Мощность короткого замыкания

Нормальный рабочий режим в системах электроснабжения может внезапно прерваться в результате аварийной ситуации, в частности короткого замыкания. Подобное состояние возникает из-за поврежденной изоляции элементов сети и электрооборудования. Для того чтобы эффективно противостоять этому явлению, следует хорошо знать его основные параметры, в том числе мощность короткого замыкания. Этот параметр позволяет вычислить формула, используемая для вычислений тока КЗ.

Подобная информация помогает не только устранить вероятные последствия, но и в кратчайшие сроки восстановить нормальный рабочий режим всех энергосистем. Эти же знания используются при выборе защитных устройств и других средств, ограничивающих высокие токи.

Виды коротких замыканий

Понятие короткого замыкания заключается в непосредственном непреднамеренном соединении любых двух точек, расположенных на различных фазах, нулевом проводе или земле. Вариантов таких соединений может быть очень много, и все они не предусмотрены нормальными условиями эксплуатации установок, оборудования и сетей.

Среди основных видов КЗ следует отметить однофазное и трехфазное. В первом случае одна из фаз замыкается и взаимодействует с нулевым проводом или землей. Аналогичные явления наблюдаются во время обрывов проводов и одновременных замыканий двух разных фаз.

При трехфазном коротком замыкании хорошо заметна определенная симметрия, так как все фазы находятся в одних и тех же условиях. Поэтому токи в каждой из них будут одинаковыми. Другие виды КЗ относятся к несимметричным, поскольку фазы попадают в неодинаковые условия. В результате, токи и напряжения получаются с искаженной амплитудой, в зависимости от конкретных условий аварии.

Следует учесть, что при коротком замыкании происходит заметное снижение общего электрического сопротивления в системах. Это приводит к резкому увеличению токов во всех ветвях сетей и одновременному снижению напряжения на отдельных участках.

Среди основных причин, вызывающих аварийные ситуации подобного рода, можно выделить следующие:

  • Нарушенная изоляция в токоведущих частях. Причинами становится ее неудовлетворительное состояние, естественное старение, механические повреждения, постоянное воздействие перенапряжений.
  • Поврежденные опоры и провода ЛЭП из-за неудовлетворительного состояния, негативного влияния ураганных ветров, гололеда, раскачивания проводов и т.д.
  • Ошибочные действия персонала при выполнении различных операций. Например, разъединители отключаются, находясь под нагрузкой или включаются на заземление, оставленное по ошибке.

Причинами большинства повреждений являются конструктивные недостатки, несовершенное оборудование, ошибки, допущенные при проектировании и в процессе монтажа. Отрицательную роль играет использование оборудования в ненормативных режимах, неправильный и неудовлетворительный уход за ним.

Изменение тока в аварийном режиме

В аварийном режиме ток теряет свои постоянные характеристики и подвергается заметным изменениям. В самое первое мгновение он резко увеличивается, после чего происходит его затухание до определенной величины. Далее в работу вступает АРВ автоматический регулятор возбуждения, под влиянием которого ток доходит до установленного уровня. Этот период известен под названием переходного процесса. Временные рамки наступившего короткого замыкания начинаются со времени изменений токового уровня и заканчиваются отсоединением КЗ.

Различные показатели тока на протяжении всего периода используются для исследований динамической и термической устойчивости аппаратуры, избрания нужных уставок релейной защиты.

В любой сети присутствуют различные типы сопротивлений индуктивного типа. В момент возникновения КЗ они создают определенные препятствия и не позволяют току мгновенно переменяться. То есть, изменения все-таки происходят, но не скачкообразно, а в нарастающем порядке от обычного показателя до аварийного.

Для того чтобы упростить расчетную и аналитическую работу, ток в период перехода условно разделяется на две составные части апериодическую и периодическую. Первая компонента считается неизменной токовой составной частью. Она появляется в самом начале КЗ и довольно скоро снижается до нулевой отметки.

Периодическая токовая часть в начальном периоде получила такое же название тока КЗ. Он тоже называется сверхпереходным, поскольку для его вычислений замещающая схема дополняется сверхпереходным сопротивлением генераторной установки и сверхпереходной ЭДС. Данная величина применяется при назначении уставок или, когда требуется проверить восприимчивость к току релейной защиты.

По завершении переходного периода периодический ток становится постоянно действующим током короткого замыкания. В этот момент как раз затухает апериодическая компонента, и вступает в действие АРВ. Таким образом, полная величина тока КЗ будет состоять из суммы обеих компонент, действующих в каждый временной отрезок переходного процесса. Полный ток с максимальным мгновенным показателем известен, как ударный ток короткого замыкания, рассчитываемый при анализе динамической устойчивости электрооборудования.

