Файл: Условные обозначения и основные термины. Виды схем электроснабжения по назначению Электроустановка.docx

В руководящих указаниях по расчету токов КЗ приводятся следующие определения апериодической и периодической составляющих.

Апериодическая составляющая тока КЗ — свободная составляющая тока КЗ, изменяющаяся во времени без перемены знака.

Периодическая составляющая тока КЗ— принужденная составляющая тока КЗ, изменяющаяся по периодическому закону с рабочей частотой.

Периодическая составляющая тока КЗ. По характеру изменения периодической составляющей тока все КЗ делят на удаленные и близкие.

Если ток КЗ не влияет или мало влияет на режим работы источника энергии (генераторов источника), то ЭДС генераторов в процессе КЗ практически не изменяется, при этом амплитудное значение I_пm периодической составляющей тока в процессе КЗ также не изменяется (рисунок 6.5, а). Такое КЗ называют удаленным. Таким образом, при удаленном КЗ амплитуды периодической составляющей тока в источнике энергии и в месте КЗ в начальный и произвольный моменты времени практически одинаковы.

Форма периодической составляющей тока при удаленном КЗ приведена на рисунке 6.5, а.



Рисунок 6.5, а – Периодическая составляющая тока при удаленном КЗ

Если амплитуда ЭДС источника изменяется в процессе КЗ, то такое КЗ называют близким. При близком КЗ амплитуды периодической составляющей тока данного источника энергии и в месте КЗ в начальный и произвольный моменты времени существенно отличаются. Форма периодической составляющей тока при удаленном КЗ приведена на рисунке 6.5, б



Рисунок 6.5, б – Периодическая составляющая тока при близком КЗ

Апериодическая составляющая тока i_аносит экспоненциальный характер и затухает, примерно, через три постоянных времени Т_а (рисунок 6.5, в). Экспоненциальное уравнение для апериодической составляющей в функции времени имеет вид:

---

i_а=i_a0∙e^-t/Ta , (6.4)

где i_a0 - начальное значение апериодической составляющей;

t –текущее время;

Т_а - постоянная времени контура протекания тока КЗ:

,

где L_Э- эквивалентная индуктивность контура КЗ.



Рисунок 6.5, в – Апериодическая составляющая тока КЗ

Начальное значение апериодической составляющей i₀ может быть, как отрицательным, так и положительным и может принимать значения в интервале от - I_пм до +I_пм, в том числе и нулевое значение.
Таким образом, при φ_нач =0 (фаза напряжения источника в момент КЗ) и φ_КЗ =- 90⁰, что будет при X_Э>> R_Э) начальное значение апериодической составляющей тока КЗ будет равно амплитудному значению периодической составляющей.

Режим от момента КЗ до затухания апериодической составляющей называется переходный режимкороткого замыкания.

Режим после затухания апериодической составляющей называется установившийся режимкороткого замыкания.

Длительность переходного режима определяется временем затухания апериодической составляющей и равно примерно трем постоянным времени



где Т_а – постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ.

Постоянная времени может быть найдена по уравнению

(6.9)

В сетях 6, 10, 35 кВ среднее значение постоянной времени T_a=0,05 с. При этом длительность переходного процесса будет t_пер=0,15 с.

Действующее значение тока в установившемся режиме называется установившимся током КЗ. Обозначается I_∞ (ток с индексом «бесконечность»). (По РУ «Установившийся ток КЗ — значение тока КЗ после окончания переходного процесса (Режим после затухания апериодической составляющей)»)

Действующее значение периодической составляющей тока за первый полупериод КЗ называется

---

начальным действующим значением периодической составляющей тока КЗ (Обозначается I_П0.). При удаленном КЗ амплитуда тока КЗ в процессе КЗ не изменяется и выполняется равенство:

I_П.О= I_∞.

Общее обозначение действующего значения тока КЗ I_К. При удаленном КЗ выполняется равенство:

I_П.О= I_∞=I_К.

В некоторый момент времени после КЗ мгновенное значение тока достигает наибольшей величины i_наиб. Она зависит от начальной фазы напряжения в момент замыкания, i_наиб. =f(φ_нач) и может изменяться в широких пределах. Наибольшее возможное мгновенное значение тока короткого замыкания называется ударным током КЗ. Оно будет иметь место при следующих условиях:

1. 
   Активные сопротивления в схеме замещения малы по сравнению с индуктивными и их можно приять равными нулю (R=0), то есть в схеме замещения на рисунках 6.4, а и 6.4, б будут только индуктивные сопротивления. Следовательно, угол сдвига фаз между током и напряжением при КЗ будет равен φ_кз= 90.
   
2. 
   Начальная фаза напряжения источника в момент КЗ φ_нач= 0. То есть КЗ происходит в момент перехода мгновенного значения напряжения через нуль.
   
3. 
   Ток нагрузки до КЗ отсутствовал (I_Н=0) или во много раз меньше тока КЗ.
   

При этих условиях в соответствии с (6.8) начальное значение апериодической составляющей равно амплитудному значению периодической составляющей тока КЗ: i_a0 = I_m (рисунок 6.7).



