Неклепаев Б.Н. Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования - файл n1.doc

приобрести
Неклепаев Б.Н. Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования
скачать (5580.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc5581kb.24.08.2012 08:18скачать

n1.doc

  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10
Российское акционерное общество энергетики и электрификации

«ЕЭС России»

РУКОВОДЯЩИЕ УКАЗАНИЯ

ПО РАСЧЕТУ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

И ВЫБОРУ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

РД 153-34.0-20.527-98

Москва

«Издательство НЦ ЭНАС» 2001

УДК 621. 311. 014. 7. 001. 24 + 621. 311. 002. 51. 004.17 ББК 31.2 Р85

Руководящие указания разработаны Московским энергетическим институтом (техническим университетом)

Исполнители:

Б.Н. НЕКЛЕПАЕВ - руководитель работы (разработка программы, разд. 1,2,9, п. 3.6)

И.П. КРЮЧКОВ - ответственный исполнитель (разд. 3,4, пп. 5.1-5.4,5.5.1,5.5.2, 5.5.5, 5.5.6, 5.6.6-5.6.8, 5.9, 5.11.1, разд. 8, приложения П.1-П.12)

В.В. ЖУКОВ - (пп. 5.5.8, 5.6, 5.7, 5.10, разд. 6, 7)

ЮЛ. КУЗНЕЦОВ -(пп. 5.5.3-5.5.7,5.6.5-5.6.7,5.8,6.7.7, разд. 10, приложение П. 13)

Научный редактор Б.Н. НЕКЛЕПАЕВ

Утверждены Департаментом стратегии развития и научно-технической политики 23.03.1998 г.

Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору Р 85 электрооборудования / Под ред. Б.Н. Неклепаева. - М.: Изд-во НЦ ЭНАС. -152 с.

ISBN 5-93196-081-3

Предлагаются в новой редакции (3-е издание) Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания (КЗ) и выбору электрооборудования. Разработаны методы расчета токов КЗ в электроустановках свыше 1 кВ и до 1 кВ как при симметричных, так и при несимметричных КЗ для начального и произвольного моментов времени. Дается методика определения параметров элементов расчетных схем и методика составления таких схем. Развиты вопросы определения токов КЗ с учетом влияния комплексной на­грузки, электрической дуги, теплового спада тока КЗ из-за нагрева проводников, вста­вок постоянного тока. Сформулированы расчетные условия для проверки электрообо­рудования по условиям КЗ, приводятся методики проверки электрооборудования на элек­тродинамическую и термическую стойкость и проверки электрических аппаратов на коммутационную способность. Даются примеры типовых расчетов.

ББК 3
ISBN 5-93196-081-3

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие 5

1. Введение 6

1.1. Общие положения 6

1.2. Термины и определения 6

1.3. Буквенные обозначения величин 11

2. Расчетные условия коротких замыканий 14

2.1. Общие указания 14

  1. Расчетная схема 15

  2. Расчетный вид короткого замыкания 15

  3. Расчетная точка короткого замыкания 15

  4. Расчетная продолжительность короткого замыкания 16

3. Общие методические указания 16

  1. Составление расчетной схемы 16

  2. Составление исходной схемы замещения 18

  1. Составление исходной комплексной схемы замещения для расчета
    несимметричных коротких замыканий 24

  1. Учет взаимоиндукции линий электропередачи 24

  2. Преобразование исходной схемы замещения в эквивалентную результирующую ……………………………………………………………..26

  3. Определение взаимных сопротивлений между источниками и точкой короткого замыкания 27

3.7. Применение принципа наложения 28

3.8. Пример составления и преобразования схем замещения 29

4. Параметры элементов расчетных схем 32

4.1. Параметры, необходимые для расчета токов короткого замыкания 32

4.2. Методика определения отдельных параметров 34

5. Расчет токов коротких замыканий в электроустановках переменного тока напряжением свыше 1 кВ 42

5.1. Принимаемые допущения 42

5.2. Расчет начального действующего значения периодической составляющей

тока короткого замыкания 43

5.3. Расчет апериодической составляющей тока короткого замыкания 45

5.4. Расчет ударного тока короткого замыкания 47

5.5. Расчет периодической составляющей тока короткого замыкания

для произвольного момента времени 49

5.6. Учет синхронных и асинхронных электродвигателей при расчете

токов короткого замыкания 54

  1. Учет комплексной нагрузки при расчете токов короткого замыкания 59

  2. Учет влияния электропередачи или вставки постоянного тока

на ток короткого замыкания в объединенных системах переменного тока 60

5.9.Расчет токов при несимметричных коротких замыканиях……………………65

5.10. Учет изменения параметров короткозамкнутой цепи при расчете токов короткого замыкания………………………………………………………………..68

5.11.Примеры расчетов токов короткого замыкания………………………………72

6. Расчет токов короткого замыкания в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ

  1. Принимаемые допущения………………………………………………………77

  2. Расчет начального значения периодической составляющей тока трехфазного короткого замыкания………………………………………………………………..78

  1. Методы расчета несимметричных коротких замыканий. Составление схем
    замещения………………………………………………………………………..80

