Апериодическая составляющая тока короткого замыкания: 6 РАСЧЕТ АПЕРИОДИЧЕСКОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ТОКА ТРЕХФАЗНОГО КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ 6

Составляющие токов короткого замыкания при переходных процессах. Основные соотношения при трехфазном коротком замыкании — Студопедия

Апериодическая составляющая тока короткого замыкания в электроустановке: Свободная составляющая тока короткого замыкания в электроустановке, изменяющаяся во времени без перемены знака.

Периодическая составляющая тока короткого замыкания рабочей частоты в электроустановке: Составляющая тока короткого замыкания в электроустановке, изменяющаяся по периодическому закону с рабочей частотой.

Для выбора и проверки электрооборудования по условию электродинамической  стойкости необходимо знать наибольшее возможное мгновенное значение тока КЗ, которое называют ударным током и определяют по формуле:

где Iп0 — значение периодической слагающей тока КЗ в начальный момент; Куд — ударный коэффициент, зависящий от постоянной времени Та апериодической составляющей тока КЗ

где Хк и Rк — соответственно индуктивное и активное сопротивления цепи КЗ.

Зависимость ударного коэффициента Куд от постоянной времени Та определяется выражением

Рассмотрим возникновение тока КЗ в цепи переменного тока с синусоидальной ЭДС, от источника неограниченной мощности. Значения токов КЗ зависят от момента времени. В первые моменты ток имеет переходные значения, а затем, после затухания в цепи свободных токов и прекращения изменения напряжения возбудителей синхронных машин под действием АРВ, получает установившуюся величину, равную по закону Ома:

Для принятых условий допускается, что R = 0, тогда действующее значение тока КЗ:

Угол сдвига тока по фазе φ_к = π/2.

Примем, что мгновенное значение ЭДС изменяется по закону ; мгновенное значение тока КЗ: .

Если предположить, что КЗ произошло в момент прохождения ЭДС через «0» (что является наиболее опасным случаем), то при t = 0

.

На рисунке 8.6 приведены кривые изменения тока короткого замыкания в цепи, питающейся от системы неограниченной мощности.

Рисунок 8.6 – Кривые изменения тока при коротком замыкании в удаленных точках от системы неограниченной мощности

Итак, при возникновении КЗ, в цепи появляются токи, имеющие следующие названия: периодическая составляющая тока КЗ, определяется по закону Ома и изменяется по гармонической кривой в соответствии с синусоидальной ЭДС генератора с рабочей частотой; апериодическая составляющая – определяется характером затухания тока КЗ, зависящего от активного сопротивления цепи и обмоток статора генератора, изменяющаяся со временем без перемены знака. В цепи с напряжением выше 1000 В, где значение активного сопротивления мало, время затухания апериодической составляющей 0,15 – 0,2 с. Полный ударный ток КЗ получается от алгебраического сложения первых двух.

Пока амплитуда полного тока уменьшается из-за наличия апериодического тока, его называют переходным током КЗ. Когда изменение амплитуды прекратятся, ток называется установившимся.

6 РАСЧЕТ АПЕРИОДИЧЕСКОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ТОКА ТРЕХФАЗНОГО КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ 6

Физический процесс протекания короткого замыкания.

Автор:
Губко А.А., Губко Е.А.

Одной из причин нарушения нормальной работы систем электроснабжения может быть короткое замыкание. Коротким замыканием (к.з.) назы-вается замыкание между фазами, а в системах с заземленной нейтралью — замыкание одной или нескольких фаз на землю или нулевой провод. При возникновении к.з. общее электрическое сопротивление цепи резко уменьшается, что вызывает увеличение тока в сети. Главная причина возникновения к.з. — нарушение изоляции элементов электрооборудования. Эти нарушения могут быть вызваны перенапряжением, механическими повреждениями, старением изоляционных материалов, попаданием в распределительные устройства или в аппараты посторонних предметов, загрязнением изоляторов токопроводящей пылью, при неосторожном монтаже или демонтаже электрооборудования и т.д. Причиной возникновения к.з. могут быть и ошибки, допущенные обслуживающим персоналом при выполнении переключений.

В системах трехфазного переменного тока возможны следующие виды коротких замыканий: • трехфазное к. з. — одновременное замыкание трех фаз между собой; • двухфазное к.з. — замыкание двух фаз; • однофазное к.з. — замыкание одной фазы на землю.

Однофазное замыкание на землю имеет место только в сетях с неизолированной нейтралью. В системах с изолированной нейтралью возможны только трехфазные и двухфазные к.з. В электроустановках выше 1000 В ток короткого замыкания может достигать больших величин и при несвоевременном отключении вызвать разрушение кабелей, электроаппаратуры и других элементов сети. При проектировании и эксплуатации электроустановок предусматриваются мероприятия, уменьшающие вероятность возникновения к.з, а при возникновении их — ограничивающие вредное воздействие.

К этим мероприятиям относятся: выбор более рациональных схем электроснабжения; выбор электрооборудования, устойчивого к действию токов к.з; применение специальных аппаратов для ограничения токов к.з; применение специальных защит от токов к.з. и перенапряжений. Наибольшего значения токи к.з. достигают при возникновении их в местах установки источников питания. При расчете токов к.з. за источники питания принимают турбо- и гидрогенераторы электростанций. Как дополнительные источники питания могут учитываться синхронные и асинхронные двигатели при их мощности более 1000 кВт, установленные вблизи от места к.з. Электрические величины (ток, напряжение мощность и др.), относящиеся к различным видам к,з. обозначаются соответствующими символами с верхними цифровыми индексами в круглых скобках.

