Меню

Как определяется ударный ток короткого замыкания



Ударный ток короткого замыкания

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

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

и представляет собой функцию двух независимых переменных: времени t и фазы включения α. Максимум тока наступает при α = 0.

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

ia (O)

Рис. 4.6. К определению ударного тока КЗ

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

который называют ударным коэффициентом и который показывает превышение ударного тока над амплитудой периодической составляющей. его величина находится в пределах , что соответствует предельным значениям Та, т. е. Та = 0 при Lк = 0 и Та= ∞ при Rк = 0.

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

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

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

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

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

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

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

Согласно формуле (3.15) можно записать

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

Тогда или окончательно,

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

Источник

Ударный ток короткого замыкания

С ИДЕАЛЬНЫМИ ИСТОЧНИКАМИ ЭДС

В данном разделе рассматривается электромагнитный переходный процесс в симметричной цепи с сосредоточенными индуктивностями и активными сопротивлениями. Питание цепи осуществляется от источника бесконечной мощности, собственное сопротивление которого равно нулю, а его напряжение, изменяясь с постоянной частотой, имеет неизменную амплитуду. Это соответствует теоретическому пределу КЗ, в точке удалённой от мощных электрических станций.

4.1. Трёхфазное короткое замыкание в неразветвлённой цепи

Рассмотрим переходный процесс, вызванный трёхфазным КЗ, которое равносильно включению трёхфазного выключателя Q (рис.4.1).

Рис.4.1. Трёхфазное КЗ в сети

Предшествующий режим характеризуется векторами токов , , (рис.4.2). Здесь , . Предполагается, что взаимоиндукция между фазами отсутствует ( =0).

Рис.4.2. Векторная диаграмма токов и напряжений в нормальном режиме и при трёхфазном КЗ

В данном режиме ток в каждой из фаз является синусоидальным и описывается выражением

где – начальная фаза источника, — амплитуда тока в предшествующем режиме, — угол цепи в нормальном режиме.

После возникновения КЗ (включение выключателя) дифференциальное уравнение для участка цепи между источником и выключателем по 2-му закону Кирхгофа для каждой из фаз имеет вид

При решении уравнения (4.1) классическим методом, искомый ток КЗ определяется как сумма принуждённой и свободной составляющих

где – амплитуда тока КЗ, — угол цепи в режиме КЗ, — постоянная времени цепи короткого замыкания. Постоянная времени цепи определяет скорость затухания свободного тока; свободный ток затухает практически за (3-5) . Как правило (рис.4.2), так как в нормальном режиме .

Затухающий по экспоненте свободный ток называется апериодической слагающей тока КЗ. Начальное значение этой слагающей определяется из первого закона коммутации, согласно которому ток в индуктивности не может измениться скачком, т.е. , в этом случае

При заданном значении максимальное значение имеет место при , т.е. в случае разомкнутой цепи (в предшествующем режиме); при этом

В этом случае выражение для тока КЗ в каждой фазе трёхфазной цепи имеет вид

Величины в общем случае, во всех фазах различны (их сумма в трёх фазах равна нулю ). Поэтому определение трёхфазного КЗ, как симметричного, строго говоря, применительно только к периодическим слагающим фазных токов.

Ударный ток короткого замыкания

Выбор электрических аппаратов и токоведущих частей по условию механической прочности производится по максимально возможному значению тока КЗ. Максимальное мгновенное значение тока КЗ называется ударным током КЗ и обозначается . Ударный ток КЗ обусловлен наложением свободной апериодической слагающей на принуждённую периодическую слагающую тока КЗ. Величина периодической составляющей тока КЗ зависит от параметров цепи КЗ, а апериодической, кроме того, и от момента КЗ. Максимальное значение апериодической слагающей имеет место при (из уравнения 4.3). Выражение, соответствующее максимальной апериодической в токе КЗ имеет вид

Кривая тока КЗ с наибольшей апериодической слагающей, соответствующая выражению (4.4), приведена на рис.4.3. Как видно из рисунка ударный ток КЗ наступает через время, равное примерно полупериоду промышленной частоты и для = 50 Гц 0,01 с.

