Основные сведения о коротких замыканиях.

Основные сведения о коротких замыканиях. Короткое замыкание (КЗ) — электрическое соединение двух точек электрической сети с различными значениями потенциала, не предусмотренное конструкцией устройства и нарушающее его нормальную работу.Короткие замыкания, возникающие в электрических сетях, машинах и аппаратах, отличаются большим разнообразием как по виду, так и по характеру повреждения.

Для упрощения расчетов и анализа поведения релейной защиты при повреждениях исключаются отдельные факторы, не оказывающие существенного влияния на значения токов и напряжений. В частности, как правило, не учитывается при
расчетах переходное сопротивление в месте КЗ и все повреждения рассматриваются как непосредственное (или, как говорят, «глухое» или «металлическое») соединение фаз между собой или на землю (для сети с заземленной нейтралью). Не учитываются токи намагничивания силовых трансформаторов и емкостные токи линий электропередачи напряжением до 330 кВ. Сопротивления всех трех фаз считаются одинаковыми.

Основные виды КЗ показаны на рис.1.17. Междуфазные КЗ – двухфазные и трехфазные – возникают в сетях как с заземленной, так и с изолированной нейтралью. Однофазные КЗ могут происходить только в сетях с заземленной нейтралью.

Основными причинами, вызывающими повреждения на линиях электропередачи, являются перекрытия изоляции во время грозы, схлестывание и обрывы проводов при гололеде, набросы, перекрытия загрязненной и увлажненной изоляции, ошибки персонала и др.

Трехфазное короткое замыкание. Симметричное трехфазное КЗ – наиболее простой для расчета и анализа вид повреждения. Он характерен тем, что токи и напряжения всех фаз равны по значению как в месте КЗ, так и в любой другой точке сети:

Векторная диаграмма токов и напряжений при трехфазном КЗ приведена на рис.1.18. Поскольку рассматриваемая система симметрична, ток, проходящий в каждой фазе, отстает от создающей его ЭДС на одинаковый угол φ_k, определяемый соотношением активного и реактивного сопротивления цепи короткого замыкания:

        Для линий 110 кВ этот угол равен 60-78^о; 220 кВ (один провод в фазе) – 73-82^о; 330 кВ (два провода в фазе) – 80-85^о; 500 кВ (три провода в фазе) – 84-87^о; 750 кВ (четыре провода в фазе) – 86-88^о (большие значения угла соответствуют большим сечениям проводов).

      Напряжение в месте КЗ равно нулю, а в любой другой точке сети может быть определено, как показано на рис.1.18, 

в. Так как все фазные и междуфазные напряжения в точке трехфазного короткого замыкания равны нулю, а в точках, удаленных от места КЗ на небольшое расстояние, незначительны по значению, рассматриваемый вид повреждения представляет наибольшую опасность для работы энергосистемы с точки зрения устойчивости параллельной работы электростанций и узлов нагрузки.

        Двухфазное короткое замыкание. При двухфазном КЗ токи и напряжения разных фаз неодинаковы. Рассмотрим соотношения токов и напряжений, характерные для двухфазного КЗ между фазами В и С

 (рис.1.19). В поврежденных фазах в месте КЗ проходят одинаковые токи, а в неповрежденной фазе ток отсутствует

Междуфазное напряжение  в месте КЗ равно нулю, а фазные напряжения        Так же как и при трехфазном КЗ, токи, проходящие в поврежденных фазах, отстают от создающей их ЭДС (в данном случае от ЭДС  или параллельного ему вектора) на угол φ_k, определяемый соотношением активных и реактивных сопротивлений цепи.        Соответствующие векторные диаграммы для места КЗ построены на рис.1.19, а. По мере удаления от места КЗ фазные напряжения , и междуфазное напряжение будут увеличиваться, как показано на рис.1.19, а штриховыми линиями для точки  n.

      С точки зрения влияния на устойчивость параллельной работы генераторов и на работу электродвигателей рассматриваемый вид повреждения представляет значительно меньшую опасность, чем трехфазное КЗ.

   Двухфазное короткое замыкание на землю в сети с заземленной нейтралью. Этот вид повреждения для сетей с изолированной нейтралью практически не отличается от двухфазного КЗ. Токи, проходящие в месте КЗ и в ветвях рассматриваемой схемы, а также междуфазные напряжения в разных точках сети имеют те же самые значения, что и при двухфазном КЗ.

     В сетях с заземленной нейтралью двухфазное КЗ на землю значительно более опасно, чем двухфазное КЗ. Это объясняется более значительным снижением междуфазных напряжений в месте КЗ, так как одно междуфазное напряжение уменьшается до нуля, а два других – до значения фазного напряжения неповрежденной фазы (рис.1.20).

Соотношение токов и напряжений в месте КЗ для этого вида повреждения имеют следующий вид:

   Однофазное короткое замыкание в сети с заземленной нейтралью. Однофазное КЗ может иметь место только в сетях с заземленной нейтралью (на пост советском пространстве, как правило, с заземленной нейтралью работают сети напряжением 110 кВ и выше). Векторные диаграммы токов и напряжений в месте однофазного КЗ фазы А приведены на рис.1.21, а формулы, определяющие соотношения между ними, даны ниже:

    Однофазное КЗ, сопровождающиеся снижением до нуля в месте повреждения только одного фазного напряжения, представляют меньшую опасность для работы энергосистемы, чем рассмотренные выше междуфазные КЗ.

     Однофазное замыкание на землю в сети с малым током замыкания на землю. В сетях с малыми токами замыкания на землю, к которым относятся сети 3-35 кВ, работающие с изолированной нейтралью или с нейтралью, заземленной через дугогасящий реактор, замыкание одной фазы на землю сопровождается значительно меньшими токами, чем токи КЗ.

       где Х_Σ – суммарное сопротивление цепи замыкания на землю.

      Поскольку активные и индуктивные сопротивления генераторов, трансформаторов и кабельных линий много меньше, чем емкостное сопротивление сети, ими можно пренебречь. Тогда

      где f – частота сети, равная 50 Гц; С – емкость одной фазы сети относительно земли.

       Поскольку при замыкании фазы А на землю напряжение фаз В и С относительно земли равны по значению междуфазному напряжению и сдвинуты на угол 60^о, то

В результате

       Емкость сети в основном определяется длиной присоединённых линий, в то время как емкости относительно земли обмоток генераторов и трансформаторов сравнительно невелики. Для расчета емкостного тока (А/км), проходящего при замыкании на землю в сети с изолированной нейтралью, можно воспользоваться следующими выражениями, определяющими ток на 1 км кабельной линии:

        Для линии 6 кВ и 10 кВ соответственно.

      где S – сечение кабеля, мм²; U_ном – номинальное междуфазное напряжение кабеля, кВ.

      Для воздушных линий можно принимать следующие удельные значения емкостных токов: 6 кВ – 0,015 А/км; 10 кВ – 0,025 А/км; 30 кВ – 0,1 А/км.

   Для снижения тока замыкания на землю применяются специальные компенсирующие устройства – дугогасящие катушки, которые подключаются между нулевыми точками трансформаторов или генераторов и землей. В зависимости от настройки дугогасящей катушки ток замыкания на землю уменьшается до нуля или до небольшого остаточного значения.

      Поскольку токи замыкания на землю имеют небольшие значения, а все междуфазные напряжения остаются неизменными (рис.1.22), однофазное замыкание на землю не представляет непосредственной опасности для потребителей. Защита от этого вида повреждения, как правило, действует на сигнал. Однако длительная работа сети с заземленной фазой нежелательна, так как длительное прохождение тока в месте замыкания на землю, а также повышенные в 1,73 раза напряжения неповрежденных фаз относительно земли могут привести к пробою или повреждению их изоляции и возникновению двухфазного КЗ. Поэтому допускается работа сети с заземлением одной фазы только в течении 2 ч. За это время оперативный персонал с помощью устройств сигнализации должен обнаружить и вывести из схемы поврежденный участок.

     В сетях, питающих торфопредприятия и передвижные строительные механизмы, для обеспечения условий безопасности обслуживающего персонала защита от замыканий на землю выполняется с действием на отключение.

2.5.1. Двухфазное короткое замыкание

Рассмотрим двухфазное КЗ между фазами В и С (рис.2.6).

Рис.2.6

Граничные условия при двухфазном КЗ:

, ,

Подставив граничные условия для токов в систему уравнений (2.5), получим:

,

,

Из первых двух соотношений . Из последнего выражения следует, что и.

Подставив граничные условия для напряжений в систему уравнений (2.5), получим:

Следовательно,.

Таким образом, в месте двухфазного КЗ связь между симметричными составляющими устанавливается следующими соотношениями:

, ,,. (2.6)

Подставляя соотношения (2.6), в первое уравнение системы (2.2), получим:

Откуда ток прямой последовательности:

Ток КЗ поврежденной фазы, например, фазы В:

Так как, то

Модуль тока:

Комплексная схема замещения при двухфазном КЗ, построенная в соответствие с соотношениями (2.6), изображена на рис.2.7, здесь «н»- начало,

Рис.2.7

«к» — конец схемы, 1, 2, 0 — соответственно схемы замещения прямой, обратной и нулевой последовательностей. При двухфазном КЗ токи и напряжения нулевой последовательности отсутствуют, поэтому схема замещения нулевой последовательности в комплексную схему замещения не входит. Векторные диаграммы напряжений и токов в месте повреждения приведены на рис.2.8 а) и б) соответственно.

Рис.2.8

Диаграммы построены для индуктивной цепи, поэтому токи прямой последовательности отстают от соответствующих напряжений на 90⁰. Как видно из последнего рисунка здесь выполняются граничные условия.

2.5.2. Однофазное короткое замыкание

Рассмотрим замыкание фазы А на землю (рис.2.9).

Рис.2.9

Граничные условия при однофазном замыкании U_A=0,I_B=0,I_c=0.

Подставив граничные условия для токов в систему уравнений (2.5), получим:

,

т.е.

Рис.2.10

Из граничного условия для напряжения:

(2.8)

Подставляя в последнее выражение значения симметричных составляющих напряжений из системы (2.2), получим:

Откуда:

Ток поврежденной фазы А:

В соответствие с соотношениями (2.7) и (2.8) комплексная схема замещения при однофазном КЗ приведена на рис.2.10.

Найдем значения симметричных составляющих напряжения:

;

;

.

Рис.2.11

Векторные диаграммы напряжений и токов в месте повреждения на рис.2.11,а) и б) соответственно.

2.5.3. Двухфазное короткое замыкание на землю

Рассмотрим двухфазное КЗ между фазами В и С (рис.2.12). Граничные условия при двухфазном КЗ на землю:

, ,.

Сопоставляя граничные условия при однофазном КЗ и двухфазном КЗ на землю можно установить, что условия для напряжений и токов меняются местами, поэтому следует ожидать таким же образом изменятся соотношения между симметричными составляющими.

Рис.2.12

Подставив граничные условия для напряжений в систему уравнений (2.5) получим:

т.е. (2.9)

Из граничного условия для тока:

(2.10)

Подставляя в последнее выражение значения симметричных составляющих токов из системы (2.2), получим:

или

Из последнего выражения:

Откуда

где — означает параллельное соединение (включение) элементов.

