Теоретическая материал

Короткими замыканиями (КЗ) называют замыкания между фазами, замыканиями фаз на землю в сетях с глухо- и эффективно-заземленными нейтралями, а также витковые замыкания в электрических машинах.

Короткие замыкания возникают при нарушении изоляции электрических цепей. Причины таких нарушений различны: старение и вследствие этого пробой изоляции, набросы на провода линий электропередачи, обрывы проводов с падением на землю, механические повреждения изоляции кабельных линий при земляных работах, удары молнии в линии электропередачи и др.

Чаще всего КЗ происходят через переходное сопротивление, например через сопротивление электрической дуги, возникающей в месте повреждения изоляции. Иногда возникают металлические КЗ без переходного сопротивления. Для упрощения анализа в большинстве случаев при расчете токов КЗ рассматривают металлическое КЗ без учета переходных сопротивлений.

В трехфазных электроустановках возникают трех- и двухфазные КЗ. Кроме того, в трехфазных сетях с глухо- и эффективно-заземленными нейтралями дополнительно могут возникать также одно- и двухфазные КЗ на землю.

При трехфазном КЗ все фазы электрической сети оказываются в одинаковых условиях, поэтому его называют симметричным. При других видах КЗ фазы сети находятся в разных условиях, в связи с чем векторные диаграммы токов и напряжений искажены. Такие КЗ называют несимметричными.

Короткие замыкания, как правило, сопровождаются увеличением токов в поврежденных фазах до значений, превосходящих в несколько раз номинальные значения и понижением уровня напряжения в электрической сети, особенно вблизи места повреждения.

Протекание токов КЗ приводит к увеличению потерь электроэнергии в проводниках и контактах, что вызывает их повышенный нагрев. Нагрев может ускорить старение и разрушение изоляции, вызвать сваривание и выгорание контактов, потерю механической прочности шин и проводов и т.п.

Проводники и аппараты должны без повреждений переносить в течение заданного расчетного времени нагрев токами КЗ, т.е. должны быть

термически стойкими.

Протекание токов КЗ сопровождается также значительными электродинамическими усилиями между проводниками. Если не принять

должных мер, под действием этих усилий токоведущие части и их изоляция могут быть разрушены. Токоведущие части, аппараты и электрические машины должны быть сконструированы так, чтобы выдерживать без повреждений усилия, возникающие при КЗ, т.е. должны обладать электродинамической стойкостью.

Расчеты токов КЗ производятся для выбора или проверки параметров электрооборудования, а также для выбора или проверки уставок релейной защиты и автоматики.

Расчет токов КЗ с учетом действительных характеристик и действительного режима работы всех элементов энергосистемы, состоящей из многих электрических станций и подстанций, весьма сложен. Поэтому при решении большинства задач вводятся допущения, упрощающие расчеты и не вносящие существенных погрешностей. К таким допущениям относят следующие:

- принимается, что фазы ЭДС всех генераторов не изменяются в течение всего процесса КЗ;

- не учитывается насыщение магнитных систем;

- пренебрегают намагничивающими токами силовых трансформаторов;

- считают, что трехфазная система является симметричной.

Однако активное сопротивление необходимо учитывать при определении постоянной времени затухания апериодической составляющей тока КЗ, Т_а.

Порядок выполнения работы:

-повторение теоретического материала; [2, с.95-116]

- определение варианта задания;

- изучение алгоритма решения задачи.

В результате выполнения практической работыстудент должен:

Знать:

- виды коротких замыканий;

- действие токов КЗ на электрооборудование:

- порядок расчета токов КЗ;

- основные формулы ТОЭ;

Уметь:

- использовать справочные материалы для определения k_у и Т_а;

- пользоваться диаграммами для определения и

- преобразовать расчетные схемы в схемы замещения и в точку КЗ.

Исходные данные: индивидуальное задание.

