель для каждого вида аппаратов указывает значение тока термической устойчивости I_т.у, которую аппарат может выдержать без повреждения в течение всего процесса КЗ.

Условие термической устойчивости определяется выражением

(1.65)

где I_tу – ток термической устойчивости, гарантируемый заводом изготовителем, кА;

t_tу – время нагревания частей аппарата (обычно 1,5 м 10 с);

I_¥ - установившийся ток короткого замыкания,

отсюда

(1.66)

Для проверки аппаратов на термическую устойчивость действия токов КЗ удобно производить, составляя таблицу сравнения указанных расчетных и допустимых величин. При этом для обеспечения надежной безаварийной работы расчетные величины должны быть меньше допустимых.

Пример.

Выключатель ВМП-10
Данные
расчетные	каталожные

Где I_по – предельный отключаемый ток.

Сборные шины проверяются на термическую устойчивость сечение шин и жил кабелей, выбранные по номинальному режиму работы сравнивают с минимальным сечением по термической устойчивости S_min (мм²), при этом

(1.67)

где с – постоянное значение, зависящее от материала шин, жил кабелей.

Значение с можно принимать:

для кабелей	с медными жилами 6-10 кВ	- 141
	с алюминиевыми жилами 6-10 кВ	- 85
для медных шин		- 171
для алюминиевых шин		- 88

На динамическую устойчивость при КЗ проверяют шинные устройства распределительных устройств, опорные и проходные изоляторы, некоторые шины трансформаторов тока.

Проверка сводится к сравнению расчетной максимальной силы, действующей на элемент электрооборудования с допустимой его механической нагрузкой.

При параллельном расположении трех фаз однополюсных шин в одной плоскости наибольшее усилие действует на среднюю шину и определяется по формуле:

(1.68)

где l – длина параллельных шин, см;

- понижающий коэффициент, учитывающий неодинаковость мгновенных значений токов и ударных токов в фазах, тогда

Если ударный ток КЗ выражен в килоамперах, формула для определения максимального усилия примет вид:

(1.69)

При расчете шины на механическое усилие можно рассматривать ее как равномерно нагруженную многопролетную балку, тогда наибольший изгибающий момент при одном или двух пролетах определяют по формуле:

(1.70)

При трех и большем числе пролетов

(1.71)

где l – расстояние между осями изоляторов, см.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 9

Тема: Выполнение расчета заземляющего устройства подстанции

Цель работы. Изучить метод и приобрести практические навыки расчета защитного заземления.

Краткие теоретические сведения. Поражение электрическим током возможно при прикосновении к токоведущим частям, находящимся под напряжением, или к металлическим нетоковедущим частям оборудования и сетей, оказавшимся под напряжением при нарушении изоляции.

Различают два вида прикосновения к токоведущим частям: двухполюсное, когда человек одновременно прикасается, чаще всего руками, к двум фазам сети, и однополюсное, когда человек, стоя на земле или заземленной конструкции здания прикасается лишь к одной фазе сети. Наиболее опасны случаи двухполюсного прикосновения, так как человек оказывается включенным на линейное напряжение U_л установки

(1.76)

Случаи двухполюсного прикосновения на практике встречаются редко. Наиболее частым являются однополюсные прикосновения.

(1.77)

где I_ч - ток протекающий через тело человека, А;

U_ч - фазное напряжение установки (сети), В;

R_ч - электрическое сопротивление тела или части тела человека, Ом.

Электрическое сопротивление человеческого тела в зависимости от многих факторов изменяется в широких пределах (от 500 до 1000000 м). К таким факторам можно отнести: общее состояние здоровья человека, состояние кожного покрова и его влажность, условия окружающей среды, длительность прохождения тока и т.д. В расчетах по технике безопасности сопротивление тела человека обычно принимается равным 100 кОм.

Тяжесть электротравмы зависит от значения тока и длительности его прохождения. Установлено, что в большинстве случаев ток 0,1 А представляет собой смертельную опасность для жизни человека.

