ГОСТ Р 52735-2007 Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением свыше 1 кВ.
ГОСТ Р 52735-2007
Группа Е09
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
КОРОТКИЕ ЗАМЫКАНИЯ В ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ
Методы расчета в электроустановках переменного тока
напряжением свыше 1 кВ
Short-circuits in electrical installations.
Calculation methods in alternating current electrical installations
with voltage above 1 kV
ОКС 29.020
Дата введения 2008-07-01
Предисловие
Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ "О техническом регулировании", а правила применения национальных стандартов Российской Федерации - ГОСТ Р 1.0-2004 "Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения"
Сведения о стандарте
1 РАЗРАБОТАН Филиалом ОАО "НТЦ электроэнергетики" - ВНИИЭ, Московским энергетическим институтом (Техническим университетом) (МЭИ (ТУ))
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 437 "Токи короткого замыкания"
3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 12 июля 2007 г. N 173-ст
4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется ежегодно в издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты", а текст изменений и поправок - в ежемесячно издаваемых информационных указателях "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет
1 Область применения
Настоящий стандарт распространяется на трехфазные электроустановки напряжением свыше 1 кВ промышленной частоты и устанавливает методы расчета токов симметричных и несимметричных коротких замыканий (КЗ) в начальный и произвольный моменты времени.
Стандарт не распространяется на электроустановки напряжением 750 кВ и выше.
Стандарт не регламентирует методы расчета токов:
- при сложных несимметриях в электроустановках (за исключением двойного замыкания), при повторных коротких замыканиях и при коротких замыканиях в электроустановках с нелинейными элементами;
- короткого замыкания с учетом динамики электрических машин при электромеханических переходных процессах;
- при коротких замыканиях внутри электрических машин, трансформаторов и автотрансформаторов;
- непромышленных частот, возникающих при коротких замыканиях в линиях электропередачи напряжением 220 кВ и выше.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ 533-2000 (МЭК 34-3-88) Машины электрические вращающиеся. Турбогенераторы. Общие технические условия
ГОСТ 609-84 Машины электрические вращающиеся. Компенсаторы синхронные. Общие технические условия
ГОСТ 5616-89 Генераторы и генераторы-двигатели электрические гидротурбинные. Общие технические условия
Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:
3.1 короткое замыкание в электроустановке: Всякое случайное или преднамеренное, не предусмотренное нормальным режимом работы, электрическое соединение различных точек (фаз) электроустановки между собой или с землей, при котором токи в ветвях электроустановки, примыкающих к месту его возникновения, резко возрастают, превышая наибольший допустимый ток продолжительного режима.
3.2
|
короткое замыкание на землю в электроустановке: Короткое замыкание в электроустановке, обусловленное соединением с землей какого-либо ее токоведущего элемента.
[ГОСТ 26522-85, статья 2] |
3.3
|
однофазное короткое замыкание на землю: Короткое замыкание на землю в трехфазной электроэнергетической системе с глухо или эффективно заземленными нейтралями силовых элементов, при котором с землей соединяется только одна фаза.
[ГОСТ 26522-85, статья 4] |
3.4
|
двухфазное короткое замыкание: Короткое замыкание между двумя фазами в трехфазной электроэнергетической системе.
[ГОСТ 26522-85, статья 5] |
3.5
|
двухфазное короткое замыкание на землю: Короткое замыкание на землю в трехфазной электроэнергетической системе с глухо или эффективно заземленными нейтралями силовых элементов, при котором с землей соединяются две фазы.
[ГОСТ 26522-85, статья 6] |
3.6 двойное короткое замыкание на землю в электроустановке: Короткое замыкание на землю двух разных фаз в трехфазной электроэнергетической системе в разных, но электрически связанных между собой точках.
3.7
|
трехфазное короткое замыкание: Короткое замыкание между тремя фазами в трехфазной электроэнергетической системе.
[ГОСТ 26522-85, статья 9] |
3.8
|
повторное короткое замыкание: Короткое замыкание в электроустановке при автоматическом повторном включении коммутационного электрического аппарата поврежденной цепи.
[ГОСТ 26522-85, статья 15] |
3.9
|
симметричное короткое замыкание: Короткое замыкание в электроустановке, при котором все ее фазы находятся в одинаковых условиях.
[ГОСТ 26522-85, статья 19] |
3.10
|
несимметричное короткое замыкание: Короткое замыкание в электроустановке, при котором одна из ее фаз находится в условиях, отличных от условий других фаз.
[ГОСТ 26522-85, статья 20] |
3.11
|
удаленное короткое замыкание: Короткое замыкание в электроустановке, при котором амплитуды периодической составляющей тока данного источника энергии в начальный и произвольный моменты времени практически одинаковы.
[ГОСТ 26522-85, статья 21] |
3.12
|
близкое короткое замыкание: Короткое замыкание в электроустановке, при котором амплитуды периодической составляющей тока данного источника энергии в начальный и произвольный моменты времени существенно отличаются.
[ГОСТ 26522-85, статья 22] |
3.13
|
ток короткого замыкания в электроустановке: Ток, возникающий при коротком замыкании в электроустановке.
