Симметриялы құраушылар әдісі

Т. және жерге тұйықталу токтары

Электр тораптарындағы қ.т. үрдісі. Қ.т. түрлері, себептері және зардаптары

Үшфазалық электр тораптары оқшауланған бейтараппен немесе жерге тұйықталған бейтараппен жұмыс жасай алады. Елімізде электр торабының бейтарап режимінің жағдайы жүйенің номиналды кернеуіне байланысты. Кернеуі 380 В тораптарда үш фазалы сымдармен қоса төртінші нөлдік сымды тартып, оны желінің басында, соңында және арасында жерге тұйықтайды. Сонымен, 380 В кернеуінде тораптардың бейтараптарын жерге қатаң тұйықтайды (глухозаземленная нейтраль).

6, 10, 20 және 35 кВ кернеу жүйелерінде, керісінше, бейтарап жерден оқшауланған, желілер үш фазалық сымнан тұрады. Кейбір жағдайларда торап бейтарабын жерге тұйықтайды, бірақ әдеттегіде индуктивтік кедергі арқылы. Бұл кернеулерде бейтараптары оқшауланған тораптар жұмыс атқарады.

 

110 кВ және одан жоғары кернеулі тораптарда үш фазалы сым жүргізгенмен, трансформаторлардың бір бөлігінің бейтарабын жерге тұйықтайды, сонымен бұл да бейтарабы жерге қатаң тұйықталған торап

болып шығады.

10.1 сур- Ауылшаруашылық электр тораптарының бейтарап режимдері

Электр қондырғыларының қалыпты жұмысын бұзатын негізгі себептердің бірі- ондағы қысқа тұйықтаулар.

Рбір жұмыстың қалыптасқан жағдайларында жүйелерде фазалар арасындағы ескерілмеген тұйықталуды, ал бейтараптары жерге тұйықталған жүйелерде (немесе төртсымды) бір немесе бірнеше фазалардың жерге (немесе нөлдік сымға) тұйықталуын қысқа тұйықтау, дейді.

Бейтарабы оқшауланған жүйелерде бір фазаның жерге тұйықталғаны қысқа тұйықтауға жатпайды. Дегенмен, бұл жүйелердегі екі фазаның бөлек жерге тұйықталғандары жер арқылы екі фазалық қысқа тұйықталу болады. Қысқа тұйықталудың себебінен тораптағы токтың күші күрт көбейеді.

10.2 сур- Қ.т.т. бастапқы сәттегі түрі: а-ҚАР жоқ; б-ҚАР бар

Қоздырудың автоматты реттеуіші (ҚАР) жоқ электрстанция генераторы жанында болған қ.т.т. осциллограммасы суретте бейнеленген. Желіде қысқаша тұйықталғанға дейін жүктеме тогы І. Жүктеме тогының лездік мәні і_о-ге тең болғанда қ.т. болды. Бірінші жартылай период арасында қ.т.т. і_у ең үлкен лездік мәніне дейін өсті, бұны соққылық (ударный) ток, дейді. Келесі периодтарда қ.т.т.

10.3 сур- Қ.т.т. құраушылары

R, L тізбегі үшін келесі дифференциалдық теңдеу әділ

осы теңдеуді шешу қ.т.т. табуға мүмкіндік береді

мұнда α-тізбекті U кернеуіне қосудың фазалық бұрышы; φ_к≈90^о- қ.т.т. мен u кернеуінің арасындағы ығысу бұрышы, К- бастапқы шарттардан анықталатын тұрақты.

екі бөліктен тұрады- i_п - периодтық синусоидалы құраушыдан және і_а - апериодты басылатын экспоненциалдық құраушыдан.

Апериодтық құраушының экспоненциалдық қисығы уақытының тұрақтысы

Т_а= L/r = х/(ωr), онда

= i_п + і_а = І_п.максsin(ωt+α- φ_к)+ia_oe .

Периодтық құраушының қисығы І_п.макс=const синусоида болып табылады, өйткені кернеудің деңгейі тұрақты деп есептелінеді. U_макс= const. Апериодтық құраушының қисығы экспонентамен басылады. Қ.т.т. уақыт өсіне қарағанда симметриясыз. Оның симметриясының қисық сызықты өсі болып табылатын апериодтық құраушының қисығы. Апериодтық қисық жойылғаннан кейін қ.т.т. қисығы өзінің периодтық құраушысымен қосылып кетеді.

