Ток трехфазного кз: Ток короткого замыкания однофазных и трехфазных сетей

Ток короткого замыкания однофазных и трехфазных сетей

В электрических сетях периодически возникают различные аварийные ситуации. Среди них, наибольшую опасность представляет ток короткого замыкания, формула которого используется при расчетах и проектировании. Последствия аварийного режима достаточно серьезные – выходят из строя сами сети, а также подключенные приборы и оборудование. Все это причиняет большой материальный ущерб. Проводимые расчеты, в том числе и на ударный ток КЗ требуются, в первую очередь, для того, чтобы обеспечить надежную защиту на электрифицированном объекте.

Содержание

Расчет токов короткого замыкания

Для выполнения подобного расчета тока привлекаются квалифицированные специалисты. Они не только разрабатывают теоретическую сторону, но и отвечают за последующую эксплуатацию представленных схем. Здесь слишком много специфических особенностей, поэтому начинающие электрики должны хорошо представлять себе не только саму природу электричества, но и свойства проводников, диэлектриков, особенности изоляции и другие важные вопросы.

Результаты рассчитанные в домашних условиях, должны обязательно проверяться специалистами. Все расчеты, касающиеся короткого замыкания, выполняются с использованием специальных формул.

Трёхфазное короткое замыкание в электрических сетях до 1000В определяется с учетом следующих особенностей:

• Трехфазная система по умолчанию является симметричной.
• Трансформаторное питание считается неизменным, сравнимым с его номиналом.
• Возникновение короткого замыкания считается в момент максимального значения силы тока.
• Значение ЭДС принимается для источников питания, расположенных на большом расстоянии от места КЗ.

Кроме того, определяя параметры короткого замыкания, следует правильно вычислить общее сопротивление проводников, с привязкой к единому значению мощности. Обычные формулы могут привести к ошибкам из-за разных номинальных напряжений на отдельных участках в момент КЗ. Базовая мощность существенно упрощает расчеты и повышает их точность.

Изменения тока в процессе короткого замыкания

За период КЗ ток подвергается различным изменениям. В самом начале он увеличивается, далее – затухает до определенного значения, а потом автоматический регулятор возбуждения доводит его до стабильной величины.

Период времени, требуемый для изменения параметров тока короткого замыкания – ТКЗ, получил название переходного процесса. По окончании этого промежутка и до момента, когда КЗ будет отключено, наблюдается стабильный аварийный режим. Величина тока в различные промежутки времени необходима при выборе уставок для защитной аппаратуры, проверке динамической и термической устойчивости электрооборудования.

В каждой сети подключены нагрузки с установленными индуктивными сопротивлениями. Они препятствуют мгновенным изменениям тока, поэтому его величина меняется не скачкообразно, а нарастает постепенно, в соответствии с законом физики. Анализ и расчет тока в переходный период значительно упрощается, если его условно разделить на две составные части – апериодическую и периодическую.

1. Первая – апериодическая часть ia – обладает постоянным знаком, появляется в момент КЗ и довольно быстро понижается до нулевой отметки.
2. Вторая часть – периодическая составляющая тока КЗ Inmo – в первый момент времени представляет собой начальный ток короткого замыкания. Именно он используется при выборе уставок и проверке чувствительности защитных устройств. Данная сила тока короткого замыкания получила название сверхпереходного тока, поскольку при его расчетах схема замещения дополняется сверхпереходными ЭДС и сопротивлением генератора.

По завершении переходного периода периодический ток считается установившимся. Величина полного тока включает в себя апериодическую и периодическую составляющие на любом отрезке переходного периода. Показатель его максимального мгновенного значения представляет собой ударный ток короткого замыкания, определяемый при проверке динамической устойчивости электрооборудования.

Короткие замыкания в однофазных сетях

При выполнении расчетов энергосистем однофазного тока допускаются вычисления, производимые в упрощенной форме. Приборы и оборудование в таких сетях не потребляют большого количества электроэнергии, поэтому надежная защита может быть обеспечена обычным автоматическим выключателем, рассчитанным на ток срабатывания 25 ампер.

Ток однофазного короткого замыкания вычисляется в следующем порядке:

• Определение параметров трансформатора или реактора, питающих сеть, в том числе их электродвижущей силы.
• Устанавливаются технические характеристики проводников, используемых в сети.
• Разветвленную электрическую схему необходимо упростить, разбив на отдельные участки.
• Вычисление полного сопротивления между фазой и нулем.
• Определения полных сопротивлений трансформатора или других питающих устройств, если такие данные отсутствуют в технической документации.
• Все полученные значения вставляются в формулу.

В каждом случае сила тока короткого замыкания и формула, по которой рассчитывается однофазный процесс, показана на рисунке.

В ней U_f является фазным напряжением, Z_t – сопротивлением трансформатора в момент КЗ. Z_c будет сопротивлением между фазой и нулем, а I_k – однофазным током КЗ.

Использование данной формулы позволяет определить ток однофазного КЗ и его параметры в соответствующих цепях с величиной погрешности в пределах 10%. Полученных данных вполне достаточно, чтобы рассчитать правильную и эффективную защиту сети. Основной проблемой при получении исходных данных считается определение величины Z_c.

При наличии данных о параметрах проводников и значениях переходных сопротивлений, определить сопротивление между фазой и нулем вполне возможно по формуле:

Здесь r_f и r_n являются, соответственно, активными сопротивлениями фазного и нулевого проводов, измеряемыми в Омах, r_a представляет собой сумму активных сопротивлений контактов в цепочке фаза-ноль (Ом), xf” и xn” – внутренние индуктивные сопротивления фазного и нулевого проводов (Ом), x’ – является внешним индуктивным сопротивлением в цепочке фаза-ноль (Ом).

Полученное значение подставляется в предыдущую формулу, после чего определение тока КЗ уже не составит особого труда. Главное – соблюдать правильную последовательность действий при выполнении расчетов.

Расчет токов КЗ для трехфазных сетей

Для того чтобы определить ток трехфазного короткого замыкания в соответствующих сетях, следует обязательно учитывать специфику возникновения и развития этого процесса. Прежде всего, это индуктивность, возникающая в замкнутом проводнике, из-за чего ток трехфазного КЗ изменяется не мгновенно, а нарастает постепенно в соответствии с определенными законами.

Точность производимых вычислений зависит в первую очередь от расчетов основных величин, вставляемых в формулу. С этой целью используются дополнительные формулы или специальное программное обеспечение, выполняющее сложнейшие вычислительные операции за очень короткое время.

Если же расчеты в трехфазных сетях выполняются ручным способом, в таких случаях нужные результаты про ток КЗ формула, приведенная ниже, позволяет определить с достаточно точными показателями:

• I_кз = U_c/(√₃*Х_рез) = U_c /(√₃*(Х_сист + Х_вн)), в которой Х_вн является сопротивлением между шинами и точкой КЗ, Х_сист – это сопротивление во всей системе относительно шин источника напряжения, U_c – напряжение на шинах в данной системе.

При отсутствии какого-то из показателей, его значение определяется с использованием дополнительных формул или программ. Если же расчеты трехфазного КЗ производятся для сложных сетей с большим количеством разветвлений, в этом случае основная схема преобразуется в схему замещения, где присутствует лишь один источник электроэнергии и одно сопротивление.

Сам процесс упрощения производится в следующем порядке:

• Складываются все показатели сопротивлений, подключенных параллельно в данной цепи.
• Далее суммируются все сопротивления, подключенные последовательно.
• Результирующее сопротивление Х_рез определяется как сумма всех подключенных параллельных и последовательных сопротивлений.

Расчеты токов двухфазного короткого замыкания выполняются с учетом отсутствия у них симметричности. У них нет нуля, а присутствую токи, протекающие в прямом и обратном направлении. Таким образом, ток двухфазного КЗ рассчитывается последовательно, по отдельным формулам, используемым для каждого показателя.

Ток КЗ в сетях с неограниченной мощностью

Довольно часто мощность источника электроэнергии значительно превышает величину суммарной мощности всех подключенных потребителей. В таких случаях при решении задачи, как найти значение короткого замыкания, величина напряжения считается условно неизменной.

Наличие подобных условий приводит к бесконечному показателю мощности, а сопротивление проводников принимает нулевое значение. Они используются для расчета только в тех случаях, когда место короткого замыкания располагается на большом расстоянии от источника напряжения, а величина результирующего сопротивления цепи многократно превышает показатели сопротивления всей системы.

В сетях с неограниченной мощностью, вычислить ток короткого замыкания позволяет следующая формула: I_k = I_b/X_рез, в которой I_b является базисным током, а X_рез – результирующим сопротивлением сети. При наличии исходных данных, очень быстро найдем достаточно точный конечный результат.

Мультиметр: назначение, виды, обозначение, маркировка, что можно измерить мультиметром

Закон Ома для переменного тока

Как понять Закон Ома: простое объяснение для чайников с формулой и понятиями

Чем отличается фазное напряжение или ток, от линейного

Закон Ома для однородного участка цепи – формула

Как рассчитать ток короткого замыкания

Расчет тока короткого замыкания при питании от мощной системы

Страница 2 из 10

РАСЧЕТ ТОКА КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ ПРИ ПИТАНИИ ОТ МОЩНОЙ СИСТЕМЫ
На схеме, показанной на рис. 2, суммарное сопротивление цепи короткого замыкания состоит из эквивалентного сопротивления системы zc и сопротивления от шин до точки к. з. z(x, r).

Эквивалентное сопротивление системы до шин, питающих распределительную сеть, можно определить по выражению
Ом/фазу, (4)

Рис. 2. Расчетная схема для определения тока трехфазного к. з. при питании от системы бесконечной мощности.

где—действующее значение периодической составляющей тока, проходящего при трехфазном к. з. на шинах рассматриваемой подстанции.
Иногда вместо величинызадается мощность трехфазного короткого замыкания на шинах подстанции системы.

Эта условная величина определяется по выражению
(5)
Сопротивление системы до шин питающей подстанции определяется по выражению

(6)

Обычно при расчетах токов к. з. активное сопротивление не учитывается, если суммарное индуктивное сопротивление превышает его более чем в 3 раза. Поскольку в распределительных сетях это условие, как правило, не выполняется, расчеты токов к. з. производятся с учетом активного сопротивления.
Во многих случаях при повреждениях в сетях 6— 35 кВ напряжение на шинах питающей подстанции практически не изменяется. При этом можно считать, что сопротивление системы равно нулю и расчетное выражение для определения тока к. з. примет следующий вид:

В подобном случае говорят, что рассматриваемая сеть подключена к системе бесконечной мощности.

Для практических расчетов важно определить, можно ли для данной конкретной точки сети считать питающую ее систему системой бесконечной мощности и пользоваться выражением (7а). Когда известна суммарная мощность генераторов системы Sc, можно применить простое правило: для данной точки сети питающую ее систему любой мощности можно принять за систему неограниченной мощности, если выполняется условие (8) или (9) [Л. 4]:

где U — междуфазное напряжение системы, кВ;
S(3) — мощность трехфазного к. з. на шинах подстанции, Мва;
Sc — мощность системы, Мва;
хс — сопротивление системы, Ом/фазу.

Расчет токов короткого замыкания ведется в следующей последовательности:
а)  Составляется полная схема рассматриваемого участка сети с указанием длин линий, материала и сечения проводов, данных трансформаторов и реакторов.
б)  Для каждого элемента — линия, трансформатор, реактор — определяются его активное и индуктивное сопротивления.
в)  Определяется сопротивление системы до шин, питающих рассматриваемую сеть. Проверяется возможность считать питающую систему системой бесконечной мощности.

г)  Определяется ступень напряжения, на которой установлено наибольшее количество защит. Эта ступень напряжения принимается за расчетную. Все сопротивления приводятся к выбранному расчетному напряжению, и по этим данным составляется расчетная схема замещения.
д)  Намечаются точки короткого замыкания и расчетные режимы, исходя из требований релейной защиты.
е)  Определяются суммарное активное и индуктивное сопротивления участка сети между шинами питающей подстанции и местом короткого замыкания.
ж)  Определяется ток в месте короткого замыкания по выражению (7) или (7а).
з)   Определяются действительные токи, проходящие через устройства релейной защиты.

• Назад
• Вперёд

Расчет отказов – Введение

К Стивен Макфадьен on

1 июля 2012 г.

Расчеты неисправностей являются одним из наиболее распространенных видов расчетов, выполняемых при проектировании и анализе электрических систем. Эти расчеты включают определение тока, протекающего через элементы цепи при нештатных состояниях – коротких замыканиях и замыканиях на землю.

Типы неисправностей

Символ		Определение
	–	коэффициент напряжения (IEC 60909) LV, макс. 903, I 29 029 сбн мин = 0,95 МВ, ЛВ, Я sc max = 1,1, I sc min = 1
	–	установившаяся неисправность
	–	начальный ток симметричного замыкания k или k3 – трехфазное замыкание k1 – замыкание фаза на землю (или фаза на нейтраль) k2 – замыкание между фазами k2E или kE2E – замыкание между фазами на землю
	–	номинальный ток любого двигателя
	–	номинальное напряжение – номинальное линейное напряжение – номинальное линейное напряжение
	–	системное напряжение
	90 полное сопротивление цепи 2	4 90 21

Неисправность – это ненормальное или непреднамеренное подключение токоведущие элементы системы друг к другу или к земле. Полное сопротивление таких соединений часто очень низкое, что приводит к протеканию больших токов. Энергия, содержащаяся в токах короткого замыкания, может быстро нагреть компоненты, создать чрезмерные силы и привести к разрушительным взрывам оборудования.

Обычно мы имеем дело с тремя типами замыканий:

1. Трехфазные замыкания
2. Межфазные замыкания
3. Замыкания на землю

Обычно наибольший ток замыкания возникает при трехфазном замыкании (хотя есть и исключения).

 

 

Стандарты

IEC 60909 «Токи короткого замыкания в трехфазных системах» описывает принятый во всем мире метод расчета токов короткого замыкания. IEC 60781 является адаптацией стандарта 60909 и применяется только к низковольтным системам.

IEC 60909 Ток неисправности При применении этих стандартов обычно рассчитываются два уровня неисправности на основе коэффициента напряжения

• максимальный ток, вызывающий максимальное тепловое и электромагнитное воздействие на оборудование (используется для определения номинала оборудования)
• минимальный ток (который можно использовать для настройки защитных устройств)

Стандарты также идеализируют неисправность, позволяя анализировать и понимать каждую стадию. На изображении (щелкните для увеличения) показана эта форма волны.

В зависимости от положения в цикле, в котором формируется неисправность, будет присутствовать смещение постоянного тока, уменьшающееся со временем до нуля. Это создает начальное симметричное короткое замыкание I ^” _k , которое со временем затухает до стационарного короткого замыкания I _k .

Трехфазная неисправность

Трехфазная неисправность При трехфазной неисправности замыкаются все три фазы (L1, L2 и L3).

Чтобы найти ток короткого замыкания в любой точке сети, вычисляется сумма полных сопротивлений в сети между источником питания (включая импеданс источника) и точкой, в которой произошло короткое замыкание.

Чтобы найти ток короткого замыкания I _k , номинальное приложенное напряжение, U ₀  , делится на суммарный импеданс Z.

Фаза to Phase Fault При межфазном замыкании (например, L1 на L2) две фазы соединяются вместе.

Ток короткого замыкания снова равен номинальному приложенному напряжению, деленному на суммарный импеданс.

 

Замыкание на землю

Замыкание на землю При замыкании на землю одна фаза напрямую соединена с землей (например, L1 с землей).

Чтобы найти значение тока замыкания на землю в любой точке сети, выполняется сумма импедансов замыкания на землю в сети между источником питания (включая импеданс источника) и импедансами обратного пути.

 

 

Использование таблиц

Часто, если требуется быстро найти цифру на парковке, достаточно использовать таблицы. Особенно это касается низковольтных систем. В других случаях фактические параметры оборудования могут отсутствовать и необходимо прибегать к типовым значениям. Раздел «Заметки» сайта содержит подборку таблиц, которые помогут в следующих случаях:

Таблицы отказов низкого напряжения

Расчеты отказов – типовые параметры оборудования

Базовые расчеты отказов

Расчет77

Трехфазная неисправность

Тип отказа
фаза- обрыв фазы
замыкание фазы на землю

Одним из самых простых способов расчета замыкания на землю является применение закона Ома. Знание импеданса короткого замыкания и напряжения на проводе позволяет рассчитать ток короткого замыкания:

 

Расчет неисправности на единицу мощности

В системах с переменным уровнем напряжения расчеты на единицу мощности позволяют определить уровни неисправности путем нормализации системы к общая база. Этот метод расчета уровней отказов известен как поблочный метод или поблочная система.

Чтобы узнать больше об этом расчете на единицу, обратитесь к нашему примечанию:

• Расчет неисправности – на единицу системы

Симметричные компоненты

Для условий небаланса расчет токов повреждения более сложен. Одним из способов решения этой проблемы является использование симметричных компонентов. В симметричных компонентах система неуравновешенности разбивается на три отдельные симметричные системы, каждая из которых легко решается.

Чтобы узнать больше о симметричных компонентах, см. наше примечание:

• Расчет неисправностей — симметричные компоненты

IEC 60909 — Токи короткого замыкания в трехфазной сети переменного тока системы

Часто при выполнении расчетов короткого замыкания необходимо выполнять их относительно эталонного стандарта. При использовании эталонного стандарта расчеты согласуются, могут быть обоснованы и сопровождаются контрольным журналом.

IEC 60909 — это международный стандарт для расчета токов короткого замыкания. Документ определяет стандартизированный метод разработки расчетов короткого замыкания, а также предоставляет руководство по данным оборудования.

Чтобы узнать больше о том, как работает стандарт, см. наше примечание:

• Расчет отказов — IEC 60909 — примечание скоро появится

Вклады двигателей

будет способствовать току неисправности. Стандарт IEC 60909 дает рекомендации относительно того, как это сделать.

Для упрощения расчетов вклад двигателей в неисправность можно не учитывать, если: 9

Расчет неисправностей – Симметричные компоненты –HVDC на переменном токе три -уровень тока короткого замыкания фазы

Чтобы прочитать этот контент, выберите один из следующих вариантов:

Цзинбо Чжао (Научно-исследовательский институт, State Grid Jiangsu Electric Power Co. Ltd., Нанкин, Китай)

Ян Тао (Научно-исследовательский институт, State Grid Jiangsu Electric Power Co. Ltd., Нанкин, Китай)

Zhiming Sun (Научно-исследовательский институт, State Grid Jiangsu Electric Power Co. Ltd., Нанкин, Китай)

Цепной мир

ISSN : 0305-6120

Дата публикации статьи: 12 апреля 2022 г.

Загрузки

Аннотация

Цель

Этот документ направлен на разъяснение правил влияния преобразователя напряжения (VSC) на ток короткого замыкания переменного тока и определение ключевых факторов, чтобы предложить стратегию подавления тока короткого замыкания.

Проект/методология/подход

В этом документе исследуются ключевые факторы, влияющие на ток короткого замыкания, подаваемый VSC, на основе модели эквивалентного источника тока. Это исследование показывает, что на фазу эквивалентного источника тока VSC в основном влияет тип неисправности, тогда как амплитуда в основном определяется режимом управления, ограничителем амплитуды и электрическим расстоянием. На основе вышеуказанного механизма воздействия разработан динамический ограничитель с функцией ограничения тока короткого замыкания. Теоретический анализ подтверждается моделированием на PSCAD.

Выводы

Подача тока короткого замыкания от VSC тесно связана с режимом управления и параметрами управления VSC, типом повреждения на стороне переменного тока и электрическим расстоянием до места повреждения. Предлагаемый динамический ограничитель может заставить VSC поглощать больше реактивной мощности для подавления тока короткого замыкания.

Ограничения/последствия исследования

Динамический ограничитель, предложенный в этой статье, ограничивается подавлением трехфазного тока короткого замыкания. Будущая работа будет больше сосредоточена на улучшении и расширении динамического ограничителя для приложения подавления тока короткого замыкания в других сценариях короткого замыкания.

Практические выводы

Результаты исследования служат основой для разработки системы защиты.

Оригинальность/значение

Ключевые факторы влияния способствуют предложению мер по подавлению тока короткого замыкания, устранению риска превышения нормы тока короткого замыкания и снижению сложности конструкции защиты.

Ключевые слова

• VSC–HVDC
• Трехфазное короткое замыкание
• Факторы влияния
• Энергия
• Стабильность

Благодарности

Эта работа поддерживается Научно-техническим проектом Государственной сети электроэнергетики Цзянсу, ООО.