В соответствие с соотношениями (2.9) и (2.10) комплексная схема замещения при двухфазном КЗ на землю приведена на рис.2.13.

Рис.2.13

Из комплексной схемы замещения:

,

Ток одной из поврежденных фаз, например, В:

Найдем значения симметричных составляющих напряжения:

,

,

Векторные диаграммы для напряжений и токов в месте повреждения приведены на рис.2.14, а) и б) соответственно.

Рис.2.14

двухфазное короткое замыкание — это… Что такое двухфазное короткое замыкание?



двухфазное короткое замыкание

двухфазное короткое замыкание: Короткое замыкание между двумя фазами в трехфазной электроэнергетической системе.

[ГОСТ 26522-85, статья 5]

Смотри также родственные термины:

двухфазное короткое замыкание на землю: Короткое замыкание на землю в трехфазной электроэнергетической системе с глухо или эффективно заземленными нейтралями силовых элементов, при котором с землей соединяются две фазы.

[ГОСТ 26522-85, статья 6]

Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации. academic.ru. 2015.

• двухуровневый факторный эксперимент
• двухфазное короткое замыкание на землю

Смотреть что такое «двухфазное короткое замыкание» в других словарях:

• двухфазное короткое замыкание — Короткое замыкание между двумя фазами в трехфазной электроэнергетической системе [ГОСТ 26522 85] [ОАО РАО «ЕЭС России» СТО 17330282.27.010.001 2008] Тематики электробезопасность Классификация >>> EN 2 phase short circuittwo… …   Справочник технического переводчика

• двухфазное короткое замыкание — dvifazis trumpasis jungimas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. double phase fault; double phase short circuit; line to line short circuit vok. Zweiphasenkurzschluß, m rus. двухфазное короткое замыкание, n pranc. court circuit biphasé …   Automatikos terminų žodynas

• двухфазное короткое замыкание — trumpasis dviejų fazių susijungimas statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. double phase fault; double phase short circuit vok. Zweiphasenkurzschluß, m rus. двухфазное короткое замыкание, n pranc. court circuit biphasé, m; défaut… …   Radioelektronikos terminų žodynas

• двухфазное короткое замыкание — Короткое замыкание, при котором в трехфазной электрической системе происходит соединение между двумя любыми фазами без соединения с землей …   Политехнический терминологический толковый словарь

• двухфазное короткое замыкание с землей — Двухфазное короткое замыкание в трехфазной электроэнергетической системе с незаземленными или резонансно заземленными нейтралями силовых элементов, сопровождающиеся контактированием точки короткого замыкания с землей [ГОСТ 26522 85] Тематики… …   Справочник технического переводчика

• двухфазное короткое замыкание на землю — Короткое замыкание на землю в трехфазной электроэнергетической системе с глухо или эффективно заземленными нейтралями силовых элементов, при котором с землей соединяются две фазы [ГОСТ 26522 85] [ОАО РАО «ЕЭС России» СТО 17330282.27.010 …   Справочник технического переводчика

• двухфазное короткое замыкание на землю — двухфазное короткое замыкание на землю: Короткое замыкание на землю в трехфазной электроэнергетической системе с глухо или эффективно заземленными нейтралями силовых элементов, при котором с землей соединяются две фазы. [ГОСТ 26522 85, статья 6]… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• двухфазное короткое замыкание на землю — Короткое замыкание, при котором в трехфазной системе с глухозаземленной нейтралью происходит соединение между двумя любыми фазами и землей в одной и том же месте системы …   Политехнический терминологический толковый словарь

• Короткое замыкание — Возникновение пожара вследствие замкнутых электрических проводов У этого термина существуют и другие значения, см. Короткое замыкание (значения). Короткое замыкание (КЗ)  электрическое соединение двух точе …   Википедия

• Короткое замыкание —         не предусмотренное нормальными условиями работы электрическое соединение точек электрической цепи с различными потенциалами через малое сопротивление. К. з. возникает вследствие нарушения изоляции и соединения токопроводящих частей… …   Большая советская энциклопедия

Двухфазное кз

Начертим три фазы «А»,»В»и»С»для места, где произошло КЗ на незагруженном ответвлении малой длины (сопротивлением этого ответвления можно пренебречь) (рис. 8.7) и запишем граничные условия.

Рис.8.7. Схема для записи граничных условий

Граничные условия: . Поскольку двухфазное КЗ не связано с землей, то токи нулевой последовательности протекать не будут, то есть. В дальнейших выводах будем использовать формулы метода симметричных составляющих с учетом граничных условий.

Ток в фазе «А»можно записать какоткуда

. (8.16)

Выразим фазные напряжения ичерез симметричные составляющие фазы»А». Тогда третье граничное условие запишется в следующем виде:

Из выражения (8.17) получим, что

. (8.18)

На основании первого и второго уравнений системы (8.13) с учетом (8.16) и (8.18) запишем:

.

Из последнего выражения найдем периодическую составляющую тока прямой последовательности:

(8.19)

Токи в поврежденных фазах «В»и»С»выразим через :

(8.20)

. (8.21)

Напряжения прямой и обратной последовательностей фазы «А»в месте КЗ определяются:

. (8.22)

Фазные напряжения в месте КЗ можно определить из следующих выражений:

, (8.23)

. (8.24)

Мы получили выражения токов и напряжений симметричных составляющих для места КЗ, по которым можем строить соответствующие векторные диаграммы. Данные диаграммы приведены на рис. 8.8.