Тұйықталғаннан кейін жарты период уақыты өткенде, яғни t = 0,01с, қ.т.т. лездік мәнінің ең үлкен шамасы байқалады, бұл шаманы орысша «ударный ток», қазақша соққылық ток дейді.

K_соқ коэффициенті қ.т.т. максималдық мәнінің өзінің периодтық құраушысының максималдық мәнінен қанша артық екенін көрсетеді. K_соқ коэффициенті 1 мен 2 арасында өзгереді. Кәдімгі тораптарда k_соқ=1,8.

Ауылшаруашылық тораптары үшін k_соқ=1,8, егер кернеу 110 кВ және жоғары болса, 35 кВ және 10 кВ ҚС үшін k_соқ=1,5. 10 және 0,38 кВ тораптарындағы қ.т. k_соқ=1.

Іс жүзінде есептерде қажеті қ.т.т. ең үлкен әсерлік мәні

І_соқ=І_п мұнда І_п- қ.т.т. периодтық құраушысының әсерлік мәні.

Қарастыруға ең оңайы симметриялы үш фазалы тұйықталу, өйткені мұнда үш фазаныңда қ.т. нүктесіне дейін кедергілері бірдей. Қысқа тұйықтау токтарының бұл түрін К⁽³⁾ деп белгілейді. Симметриясыз қысқа тұйықтауға екіфазалы К⁽²⁾, екі фазалы жерге К^(1,1) және бір фазалы К⁽¹⁾ жатады. Соңғысы тек бейтарабы жерге тұйықталған жүйелерде ғана пайда болады. Бейтарабы жерге тұйықталған тораптарда қ.т. 65% құрайтын бір фазалы қ.т., 20% -екі фазалы жерге, 10%-екі фазалы және тек қана 5%-үш фазалық. Бейтарабы оқшауланған ауа тораптарында қысқа тұйықтаудың 2/3 екі фазалық, ал қалғандары- үш фазалықтарға келеді. Бірақ үш фазалық қ.т-ды зерттеу қарапайым болғандықтан және де олардан басқа симметриясыз қысқа тұйықтауға өту оңай болғандықтан бірінші қаралатын үш фазалық қ.т.

Қысқа тұйықтаудың себептері электр жүйелерінде әр-түрлі. Бірінші кезекте олардың оқшауламалары атмосфералық, ал жоғары кернеулі тораптарда коммутациялық асқын кернеулерінің себебінен бұзылады. Оқшаулама тағы да өзінің ескіргеніне, механикалық зақымдарға, мал мен құстардың зақымдарына байланысты нашарлайды. Бір қатар қ.т. тудыратын жұмыс персоналының қателері. Электр қондырғысын пайдалану неғұрлым жақсы ұйымдастырылған болса, соншама ондағы қ.т. сирек болады. Бірақ оларды алаңсыз жою мүмкін емес, сондықтан жабдықтарға зақым келмес үшін тиісті шараларды қолданған дұрыс.

Қысқа тұйықтауларда үлкен токтардың себебінен ток өткізетін бөлшектердің температурасы көтеріліп кетуі және өткізгіш пен оқшауламалар зақымдалуы мүмкін. Бұл жағдайда дамитын электрдинамикалық күштер электр жабдығын бұзуы мүмкін. Қысқа тұйықтаудағы кернеудің төмендеуі белгілі уақытқа созылғанында электрқозғалтқыштарының тоқтауына алып келеді (опрокидывание). Магистралдық тораптарда қ.т. электр жүйелерінің орнықтылығын бұзады, бұл күрделі және ұзақ түзетілетін апат. Сонымен, қ.т. теріс әсерлерін азайту үшін қ.т.т. есептей білу керек.

Шынында, қ.т.т. қызу және электрдинамикалық әсерлерін бағалау үшін және де кернеудің төмендеуінің деңгейін анықтау үшін белгілі нүктедегі қ.т.т. максималды мүмкін шамаларын білу керек. Бірақ релелік қорғаныс әсерлерін есептеу үшін, оның ойдағыдай жұмыс атқаруы үшін қ.т.т. минималдық мәндерін де анықтау қажет екен.

Қ.т.т. максималдық мәндерін белгілі жерде табу үшін келесі негізгі шарттарды қабылдайды:

1) барлық қорек көздері қосылған және жүктемелері нақты (номиналды) деңгейде;

2) электрстанциялардың барлық синхронды генераторларында ҚАР (АРВ) және қоздырудың жеделдеткіштері (форсировка возбуждения) бар;

3) тораптың әр сатысының есептелінген кернеуі номиналдыдан 5% жоғары;

4) магниттік жүйелер қанықпаған;

5) жүйенің барлық элементтерінің тек қана индуктивтік кедергісін ескереді. Активтік кедергі ескеріледі, егер ол индуктивтік кедергінің 33 % асса. Сондықтан ол тек қана электр желілерінің кішкентай көлденең қималы сымдары үшін ескеріледі, әсіресе болат сымдар үшін;

6) трансформаторлардың магниттеу токтарын ескермейді, яғни олардың орын ауыстыру сұлбалары бір индуктивтік кедергіден тұрады;

7) қ.т. орнында кедергіні нөлге теңейді;

8) қ.т. уақытында электростанция жанындағы генераторлардың айналу жиілігі өзгермейді.

Шфазалы қ.т. тізбегі элементтерінің көрсеткіштері. Оларды кернеудің бір сатысына келтіру. Есептеу сұлбаларын құрастыру және оларды қарапайым түрге келтіру. Салыстырмалы бірліктер әдісі

Қ.т.т. есептеу үшін электр торабының кез келген сұлбасын оның қарапайым түріне келтіру керек.

Онда қ.т.т.

І_к =E_э /√3Z_э,

мұнда E_э, Z_э – э.қ.к. пен кедергілердің балама (эквиваленттік) мәндері. Күрделі емес сұлбалар үшін оларға кіретін шамаларды аталған бірліктермен (именованные единицы) өрнектеуге болады.

Қ.т. тізбегінің сұлбасы

Суреттегі қ.т. тізбегінің сұлбасына генератор, екі трансформатор және екі желінің екі айланы (участок) кіріп отыр. Сұлбаның әрбір элементі өзінің Z кедергісімен сипатталады. Сұлбаның балама кедергісін табу үшін барлық кедергілерді базистік деп аталатын бір кернеуге келтіру керек. U_б базистік кернеу деп бір сатының номиналды мәнінің 1,05 – ке көбейтілген шамасын қабылдайды (6,3; 10,5; 21; 37 кВ және т.б.).

Келтірілген шамалар келесі формулалармен анықталады

; ;

Бұл формулаларда U_б – берілген сатының 1,05 – ке көбейтілген номиналды кернеуі. Сұлбаның балама келтірілген кедергісі

Аталған бірліктердің көмегімен күрделі сұлбаларды түрлендіру ыңғайсыз. Бұл жағдайда шамаларды салыстырмалы бірліктермен өрнектейді. Негізгі базистік бірлік ретінде S_б базистік қуатын қабылдайды, оның мәнін еркін қабылдайды. Екінші базистік бірлік ретінде U_б кернеуін қабылдайды. Әдетте әрбір сатыға оның базистік бірлігіне сатының 1,05 – ке көбейтілген нақты кернеуі қабылданады, сөйтіп жүйеде қанша кернеу сатысы болса, сонша базистік кернеу болады.

Базистік қуат

S_б = √3U_бІ_б;

базистік ток

І_б = S_б /√3U_б;

Базистік кедергі

Z_б = U_б/√3І_б= U_б²/√3U_бІ_б= U_б²/S_б.

Базистік шарттарда келтірілген салыстырмалы шамалардың мәнін келесі формулалармен анықтайды:

Е_*(б) = Е/Е_б;

U_*(б) = U/ U_б;

I_*(б)=I/I_б;

S_*(б)=S/S_б=√3UІ/√3U_бІ_б= U_*(б) I_*(б);

Z_*б =Z/Z_б=(√3І_б/ U_б)Z=(S_б/U_б²)Z=(√3І_б/ U_б)(U/√3І)= U_*(б)/I_*(б).

Электр машиналары мен аппараттары үшін паспорттарындағы кедергі олардың номиналды қуатына қатынасы салыстырмалы бірліктерде жиі беріледі

Z_*(н) =Z/Z_н=Z√3I_н/ U_н=Z(S_н/ U_н²).

Осыдан Z= Z_*(н)(U_н/√3I_н)= Z_*(н)(U_н²/ S_н).

Онда базистік қуатқа келтірілген салыстырмалы бірліктердегі кедергі

Z_*(б)=Z/ Z_б= Z_*(н)(I_б/ I_н)(U_н/ U_б)= Z_*(н)(S_б/ S_н)(U_н²/ U_б²).