  2. Расчет апериодической составляющей тока короткого замыкания…………...82

  3. Расчет ударного тока короткого замыкания…………………………………….83

  4. Расчет периодической составляющей тока КЗ для произвольного момента времени………………………………………………………………………………84

  5. Учет синхронных и асинхронных электродвигателей при расчете токов КЗ…86

  6. Учет комплексной нагрузки при расчетах токов короткого замыкания……….89

  7. Учет сопротивления электрической дуги………………………………………92

  1. Учет изменения активного сопротивления проводников при коротком замыкании …………………………………………………………………………...94

  2. Примеры расчетов токов короткого замыкания……………………………….95

1. Расчет электродинамического действия токов короткого замыкания

и проверка электрооборудования на электродинамическую стойкость

при коротких замыканиях……………………………………………………….99

7.1.Общие положения……………………………………………………………….99

7.2.Электродинамические силы в электроустановках………………………….104

7.3.Проверка шинных конструкций на электродинамическую стойкость………105

7.4.Проверка гибких токопроводов на электродинамическую стойкость при КЗ114

7.5.Проверка электрических аппаратов на электродинамическую стойкость при коротких замыканиях…………………………………………………………… 121

7.6. Примеры расчетов по проверке электрооборудования на электродинамическую стойкость при коротких замыканиях…………………121

8. Расчет термического действия токов короткого замыкания и проверка
электрооборудования на термическую стойкость при коротких замыканиях……………………………………………………………………….127


  1. Общие положения……………………………………………………………...127

  1. Термическое действие тока короткого замыкания. Определение интеграла Джоуля и термически эквивалентного тока короткого замыкания…………...127

  1. Проверка проводников на термическую стойкость при коротких замыканиях…………………………………………………………………………131

  2. Проверка электрических аппаратов на термическую стойкость при коротких замыканиях………………………………………………………………………...137

8.5.Примеры расчетов по проверке электрооборудования на термическую стойкость при коротких замыканиях………………………………………….138

9. Проверка электрических аппаратов на коммутационную способность….139

  1. Общие положения……………………………………………………………...139

  2. Проверка выключателей……………………………………………………….140

  3. Проверка плавких предохранителей…………………………………………..140

  4. Проверка автоматических выключателей………………………………..….141

10.Применение ЭВМ для расчета токов короткого замыкания……………..141

Приложения………………………………………………………………………..143

© РАО «ЕЭС России», 2000

© Оформление «Издательство НЦ ЭНАС», 2000
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 9КЗ для целей релейной защиты и автоматики в специфических условиях (наличие 10 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.-331с.).
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.


1.ВВЕДЕНИЕ 1.1. Общие положения

  1. Для электроустановок характерны 4 режима: нормальный, аварийный, послеаварийный и ремонтный, причем аварийный режим является кратковременным режимом, а остальные - продолжительными режимами.

  2. Электрооборудование выбирается по параметрам продолжительных режи­мов и проверяется по параметрам кратковременных режимов, определяющим из ко­торых является режим короткого замыкания.

  3. По режиму КЗ электрооборудование проверяется на электродинамическую и термическую стойкость, а коммутационные аппараты - также на коммутационную способность.

  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 %.

  5. Руководящие указания согласованы с действующими Государственными стандар­тами в области коротких замыканий, а также с Правилами устройства электроустановок:

1.2. Термины и определения

1.2.1. В Руководящих указаниях используются следующие термины и определения

  1. Замыкание - всякое случайное или преднамеренное, не предусмотрено (с нормальным режимом работы электрическое соединение различных точек электроустановок между собой или с землей).

  2. Короткое замыкание - замыкание, при котором токи в ветвях электроус
    тановки, примыкающих к месту его возникновения, резко возрастают, превышающий 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. Однофазное короткое замыкание - короткое замыкание на землю в трех­
    фазной электроэнергетической системе с глухо- или эффективно заземленными ней­тралями силовых элементов, при котором с землей соединяется только одна фаза.

  2. Двухфазное короткое замыкание - короткое замыкание между двумя фаза­ми в трехфазной электроэнергетической системе.

  3. Двухфазное короткое замыкание на землю - короткое замыкание на землю в трехфазной электроэнергетической системе с глухо- или эффективно заземлены­ми нейтралями силовых элементов, при котором с землей соединяются две фазы.

  4. Двойное короткое замыкание на землю - совокупность двух однофазных коротких замыканий на землю в различных, но электрически связанных частях элек­троустановки.

  5. Трехфазное короткое замыкание - короткое замыкание между тремя фаза­ми в трехфазной электроэнергетической системе.

  6. Трехфазное короткое замыкание на землю - короткое замыкание на землю в трехфазной электроэнергетической системе с глухо- или эффективно заземлены­ми нейтралями силовых элементов, при котором с землей соединяются три фазы.

  1. Повторное короткое замыкание - короткое замыкание в электроустанов­ке при автоматическом повторном включении коммутационного электрического аппарата поврежденной цепи.

  2. Изменяющееся короткое замыкание - короткое замыкание в электроустановке с переходом одного вида короткого замыкания в другой.

  3. Устойчивое короткое замыкание - короткое замыкание в электроустанов­ке, условия возникновения которого сохраняются во время бестоковой паузы комму­тационного электрического аппарата.