Рис. 8.8. Векторные диаграммы токов и напряжений в месте двухфазного КЗ

8.4.2. Однофазное кз

Согласно принципиальной схеме (рис.8.9) для места однофазного КЗ можно записать следующих три граничных условия: .

Рис.8.9. Принципиальная схема для места однофазного КЗ

С учетом первого и второго граничных условий можно записать симметричные составляющие токов КЗ:

Таким образом,

. (8.25)

Распишем третье граничное условие через симметричные составляющие и уравнения равновесия напряжений (8.13) для результирующих схем замещения:

Из последнего выражения получим:

. (8.26)

Ток поврежденной фазы в месте КЗ

. (8.27)

Симметричные составляющие напряжений в месте КЗ:

(8.28)

(8.29)

(8.30)

Фазные напряжения в месте КЗ:

(8.32)

По полученным выражениям симметричных составляющих токов и напряжений для места КЗ строим векторные диаграммы (см. рис. 8.10).

Рис. 8.10. Векторные диаграммы токов и напряжений в месте однофазного КЗ

Угол между векторами изависит от соотношения между x_0и x_2. Он изменяется в пределах от 60до 180. Нижний предел соответствует x_0=, а верхний — x_0= 0. Если x_2= x_0, то угол составляет 120.

3. Двухфазное кз на земле

Используя граничные условия, формулы метода симметричных составляющих и уравнения (8.13) выведите самостоятельно основные соотношения для токов и напряжений в месте двухфазного КЗ на землю и постройте векторные диаграммы токов и напряжений в месте КЗ.

Граничные условия записаны согласно рис.8.11:

Рис. 8.11. Принципиальная схема двухфазного КЗ на землю

Основные соотношения при двухфазном КЗ на землю:

(8.33)

(8.34)

(8.35)

(8.36)

(8.37)

(8.38)

Модули выражений в скобках, входящих в (8.37), (8.38) равны по величине и рассчитываются по нижеприведенной формуле:

. (8.39)

6.8. Однофазное короткое замыкание

Предположим в точке К (рис. 6.9) в сети с глухозаземленной нейтралью происходит однофазное КЗ фазы А на землю.

Для однофазного КЗ необходимо иметь схемы замещения прямой, обратной и нулевой последовательностей, из которых определяются величины ,,,.

Уравнения (6.10) дополняются следующими тремя граничными условиями:

, ,. (6.19)

Рис. 6.9. Принципиальная схема однофазного КЗ

Симметричные составляющие тока в поврежденной фазе с учетом граничных условий будут:

(6.20)

т.е. .

Таким образом, токи в фазах: ;;. Ток, протекающий через землю:.

Напряжение для поврежденной фазы А:

. (6.21)

Симметричные составляющие напряжений в месте КЗ:

(6.22)

Фазные напряжения в месте КЗ:

(6.23)

Выражения (6.20) и (6.21) позволяют построить векторные диаграммы токов и напряжений (рис. 6.10). На векторной диаграмме напряжений (рис.6.10б) угол θ между напряжениями неповрежденных фаз зависит от отношения между ии изменяется в пределах 60° ≤θ ≤ 180°. Нижний предел соответствует , верхний — при. Приуголθ равен 120°.

а б

Рис. 6.10. Векторные диаграммы токов (а) и напряжений (б) однофазного короткого замыкания

Подставим в уравнение (6.21) симметричные составляющие напряжений из (6.10):

откуда с учетом уравнения (6.20) получим:

(6.24)

Комплексная схема замещения, соответствующая выражению (6.24), имеет вид (рис. 6.11).

Рис. 6.11. Комплексная схема замещения однофазного КЗ

Выводы из анализа однофазного КЗ

1. Ток КЗ, протекающий в поврежденной фазе, состоит из прямой, обратнойи нулевойпоследовательностей.

2. Напряжение в поврежденной фазе в СЭС резко снижается, что приводит к искажению треугольника линейных напряжений и это отражается на нормальной работе потребителей.

3. Напряжение неповрежденных фаз в месте КЗ незначительно повышается. Это объясняется тем, что в «здоровых» фазах наводится ЭДС взаимоиндукции от тока КЗ, протекающего в поврежденной фазе.

4. Линейные напряжения в месте КЗ не выше напряжения нормального режима.

6.9. Двухфазное короткое замыкание на землю

Предположим в точке К (рис. 6.12) в сети с глухозаземленной нейтралью происходит двухфазное КЗ на землю между фазами В и С и землей.

Для расчета К^(1,1) необходимо иметь схемы замещения прямой, обратной и нулевой последовательностей, из которых определяются величины сопротивлений прямой , обратнойи нулевойпоследовательностей.

Уравнения (6.6) дополняются тремя граничными условиями:

, ,. (6.25)

Cимметричные составляющие напряжений фазы А с учетом граничных условий будут:

(6.26)

т. е. , откуда.

Рис. 6.12. Принципиальная схема двухфазного КЗ на землю

Из исходных уравнений (6.10):

(6.27)

Так как ток фазы А , то, подставляя уравнения (6.27) в последнее выражение, имеем:

.

Из последнего выражения получим:

Подставляя полученное значение из выражения (6.28) в формулы (6.27), после преобразований имеем:

(6.29)

Схема замещения при двухфазном КЗ К^(1,1), соответствующая выражению (6.29), представлена на рис. 6.13.

Рис. 6.13. Комплексная схема замещения цепи при двухфазном КЗ на землю

Токи в поврежденных фазах:

(6.30)

Модуль выражений в квадратных скобках в уравнениях (6.30) составляет:

. (6.31)

Следовательно, абсолютная величина токов в поврежденных фазах В и С запишется как ;.