Вариант определяется по таблице 2.1

Таблица 2.1 Исходные данные для решения практической работы

№ варианта
№ схемы
Точки КЗ	1; 4	1; 2	1; 2	2; 3	1; 3	1; 2	2; 4	1; 4	1; 3	1; 3
параметры	расчетные данные
U1; кВ
U2; кВ
U3; кВ	15,75	-	-		-	-	15,75	-	-	15,75
U4; кВ	15,75	-	-		-	-	15,75	-	-	15,75
Т1;Т2 Sном, МВА Uк, %
		10,5		10,5			10,5
Т3;Т4 Sном, МВА Uк, %		-	-		-	-		-	-
10,5	-	-		-	-	10,5	-	-	10,5
Т5; Т6 Sном, МВА Uк, ВН, %   Uк, ВС, %   Uк, СН, %		-	-	3х167	-	-		-	-
	-	-		-	-		-	-
	-	-	9,5	-	-	10,5	-	-
	-	-		-	-		-	-
Рmax, МВт
Рmin, МВт
SС, МВА L, км количество линий, n Х*С
0,92	0,93	0,94	0,95	1,2	0,96	0,97	1,0	0,98	0,99

16

G1;G2,Рном, МВт Х11d
0,246	0,256	0,256	0,258	0,256	0,256	0,258	0,256	0,256	0,246
G3;G4, Рном, МВт Х11d			-			-			-
0,246	0,256	-	0,258	0,256	-	0,258	0,256	-	0,246
LRB; Хр, Ом	-	0,18	0,18	-	0,18	0,18	-	0,18	0,18	-

S_С; МВА

Х_*С

С L; км Р_min; МВА

n, линий Р_max; МВА

U1 к-1 к-2 U2

Т1 Т2 Т5 Т3 Т4

U4 U3

к-4 Т6 к-3

сн сн сн сн

G1 G2 G3 G4

Рисунок 2. 1- расчетная схема ГРЭС

Рисунок 2.2 – расчетная схема ТЭЦ

Рисунок 2.3 – расчетная схема ТЭЦ

Алгоритм решения

1 Определить параметры расчетной схемы

1.1 Для генераторов:

- номинальная мощность генератора, МВА [3, П.8.1]

- сверхпереходное сопротивление, отн. ед.

1.2 Для трансформаторов (автотрансформаторов):

- номинальная мощность трансформатора, МВА; [3, П.8.2]

- напряжение короткого замыкания.

1.3 Для реакторов:

- индуктивное сопротивление, Ом. [3, П.4.1]

1.4 Для линий: - удельное сопротивление линий, ^Ом/_км

^Ом/_км при кВ (один провод в фазе), ^Ом/_км при кВ (два провода в фазе), ^Ом/_км при кВ (три провода в фазе), ^Ом/_км при кВ (четыре провода в фазе).

2 Принять базисную параметры

2.1 Базисная мощность: МВА;

2.2 Определить среднее напряжение, согласно НТП по таблице 2.1

Таблица 2.1 Среднее напряжение

, кВ	0,38
, кВ	0,4	6,3	10,5

2.3 Определить базисный ток:

(2.1)

3 Составить полную схему замещения и определить ее параметры

3.1 Для системы:

, (2.2)

где S_с и Х_*с - мощность и сопротивление системы, соответственно.

3.2 Для линии:

, (2.3)

где - длина линии, км.

3.3 Для двухобмоточный трансформаторов:

(2.4)

3.4 Для автотрансформаторов и трехобмоточных трансформаторов:

; (2.5)

; (2.6)

(2.7)

3.5 Для трансформаторов с расщепленной обмоткой:

(2.8)

3.6 Для реактора:

(2.9)

3.7 Для генераторов:

(2.10)

4 Преобразовать схему от источников к точке короткого замыкания К-1, используя известные правила ТОЭ, приведенные в таблице 2.2.