  4. Неустойчивое короткое замыкание - короткое замыкание в электроуста­новке, условия возникновения которого самоликвидируются во время бестоковой паузы коммутационного электрического аппарата.

  5. Симметричное короткое замыкание - короткое замыкание в электроуста­новке, при котором все ее фазы находятся в одинаковых условиях.

  6. Несимметричное короткое замыкание - короткое замыкание в электроустановке, при котором одна из ее фаз находится в условиях, отличных от условий других фаз.

  7. Удаленное короткое замыкание - короткое замыкание в электроустанов­ке, при котором амплитуды периодической составляющей тока данного источника энергии в начальный и произвольный моменты времени практически одинаковы.

  8. Близкое короткое замыкание - короткое замыкание в электроустановке, при котором амплитуды периодической составляющей тока данного источника энер­гии в начальный и произвольный моменты времени существенно отличаются.

  9. Режим короткого замыкания - режим работы электроустановки при на­
    личии в ней короткого замыкания.

  1. Предшествующий режим - режим работы электроустановки непосред­-
    ственно перед моментом возникновения короткого замыкания.

  2. Установившийся режим короткого замыкания - режим короткого замы­-
    кания 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. Электромагнитный переходный процесс в электроустановке - переход­-
    ный процесс, характеризуемый изменением значений только электромагнитных ве­личин электроустановки.

  2. Электромеханический переходный процесс в электроустановке - переходный процесс, характеризуемый одновременным изменением значений электромаг­нитных и механических величин, определяющих состояние электроустановки.

  3. Свободная составляющая тока короткого замыкания - составляющая тока короткого замыкания, определяемая только начальными условиями короткого замы­кания, структурой электрической сети и параметрами ее элементов.

  4. Принужденная составляющая тока короткого замыкания - составляющая тока короткого замыкания, равная разности между током короткого замыкания и его свободной составляющей.

  5. Апериодическая составляющая тока короткого замыкания - свободная составляющая тока короткого замыкания, изменяющаяся во времени без перемены знака.

  6. Периодическая составляющая тока короткого замыкания рабочей часто­ты - составляющая тока короткого замыкания, изменяющаяся по периодическому закону с рабочей частотой.

  7. Мгновенное значение тока короткого замыкания - значение тока корот­кого замыкания в рассматриваемый момент времени.

  8. Действующее значение тока короткого замыкания - среднее квадратическое значение тока короткого замыкания за период рабочей частоты, середина кото­рого есть рассматриваемый момент времени.

  9. 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. 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.

  2. Начальное значение апериодической составляющей тока короткого замыкания - значение апериодической составляющей тока короткого замыкания в начальный момент времени.

  3. Установившийся ток короткого замыкания - значение тока короткого замыкания после окончания переходного процесса, характеризуемого затуханием все: свободных составляющих этого тока и прекращением изменения тока от воздействие устройств автоматического регулирования возбуждения источников энергии.

  4. Ударный ток короткого замыкания - наибольшее возможное мгновенно
    значение тока короткого замыкания.

  5. Ударный коэффициент тока короткого замыкания - отношение ударного тока короткого замыкания к амплитуде периодической составляющей тока короткое замыкания рабочей частоты в начальный момент времени.

  6. Отключаемый ток короткого замыкания - ток короткого замыкания электрической цепи в момент начала расхождения дугогасительных контактов ее коммутационного электрического аппарата.

1.2.37Действующее 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. Апериодическая составляющая отключаемого тока короткого замыкания - значение апериодической составляющей тока короткого замыкания в момент начала расхождения дугогасительных контактов коммутационного электрического аппарата.

  2. 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.

  3. 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.

  4. Ток короткого замыкания прямой последовательности - один из токов симметричной трехфазной системы токов короткого замыкания прямого следования фаз.

  5. Ток короткого замыкания обратной последовательности- один из токов сим­метричной трехфазной системы токов короткого замыкания обратного следования фаз.

  1. Ток короткого замыкания нулевой последовательности - один из токов симметричной неуравновешенной трехфазной системы токов короткого замыкания нулевого следования фаз.

  2. Ожидаемый ток короткого замыкания - ток короткого замыкания, кото­рый был бы в электрической цепи электроустановки при отсутствии действия уста­новленного в ней токоограничивающего коммутационного электрического аппарата.

  3. Пропускаемый ток короткого замыкания - наибольшее мгновенное зна­чение тока короткого замыкания в электрической цепи электроустановки с учетом действия токоограничивающего коммутационного электрического аппарата.

  4. Сквозной ток короткого замыкания - ток, проходящий через включен­ный коммутационный электрический аппарат при внешнем коротком замыкании.

  5. 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.

  6. Гармонический состав тока короткого замыкания - совокупность сину­соидальных токов различных частот, на которые может быть разложен ток короткого замыкания.

  7. Фаза возникновения короткого замыкания в электроустановке - фаза на­пряжения электроустановки к моменту возникновения короткого замыкания, выра­женная в электрических градусах.

  8. 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. Мощность короткого замыкания - условная величина, равная увели­ченному в раз произведению тока трехфазного короткого замыкания в на­чальный момент времени на номинальное напряжение соответствующей сети.

