Назначение расчетов коротких замыканий

Расчеты токов КЗ необходимы для достижения следующих целей:

определения условий работы потребителей в аварийных режимах;

выбора аппаратов и проводников и их проверки по условиям электродинамической и термической стойкости;

проектирования и настройки устройств релейной защиты и автоматики;

сопоставления, оценки и выбора схемы электрических соединений;

проектирования и проверки защитных устройств;

определения влияния линий электропередачи на линии связи;

определения числа заземленных нейтралей и их размещения в ЭС;

выбора разрядников;

анализа аварий;

10) подготовки к проведению различных испытаний в ЭС.

Точность расчета КЗ зависит от его цели. Так, при выборе и проверке электрических аппаратов не требуется высокая точность расчета, потому что параметры аппаратов ступенчато изменяются в случае перехода от одного их типа к другому. При выборе устройств релейной защиты и автоматики точность расчета должна быть значительно выше.

Составление схем замещения и расчет их параметров

Перед расчетом переходного режима электрической системы на основе ее принципиальной схемы составляют расчетную схему, которая отличается от принципиальной тем, что на ней в однолинейном изображении показываются только те элементы, по которым возможно протекание аварийных токов или их составляющих. При наличии в расчетной схеме трансформаторов целесообразно имеющиеся в ней магнитно-связанные цепи представить одной эквивалентной электрически связанной цепью. Схема замещения сложной электрической системы является соединением схем замещения отдельных ее элементов (см. таблицу на с. 55). В ней элементы соединены так же, как на расчетной схеме.

После составления схемы замещения рассчитываются ее параметры в именованных или относительных единицах, затем полученные значения приводятся к основной ступени напряжения.

Система относительных единиц Выражение электрических величин в относительных единицах широко применяется в теории электрических машин. Это обусловлено тем, что представление любой величины не в именованных, а относительных единицах существенно упрощает теоретические выкладки и придает результатам расчета большую наглядность.

Под относительным значением какой-либо величины следует понимать ее отношение к другой одноименной величине, принятой за базисную. Следовательно, перед тем как представить какие-либо величины в относительных единицах, надо выбрать базисные единицы.

За базисный ток и базисное линейное напряжение примем некоторые произвольные величины I6, Uб. Тогда базисная мощность трехфазной цепи будет определяться формулой.

а базисное сопротивление — формулой.

Отсюда вытекает, что только две базисные величины могут быть выбраны произвольно, а остальные являются связанными. Следовательно, параметры электрической системы в относительных базисных единицах будут вычисляться по формулам.

U_*б = U/U₆,

I_*б = I/I_б,.

S_{* б} = S/S _б,

Z _*б = Z/Z _б.

Здесь U, I, S, Z — параметры в именованных единицах (В, А, ВА, Ом); индексы означают следующее: * - величина выражена в относительных единицах; б — величина приведена к базисным условиям.

Относительное сопротивление можно определить иначе:

Z _*б = Z/Z _б=.

Частным случаем относительных базисных единиц являются относительные номинальные единицы, когда за базисные приняты номинальные единицы какого-либо элемента — U_HOM, I_HOM, S_HOM. В относительных номинальных единицах выражаются параметры генераторов, двигателей, трансформаторов, реакторов. В этом случае пересчет к базисным условиям производится следующим.

Приведение параметров схемы к основной ступени напряжения При наличии в расчетной схеме трансформаторов возникает необходимость приведения сопротивлений и ЭДС схемы, находящихся на разных ступенях трансформации, к одной ступени, принятой за основную. Приведение базируется на известной теории трансформатора, дающей для приведенных параметров следующие соотношения:

З= (k₁k₂…k_n) E,

Ы =(k₁k₂…k_n) U,

=(k₁k₂…k_n)²Z.

Здесь под коэффициентом трансформации k трансформатора или автотрансформатора понимается отношение междуфазного напряжения холостого хода его обмотки, обращенной в сторону основной ступени напряжения, к аналогичному напряжению его обмотки, находящейся ближе к ступени, элементы которой подлежат приведению.

Приведение в именованных единицах. Все сопротивления элементов схемы в этом случае должны быть выражены в омах. Для элементов, сопротивления которых приведены в относительных номинальных единицах (генераторов, трансформаторов и др.), выражения сопротивлений будут следующими:

Сопротивления некоторых элементов схемы ЭС, показанной на рис. 3.2 (за основную принята ступень 220 кВ), определяются так: генератора G.

линии L4.

трансформатора Т-4.

электрический схема замыкание.

Токи и напряжения, рассчитываемые в схеме, элементы которой приведены указанным образом, реальны только для ее основной ступени. Истинные токи и напряжения на других ступенях схемы находятся пересчетом по выражениям (3.8) и (3.9). Приведение в относительных базисных единицах. Выражения для сопротивлений некоторых элементов схемы (приведенных к ступени 220 кВ), показанной на рис. 3.2, в относительных базисных единицах имеют вид: генератора G

линии L4

(3.13).

трансформатора Т-4.

(3.14).

Введем коэффициенты трансформации из формул (3.12) — (3.14) в базисное напряжение. Полученные выражения имеют тот же вид, что и (3.6):

где.

U_б2= U_б1(1/k₁) U_б3= U_б1(1/k₁k₂) (3−15).

и представляют собой базисные напряжения на той ступени, где находится приводимое сопротивление. Следовательно, для расчета параметров схемы в относительных базисных единицах необходимо выбрать базисные единицы для одной из ступеней схемы, а затем по формулам (3.15) определить базисные напряжения для других ступеней. При этом базисные токи на каждой ступени рассчитываются следующим образом:

Затем в относительных базисных единицах рассчитываются все величины по выражениям (3.1) — (3.6), причем в каждом из указанных выражений под U_б, I_б, z₆ следует понимать базисные параметры той ступени трансформации, на которой находятся подлежащие приведению величины.

В рассмотренном приведении участвуют действительные коэффициенты трансформации, заданные в качестве исходных величин. «Такое приведение называется точным. В практических расчетах применяется приближенное приведение, позволяющее упростить выражения, уменьшить объем вычислений. Приближенное приведение заключается в том, |что для каждой ступени трансформации устанавливают среднее номинальное напряжение U_cp из следующей шкалы напряжений: 515, 340, 230, 154, 115, 37, 24, 20, 18, 15.75, 13.8, 10.5, 6.3, 3.15, 0.69, 0.4, 0.23, 0.127 кВ.

При этом принимается, что номинальные напряжения всех элементов, кроме реакторов, находящихся на одной ступени, одинаковы и равны Ј/_ср. Коэффициент трансформации каждого трансформатора в этом случае равен отношению U_cp.B / U_cp.H(средненоминальных напряжений высшей и низшей обмоток). Коэффициент трансформации каскада трансформаторов будет определяться как отношение средненоминальных напряжений крайних ступеней, что упрощает приведение.