Буквенные обозначения величин
ПРЕДИСЛОВИЕ
Руководящие указания предназначены для использования инженерами-энергетиками при выполнении ими расчетов токов короткого замыкания (КЗ) и проверке электрооборудования (проводников и электрических аппаратов) по режиму КЗ.
Руководящие указания включают в себя методы расчета токов симметричных и несимметричных КЗ в электроустановках напряжением свыше 1 кВ и до 1 кВ, методы проверки проводников и электрических аппаратов на электродинамическую и термическую стойкость и методы проверки электрических аппаратов на коммутационную способность.
Руководящие указания не предназначены для использования при расчетах токов КЗ для целей релейной защиты и автоматики в специфических условиях (наличие длинных линий электропередачи, продольной и поперечной компенсации, нелинейных элементов в цепи; двойные, повторные, видоизменяющиеся и сложные виды КЗ и т.п.).
Данные Руководящие указания существенно отличаются от ранее действовавших аналогичных нормативно-технических документов, таких как:
а) Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору по режиму короткого замыкания аппаратуры и проводников в электрических установках высокого напряжения (М.: ГЭИ, 1944. - 51 с.);
б) Руководящие указания по расчету коротких замыканий, выбору и проверке аппаратов и проводников по условиям короткого замыкания (1-я ред. М.: МЭИ, 1975. - 331 с.).
В настоящем, третьем издании Руководящих указаний, учтены пожелания пользователей: изменена структура документа, разработаны методы расчета токов КЗ с учетом специфических параметров современных электрических машин и их систем возбуждения, даны рекомендации по учету электрической дуги, нагрева и перемещения гибких проводников при КЗ, влияния комплексной нагрузки на токи КЗ.
Приводятся новые кривые изменения во времени токов КЗ генераторов различных серий с различными системами возбуждения. Включен материал о терминах и определениях в области коротких замыканий в электроустановках, о буквенных обозначениях величин, а также материал о применении ЭВМ при расчетах токов КЗ.
Все основные разделы Руководящих указаний иллюстрируются примерами решения характерных задач.
Руководящие указания разработаны авторским коллективом в следующем составе: д.т.н., проф. Неклепаев Б.Н. (руководитель работы), к.т.н., проф. Крючков И.П. (ответственный исполнитель), д.т.н., проф. Жуков В.В., д.т.н., проф. Кудрявцев Е.П. (пп. 7.4; 7.6.4), к.т.н., доц. Кузнецов Ю.П.
ВВЕДЕНИЕ
Общие положения
1.1.1. Для электроустановок характерны 4 режима: нормальный, аварийный, послеаварийный и ремонтный, причем аварийный режим является кратковременным режимом, а остальные - продолжительными режимами.
1.1.2. Электрооборудование выбирается по параметрам продолжительных режимов и проверяется по параметрам кратковременных режимов, определяющим из которых является режим короткого замыкания.
1.1.3. По режиму КЗ электрооборудование проверяется на электродинамическую и термическую стойкость, а коммутационные аппараты - также на коммутационную способность.
1.1.4. Учитывая дискретный характер изменения параметров электрооборудования, расчет токов КЗ для его проверки допускается производить приближенно, с принятием ряда допущений, при этом погрешность расчетов токов КЗ не должна превышать 5—10 %.
1.1.5. Руководящие указания согласованы с действующими Государственными стандартами в области коротких замыканий, а также с Правилами устройства электроустановок:
- ГОСТ 26522-85. Короткие замыкания в электроустановках. Термины и определения. — М.: Изд-во стандартов, 1985. — 17 с.
- ГОСТ 27514-87. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением свыше 1 кВ. - М.: Изд-во стандартов, 1988.-40 с.
- ГОСТ Р 50270-92. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ. - М.: Изд-во стандартов, 1993.- 60 с.
- ГОСТ 29176-91. Короткие замыкания в электроустановках. Методика расчета в электроустановках постоянного тока. — М.: Изд-во стандартов, 1992. - 40 с.
- ГОСТ Р 50254-92. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета электродинамического и термического действия токов короткого замыкания. — М.: Изд-во стандартов, 1993. - 57 с.
- Правила устройства электроустановок. - 6-е изд. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 640 с.