В зависимости от отношения между изначение m^(1,1) находится в пределах 1,5 ≤ m^(1,1)≤ .Нижний предел наступает при , а верхний – при, равном 0 или ∞.

Ток, протекающий через землю (и параллельным ей путем), будет:

. (6.32)

Выражение (6.28) можно представить в следующем виде:

(6.33)

Напряжение неповрежденной фазы в месте КЗ

Векторные диаграммы токов и напряжений в месте двухфазного КЗ на землю приведены на рис. 6.14. На векторной диаграмме токов угол θ может изменяться в пределах 60º ≤ θ ≤ 180º, стремясь к нижнему пределу при и к верхнему при.

а. б.

Рис. 6.14. Вектор диагр напряж(а)и токов(б)при двухф КЗ на землю

Выводы из анализа двухфазного КЗ на землю:

1. Напряжения поврежденных фаз в месте КЗ равны нулю и значительно ниже нормальных значений во всей СЭС.

2. Напряжение неповрежденной фазы не изменяется и равно номинальному напряжению.

3. В системе электроснабжения протекают токи КЗ всех последовательностей.

Двухфазное короткое замыкание

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 5Следующая ⇒

При двухфазном к.з. токи нулевой последовательности отсутствуют и поэтому для его анализа достаточно иметь только две схемы замещения: прямой и обратной последовательностей.

Предположим, что эти схемы замещения уже составлены, приведены к простейшему виду и известны их результирующие и , а также .

Для дальнейших рассуждений воспользуемся схемой рис. 4.10.

Рис.4.9. Рис.4.10.

Уравнения (4.8)-(4.9) дают лишь две связи между четырьмя неизвестными, поэтому для их решения нужны еще два уравнения, которые получают из граничных условий для двухфазного к.з.:

 

(4.17)

 

Система уравнений составлена для фазы , но она имеет силу для любой другой фазы.

При записи граничных условий для всех видов несимметрии принимают, что фаза находится в условиях отличных от условий для двух других фаз, то есть она является, как говорят, особой фазой.

За положительное направление фазных токов и их симметричных составляющих принимают направление к месту короткого замыкания.

В дальнейшем условимся при записи симметричных составляющих фазы не указывать индекс фазы.

Согласно системе уравнений (4.2) , но из (4.17) ,

следовательно, . (4.18)

Согласно (4.3)-(4.5)

(4.19)

 

Используя (4.17)-(4.19), можно записать:

(4.20)

Согласно (4.2) токи в фазах будут:

(4.21)

Симметричные составляющие напряжения для фазы при двухфазном к.з. определим согласно формул (4.17)-(4.19):

Тогда в соответствии с (4.2) напряжения фаз будут:

(4.22)

Заметим, что напряжение неповрежденной фазы в два раза больше по модулю напряжения поврежденных фаз и противоположно по знаку.

На рис. 4.11 представлены векторные диаграммы токов, напряжений и комплексная схема замещения при двухфазном к.з. в точке К.

Рис.4.11.

а – векторная диаграмма токов;

б – векторная диаграмма напряжений;

в – комплексная cхема замещения

Комплексная схема замещения предназначена для расчетов несиметричных режимов на расчетных столах переменного и постоянного тока.

Конфигурация комплексной схемы замещения определяется по выражению для тока прямой последовательности для рассматриваемого вида несимметрии.

Условные обозначения на комплексной схеме замещения : и т.д. служат для фиксации начала ( ) и конца набранной на расчетном столе схемы замещения соответствующей последовательности.

По измерениям, проводимым на комлексной схеме замещения, набранной на расчетном столе постоянного тока, можно определить модули токов и напряжений всех последовательностей для фазы .

Зная из анализа каждого вида несимметрии положение векторов токов и напряжений всех последовательностей для фазы на соответствующих векторных диаграммах, далее строят системы векторов симметричных составляющих токов и напряжений для всех фаз и получают по ним искомые векторы полных фазных величин.

Так, для рассматриваемого вида несимметричного к.з. достаточно применить в комлексной схеме замещения только два измерительных прибора: амперметр, включаемый в разрыв последовательной цепи и вольтметр, подключаемый к точкам и .

При этом, первый прибор покажет значение модуля тока прямой последовательности фазы , второй – модуля напряжения прямой последовательности фазы .

Таким образом, ценность применения комплексных схем замещения состоит в простоте определения искомых фазных величин в любой точке длясети любой сложности, схемы замещения соответствующих последовательностей которой набраны и соединены между собой соответствующим образом на расчетном столе.

 

4.6.2. Однофазное короткое замыкание на землю

 

Для этого вида к.з. (см. рис.4.12) нужно иметь три схемы замещения –

прямой обратной и нулевой последовательностей.

Будем по прежнему считать, что эти схемы замещения приведены к простейшему виду и нам известны .

Для этого случая к.з. с учетом граничных условий можно записать следующие уравнения

Рис.4.12.

(4.23) Согласно (4.3)-(4.5) и (4.23) имеем:

Следовательно, (4.24)

Согласно (4.2) и (4.23) имеем: , а используя (4.24), получим: .

Таким образом, . (4.25)

Токи в фазах согласно (4.23)-(4.24) будут:

(4.26)

Ток в земле будет равен:

(4.27)

Напряжения фаз

(4.28)

На рис. 4.13 представлены векторные диаграммы токов, напряжений и комплексная схема замещения при однофазном коротком замыкании на землю в точке .

Векторная диаграмма токов строится на основании формулы (4.24), а напряжений – исходя из того, что

Угол между векторами и изменяется от 60 до .