[ГОСТ 26522-85, статья 33] |
3.14
|
апериодическая составляющая тока короткого замыкания в электроустановке: Свободная составляющая тока короткого замыкания в электроустановке, изменяющаяся во времени без перемены знака.
[ГОСТ 26522-85, статья 37] |
3.15
|
периодическая составляющая тока короткого замыкания рабочей частоты в электроустановке: Составляющая тока короткого замыкания в электроустановке, изменяющаяся по периодическому закону с рабочей частотой.
[ГОСТ 26522-85, статья 38] |
3.16
ударный ток короткого замыкания: Наибольшее мгновенное значение тока короткого замыкания в одной из фаз трехфазной электрической цепи, которое имеет место, когда короткое замыкание происходит в момент прохождения напряжения этой фазы через нулевое значение, а до возникновения короткого замыкания ток в цепи носит емкостной характер или отсутствует.
3.17
|
ударный коэффициент тока короткого замыкания (ударный коэффициент): Отношение ударного тока короткого замыкания к амплитуде периодической составляющей тока короткого замыкания рабочей частоты в начальный момент времени.
[ГОСТ 26522-85, статья 47] |
3.18
|
ток короткого замыкания прямой последовательности: Один из токов симметричной трехфазной системы токов короткого замыкания прямого следования фаз.
Примечание - Аналогично определяют напряжение прямой последовательности при коротком замыкании.
[ГОСТ 26522-85, статья 55] |
3.19
|
ток короткого замыкания обратной последовательности: Один из токов симметричной трехфазной системы токов короткого замыкания обратного следования фаз.
Примечание - Аналогично определяют напряжение обратной последовательности при коротком замыкании.
[ГОСТ 26522-85, статья 56] |
3.20
|
ток короткого замыкания нулевой последовательности: Один из токов симметричной неуравновешенной трехфазной системы токов короткого замыкания нулевого следования фаз.
Примечание - Аналогично определяют напряжение нулевой последовательности при коротком замыкании.
[ГОСТ 26522-85, статья 57] |
3.21
|
мощность короткого замыкания: Условная величина, равная увеличенному в  раз произведению тока трехфазного короткого замыкания на номинальное напряжение соответствующей электрической сети. [ГОСТ 26522-85, статья 68] |
3.22
|
постоянная времени апериодической составляющей тока короткого замыкания в электроустановке: Электромагнитная постоянная времени, характеризующая скорость затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания.
[ГОСТ 26522-85, статья 80]
|
4 Общие положения
4.1 Исходные положения
4.1.1 Настоящий стандарт устанавливает методы расчета токов короткого замыкания, необходимые для: выбора и проверки электрооборудования по условиям короткого замыкания, выбора уставок и оценки возможного действия релейной защиты и автоматики, определения влияния токов нулевой последовательности линий электропередачи на линии связи, выбора заземляющих устройств.
4.1.2 Стандарт рассматривает методы расчета токов при КЗ, виды которых показаны на рисунке 1.
Рисунок 1 - Виды коротких замыканий
4.1.3 Величины, подлежащие определению, допустимая погрешность расчета токов КЗ и применяемый при этом метод расчета зависят от целей, указанных в 4.1.1.
Для выбора и проверки электрооборудования допускаются упрощенные методы расчета токов КЗ, если их погрешность не превышает 5%-10%. При этом определяют:
- начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ и значение этой составляющей в произвольный момент времени, вплоть до расчетного времени размыкания поврежденной цепи;
- начальное значение апериодической составляющей тока КЗ и значение этой составляющей в произвольный момент времени, вплоть до расчетного времени размыкания поврежденной цепи;
- ударный ток КЗ.
Для выбора параметров настройки релейной защиты и автоматики определяют максимальное и минимальное расчетные значения периодической и апериодической составляющих тока КЗ в начальный и произвольный моменты времени как в месте КЗ, так и в отдельных ветвях расчетной схемы.
4.1.4 Расчеты токов в отдельных ветвях расчетной схемы в произвольный момент времени требуют учета электромеханических переходных процессов и их следует проводить с применением средств вычислительной техники.
4.1.5 При расчетах токов КЗ следует в общем случае учитывать все элементы электроэнергетической системы. Допускается эквивалентировать удаленную от места КЗ часть электроэнергетической системы.
4.1.6 При расчете минимального значения тока КЗ для произвольного момента времени рекомендуется учитывать сопротивление электрической дуги в месте КЗ, а также увеличение активного сопротивления проводников вследствие их нагрева током КЗ (эффект теплового спада тока КЗ).
4.1.7 Расчет действующего значения периодической составляющей тока КЗ допускается проводить, не учитывая активные сопротивления элементов электроэнергетической системы, если результирующее эквивалентное активное сопротивление относительно точки КЗ не превышает 30% результирующего эквивалентного индуктивного сопротивления (при этом погрешность расчетов не превышает 5%). Указанное условие может не выполняться, когда расчетная схема содержит кабельные линии 6-10 кВ и воздушные линии электропередачи 35-150 кВ с проводами небольшого сечения.
