Анализ процесса короткого замыкания.

Большинство повреждений в электрических системах приводит к коротким замыканиям, которые являются наиболее тяжелым видом повреждения, так как сопровождается значительным увеличением тока и глубоким понижением напряжения в элементах энергосистемы.

Повышенный ток, который называется током короткого замыкания, вызывает выделение большого количества тепла, приводящего к разрушениям в месте повреждения и вызывающее опасный нагрев повреждённого электрооборудования и линий электропередачи.

Понижение напряжения нарушает нормальную работу потребителей электроэнергии и устойчивости параллельной работы генераторов и энергосистемы в целом.

Короткое замыкание – это замыкание ЭДС источника накоротко через относительно малое сопротивление.

Коротким замыканием называют замыкание между фазами, замыкание фаз на землю в сетях с глухозаземлённой и изолированной нейтралью. Короткие замыкания возникают при нарушении изоляции электрических цепей. Причины короткого замыкания – это старение и пробой изоляции, набросы на провода линий электропередачи, обрыв проводов с падением на землю, механические повреждения кабельных линий, удары молнии в линии электропередачи.

В трёхфазных электроустановках возникают трёхфазные, двухфазные и однофазные короткие замыкания в зависимости от числа замкнувшихся фаз.

При трехфазном коротком замыкании все фазы электрической сети оказываются в одинаковых условиях, поэтому они называются симметричными. При других видах короткого замыкания фазы находятся в разных условиях, векторные диаграммы токов и напряжений искажены, поэтому они называются несимметричными.

Короткие замыкания сопровождаются увеличением тока в повреждённых фазах, которые в несколько раз превосходят номинальные токи. Эти токи вызывают повышенный нагрев, который может усилить старение и разрушение изоляции. Короткие замыкания сопровождаются понижением уровня напряжения в электрической сети, особенно вблизи места повреждения.

Расчёт токов короткого замыкания.

Для расчёта токов короткого замыкания составляются расчётная схема замещения.

Расчётная схема.

Под расчётной схемой установки понимают упрощенную однолинейную схему электроустановки с указанием в их параметров, которые влияют на ток короткого замыкания и поэтому должны быть учтены при выполнении расчётов. На расчётной схеме указываются номинальные параметры (напряжение, мощности и сопротивления) отдельных элементов. Расчёт выполняется по значению средне номинального напряжения.

Схемой замещения называют электрическую схему, соответствующую по исходным данным расчётной схеме, но в которой все магнитные (трансформаторные), связи заменены электрическими. В расчётах токов короткого замыкания в релейной защите все параметры расчётной схемы выражаются в именованных единицах (все сопротивления выражены в Омах и приведены к одной ступени напряжения). За средне номинальное напряжение принимается напряжение на шинах высокого напряжения рассчитываемого элемента.

Рисунок 2.2 схема замещения.

Расчёт параметров схемы замещения.

После составления схемы замещения определяются сопротивления параметров элементов схемы.

Для системы:

1. Сопротивление системы определяется по формуле:

где: средне номинальное напряжение на стороне высокого напряжения рассчитываемого элемента схемы;

мощность системы для максимального или минимального режимов работы энергосистемы;

Определяю два сопротивления и

Для линии:

где: сопротивление одного километра линии.

длина линии.

Для трансформаторов:

Для автотрансформаторов напряжение короткого замыкания определяется между парами обмоток , , (берутся из таблицы паспортных данных трансформаторов)

1. Определяю напряжение короткого замыкания для каждой обмотки.

2. при расчёте сопротивления обмоток автотрансформатора используется типовая мощность. Типовая мощность определяется по формуле;

Определяем коэффициент выгодности по формуле:

3. Определяю сопротивление для каждой обмотки.

;

где: напряжение короткого замыкания, берётся из справочника данных трансформатора;

средне номинальное напряжение;

типовая мощность трансформатора;

;

;

Следующий элемент схемы двухобмоточный обмоточный трансформатор. Для двухобмоточного трансформатора сопротивление определяется по формуле:

;

где U_к% - напряжение короткого замыкания, берётся из справочных данных трансформатора;

Расчёт схемы замещения.

Составляю схему замещения:

Преобразую схему замещения относительно точки К1.

Схема приобретёт вид:

Складываю параллельно сопротивления 4 и 5.

Складываю параллельно сопротивления 8 и 9.

Схема приобретёт вид:

Сложим схему последовательно до точки К1, найдём Xрез K1 в максимальном и минимальном режиме

Складываю параллельно сопротивления 10 и 11.

Сложим схему последовательно до точки К2, найдём Xрез K2 в максимальном и минимальном режиме.

Расчёт токов короткого замыкания выполняем по закону Ома.

Ток трёх и двухфазного короткого замыкания определяется для всех точек короткого замыкания, намеченных на схеме замещения.

а) Определяю ток трёхфазного короткого замыкания в максимальном режиме работы энергосистемы.

где: результирующее сопротивление до точки короткого замыкания.

б) Определяю ток трёхфазного короткого замыкания в минимальном режиме работы энергосистемы.

в)

2.3 Расчёт двухобмоточного трансформатора.