 

Рис.4.13.

а — векторная диаграмма токов;

б – векторная диаграмма напряжений;

в – комплексная схема замещения

 

4.6.3. Двухфазное короткое замыкание на землю

 

Для этого вида к.з. (см. рис.4.14) нужно иметь три схемы замещения – прямой обратной и нулевой последовательностей.

Будем по прежнему считать, что эти схемы замещения приведены к простейшему виду и нам известны .

Для этого вида к.з. уравнения связи с учетом граничных условий запишутся в следующем виде: (4.29) Согласно (4.3)-(4.5) и (4.29) имеем:

Рис.4.14. . (4.30)

Из (4.29) следует, что:

; .

Так как ,

то

Подставляя выражение для из последнего выражения в (4.29), получим ; (4.31)

Токи в фазах при двухфазном к.з.на землю будут:

. (4.32)

. (4.33)

Ток в земле при двухфазном к.з. на землю

(4.34)

Напряжения фаз

(4.35)

На рис. 4.15 представлены векторные диаграммы токов, напряжений и комплексная схема замещения при двухфазном коротком замыкании на землю в точке К.

 

Рис.4.15.

а – векторная диаграмма токов;

б – векторнафя диаграмма напряжений;

в – комплексная схема замещения

 

4.10. Анализ однократной продольной несимметрии

4.10.1. Общие замечания

 

Продольную несимметрию в какой -либо точке трехфазной сети в общем виде можно представить включением в рассечку каждой фазы неодинако-

вых сопротивлений.

Такой подход универсален, так как позволяет получить расчетные выражения в самом общем виде.

Однако указанный прием связан с необходимостью проведения сложных выкладок, а сам конечный результат характеризуется громоздкими выраже-

ниями.

Значительно проще и нагляднее проводить решение для каждого вида про- дольной несимметрии, используя характеризующие его граничные условия.

В данном параграфе будут рассмотрены два вида наиболее часто встречающейся продольной несимметрии, а именно: разрыв одной фазы и разрыв двух фаз (в одном и том же месте).

Основные уравнения падений напряжения в схемах замещения каждой последовательности, составленные для симметричной части сети, аналогичны уравнениям (4.3)-(4.5), и при чисто индуктивной цепи их можно представить в виде:

(4.54)

(4.55)

(4.56)

где — симметричные составляющие падения напряжения фазы на несимметричном участке сети;

— результирующие реактивности схем замещения соответст-

вующих последовательностей относительно места продольной несиммет-

рии.

Дополнительные связи между симметричными составляющими токов и напряжений устанавливаются из граничных условий рассматриваемой продольной несимметрии.

 

4.10.2. Разрыв одной фазы

 

Разрыв одной фазы (рис.4.17) можно характеризовать следующми граничными условиями:

(4.57)

(4.58)

(4.59)

 

Эти условия аналогичны граничным условиям двухфазного к.з. на землю, следовательно данная аналогия должна быть и в расчетных выражениях.

Так при разложении на симметричные составляю-

щие условия (4.58)-(4.59) приводят к равенствам:

(4.60)

Используя (4.55)-(4.56) и (4.60), выразим и через :

Рис.4.17. (4.61)

(4.62)

В соответствии с (4.57) можно записать

,

откуда , (4.63)

где верхний индекс (1) и далее (2) одновременно с нижним индексом указывает обрыв соответственно одной и двух фаз.

После подстановки (4.63) в (4.54), получим:

 

. (4.64)

 

Подставляя (4.63) в (4.61)-(4.62), найдем:

 

; (4.65)

. (4.66)

 

Для определения напряжений с одной из сторон продольной несииметрии

(при разрыве одной фазы) нужно предварительно найти по схемам отдель-

ных последовательностей симметричной части цепи соответствующие со-

ставляющие этих напряжений. Прибавив к ним получают симметричные составляющие напряжений с другой стороны продольной несимметрии.

Далее, зная все симметричные составляющие токов и напряжений, определяют фазные величины токов и напряжений путем сложения симметричных составляющих соответствующих фаз.

В частности, для определения фазных токов в месте обрыва одной фазы могут быть использованы выражения, аналогичные (4.32), в которых ток и реактивности и должны быть соответственно замененены током и реактивностями и .

Аналогично, для нахождения модуля фазных токов при обрыве одной фазы может быть использован коэффициент, определяемый по выражению, аналогичному (4.33).

На рис. 4.18 в качестве иллюстрации приведены векторные диаграммы напряжений по концам разрыва (соответственно в точках и ), а на рис.4.19 – комплексная схема замещения.

 

Рис.4.18.

Рис.4.19.

4.10.3. Разрыв двух фаз

 

При разрыве двух фаз (рис.4.20) граничные условия, очевидно будут:

(4.67)

(4.68)

(4.69)

 

то есть они аналогичны граничным условиям однофазного к.з.В соответствии с (4.23)-(4.24) следует, что симметричные составляющие тока фазы в месте обрыва двух других фаз связаны соотношением:

Рис.4.20. . (4.70) С другой стороны, поскольку согласно (4.69)

(4.71)

достаточно сложить правые части уравнений (4.54)-(4.55) и сумму приравнять нулю. Далее, учитывая (4.70), получим:

, (4.72)

где (4.73)

Для фазного тока целой фазы (фаза ) согласно (4.70) имеем:

(4.74)

Симметричные составляющие разности фазных напряжений в месте обрыва двух фаз определяются для обратной последовательности соответственно по (4.55) и (4.56), а для прямой последовательности проще по (4.71):

(4.75)

 

5.3. Методика расчета токов к.з. в установках напряжением до 1000 В

Электрические установки напряжением до 1000 В, питаемые от распределительной сети электрической системы через понижающие трансформаторы, характеризуются , как правило, большой электрической удаленностью относительно источников питания. Это позволяет считать, что при к.з. за таким понижающим трансформатором напряжение в точке сети, где он присоединен, практически остается неизменным и равным своему номинальному значению.