Термины и определения
1.2.1. В Руководящих указаниях используются следующие термины и определения:
1.2.1.1. Замыкание - всякое случайное или преднамеренное, не предусмотренное нормальным режимом работы электрическое соединение различных точек электроустановок между собой или с землей.
1.2.1.2. Короткое замыкание — замыкание, при котором токи в ветвях электроустановки, примыкающих к месту его возникновения, резко возрастают, превышая наибольший допустимый ток продолжительного режима.
1.2.1.3. Короткое замыкание на землю — короткое замыкание в электроустановке, обусловленное соединением с землей какого-либо ее элемента.
1.2.1.4. Однофазное короткое замыкание — короткое замыкание на землю в трехфазной электроэнергетической системе с глухо- или эффективно заземленными нейтралями силовых элементов, при котором с землей соединяется только одна фаза.
1.2.1.5. Двухфазное короткое замыкание — короткое замыкание между двумя фазами в трехфазной электроэнергетической системе.
1.2.1.6. Двухфазное короткое замыкание на землю — короткое замыкание на землю в трехфазной электроэнергетической системе с глухо- или эффективно заземленными нейтралями силовых элементов, при котором с землей соединяются две фазы.
1.2.1.7. Двойное короткое замыкание на землю — совокупность двух однофазных коротких замыканий на землю в различных, но электрически связанных частях электроустановки.
1.2.1.8. Трехфазное короткое замыкание - короткое замыкание между тремя фазами в трехфазной электроэнергетической системе.
1.2.1.9. Трехфазное короткое замыкание на землю — короткое замыкание на землю в трехфазной электроэнергетической системе с глухо- или эффективно заземленными нейтралями силовых элементов, при котором с землей соединяются три фазы.
1.2.1.10. Повторное короткое замыкание — короткое замыкание в электроустановке при автоматическом повторном включении коммутационного электрического аппарата поврежденной цепи.
1.2.1.11. Изменяющееся короткое замыкание — короткое замыкание в электроустановке с переходом одного вида короткого замыкания в другой.
1.2.1.12. Устойчивое короткое замыкание — короткое замыкание в электроустановке, условия возникновения которого сохраняются во время бестоковой паузы коммутационного электрического аппарата.
1.2.1.13. Неустойчивое короткое замыкание — короткое замыкание в электроустановке, условия возникновения которого самоликвидируются во время бестоковой паузы коммутационного электрического аппарата.
1.2.1.14. Симметричное короткое замыкание — короткое замыкание в электроустановке, при котором все ее фазы находятся в одинаковых условиях.
1.2.1.15. Несимметричное короткое замыкание — короткое замыкание в электроустановке, при котором одна из ее фаз находится в условиях, отличных от условий других фаз.
1.2.1.16. Удаленное короткое замыкание — короткое замыкание в электроустановке, при котором амплитуды периодической составляющей тока данного источника энергии в начальный и произвольный моменты времени практически одинаковы.
1.2.1.17. Близкое короткое замыкание — короткое замыкание в электроустановке, при котором амплитуды периодической составляющей тока данного источника энергии в начальный и произвольный моменты времени существенно отличаются.
1.2.1.18. Режим короткого замыкания — режим работы электроустановки при наличии в ней короткого замыкания.
1.2.1.19. Предшествующий режим — режим работы электроустановки непосредственно перед моментом возникновения короткого замыкания.
1.2.1.20. Установившийся режим короткого замыкания — режим короткого замыкания электроустановки, наступающий после затухания во всех цепях свободных токов и прекращения изменения напряжения возбудителей синхронных машин под действием автоматических регуляторов возбуждения.
1.2.1.21. Переходный процесс в электроустановке — процесс перехода от одного установившегося режима электроустановки к другому.
1.2.1.22. Электромагнитный переходный процесс в электроустановке — переходный процесс, характеризуемый изменением значений только электромагнитных величин электроустановки.
1.2.1.23. Электромеханический переходный процесс в электроустановке — переходный процесс, характеризуемый одновременным изменением значений электромагнитных и механических величин, определяющих состояние электроустановки.
