Расчет ударного тока КЗ в сети свыше 1 кВ

В данной статье речь пойдет о вычислении ударного тока к.з. в сети свыше 1 кв, согласно РД 153-34.0-20.527-98.

При выборе аппаратов и проводников учитывают ударный ток к.з. наступающий через 0,01 с с момента возникновения короткого замыкания.

Ударным током (iуд.) принято называть наибольшее возможное мгновенное значение тока к.з (см. рис.5 [Л1, с.11]).

Расчет ударного тока к.з. для схемы с последовательным включением элементов

Для схем с последовательным включением элементов ударный ток к.з. определяется по выражению 5.16 [Л3, с.48]:

где:

Iп.о – начальное значение апериодической слагающей трехфазного тока к.з.
Kуд – ударный коэффициент для времени t = 0,01 с, определяется по одной из следующих выражений 5.17 – 5.19 [Л3, с.48]:

Если же Xэк/Rэк > 5, допускается определять ударный коэффициент по выражению 5.20 [Л3, с.48]:

Та – постоянная времени затухания апериодической составляющей тока к.з, определяется по выражению 65 [Л1, с.9 и 74] и по выражению 5.11 [Л3, с.46]:

где:

Хэк и Rэк – соответственно суммарное индуктивное и активное сопротивления схемы от источника питания до места к.з.
ω = 2πf = 2*3,14*50 = 314 – угловая частота (f = 50 Гц – частота сети).

Для ориентировочных расчетов значение Та можно определять по таблице 3.8 [Л2, с.150].

Расчет ударного тока к.з. для схемы с разветвленным включением элементов

Для схем с разветвленным включением элементов, ударный ток к.з. определяется по такой же формуле 5.16 как и при схеме с последовательном включении элементов:

Ударный коэффициент определяется по следующим выражениеям 5.17а – 5.18а [Л3, с.46]:

При Xэк/Rэк > 5, ударный коэффициент определяется по аналогичной формуле как и при схеме с последовательным включением элементов:

где: Та.эк – эквивалентная постоянная времени затухания апериодической составляющей тока к.з, определяется по выражению 67 [Л1, с.9 и 74] и по выражению 5.13 [Л3, с.47]:

где:

Хэк и Rэк – соответственно суммраное индуктивное и активное сопротивления, полученные из схемы замещения, составленной из индуктивных и активных сопротивлений, поочередным исключением из нее сначала всех активных, а затем всех индуктивных сопротивлений.

Для схемы последовательного включения так и для схемы разветвленного включения согласно п.5.3.3 [Л3, с. 45].

При определении Та (Та.эк) необходимо учитывать, что синхронные машины вводяться в расчетную схему индуктивным сопротивлением обратной последовательности – Х2(ном) и сопротивлением обмотки статора при нормальной рабочей температуре – Rа.

Для асинхронных двигателей учитывается индуктивное сопротивлением обратной последовательности – Х2(ном) равное сверхпереходному индуктивному сопротивлению Х”.

Сверхпереходное сопротивление электродвигателя и сверхпереходное ЭДС междуфазное в относительных единицах, можно определить по таблице 5.2 [Л4, с.14]:

Соотношения x/r для различных элементов сети приведены ниже [Л1, с.75].

Расчет ударного тока к.з. с учетом влияния синхронных и асинхронных электродвигателей

Согласно п.5.6.3 [Л3, с.54] ударный ток к.з. от синхронных и асинхронных электродвигателей определяется по выражению 5.16 [Л3, с.48]:

где: Kуд – ударный коэффициент цепи двигателя, определяется согласно гл. 5.6 [Л3, с.54] и таблиц 2.74 — 2.75 [Л5].

Также для ориентировочных расчетов ударный коэффициент для двигателей, связанных непосредственно с местом кз через линейные реакторы или кабельные линии можно определить согласно таблицы 6.3 (стр.213) типовой работы №192713.0000036.02955.000АЭ.01 «Релейная защита элементов сети собственных нужд 6,3 и 0,4 кВ электростанций с турбогенераторами» Атомэнергопроект.

Данные двигатели объединяются в один эквивалентный двигатель суммарной мощности ΣРном.дв., со средними расчетными параметрами, значения которых приведены в таблице 6.3.

Литература:

Беляев А.В. Как рассчитать ток короткого замыкания. Учебное пособие. 1983 г.
Электрооборудование станций и подстанций. Второе издание. Л.Д. Рожкова, В.С. Козулин. 1980 г.
Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования — РД 153-34.0-20.527-98.
Расчеты токов короткого замыкания для релейной защиты. Учебное пособие. Часть первая. И.Л.Небрат 1996 г.
Справочная книга электрика. Григорьева В.И. 2004г.

Всего наилучшего! До новых встреч на сайте Raschet.info.

Ударный ток короткого замыкания

Наибольшего значения полный ток КЗ достигает при наибольших значениях его составляющих. В § 4.3 было установлено, что начальное значение апериодического тока достигает максимума, когда ток предшествующего режима равен нулю (холостой ход), а в момент КЗ периодическая составляющая вынужденного тока проходит через свой максимум. Это условие принимается в качестве расчетного.

Максимальное мгновенное значение полного тока КЗ – iу

– называют ударным током. Найдем условия, при которых ударный ток достигает своего наибольшего значения для случая, когда ток предшествующего режима был равен нулю, т. е.
Im =
0. В этом случае уравнение для полного тока КЗ принимает вид:

(4.16)

и представляет собой функцию двух независимых переменных: времени t

и фазы включения
α
. Максимум тока наступает при
α =
0.

Для цепей с преобладающей индуктивностью φк ≈

90°, поэтому условия возникновения наибольшей апериодической составляющей и условие, при котором достигается максимум мгновенного значения полного тока, очень близки друг другу. Поэтому в практических расчетах максимальное значение полного тока КЗ, которое называют ударным током КЗ
iу
, обычно находят при наибольшем значении апериодической составляющей, считая, что он наступает приблизительно через полпериода, что при
f=
50 Гц составляет около 0,01 с с момента возникновения КЗ.

Рис. 4.6. К определению ударного тока КЗ

Таким образом, выражение для ударного тока КЗ можно записать в следующем виде:

, (4.17)

где , (4.18)

который называют ударным коэффициентом и который показывает превышение ударного тока над амплитудой периодической составляющей. его величина находится в пределах , что соответствует предельным значениям Та

, т. е.
Та =
0 при
Lк =
0 и
Та= ∞
при
Rк =
0.

Естественно, чем меньше Та

, тем быстрее затухает апериодическая составляющая и тем, соответственно, меньше ударный коэффициент. Влияние этой составляющей сказывается лишь в начальной стадии переходного процесса; в сетях и установках высокого напряжения она практически исчезает спустя 0,1…0,3 с, а в установках низкого напряжения она практически совсем незаметна.

Трехфазное КЗ ранее было названо симметричным, но этот термин является строгим только к периодическим составляющим токов в фазах. Апериодические же составляющие токов и, следовательно, полные токи во всех фазах не могут быть одинаковыми.

Под действующим значением полного тока к.з. понимают среднеквадратичный ток к.з. за период, в центре которого расположен рассматриваемый момент времени. Значение этого тока определяют по выражению

. (3.14)

Если в (3.14) значение выразить через его составляющие , и произвести соответствующие преобразования [1], то получим

, (3.15)

где — действующее значение периодической слагающей тока к.з.;

действующее значение апериодической слагающей тока к.з. в момент времени . При этом согласно [1], можно записать

; . (3.16)

Наибольший практический интерес представляет действующее значение тока к.з. в течение первого периода к.з., то есть в том периоде времени, в котором расположен ударный ток к.з. В этом случае действующее значение тока к.з. принято обозначать .

Согласно формуле (3.15) можно записать

где (так как цепь к.з. подключена к источнику неограниченной мощности); .