Достоверность расчета токов к.з. в установках напряжением до 1000 В зависит в основном от того, насколько правильно оценены и полно учтены все сопротивления короткозамкнутой цепи.

Наряду с индуктивными сопротивлениями в рассматриваемой ситуации весьма существенную роль играют активные сопротивления таких элементов, как сборные шины и присоединения к ним, тансформаторы тока, контактные сопротивления выключателей, разъединителей, болтовых соединений шин, зажимов и разъемных контактов аппаратов, а также контакта непосредственно в месте к.з. и др., которыми при выполненни аналогичных расчетов для установок высокого напряжения всегда пренебрегают.

Точная оценка сопротивлений контактных соединений представляет трудную задачу, так как эти сопротивления зависят от многих трудноучитываемых факторов(состояния контактных поверхностей, степени затяжки болтов и др.).

С другой стороны, отказ от учета этих сопротивлений приводит к излишнему преувеличению токов к.з. со всеми вытекающими отсюда последствиями, а именно, к применению более мощной аппаратуры и проводников большего сечения, то есть к неоправданным дополнительным затратам на электрооборудование.

В принятых в 1966 г. Указаниях по проектированию силового электрооборудования промышленных предприятий рекомендуется при отсутствиидостоверных данных о переходных сопротивлениях учитывать их совокуп-

но ( включая и контакт в месте к.з.), вводя в короткозамкнутую цепь активное сопротивление, величина которого зависимости от места к.з. оценивается в пределах Ом.

Нижний предел соответствует к.з. около распределительного щита подстанции, а верхний – при к.з. непосредствено у электроприемников, получающих питание от вторичных распределительных пунктов.

Сопротивления понижающих трансформаторов до 1000 кВА, кабелей до 1000 В, магистральных и распределительных шинопроводов (со спаренными фазами), а также приближенные величины сопротивлений аппаратов напряжений до 1000 В приведены в справочниках.

Сопротивления прямой последовательности шин (обычного исполнения) можно найти в справочниках или определить по выражению

, (5.6)

где — активное сопротивление фазы; — среднее геометрическое расстояние между шинами фаз ; — эквивалентный радиус шины;

при этом следует принимать: для круглых шин (радиусом ) ; для полосовой прямоугольной шины ( с размерами и ) .

Для пакета из нескольких полос под следует понимать толщину пакета в целом.

Сопротивлеие нулевой последовательности шин зависит от многих факторов (расположения и выполнения заземляющей проводки, близости металлоконструкций и т.д.) и изменяется в широких пределах.

Ориентировочно можно считать, что составляющие этого сопротивления находятся в пределах: .

При составлении схемы замещения следует руководствоваться указаниями § 2.2.

Поскольку сопротивления большинства элементов рассматриваемых установок задаются в именованных единицах, то весь расчет обычно ведут также в именованных единицах; при этом ввиду малых значений самих сопротивлений их выражают в миллиомах ( ).

Индуктивные сопротивления прямой последовательности воздушных и кабельных линий можно приближенно определить, принимая: Ом/км мОм – для воздушных линий; Ом/км=

=80 мОм – для кабельных линий.

Активное сопротивление воздушных и кабельных линий можно рассчитать по формуле, если известны материал и сечение провода (жилы) фазы: , (5.7)

где — длина линии, км; — сечение провода(жилы) фазы, ; — удельная проводимость проводника, .

Относительное активное сопротивление трансфрматора определяют как:

, (5.8)

где -активные потери мощности короткого замыкания в трансформато-

ре, кВт; — номинальная мощность трансформатора, кВА.

Относительное индуктивное сопротивление трансформатора можно определить по формуле:

, (5.9)

где -напряжение короткого замыкания трансформатора, %.

Сопротивления трансформатора в именованных единицах:

, мОм; (5.10)

мОм. (5.11)

В качестве средних номинальных напряжений для соответствующих ступеней трансформации рекомендуется принимать: 690, 400, 230 В.

 



Однофазное короткое замыкание в системе d y. Причины повреждения вл. Двухфазное короткое замыкание на землю

Распределительные сети 6-35 кВ работают в режиме с изолированной нейтралью . Электроснабжение потребителей осуществляется по трехпроводной системе, по средствам воздушных или кабельных линий. Такой режим работы нейтрали позволяет повысить надежность питания потребителей при некоторых видах повреждений в электрических сетях.

Аннотация: В данной работе представлен метод расчета значения стационарного состояния тока короткого замыкания в неисправности на землю на энергосистеме, работающей с заземленной нейтралью, и распределение этого тока по всей системе. Предполагаются постоянные импедансы и электродвижущие силы в системе и электрически короткие линии, а пропускной способностью линии пренебрегают. Если в момент возникновения неисправности на землю известно распределение тока нагрузки в системе, общий ток в любой части системы в условиях короткого замыкания может быть рассчитан с помощью этого метода.

Так например, при однофазном замыкании на землю (такие повреждения занимают самый большой процент среди других), в сетях с изолированной нейтралью аварийного отключения поврежденного фидера не происходит. Линейные напряжения остаются такими же как и до замыкания одной фазы на землю.