Рис.4.3. Кривая тока КЗ с наибольшей апериодической слагающей

Подставив в выражение (4.4) значение t = 0,01 с, получим

где — ударный коэффициент.

Ударный коэффициент показывает, во сколько раз ударный ток превышает амплитудное значение. При расчётах ударного тока в энергосистемах предполагается, что амплитуда периодической слагающей не затухает.

Ударный коэффициент зависит от постоянной времени первичной цепи; его величина находится в пределах , что соответствует предельным значениям , т.е =0 (при =0 ) (при =0 ). Чем меньше значение , тем быстрее затухает апериодическая слагающая и тем соответственно меньше ударный коэффициент. Реально в электрических сетях = 0,01 0,3 с при этом = 1,3 1,95. С ростом номинального напряжения сети и, соответственно, возрастают.

Ударный коэффициент может быть определён либо по формуле

либо с помощью кривых на рис. 4.4, выражающих зависимости или .

Рис.4.4. Кривая зависимости ударного тока от соотношения

При отсутствии необходимых данных величину для отдельных элементов можно найти из табл. 4.1.

№ п.п. Наименование элемента Отношение
Турбогенераторы мощностью до 100 МВт 15 — 85
Турбогенераторы мощностью 100 — 500 МВт 100 — 140
Гидрогенераторы с демпферными обмотками 40 — 60
Гидрогенераторы без демпферных обмоток 60 — 90
Трансформаторы мощностью 5 — 30 МВА 7 — 17
Трансформаторы мощностью 60 — 500 МВА 20 — 50
Реакторы 6 — 10 кВ 15 — 80
Воздушные линии 2 — 8
Электрическая система 10 — 20
Обобщённая нагрузка 2,5

Для разветвлённых схем сумму апериодических слагающих токов приближенно заменяют одной экспонентой с эквивалентной постоянной времени

где – суммарное индуктивное сопротивление на промышленной частоте при равных нулю активных сопротивлениях ( =0), – суммарное активное сопротивление при равных нулю индуктивных сопротивлениях ( =0).

Для снижения погрешности расчёта ударного тока на шинах станции целесообразно ударный ток определять отдельно для генераторов (г) станции и других источников системы (с)

Источник

Расчет ударного тока КЗ в сети свыше 1 кВ

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

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

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

Ударный ток кз

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

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

Ударный ток кз для схем с последовательным включением элементов

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

Расчет ударного коэффициента для схем с последовательным включением элементов

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

Расчет ударного коэффициента

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

Та – постоянная времени затухания апериодической составляющей тока к.з

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

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

Таблица 3.8 - Значения постоянной времени затухания апериодической состовляющей тока кз и ударного коэффициента

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

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

Ударный ток кз для схем с разветвленным включением элементов

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

Расчет ударного коэффициента для схем с разветвленным включением элементов

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

Расчет ударного коэффициента

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

Та.эк – эквивалентная постоянная времени затухания апериодической составляющей тока к.з

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

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

Определение апериодической составляющей тока к.з согласно пункта 5.3.3 РД 153-34.0-20.527-98

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

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

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

Таблица 5.2 - Сверхпереходное сопротивление электродвигателя и сверхпереходное ЭДС междуфазное в относительных единицах

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

Соотношения x/r для различных элементов сети

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

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

Ударный ток кз с учетом влияния синхронных и асинхронных электродвигателей

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

Значения ударных коэффициентов асинхронных и синхронных двигателей

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

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

Ударный ток кз с учетом влияния синхронных и асинхронных электродвигателей

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

Поделиться в социальных сетях

Если вы нашли ответ на свой вопрос и у вас есть желание отблагодарить автора статьи за его труд, можете воспользоваться платформой для перевода средств «WebMoney Funding» .

Данный проект поддерживается и развивается исключительно на средства от добровольных пожертвований.

Проявив лояльность к сайту, Вы можете перечислить любую сумму денег, тем самым вы поможете улучшить данный сайт, повысить регулярность появления новых интересных статей и оплатить регулярные расходы, такие как: оплата хостинга, доменного имени, SSL-сертификата, зарплата нашим авторам.

Пример расчета тока самозапуска нагрузки

Рассмотрим пример расчета тока самозапуска нагрузки приведенное к стороне ВН для подстанции ПС 110/6 кВ.