Знать токи к.з. в общем случае необходимо для выбора электрооборудования, проектирования релейной защиты и выбора средств ограничения токов к.з. Рассмотрим процесс трехфазного короткого замыкания в электрической цепи (рис 1). При нормальном режиме работы в цепи протекал ток нагрузки iн При возникновении к.з. сопротивление цепи уменьшается и ток возрастает. Так как электрическая цепь содержит не только активное, но и индуктивное сопротивление (обмотки трансформаторов, двигателей), то увеличение тока происходит не мгновенно, а через некоторый промежуток времени. Возникает переходный процесс, в течение которого ток изменяется от начального значения до какого-то установившегося. Процесс короткого замыкания состоит из двух периодов: неустановившегося режима, когда значение тока меняется во времени и установившегося, когда тюк остается постоянным.

Рисунок 1 – Процесс короткого замыкания

Суммарный ток к.з. в первый период (переходный процесс неустановившегося режима) состоит из двух составляющих: апериодической составляющей ia, которая возникает в момент к.з. и затухает до нуля через 0,1-0,2 с после возникновения кз вследствии наличия в цепи активного сопротивления, и периодической составляющей in, являющейся вынужденным синусоидальным током промышленной частоты. Значение периодической составляющей в начальный момент времени называют начальным значением тока короткого замыкания I» (I0). Данная величина используется при выборе уставок и проверке чувствительности релейной защиты.

Мгновенное значение полного тока к. з. для произвольного момента времени равно:

Максимальное мгновенное значение полного тока к.з. получило название ударного тока короткого замыкания iу. Это значение используется при проверке элекчрооборудования и токопроводов на электродинамическую устойчивость. Наибольшее значение ударный ток достигает через половину периода после возникновения к.з, т.е. через 0,01 с. Силовые выключатели на отключающую способность проверяют по действующему значению периодической составляющей тока к.з, I0,2, т.е. через 0,2 с от начала возникновения к.з. Для быстродействующих выключателей это время может уменьшится до 0,1 с. В установившемся режиме, после затухания апериодической составляющей, в цепи будет протекать установившийся ток к.з. Ioo. По этому току проверяют электрические аппараты, шины, кабели, проходные изоляторы на термическую стойкость. Наибольшее значение установившегося тока равно:

При трехфазном коротком замыкании действующее значение периодической составляющей тока к.з. за первый период после возникновения к. з. определяют по формуле:

Источник

Что такое межфазное короткое замыкание и как защититься от него?

Не будет сильным преувеличением утверждение о том, что такой нештатный режим работы электросети, как короткое замыкание известен даже тем, кто не изучал основы электротехники. Сегодня мы предлагаем рассмотреть частный случай этого явления – межфазное замыкание. Из материалов нашей статьи Вы узнаете, особенности данного вида КЗ и вызванные им последствия. В завершении мы рассмотрим способы защиты электросети от различных видов замыканий.

Что такое межфазное замыкание?

Это аварийный режим работы электросети, вызванный электроконтактом разноименных фаз. В качестве примера приведем типовые виды замыканий.

Виды коротких замыканий

Обозначения:

1. Трехфазные КЗ.
2. Замыкание двух фазных проводов.
3. КЗ на землю при двухфазном замыкании.
4. Фазное (однофазное) КЗ. Замыкание может происходить с землей или нулевым проводом в системах с изолированной или заземленной нейтралью.

Как видно из рисунка, под определение межфазного замыкание подходит пункт 2. Заметим, что при определенных условиях 1 и 3 также можно рассматривать как частный случай межфазного КЗ.

Где возникает и почему?

Теоретически КЗ может образоваться в любой точке сети. Этот процесс носит случайный характер, за исключением тех случаев, когда короткое замыкание вызывается принудительно, при помощи короткозамыкателя для оперативного отключения высоковольтных линий электропередач.

Короткозамыкатель КЗ-110

Непреднамеренное КЗ может возникнуть в следующих местах:

• На изоляторах, как проходных, так и опорных, используемых для токоведущих частей.
• Между фазными обмотками электрических машин и электромагнитных устройств, например, трансформаторов тока, двигателей или генераторов.
• В воздушных и кабельных линиях электропередач.
• В коммутаторах электрических цепей, например, разъединителях, рубильниках, автоматических выключателях и т. д.
• В цепях оборудования или других потребителей электроэнергии.

Причины КЗ могут быть вызваны различными условиями, перечислим наиболее распространенные электрические соединения:

• Металлический контакт межфазных напряжений с минимальным переходным сопротивлением и исключением электрической дуги.
• Дуговые замыкания. Между фазными проводниками протекают сильные токи нагрузки даже при воздушном зазоре.
• Тлеющие КЗ, как правило, возникают в силовых КЛ при разрушении или повреждении изоляции токопроводящих линий. В результате на участке сети между фазными проводниками может образоваться зона с малым сопротивлением, что приводит к перегреву изоляции.
• Пробой силовых полупроводниковых элементов, например, тиристоров.

Ток межфазного КЗ

При любом виде замыкания ток является основной характеристикой аварийного режима работы трехфазной сети. Это необходимо принимать во внимание при разработке электрооборудования, для чего применяется специальная методика, описание которой можно найти на нашем сайте.