Жалпы жағдайда Е₁ =Е₂ =Е₃. Суретте балама өткізгіштік

1/Z_э=1/Z₁+1/Z₂+1/Z₃=Y_э= Y₁+ Y₂+ Y₃,

ал балама ток

І_э= І₁+ І₂+ І₃,

осыдан

(Е_э-U_A)/ Z_э=(Е₁-U_A)/ Z₁+(Е₂-U_A)/ Z₂+(Е₃-U_A)/ Z₃,

түрлендіріп

Е_э(1/Z_э)= U_A(1/Z_э-1/Z₁-1/Z₂-1/Z₃)+Е₁(1/Z₁)+ Е₂(1/Z₂)+ Е₃(1/Z₃)

немесе

(1/Z_э-1/Z₁-1/Z₂-1/Z₃) = 0,

онда балама э.қ.к.

Е_э =

Генератордан басқа қ.т. тізбегінде тек қана үш түрлі элемент бар: трансформаторлар, ауа немесе кабель желілерінің сымдары және реакторлар. Олардың кедергілерін былай анықтайды.

Екіорамды трансформаторлардың орын ауыстыру сұлбасы қарапайым (магниттеу токтарын ескермесе).

Номиналды қуатқа қатынасты салыстырмалы бірліктердегі трансформатордың жалпы кедергісі тең

Z_*(н)= u_k % / 100,

мұнда u_k% - трансформатордың қысқа тұйықталу кернеуі.

Z_к=U_k/I_1н, х_к= z_к= u_k%.

х индуктивтік кедергісінен r активтік кедергісі аз болғаннан соң

х_*(н)≈ Z_*(н)= u_k%/100.

Базистік қуатқа келтірілген салыстырмалы бірліктердегі трансформатордың кедергісі тең

х_*(б)= х_*(н)(S_б/ S_н)(U_н²/ U_б²).

Ауа желілері және кабельдердің бір километр ұзындыққа шағылған х_о индуктивтік кедергілері сымдардың көлденең қималарынан тәуелділігі аз, кернеуі 0,38 кВ ауа желілері үшін оларды 0,35 Ом/км, кернеуі 6...220 кВ – 0,4 Ом/км қабылдайды. Осыған сәйкес кабельдер үшін 6...10 кВ кернеулерінде – 0,08 Ом/км және 35 кВ – 0,12 Ом/км. Осы элементтердің r_o активтік кедергілерін олардың көлденең қималарына, сымның материалына сәйкес анықтауға болады.

Базистік қуатқа келтірілген салыстырмалы бірліктердегі ауа желісі сымының немесе кабельдің жалпы кедергісі тең

Z_*(б)=Z_оl(S_б/ U_б²),

мұнда 1- сымның ұзындығы.

Қ.т.т. азайту үшін электр торабына тізбектеліп қосылатын болат өзекшесі жоқ шарғыларды реактор деп атайды. Олардың кедергісі негізінен индуктивтік, ал активтік құрандысын ескермейді. Реактордың кедергісі оның номиналды қуатына немесе номиналды тогына қатынасты салыстырмалы бірліктерде беріледі. Базистік қуатқа келтірілген салыстырмалы бірліктердегі осы шама тең

х_*(б)= х_*(н)(S_б/ S_н)(U_н²/ U_б²)= х_*(н)(I_б/ I_н)(U_н/U_б).

Шектелмеген қуатты жүйеден қоректену кезіндегі қ.т.т. есептеу. Жүйе көрсеткіштерін анықтау. Қуатты энергия жүйесінен қоректенетін тораптардағы симметриялы және симметриялы емес қ.т.т. есептеу реті. Кернеу 1 кВ дейінгі тораптардағы қ.т.т. есептеу ерекшеліктері

R, L тізбегі үшін келесі дифференциалдық теңдеу әділ

u = ir + L(di/dt).

Осы теңдеуді шешу қ.т.т. табуға мүмкіндік береді

i_к= (U_max/Z)sin(ωt+α-φ_k)+Ke^-(r/L)t=I_пmaxsin(ωt+α-φ_k)+Ke^-(r/L)t=i_п + i_а,

мұнда α – тізбекті U кернеуіне қосу фаза бұрышы; φ_k ≈90^о - i_к қ.т.т. мен u кернеуінің арасындағы ығысу бұрышы, К – бастапқы шарттардан анықталатын тұрақты.

i_к екі бөліктен тұрады - i_п периодтық синусоидалы құраушыдан және i_а апериодтық басылатын экспоненциалдық құраушыдан. Апериодтық құраушының экспоненциалдық қисығы уақытының тұрақтысы

Т_а = L/R = x/ωr,

онда

i_к= i_п + i_а = I_пmaxsin(ωt+α-φ_k)+ i_аoe^-t/Ta.

