Особенности расчетов токов короткого замыкания в распределительных сетях

ББК 31.27-018

Е19

Рецензенты: кафедра «Электрические станции» Белорусской государственной политехнической академии;

д.т.н., профессор, директор БелНИИагроэнерго Русан В.И.

Евминов Л.И.

Е19 Короткие и простые замыкания в распределительных сетях: Пособие для студентов специальности «Электроэнергетика» высших учебных заведений. – Гомель: Учреждение образования «Гомельский государственный технический университет имени П.О. Сухого», 2003. – 105 с.

ISBN 985-420-033-7

В пособии рассматриваются вопросы расчета токов короткого замыкания в системах электроснабжения напряжением 6-10-35 кВ, а также в электроустановках напряжением до 1000 В. Излагаемый материал иллюстрируется практическими примерами.

Для студентов вузов, обучающихся по специальности «Электроэнергетика». Может быть использовано также студентами других энергетических специальностей и инженерно-техническими работниками, занятыми эксплуатацией и проектированием систем электроснабжения.

УДК 621.311(015.8)

ББК 31.27-018

© Евминов Л.И., 2003

ISBN 985-420-033-7

© Учреждение образования «Гомельский государственный технический университет имени П. О. Сухого», 2003

Особенности расчетов токов короткого замыкания в распределительных сетях

Распределительными сетями называют воздушные и кабельные сети напряжением 6…35 кВ, по которым электроэнергия передается потребителям от питающих центров, понижающие трансформаторы, а также воздушные и кабельные линии низкого напряжения.

Распределительные сети напряжением 6…35 кВ эксплуатируются с незаземленными (изолированными) нейтралями. В таких сетях могут возникать трехфазные и двухфазные короткие замыкания (КЗ), что вызывает значительное увеличение тока в поврежденных фазах. Замыкание одной фазы на землю в таких сетях незначительно увеличивает ток в поврежденной фазе и не искажает треугольник линейных напряжений. Такие замыкания называют простыми замыканиями.

В сетях напряжением 0,4 кВ, работающих с заземленными нейтралями, могут возникать трехфазные, двухфазные, двухфазные на землю и однофазные КЗ. Возникновение любого вида КЗ в таких сетях приводит к увеличению тока и изменению напряжения в распределительной сети.

Коротким замыканием называют не предусмотренное нормальными условиями работы сети замыкание между фазами, а в системах с заземленными нейтралями (или четырехпроводных) также замыкание одной или нескольких фаз на землю (или на нулевой провод).

Простым замыканием на землю называют замыкание на землю в сетях с изолированной или компенсированной нейтралью, не приводящее к значительному увеличению тока в распределительной сети.

Основной особенностью распределительных сетей является их значительная электрическая удаленность от генераторов электроэнергетической системы (ЭЭС) (рис. 1). Путем преобразования схемы генераторы и сети ЭЭС (рис. 1а) приводят к простейшей схеме замещения (рис. 1б), в которой все генераторы заменяются одним эквивалентным генератором с электродвижущей силой , а сопротивления всех линий, трансформаторов и генераторов до шин питающей подстанции заменяются сопротивлением системы . Сопротивления линий и трансформаторов распределительной сети от шин питающей подстанции до места КЗ суммируются и заменяются одним сопротивлением . Таким образом, вся расчетная схема приводится к схеме на рис. 1б, а суммарное сопротивление от эквивалентного источника питания до точки КЗ составляет .

Ток трехфазного КЗ через сопротивление определяется как для источника с неизменной фазной электродвижущей силой :

, (1)

где величины и определены для одной фазы, Ом/фазу.

При значительной электрической удаленности распределительной сети обычно не учитывают переходные процессы в генераторах, считая все КЗ удаленными, что упрощает расчеты. В практических расчетах фазная ЭДС генераторов заменяется линейным напряжением холостого хода вторичной обмотки трансформатора, питающего распределительную сеть:

. (2)

а) б)

Рис. 1. Расчетная схема (а) и схема замещения (б)
для расчета тока КЗ

Для распределительных сетей сложной конфигурации величина определяется расчетами, которые обычно выполняются с помощью ЭВМ. В результате для всех подстанций и электростанций ЭЭС определяется ток КЗ на шинах, питающих распределительную сеть , а по нему определяется для расчетов токов КЗ в самой распределительной сети:

. (3)

Иногда вместо тока трехфазного КЗ задается мощность КЗ , которая равна . Сопротивление системы в этом случае определяется по уравнению:

. (4)

Таким образом, исходными данными для расчетов токов КЗ в распределительных сетях являются величины и . Величина определяется для каждого случая по данным рассчитываемой сети: длине, сечению и расположению проводов линий, паспортным данным трансформаторов, длине, сечению и конструкции кабелей и т. п.

a) б)

Рис. 2. Расчетные схемы для определения тока КЗ:
а – трехфазное КЗ; б – двухфазное КЗ

Следующим упрощением для расчетов токов КЗ в распределительных сетях является возможность определять ток двухфазного КЗ (рис. 2б) по току трехфазного КЗ:

(5)

В ряде случаев сопротивление по сравнению с настолько мало, что им можно пренебречь и принять . Такой случай считается питанием от ЭЭС бесконечной мощности. Для ориентировочной оценки ЭЭС можно считать ЭЭС бесконечной мощности, если выполняется условие:

(6)

где – суммарная мощность всех генераторов ЭЭС, МВ·A; – мощность трехфазного КЗ на шинах подстанции, питающей распределительную сеть, МВ·А.

Следующая особенность расчета – необходимость учета активных сопротивлений. Считается, что пренебрегать активным сопротивлением можно, если При этом определение тока КЗ без учета активного сопротивления дает ошибку не более 5 %.

В распределительных сетях индуктивное сопротивление воздушных линий составляет 0,3…0,4 Ом/км, активное сопротивление воздушных линий с алюминиевыми проводами сечением 16…70 мм² находится в пределах 2,0…0,5 Ом/км; отношение для кабельных линий при этом значительно меньше 3 и находится в пределах 0,15…0,6.

Для кабельных линий индуктивное сопротивление составляет 0,08 Ом/км и отношение еще меньше. Поэтому одним из основных требований является обязательный учет активных сопротивлений сети. В этом случае расчетное уравнение (2) приводится к виду:

. (7)

Результаты расчетов по выражениям (2) и (7) одинаковы только в том случае, если отношение для и одинаково. Но так как , а отношение для воздушных и кабельных линий разное, то это условие невыполнимо и расчет по уравнению (2) может дать значительные ошибки.

Те же выводы можно сделать, рассмотрев отношение у трансформаторов. Для трансформаторов 6-10/0,4 кВ мощностью от 25 до 400 кВ·А, соединенных по схеме – 0 (звезда – звезда с заземленной нейтралью), активное сопротивление составляет 35…1,0 Ом, индуктивное – 55…4 Ом, а отношение равно 1,6…3,1.

Дата добавления: 2015-07-08