Расчет тока КЗ помимо электроустройств также необходим для выбора характеристик аппаратов, производящих защитное (аварийное) отключение, например автоматические выключатели или системы релейной защиты.

Перечислим факторы, от которых зависит ток КЗ:

• Удаление аварийного участка от источника питания. Чем больше расстояние между ними, тем меньшим будет уровень тока КЗ.
• Тип, сечение токоведущих элементов и длина силовых магистралей между аварийным участком и источником электроэнергии. При этом немаловажное влияние оказывают параметры и состояние коммутаторов, расположенных в данной цепи. Перечисленные выше характеристики цепи позволяют рассчитать эквивалентное сопротивление нагрузки, необходимое для определения тока замыкания.

Обратим внимание, что вид электрического соединения при КЗ влияет на величину тока замыкания. Наблюдается следующая зависимость:

• Металлический контакт фазных напряжений образует наибольшую величину тока. Именно поэтому при проектировании электрооборудования производятся расчеты для данного электрического соединения.
• Дуговое КЗ образует меньший ток. Но на практике можно часто наблюдать неустойчивую дугу, то есть, периодически зажигающуюся и затухающую, что приводит к образованию переходных процессов. Они, в свою очередь, могут вызвать превышение расчетных характеристик тока КЗ.
• Тлеющее КЗ образует уровень тока существенно меньше расчетного, что может негативно отразиться срабатывании автоматов защиты. На практике наблюдались случаи, когда данный вид замыкания становился дуговым или образовывал металлический контакт, вызывая срабатывание АВ. Но после включения линии электрическое соединение вновь возвращалось к состоянию тлеющего замыкания, нее распознаваемое АВ. В таких случаях для распознавания аварийного участка необходимо подать на линию повышенное напряжение или провести измерение сопротивления изоляции.

Проверка изоляции с помощью мегаомметра

Последствия

Межфазные КЗ могут не только отразиться на режимах работы электроустройств, ни и стать причиной их выхода из строя. Помимо этого токоведущие элементы подвергаются как термической, так и динамической нагрузке. Последняя характерна для мощных энергосистем, в которых наблюдается притягивание или отталкивание токопроводящих элементов. Это взаимодействие зависит от направления тока.

При аварии высоковольтных цепей динамическая нагрузка может привести к разрушению изоляторов, поддерживающих токопроводные магистрали, что только усугубляет ситуацию.

Что такое апериодический ток?

Трехфазное короткое замыкание генератора. | Кривая изменения тока в обмотке возбуждения при коротком замыкании генератора без автоматического регулятора возбуждения. [1]

Апериодические токи в обмотках статора создают неподвижный в пространстве магнитный поток. При вращении ротора обмотка возбуждения пересекает указанный неподвижный поток статора, поэтому в ней наводится переменный ток, накладывающийся на свободный ток постоянного направления. [2]

3Ток небаланса в реле при внешних. [3]

Апериодический ток Ia затухает со скоростью, значи — тельно меньшей, чем скорость изменения периодического ( переменного) тока. Продолжительность апериодического тока / а зависит от постоянной времени Г, первичной цепи. Поэтому ток / а трансформируется во вторичную обмотку значительно хуже и большая его часть идет на намагничивание сердечника. Ток намагничивания от апериодического тока во много раз превосходит ток намагничивания, имеющий место при протекании переменного тока. [4]

2.Периодическая и апериодическая составляющие тока короткого замыкания

Максимальное время существования апериодической составляющей.

(Дифференциальное уравнение равновесия для любой фазы при трехфазном КЗ

Решение этого уравнения дает полный ток в цепи после кз

Здесь i п — периодическая составляющая тока кз

i а — апериодическая составляющая тока кз

α — фаза напряжения

i а|0| — начальное значение апериодической составляющей

Т а — постоянная времени цепи кз , )-конец!

Апериодическая составляющая тока короткого замыкания

При наступлении режима КЗ постоянные токовые величины подвергаются существенным изменениям. В самое первое мгновение появляется так называемая апериодическая составляющая тока короткого замыкания, которая достаточно быстро угасает и принимает нулевое значение. Данный временной интервал, когда наблюдаются эти перемены, представляет собой переходный период, определяемый в числовом выражении. Пока аварийное состояние тока не будет отключено, работа электрической сети производится в установившемся режиме короткого замыкания.

1. Физические свойства апериодической составляющей
2. Полный ток при наступлении КЗ
3. Как вычислить апериодическую компоненту
4. Особенности вычислений в многоконтурных схемах

Периодическая составляющая — ток

Периодическая составляющая тока изменяется по гармонической кривой в соответствии с синусоидальной ЭДС генератора. Апериодическая-определяется характером затухания тока короткого замыкания, зависящего от активного сопротивления цепи и обмоток статора генератора. [1]

Периодическая составляющая тока / г в ветви Г изменяется во времени в соответствии с параметрами генераторов ( компенсаторов), характеристиками регуляторов возбуждения, удаленностью точки замыкания и др. Периодическая составляющая тока 1пС ветви С неизменна во времени. [2]

Периодическая составляющая тока изменяется по гармонической кривой в соответствии с синусоидальной ЭДС генератора. Апериодическая — определяется характером затухания тока короткого замыкания, зависящего от активного сопротивления цепи и обмоток статора генератора. [4]

Периодическая составляющая тока / п ( г в ветви Г изменяется во времени по сложному закону, определяемому параметрами генераторов и характеристиками регуляторов возбуждения. Периодическую составляющую тока / п с в ветви С принимают незатухающей. Периодическая составляющая тока в месте замыкания равна сумме этих двух токов. Двухлучевая схема используется при определении импульса квадратичного тока при к. [6]

Периодическая составляющая тока КЗ от генератора изменяется во времени по сложному закону. [7]

Периодическая составляющая тока статора в условиях нормального включения не должна превышать более чем в 3 5 раза величину номинального тока. При аварийных режимах работы допускается пятикратность периодической составляющей по отношению к номинальному току. [8]

Периодическая составляющая тока статора при нормальном включении генератора не должна превышать более чем в 3 5 раза величину номинального тока. При аварийных режимах работы допускается пятикратность периодической составляющей по отношению к номинальному току. [9]

Периодическая составляющая тока статора ( одновременно со всеми нечетными гармониками) убывает до своей установившейся величины с постоянной времени цепи ротора. Апериодическая составляющая тока ротора, возникающая при внезапном коротком замыкании, уменьшается по тому же закону до установившейся величины постоянного тока IrL. В цепи ротора все четные высшие гармонические обнаруживаются и в установившемся режиме. [10]

Периодическая составляющая тока КЗ в начальный момент времени / п то называется начальным током КЗ. Значение начального тока КЗ используют, как правило, для выбора уставок и проверки чувствительности релейной защиты. [12]

Периодическая составляющая тока статора при нормальном включении генератора не должна превышать более чем в 3 5 раза силу номинального тока. При аварийных режимах работы допускается пятикратиость периодической составляющей по отношению к номинальному току. [13]

При замыкании за реактором периодическая составляющая тока короткого замыкания не изменяется во времени ( / 7), что позволяет принять t tpac4 22 сек. [14]

Физические свойства апериодической составляющей

Подобное состояние тока возникает в момент короткого замыкания. Его продолжительность и характеристики могут быть разными, в зависимости от многих факторов. Например, при наличии у двигателя демпферной обмотки, апериодическая составляющая тока короткого замыкания будет ниже, чем при ее отсутствии. Вначале возникает сверхпереходный ток, который вначале становится просто переходным, и лишь потом он начинает затухать.

Во время двухфазного замыкания, в статоре не появляются скачкообразные изменения тока. В подобных ситуациях, на холостом ходе возникает апериодическая составляющая, параметры которой совпадают с начальной величиной переменной компоненты. Поскольку ток КЗ внутри статора является однофазным, в отдельных случаях появление апериодической компоненты полностью исключается. В двигателях асинхронного типа этот показатель не учитывается, поскольку данные процессы очень быстро затухают. Он не принимается во внимание даже при расчетных вычислениях ударных токов КЗ.

В общем и целом, величина данных компонентов будет отличаться для каждой фазы. Ее начальные параметры будут зависеть от момента появления КЗ. На графиках она представляет собой сплошную кривую линию, поскольку все начальные амплитуды других составляющих будут ей равны, но направлены в обратную сторону.

Наличие апериодической составляющей устанавливается при расхождении контактов. Для ее оценки существует специальный параметр, представляющий собой соотношение между ней и периодической амплитудой в момент размыкания контактов. Время затухания составляет примерно 0,1-0,2 с и сопровождается значительным выделением тепла. Под действием высокой температуры заметно нагреваются токоведущие части и вся аппаратура в целом, несмотря на столь короткий промежуток времени.

Значение постоянной времени затухания апериодической составляющей тока кз

Источник

: Фрагмент книги (стр.176 – 179) Рожкова Л.Д., Козулин В.С. Электрооборудование станций и подстанций. – М: Энергоатомиздат, 1987. – 648 с.

При КЗ в системе собственных нужд существенное влияние на характер процесса и значение тока оказывают группы электродвигателей, включенных вблизи места повреждения. Наиболее сильно это влияние проявляется в сетях 3 – 6 кВ собственных нужд крупных ТЭС и АЭС.

Для привода механизмов собственных нужд применяют в основном асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. При близком КЗ напряжение на выводах двигателей оказывается меньше их ЭДС. Электродвигатели переходят в режим генератора, посылающего ток в место повреждения. Синхронные электродвигатели при их наличии также подпитывают место КЗ.

Составляющую тока КЗ от электродвигателей необходимо учитывать при проверке аппаратов и проводников распределительных устройств собственных нужд, а также при расчете уставок релейной защиты оборудования 3 – 6 кВ. Для указанных целей достаточно обычно знать начальное значение периодической составляющей, ударный ток, значения периодической и апериодической составляющих тока КЗ в момент т размыкания контактов выключателей.

Влияние тока подпитки от электродвигателей проявляется и учитывается в зависимости от места КЗ.

При КЗ в точке К1 (рис. 3.38) ток подпитки будет иметь определяющее значение при выборе оборудования лишь в том случае, если его действие будет превышать действие тока от внешних источников (генераторов энергосистемы). При КЗ в точке К2 или КЗ действует суммарный ток – от внешней сети и от электродвигателей. Начальное значение периодической составляющей тока КЗ от электродвигателя определяется по аналогии с синхронными генераторами по выражению

Рис.