Испытания и выбор нужных уставок для защитных устройств

Как уже было отмечено, выбор наиболее подходящих параметров релейной защиты и уставок осуществляется с использованием сверхпереходного или начального тока короткого замыкания. В первую очередь это связано с простотой расчетов данной величины.

Анализируя варианты защиты с быстродействием или небольшими выдержками времени, с использованием начального тока, специалисты обычно не принимают во внимание апериодическую составляющую. Использовать ее в расчетах не имеет смысла, поскольку затухание происходит очень быстро в течение 0,05-0,2 секунды. Этот промежуток гораздо ниже времени срабатывания рассматриваемых защитных устройств.

Если питание сети осуществляется от мощной энергетической системы, ее генераторы оснащаются автоматическим регулятором возбуждения АРВ, обеспечивающим поддержку на шинах постоянного напряжения. Когда на этом участке возникает КЗ, величина периодической токовой составляющей остается без изменений. Это дает возможность анализировать с помощью начального тока работу релейной защиты и ее поведение при любых задержках по времени.

В сетях, получающих питание от генераторных установок или систем с установленной ограниченной мощностью, при наступлении КЗ напряжение на шинах уже не будет постоянным, а подвергнется изменениям в широком диапазоне. Величины начального и установившегося токов не будут равны между собой. Теоретически, для расчетов защитных систем можно было бы воспользоваться установившимся током короткого замыкания. Однако сложности с его расчетами привели к тому, что на практике в большинстве случаев применяются показатели начального тока, не вызывая заметных погрешностей.

Подобная ситуация объясняется несколькими факторами. В первую очередь, это увеличенное переходное сопротивление в аварийном месте, оказывающее более сильное влияние на установившийся ток, нежели на начальный. Кроме того, нельзя исключить воздействие нагрузочных токов и других явлений, обычно не принимаемых во внимание при расчетах. В связи с этим, данные по установившемуся току довольно условные, что приводит к большой погрешности в конечном результате.

Мощность КЗ и начальный ток

При возникновении трехфазного КЗ, сопротивление и ЭДС в каждой фазе будут совпадать друг с другом, поскольку для всех фаз соблюдаются совершенно одинаковые условия. Такое замыкание называется симметричным, а его расчеты довольно простые. Вполне достаточно рассчитать одну фазу, а затем полученные результаты применить к двум остальным.

Расчет токов и напряжений в симметричных системах начинается со схемы замещения, составляемой с заменых ее отдельных компонентов соответствующими активными и реактивными сопротивлениями. Источники питания отмечаются с указанием ЭДС или напряжения на выходных клеммах. Трансформаторы, генераторы и другие устройства обладают сопротивлениями, определяемыми в их технических паспортах. Эти данные также вводятся в расчеты.

Особый порядок расчетов токов КЗ применяется при подключении к системам с неограниченной мощностью. В этом случае рассматриваются мощные источники питания, у которых напряжение на шинах не изменяется, вне зависимости от места возникновения короткого замыкания. Показатели сопротивления в таких системах условно принимаются за нулевое значение.

На практике систем с неограниченной мощностью просто не существует, тем не менее, они широко применяются при выполнении расчетов коротких замыканий. Понятие неограниченной мощности актуально лишь когда величина ее внутреннего сопротивления будет значительно ниже сопротивления внешних деталей и компонентов, расположенных между шиной и местом КЗ.

Системы питания с ограниченной мощностью обладают достаточно высоким сопротивлением в точке короткого замыкания. Поэтому его величина обязательно учитывается при расчетах тока КЗ. В некоторых случаях сопротивление системы определяет не ток, а мощность короткого замыкания, присутствующая на шинах подстанции и представляющая собой условную величину.

Негативные последствия коротких замыканий

При возникновении аварийной ситуации, связанной с коротким замыканием, заметно возрастает ток и снижается напряжение. Подобные изменения чаще всего приводят к опасным последствиям:

  • Повышение тока и активное сопротивление цепи способствуют выделению большого количества тепла в течение короткого времени. В совокупности с электрической дугой, высокая температура наносит большие повреждения окружающей обстановке. Чем выше ток и время его действия, тем больше размеры разрушений. Достигая неповрежденного оборудования, поражающие факторы наносят повреждения изоляции и токоведущим частям.
  • Пониженное напряжение вызывает сбой в работе потребителей. Особенно это касается асинхронных двигателей, у которых заметно снижается частота вращения. В некоторых случаях они просто остановятся и перестают работать. Перестают нормально функционировать системы освещения, при работе которых расходуется значительный объем электроэнергии.
  • Увеличенное скольжение приводит к росту потребления реактивной мощности асинхронными агрегатами. После отключения КЗ возникает ее дефицит, и напряжение в сети начинает лавинообразно снижаться, вплоть до полного прекращения работы.
  • Спад напряжения нарушает устойчивую параллельную работу генераторов. В результате, система питания распадается, электроснабжение потребителей прекращается.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
4air.ru
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: