Расчет токов КЗ. Лекция 7

К основным причинам возникновения коротких замыканий следует
отнести:
• нарушение изоляции электрического оборудования, которые вызываются старением изоляционных материалов;
• недостаточно тщательный уход за оборудованием;
• механические повреждения изоляции (например, повреждение
кабеля при выполнении земляных работ);
• ошибочные действия обслуживающего персонала с высоко-
вольтными выключателями и разъединителями;
• перекрытие голых токоведущих частей животными и птицами.
КЗ бывают случайными и преднамеренными

Вопрос 1 Классификация коротких замыканий
Трехфазное короткое замыкание К – КЗ между тремя фазами в трехфазной ЭЭС

Двухфазное короткое замыкание К – КЗ между двумя фазами в трехфазной ЭЭС

Однофазное короткое замыкание К – КЗ на землю в трехфазной электроэнергетической системе с глухо- или эффективно заземленными нейтралями силовых элементов, при котором с землей соединяется только одна фаза

Двухфазное короткое замыкание на землю К(1,1) – КЗ на землю в трехфазной ЭЭС с глухо- или эффективно заземленными нейтралями силовых элементов, при котором с землей соединяются две фазы

В системах с изолированной нейтралью замыкание одной фазы на землю не является КЗ и называется замыканием на землю З(1) или простым замыканием.
В местах КЗ часто образуется электрическая дуга и переходное сопротивление, вызываемое загрязнением, наличием остатков изоляции, гари и пр.
Сопротивление электрической дуги и переходное сопротивление имеют нелинейный характер. Учет их влияния на ток КЗ представляет собой сложную задачу.

В случае, когда переходное сопротивление и сопротивлении дуги малы, ими пренебрегают. Такое замыкание называют металлическим. Расчет максимально возможных токов проводят для металлического КЗ.
В трехфазных системах все КЗ обычно делят на симметричные и несимметричные. При симметричном КЗ все фазы электроустановки находятся в одинаковых условиях, а при несимметричном КЗ одна из фаз находится в условиях, отличных от условий для двух других фаз (такую фазу называют особой).

В количественном отношении К3 в сетях, по усредненным данным, распределяются по видам следующим образом:
К(З) = 5 %;
К( 2 ) = 10 %;
К(1) = 65 %;
K(1,1) и K(1+1) = 20 % .
Однако статистические исследования, проведенные в последние годы, показали, что относительная частота различных видов К3 существенно зависит и от напряжения сети
Как следует из этих данных, преобладающее большинство коротких замыканий является однофазными.

Относительная частота возникновения различных видов К3

Короткое замыкание в симметричной цепи предприятий
Расчет токов КЗ в электрических сетях промышленных предприятий несколько отличается от расчетов КЗ для электрических сетей и систем, так как можно не учитывать
- турбо- и гидрогенераторы электростанций,
подпитку от нескольких источников питания,
работу разветвленных сложных кольцевых схем,
свойства дальних ЛЭП,
действительные коэффициенты трансформации.

Расчет токов КЗ в установках напряжением выше 1000 В
Расчет токов КЗ в установках напряжением выше 1000 В имеет ряд
особенностей по сравнению с расчетом токов КЗ в установках напряжением до 1000 В. Эти особенности заключаются в следующем:
активные сопротивления элементов системы электроснабжения при
определении тока КЗ не учитывают, если выполняется условие rΣ < (xΣ /3),
где rΣ и xΣ – суммарные активные и реактивные сопротивления элементов
системы электроснабжения до точки КЗ;
при определении токов КЗ учитывают подпитку от двигателей высокого напряжения; подпитку от синхронных двигателей учитывают как в удар-
ном, так и в отключаемом токе КЗ; подпитку от асинхронных двигателей –только в ударном токе КЗ.

Выбор расчётных точек КЗ
Выбор расчётных точек производится на основе анализа схемы
электроснабжения с целью нахождения наиболее неблагоприятных условий повреждений, определяющих выбор аппаратов и проводников.
Как правило, расчетными точками являются выводы высшего напряжения понижающих трансформаторов, участки между выводами низшего напряжения трансформаторов и реакторами, сборные шины распределительных устройств, выводы электроприёмников, выводы выключателей отходящих линий.

Какие КЗ рассчитываем
Для выбора аппаратов по отключающей способности, по электро-
динамической и электротермической стойкости к токам КЗ рассчитываются токи трехфазных КЗ в месте установки аппаратов.
На генераторном напряжении электрических станций – трёхфазное или двухфазное в зависимости от того, какое из них приводит к большему нагреву.
Для проверки коэффициентов чувствительности релейной защиты в сетях 10 (6) кВ – токи двухфазных КЗ в конце защищаемого участка сети.
Для выбора аппаратов по коммутационной способности – по большему из значений, полученных для случаев трёхфазного и однофазного КЗ на землю (в сетях с большими токами КЗ на землю).
Для проверки эффективности отключения однофазных КЗ в четырёхпроводных сетях до 1 кВ – токи однофазных КЗ в конце защищаемого участка.
Для одиночных кабелей – токи трёхфазных КЗ в начале кабеля, для пучка из двух и более кабелей, включённых в параллель, – токи трёхфазных КЗ за пучком.

Допущения при расчете токов КЗ в электроустановках предприятий
• электродвижущие силы источников питания считают неизменными;
• трехфазную систему считают симметричной;
• не учитывают насыщение магнитных систем, что позволяет считать все цепи линейными;
• пренебрегают емкостными проводимостями всех элементов короткозамкнутой цепи;
• не учитывают влияние недвигательной нагрузки на токи КЗ;
• не учитывают подпитку места КЗ со стороны электродвигателей напряжением до 1 кВ.

Последовательность расчёта токов трёхфазного КЗ при питании от системы неограниченной мощности :
https://m.studref.com/493393/tehnika/raschet_tokov_korotkogo_zamykaniya_napryazhenii_vyshe
1. По расчётной схеме составляется схема замещения.
Расчётная схема для определения токов КЗ представляет собой схему в однолинейном исполнении, в которую введены генераторы, компенсаторы, синхронные и асинхронные двигатели, оказывающие влияние на ток КЗ, а также элементы систем электроснабжения (линии, трансформаторы, реакторы и т. д.), связывающие источники электроэнергии с местом КЗ. На расчётной схеме показывают расчётные точки КЗ, выбор которых зависит от цели расчётов токов КЗ.
На схеме замещения все элементы цепи КЗ заменены индуктивными сопротивлениями (в сетях до 1000В – индуктивными и активными) и соединены в той последовательности, которая имеется на расчётной схеме, при этом трансформаторные связи заменяются электрическими.
Элементы систем электроснабжения, связывающие источники электроэнергии с местом КЗ, вводят в схему замещения сопротивлениями, а источники электроэнергии – сопротивлениями и ЭДС. Сопротивления и ЭДС схемы замещения должны быть приведены к одной ступени напряжения (основная ступень). В практических расчётах за основную ступень удобно принимать ступень, где определяются токи КЗ. На схеме замещения каждое сопротивление имеет цифровое обозначение в виде дроби: в числителе – порядковый номер сопротивления, а в знаменателе – расчётное значение его. Параметры элементов схемы замещения можно выражать в именованных или относительных единицах.
Обычно в сетях напряжением выше 1кВ применяют для расчёта токов КЗ относительные единицы, а в сетях до 1000В – именованные единицы.
При составлении схемы замещения в относительных единицах значения ЭДС и сопротивлений элементов схемы выражают в долях выбранных значений базовых величин (E∗ , X ∗ ).

Расчетная схема и схема замещения
На расчетной схеме показывают мощности трансформаторов, марки проводов и кабелей, их длину, что необходимо для определения их сопротивлений.
На схеме замещения указываются сопротивления всех элементов расчетной схемы. Намечаются точки расчета токов КЗ. Генераторы, трансформаторы мощностью больше 1600 кВ А, реакторы на схемах замещения представляются индуктивными сопротивлениями. Воздушные и кабельные линии, трансформаторы мощностью до 1600 кВ А представляются активными и индуктивными сопротивлениями

