ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТОВ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ ДЛЯ СИСТЕМ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ
В целях упрощения расчётов токов КЗ принимаются ряд допущений, которые подробно рассмотрены в курсе «Электроснабжение». По величинам токов КЗ определяются параметры срабатывания токовых защит и чувствительность защит напряжения.
Для выбора типов и уставок различных устройств релейной защиты и автоматики требуется определение значения (а иногда и фазы) тока, проходящего по обмотке реле, и напряжения в местах установки аппаратуры. Расчеты производят используя математический метод симметричных составляющих. Отдельные последовательности электрических величин имеют конкретный физический смысл и могут быть измерены; например, сопротивление для токов прямой (положительной) последовательности может быть определено при вращении питающего генератора по часовой стрелке, обратной (отрицательной) – против часовой стрелки, сопротивление нулевой последовательности – по схемам на рис.1.5.
|
Рис.1.5. Схемы, поясняющие прохождение токов нулевой последовательности.
а — по обмоткам силового трансформатора; б — по трехфазной линии электропередачи.
В аналитических расчетах для нахождения полного тока или его симметричных составляющих, проходящих по участкам сети, должны быть определены составляющие отдельных последовательностей полного тока в месте короткого замыкания и произведено распределение тока каждой из последовательностей по ветвям схемы замещения соответствующей последовательности.
Обычно расчеты производят для начального значения времени, определяя начальное значение периодической составляющей тока короткого замыкания. Сопротивления генераторов и синхронных компенсаторов учитываются сверхпереходным реактивным сопротивлением Х˝d.. В случаях, не оговоренных специально, ЭДС разных генераторов предполагаются совпадающими по значению и фазе. Значение ЭДС за сверхпереходным сопротивлением равно
,
где Uф.н — номинальное фазное напряжение генератора;
UФ.ср — среднее значение между наибольшим и наименьшим значениями фазного напряжения на шинах подстанции данного напряжения;
Iн — номинальный ток генератора;
φ — угол между вектором тока и напряжения;
k= 1,05..1,15 — коэффициент пропорциональности.
Затухание тока в процессе короткого замыкания обычно учитывают только при проверке чувствительности резервных защит от междуфазных коротких замыканий генераторов, блоков генератор — трансформатор и трансформаторов, подключенных к шинам генераторного напряжения. Ориентировочно можно принимать значение установившегося тока короткого замыкания при трехфазном коротком замыкании на зажимах генераторов, снабженных регуляторами возбуждения, 2,6—3 номинального, а при трехфазном коротком замыкании на зажимах вторичной стороны трансформатора блока генератор— трансформатор 2,3—2,7 номинального. Для защиты других элементов затухание тока короткого замыкания по времени не учитывают по следующим соображениям:
- все генераторы и синхронные компенсаторы снабжены устройствами автоматического регулирования возбуждения, действие которых снижает индуктивное сопротивление синхронной машины, увеличивающееся в процессе длительного короткого замыкания;
-короткие замыкания происходят в электрическом удалении от большинства генерирующих источников: доля тока от генераторов, сопротивление которых может существенно меняться, незначительны и не вносит существенной ошибки в расчет;
-основные защиты объектов в энергетических системах имеют собственное время порядка 0,1 сек; благодаря этому, с одной стороны, на работе защиты не сказывается затухание тока, а с другой стороны — действие защиты отстроено от влияния апериодической составляющей тока короткого замыкания; для тех же типов быстродействующих защит, на работу которых апериодическая составляющая начального тока оказывает влияние, оно учитывается коэффициентом kап (например, для дифференциальной защиты без быстронасыщающегося трансформатора Аап=1,5…2,0);
- медленно действующие защиты, в процессе работы которых ток, проходящий в обмотках реле, может заметно уменьшиться (например, ток в реле резервной защиты линий или неполной дифференциальной защиты шин при коротком замыкании на шинах генераторного напряжения) имеют коэффициент чувствительности, перекрывающий возможное уменьшение тока (резервная защита от сверхтоков), или выполняются с мгновенным замером значения начального тока (неполная дифференциальная защита шин); уменьшение начального тока в процессе короткого замыкания также компенсируется тем, что возврат реле происходит при значениях тока меньших, чем ток срабатывания (коэффициент возврата токовых реле kв = 0,80…0,85).
Выражения для расчетов токов и напряжений при различных наиболее часто встречающихся видах коротких замыканий, схемы замещения, векторные диаграммы приведены на рис. 1.6, а эпюры напряжений—на рис.1.7.
Рис. 1.6 Токи и напряжения при коротких замыканиях
Значение тока, проходящего по обмоткам токовых реле резервной защиты генераторов, блоков генератор — трансформатор и трансформаторов, присоединенных к шинам генераторного напряжения, можно определять, используя кривые затухания токов короткого замыкания, построенные для типового генератора и учитывающие условную нагрузку потребителей.
Рис.1.7 Напряжения при коротком замыкании
/ — трехфазном; 2, 3 — двухфазном; 4, 5, 6 — однофазном; 7, 8, 9 — двухфазном на землю.
На рис.1.8 показана зависимость кратности периодической составляющей установившегося тока трехфазного короткого замыкания по отношению к номинальному току от электрической удаленности места повреждения. Электрическая удаленность оценивается суммарным сопротивлением от места приложения ЭДС до места короткого замыкания, выраженным в относительных единицах и приведенным к базисной мощности генератора,
,
где - сверхпереходное сопротивление генератора;
- сопротивление цепи от генератора до места КЗ.
Рис. 1.8. Зависимость кратности периодической составляющей установившегося тока трехфазного короткого замыкания типового генератора от электрической удаленности места повреждения.
а —для паротурбогенераторов; б — для паротурбогенератороч с регуляторами возбуждения: в — для гидрогенераторов с регуляторами возбуждения (при наличии на генераторах успокоительной обмотки х*∑ должно быть увеличено на 0,07).
При пользовании кривыми по рис.1.8, если сопротивление х∑ вычислено в омах при базисном напряжении, равном номинальному междуфазному напряжению генератора Uн.мф, должен быть произведен перерасчет в относительные единицы, приведенные к номинальной мощности генератора,
Изменение значения периодической составляющей тока трехфазного короткого замыкания при данной удаленности в зависимости от времени с момента возникновения повреждения определяется по кривым затухания. Эти кривые приведены в учебной и справочной литературе. Из кривых, в частности, видно, что при удаленных коротких замыканиях (х*∑ >2) установившееся значение периодической составляющей тока короткого замыкания практически не отличается от начального значения I" и, следовательно, ток, проходящий по поврежденным фазам от генератора при двухфазном коротком замыкании, составляет 86,7% тока, проходящего от генератора при трехфазном коротком замыкании в той же точке. При повреждениях в электрически более близких пунктах установившееся значение тока двухфазного короткого замыкания генератора за счет разных намагничивающих сил реакции якоря при двух и трехфазных коротких замыканиях может быть больше, чем установившийся ток генератора при трехфазном коротком замыкании, и зависит от конструкции машины: например, отношение токов Iк(2)/I(3) при коротких замыканиях на зажимах обмотки статора паротурбогенераторов может доходить до 1,5, а у гидрогенераторов — до 1,1. При ориентировочной оценке чувствительности резервной защиты, реагирующей на токи обратной последовательности, для упрощения вычислений расчетные значения токов при двухфазных коротких замыканиях могут приниматься равными 86,7% значения тока при трехфазном коротком замыкании в той же точке независимо от ее электрической удаленности; при этом учитывается, что фактическая чувствительность защиты будет больше чем определённая расчётом.
Основным назначением релейной защиты являются выявление места возникновения короткого замыкания и быстрое автоматическое отключение поврежденного элемента сети. Это защита действия на отключение.
При возникновении нарушения нормальных режимов работы (перегрузка, замыкание на землю одной фазы в сети с изолированной нейтралью, понижение уровня масла в трансформаторе и др.), когда эти явления не представляют непосредственной опасности для электрооборудования, достаточно дать предупредительный сигнал оперативному персоналу - это защита действующая на сигнал.
Дата добавления: 2015-06-01; просмотров: 1788;