Рисунок 6.7 – Пояснение к ударному току КЗ (повтор графиков на рисунке 6.6, в)

Если угол схемы замещения сети φ= 90˚, то, синусоида тока после КЗ начинается с отрицательного максимума. Тогда при нулевой начальной фазе максимум мгновенного значения тока наступает через полпериода, который при частоте 50Гц равен 0,01 с. Это самый неблагоприятный случай, при этом мгновенное значение тока КЗ достигнет наибольшего возможного значения. Именно это мгновенное значение тока называют ударным током и обозначают i_У.
37 Основные допущения при практических методах расчета токов КЗ

На величину тока КЗ влияют многочисленные факторы:

- величина ЭДС генераторов энергосистемы;

- схема сети;

- углы сдвига ЭДС разных генераторов по фазе;

---

- несимметрия ЭДС (напряжений) источников;

- несимметрия элементов трехфазной сети, т.е. неравенство сопротивлений фаз А, В и С линий и трансформаторов;

- наличие нелинейных элементов в сети;

- комплексность сопротивлений элементов сети;

- наличие у линий электропередачи поперечных проводимостей, которые могут быть активными и емкостными.

Поэтому расчет токов КЗ с учетом всех влияющих факторов очень сложный и для инженерных расчетов неприемлем. В практических, инженерных расчетах для упрощения расчетов принимают ряд упрощающих допущений.

Учитывая рекомендации НТД, рассмотрим основные допущения, принимаемые при расчете токов КЗ.

1. Полагают, что все генераторы имеют одинаковую частоту, равную f=50 Гц, а ЭДС их совпадают по фазе (что справедливо применительно только к распределительным сетям напряжением 6, 10, 35 и 110 кВ). Это допущение не используется для сетей с напряжением выше 110 кВ.

2 При определении наибольших токов при удаленных КЗ значения ЭДС генераторов не используются. Вместо ЭДС генераторов используют эквивалентное напряжение на выходе эквивалентного источника. При этом расчетное напряжение источника на каждой ступени принимается на 5% выше номинального напряжения сети.

3 Предполагают, что трехфазная система симметричная, то есть трехфазная система напряжений симметрична и сама трехфазная сеть симметрична.

То есть полагают, что ВЛ и трансформаторы симметричны, это дает некоторую погрешность при расчете токов КЗ. Принятие сети симметричной позволяет при трехфазных КЗ выполнять расчеты только для одной фазы без использования метода симметричных составляющих.

4. Не учитывается насыщение магнитных систем электрических машин. Это значит, что все элементы сети рассматриваются как линейные (в первую очередь трансформаторы).

Линейными называют элементы, ток через которые прямо пропорционален приложенному напряжению. При этом зависимость тока от приложенного напряжения в координатах «ток-напряжение» линейная.



Если все элементы сети линейные, то, во-первых, для определения токов КЗ можно применять методы расчета линейных цепей, которые гораздо проще, чем методы расчета нелинейных цепей. И во-вторых, в сети не возникают высшие гармоники и расчет токов КЗ можно выполнять только для токов частотой 50 Гц.

---

Учет нелинейности усложняет расчеты, так как при этом необходимо учитывать изменение сопротивления трансформатора от приложенного напряжения. В то же время влияние нелинейности элементов сети невелико, так как амплитуды токов высших гармоник не превышают нескольких процентов от номинальных токов нелинейных элементов, что существенно меньше токов КЗ основной частоты.

5. Если результирующее активное сопротивление контура тока КЗ меньше 30% от результирующего реактивного сопротивления

R_РЕЗ.<0,3X_РЕЗ.,

то активное сопротивление не учитывается. Погрешность при этом не превышает 4-5% (погрешность в сторону завышения тока КЗ, что дает возможность получить запас для значений токов КЗ).

6. Не учитываются поперечные активные и реактивные проводимости воздушных и кабельных линий электропередачи. Поперечные проводимости линий малы и токи через них составляют единицы ампер, что на несколько порядков меньше величины токов КЗ.

7. Не учитываются токи намагничивания трансформаторов. Токи холостого хода трансформаторов составляют порядка 1% от номинального тока, что также, как и токи через поперечные проводимости линий, на несколько порядков меньше токов КЗ.

(Студент и инженер должны понимать каждое допущение, и какая при этом вносится погрешность)

Возможные задачи, для решения которых выполняется расчет токов КЗ.

Расчет токов КЗ проводят для решения следующих задач.

1. 
   Для выбора электрических аппаратов по коммутационной способности.
   
2. 
   Для выбора и проверки электрических аппаратов и проводников на термическую и динамическую стойкость.
   
3. 
   Для принятия решения о необходимости снижения токов КЗ и выбора средств снижения токов КЗ.
   
4. 
   Для выбора уставок срабатывания релейной защиты.
   
5. 
   Для проверки чувствительности релейной защиты.
   

Расчетные условия КЗ.

Для решения каждой из этих задач выбирают расчетные условия. Расчетные условия включают в себя расчетную схему и расчетную точку КЗ.

Расчетные условия КЗ – это наиболее тяжелые, но достаточно вероятные условия, в которых может оказаться рассматриваемый элемент электроустановки при КЗ.

Расчетная схема – это электрическая схема сети, при которой имеют место расчетные условия КЗ для рассматриваемого элемента.

---