Расчет уставок дифференциальной защиты трансформатора на терминале RET 670

Требуется выполнить расчет уставок дифференциальной защиты на терминале RET 670 (фирмы «ABB») для защиты.

Выбор коэффициентов надежности, согласования, коэффициентов возврата реле

В этой статье пойдет речь об коэффициентах, которые используются в расчетных формулах при расчете.

Пример расчета уставок кабельной линии 10 кВ с ответвлениями

В данной статье будет рассматриваться пример расчета уставок токовых защит для кабельной линии 10 кВ с.

Расчет тока однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью

В данном примере рассмотрим расчет тока однофазного замыкания на землю (ОЗЗ) для подстанции 10 кВ (Схема.

Отправляя сообщение, Вы разрешаете сбор и обработку персональных данных.
Политика конфиденциальности.

Источник

Ударный ток короткого замыкания

Проверка электронной аппаратуры и всех видов шин может производится разными способами. Например, чтобы выявить степень электродинамической устойчивости, применяется ударный ток короткого замыкания (iуд), значение которого определяется путем расчетов. По своей сути, данная величина является максимальным мгновенным значением полного тока КЗ. Рассчитать указанную характеристику можно на стадии между отсутствием тока в предыдущем режиме и максимальным показателем апериодической компоненты.

  1. Составные части короткого замыкания
  2. Расчеты ударного тока КЗ
  3. Использование ударного коэффициента
  4. Максимальная действующая величина полного тока

Составные части короткого замыкания

Прежде чем рассуждать об ударном токе, необходимо рассмотреть из каких частей вообще состоит полный ток короткого замыкания. Известно, что его основными составляющими являются свободная апериодическая часть и вынужденная периодическая компонента. Своей максимальной отметки ток КЗ достигает при наивысших значениях обеих составных частей.

Ударный ток короткого замыкания

Апериодический ток в самом начале появления становится максимальным в момент нулевого значения тока в предыдущем режиме, представляющем собой холостой ход. Непосредственно при наступлении КЗ, вынужденный ток с периодической составляющей проходит свою максимальную отметку. Данное условие становится показателем, используемым в расчетах. Полный ток КЗ с максимальным мгновенным значением и есть ударный ток короткого замыкания.

На практике этот показатель рассчитывается при максимальной величине апериодической части. С этой целью выбирается режим, предшествующий аварии, называемый холостым ходом. Данной состояние сети считается одним из наиболее сложных по сравнению с индуктивным или активно-индуктивным доаварийным током, при которых показатель апериодической части будет ниже.

Условия, при которых образуется апериодическая составляющая, приведены на рисунке. Они полностью зависят от предыдущего состояния тока до аварийного режима. Красный вектор соответствует доаварийному току, синий – периодическому току КЗ. Вектор зеленого цвета показывает разницу между ними, выдающую величину апериодического тока в начальной стадии.

Расчеты ударного тока КЗ

Предварительные расчеты показывают, что апериодическая компонента примет максимальное первоначальное значение в том случае, когда фазное напряжение в момент включения при коротком замыкании будет равным нулю. В некоторых случаях угол напряжения может превышать нулевую отметку.

В это же время фаза периодической части будет равна 90 градусам, и ток начнет терять свое максимальное амплитудное значение. Следовательно, возникает отставание тока от напряжения как раз на эти 900. Причиной такого состояния выступают активные сопротивления короткозамкнутой цепи с очень малыми значениями.

При достижении фазой напряжения 90 градусов, ток периодической компоненты выйдет из нулевой отметки, что приведет к выполнению закона коммутации. В данном случае апериодического тока не будет, поэтому не возникнет и ударный ток.

На приведенном рисунке хорошо видно возникновение ударного тока короткого замыкания, отмеченного зеленой кривой. Она еще не дошла до точки затухания, а синяя кривая, соответствующая периодическому току, проходит через нее и точку своего амплитудного значения. При этом обе кривые в этот момент принимают общий знак с положительным показателем. Подобная ситуация возникает на второй половине периода от начала замыкания, то есть, примерно через 0,01 с.