4.1.8 При расчетах токов КЗ допускается:
- не учитывать сдвиг по фазе электродвижущих сил (ЭДС) и изменение частоты вращения роторов синхронных генераторов и компенсаторов в процессе КЗ (за исключением случая, изложенного в 4.1.4) при продолжительности КЗ, не превышающей 0,5 с, а электродвигателей - при продолжительности КЗ, не превышающей 0,2 с;
- принимать полную симметрию по фазам всех элементов электроэнергетической системы (за исключением несимметрии в месте КЗ);
- не учитывать ток намагничивания трансформаторов и автотрансформаторов;
- не вводить в расчетную схему источники энергии, которые связаны с частью электроэнергетической системы, где находится расчетная точка КЗ, с помощью электропередачи или вставки постоянного тока;
- приближенно учитывать затухание апериодической составляющей тока КЗ, если исходная расчетная схема имеет несколько независимых контуров (6.5);
- не учитывать насыщение магнитных систем электрических машин;
- принимать сопротивление постоянному току различных элементов расчетной схемы равным их активному сопротивлению;
- учитывать приближенно, с помощью эквивалентных параметров, электроприемники, сосредоточенные в отдельных узлах электроэнергетической системы (раздел 12);
- не учитывать поперечную емкость воздушных линий электропередачи напряжением 110-220 кВ при их длине не более 200 км и напряжением 330-500 кВ при их длине не более 150 км;
- пренебрегать высшими гармоническими составляющими токов при расчетах несимметричных КЗ.
4.1.9 Для расчета несимметричных КЗ рекомендуется предпочтительно использовать метод симметричных составляющих, принимая полную симметрию по фазам всех элементов электроэнергетической системы (4.1.8).
4.1.10 Токи КЗ в зависимости от сложности исходной расчетной схемы и цели расчета следует определять путем аналитических расчетов или с использованием электронных вычислительных машин (ЭВМ).
4.2 Состав необходимых для расчетов токов короткого замыкания параметров элементов расчетной схемы
4.2.1 Состав параметров конкретных элементов расчетной схемы и данных о значениях режимных параметров до КЗ, который в общем случае необходим для расчетов токов КЗ, указан ниже.
4.2.1.1 Синхронные генераторы (ГОСТ 533, ГОСТ 5616), синхронные компенсаторы (ГОСТ 609) и синхронные электродвигатели:
________________
4.2.1.2 Асинхронные электродвигатели:
4.2.1.3 Силовые трансформаторы и автотрансформаторы:
- номинальные напряжения обмоток, кВ, и фактические коэффициенты трансформации;
- напряжения короткого замыкания между обмотками для среднего (основного) и крайних положений устройства для регулирования напряжения;
- диапазон регулирования напряжения на сторонах обмоток высшего и среднего напряжений трансформатора (автотрансформатора);
- потери короткого замыкания в обмотках, кВт.
4.2.1.4 Токоограничивающие реакторы:
4.2.1.5 Воздушные и кабельные линии электропередачи:
Примечание - Справочные данные о параметрах воздушных и кабельных линий электропередачи допустимо использовать лишь при приближенных расчетах токов КЗ. При выполнении расчетов с целью выбора уставок и проверки возможного действия релейной защиты и автоматики погонные параметры следует рассчитывать:
- для воздушных линий - исходя из геометрии расположения проводов на опорах и марки проводов грозозащитных тросов;
- для кабельных линий - исходя из типа (марки) кабеля и способа его прокладки.
4.2.1.6 Шунтирующие реакторы:
При этом ЭДС системы следует принимать равной среднему номинальному напряжению сети соответствующей ступени напряжения.
4.3 Определение параметров элементов эквивалентных схем замещения
4.3.1 Параметры элементов эквивалентных схем замещения могут быть определены:
- в именованных единицах с приведением значений параметров расчетных схем к выбранной основной (базисной) ступени напряжения сети и с учетом фактических коэффициентов трансформации силовых трансформаторов и автотрансформаторов (приложение А);
- в относительных единицах с приведением значений параметров расчетных схем к выбранным базисным условиям и с учетом фактических коэффициентов трансформации всех силовых трансформаторов и автотрансформаторов (приложение Б);
- в именованных единицах без приведения значений параметров расчетных схем к одной ступени напряжения сети и с учетом фактических коэффициентов трансформации силовых трансформаторов и автотрансформаторов.
4.3.2 При отсутствии данных о фактических коэффициентах трансформации силовых трансформаторов и автотрансформаторов допускается использовать приближенный способ их учета. Он состоит в замене фактических коэффициентов трансформации трансформаторов и автотрансформаторов отношением средних номинальных напряжений сетей соответствующих ступеней напряжения. При этом рекомендуется использовать следующую шкалу средних номинальных напряжений сетей: 3,15; 6,3; 10,5; 13,8; 15,75; 18; 20; 24; 27; 37; 115; 154; 230; 340; 515 кВ.
Формулы для определения параметров элементов эквивалентных схем замещения в именованных и относительных единицах с приведением их значений к основной ступени напряжения, используя приближенный способ учета коэффициентов трансформации силовых трансформаторов и автотрансформаторов, приведены в приложении В.
4.4 Выбор метода расчета токов короткого замыкания
4.4.1 Расчет токов КЗ в малоконтурных расчетных схемах рекомендуется проводить аналитическим способом с использованием общепринятых методов преобразований схем.
4.4.2 Расчет токов КЗ в многоконтурных расчетных схемах рекомендуется проводить методом узловых напряжений или методом контурных токов с использованием ЭВМ.
При использовании метода узловых напряжений необходимо решить матричное уравнение
При использовании метода контурных токов необходимо решить матричное уравнение
5 Расчет начального действующего значения периодической
составляющей тока трехфазного короткого замыкания
5.1 При расчете максимального начального действующего значения периодической составляющей тока трехфазного КЗ должны быть учтены все синхронные генераторы и компенсаторы, а также синхронные и асинхронные электродвигатели мощностью 100 кВт и более, если эти электродвигатели не отделены от точки КЗ токоограничивающими реакторами или силовыми трансформаторами. В автономных системах при расчетах токов КЗ следует учитывать и электродвигатели мощностью менее 100 кВт, если их доля в суммарном токе КЗ составляет не менее 5%.
5.2 Синхронные и асинхронные машины в схему замещения должны быть введены сверхпереходными сопротивлениями и сверхпереходными ЭДС. Последние следует принимать численно равными значениям этих ЭДС в момент, предшествующий КЗ.
Для синхронных генераторов и электродвигателей, работавших до КЗ с недовозбуждением, сверхпереходную ЭДС следует определять по формуле
Для синхронных компенсаторов, работавших до КЗ с перевозбуждением, следует определять по формуле
а работавших с недовозбуждением, по формуле
Для асинхронных электродвигателей сверхпереходную ЭДС следует определять по формуле
5.3 При расчете токов КЗ в относительных единицах с приведением значений параметров расчетной схемы к выбранным базисным условиям для определения сверхпереходной ЭДС электрических машин следует использовать формулы, приведенные в приложении Г.
5.5 Методика учета комплексной нагрузки при расчете начального значения периодической составляющей тока КЗ изложена в разделе 12.
5.6 При приближенных расчетах начальное действующее значение периодической составляющей тока в месте КЗ допускается определять по методу эквивалентного генератора, приняв ЭДС всех источников электроэнергии равными нулю и используя формулу
или
6 Расчет апериодической составляющей тока трехфазного короткого замыкания
6.1 Начальное значение апериодической составляющей тока трехфазного короткого замыкания следует определять как модуль от разности мгновенных значений полного тока в момент, предшествующий КЗ, и периодической составляющей тока в начальный момент КЗ.
6.2 Наибольшее начальное значение апериодической составляющей тока КЗ в общем случае следует считать равным амплитуде периодической составляющей тока в начальный момент КЗ
Это выражение справедливо при условиях:
- сеть имеет высокую добротность, вследствие чего активным сопротивлением можно пренебречь (4.1.7);
- цепь, в которой находится расчетная точка КЗ, до момента короткого замыкания не была нагружена.
В случае невыполнения указанных условий наибольшее начальное значение апериодической составляющей тока КЗ следует определять в соответствии с 6.1.
6.4 В сложных разветвленных схемах, содержащих только индуктивные и активные сопротивления, апериодическая составляющая тока КЗ представляет собой сумму экспонент, число которых равно числу независимых контуров, поэтому достаточно точно значение этой составляющей в произвольный момент времени можно получить лишь путем решения системы дифференциальных уравнений контурных токов или узловых напряжений, составленных с учетом как индуктивных, так и активных сопротивлений всех элементов схем (синхронные и асинхронные машины должны быть учтены сопротивлениями обратной последовательности и активным сопротивлением обмотки статора). Для определения наибольшего значения апериодической составляющей тока КЗ начальные условия для ветви электрической цепи, в которой находится расчетная точка КЗ, следует принимать нулевыми.
6.6 В тех случаях, когда расчетная схема относительно точки КЗ делится на радиальные независимые друг от друга ветви, при приближенных расчетах суммарную апериодическую составляющую тока в месте КЗ в произвольный момент времени в килоамперах следует определять как сумму апериодических составляющих токов отдельных ветвей
7 Расчет ударного тока трехфазного короткого замыкания
7.1 При расчете ударного тока короткого замыкания допускается принимать, что от начального момента КЗ до момента, когда ток оказывается ударным, амплитуда периодической составляющей тока КЗ остается неизменной, равной амплитуде этой составляющей в начальный момент КЗ. Исключение составляют случаи, когда расчетная точка КЗ находится вблизи асинхронных электродвигателей.
7.3 В тех случаях, когда исходная расчетная схема является многоконтурной, высокая точность определения ударного тока КЗ может быть получена только путем решения соответствующей системы дифференциальных уравнений, составленных для мгновенных значений токов в узлах и падений напряжения в контурах схемы замещения, учитывающей как индуктивные, так и активные сопротивления всех элементов исходной расчетной схемы.
или
и определить ударный ток КЗ
7.5 В тех случаях, когда расчетная точка КЗ делит исходную расчетную схему на радиальные независимые друг от друга ветви, при приближенных расчетах ударный ток КЗ допустимо определять как сумму ударных токов от отдельных ветвей, т.е.
7.6 При определении ударного тока КЗ и момента его возникновения на линиях с установками продольной компенсации необходимо учитывать не только периодическую составляющую тока КЗ, имеющую синхронную частоту, и апериодическую составляющую, но и свободную периодическую составляющую тока, имеющую подсинхронную частоту.
8 Расчет периодической составляющей тока трехфазного короткого замыкания
от синхронных генераторов в произвольный момент времени
8.1 В сложных схемах периодическую составляющую тока КЗ от синхронных генераторов (компенсаторов) в произвольный момент времени следует рассчитывать путем решения соответствующей системы дифференциальных уравнений переходных процессов с использованием ЭВМ.
8.2 В простых радиальных схемах действующее значение периодической составляющей тока КЗ от синхронной машины с тиристорной независимой системой возбуждения в произвольный момент времени допустимо определять аналитическим способом, используя формулы:
и
и
где
Рисунок 2 - Типовые кривые изменения относительного значения периодической составляющей тока КЗ
от турбогенераторов с тиристорной независимой системой возбуждения
Рисунок 3 - Типовые кривые изменения относительного значения периодической составляющей тока КЗ
от турбогенераторов с тиристорной системой самовозбуждения
Рисунок 4 - Типовые кривые изменения относительного значения периодической составляющей тока КЗ
от турбогенераторов с диодной независимой (высокочастотной) системой возбуждения
Рисунок 5 - Типовые кривые изменения относительного значения периодической составляющей тока КЗ
от турбогенераторов с диодной бесщеточной системой возбуждения
Удаленность точки КЗ от синхронной машины характеризуется отношением действующего значения периодической составляющей тока этой машины в начальный момент КЗ к номинальному току машины
8.3.1 Кривые рисунка 2 следует использовать для расчета действующего значения периодической составляющей тока КЗ от турбогенераторов, имеющих тиристорную независимую систему возбуждения, а также от синхронных компенсаторов; кривые рисунка 3 - от турбогенераторов, имеющих тиристорную систему самовозбуждения; кривые рисунка 4 - от турбогенераторов с диодной независимой (высокочастотной) системой возбуждения; кривые рисунка 5 - от турбогенераторов с диодной бесщеточной системой возбуждения.
8.3.2 Если отношение действующего значения периодической составляющей тока синхронной машины в начальный момент КЗ к ее номинальному току менее двух, то короткое замыкание следует считать удаленным и периодическую составляющую тока КЗ принимать неизменной по амплитуде.
8.3.3 Расчет действующего значения периодической составляющей тока КЗ от синхронного генератора (компенсатора) или нескольких однотипных синхронных генераторов (компенсаторов), находящихся в одинаковых условиях по отношению к точке КЗ, следует вести в следующем порядке:
9 Расчет периодической составляющей тока трехфазного короткого замыкания
от асинхронных электродвигателей в произвольный момент времени
9.1 Периодическую составляющую тока КЗ от асинхронных электродвигателей в произвольный момент времени следует рассчитывать путем решения соответствующей системы дифференциальных уравнений переходных процессов с использованием ЭВМ.
Рисунок 6 - Типовые кривые изменения относительного значения периодической составляющей тока КЗ
от асинхронных электродвигателей
Удаленность точки КЗ от асинхронного электродвигателя характеризуется отношением действующего значения периодической составляющей тока этого электродвигателя в начальный момент КЗ к его номинальному току, т.е.
10 Расчет периодической составляющей тока трехфазного короткого замыкания
от синхронных электродвигателей в произвольный момент времени
10.1 Действующее значение периодической составляющей тока КЗ от синхронных электродвигателей в произвольный момент времени следует рассчитывать в соответствии с 8.1. В простых радиальных сетях его можно определить в соответствии с 8.2.
Рисунок 7 - Типовые кривые изменения относительного значения периодической составляющей тока КЗ
от синхронных электродвигателей
11 Расчет токов несимметричных коротких замыканий
11.1 Расчет токов несимметричных коротких замыканий рекомендуется вести с использованием метода симметричных составляющих. При этом предварительно необходимо составить схемы замещения прямой, обратной и нулевой последовательностей.
11.1.1 Схема замещения прямой последовательности должна учитывать с помощью соответствующих параметров все элементы исходной расчетной схемы электроустановки. Синхронные генераторы, синхронные компенсаторы и подлежащие учету синхронные и асинхронные электродвигатели при расчете начального действующего значения тока несимметричного КЗ следует вводить в схему замещения прямой последовательности сверхпереходными ЭДС и сверхпереходными сопротивлениями.
Трехобмоточные трансформаторы, автотрансформаторы, трансформаторы с расщепленной обмоткой низшего напряжения, а также сдвоенные реакторы должны быть представлены своими схемами замещения. Эти схемы, а также расчетные выражения для определения их параметров приведены в приложении Ж. В приложении И приведены схемы замещения по продольной оси шестифазного неявнополюсного синхронного генератора, трехфазные обмотки которого сдвинуты друг относительно друга на 30 эл. град.
11.1.2 Схема замещения обратной последовательности также должна учитывать все элементы исходной расчетной схемы. При этом ЭДС обратной последовательности синхронных и асинхронных машин, а также комплексных нагрузок следует принимать равными нулю. Сопротивление обратной последовательности асинхронных машин допустимо принимать равным сверхпереходному сопротивлению, а комплексных нагрузок - в соответствии с 12.4.
Сопротивления обратной последовательности трансформаторов, реакторов, воздушных и кабельных линий следует принимать равными сопротивлениям прямой последовательности.
11.1.3 При составлении схемы замещения нулевой последовательности предварительно следует выявить возможные пути циркуляции токов нулевой последовательности на каждой ступени напряжения сети, начиная от точки КЗ. При этом необходимо руководствоваться следующим:
- когда обмотка какого-либо трансформатора, обращенная в сторону точки КЗ, соединена в треугольник или в звезду с незаземленной нейтралью, то как сам трансформатор, так и следующие за ним (по направлению от точки КЗ) элементы не должны вводиться в схему замещения нулевой последовательности;
- когда обмотка трансформатора, обращенная в сторону точки КЗ, соединена в звезду с заземленной нейтралью, а другая обмотка (другие обмотки) соединена (соединены) в треугольник, причем точка КЗ и обмотка трансформатора, имеющая заземленную нейтраль, находятся на одной ступени напряжения сети, то в схему замещения нулевой последовательности должны быть введены только элементы, включенные между точкой КЗ и трансформатором, и сам трансформатор;
- когда нейтраль какого-либо трансформатора, входящего в схему замещения нулевой последовательности, заземлена через реактор, то этот реактор должен быть также введен в схему замещения нулевой последовательности, причем его сопротивление должно быть утроено;
- сопротивление нулевой последовательности воздушной линии электропередачи не равно сопротивлению прямой последовательности, причем его значение зависит от наличия или отсутствия заземленных грозозащитных тросов и параллельно включенной другой цепи. В случаях отсутствия соответствующих данных о сопротивлениях нулевой последовательности воздушных линий при приближенных расчетах несимметричных КЗ допустимо принимать следующие отношения индуктивных сопротивлений нулевой и прямой последовательностей:
- в тех случаях, когда несколько воздушных линий электропередачи одного или разных напряжений проложены по одной трассе, в схеме замещения нулевой последовательности необходимо учитывать взаимоиндукцию между этими линиями, используя с этой целью схемы замещения и выражения для определения их параметров, приведенные в приложении К.
11.2 При известных ЭДС всех учитываемых источников энергии ток прямой последовательности особой фазы в месте любого несимметричного короткого замыкания следует определять по формуле
|
|
|
Вид КЗ
| Значение | Значение коэффициента |
Двухфазное |  | |
Однофазное |  | 3 |
Двухфазное КЗ на землю |  |  |
11.3 Модуль полного (суммарного) тока поврежденной фазы в месте несимметричного КЗ связан с модулем соответствующего тока прямой последовательности соотношением
11.7 Чтобы определить действующее значение тока в какой-либо ветви расчетной схемы при несимметричном КЗ, следует предварительно найти симметричные составляющие тока особой фазы в месте КЗ, имея в виду, что токи обратной и нулевой последовательностей этой фазы в месте несимметричного КЗ связаны с током прямой последовательности соотношениями:
при двухфазном КЗ
при однофазном КЗ
при двухфазном КЗ на землю
и
Затем, используя схемы замещения прямой, обратной и нулевой последовательностей, определить токи разных последовательностей в заданной ветви и сложить их геометрически, учитывая при этом группы соединения обмоток трансформаторов, включенных между ступенями напряжения сетей, на которых находятся расчетная точка КЗ и заданная ветвь электрической цепи.
11.8 Чтобы определить напряжение в произвольном узле расчетной схемы при несимметричном КЗ, необходимо предварительно найти напряжения прямой, обратной и нулевой последовательностей особой фазы в месте КЗ
и падения напряжения прямой, обратной и нулевой последовательностей в элементах, расположенных между точкой КЗ и рассматриваемым узлом. Затем следует геометрически сложить симметричные составляющие напряжений в месте КЗ и падения напряжения соответствующих последовательностей, учитывая при этом группы соединения обмоток трансформаторов, включенных между ступенями напряжения сетей, на которых находятся расчетная точка КЗ и рассматриваемый узел электрической цепи.
Рисунок 8 - Схемы замещения прямой, обратной и нулевой последовательностей
при двойном коротком замыкании на землю
Токи поврежденных фаз в местах замыканий
Рисунок 9 - Схемы замещения прямой, обратной и нулевой последовательностей
при двойном коротком замыкании на землю и одном источнике энергии
В случаях, когда при указанной исходной расчетной схеме можно пренебречь активными сопротивлениями входящих в нее элементов (4.1.7), модуль тока прямой последовательности в месте замыкания определяют по формуле
и модуль периодической составляющей тока в месте замыкания
12 Учет комплексной нагрузки при расчетах токов короткого замыкания
12.1 При расчетах токов КЗ следует учитывать влияние каждой комплексной нагрузки, если ток в месте КЗ от этой нагрузки составляет не менее 5% тока в месте КЗ, определенного без учета нагрузки.
12.2 В общем случае ток КЗ от комплексной нагрузки следует определять как геометрическую сумму токов от отдельных ее элементов.
12.3 В приближенных расчетах начального действующего тока трехфазного КЗ допускается эквивалентирование комплексной нагрузки с представлением ее в виде эквивалентной сверхпереходной ЭДС и эквивалентного сопротивления (таблица 2).
Таблица 2 - Параметры комплексных нагрузок
|
|
|
|
Потребители комплексной нагрузки | Эквивалентная сверхпереходная ЭДС | Сопротивление, отн. ед.
| |
|
| прямой последовательности  | обратной последовательности  |
Синхронные электродвигатели высоковольтные | 1,074
| 0,04+  0,15 | 0,04+ 0,15 |
Асинхронные электродвигатели высоковольтные | 0,93
| 0,01+ 0,17 | 0,01+ 0,17 |
Асинхронные электродвигатели низковольтные | 0,9
| 0,07+ 0,18 | 0,07+ 0,18 |
Газоразрядные источники света | 0 | 0,85+ 0,53 | 0,382+ 0,24 |
Преобразователи | 0 | 0,9+ 0,45 | 1,66+ 0,81 |
Электротермические установки | 0 | 1,0+ 0,49 | 0,4+ 0,2 |
12.4 При расчете несимметричных КЗ следует учитывать соответствующие параметры прямой, обратной и нулевой последовательностей комплексных нагрузок. Рекомендуемые значения сопротивлений прямой и обратной последовательностей элементов комплексных нагрузок приведены в таблице 2.
12.5 При наличии в электрических сетях статических управляемых или неуправляемых компенсаторов в зависимости от схемы исполнения их следует вводить в расчетную схему замещения соответствующими емкостными или индуктивными сопротивлениями.
Приложение А
(справочное)
Определение параметров элементов эквивалентных схем замещения
в именованных единицах с приведением значений параметров расчетных схем
к выбранной основной ступени напряжения сети и с учетом фактических коэффициентов трансформации силовых трансформаторов и автотрансформаторов
При определении параметров элементов эквивалентной схемы замещения в именованных единицах с приведением значений параметров расчетной схемы к выбранной основной ступени напряжения сети и с учетом фактических коэффициентов трансформации силовых трансформаторов и автотрансформаторов необходимо ЭДС источников электроэнергии и сопротивления всех элементов привести к основной ступени напряжения, используя соотношения:
Примечание - Коэффициент трансформации каждого трансформатора (автотрансформатора) должен быть определен в направлении от основной ступени напряжения сети, т.е. как отношение напряжения холостого хода обмотки, обращенной в сторону основной ступени напряжения сети, к напряжению холостого хода другой обмотки.
Приложение Б
(справочное)
Определение параметров элементов эквивалентных схем замещения
в относительных единицах с приведением значений параметров расчетных схем
к выбранным базисным условиям и с учетом фактических коэффициентов трансформации силовых трансформаторов и автотрансформаторов
При определении параметров элементов эквивалентной схемы замещения в относительных единицах с приведением параметров расчетной схемы к выбранным базисным условиям и с учетом фактических коэффициентов трансформации трансформаторов и автотрансформаторов необходимо:
- найти базисные напряжения в киловольтах других ступеней напряжения сети, используя для этой цели формулу
- определить относительные значения ЭДС источников электроэнергии и сопротивлений всех элементов при выбранных базисных условиях, используя формулы:
Формулу (Б.4) следует использовать в тех случаях, когда сопротивление какого-либо элемента задано в именованных единицах (воздушные и кабельные линии, реакторы), формулу (Б.5) - когда сопротивление задано в относительных единицах при номинальном напряжении и номинальном токе (некоторые реакторы, находящиеся в эксплуатации), формулу (Б.6) - когда сопротивление задано в относительных единицах при номинальной мощности и номинальном напряжении.
