Негативний вплив к.з на електричну апаратуру.

Література:

1.Будзко И.А., Зуль Н.М. «Электроснабжение сельского хозяйства « - М.: Агропромиздат, 1990 – 496 с.

2.Электроснабжение сельского хазяйства. Притака И.П. – 2-е изд., перераб. и доп. – К.: Вища школа . Головное изд-во, 1983. – 343 с. – Укр.

3.Практикум по электроснабжению сельского хозяйства /Под ред.И.А.Будзко.- М.:Колос, 1982. – 319 с.

В електричних мережах можуть виникати різні види короткого замикання, які супроводжуються різким збільшенням струму.

Коротким замиканням(к.з.) називається будь яке непередбачене нормальними умовами роботи замикання між фазами, а в системах із заземленими нейтралями (або чотирипровідними) крім того , замиканням однієї з фаз на землю або нульовий провід.

Ці замикання можуть бути як безпосередніми, так і через перехідний опір. К.з виникає також через порушення ізоляції струмоведучих частин в наслідок природного старіння або механічного пошкодження, комутаційних та атмосферних перенапруг , перекриття фаз птахами або мокрими гілками дерев.

При цьому загальний опір у системі зменшується ,а струм збільшується порівняно з нормальним режимом. Також значно знижується напруга , особливо в містах близьких до к.з.

В більшості випадків у місцях к.з. виникає перехідний опір ( опір електричної дуги та інших елементів кола).

Якщо перехідний опір малий і ним можна знехтувати, то к.з називають металевим.

 

Розрізняють слідуючі види к.з.:

1.Трифазне (рис.1,а), коли три фази з’єднуються без з’єднання з землею( найбільш небезпечне) 5...10%.

Трифазне к.з називають симетричним. У точці к.з.U0.Струми і напруги однакові за абсолютним значенням і зсунуті один відносно одного на кут (рис.1,б).

2.Двофазне (рис.1,в) - дві фази з’єднуються між собою без з’єднання з землею10%.Сума напруг усіх трьох фаз дорівнює нулю, напруга непошкодженої фази в два рази більша від рівних між собою напруг пошкоджених фаз(рис.1,г).

3.Однофазне (рис.1,д) - одна фаза з’єднується з нейтраллю джерела через землю65%.Напруга пошкодженої фази=0, а двох непошкоджених – близька до нормальної. Струм к.з проходить лише в пошкодженій фазі (рис.1,е)

4.Подвійне замикання на землю (рис.1,ж) - дві фази з’єднуються між собою і з землею20% . .U0 в пошкоджених фазах, а в непошкодженій – майже не змінюється. Сума фазних напруг не дорівнює нулю. Струми в пошкоджених фазах однакові за значенням і зсунуті між собою на деякий кут( рис.1,з).

 

 

IC

IA

UA

Рис.1.Схеми коротких замикань(а, в, д, ж) і діаграми струмів та напруги (б, г, е, з ) в трифазній мережі.

 

UA

IB

U B=UC

г)

a)

IC

IB

з)

д)

ж)

Основними причинами виникнення к.з. в мережі можуть бути:

1.Пошкодження ізоляції окремих частин електроустановок.

2.Неправильні дії обслуговуючого персоналу.

3.Перекриття струмоведучих частин установок

Величина струму залежить від:

1.Потужності джерела ,яке живить місце к.з.

2.Електричної віддаленості джерел від місця к.з., тобто від величини опорів елементів електричного кола , включених між джерелами і точкою к.з.

3.Виду к.з. ( трифазне, однофазне і т.д.)

4.Часу з моменту виникнення к.з.

Негативний вплив к.з на електричну апаратуру :

1.Тепловий вплив – процес к.з. проходить за короткий термін. Процес нагрівання струмопровідника проходить майже без виділення тепла і називається адіабатичним.

(кал),

де - струм к.з.;

- температурний коефіцієнт опору;

- температура провідника;

- довжина;

- питома провідність;

- переріз .

Температура струмопровода в кожний момент дорівнює сумі температур струмопровода в нормальному режимі і температури перегрівання струмом к.з. Порівнюючи температуру нагрівання струмопровода з допустимими значеннями нагрівання, визначають його термічну стійкість .