1.2.1.24. Свободная составляющая тока короткого замыкания — составляющая тока короткого замыкания, определяемая только начальными условиями короткого замыкания, структурой электрической сети и параметрами ее элементов.
1.2.1.25. Принужденная составляющая тока короткого замыкания — составляющая тока короткого замыкания, равная разности между током короткого замыкания и его свободной составляющей.
1.2.1.26. Апериодическая составляющая тока короткого замыкания — свободная составляющая тока короткого замыкания, изменяющаяся во времени без перемены знака.
1.2.1.27. Периодическая составляющая тока короткого замыкания рабочей частоты — составляющая тока короткого замыкания, изменяющаяся по периодическому закону с рабочей частотой.
1.2.1.28. Мгновенное значение тока короткого замыкания — значение тока короткого замыкания в рассматриваемый момент времени.
1.2.1.29. Действующее значение тока короткого замыкания — среднее квадратическое значение тока короткого замыкания за период рабочей частоты, середина которого есть рассматриваемый момент времени.
1.2.1.30. Действующее значение периодической составляющей тока короткого замыкания — среднее квадратическое значение периодической составляющей тока короткого замыкания за период рабочей частоты, середина которого есть рассматриваемый момент времени.
1.2.1.31. Начальное действующее значение периодической составляющей тока короткого замыкания — условная величина, равная двойной амплитуде периодической составляющей тока короткого замыкания в начальный момент времени, уменьшенной в раз.
1.2.1.32. Начальное значение апериодической составляющей тока короткого замыкания — значение апериодической составляющей тока короткого замыкания в начальный момент времени.
1.2.1.33. Установившийся ток короткого замыкания — значение тока короткого замыкания после окончания переходного процесса, характеризуемого затуханием всех свободных составляющих этого тока и прекращением изменения тока от воздействия устройств автоматического регулирования возбуждения источников энергии.
1.2.1.34. Ударный ток короткого замыкания — наибольшее возможное мгновенное значение тока короткого замыкания.
1.2.1.35. Ударный коэффициент тока короткого замыкания — отношение ударного тока короткого замыкания к амплитуде периодической составляющей тока короткого замыкания рабочей частоты в начальный момент времени.
1.2.1.36. Отключаемый ток короткого замыкания — ток короткого замыкания электрической цепи в момент начала расхождения дугогасительных контактов ее коммутационного электрического аппарата.
1.2.1.37. Действующее значение периодической составляющей отключаемого тока короткого замыкания — условная величина, равная двойной амплитуде периодической составляющей тока короткого замыкания в момент начала расхождения дугогасительных контактов коммутационного электрического аппарата, уменьшенной в раз.
1.2.1.38. Апериодическая составляющая отключаемого тока короткого замыкания — значение апериодической составляющей тока короткого замыкания в момент начала расхождения дугогасительных контактов коммутационного электрического аппарата.
1.2.1.39. Амплитудное значение отключаемого тока короткого замыкания — условная величина, равная арифметической сумме действующего значения периодической составляющей отключаемого тока короткого замыкания, увеличенного в раз, и апериодической составляющей отключаемого тока короткого замыкания.
1.2.1.40. Симметричные составляющие несимметричной трехфазной системы токов короткого замыкания — три симметричные трехфазные системы токов короткого замыкания рабочей частоты прямой, обратной и нулевой последовательностей, на которые данная несимметричная трехфазная система токов короткого замыкания может быть разложена.
1.2.1.41. Ток короткого замыкания прямой последовательности — один из токов симметричной трехфазной системы токов короткого замыкания прямого следования фаз.
1.2.1.42. Ток короткого замыкания обратной последовательности — один из токов симметричной трехфазной системы токов короткого замыкания обратного следования фаз.
1.2.1.43. Ток короткого замыкания нулевой последовательности — один из токов симметричной неуравновешенной трехфазной системы токов короткого замыкания нулевого следования фаз.
1.2.1.44. Ожидаемый ток короткого замыкания — ток короткого замыкания, который был бы в электрической цепи электроустановки при отсутствии действия установленного в ней токоограничивающего коммутационного электрического аппарата.
1.2.1.45. Пропускаемый ток короткого замыкания — наибольшее мгновенное значение тока короткого замыкания в электрической цепи электроустановки с учетом действия токоограничивающего коммутационного электрического аппарата.