Для жизни человека опасен как переменный, так и постоянный ток, однако наибольшую опасность представляет переменный ток промышленной частоты 50 Гц. При повышении частоты переменного тока опасность поражения уменьшается.

Для защиты людей от поражения электрическим током при прикосновении к нетоковедущим частям электрического оборудования, случайно оказавшийся под напряжением, должна применяться как минимум одна из следующих мер: заземление, зануление, защитное отключение, разделяющий трансформатор, безопасное малое напряжение, двойная изоляция.

Защитным заземлением называется преднамеренное соединение металлических частей электроустановки нормально не находящихся под напряжением, но которые могут оказаться под ним вследствие нарушения изоляции электроустановки с заземляющим устройством.

Занулением в электроустановках в сетях напряжением до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью называется преднамеренное электрическое соединение с помощью нулевого защитного проводника металлических нетоковедущих частей электрооборудования с заземленной нейтралью трансформатора или генератора.

Заземляющее устройство состоит из заземлителей и заземляющих проводников.

Заземлитель представляет собой один или несколько металлических соединенных между собой проводников (электродов), находящихся в непосредственном соприкосновении с землей.

Заземляющие проводники – это металлические проводники, соединяющие заземлитель с заземленными частями электроустановки.

Сопротивление заземляющего устройства слагается из сопротивлений заземлителя и заземляющих проводников.

(1.78)

где U_з – напряжение относительно земли (нулевого потенциала), В;

I_з – ток замыкания на землю, т.е. ток, проходящий через землю в месте замыкания.

Заземлители применяются искусственные и естественные. В качестве естественных заземлителей могут использованы металлические части, находящиеся в земле: металлические трубопроводы (за исключением трубопроводов горючих жидкостей или взрывчатых газов и примесей), металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, свинцовые оболочки кабелей и др.

Искусственными заземлителями являются отрезки угловой стали размером 50´50´4 мм и длиной 2,5 … 3 м; стальные трубы диаметром 50 мм той же длины с толщиной стенки не менее 3,5 мм, отрезки круглой стали диаметром 12 … 14 мм длиной до 5 м и более. Заземлители (вертикальные электроды) соединяются между собой стальной полосой размером 40´4 мм.

Согласно [1] в электроустановках напряжением до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью или нейтралью, изолированной от земли, сопротивление заземляющего устройства в любое время года должно быть не более 2 Ом - при линейном напряжении сети в 660 В; 4 Ом – при 380 В и 8 Ом соответственно – 220 В.

Выполнение заземления обязательно:

1. В помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных электроустановках при напряжении переменного тока выше 42 В и постоянного тока 110 В;

2. В помещениях без повышенной опасности при напряжении переменного тока 380 В и выше и постоянного тока 440 В и выше.

Заземлению (занулению) подлежат следующие части электрооборудования: металлические корпуса трансформаторов, электродвигателей, пусковой аппаратуры, каркасы и кожухи электрических устройств, металлические трубы электропроводок, корпуса щитов, щитков, шкафов, светильников, стальные трубы и короба электропроводок на лестничных клетках, в технологических подпольях и на чердаках.

Расчет заземляющих устройств. При расчете заземляющего устройства определяются шаг заземлителей, их количество и место размещения, а также сечение заземляющих проводников. Этот расчет производится для ожидаемого сопротивления заземляющего устройства в соответствии с существующими требованиями ПУЭ.

Грунт, окружающий заземлители, не является однородным. Наличие в нем песка, грунтовых вод и других примесей оказывают значительное влияние на сопротивление грунта. Поэтому согласно [1] рекомендуется определять удельное сопротивление грунта путем непосредственного измерения в том месте, где будут размещаться заземлители.

При отсутствии данных измерений при расчетах применяют примерные значения удельных сопротивлений грунтов.

