Расчеты токов короткого замыкания для релейной защиты

Методика расчета токов КЗ, приведенная ниже, позволяет определить значение периодической составляющей полного тока КЗ для начального момента времени, т.е. сверхпереходный ток, точнее его действующее значение. Именно эта величина является расчетной для выбора параметров устройств РЗА. Однако устройства РЗА могут иметь различные значения времени срабатывания, отличные от ( = 0. Например, резервные защиты линий 110 кВ и трансформаторов. Учитывается ли изменение тока КЗ во времени при выборе уставок РЗА? В существующих методиках расчетов токов КЗ исходят из того, что имеющиеся на генераторах устройства регулирования напряжения (АРН) и форсировки возбуждения (АРВ) позволяют сохранять ток в ветви КЗ практически неизменным во времени, особенно при КЗ, электрически удаленных от генераторов, а также при несимметричных КЗ.[4] Однако поскольку КЗ в электрической цепи представляет собой сложный режим, сопровождающийся переходным процессом, в целях упрощения практических расчетов принят ряд допущений, которые, как показывают анализ осциллограмм и опыт эксплуатации устройств релейной защиты и автоматики, незначительно сказываются на точности результатов расчетов.

К основным допущениям относятся: - В электрической системе отсутствуют качания, т.е. не учитывается угол сдвига между ЭДС параллельно работающих генераторов. - Отсутствует насыщение магнитных систем генераторов, трансформаторов, двигателей. Практически не учитывается емкостная проводимость линий электропередачи, за исключением линий напряжением выше 330 кВ значительной протяженности (> 150 км). -Не учитываются токи намагничивания трансформаторов и автотрансформаторов.

-Не учитываются активные сопротивления генераторов, трансформаторов, реакторов из-за их незначительной величины по сравнению с индуктивными сопротивлениями. -Не учитывается незначительная несимметрия трехфазных электрических систем (неравенство сопротивлений фаз). - Не учитывается активное сопротивление ЛЭП, если К Л

Порядок ведения расчетов токов КЗ. Расчеты токов КЗ выполняются в следующей последовательности: 1. Выбор и составление расчетной схемы сети, и затем схемы замещения. 2. Расчет параметров элементов схемы замещения. 3. Выбор видов короткого замыкания. 4. Выбор расчетных режимов работы данной сети. 5. Преобразование схемы замещения относительно заданной точки КЗ и определение суммарного тока КЗ. 6. Распределение токов КЗ по ветвям. Рассмотрим поочередно эти задачи.

Порядок ведения расчетов токов КЗ. Расчеты токов КЗ выполняются в следующей последовательности: 1. Составление схемы замещения сети. 2. Расчет параметров элементов схемы замещения. 3. Схема сворачивается относительно точки КЗ. 4. Определяется результирующий ток. 5. Найденное значение тока распределяется между элементами участка.

Выбор и составление расчетной схемы электрической сети и схемы замещения. Расчетная схема является изображением первичной схемы сети в однофазном исполнении, на которой указываются паспортные данные всех входящих в нее элементов, имеющих электрическое сопротивление -генераторов, трансформаторов, линий электропередачи, реакторов, электродвигателей. Если необходимо учесть питание места короткого замыкания от энергосистемы, параллельно работающей с рассчитываемой сетью, в расчетную схему вводится эквивалентный генератор с сопротивлением, равным эквивалентному сопротивлению энергосистемы, и ее эквивалентная ЭДС. На основании расчетной схемы составляется схема замещения, в которой все перечисленные элементы заменяются своими электрическими сопротивлениями. Для источников питания обязательно указывается ЭДС. Расчет сопротивлений элементов схемы замещения может выполняться либо в относительных единицах, приведенных к базисным условиям, т.е. к базисной мощности S баз и базисному напряжению U баз, либо в именованных единицах, т.е. в Омах.

Если расчет ведется в относительных единицах, то выбираются две основные величины: S баз - полная трехфазная мощность, МВА или кВА, U баз - междуфазное напряжение, кВ. Рекомендуется принять S баз =1000 МВА, U баз - равным среднему напряжению ступени. 1115; 770; 515; 340; 230; 154; 115; 37; 27; 24; 20; 18; 15,75; 13,8; 10,5; 6,3; 3,15 (кВ)

Исходя из этих выбранных базисных величин, можно определить базисные значения и токов разных ступеней напряжения:

Сопротивления элементов схемы замещения в относительных единицах, приведенные к базисным условиям, определяются по формулам:

При расчёте по базисной мощности

- индуктивное сопротивление в относительных единицах, отнесенных к номинальным параметрам элемента; - исходное сопротивление элемента в Омах, номинальных. Пересчет параметров производится по формулам:

Расчет сопротивлений элементов схемы замещения, приведенных к ступени КЗ, производится по формулам: Генератор:

Система: - сопротивление системы в относительных единицах Если дана мощность КЗ системы:

Двухобмоточный трансформатор

Трехобмоточный трансформатор или автотрансформатор:

Если напряжение КЗ какой-либо из обмоток получается равным нулю или меньше нуля, то сопротивление соответствующей обмотки трансформатора принимается равным нулю.

Линия: - Удельное сопротивление на 1 км (рекомендуется 0,4 Ом/км)

Реактор: - среднее напряжение ступени, на которой установлен реактор

При известных базисных токах и общий ток КЗ для всех ступеней напряжения

При расчёте по базисному напряжению

Базисное напряжение выбирается произвольно. Обычно за базисное напряжение принимается и ср. ном той ступени трансформации, на которой установлена рассчитываемая защита.

Расчет сопротивлений элементов схемы замещения, приведенных к ступени КЗ, производится по формулам: Генератор:

Система: - сопротивление системы в относительных единицах Или через ном (не с.н.!!) напряжение системы:

Система: при известной мощности короткого замыкания: Если дана мощность КЗ системы:

для системы бесконечной мощности:

Двухобмоточный трансформатор

Трехобмоточный трансформатор или автотрансформатор:

Если напряжение КЗ какой-либо из обмоток получается равным нулю или меньше нуля, то сопротивление соответствующей обмотки трансформатора принимается равным нулю.

Линия: - Удельное сопротивление на 1 км (рекомендуется 0,4 Ом/км)

Реактор: - среднее напряжение ступени, на которой установлен реактор

Нагрузка:

В таблице приводятся значения средних номинальных напряжений, используемых в расчетах Т КЗ, а также номинальные и максимальные значения напряжений по ГОСТ *

Пример

Примеры для самостоятельной работы