1.2.1.46. Сквозной ток короткого замыкания - ток, проходящий через включенный коммутационный электрический аппарат при внешнем коротком замыкании.
1.2.1.47. Содержание апериодической составляющей в отключаемом токе короткого замыкания — отношение апериодической составляющей отключаемого тока короткого замыкания в заданный момент времени к увеличенному в раз действующему значению периодической составляющей отключаемого тока короткого замыкания в тот же момент времени.
1.2.1.48. Гармонический состав тока короткого замыкания — совокупность синусоидальных токов различных частот, на которые может быть разложен ток короткого замыкания.
1.2.1.49. Фаза возникновения короткого замыкания в электроустановке — фаза напряжения электроустановки к моменту возникновения короткого замыкания, выраженная в электрических градусах.
1.2.1.50. Переходная составляющая тока короткого замыкания — периодическая составляющая тока короткого замыкания, равная сумме принужденной и свободной переходной составляющих тока короткого замыкания.
1.2.1.51. Сверхпереходная составляющая тока короткого замыкания — периодическая составляющая тока короткого замыкания, равная сумме переходной и свободной сверхпереходной составляющих тока короткого замыкания.
1.2.1.52. Мощность короткого замыкания — условная величина, равная увеличенному в раз произведению тока трехфазного короткого замыкания в начальный момент времени на номинальное напряжение соответствующей сети.
1.2.1.53. Продольная несимметрия в электроустановке — несимметрия трехфазной электроустановки, обусловленная последовательно включенным в ее цепь несимметричным трехфазным элементом.
1.2.1.54. Поперечная несимметрия в электроустановке — несимметрия трехфазной установки, обусловленная коротким замыканием одной или двух фаз на землю или двух фаз между собой.
1.2.1.55. Однократная несимметрия в электроустановке — продольная или поперечная несимметрия, возникшая в одной точке трехфазной электроустановки.
1.2.1.56. Сложная несимметрия в электроустановке — несимметрия трехфазной электроустановки, представляющая собой комбинацию из продольных и поперечных несимметрий.
1.2.1.57. Особая фаза электроустановки — фаза трехфазной электроустановки, которая при возникновении продольной или поперечной несимметрии оказывается в условиях, отличных от условий для двух других фаз.
1.2.1.58. Комплексная схема замещения — электрическая схема, в которой схемы замещения прямой, обратной и нулевой последовательностей (или других составляющих) объединены соответствующим образом с учетом соотношений между составляющими токов и напряжений в месте повреждения.
1.2.1.59. Граничные условия при несимметрии — характерные соотношения для токов и напряжений в месте повреждения при данном виде несимметрии в электроустановке.
1.2.1.60. Постоянная времени затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания — электромагнитная постоянная времени, характеризующая скорость затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания.
1.2.1.61. Расчетные условия короткого замыкания элемента электроустановки наиболее тяжелые, но достаточно вероятные условия, в которых может оказаться рассматриваемый элемент электроустановки при коротких замыканиях.
1.2.1.62. Расчетная схема электроустановки — электрическая схема электроустановки, при которой имеют место расчетные условия короткого замыкания для рассматриваемого ее элемента.
1.2.1.63. Расчетный вид короткого замыкания — вид короткого замыкания, при котором имеют место расчетные условия короткого замыкания для рассматриваемого элемента электроустановки.
1.2.1.64. Расчетная точка короткого замыкания — точка электроустановки, при коротком замыкании в которой для рассматриваемого элемента электроустановки имеют место расчетные условия короткого замыкания.
1.2.1.65. Расчетная продолжительность короткого замыкания — продолжительность короткого замыкания, являющаяся расчетной для рассматриваемого элемента электроустановки при определении воздействия на него токов короткого замыкания.
1.2.1.66. Вероятностные характеристики короткого замыкания — совокупность характеристик, описывающих вероятностный характер различных параметров и условий короткого замыкания.
1.2.1.67. Термическое действие тока короткого замыкания — тепловое действие тока короткого замыкания, вызывающее изменение температуры элементов электроустановки.
1.2.1.68. Электродинамическое действие тока короткого замыкания — механическое действие электродинамических сил, обусловленных током короткого замыкания, на элементы электроустановки.