  2. Продольная несимметрия в электроустановке - несимметрия трех­фазной электроустановки, обусловленная последовательно включенным в ее цепь несимметричным трехфазным элементом.

  3. Поперечная несимметрия в электроустановке - несимметрия трехфазной установки, обусловленная коротким замыканием одной или двух фаз на землю или двух фаз между собой.

  4. Однократная несимметрия в электроустановке - продольная или попе­речная несимметрия, возникшая в одной точке трехфазной электроустановки.

  5. Сложная несимметрия в электроустановке - несимметрия трехфазнойэлектроустановки, представляющая собой комбинацию из продольных и поперечных несимметрий.

  1. Особая фаза электроустановки - фаза трехфазной электроустановки,
    которая при возникновении продольной или поперечной несимметрии оказывается в условиях, отличных от условий для двух других фаз.

  2. 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.

  3. Граничные условия при несимметрии - характерные соотношения для
    токов и напряжений в месте повреждения при данном виде несимметрии в электро­установке.

  4. Постоянная времени затухания апериодической составляющей тока ко-
    роткого замыкания - электромагнитная постоянная времени, характеризующая скорость затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания.

  5. Расчетные условия короткого замыкания элемента электроустановки -
    наиболее тяжелые, но достаточно вероятные условия, в которых может оказаться рассматриваемый элемент электроустановки при коротких замыканиях.

  6. Расчетная схема электроустановки - электрическая схема электроус-
    тановки, при которой имеют место расчетные условия короткого замыкания для рассматриваемого ее элемента.

  7. Расчетный вид короткого замыкания - вид короткого замыкания, при котором имеют место расчетные условия короткого замыкания для рассматриваемой элемента электроустановки.

  8. Расчетная точка короткого замыкания - точка электроустановки, при ко-
    ротком замыкании в которой для рассматриваемого элемента электроустановки имеют место расчетные условия короткого замыкания.

  9. Расчетная продолжительность короткого замыкания - продолжительное
    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. Термическое действие тока короткого замыкания - тепловое действие тока короткого замыкания, вызывающее изменение температуры элементов электроустановки.

  2. Электродинамическое действие тока короткого замыкания – механическое действие электродинамических сил, обусловленных током короткого замыкания, на элементы электроустановки.

  3. 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.

  4. 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.

  5. 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.
1.3. Буквенные обозначения величин

I - ток, действующее значение;

i - ток, мгновенное значение;

I - ток комплексный, действующее значение;

- ток, амплитудное значение;

/ном - номинальный ток;

- ударный ток КЗ;

- ток электродинамической стойкости;

- ток включения, действующее и мгновенное значения;

- сквозной ток, действующее и мгновенное значения;

- предельный сквозной ток, действующее и мгновенное значения;

- отключаемый ток, действующее и мгновенное значения;

- номинальный ток отключения электрического аппарата; - ток в момент t;

- ток в момент ?,

- ток термической стойкости;

- ток установившегося режима;

- ток КЗ, общее обозначение;

- периодическая составляющая тока КЗ;

- апериодическая составляющая тока КЗ ();

- начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ (t = 0);

- начальное значение апериодической составляющей тока КЗ (t = 0);

- периодическая и апериодическая составляющие тока КЗ в момент t = ?;

- токи соответственно фаз А, В, С;

- ток в нейтральном проводе;

- ток соответственно прямой, обратной и нулевой последовательностей;

- ток, ожидаемый в цепи с токоограничивающим аппаратом;

- ток суммарный;

- ток продолжительного режима, допустимый;

- ток нормального режима, расчетный;

Iпрод.расч - ток продолжительного режима, расчетный;

- токи соответственно по осям d и q ;

I - переходный ток;

I’’ - сверхпереходный ток;

- ток плавления вставки предохранителя;

U, u - напряжение, действующее и мгновенное значения;

U раб.нб - наибольшее рабочее напряжение;

- номинальное напряжение;

U1, U2,, U0 - напряжения соответственно прямой, обратной и нулевой последовательностей;

?U - потеря напряжения;

? - угол сдвига фаз между напряжением и током;

cos ? - коэффициент мощности;

E, е - электродвижущая сила, действующее и мгновенное значения;

Р - мощность активная;

Q - мощность реактивная;

S - мощность полная, модуль;

S - мощность полная, комплексная;

f - частота колебаний электрической величины;

? - частота колебаний электрической величины, угловая;

R, r - сопротивление активное;

X, х - сопротивление реактивное;

Z - сопротивление полное, модуль;

Z - сопротивление полное, комплексное;

XL - сопротивление реактивное, индуктивное;

Хc - сопротивление реактивное, емкостное;

Zв - сопротивление волновое;

uв - восстанавливающееся напряжение на контактах коммутационного ап­парата;

vb - 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;

Y - проводимость электрическая, комплексная;

g - проводимость активная;

b - проводимость реактивная;

L - индуктивность собственная;

М - индуктивность взаимная;

Ксв - коэффициент связи;

? - коэффициент рассеяния;

р - удельное сопротивление;

у - удельная проводимость;

а - температурный коэффициент сопротивления;

? - температурный коэффициент теплоемкости;

Wэ - энергия электрическая;

