Голубев М. Л.
Методы расчета токов короткого замыкания в распределительных сетях. Москва, Энергия», 1967. (Библиотека электромонтера. Вып. 237.)
В книге рассматриваются практические методы расчетов токов короткого замыкания, необходимых для выбора уставок релейной защиты в распределительных сетях 6—35 кВ и сетях напряжением ниже 1 000 В, питающихся от мощной энергосистемы, и приводятся справочные материалы, необходимые для выполнения таких расчетов.
ВВЕДЕНИЕ
Цель настоящей брошюры — дать справочные данные и методику расчета токов короткого замыкания для расчета уставок релейной защиты в распределительных сетях 6—35 кВ, питающихся от мощных энергосистем, а также в сетях напряжением ниже 1 000 В.
Расчеты токов к. з. рассмотрены только для случая, когда распределительная сеть имеет одностороннее питание от шин системы большой мощности. При расчетах не учитывается подпитка места к. з. токами от синхронных и асинхронных двигателей нагрузки.
При расчетах приходится определять главным образом сопротивления линий. Величины сопротивлений линий, как правило, определяются в омах. Поэтому для уменьшения количества математических вычислений в дальнейшем все расчеты ведутся в именованных величинах.
Для распределительных сетей активное сопротивление линий велико, часто больше индуктивного, поэтому во всех расчетах определяется полное сопротивление линий и трансформаторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Как известно, короткое замыкание сопровождается увеличением тока на участке сети между местом к. з. и генераторами, питающими сеть, и снижением напряжения. Изменения токов и напряжений не могут происходить мгновенно, поскольку элементы сети имеют индуктивность, задерживающую увеличение тока и снижение напряжения. Наличие на генераторах регуляторов напряжения и устройств форсировки возбуждения, которые при снижении напряжения, вызванном коротким замыканием, увеличивают возбуждение генераторов, и затухает до нуля. Время ее затухания определяется соотношением величин активного и индуктивного сопротивлений короткозамкнутой сети. Чем больше активное со- тивление, тем быстрее уменьшается величина апериодической составляющей. Поскольку в распределительных сетях активное сопротивление велико, апериодическая составляющая затухает настолько быстро (за сотые доли секунды), что в практических расчетах токов короткого замыкания для выбора уставок релейной защиты не учитывается.
Вторая составляющая — периодическая iп представляет собой синусоидальный ток с неизменной амплитудой. Величина его действующего значения при трехфазном к. з. определяется согласно закону Ома по следующему выражению:
способствует увеличению тока к. з. и остаточного напряжения. В результате величина и форма кривой тока короткого замыкания изменяются по сложным законам, точный учет которых затрудняет расчеты.
В случае, когда короткое замыкание происходит на линии, подключенной к шинам мощной энергосистемы, расчет и анализ процессов, происходящих при повреждении, значительно упрощаются. Форма кривой тока короткого замыкания iк для этого случая показана на рис. 1.
Рис. 1. Форма кривой тока короткого замыкания.
Такую форму имеет ток в цепи, состоящей из активного r и индуктивного х сопротивлений, при подключении к ней источника синусоидального напряжения постоянной величины. Этот ток можно представить состоящим из двух составляющих. Одна из них ia, которая называется апериодической составляющей, появляется в момент возникновения короткого замыкания
где
— действующее значение периодической составляющей тока при трехфазном коротком замыкании, а.
U — междуфазное напряжение источника питания, в;
z∑ — суммарное сопротивление цепи короткого замыкания, Ом/фазу.
2. ВИДЫ ПОВРЕЖДЕНИЙ В СЕТЯХ 6-35 кВ
Распределительные сети 6—35 кВ обычно работают с изолированной нейтралью. В таких сетях могут возникать междуфазные короткие замыкания: трехфазные, двухфазные и двойные замыкания на землю. Кроме того, в сетях 6—35 кВ могут возникать однофазные замыкания на землю. Однофазное замыкание на землю в сети с изолированной нейтралью, отключение которого релейной защитой требуется только по соображениям техники безопасности в сетях, питающих торфоразработки, строительные площадки и т. п., в дальнейшем не рассматривается.
Под двойным замыканием на землю понимается одновременное замыкание на землю одной фазы в одном месте сети и другой фазы в другом месте сети. Из-за сложности вычислений токов короткого замыкания этот вид повреждения при расчетах релейной защиты в распределительных сетях, как правило, не рассматривается.
Для расчетов релейной защиты необходимо знать величины токов трехфазного и двухфазного к. з.
Для упрощения расчетов принято рассчитывать токи трехфазного к. з.
, а ток двухфазного к. з.
определять по выражению
(2)
Расчет ведется для случая так называемого металлического короткого замыкания, когда фазы соединяются непосредственно, без переходного сопротивления. В действительности короткие замыкания часто бывают не металлические, а через переходное сопротивление, например через упавшее дерево, через землю при обрыве проводов, через электрическую дугу, возникающую от схлестывания проводов, и т. д.
Поскольку величину переходного сопротивления в этих случаях определить практически невозможно, оно обычно не учитывается, а возможное уменьшение тока короткого замыкания из-за переходного сопротивления компенсируется введением коэффициента запаса при расчете уставок защиты.
Иногда при расчетах учитывают сопротивление электрической дуги в месте к. з.
Сопротивление дуги определяется по выражению (3), полученному на основании опытов;
(3)
где lд — длина дуги, м;
Iд — ток в дуге, а;
rд — активное сопротивление дуги, Ом.
Сопротивление дуги считается чисто активным.