Струмопровідник повинен вибиратись і перевірятись на термічний вплив Ік.з.

На рис.2 показана схема електропостачання споживачів, для якої складена діаграма напруг при нормальному і аварійному режимах.

 

		UТП1
			UРП
	UG

UЛ2

UТП2

Рис.2.Зміна напруги в різних точках електромережі в нормальному режимі та при коротких замиканнях .

Нормальний режим – на затискачах генератора U=UG ;

- на підстанції ТП2 - U=Uтп2.(діаграма 1).

Аварійний режим(к.з.) – в точці К1 U знизиться до 0 і значно зменшиться в інших точках мережі (діаграма 2 ).Це обумовлено тим, що збільшення струмів І при к.з. значно збільшує в різних елементах мережі.

Зниження напруги в мережі зберігатиметься доти, доки пошкоджена ділянка не вимкнеться.

- в точці К2 опір від джерела до місця замикання зменшується > I та < U (діаграма 3).

Отже, наближенням точки замикання до джерела живлення збільшується кількість споживачів позбавлених електроенергії;

Погіршується якість електропостачання споживачів від непошкоджених ділянок мережі;

Ік.з. призводять до додаткового нагріву струмопровідних елементів , що може спричинити пошкодження провідників і ізоляції;

Великі Ік.з. можуть призвести до механічного руйнування внаслідок електродинамічних зусиль, що виникають між цими елементами;

При к.з. спад напруги збільшується небезпечно! Асинхронний двигун переходить у режим к.з.

2.Електромагнітний вплив Ік.з..

Крім термічної дії ,Ік.з. зумовлюють значні електродинамічні зусилля ,які можуть призвести до механічних пошкоджень апаратів і розподільних пристроїв.

На основі закону Біо-Савара можна визначити механічне зусилля Ре.мех. між паралельними струмопроводами:

,

де к – коефіцієнт форми струмопровідника;

- mах (ударні) миттєві струми першого і другого струмопроводів ,що взаємодіють;

- довжина провідника між точками кріплення;

а – відстань між струмопроводами, що взаємодіють.

 

		Uл2

 

У трифазній системі з однаковими за значеннями струмами фаз при паралельному розміщенні струмопроводів в одній площині найбільше зусилля припадає на середню фазу.

З урахуванням зсуву фаз це зусилля дорівнює :

,

якщо = 1, то

.

Таким чином, при установці електричних апаратів , жорстких струмопроводів , шин завжди обчислюється величина впливу струмів к.з..

Для перевірки на термічну і динамічну стійкість апаратури виконують простіші розрахунки, порівнюючи Ік.з. з допустимими за довідниками.

 

 

Лекція №2. Початковий період короткого замикання. Складові струму початкового періоду . Характеристика перехідного процесу к.з.

 

1.Початковий період к.з. .

2.Складові струму початкового періоду.

3.Характеристика перехідного процесу к.з.

 

Література:

1.Будзко И.А., Зуль Н.М. «Электроснабжение сельского хозяйства « - М.: Агропромиздат, 1990 – 496 с.

2.Электроснабжение сельского хазяйства. Притака И.П. – 2-е изд., перераб. и доп. – К.: Вища школа . Головное изд-во, 1983. – 343 с. – Укр.

3.Практикум по электроснабжению сельского хозяйства /Под ред.И.А.Будзко.- М.:Колос, 1982. – 319 с.

 

При включенні на постійну напругу змінного струму електричного кола ,яке складається з послідовно з’єднаних активного опору r і індуктивного з коефіцієнтом самоіндукції L :

, ( 1 )

де i, u – миттєве значення струму і напруги,

t – час з моменту включення кола на напругу.

Рішення цього рівняння дає можливість визначити струм в колі , який і являється струмом короткого замикання :

,( 2 )

де - максимальне значення прикладеної до кола синусоїдальної напруги;

z – опір кола,

- частота змінного струму;

- кут фази включення кола на напругу u;

- кут зсуву між струмом к.з. і напругою u;

К – постійна, яка визначається із початкових умов;

е - основа натуральних логарифмів ;

- максимальне значення періодичної складової струму к.з.