3.38. Особенности КЗ в системе собственных нужд

Величины Е»ф и х»д не задаются в каталогах, однако в них указывается кратность пускового тока электродвигателя I*пуск, равная отношению пускового тока электродвигателя Iпуск к его номинальному току Iном. Прямое включение электродвигателя в сеть рассматривается в теории электрических машин как КЗ за сопротивлением х»д. На этом основании в практических расчетах принимают равной

Iп,0,д=Iпуск=I*пуск·Iном,

(3.64)

В отличие от генераторов запас электромагнитной и кинетической энергии электродвигателей мал и периодическая составляющая тока КЗ, создаваемая ими, быстро затухает:

Iп,t,д=Iп,t,д·e -t/Tд ,

(3.65)

где Т’д — постоянная времени затухания тока КЗ (периодической составляющей) от электродвигателей. Апериодическая составляющая тока КЗ от электродвигателя описывается обычным выражением

ia,t,д=2·Iп,0,д·e -t/Ta,д ,

Та,д — постоянная времени затухания апериодического тока для цепи электродвигателя. Ударный ток от электродвигателя

iy,д=2·Iп,0,д·ky,д,

где ку,д — ударный коэффициент, определяемый обычным путем по известному Та,д. В общем случае к секциям собственных нужд электростанций подключается большое количество электродвигателей разных типов и мощностей. При оценке результирующего влияния всех электродвигателей на ток КЗ в месте повреждения целесообразно все электродвигатели заменить одним эквивалентным. Как показывает опыт, такая замена возможна и не приводит к существенным погрешностям. Действующие нормативы [3.7] рекомендуют следующие значения параметров эквивалентного электродвигателя:

Коэффициент полезного действия nд	0,94
Коэффициент мощности cos фд	0,87
Постоянная времени периодической составляющей тока Т’д, с	0,07
Постоянная времени апериодической составляющей тока Та,д, с	0,04
Ударный коэффициент ку,д	1,65
Кратность пускового тока	5,6

С учетом изложенного расчет токов КЗ в системе собственных нужд электростанции целесообразно проводить в следующем порядке [3. 7]: 1. Составить расчетную схему (см., например, рис. 3.38), принимая при этом во внимание лишь те электродвигатели, которые имеют с местом КЗ прямую электрическую связь. 2. Составить схему замещения для определения тока КЗ от внешних источников (энергосистемы) и обычным способом (см. § 3.3) рассчитать начальное значение периодической составляющей Iп,0,с. Считаем Iп,0,с незатухающим (удаленная точка). 3. Определить суммарную номинальную мощность всех электродвигателей собственных нужд, электрически связанных с местом КЗ, Рном и начальное значение периодической составляющей тока от электродвигателей:

Полный ток при наступлении КЗ

Сама по себе апериодическая компонента не может быть рассмотрена, поскольку она является одной из составных частей тока короткого замыкания. В электрической сети присутствуют сопротивления индуктивного характера, не дающие току мгновенно изменяться в момент появления КЗ. Рост нагрузочного тока проистекает не скачкообразно, а согласно определенных законов, предполагающих переходный период от нормального к аварийному значению. Расчетно-аналитическая работа значительно упрощается, когда ток КЗ во время перехода рассматривается как две составные части – апериодическая и периодическая.

Как вычислить апериодическую компоненту

Первоначальная величина апериодической части в модульном выражении определяется как разница между мгновенным показателем периодической части в начале КЗ и величиной тока непосредственно перед замыканием. То есть, апериодическая составляющая с максимальным первоначальным значением, сравняется с амплитудными параметрами периодической части тока при появлении КЗ. Это утверждение определяет формула: ia0 = √2Iп0, действующая при условии сниженной активной доли сопротивления в точке КЗ относительно индуктивной составляющей.

1.

2.

Кроме того, перед началом замыкания в расчетной точке не должно быть нагрузки, а напряжение какой-либо фазы к этому времени проходит по нулевому проводнику. Если же перечисленные требования не будут выполнены, то апериодическая часть в первоначальной стадии снизит свои показатели по отношению к амплитуде периодической составляющей.

Для того чтобы выполнить расчет апериодической составляющей тока короткого замыкания в любое произвольное время, заранее прорабатывается вариант замещения. Согласно первоначальной расчетной схеме, все составные элементы учитываются в качестве активных и индуктивных сопротивлений. Учет синхронных генераторов и компенсаторов, асинхронных и синхронных электродвигателей проводится путем перевода их в категорию индуктивных сопротивлений с обратной последовательностью. Обязательно учитываются сопротивления обмоток статора постоянному току с рабочей температурой установленной нормы.

3.

Когда в изначальной схеме расчетов присутствуют лишь компоненты, соединенные последовательно, в этом случае величина апериодической доли в любой момент времени определяется формулой 1, в которой Та является постоянной величиной, определяющей время затухания данной части. В свою очередь, Та можно вычислить по формуле 2, в которой Xэк и Rэк будут индуктивной и активной составляющими, а ωсинх является синхронной угловой частотой сетевого напряжения. Если же при расчетах необходимо учесть величину генераторного тока непосредственно перед коротким замыканием, тогда уже используется формула 3.

Особенности вычислений в многоконтурных схемах

Если в расчетах используются многоконтурные схемы, тогда на апериодическую составляющую не действует экспоненциальный закон временного изменения. Фактически, она выглядит в виде суммы токов, каждый из которых является экспоненциальной временной функцией и угасает в различные интервалы времени. Количество таких компонентов в цепях с активными и индуктивными ветвями, совпадает с численностью независимых контуров.