Барыбин стр 120

Барыбин стр 121

Активные сопротивления СЗ Барыбин

Активные сопротивления СЗ

Последовательность расчёта токов трёхфазного КЗ при питании от системы неограниченной мощности :
2. Принимаются базисные условия.
В качестве базовых величин принимаются базовая (базисная) мощность Sб и базовое (базисное) напряжение Uб.
За базисную мощность принимается суммарная мощность генераторов (если мощности генераторов известны), мощность короткого замыкания на входе СЭС или принимается Sб =100 МВА (Sб =1000 МВА) при неизвестной мощности генераторов.
Для основной ступени, для которой производится расчёт токов короткого замыкания принимается Uб = Uср . Среднее значение напряжения ступени электрической цепи Uср берётся на 5% выше номинального напряжения сети :
Uср = 0,23кВ; 0,4; 0,525; 0,69; 3.15кВ; 6,3кВ; 10,5кВ; 15,75кВ; 21кВ; 37кВ.
Тогда базисные (базовые) токи и сопротивления на основной ступени определяются по выражениям (МВ⋅А, кВ, кА, Ом):

Последовательность расчёта токов трёхфазного КЗ при питании от системы неограниченной мощности :
3. Определяются значения сопротивлений отдельных элементов цепи КЗ (по формулам и паспортным данным или по справочным данным) в именованных единицах или относительных единицах, приведённых к базисным условиям.
4. Определяется результирующие сопротивления цепи КЗ путём преобразования схемы замещения и приведения её к одному результирующему сопротивлению (X ∗ рез(цепи КЗ) или Z∗рез(цепи КЗ)).
5. Находится отношение сопротивлений источников питания ΣXрасч.ИП к полному результирующему сопротивлению цепи КЗ Zрез.(цепи КЗ); по значению отношения определяется вид системы (неограниченная или ограниченная) и алгоритм дальнейшего расчёта.
6. Определяется результирующие сопротивления цепи КЗ с учётом мощности системы (если базисная мощность не равна суммарной мощности генераторов системы электроснабжения).
7. Определяются необходимые значения токов КЗ.

Необходимость учета Синхронных генераторов возникает при подключении на генераторном напряжении РП к ТЭЦ. Для рпасчета должны быть известны: номинальное напряжение U ном, ЭДС E`` , постоянная времени затухания апериодической составляющей Та. Все кроме ЭДС – из паспорта. В случае отсутствия - справочник

Внимание КР
Если источником питания является энергосистема, заданная результирующим сопротивлением Хс, током кз Ik или мощностью Sk ,

Для проверки аппаратуры системы электроснабжения необходимо,
как правило, определяют следующие значения токов для режима КЗ:
- ток I ″ (или I по) − действующее значение периодического тока в начальный момент КЗ (сверхпереходный);
- токи I0,1 , I0,2 − действующее значение периодических токов
соответственно через 0,1сек и через 0,2сек после начала процесса КЗ;
- ток I ∞ − действующее значение установившегося периодического тока при КЗ;
- ток iуд − ударный ток;
- ток Iу − наибольшее действующее значение тока КЗ за первый период от начала процесса КЗ.
Если напряжение на шинах источника при КЗ остается неизменным,
что имеет место в системах электроснабжения
промышленных предприятий, то ток КЗ считается равным
начальному действующему значению периодической составляющей

В случае питания КЗ от энергосистемы расчетное выражение для определения периодической составляющей приобретает вид

Учет подпитки от двигателей
Учет подпитки мест короткого замыкания от электродвигателей производится, если двигатели непосредственно связаны с точкой короткого замыкания электрически и находятся в зоне малой удаленности. Токи короткого замыкания от двигателей, отдаленных от точки короткого замыкания ступенью трансформации или через обмотки сдвоенного реактора, как правило, не учитываются.

ПРИМЕР
Определить ток трехфазного КЗ в точках К1, К2, К3 (рис. 5.5, а). Питание осуществляется от системы бесконечной мощности. Параметры, необходимые для расчета, приведены на рис. 5.5. а. Проведем решение в относительных и именованных единицах
Составляем схему замещения и определяем сопротивления элементов в базисных единицах в соответствии с табл. 5.1. Трансформаторы Т1 и Т2:

Короткое замыкание в сетях напряжением до 1 кВ.