Трёхфазное короткое замыкание

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 11Следующая ⇒

Симметричное трёхфазное короткое замыкание К⁽³⁾ – наиболее простой для расчёта и анализа вид повреждения. Оно характерно тем, что токи КЗ во всех фазах равны по величине как в месте возникновения КЗ, так и в любой другой точке сети, а также равны между собой фазные и линейные напряжения в любом сечении трёхпроводной линии, т.е.

; ; .

На рисунке 3.1 показан участок воздушной ЛЭП, на котором возникло металлическое трёхфазное КЗ.

В приведённой схеме векторами показаны условно положительные направления токов КЗ - от источника питания к месту повреждения.

При расчётах токов короткого замыкания и остаточных напряжений на шинах подстанции 1 токами нагрузки следует пренебречь.

Построение векторной диаграммы следует начать с векторов фазных ЭДС

Под действием фазных ЭДС в каждом фазном проводе протекает ток короткого замыкания величина которого определяется выражением:

(3.1)

где:

- - фазная ЭДС ( или или );

- Z_C и Z_Л полные комплексные сопротивления электрической системы и участка линии от шин питающей подстанции, где установлена релейная защита, до места КЗ;

- R_C, X_C, R_Л, X_Л – активные и реактивные сопротивления системы и участка линии.

Токи КЗ в фазах сдвинуты в сторону отставания относительно одноимённых ЭДС на угол системы .

(3.2)

Междуфазные напряжения в точке К равны нулю. Фазные напряжения в точке К также равны нулю.

а также

Остаточные фазные напряжения на шинах подстанции 1 определяются выражениями:

(3.3)

или для фазы А

, т.е. равно геометрической сумме векторов напряжений на активном и реактивном сопротивлениях повреждённого участка линии от шин до точки К.

Модули фазных напряжений на шинах подстанции 1 имеют одинаковые значения. Каждый вектор напряжения на шинах подстанции опережает ток в своей фазе на угол .

(3.4)

Для воздушных ЛЭП 35 кВ угол лежит в пределах 45⁰ 50⁰;

110 кВ - 60⁰ 70⁰; 220 кВ (один провод в фазе) - 73⁰ 82⁰; 330 кВ (два провода в фазе – R_Л меньше) - 80⁰ 85⁰; 500 (три провода в фазе) - 86⁰ 88⁰. Большему сечению фазного провода соответствует большие значения и .

Когда воздушная ЛЭП питает потребители с активным и реактивным характером сопротивления, то в целом в нормальном режиме линия совместно с потребителями имеет сопротивление активно-индуктивного характера. Наличие в линии на промежуточных подстанциях мощных силовых трансформаторов, реакторов ещё более увеличивает индуктивность системы в целом и линии в частности. На рисунке 3.3 приведены треугольники сопротивлений для случая нормального режима (OMN) и для случая трёхфазного КЗ в конце воздушной линии (OM^/N^/)

При возникновении трёхфазного КЗ местом КЗ «отсекается» потребитель и сопротивление линии становится преимущественно индуктивным. А резкое снижение активной нагрузки увеличивает угол системы до 60⁰ 88⁰. Другими словами закороченной воздушной линии резко уменьшается

(3.5)

Кабельная линия (0,4 кВ; 6кВ; 10кВ) в нормальном режиме работы и при КЗ в конце кабеля ведёт себя иначе, чем воздушная ЛЭП. Известно, что в силу конструктивных особенностей кабельных ЛЭП, характер полного сопротивления жилы кабеля существенно активный, а весьма велик. Подключённые к кабелю активные потребители и асинхронные двигатели несколько снижают , отчего угол сдвига фаз между фазным током нормального режима и напряжением на одноимённой фазе несколько увеличивается. На рисунке 3.4 приведены треугольники сопротивлений кабельной ЛЭП для случая нормального режима и для случая КЗ в конце кабельной линии.

Рисунок 3.4 показывает, что угол сдвига фаз между током в фазе и остаточным напряжением на шинах подстанции достаточно велик ( ), он во многом зависит от характера сопротивления поключённого потребителя.

При возникновении КЗ в конце кабеля, когда коротким замыканием «отсекается» потребитель, возрастает, а угол сдвига фаз уменьшается ( ).

В этом заключается одна из многих особенностей кабельных ЛЭП в сравнении с воздушными ЛЭП.

На этих общих рассуждениях остановимся. Более подробно процессы в кабельных присоединениях собственных нужд АЭС 0,4 кВ; 6,3 кВ должны быть рассмотрены при изучении конкретных релейных защит на конкретных кабельных присоединениях.

В дальнейшем при рассмотрении иных видов КЗ будем ориентироваться на воздушные ЛЭП.

Выводы

1. Векторные диаграммы токов короткого замыкания К⁽³⁾ и остаточных напряжений на шинах подстанции являются симметричными и уравновешенными. В составе полных токов и напряжений нет составляющих ОП и НП.

2. Трёхфазное КЗ сопровождается резким увеличением токов во всех трёх фазах и резким снижением фазных и междуфазных напряжений. Поэтому трёхфазное КЗ является самым опасным повреждением для устойчивости работы энергосистемы и потребителей.

3. В начальном периоде (во время развития КЗ из-за неодинаковости дуговых сопротивлений) может кратковременно нарушаться симметрия токов и напряжений.

4. Величина остаточного напряжения на шинах подстанции во многом зависит от удалённости места КЗ от шин.

5. Угол сдвига фаз между током КЗ и напряжением одноимённой фазы зависит от конструктивных особенностей и технических характеристик ЛЭП.

3.2 Двухфазное короткое замыкание

При двухфазном КЗ токи и напряжения в различных фазах неодинаковы. Рассмотрим соотношения токов и напряжений при двухфазном КЗ. На рисунке 3.5 приведена схема замещения трёхфазной электрической сети, в которой произошло двухфазное КЗ (К⁽²⁾).

Рисунок 3.5 Схема замещения трёхфазной электрической сети при двухфазном КЗ.

Векторами и обозначены условно положительные направления токов КЗ от источника к месту КЗ.

Под действием междуфазной ЭДС в линии возникают токи КЗ и . Их значения определяются выражением

(3.6)

, где:

- 2(Z_C+Z_Л) – полное сопротивление прямой последовательности повреждённых фаз (петли короткого замыкания).

Ток фазы А мал, им можно пренебречь.

Токи в повреждённых фазах равны по модулю и противоположно направлены, - ток КЗ в фазе В совпадает с выбранным условно положительным направлением, а ток КЗ в фазе С противоположен условно положительному направлению. Поэтому в векторной форме следует записать

Вектор тока КЗ отстаёт от создавшей его ЭДС на угол

Известно, что при

двухфазном КЗ токи НП

отсутствуют, т.к.

Напряжение неповреждённой фазы А одинаково в любой точке сети и равно ЭДС

Определим напряжения в точке К на повреждённых фазах относительно земли.

Поскольку: 1) междуфазное напряжение в точке К при металлическом К⁽²⁾ равно нулю, то можно записать ; отсюда ;

2) при двухфазном КЗ фазные напряжения не содержат составляющих НП, то должно удовлетворяться условие

Учитывая, что , а , находим ; отсюда

Следовательно, в месте КЗ напряжение каждой неповреждённой фазы относительно земли равно половине напряжения неповреждённой фазы и противоположно ему по знаку (рисунок 3.6).

Для релейной защиты больший интерес представляют токи и остаточные напряжения на шинах подстанции. Построим векторные диаграммы токов и напряжений в точке 1, в месте установки РЗ (на шинах подстанции).

Векторы и векторы токов КЗ и остаются без изменений. Остаточные напряжения на шинах В и С и равны геометрическим суммам напряжений и , а также и , т.е.

(3.7)

Выводы

1.Чем дальше отстоит место КЗ от шин подстанции, тем больше полное сопротивление цепи короткого замыкания и тем больше остаточные фазные и междуфазные напряжения на шинах подстанции.

2. Напряжение неповреждённой фазы остаётся неизменным по всей длине линии и равным .

3. Вектор тока отстаёт по фазе от остаточного междуфазного напряжения , на угол линии , который равен

В общем случае

4.Векторы токов и , а также векторы фазных остаточных напряжений , , образуют несимметричные, но уравновешенные системы, что указывает на отсутствие составляющих НП. Наличие несимметрии говорит о том, что в составе полных токов и напряжений есть составляющие ПП и ОП.

Этот последний важный вывод подтвердим рядом примеров. Построим векторные диаграммы полных токов , , и напряжений , , в различных сечениях сети и разложим полные токи и напряжения на симметричные составляющие.

На рисунке 3.9 приведено разложение полных токов двухфазного КЗ на симметричные составляющие.

В составе полных токов двухфазного КЗ нет составляющих НП.

Рисунок 3.9 Разложение полных токов двухфазного КЗ на составляющие ПП и ОП

Разложение полных напряжений на симметричные составляющие произведём для различного удаления места КЗ от шин подстанции: рисунок 3.10,а) – КЗ вблизи подстанции; 3.10,б) – КЗ на некотором удалении от шин подстанции; 3.10,в) – КЗ на значительном удалении.

5. Величины напряжений ПП и ОП в месте установки защиты зависят от удалённости места КЗ от шин подстанции

6. Из векторных диаграмм на рисунках 3.9 и 3.10 следует, что токи обратной последовательности , , опережают «свои» напряжения , , на 110⁰ 120⁰

Дата добавления: 2019-11-25; просмотров: 1144; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!