Песок ……………………….	700 Ом×м
Супесок …………………….	300 Ом×м
Суглинок …………………...	100 Ом×м
Глина ……………………….	40 Ом×м
Садовая земля ……………...	40 Ом×м
Чернозем …………………...	20 Ом×м
Торф ………………………..	20 Ом×м

Расчетные значения коэффициентов повышения сопротивления для различных грунтов и глубины заложения приведены в табл. 1.29.

Таблица 1.29

Характер грунта	Глубина заложения, м	Расчетные коэффициенты
j1	j2	j3
Суглинок Садовая земля Известняк Торф Песок Глина	0,8 – 3,8 0 – 3 0 – 2 0 – 2 0 – 2 0 – 2	2,0 - 1,8 1,4 2,4 2,4	1,5 1,32 1,2 1,1 1,56 1,36	1,4 1,2 1,1 1,0 1,2 1,2

Зная расчетное удельное сопротивление грунта, можно определить сопротивление одиночного заземлителя.

Сопротивление вертикального заземлителя при длине l (м), диаметре d (мм) определяется по формуле:

(1.79)

В практических расчетах удобно пользоваться упрощенными формулами:

R₀ = 0,00227×r - для углубленного пруткового электрода диаметром 12 … 14 мм, длиной 5 м;

R₀ = 0,0034×r - для электрода из угловой стали размером 50´50´5 мм, длиной 2,5 м;

R₀ = 0,00325×r - для электрода из трубы диаметром 50 мм, длиной 2,5 м, где r - удельное сопротивление грунта в месте размещения заземлителей и выражается в Ом×см.

Число вертикальных заземлителей определяется по формуле:

(1.80)

где h - коэффициент экранирования (табл. 1.30).

Таблица 1.30

Число заземлителей	Коэффициент экранирования h при отношении расстояния между трубами к их длине ( )
трубы размещены в ряд	трубы размещены по контуру
	0,87 0,83 0,77 0,75 0,73	0,8 0,7 0,62 0,60 0,58	0,68 0,55 0,47 0,40 0,30	- 0,78 0,72 0,71 0,68	- 0,67 0,60 0,59 0,52	- 0,59 0,43 0,42 0,37

Пример. Определить число электродов заземления подстанции 10/0,4 кВ. На стороне 10 кВ нейтраль изолирована, на стороне 0,4 кВ глухозаземленная. Удельное сопротивление грунта r = 0,7×10⁴ Ом×см.

Решение. Выбираем в качестве заземлителей прутковые электроды длиной 5 м диаметром d = 12 мм. Сопротивление одиночного пруткового электрода

R₀ = 0,00227×r = 0,00227×0,7×10⁴ = 15,89 Ом.

Принимаем размещение заземлителей в ряд с расстоянием между ними а = 5 м, следовательно h= 0,68, при =1.

Определяем количество электродов заземлителей

Задание для выполнения самостоятельной работы. Выполнить расчет количества заземлителей контура заземления трансформаторной подстанции по исходным данным, приведенным в табл. 1.29.

Таблица 1.31

№ варианта	Характер грунта	Вид заземлителя
	Чернозем	Уголок 50´50´5 мм
	Суглинок	Углубленный прутковый электрод диаметром 12 мм
	Торф	Труба диаметром 60 мм
	Супесок	Углубленный прутковый электрод диаметром 12 мм
	Глина	Уголок 50´50´5 мм
	Песок	Углубленный прутковый электрод диаметром 12 мм
	Торф	Уголок 50´50´5 мм
	Суглинок	Труба диаметром 60 мм
	Чернозем	Углубленный прутковый электрод диаметром 12 мм
	Глина	Труба диаметром 60 мм
	Песок	Уголок 50´50´5 мм
	Суглинок	Уголок 50´50´5 мм
	Супесок	Труба диаметром 60 мм
	Глина	Углубленный прутковый электрод диаметром 12 мм
	чернозем	Труба диаметром 60 мм

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 7

Тема: Расчет токов к.з. в электрических сетях напряжением выше 1 кВ

Цель работы. Изучить методы и приобрести практические навыки расчета токов короткого замыкания в системах электроснабжения.

Короткие теоретические сведения. В нормальных режимах работы в электрической сети протекают токи, допустимые для данной установки. При нарушении изоляции проводов или оборудования в электрической сети внезапно может возникнуть аварийный режим короткого замыкания, вызывающий резкое увеличение токов.

Значительные по величине токи короткого замыкания представляют опасность для элементов электрической сети и оборудования, так как они вызывают чрезмерный нагрев токоведущих частей и создают большие механические усилия.

Кроме того, короткое замыкание в системе электроснабжения вызывает понижение напряжения у потребителей. Понижение напряжения сохраняется до тех пор, пока аппарат под действием защиты не отключит аварийный участок сети.

Для сохранения необходимого уровня надежности электроснабжения потребителей применяют быстродействующие релейные защиты и выключатели, которые отключают аварийный участок, уменьшая последствия коротких замыканий.

Для обеспечения достойной работоспособности электрической сети и оборудования кроме расчетов нормальных электрических режимов их работы производят расчеты возможных аварийных режимов, выбирая электрическую сеть и оборудование таким образом, чтобы они выдерживали без повреждения действие наибольших возможных токов короткого замыкания.

Коротким замыканием (КЗ) называют всякое случайное или преднамеренное, не предусмотренное нормальным режимом работы электрическое соединение различных точек электроустановки между собой или с землей, при котором токи в аппаратах и проводниках, примыкающих к месту соединения, т.е. к месту КЗ, возрастают, превышая, как правило, расчетные значения нормального режима.

В трехфазных электрических установках различают три основных вида коротких замыканий: трехфазное, двухфазное и однофазное.

Трехфазное короткое замыкание является симметричным замыканием.

Двухфазное и однофазное короткое замыкание являются несимметричными, так как при их замыканиях нарушается симметрия напряжений и токов трехфазной системы.

Наиболее часты однофазные КЗ до 60 % от их общего количества.

Значение токов КЗ зависит от мощности источника питания, сопротивления цепи, удаленности места КЗ от источника питания, от вида, а также момента возникновения КЗ и длительности его действия.

При расчете токов короткого замыкания в установках напряжением выше 1 кВ пренебрегают активным сопротивлением генераторов, силовых трансформаторов и реакторов, так как они невелики по сравнению с их индуктивными сопротивлениями, что почти не влияет на результат расчета токов короткого замыкания.

В кабельных и воздушных линиях большой протяженности следует учитывать активные сопротивления, особенно в кабельных, так как индуктивное сопротивление у них относительно мало.

В установках напряжением до 1 кВ активные сопротивления элементов цепи достаточно велики, поэтому при расчете следует учитывать индуктивные и активные сопротивления.

Расчет токов короткого замыкания можно производить в именованных (омах, амперах, вольтах и т.д.) или в относительных единицах, т.е. в долях от номинальных или базовых значений.

В проектной и эксплуатационной практике расчеты токов короткого замыкания в сетях напряжением до 1 кВ выполняют только в именованных единицах, а в распределительных сетях свыше 1 кВ до 35 кВ - производят как в именованных, так и в относительных единицах. Любой элемент трехфазной электрической сети (генератор, трансформатор, реактор) характеризуется номинальными параметрами.

Расчет токов короткого замыкания в относительных единицах. В этом случае все расчетные данные приводят к базисному напряжению и базисной мощности. За базисное напряжение принимают номинальное напряжение U_ном 0,23; 0,4; 0,69; 6,3; 10,5; 21; 37; 230 кВ.

За базисную мощность S_б можно выбрать мощность, принимаемую при расчетах за единицу, например мощность системы, суммарные номинальные мощности генераторов станции или трансформаторов подстанци