В этом случае апериодические составляющие могут быть вычислены с использованием специальных систем дифференциальных уравнений, учитывающих все активные и индуктивные сопротивления. Методика расчетов во многом зависит от того, как выглядит изначальная схема расчетов, и где расположена рассчитываемое место КЗ.

В некоторых вариантах источники энергии многоконтурной схемы замыкаются на расчетное место КЗ с помощью общего сопротивления. Приближенные расчеты позволяют установить затухание апериодической составляющей в течение какого-то постоянного промежутка времени. Существуют два метода решений, которые, относительно точного результате выдают погрешность с положительной или отрицательной направленностью. То есть, постоянная времени будет завышаться или занижаться.

Расчетная схема, разделенная точкой короткого замыкания на части, независимые между собой, в произвольный момент времени определяется в виде суммы апериодических составляющих, предусмотренных для каждого участка схемы. Их изменение по времени происходит относительно постоянного показателя, а полученные данные учитываются в расчетах.

Ударный ток короткого замыкания

Короткое замыкание

Короткое замыкание

Allied Diesel

Мы обновляем этот сайт. некоторые ссылки могут работать некорректно. Приносим извинения за неудобства
Короткое замыкание определяется, когда импеданс цепи внезапно приближается к 0, когда два провода «закорачивают» цепь, и задачей автоматического выключателя является размыкание цепи, ограничивающее повреждение генератора переменного тока, который не может выдерживать большие токи. в течение любого значительного промежутка времени. Если бы импеданса вообще не было, закон Ома показывает, что ток был бы бесконечным, и никакой автоматический выключатель не мог бы «сломать» такой ток. К счастью, в цепи всегда остается некоторый импеданс. Если короткое замыкание происходит достаточно близко к генератору переменного тока, единственным полным сопротивлением в цепи является внутреннее полное сопротивление катушки ротора, которое состоит из сопротивления (пренебрежимо малого) и реактивного сопротивления, называемого сверхпереходным реактивным сопротивлением: сверхпереходный термин относится к факту что это реактивное сопротивление появляется в течение самых первых нескольких циклов после короткого замыкания до возникновения переходного и установившегося состояния. Хотя в нормальных рабочих условиях это реактивное сопротивление создает неудобства с точки зрения потерь, искажения волны и фазового сдвига, оно спасает генератор переменного тока в случае короткого замыкания, при условии, что ваш автоматический выключатель правильно настроен.
Максимальный ток, который может пройти через автоматический выключатель, зависит также от точного времени возникновения короткого замыкания по отношению к фазе напряжения, которая может создать апериодическую составляющую, которая может значительно увеличить максимальный ток, который должен отключить автоматический выключатель. Из спецификации генератора введите сверхпереходное реактивное сопротивление (обычно обозначается крестиком и выражается в единицах измерения), также введите номинальное напряжение между фазой и нейтралью вашего генератора и нажмите кнопку SUBMIT, чтобы получить отключающую способность, требуемую цепью. прерывателя и выражается в кА. Сверхпереходное реактивное сопротивление % на единицу Напряжение фаза-нейтраль Вольт Полная мощность генераторной установки кВА Ответ появится здесь!
Для тех, кто интересуется деталями расчетов, вот пример Из спецификации генератора получить соответствующие данные. Предположим, что X’d составляет 8,5% pu . Следовательно, при номинальном напряжении в 1 о.е. ток будет иметь значение 1/8,5% = 11,76 о.е., т. е. в 11,76 раз больше номинального тока Для генераторной установки мощностью 150 кВА при 230 В LN номинальный ток составляет 150/230/3 = 0,217 кА, поэтому максимальный ток будет в 11,76 раз больше, то есть 2,55 кА Однако это среднеквадратичное значение, и максимум для синусоидальной волны будет 2,55 * sqrt(2) = 3,61 кА . В худшем случае апериодическая составляющая реактивного сопротивления полностью сдвинет волну вверх (или вниз), что увеличит максимальный ток вдвое. С учетом не менее 10 % запаса прочности при оценке реактивного сопротивления и/или срабатывания автоматического выключателя и/или резервной мощности генераторной установки мы получаем 3,61 x 2 x 110 % = 7,9.4 кА Поэтому следует выбирать автоматический выключатель с отключающей способностью выше 7,94 кА. Автоматический выключатель с меньшей отключающей способностью может не сработать при коротком замыкании, поэтому вы купили и установили автоматический выключатель.

Короткое замыкание – ИНАЧЕ

Могу ли я считать трехфазное короткое замыкание наихудшим сценарием?

Токи однофазного или двухфазного короткого замыкания могут быть больше, чем токи трехфазного короткого замыкания в сетях, в которых нейтраль трансформатора Dy/Yy заземлена (с низким сопротивлением в соответствии со стандартом VDE0111).

Каков коэффициент нагрузки при коротком замыкании?

Коэффициент нагрузки при коротком замыкании составляет около 0,15. Поэтому это значение должно использоваться для проверки автоматических выключателей, предназначенных для защиты цепи при возникновении короткого замыкания.

Что такое сверхпереходное сопротивление двигателей или генераторов?

Номинальные характеристики стойкости оборудования основаны на самом высоком ожидаемом токе короткого замыкания; это называется ожидаемым током короткого замыкания, который обычно возникает в течение первого полупериода неисправности. Токи короткого замыкания состоят из симметричного переменного тока и, скорее всего, апериодической составляющей тока, известной как составляющая затухания постоянного тока.

Местные генераторы и двигатели вносят свой вклад в ток короткого замыкания. Этот вклад в причину затухания составляющей постоянного тока. Для простоты в стандартах ANSI ток короткого замыкания моделируется как источник постоянного напряжения за изменяющимся во времени импедансом. В начальный момент неисправности этот импеданс известен как «субпереходный импеданс». Но это меняется на «переходный импеданс» через два или три цикла после повреждения. Ток в установившемся режиме моделируется как синхронный импеданс машины. В больших машинах резистивная составляющая внутреннего импеданса машины игнорируется. Вклад двигателя или генератора в установившийся ток отсутствует.

Вклад тока короткого замыкания генератора считается удаленным, если реактивное сопротивление на единицу, внешнее по отношению к генератору, равно или больше, чем в 1,5 раза больше реактивного сопротивления генератора на единицу сверхпереходного режима на общей базе МВА.

Более медленный двигатель вносит меньший вклад в ток мгновенного короткого замыкания, чем более быстрый двигатель, подключенный к шине.

Как измерить положительный и отрицательный импеданс трансформатора?

Положительный импеданс трансформатора равен импедансу рассеяния. Его можно получить с помощью обычного теста на короткое замыкание. Поскольку трансформатор является статическим устройством, полное сопротивление рассеяния не меняется, если чередование фаз меняется с RYB на RBY. Следовательно, импеданс обратной последовательности трансформатора такой же, как импеданс прямой последовательности.

Полное сопротивление нулевой последовательности трансформатора зависит от типа обмотки (звезда или треугольник), а также от типа заземления.

Полное сопротивление прямой и обратной последовательности на единицу измерения не зависит от того, подаются ли токи последовательности в первичную или вторичную обмотку. Однако импеданс нулевой последовательности будет иметь разные значения в зависимости от того, вводятся ли токи последовательности в первичную или вторичную обмотку. Обратите внимание, что токи нулевой последовательности не могут подаваться на клеммы треугольника.

Что такое соотношение X/R?

Отношение реактивности системы к сопротивлению. Он показывает скорость затухания любого смещения постоянного тока при токах короткого замыкания. Большое отношение X/R соответствует большой постоянной времени и медленной скорости затухания.

Что такое процентное сопротивление оборудования?

Производители указывают импеданс оборудования в процентах по собственной базе. Процентное значение представляет собой значение на единицу, умноженное на 100 (Z% = Zpu × 100). Выражение «собственная база» означает, что базовое напряжение — это номинальное напряжение оборудования, а базовая мощность — номинальная полная мощность (в ВА) оборудования. Базовый ток и базовый импеданс рассчитываются из базового напряжения и базовой ВА.

 
Пример – импеданс трансформатора в процентах

Чтобы определить импеданс трансформатора в процентах, вторичная обмотка должна быть закорочена. Затем увеличивайте входное напряжение в первичной обмотке до тех пор, пока ток в первичной обмотке не достигнет Ibase. Измерьте реализованное напряжение (В).

Таким образом, полное сопротивление в процентах может быть получено из измеренного первичного напряжения.

Как работает метод MVA для расчета тока короткого замыкания?

Метод МВС используется для решения задач расчета коротких замыканий в промышленных энергосистемах. По сути, метод MVA является модификацией омического метода, в котором импеданс цепи представляет собой сумму импедансов различных компонентов цепи. Приведенные ниже расчеты относятся к расчету трехфазного тока короткого замыкания.

Теперь рассмотрим две части оборудования (т. е. главную сеть и трансформатор), включенные последовательно, вносящие вклад в ток короткого замыкания.

Теперь рассмотрим две части оборудования (т. е. двигатель и трансформатор), параллельно вносящие вклад в ток короткого замыкания.

Легко заметить, что комбинации последовательностей MVA в точности соответствуют сопротивлению, вычисляемому параллельно. Параллельные вклады MVA точно такие же, как сопротивления, вычисляемые последовательно.

Обратите внимание, что в методе MVA не требуется общая база MVA, как это требуется для метода на единицу. Нет необходимости преобразовывать импедансы из одного напряжения в другое, как того требует омический метод.

Могут ли другие токи короткого замыкания, а не трехфазного замыкания, быть решены методом MVA?

Да. При расчете тока короткого замыкания учитывайте приведенные ниже примечания.

Линии электропередач

Трансформаторы

Реактивное сопротивление нулевой последовательности трансформатора равно его положительному и отрицательному реактивному сопротивлению. Первичная обмотка трансформатора, соединенная треугольником, блокирует любую мощность нулевой последовательности, поступающую из системы и через трансформатор.

Асинхронные двигатели

Полное сопротивление нулевой последовательности асинхронных двигателей можно принять за разомкнутую цепь, поскольку обмотки обычно соединены треугольником или незаземленной звездой (AS 3851).

ЧРП или преобразователи

Если не регенеративный, то игнорируйте его. Если регенеративный, то такой же, как у двигателей ( ).

Синхронные генераторы/двигатели/компенсаторы

Реактивное сопротивление нулевой последовательности двигателя составляет примерно ½ его реактивного сопротивления прямой последовательности.

В промышленности также широко признано и принято использовать реактивные сопротивления только при расчете короткого замыкания в промышленной энергосистеме, поскольку это приведет к более высокому значению короткого замыкания, возможно, в большинстве случаев на 0-3 процента.

Ток короткого замыкания для трехфазной асимметрии выглядит следующим образом.