Wэм - энергия электромагнитная;

Н - напряженность магнитного поля, модуль;

H - напряженность магнитного поля, вектор;

Е - напряженность электрического поля, модуль;

Е - напряженность электрического поля, вектор;

? - проницаемость диэлектрическая абсолютная;

?r - проницаемость диэлектрическая относительная;

?0 - постоянная электрическая;

? - проницаемость магнитная абсолютная;

?r - проницаемость магнитная относительная;

- постоянная магнитная;

? - температура в шкале Цельсия;

Т - температура в шкале Кельвина;

? - превышение температуры;

Т - постоянная времени электрической цепи;

Т - период колебаний электрической величины;

Tа - постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ;

Куд - ударный коэффициент;

?норм - нормированное процентное содержание апериодической составляющей в отключаемом токе;

n - коэффициент трансформации;

n - отношение числа витков;

N - число витков обмотки;

С - емкость;

с - удельная теплоемкость;

? - плотность материала;

s - скольжение;

sкр - скольжение критическое;

S - сечение проводника;

М - момент вращающихся масс;

Тj - постоянная инерции (механическая постоянная);

F - поверхность;

F - сила, вектор;

F - сила, модуль;

q - удельная теплоотдача;

Ф - тепловой поток;

Е - модуль упругости;

J - момент инерции;

W - момент сопротивления поперечного сечения проводника;
2.1.6. В соответствии с ПУЭ допускается не проверять по режиму КЗ некоторые проводники и электрические аппараты, защищенные плавкими предохранителями, а также проводники и аппараты в цепях маломощных, неответственных потребите­лей, имеющих резервирование в электрической или технологической части. При этом должны быть исключены возможности взрыва или пожара.

2.2. Расчетная схема

2.2.1.Расчетная схема, как правило, включает в себя все элементы электроуста­-
новки и примыкающей части энергосистемы, исходя из условий, предусмотренных продолжительной работой электроустановки с перспективой не менее чем в 5 лет после ввода ее в эксплуатацию.

2.2.2.В отдельных, частных случаях, расчетная схема может содержать не все
элементы электроустановки, если при этом расчетом доказана возможность существо­вания более тяжелых расчетных условий, что может иметь место, например, при вво­де в работу после ремонта одной из параллельных цепей электроустановки.

2.3. Расчетный вид короткого замыкания

  1. При проверке электрических аппаратов и жестких проводников вместе с от­
    носящимися к ним поддерживающими и опорными конструкциями на электродинами­ческую стойкость расчетным видом КЗ является трехфазное КЗ. При этом в общем случае допускается не учитывать механические колебания шинных конструкций.

  2. При проверке гибких проводников на электродинамическую стойкость (тяжение, опасное сближение и схлестывание проводников) расчетным видом КЗ явля­ется двухфазное КЗ. Расчет на схлестывание должен производиться с учетом конст­рукции системы гибких проводников, значения тока КЗ и расчетной продолжительности режима КЗ.

  3. При проверке проводников и электрических аппаратов на термическую стойкость расчетным видом КЗ в общем случае является трехфазное КЗ. При проверке на термическую стойкость проводников и аппаратов в цепях генераторного напряжения электростанций расчетным может быть также двухфазное КЗ, если оно обуславлива­ет больший нагрев проводников и аппаратов, чем при трехфазном КЗ.

  4. При проверке электрических аппаратов на коммутационную способность
    расчетным видом КЗ может быть трехфазное или однофазное КЗ в зависимости от того, при каком виде КЗ ток КЗ имеет наибольшее значение. Если для выключателей задается разная коммутационная способность при трехфазных и однофазных КЗ, то проверку следует производить отдельно по каждому виду КЗ.

2.4. Расчетная точка короткого замыкания

2.4.1. Расчетная точка КЗ находится непосредственно с одной или с другой сторо­ны от рассматриваемого элемента электроустановки в зависимости от того, когда для него создаются наиболее тяжелые условия в режиме КЗ. Случаи двойных коротких замыканий на землю допускается в общем случае не учитывать.

  1. В закрытых распределительных устройствах проводники и электрические аппараты, расположенные до реактора на реактированных линиях, проверяют исходя из того, что расчетная точка КЗ находится за реактором, если они отделены от сборных шин разделяющими полками, а реактор находится в том же здании и соединения от реактора до сборных шин выполнены шинами.

  2. При проверке кабелей на термическую стойкость расчетной точкой КЗ является:

2.5. Расчетная продолжительность короткого замыкания

  1. При проверке проводников и электрических аппаратов на термическую стойкость в качестве расчетной продолжительности КЗ следует принимать сумму времени действия токовой защиты (с учетом действия АПВ) ближайшего к месту КЗ выключателя полного времени отключения этого выключателя. При наличии зоны нечувствительности у основной зашиты - по сумме времен действия защиты, реагирующей на КЗ в указанной зоне, и полного времени отключения выключателя присоединения.