1.2.1.69. Интеграл Джоуля — условная величина, характеризующая тепловое действие тока короткого замыкания на рассматриваемый элемент электроустановки, численно равная интегралу от квадрата тока короткого замыкания по времени в пределах от начального момента короткого замыкания до момента его отключения.
1.2.1.70. Стойкость элемента электроустановки к току короткого замыкания — способность элемента электроустановки выдерживать термическое и электродинамическое действия тока короткого замыкания без повреждений, препятствующих его дальнейшей исправной работе.
1.2.1.71. Ток термической стойкости электрического аппарата при коротком замыкании — нормированный ток, термическое действие которого электрический аппарат способен выдержать при коротком замыкании в течение нормированного времени термической стойкости.
1.2.1.72. Ток электродинамической стойкости электрического аппарата при коротком замыкании — нормированный ток, электродинамическое действие которого электрический аппарат способен выдержать при коротком замыкании без повреждений, препятствующих его дальнейшей исправной работе.
Буквенные обозначения величин
I | — | ток, действующее значение; | |
i | — | ток, мгновенное значение; | |
— | ток комплексный, действующее значение; | ||
Im | — | ток, амплитудное значение; | |
Iном | — | номинальный ток; | |
iуд | — | ударный ток КЗ; | |
iдин | — | ток электродинамической стойкости; | |
Iвкл, iвкл | — | ток включения, действующее и мгновенное значения; | |
Iскв, iскв | — | сквозной ток, действующее и мгновенное значения; | |
Iпр.скв, iпр.скв | — | предельный сквозной ток, действующее и мгновенное значения; | |
Iоткл, iоткл | — | отключаемый ток, действующее и мгновенное значения; | |
Iоткл.ном, iоткл.ном | — | номинальный ток отключения электрического аппарата; | |
It, it | — | ток в момент t; | |
It, it | — | ток в момент t, | |
Iтер | — | ток термической стойкости; | |
I¥ | — | ток установившегося режима; | |
Iк | — | ток КЗ, общее обозначение | |
Iп; iп | — | периодическая составляющая тока КЗ; | |
Iа; iа | — | апериодическая составляющая тока КЗ (Iа = iа); | |
Iп0 | — | начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ (t = 0); | |
ia0 | — | начальное значение апериодической составляющей тока КЗ (t = 0); | |
Iпt, iаt | — | периодическая и апериодическая составляющие тока КЗ в момент t = t; | |
IA, IВ, IС | — | токи соответственно фаз А, В, С; | |
IN | — | ток в нейтральном проводе; | |
I1, I2, I0 | — | ток соответственно прямой, обратной и нулевой последовательностей; | |
Iож, iож | — | ток, ожидаемый в цепи с токоограничивающим аппаратом; | |
IS | — | ток суммарный; | |
Iпрод.доп | — | ток продолжительного режима, допустимый; | |
Iнорм.расч | — | ток нормального режима, расчетный; | |
Iпрод.расч | — | ток продолжительного режима, расчетный; | |
Id, Iq | — | токи соответственно по осям d и q; | |
I' | — | переходный ток; | |
I" | — | сверхпереходный ток; | |
iпл | — | ток плавления вставки предохранителя; | |
U, и | — | напряжение, действующее и мгновенное значения; | |
Uраб.нб | — | наибольшее рабочее напряжение; | |
Uном | — | номинальное напряжение; | |
U1, U2, U0 | — | напряжения соответственно прямой, обратной и нулевой последовательностей; | |
DU | — | потеря напряжения; | |
j | — | угол сдвига фаз между напряжением и током; | |
cos j | — | коэффициент мощности; | |
E, e | — | электродвижущая сила, действующее и мгновенное значения; | |
Р | — | мощность активная; | |
Q | — | мощность реактивная; | |
S | — | мощность полная, модуль; | |
— | мощность полная, комплексная; | ||
f | — | частота колебаний электрической величины; | |
w | — | частота колебаний электрической величины, угловая; | |
R, r | — | сопротивление активное; | |
Х, х | — | сопротивление реактивное; | |
Z | — | сопротивление полное, модуль; | |