Приложение В
(справочное)
Определение параметров элементов эквивалентных схем замещения
при приближенном учете коэффициентов трансформации
силовых трансформаторов и автотрансформаторов
При определении параметров элементов эквивалентной схемы замещения в именованных единицах с приведением значений параметров расчетной схемы к выбранной основной ступени напряжения сети и приближенном учете коэффициентов трансформации силовых трансформаторов и автотрансформаторов следует применять формулы:
Если ЭДС источников электроэнергии или сопротивления каких-либо элементов заданы в относительных единицах при номинальных условиях, то их приведенные значения в киловольтах и омах следует находить по формулам:
При определении параметров элементов схемы замещения в относительных единицах с приведением значений параметров схемы к выбранным базисным условиям, используя при этом приближенный способ учета коэффициентов трансформации силовых трансформаторов и автотрансформаторов, базисное напряжение любой ступени напряжения сети следует принимать равным среднему номинальному напряжению этой ступени. В этом случае относительные значения ЭДС и сопротивлений при выбранных базисных условиях следует определять по формулам:
Приложение Г
(справочное)
Определение сверхпереходной ЭДС электрических машин
в относительных единицах
Для синхронных генераторов и электродвигателей, которые до КЗ работали с перевозбуждением, сверхпереходную ЭДС следует определять по формуле
При их работе с недовозбуждением
Для синхронных компенсаторов, работавших до КЗ с перевозбуждением,
а работавших с недовозбуждением -
Для асинхронных электродвигателей
Приложение Д
(справочное)
Зависимость отношения апериодической составляющей тока КЗ
в произвольный момент времени к ее начальному значению
Рисунок Д.1 - Кривые зависимости отношения апериодической составляющей тока КЗ
Приложение Е
(справочное)
для характерных ветвей, примыкающих к точке КЗ
Таблица Е.1
|
|
|
|
Наименование ветви или место КЗ | | | , с |
Ветвь генератор-трансформатор | 30-50 | 1,9-1,95 | 0,1-0,2 |
Ветвь асинхронного двигателя | 6,3 | 1,6 | 0,02 |
КЗ за линейным реактором на электростанции | 30
| 1,9
| 0,1
|
КЗ за линейным реактором на подстанции | 18-20 | 1,85 | 0,06 |
КЗ за кабельной линией 6-10 кВ | 3 | 1,4 | 0,01 |
КЗ за трансформатором мощностью 1000 кВ·А | 6,3
| 1,6
| 0,02
|
КЗ на присоединении распределительного устройства повышенного напряжения подстанции | 15
| 1,8
| 0,05
|
КЗ на присоединении вторичного напряжения подстанции | 20
| 1,85
| 0,06
|
КЗ на шинах собственных нужд электростанций за трансформаторами 16-80 MB·А | 20-30
| 1,85-1,9
| 0,06-0,1
|
Приложение Ж
(справочное)
Схемы замещения трансформаторов, автотрансформаторов
и сдвоенных реакторов
Таблица Ж.1
|
|
|
|
Наименование
| Исходная схема | Схема замещения | Расчетные выражения
|
Трехобмоточный трансформатор
|  |  |  ;  ;  |
Автотрансформатор
|  |  | ; ; |
Двухобмоточный трансформатор с обмоткой низшего напряжения, расщепленной на две ветви |  |  |  ;  |
Двухобмоточный трансформатор с обмоткой низшего напряжения, расщепленной на ветвей |  |  |  ;  |
Автотрансформатор с обмоткой низшего напряжения, расщепленной на две ветви
|  |  | ; ; ;  |
Автотрансформатор с обмоткой низшего напряжения, расщепленной на ветвей |  |  | ; ; ;  |
Сдвоенный реактор
|  |  |  ;  |
Приложение И
(справочное)
Схемы замещения по продольной оси шестифазного неявнополюсного
синхронного генератора, трехфазные обмотки которого сдвинуты
друг относительно друга на 30 эл. град.
Рисунок И.1 - Схема замещения для первой трехфазной системы
Рисунок И.2 - Схема замещения для второй трехфазной системы
В схемах замещения приняты следующие обозначения:
Приложение К
(справочное)
Расчет параметров линий электропередачи
Таблица К.1 - Схемы замещения нулевой последовательности с учетом взаимоиндукции линий
|
|
|
Исходная схема
| Схема замещения
| Выражения для элементов схемы замещения |
 |  |  ;  ;  ;  |
|  |  ;  ;  ;  |
 |  |  ;  ;  |
|  |  ;  ;  |
 |  | ; ; при  ,  |
|  |  ; при ,  |
 |  |  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;
где  |
|  |  ;  ;  ;  ;  ;  ; ; ; |
 |  |  ;  ;  ; ;  ; ,
где |
|  |  ;  ;  ;  ;  ;  |
|  | ; ;  ;  ;  при  |
|  | ; ;  ;  при  |
 |  |  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;
 ;  ;  ;  ;*  ;  ;  ;  ;  ;  |
Приложение Л
(справочное)
Параметры воздушных линий электропередачи 35-500 кВ
со сталеалюминиевыми проводами
Таблица Л.1
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Номинальное сечение провода, мм  | Количество проводов в фазе | Погонное активное сопротивление, Ом/км | Погонное индуктивное сопротивление, Ом/км, воздушной линии напряжением, кВ
| |||||
|
|
| 35 | 110 | 150 | 220 | 330 | 500 |
70/11 | 1 | 0,428 | 0,432 | 0,444 | 0,46 | - | - | - |
95/16 | 1 | 0,306 | 0,421 | 0,434 | 0,45 | - | - | - |
120/19 | 1 | 0,249 | 0,417 | 0,427 | 0,441 | - | - | - |
150/24 | 1 | 0,198 | 0,406 | 0,420 | 0,434 | - | - | - |
185/29 | 1 | 0,162 | - | 0,413 | 0,429 | - | - | - |
240/32 | 1 | 0,120 | - | 0,405 | 0,420 | 0,435 | - | - |
| 2 | 0,06 | - | - | - | - | 0,331 | - |
300/39 | 1 | 0,098 | - | - | - | 0,429 | - | - |
| 2 | 0,049 | - | - | - | - | 0,328 | - |
300/66 | 3 | 0,034 | - | - | - | - | - | 0,31 |
330/48 | 3 | 0,029 | - | - | - | - | - | 0,308 |
Примечание - Среднегеометрические расстояния между фазами при напряжениях 220, 330 и 500 кВ приняты равными соответственно 8, 11 и 14 м. | ||||||||