  2. Токопроводы и трансформаторы тока в цепях генераторов мощностью 60 МВт и более следует проверять на термическую стойкость, определяя расчетную продолжительность КЗ путем сложения времен действия основной защиты (при установке двух основных защит) или резервной защиты (при установке одной основной защиты) и полного времени отключения генераторного выключателя. Коммутационные электрические аппараты в цепях генераторов мощностью 60 МВт и более должны проверяться на термическую стойкость как по времени воздействия тока КЗ, определяемому действием основной быстродействующей защиты, так и по времени, определяемому действием резервной защиты, если это время превышает нормируемое заводом-изготовителем.

  3. При проверке электрических аппаратов на коммутационную способность в качестве расчетной продолжительности КЗ следует принимать сумму минимально возможного времени действия релейной защиты данного присоединения и собственного времени отключения коммутационного аппарата (время ?).

2.5.4. При проверке кабелей на невозгораемость при КЗ в качестве расчетной продолжительности КЗ следует принимать сумму времен действия резервной защиты и полного времени отключения выключателя присоединения.

3. ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

3.1. Составление расчетной схемы

3.1.1. Чтобы определить расчетный ток КЗ с целью выбора или проверки электрических аппаратов и проводников по условиям короткого замыкания, необходимо предварительно выбрать расчетные условия, отвечающие требованиям ПУЭ, в част­ности расчетную схему электроустановки.

Выбор этой схемы следует производить с учетом возможных электрических схем соответствующей электроустановки при различных продолжительных режимах ее работы, включая ремонтные и послеаварийные режимы, а также с учетом электри­ческой удаленности различных источников энергии (генераторов, синхронных ком­пенсаторов и электродвигателей) от расчетной точки КЗ.

3.1.2. В соответствии с ГОСТ 26522-85 все короткие замыкания подразделяются на удаленные и близкие. КЗ считается удаленным, если амплитуды периодической составляющей тока статора данной электрической машины в начальный и произвольный моменты КЗ практически одинаковы, и близким, если эти амплитуды существенно отличаются. Обычно под электрической удаленностью расчетной точки КЗ от како­го-либо источника энергии понимают приведенное к номинальной мощности и но­минальному напряжению источника внешнее сопротивление, которое оказывается включенным между источником и точкой КЗ в момент возникновения КЗ. Однако такой способ оценки удаленности применим лишь в тех случаях, когда различные источники энергии связаны с расчетной точкой КЗ независимо друг от друга. Более универсальной величиной, которая в полной мере характеризует электрическую уда­ленность расчетной точки КЗ от произвольного источника энергии и может быть срав­нительно легко определена в схеме любой конфигурации и при любом числе источ­ников энергии, является отношение действующего значения периодической составляющей тока источника энергии (генератора, синхронного компенсатора, электродви­гателя) в начальный момент КЗ к его номинальному току.

В отечественной и международной практике КЗ принято считать близким, если это отношение равно двум или больше двух. При меньших значениях указанного отношения КЗ следует считать удаленным.

3.1.3. В тех случаях, когда решаемая задача ограничивается приближенной оцен­кой значения тока в месте КЗ, для генератора или синхронного компенсатора КЗ допустимо считать удаленным, если расчетная точка КЗ находится по отношению к син­хронной машине за двумя и более трансформаторами или за реактором (кабельной линией), сопротивление которого превышает сверхпереходное сопротивление гене­ратора или синхронного компенсатора более чем в 2 раза. Для синхронного или асинхронного электродвигателя КЗ допустимо считать удаленным, если расчетная точка КЗ находится на другой ступени напряжения сети (т.е. за трансформатором) или за реактором, кабелем и т.д., сопротивление которого в 2 раза и более превышает сверхпереходное сопротивление электродвигателя.

3.1.4. Если параметры генераторов, трансформаторов и других элементов наибо­лее удаленной от точки КЗ части электроэнергетической системы неизвестны, то эту часть системы допускается представлять на исходной расчетной схеме в виде одного источника энергии с неизменной по амплитуде ЭДС и результирующим эквивалент­ным индуктивным сопротивлением (см. п. 5.1.2). Электродвигатели, для которых расчетное КЗ является удаленным, в расчетную схему не вводятся. Учет или неучет в расчетной схеме других элементов энергосистемы зависит от требуемой точности расчетов тока КЗ, расчетного времени КЗ, используемого метода расчета и других факторов. Поэтому дополнительные сведения о составлении расчетных схем даны в других разделах.
3.2. Составление исходной схемы замещения

  1. При расчете токов КЗ аналитическим методом следует предварительно по исходной расчетной схеме составить соответствующую схему замещения. При этом сопротивления всех элементов схемы и ЭДС источников энергии могут быть выражены как в именованных, так и в относительных единицах.

  2. Если известны фактические при принятых исходных условиях коэффици-
    енты трансформации всех трансформаторов и автотрансформаторов расчетной схемы, то составление схемы замещения следует производить с учетом этих коэффициентов. Если же фактические коэффициенты трансформации части трансформаторе и автотрансформаторов неизвестны, то допускается при составлении схемы замещения указанные коэффициенты учитывать приближенно, как указано в п. 3.2.5.