Однако при однофазных замыканиях в сетях с изолированной нейтрали происходят процессы, влияющие на режим работы электрической сети в целом. Напряжение на поврежденной фазе, в зависимости от вида замыкания стремится к нулю. В случаях когда, измерительные приборы показывают, что напряжение на фазе равно нулю, говорят, что это «полная земля», а замыкание называется «металлическим».

Под «общим током» понимается сумма той части тока повреждения, которая появляется в рассматриваемой ветви, и нормального тока в ветви из-за нагрузок. Последний ток, конечно, не появляется в вине. Приводятся формулы и эквивалентные схемы для обычных трехфазных трансформаторных и генераторных соединений, используемых на практике. Использование таких схем позволяет рассчитать ток повреждения и его распределение в энергосистеме из эквивалентной однофазной сети. Поскольку токи в трехфазной сети в сбалансированных условиях также могут быть рассчитаны из однофазной сети, поэтому можно полностью вычислить однофазную двухпроводную основу, общий ток в любой ветви заземленной звезды сеть для заземления на любой фазе.

Симметрия линейных напряжений при этом не нарушается, а вот фазные напряжения, двух “здоровых” фаз поднимаются до уровня линейных. Наглядно такое перераспределение напряжений можно увидеть на векторной диаграмме треугольника напряжений. При уменьшении вектора напряжения, к примеру ф. А , вектора напряжений ф. В и ф. С стремятся к векторам напряжений ВА и СА .

Настройка эквивалентных двухпроводных однофазных сетей, аналогичных тем, которые применяются для трехфазного случая, обычно невелика, когда число фаз превышает три. В обычном приближенном методе расчета короткого замыкания вместо реальной сети заменяется однофазно-нейтральная сеть. Хотя этот метод предполагает меньший объем труда, чем тот, который предлагается в работе, полученные результаты неточны, влияние неземных нагрузок обычно игнорируется. Метод работы требует гораздо меньше работы, чем требует трехфазных расчетов, дающих равную точность.

Величина тока, протекающего в месте замыкания, находится в прямой пропорциональной зависимости от величины емкости линии и приложенного напряжения. Емкость линии зависит от ее протяженности и разветвленности. Этот ток имеет небольшие значения, однако опасность такого режима, заключается в периодическом зажигании перемежающейся дуги.

Приводится иллюстративный пример. Наиболее часто встречающиеся сбои в распределительных сетях чаще всего возникают в результате однофазных замыканий на землю. Что касается нейтральной неэффективной заземленной системы, то низкий ток короткого замыкания очень часто встречается в случае возникновения однофазного замыкания на землю, что приводит к жесткой идентификации неисправного устройства подачи. Традиционно эта мишень может быть достигнута путем сравнения полярностей, величин или фазовых углов токов нулевой последовательности всех фидеров, подключенных к одной и той же шине.

При горении дуги, во-первых, увеличивается фазное напряжение, во-вторых появляются апериодические составляющие токов, которые негативно сказываются на состоянии изоляции воздушных и кабельных линий. Кроме того, емкостный характер дуги сопровождается выделением теплоты, что порождает благоприятные условия для перехода однофазного замыкания в междуфазное.

Однако выполнение этой функции в защиту фидера становится сложной задачей. Он основан на измерении напряжения нулевой последовательности и тока нулевой последовательности. Стратегия отключения соответствует характеристике модифицированной кривой задержки обратного времени. С помощью анализа характеристик переходных токов нулевой последовательности раскрывается, что величина тока нулевой последовательности неисправного фидера должна быть больше, чем величина любого звукового фидера. Затем формируется составное компенсированное напряжение на основе напряжения нулевой последовательности и тока нулевой последовательности для оценки корректирующего коэффициента для каждого фидера соответственно.

Повышение фазных напряжений «здоровых» фаз до уровня линейных напряжений, грозит пробоем ослабленной фазной изоляции других линий, подключенных к этим шинам. Поэтому, согласно правилам техники эксплуатации электрических сетей, к отысканию и отключению поврежденного фидера необходимо приступать незамедлительно.

Используя этот модифицирующий фактор для изменения идентичной стандартной кривой задержки обратного времени, принятой всеми защитами от перенапряжения нулевой последовательности фидера, время отключения защиты от перенапряжений с нулевой последовательностью всех фидеров будет отличаться друг от друга. В этом случае можно гарантировать избирательность защиты.

Двухфазное короткое замыкание на землю

Создайте коэффициент компенсации для реализации избирательности реле. Это реле адаптировано из-за быстрой работы для серьезной замыкания на землю. Автоматизация распределительной сети. Коррекция тока нулевой последовательности. Его исследовательские интересы — современная обработка сигналов и их применение в энергосистемах, защита и управление защитой энергосистемы. Ее научными интересами являются современная обработка сигналов и ее применение в энергосистемах, защита и управление защитой энергосистемы.

Для ограничения токов замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью применяют дугогасящие реакторы (ДГР). Иначе их называют дугогасящая катушка или катушка Петерсена. Подключение катушки осуществляется к нейтрали трансформатора, подключенного к шинам компенсируемой сети. Принцип гашения дуги основан на взаимной компенсации токов емкостного и индуктивного характера.

В настоящее время он является профессором и деканом в Университете Три ущелья, Ичан, провинция Хубэй, Китай. Аргумент — это классика растений. Знание тока короткого замыкания имеет первостепенное значение для определения размеров защит. Расчет тока короткого замыкания может проводиться на разных уровнях точности и зависит от знания того, что могут иметь генераторы и В статье рассматриваются наиболее элементарные случаи, связанные с системами низкого напряжения, и, как правило, достаточны для достижения целей проекта.

Существует множество компьютерных программ, которые, однако, не могут найти нужные им данные. Поэтому незаменимым является опыт и знания дизай