Із формули видно, що струм складається з двох частин :

- періодичної синусоїдальної складової ( вимушена)з постійною амплітудою і частотою 50 Гц;

- аперіодичної ( вільної ) затухаючої експоненціальної складової

1. Усталений режим к.з. починається після затухання вільної складової (аперіодичної) і повністю визначається струмом періодичної (вимушеної) складової .

2. Аперіодична складова може бути відсутня в однієї з фаз.

Нормальний режим

Рисунок1 - Осцилограми струмів в окремих фазах при трифазному к.з для

випадку, коли в одній із фаз (фаза С) не виникає аперіодична складова струму.

Для визначення К розглянемо рівняння в момент часу t=0.

( 3 )

де - струм навантаження до к.з. при t=0.

( 4 )

З іншого боку відношення є постійна часу експоненціальної кривої аперіодичної складової струму к.з.

, ( 5 )

Кінцеве рівняння для миттєвого значення струму к.з.:

( 6 )

В початковий період к.з. нам необхідно знати найбільш можливе значення струму к.з. , тобто умови , при яких аперіодична складова буде максимальною. Із рівняння ( 4 ) слідує, що аперіодична складова дорівнює абсолютному значенню періодичної складової тільки при =0, тоді

.

Якщо в мережі є струм навантаження, зменшується на значення цього струму .Значить, одною з умов отримання найбільш можливого для даної схеми струму к.з.в початковий період буде відсутність навантаження в колі , яке замикається.

Найбільше значення періодичної складової при t=0

Для це справедливе рівняння, якщо к.з. відбулося при проходження напруги через нуль, тобто при куті .

В цьому випадку струм к.з. в момент t=0

Рисунок 2 – Умови утворення найбільшого значення періодичної складової струму к.з. в початковий момент короткого замикання.

В цьому випадку струм к.з. в момент t=0

.

	Перехідний процес (аперіодична складова)

Рисунок 3 – Осцилограма повного струму к.з. і його періодичної і аперіодичної складових при найбільшій величині аперіодичної складової.

Крива періодичної складової представляє з себе синусоїду з ,

Так як прикладену напругу прийнято постійною;

( попередня лекція ).

Найбільше миттєве значення струму к.з. за період к.з., яке називається ударним струмом , спостерігається через півперіоду після замикання , тобто при t = 0,01 с.

Тоді з рівняння ( 6 )

 

Ударний коефіцієнт К_у показує, наскільки ударний струм більше максимального значення періодичної складової. Значення ударного коефіцієнту залежить тільки від значення постійної часу Т_а.

Т_а залежить від співвідношення коефіцієнта самоіндукції L і активному опору r електричного кола, яке розглядаємо. Чим менше Т_а, тим швидше затухає аперіодична складова і тим менше К_у.

Рисунок 4– Залежність ударного коефіцієнта від постійної часу Т_а

При к.з. на шинах нижчої напруги підстанції з вищою напругою U =110 кВ і більше К_у =1,8.

При к.з. на шинах 35 і 10 кВ К_у =1,5.

При к.з. на шинах 10 і 0,4 кВ К_у =1.

Для практичних розрахунків нас цікавить найбільше діюче значення струму к.з. Іу.

,

де Іп – діюче значення періодичної складової струму к.з.

Якщо ударний коефіцієнт змінюється в межах , то

є

Враховуючи , що , де I_п – діюче значення струму в початковий момент к.з., величину ударного струму можна визначити як

.

К_у може змінюватись вмежах 1...2 експоненціально .

Всі розрахунки приведені вище відносились до випадку , коли напруга U живлення в процесі к.з. незмінна. Це справедливо для сільських мереж.

Якщо ж к.з. відбулось недалеко від електростанції, то в наслідок впливіу струму к.з. на синхронний генератор і реакції його обмоток напругa U на його зажимах в процесі к.з. буде змінюватись.

Лекція № 3:Методи розрахунку процесу короткого замикання.

1.Задачі, для рішення яких використовуються параметри процесу к.з.

Мета розрахунку струмів к.з. і других електричних величин, точність розрахунку.