Расчет токов короткого замыкания
Коротким замыканием называют замыкание между фазами, замыкание фаз на землю в сетях с глухо и эффективно заземленными нейтралями, а также витковые замыкания в электрических машинах.
Следствия короткого замыкания:
1. Протекание токов короткого замыкания приводит к увеличению потерь электроэнергии в проводниках и контактах, что вызывает их повышенный нагрев.
2. Протекание токов короткого замыкания сопровождается значительными электродинамическими усилиями между проводниками.
3. Короткие замыкания сопровождаются понижением уровня напряжения в электрической сети, особенно вблизи места повреждения.
4. Короткое замыкание сопровождается переходным процессом, при котором значение токов и напряжений, а также характер изменения их во времени, зависит от соотношения мощностей и сопротивлений источника питания и цепи, в которой произошло повреждение.
Расчет токов короткого замыкания производят для выбора и проверки параметров оборудования, а также проверки уставок релейной защиты.
Последовательность расчета токов при трехфазном коротком замыкании:
1. Для рассматриваемой энергосистемы составляется расчетная схема.
2. По расчетной схеме составляется электрическая схема замещения.
3. Путём постепенного преобразования приводим схему замещения к наиболее простому виду, так чтобы каждый источник питания или группа источников характеризующаяся определенным значением результирующей электродвижущей силы связаны с точкой короткого замыкания одним результирующим сопротивлением.
4. Зная результирующую электродвижущую силу источника по закону Ома определяем начальное значение периодической составляющей тока короткого замыкания, ударный ток и апериодическую составляющую тока короткого замыкания для заданного момента времени.
Таблица. Расчетные выражения для определения приведенных значений сопротивлений
Элемент электрооборудования | Исходный параметр | Именованые единицы | Относительные единицы |
Генератор | X"d*ном Sном | ||
X"d*% Sном | |||
Энергосистема | Sк | X=U2б/ Sк | X*=Sб/ Sк |
Iном, отк | |||
X*c(ном) Sном | |||
Трансформатор | Xт% Sном | ||
Реактор | Xр | ||
Линии электропередачи | xуд l |
Примечание, Sном— номинальные мощности элементов (генератора, трансформатора, энергосистемы), МВ-А; Sб — базовая мощность, МВ-А; Sкз —мощность КЗ энергосистемы, МВ-А; Iном,отк — номинальный ток отключения выключателя, кА; x*с(ном) - относительное номинальное сопротивление энергосистемы; хт — относительное сопротивление трансформатора, определяемое через ик — напряжение КЗ трансформатора (см. табл. П.2); Iб - базовый ток, кА; Uср — среднее напряжение в месте установки данного элемента,кВ; xуд - индуктивное сопротивление линии на 1 км длины,Ом/км; l—длина линии, км.
После того как схема замещения составлена и определены сопротивления всех элементов, она преобразуется к наиболее простому виду . Преобразование (свертывание) схемы выполняется в направлении от источника питания к месту КЗ. При этом используются известные правила последовательного и параллельного сложения сопротивлений, преобразования звезды сопротивлений в треугольник и обратно, многоугольника в многолучевую звезду и т. п.
Определим начальное значение периодической составляющей тока короткого замыкания:
, (26)
где - сверхпереходное Э.Д.С. источника, принимаем 1.13 [Л.Д. Рожкова, табл.3.2];
– общее сопротивление сети.
Определим ударный ток:
, (27)
где - ударный коэффициент. Принимаем равным из таблицы [Л.Д. Рожкова, табл. 3.6].
Определим значение периодической составляющей в момент времени :
, (28)
где - свободное время отключение выключателя [Б.Н. Неклепаев, табл. 5.2]
, (29)
где - коэффициент периодической составляющей. Принимается по диаграммам [Л.Д. Рожкова,табл. 3.4].
Определим отношение периодической составляющей к номинальному току источника питания:
, (30)
где - номинальная мощность генератора, кВА.
Определяим апериодическую составляющую:
, (31)
где – расчетное время, c;
постоянная времени затухания периодической составляющей [Л.Д. Рожкова, табл. 3.8].
Все расчеты необходимо занести в таблицу 6.2.
Таблица 6.2 - Результаты расчетов токов короткого замыкания
Расчетные значения | Е |
Значение сверхпереходных Э.Д.С. - E´´* ,В | |
Значение периодической составляющей в начальный момент времени ,кА | |
Ударный коэффициент - | |
Значение ударного тока - ,кА | |
Номинальная мощность источника - | |
Номинальный ток источника питания - ,кА | |
Значение коэффициента - | |
Значение периодической составляющей в момент времени - ,кА | |
Значение апериодической составляющей в момент времени - ,кА |