  3. При выражении параметров элементов эквивалентной схемы замещения в именованных единицах с приведением параметров различных элементов исходной расчетной схемы к выбранной основной (базисной) ступени напряжения сети и с учетом фактических коэффициентов трансформации силовых трансформаторов и автотрансформаторов приведенные значения ЭДС источников энергии и сопротивления различных элементов схемы следует определять по формулам

; (3.1)

(3.2)

E и Z - истинные значения ЭДС источника энергии их сопротивления какого-либо элемента исходной расчетной схемы;

и - их приведенные значения;

- коэффициенты трансформации трансформаторов или автотрансформаторов, включенных каскадно между ступенью напряжения сети,
где находятся элементы с подлежащими приведению ЭДС Е и
сопротивлением Z, и основной ступенью напряжения.

Если ЭДС источника энергии и сопротивление какого-либо элемента расчетной схемы выражены в относительных единицах при номинальных условиях (т.е. ЭДС при номинальном напряжении Uном, а сопротивление - при номинальном напряжении и номинальной мощности sном), то значения соответствующей ЭДС и сопротивления, приведенные к основной ступени напряжения сети, следует определять по формулам

(3.3)

(3.4)




где и -значения ЭДС источника энергии и сопротивления элемента расчетной схемы в относительных единицах при номинальных условиях.

Примечание. Здесь и далее под коэффициентом трансформации трансформатора (автотрансформатора) понимается отношение напряжения холостого хода его обмотки, обращенной в сторону выбранной основной ступени напряжения сети к напряжению холостого хода другой обмотки.

3.2.4. При выражении параметров элементов эквивалентной схемы замещения в относительных единицах с приведением параметров различных элементов исход­ной расчетной схемы к базисным условиям и с учетом фактических коэффициентов трансформации силовых трансформаторов и автотрансформаторов необходимо:

  1. задаться базисной мощностью S6 и для одной из ступеней напряжения исход­-
    ной расчетной схемы, принимаемой за основную, выбрать базисное напряжение U6 осн

  2. определить базисные напряжения других ступеней напряжения расчетной схе­-
    мы, используя формулу


(3.5)
где - коэффициенты трансформации трансформаторов и автотрансфор­маторов, включенных каскадно между основной и N-й. ступенями напряжения;

3) найти искомые значения ЭДС источников энергии и сопротивлений всех
элементов схемы замещения в относительных единицах при выбранных базис-­
ных условиях, используя формулы

(3.6)

или

(3.7) (3.8)

ИЛИ
(3.9)

где UбN - базисное напряжение той ступени напряжения исходной расчетной схе­мы, на которой находится элемент, подлежащий приведению.

Формулы (3.6) и (3.8) следует использовать в тех случаях, когда значения ЭДС источника энергии и приводимое сопротивление заданы в именованных единицах, а формулы (3.7) и (3.9) - когда значения этих величин заданы в относительных едини­цах при номинальных условиях.

Обычно в именованных единицах задано сопротивление воздушных линий, кабе­лей и реакторов, а в относительных единицах при номинальных условиях - сопро­тивление генераторов и синхронных компенсаторов. Сопротивление неподвижного электродвигателя (сопротивление КЗ) и сопротивление трансформатора в относитель­ных единицах при номинальных условиях определяют по формулам

(3.10)

(3.11)
где - кратность пускового тока по отношению к номинальному току; - напряжение короткого замыкания трансформатора в процентах.

  1. В тех случаях, когда отсутствуют данные о фактически используемых в ус­ловиях эксплуатации коэффициентах трансформации трансформаторов и автотранс­форматоров, допустимо их принимать равными отношению средних номинальных напряжений сетей, связанных этими трансформаторами и автотрансформаторами. При этом рекомендуется использовать следующую шкалу средних номинальных напряжений сетей , кВ: 3,15; 6,3; 10,5; 13,8; 15,75; 18; 20; 24; 27; 37; 115; 154; 230; 340; 515; 770; 1175.

  2. При выражении параметров элементов эквивалентной схемы замещения в именованных единицах с приведением параметров различных элементов исходной расчетной схемы к выбранной основной ступени напряжения, используя при этом приближенный способ учета коэффициентов трансформации трансформаторов и автотрансформаторов, приведенные значения ЭДС источников энергии и сопротив­ления различных элементов схемы следует определять по формулам

(3.12)

(3.13)

где - среднее номинальное напряжение той ступени напряжения сети, кото­рая принята за основную;

- среднее номинальное напряжение той ступени напряжения сети, на ко­торой находится элемент с подлежащими приведению параметрами. Если ЭДС источника энергии и сопротивление какого-либо элемента расчетной схемы выражены в относительных единицах при номинальных условиях, то при при­ближенном учете коэффициентов трансформации трансформаторов и автотрансформаторов их значения, приведенные к основной ступени напряжения сети, следует находить по формулам

(3.14)

(3.15)

3.2.7. При выражении параметров элементов эквивалентной схемы замещения в относительных единицах с приведением параметров различных элементов исходной расчетной схемы к базисным условиям, используя при этом приближенный способ учета коэффициентов трансформации трансформаторов и автотрансформаторов базисная мощность выбирается произвольно, а в качестве базисного напряжения любой ступени напряжения сети следует принимать среднее номинальное напряжение соответствующей ступени. В этом случае искомые значения ЭДС источников энергии сопротивлений элементов схемы замещения в относительных единицах следует определять по формулам

(3.16)

или

(3.17)

(3.18)
(3.19)