— | сопротивление полное, комплексное; | ||
XL | — | сопротивление реактивное, индуктивное; | |
XC | — | сопротивление реактивное, емкостное; | |
Zв | — | сопротивление волновое; | |
ив | — | восстанавливающееся напряжение на контактах коммутационного аппарата; | |
nв | — | скорость восстановления напряжения; | |
Uвз, uвз | — | возвращающееся напряжение на контактах коммутационного аппарата; | |
Z1, Z2, Z0 | — | сопротивления соответственно прямой, обратной и нулевой последовательностей; | |
Y | — | проводимость электрическая, модуль; | |
— | проводимость электрическая, комплексная; | ||
g | — | проводимость активная; | |
b | — | проводимость реактивная; | |
L | — | индуктивность собственная; | |
M | — | индуктивность взаимная; | |
Kсв | — | коэффициент связи; | |
s | — | коэффициент рассеяния; | |
r | — | удельное сопротивление; | |
g | — | удельная проводимость; | |
a | — | температурный коэффициент сопротивления; | |
b | — | температурный коэффициент теплоемкости; | |
Wэ | — | энергия электрическая; | |
Wэм | — | энергия электромагнитная; | |
Н | — | напряженность магнитного поля, модуль; | |
— | напряженность магнитного поля, вектор; | ||
Е | — | напряженность электрического поля, модуль; | |
— | напряженность электрического поля, вектор; | ||
e | — | проницаемость диэлектрическая абсолютная; | |
er | — | проницаемость диэлектрическая относительная; | |
e0 | — | постоянная электрическая; | |
m | — | проницаемость магнитная абсолютная; | |
mr | — | проницаемость магнитная относительная; | |
m0 | — | постоянная магнитная; | |
J | — | температура в шкале Цельсия; | |
T | — | температура в шкале Кельвина; | |
q | — | превышение температуры; | |
T | — | постоянная времени электрической цепи; | |
T | — | период колебаний электрической величины; | |
Ta | — | постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ; | |
Kуд | — | ударный коэффициент; | |
bнорм | — | нормированное процентное содержание апериодической составляющей в отключаемом токе; | |
n | — | коэффициент трансформации; | |
n | — | отношение числа витков; | |
N | — | число витков обмотки; | |
С | — | емкость; | |
с | — | удельная теплоемкость; | |
l | — | плотность материала; | |
s | — | скольжение; | |
sкр | — | скольжение критическое; | |
S | — | сечение проводника; | |
М | — | момент вращающихся масс; | |
Tj | — | постоянная инерции (механическая постоянная); | |
F | — | поверхность; | |
— | сила, вектор; | ||
F | — | сила, модуль; | |
q | — | удельная теплоотдача; | |
Ф | — | тепловой поток; | |
Е | — | модуль упругости; | |
J | — | момент инерции; | |
W | — | момент сопротивления поперечного сечения проводника; | |
т | — | масса; | |
s | — | напряжение в материале; | |
sпч | — | предел прочности; | |
sпц | — | предел пропорциональности; | |
sт | — | предел текучести; | |
Kф | — | коэффициент формы; | |
Kд | — | коэффициент добавочных потерь; | |
Kд | — | коэффициент динамической нагрузки; | |
Kп | — | коэффициент поверхностного эффекта; | |
Kпг | — | коэффициент перегрузки; | |
Вк | — | интеграл Джоуля при КЗ; | |
Втер | — | нормированный интеграл Джоуля электрического аппарата для условий КЗ; | |
tтер | — | время термической стойкости электрического аппарата; | |
tоткл | — | время отключения КЗ, расчетная продолжительность КЗ; | |
tс.в.откл | — | собственное время отключения выключателя; | |
tв.откл | — | полное время отключения выключателя; | |
tр.з min | — | минимальное расчетное время срабатывания релейной защиты; | |
t | — | момент начала расхождения дугогасительных контактов коммутационного аппарата; | |
h | — | коэффициент динамической нагрузки; | |
с | — | коэффициент расчетного эквивалентного напряжения сети; | |
а | — | расстояние между фазами; | |
d | — | логарифмический декремент затухания; | |
tбт | — | бестоковая пауза в цикле АПВ. |