Рассчитать ударный ток можно при помощи следующей формулы:

В которой Ку является ударным коэффициентом, а Inmax – амплитудным значением периодического тока короткого замыкания. Изменения Ку происходят в пределах меньше 1 и больше 2, тогда как электромагнитная постоянная времени Та может изменяться от 0 до бесконечности, характеризующая скорость затухания апериодической компоненты. По мере уменьшения Та, ускоряется затухание свободной составляющей, одновременно наступает снижение ударного коэффициента.

В сетях высокого напряжения она полностью исчезает уже через 0,1-0,3 секунды, а при низком напряжении затухание также происходит очень быстро из-за наличия высокого активного сетевого сопротивления.

Использование ударного коэффициента

Ударный коэффициент в режиме короткого замыкания играет важную роль, поэтому его следует рассмотреть более подробно. Этот показатель, применяемый в расчетах, можно выразить короткой формулой: Ку = iy/inm. Здесь iy является ударным током КЗ, а inm представляет собой амплитуду периодической составной части.

Данный коэффициент применяется при расчетах ударного тока. Если в формуле амплитуду inm заменить на действующий ток, получится следующее выражение: Ку = iy√2inm. Следовательно, формула для вычисления ударного тока приобретет следующий вид: iy = Ку√2inm. На практике значение ударного коэффициента КЗ принимается за 1,8 в электроустановках более 1 кВ; величина 1,3 берется при возникновении КЗ за участком кабельной линии большой протяженности.

Этот же показатель используется для вторичной стороны понижающего трансформатора с мощностью, не превышающей 1000 кВА и сетей с напряжением до 1 кВ. Для ускорения расчетов существует таблица, содержащая коэффициенты для аварийных ситуаций, встречающихся чаще всего.

Оборудование и установки Постоянная времени Та Ударный коэффициент Ку
Турбогенераторы 0,1-0,3 1,95
Блок, состоящий из генератора и трансформатора 0,04 1,8
Высоковольтная ЛЭП 0,01 1,3
Короткая низковольтная ЛЭП 0,001

Теоретически, при отсутствии в цепи активных сопротивлений и постоянной времени, равной бесконечности, затухание периодической компоненты вообще бы не наступило, и она сохранила бы свое начальное значение на весь период КЗ до момента отключения аварийного участка. При этом, ударный коэффициент достиг бы своего максимума и составил Ку = 2.

Если короткое замыкание наступило в местах, удаленных от источника питания на значительные расстояния, токи, появляющиеся в этой точке, будут небольшими, сравнительно с номинальным током этого источника питания. В процессе КЗ изменения номинала будут практически незаметными, а напряжение на клеммах следует принять за постоянную величину.

Таким образом, периодическая компонента будет оставаться постоянной по своей амплитуде на протяжении всего времени КЗ. Изменения самого тока КЗ будут происходить лишь когда апериодическая составляющая будет постепенно затухать.

Максимальная действующая величина полного тока

Поскольку ударный ток является разновидностью полного тока, его следует рассмотреть подробнее. Действующее значение данного параметра определяется в любой из временных промежутков. Оно выглядит в виде среднеквадратичного значения на протяжении одного периода, с учетом рассматриваемого момента времени. В виде формулы — это выражение представлено следующим образом:

Если же характеристики тока не синусоидальные – его действующее значение выбирается в виде квадратного корня, извлекаемого из суммы квадратов всех составных частей.

Следовательно, ударный ток с действующим значением будет рассчитываться в таком порядке:

На практике, чтобы правильно рассчитать ударный ток короткого замыкания, выстраиваются две замещающие схемы, состоящие из чисто активных и реактивных сопротивлений.

Апериодическая составляющая тока короткого замыкания

Как рассчитать ток короткого замыкания

Ток короткого замыкания однофазных и трехфазных сетей

Мощность короткого замыкания

Что такое ток короткого замыкания

Что такое короткое замыкание (КЗ): в чем причина, виды, защита, определение для чайников

Источник

Читайте также:  Зубная боль как будто током

Счетчики и показания © 2021
Внимание! Информация, опубликованная на сайте, носит исключительно ознакомительный характер и не является рекомендацией к применению.