• Трехфазное замыкание

Для расчета уравновешенного трехфазного короткого замыкания импеданс прямой последовательности является единственным релевантным импедансом.

• Замыкание фазы на землю

• Межфазное замыкание

• Межфазное замыкание на землю

Как влияет разная номинальная мощность генераторной установки и базовая номинальная мощность генератора переменного тока на расчеты тока короткого замыкания?

Как правило, реактивное сопротивление генератора публикуется в единицах измерения для указанного базового номинала генератора переменного тока. Там, где номинал генераторной установки отличается от номинала генератора переменного тока, необходимо будет преобразовать удельные значения из базового номинала генератора переменного тока в номинал генераторной установки.

Должен ли допуск, указанный для реактивных сопротивлений генератора, учитываться при расчете короткого замыкания?

Реактивные сопротивления, включая сверхпереходные, обычно выражаются с допуском плюс или минус 10 %. При определении максимального тока следует использовать допуск минус 10%.

Каков будет диапазон величины постоянной составляющей короткого замыкания генератора?

Пиковый ток короткого замыкания в первом полупериоде будет включать постоянную составляющую, величина которой зависит от точки цикла, когда произошло короткое замыкание. Постоянная составляющая смещает симметричный ток вокруг нулевой оси, что приводит к асимметрии. Если короткое замыкание происходит в точке, где напряжение достигает своего пика, постоянная составляющая будет равна нулю. Если короткое замыкание произойдет в точке, где напряжение равно нулю, постоянная составляющая будет максимальной, а пиковый ток будет почти в два раза больше симметричного тока.

Типовые погонные значения реактивного сопротивления для генераторов мощностью от 40 до 2000 кВт.

Реактивное сопротивление	Описание	Символ	Диапазон на единицу	Период
Сверхпереходное реактивное сопротивление	Определяет максимальный мгновенный ток и ток в момент времени Автоматический выключатель в литом корпусе обычно разомкнут	Xd˝	0,09– 0,17	0–6 циклов
Переходное реактивное сопротивление	Определяет ток при кратковременной задержке автоматических выключателей	Xd΄	0,13 – 0,20	6 циклов по 5 сек.
Синхронное реактивное сопротивление	Определение установившегося тока без поддержки возбуждения PMG (генератор на постоянных магнитах)	Хд	1,7 – 3,3	Через 5 сек.
Реактивное сопротивление нулевой последовательности	Коэффициент тока короткого замыкания L-N	Х0	0,06 – 0,09
Реактивное сопротивление обратной последовательности	Коэффициент тока однофазного короткого замыкания	Х2	0,10 – 0,22

Реактивное сопротивление генераторной установки на солнечном переходе используется для расчета максимально доступного тока короткого замыкания для выбора автоматических выключателей с адекватной отключающей способностью. Поскольку почти все импедансы генератора являются реактивными, добавление постоянной составляющей для первых нескольких циклов может почти удвоить симметричное значение тока. Спецификации, которые ограничивают сверхпереходное реактивное сопротивление (Xd˝) до 12 на единицу или меньше, ограничивают искажение напряжения, вызванное нелинейными токами нагрузки. Для расчета доступного тока короткого замыкания с использованием удельных значений может потребоваться преобразование основного номинального значения генератора переменного тока в базовое номинальное значение генераторной установки по приведенной ниже формуле.

На практике фактическое смещение постоянного тока, скорее всего, будет варьироваться где-то между нулем и максимальным смещением. Однако для выбора номинала отключения автоматических выключателей допущение, что смещение постоянного тока будет максимальным, является безопасным и консервативным допущением (ISCsym ×2). Как правило, номиналы отключения автоматического выключателя выражаются в среднеквадратичных симметричных амперах и тестируются для достижения почти максимального смещения при симметричной величине тока. Затем выберите выключатели на основе максимально допустимого симметричного тока короткого замыкания генератора.

Искажение напряжения источника переменного тока, вызванное гармоническими (субциклическими) искажениями тока, напрямую связано с реактивным сопротивлением генераторной установки в сверхпереходных режимах. Чем выше реактивное сопротивление, тем больше искажение напряжения.

Начальное мгновенное значение тока (ISCsym) управляется сверхпереходным реактивным сопротивлением (Xd˝).

ISCsym = E/Xd˝

Пиковый ток в первом полупериоде будет также включать постоянный ток. составляющая, величина которой зависит от точки цикла, в которой произошло короткое замыкание. Компонент постоянного тока компенсирует симметричный ток вокруг нулевой оси, что приводит к асимметрии. Если короткое замыкание происходит в точке, где напряжение достигает своего пика, постоянная составляющая будет равна нулю. Если короткое замыкание произойдет в точке, где напряжение равно нулю, постоянная составляющая будет максимальной, а пиковый ток будет почти в два раза больше симметричного тока.

Что такое короткое замыкание вдали от генератора?

Короткие замыкания вдали от генератора и вблизи генератора определяются, как указано ниже в AS 3851.

Короткое замыкание вдали от генератора токи короткого замыкания остаются практически постоянными.

Короткое замыкание вблизи генератора
Короткое замыкание, которому по крайней мере на синхронной машине способствует ожидаемый начальный симметричный ток короткого замыкания, более чем в два раза превышающий номинальный ток генератора, или короткое замыкание, которому подвержены синхронные и асинхронные двигатели вносят более 5 % начального симметричного тока короткого замыкания (I”k) без двигателей.