Таблица 2.2 Основные правила преобразования схем

Производимое преобразование	Схема	Формулы сопротивлений элементов преобразованной схемы
До преобразования	После преобразования
Последовательное сопротивление	Х1 Х2 Х3	Х4	Х4 =Х1 +Х2+Х3
Параллельное соединение	Х1   Х2 Х3	Х4	; При двух ветвях При Х1 =Х2 =…=Ха
Преобразование треугольника в эквивалентную звезду	Х1,2 Х1,3 Х 2,3	Х1 Х2 Х3
Преобразование звезды в эквивалентный треугольник	Х1 Х2 Х3	Х1,2 Х1,3   Х2,3

5 Определить токи КЗ в точке К-1 в начальный момент времени КЗ

5.1 От энергосистемы:

- периодическая составляющая тока КЗ, кА,

; кА (2.11)

где - сверхпереходная ЭДС системы;

- сопротивление, полученное в результате преобразований, между системой и точкой КЗ (указать номер)

- апериодическая составляющая тока КЗ, кА;

; кА (2.12)

- ударный ток, кА,

; кА (2.13)

где - ударный коэффициент, таблица 2.3

Таблица 2.3 Значения постоянной времени затухания апериодической составляющей тока к.з. Т_а и ударного коэффициента

Элемент или часть энергосистемы	Та	Kуд.
Турбогенератор мощностью, МВт 12-60 100-1000	0,16 - 0,25 0,4 - 0,54	1,94 -1,955 1,975 – 1,98
Блок, состоящий из турбогенератора мощностью 60 МВт и трансформатора, при номинальном напряжении генератора, кВ 6,3	0,15 0,15	1,95 1,935
Блок, состоящий из турбогенератора и повышающего трансформатора, при мощности генератора, МВт 100-200	0,26 0,32 0,35 0,3	1,965 1,97 1,973 1,967
Система, связанная со сборными шинами, где рассматривается к.з., воздушными линиями напряжением, кВ 110-150 220-330 500-750	0,02 0,02 – 0,03 0,03 – 0,04 0,06 – 0,08	1,608 1,608 – 1,717 1,717 – 1,78 1,85 – 1,895
Система, связанная со сборными шинами, где рассматривается к.з., через трансформаторы единичной мощности, МВА 80 и выше 32-80 5,6-32	0,06 – 0,15 0,05 – 0,1 0,02 – 0,05	1,85 – 1,935 1,82 – 1,904 1,6 – 1,82
Ветви, защищенные реактором с номинальным током, А 1000 и выше 630 и ниже	0,23 0,1	1,956 1,904
Распределительные сети напряжением 6-10 кВ	0,01	1,369
Генератор типа: Т3В-63-2 Т3В-110-2 Т3В-160-2 Т3В-220-2 Т3В-320-2 Т3В-400-2 Т3В-540-2 Т3В-645-2 Т3В-800-2	0,39 0,41 0,408 0,307 0,388 0,34 0,33 0,33 0,33	1,975 1,976 1,976 1,968 1,974 1,972 1,971 1,97 1,97

5.2 От генераторов

, кА,

где , если мощность генераторов мВт и

, если мВт;

- сопротивление между генератором и точкой к.з.

, кА

, кА

6 Определить токи короткого замыкания в точке К-1 в момент отключения

6.1 Выбрать выключатель по напряжению ; [3,П.6.1]

6.2 Определить полное время отключения короткого замыкания

, с, (2.14)

где - время срабатывания релейной защиты, с;

- собственное время отключения выключателя, с.

6.3 Определить значения токов по ветвям:

От системы

- Определить периодическую составляющую тока к.з. в момент отключения

, кА, (2.15)

- Определить апериодическую составляющую тока к.з в момент отключения

, кА, (2.16)

где значение определяется по кривым

Рисунок 2.4 – кривые для определения затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания.

От генераторов

- Определить приведенный ток генераторов к той ступени напряжения, на которой рассматривается к.з.

, А (2.17)

где - суммарная мощность генераторов данной ветви;

- коэффициент мощности генераторов.

- Определить отклонение периодической составляющей тока к.з. к приведенному току генераторов:

(2.18)

Найти по кривым значение отношения

Рисунок 2.5 – кривые для определения затухания периодической составляющей тока короткого замыкания.

- Определить периодическую составляющую тока к.з. в момент отключения

, кА;

- Определить апериодическую составляющую тока к.з. в момент отключения

, кА.

7. Произвести расчет токов к.з. в точке К-2 аналогично расчету токов к.з. в точке К-1. Расчетные данные свести в таблицу 2.3

Таблица 2.4 Результаты расчета токов короткого замыкания
точки	токи, кА   источник
К-1	От системы От генераторов Суммарный
К-2	аналогично