Тогда или окончательно,

. (3.17)

Имея в виду, что может изменяться от 1 до 2, получим, что по выражению (3.17) может находиться в пределах

. (3.18)

Определение мгновенного и действующего значений ударного тока КЗ

Проанализировав участие каждого СГ в подпитке точки КЗ, задать режимы их работы

5.5 Определение мгновенного и действующего значений ударного тока КЗ.

Если все источники электрической энергии находятся примерно в одинаковых условиях относительно точки короткого замыкания, то величины мгновенного и действующего значений ударного тока КЗ можно определить по формулам:

где — начальный сверхпереходный ток,

— ударный коэффициент,

причем — эквивалентная постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ,

— результирующее индуктивное сопротивление схемы относительно точки КЗ при отсутствии активных сопротивлений,

— результирующее активное сопротивление схемы относительно точки КЗ при отсутствии реактивных сопротивлений,

ω — круговая частота, равная 314 1/с.

Если точка КЗ находится на шинах генератора или на высокой стороне блочного трансформатора, или на шинах нагрузки, то мгновенное значение ударного тока в месте КЗ следует определять как сумму мгновенных ударных токов от источника, на шинах которого произошло КЗ и от эквивалентного источника, заменяющего всю остальную часть системы.

Порядок расчета:

1. Используя схему замещения и результаты преобразования п.5.1. привести схему замещения к двухлучевому виду:

Рисунок 5.27

2. Найти начальные значения периодических составляющих тока КЗ обоих лучей.

3. Составить схему замещения, в которую все элементы вводятся своими активными сопротивлениями. Величины этих сопротивлений находятся по известному индуктивному сопротивлению элемента и отношению , взятому из табл.5.2.

Таблица 5.2

Наименование элемента	Отношение
Турбогенераторы до 100 МВт	15-85
Турбогенераторы 100-500 МВт	100-140
Трансформаторы 5-30 МВА	7-17
Трансформаторы 60-500 МВА	20-50
Реакторы до 1000 А	15-70
Реакторы от 1500 А	40-80
ЛЭП	2-8
Обобщенная нагрузка	2,5

4. Свернуть схему замещения к двухлучевому виду и определить активные сопротивления лучей .

5. Определить постоянные времени затухания апериодических составляющих тока КЗ по формуле:

;

6. Определить ударные коэффициенты .

7. Найти мгновенное значение ударного тока в месте КЗ, как сумму соответствующих токов лучей.

8. Следует иметь ввиду, что действующее значение ударного тока КЗ (Iу) не есть сумма соответствующих токов по ветвям. Этот ток определяется, как среднеквадратичное значение по формуле:

где , — ударный коэффициент i-й ветви,

— действующие значения соответственно периодической и апериодической составляющих тока КЗ i-й ветви.

Пример 5.Для расчётной схемы, приведенной на рис.5.3, рассчитать мгновенное и действующее значение ударного тока трехфазного к.з в точке “К”.

Так как система и генератор находятся примерно в одинаковых условиях относительно точки КЗ, то ударный ток рассчитываем по начальному действующему значению периодической составляющей тока КЗ. из примера 1.

Составляем схему замещения рис.28, в которую все элементы вводим своими активными сопротивлениями в соответствии с таблицей 2. Рассчитываем .

Рисунок 5.28

Рассчитываем мгновенное и действующее значения ударного тока:

5.6. Определение значения остаточного напряжения в указанной точке для момента времени t =0.

Разворачивая схему замещения (рис.24),определить последовательно значения токов в ветвях и напряжения в узлах в относительных единицах. Вычислить значение напряжения в заданной точке «М» в именованных единицах по формуле:

где — среднее напряжение ступени, на которой находится точка » М».

Проанализировав участие каждого СГ в подпитке точки КЗ, задать режимы их работы

Информация о работе «Расчёт токов короткого замыкания»

Раздел: Физика Количество знаков с пробелами: 32290 Количество таблиц: 8 Количество изображений: 23