  1. Независимо от принятого способа составления схемы замещения прямой последовательности (в именованных или относительных единицах, с учетом факти­ческих коэффициентов трансформации трансформаторов или при приближенном учете этих коэффициентов) в этой схеме должны быть представлены все элементы исход­ной расчетной схемы, причем источники энергии (генераторы, синхронные компенсаторы, а также электродвигатели мощностью 100 кВт и более, если они не отделены от расчетной точки КЗ токоограничивающим реактором или трансформатором) и обобщенные нагрузки узлов должны быть введены в схему ЭДС и индуктивными
    сопротивлениями, соответствующими рассматриваемому моменту времени. Так, при расчете начального значения периодической составляющей они должны быть представлены в исходной схеме замещения сверхпереходными ЭДС и сверхпереходными индуктивными сопротивлениями (см. п. 5.2). Все остальные элементы исходной рас­четной схемы должны быть представлены в схеме замещения сопротивлениями пря­мой последовательности. Трехобмоточные трансформаторы, автотрансформаторы, трансформаторы и автотрансформаторы с расщепленной обмоткой низшего напря­жения, а также сдвоенные реакторы должны быть представлены своими схемами за­мещения. Эти схемы, а также расчетные выражения для определения их параметров приведены в табл. 4.1.

  2. Для расчета токов при несимметричных КЗ целесообразно использовать
    метод симметричных составляющих. При этом кроме схемы замещения прямой последовательности для расчета двухфазного КЗ необходимо составить схему замеще­ния обратной последовательности, а для расчета однофазного и двухфазного КЗ на землю - также схему замещения нулевой последовательности.

Схема замещения обратной последовательности по конфигурации аналогична схеме замещения прямой последовательности, т.е. в ней должны быть представлены все элементы исходной расчетной схемы. При этом электрические машины с враща­ющимся ротором и обобщенные нагрузки узлов должны быть учтены соответствую­щим сопротивлением обратной последовательности, а ЭДС приняты равными нулю.

Индуктивное сопротивление обратной последовательности синхронных и асинх­ронных электродвигателей допустимо принимать численно равным индуктивной составляющей их сопротивления короткого замыкания. Сопротивление обратной пос­ледовательности обобщенной нагрузки какого-либо узла в относительных единицах, отнесенное к полной мощности нагрузки и среднему номинальному напряжению той ступени напряжения сети, где эта нагрузка присоединена, следует принимать рав­ным: при напряжении сети 35 кВ и более X 2(ном) = 0,45 и при напряжении сети менее 35 кВ X 2(ном) =0,35.

Схема замещения нулевой последовательности обычно существенно отличается от схем прямой и обратной последовательностей. Ее конфигурация определяется в основ­ном положением расчетной точки КЗ и схемами соединения обмоток трансформаторов и автотрансформаторов исходной расчетной схемы. Чтобы составить схему замещения нулевой последовательности, следует допустить, что в точке несимметричного КЗ все фазы соединены между собой накоротко и между этой точкой и землей приложено на­пряжение нулевой последовательности. Затем, идя от точки КЗ поочередно в разные стороны, необходимо на каждой ступени напряжения исходной расчетной схемы выя­вить возможные пути циркуляции токов нулевой последовательности (циркуляция этих токов возможна только в тех ветвях, которые образуют контуры для замыкания токов через землю и параллельные ей цепи) и соответственно определить элементы этой схе­мы, которые должны быть введены в схему замещения. При этом следует иметь в виду, что сопротивление нулевой последовательности трансформатора со стороны обмотки, соединенной в треугольник или звезду с незаземленной нейтралью, бесконечно велико, поэтому трансформаторы с указанными схемами соединения и все находящиеся за ними элементы исходной расчетной схемы в схему замещения нулевой последовательности не входят.

Циркуляция токов нулевой последовательности возможна только в том случае, если обмотка трансформатора, обращенная в сторону расчетной точки КЗ, соединена в звезду с заземленной нейтралью.

Схема замещения нулевой последовательности двухобмоточного трансформато­ра, обмотки которого соединены по схеме Y0/?, представлена на рис. 3.1, а. Поскольку индуктивное сопротивление X 0 во много раз больше сопротивлений рассеяния обмо­ток Хl и Xll, то в исходной схеме замещения нулевой последовательности трансформа­тор с указанной схемой соединения обмоток представляется в виде одного индуктив­ного сопротивления X = Хl +Xll, которое с противоположной стороны (идя от расчета нулевого потенциала схемы замещения (с землей). Таким образом, если в ис­ходной расчетной схеме за таким транс­форматором имеются какие-либо эле­менты (трансформаторы, генераторы, воздушные или кабельные линии и т.д.). то независимо от их вида и схемы со­единения их обмоток эти элементы в схему замещения нулевой последова­тельности не вводятся. Это объясняет­ся тем, что при соединении обмоток трансформатора по схеме Y/? ЭДС нулевой последовательности, наводи­мая в соединенной треугольником об­мотке, полностью компенсируется па­дением напряжения от тока нулевой последовательности в индуктивном со­противлении рассеяния этой обмотки вследствие чего напряжение нулевой последовательности на выводах этой обмотки равно нулю.



  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10


Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации