Расчетные величины токов КЗ и их определение

При выполнении практических расчетов токов КЗ в СЭС принимают ряд допущений [8, 25].:

- принимается, что рассматриваемая трехфазная сеть является симметричной;

- не учитываются токи нагрузки, в том числе влияние мелких синхронных и асинхронных двигателей;

- не учитываются емкостные токи (емкостная проводимость) в воздушных и кабельных сетях;

- не учитываются токи намагничивания в трансформаторах;

- индуктивные сопротивления короткозамкнутой цепи принимаются постоянными (не учитывается насыщение магнитных систем трансформаторов).

В целом расчет токов короткого замыкания необходим для выбора и проверки оборудования по условиям короткого замыкания; для выбора уставок и оценки возможного действия релейной защиты и автоматики (РЗА); для определения влияния токов нулевой последовательности на линии связи; для выбора заземляющих устройств.

Для выбора и проверки оборудования допускается использовать упрощенные методы расчета, если их погрешность не превышает 5 – 10 %[25]. В этом случае определяются:

- начальное значение периодической составляющей тока кз и ее значения в произвольный момент времени вплоть до размыкания поврежденной цепи;

- начальное значение апериодической составляющей тока кз и значение этой составляющей в произвольный момент времени вплоть до расчетного времени размыкания поврежденной цепи;

- ударный ток КЗ.

Для выбора параметров настройки РЗА определяют максимальные и минимальные значения периодической и апериодической составляющих тока КЗ в начальный и произвольный моменты времени как в месте КЗ, так и в отдельных ветвях расчетной схемы.

Остановимся на определении некоторых величин, используемых при расчетах токов КЗ и выборе высоковольтных и низковольтных коммутационных аппаратов [24, 27]:

Ток в месте короткого замыкания -суммарный ток всех ветвей электроустановки, сходящихся в точке короткого замыкания.

Действующее значение тока короткого замыкания в электроустановке - среднее квадратическое значение тока короткого замыкания в электроустановке за период рабочей частоты, середина которого есть рассматриваемый момент времени.

Периодическая составляющая тока короткогозамыкания - составляющая тока короткого замыкания в электроустановке, изменяющаяся по периодическому закону с рабочей частотой.

Апериодическая составляющая тока короткого замыкания в электроустановке -свободная составляющая тока короткого замыкания в электроустановке, изменяющаяся во времени без перемены знака. Значение апериодической составляющей в любой момент времени t

I_at = , (2.1)

Где Т_а – постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ.

Т_а = Х_K/ωR_K (2.2)

и ω = 2πf - угловая частота, (2.3)

f – частота в сети, Гц.

Действующее значение периодической составляющей тока КЗ – среднее квадратическое значение тока КЗ за период рабочей частоты, середина которого есть рассматриваемый период времени,

(2.4)

где I – действующее значение тока КЗ, I_пm – амплитуда периодической составляющей тока КЗ за рассматриваемый период.

Начальное действующее значение периодической составляющей (упрощенно - начальное значение периодической составляющей) тока КЗ I_п0 - условная величина, равная двойной амплитуде периодической составляющей тока короткого замыкания рабочей частоты в электроустановке в начальный момент времени, уменьшенной в раз.

[1] (2.5)

Начальное значение периодической составляющей тока короткого замыкания может быть также определено по формуле

, кА (2.6)

где - амплитудное значение напряжения сети, кВ, определяемое по номинальному напряжению U_HC сети, кВ, в которой произошло КЗ:

Z_Kрез - результирующее (эквивалентное) сопротивление сети относительно точки КЗ, приведенное к напряжению сети, в которой произошло КЗ, Ом;

Z_Kрез = (2.7)

α – начальная фаза короткого замыкания;

φ_К – фаза тока в момент к.з. Для высоковольтных сетей напряжением выше 10 кВ φ_К ≈ 90^о. Для низковольтных сетей φ_К определяется соотношением активной и реактивной составляющей результирующего сопротивления сети в точке КЗ. Если принять указанное значение φ_К, то будем иметь максимальную величину апериодической составляющей при нулевой фазе включения на к.з.

Установившийся токКЗ I_K – значение тока КЗ после переходного процесса, характеризуемого затуханием всех свободных составляющих этого тока и прекращением изменения тока от воздействия устройств автоматического регулирования возбуждения источников питания сети. Действующее значение установившегося тока принято также обозначать I_∞. Эта величина рассчитывается для проверки на термическую стойкость шин, электрических аппаратов, кабелей и др.

Начальное значение апериодической составляющей тока КЗ – значение апериодической составляющей тока КЗ в начальный момент времени.

Ударный ток короткого замыкания i_y – наибольшее возможно мгновенное значение тока КЗ.

Отключаемый ток КЗ – ток КЗ в цепи в момент начала расхождения дугогасительных контактов ее коммутационного электрического аппарата.

Определение указанных параметров необходимо для правильного выбора и проверки токоведущих частей и коммутационных аппаратов СЭС на устойчивость к термическому и динамическому воздействиям токов КЗ, сохранение работоспособности системы после ликвидации КЗ, а также для выбора уставок срабатывания устройств релейной защиты и автоматики СЭС.