Периодтық құраушының қисығы I_пmax=const синусоида болып табылады, өйткені кернеудің деңгейі тұрақты деп есептелінеді U_max= const. Апериодтық құраушының қисығы экспонентамен басылады. Қ.т.т. уақыт өсіне қарағанда симметриясыз. Оның симметриясының қисықсызықты өсі болып табылатын апериодтық құраушының қисығы. Апериодтық қисық жойылғаннан кейін қ.т.т. қисығы өзінің периодтық құраушысымен қосылып кетеді.

Тұйықталудан жарты период уақыты өткеннен кейін, яғни t =0,01 c, қ.т.т. лездік мәнінің ең үлкен шамасы байқалады, бұл шаманы орысша «ударный ток», қазақша соққылық ток дейді

і_соқ = I_п.maxsin(180^o+0-90^o) + I_п.maxsin(1+e^-0,01/Ta) =k_соқI_п.max.

k_соқ коэффициенті қ.т.т. максималдық мәнінің өзінің периодтық құраушысының максималдық мәнінен қанша артық екенін көрсетеді. k_соқ коэффициенті 1 мен 2 арасында өзгереді. Әдеттегі тораптарда k_соқ =1,8.

Ауыл шаруашылық тораптары үшін k_соқ =1,8, егер кернеу 110 кВ және жоғары, 35 кВ және 10 кВ ҚС үшін k_соқ =1,5. 10 және 0,38 кВ тораптарындағы қ.т. k_соқ =1.

Іс жүзінде есептерге қажеті қ.т.т. ең үлкен әсерлік мәні

І_соқ= І_п√1+2(k_соқ-1)²,

мұнда І_п – қ.т.т. периодтық құраушысының әсерлік мәні.

Осы уақытқа дейін қ.т. жағдайында кернеудің мәні өзгерген жоқ. Бұл жағдай тек қана торап шектелмеген қуатты жүйеден қоректенсе ғана мүмкін. Егер қ.т. электрстанциясының маңында болса, онда қ.т.т. синхронды генераторға жасаған әсерінен, оның орамдары реакциясының әсерінен генератордың қысқышындағы кернеу өзгереді.

Синхронды генератордың бір фазасын шамамен мынадай сұлбамен бейнелеуге болады.

Бұл сұлбада бойлық кедергілер берілген:

х_σ – статор орамының сейілу реактивтігі;

х_а - статор орамының реакция реактивтігі;

х_σв – қоздыру орамының сейілу реактивтігі;

х_σтын – тыныштандырғыш орамының сейілу реактивтігі;

Қ.т. бірінші кезеңінде магнит ағыны машинаның барлық орамында пайда болады. Жалпы реактивтік кедергі сұлбадағы екі ажыратқыш қосылып тұрған жағдайына анықталады. Бұл кедергіні аса өтпелі (сверхпереходный) деп атайды

x _г¹¹ = х_σ+1/[(1/x_a)+(1/ х_σв)+(1/ х_σтын)].

Секундтың жүзден бір үлестерінде тыныштандырғыш орамындағы магнит ағыны басылады. Бұл сұлбада х_σтын реактивтігінің ағытылып қалуына сәйкес. Онда генератордың кедергісін өтпелі, дейді

x _г¹ = х_σ+1/[(1/x_a)+(1/ х_σв)].

Соңында, 2...5 с кейін қоздыру орамында да магнит ағыны басылады, машина стационарлық режимге көшеді, оның кедергісі синхронды ға тең

x _г = х_σ+x_a.

Аса өтпелі кедергі өтпеліден кем, өтпелі синхрондыдан аз.

x _г¹¹ <x _г¹ <x _г.

Қуаты 50...100 МВА турбогенератор үшін бұл қатынас мынандай

0,125 < 0,21 < 1,72.

Қысқа тұйықтаудың бастапқы сәтінде аса өтпелі ток пайда болады

І¹¹ = Е¹¹/∑х_*¹¹

мұнда ∑х_*¹¹ – қ.т. нүктесіне дейінгі аса өтпелі реактивтіктердің қосындысы.

Қ.т.т. ең үлкен әсерлік мәні

І_қ = І¹¹√1+2(k_соқ-1)².

Осы диаграммадан

Е_о¹¹≈U_o+I_ox¹¹sinφ_o.

Синхронды турбогенераторлар үшін аса өтпелі э.қ.к. қысқа тұйықтаудың басында Е_о¹¹=1,13. Ауылшаруашылық тораптарында асинхронды қозғалтқыштардың қысқа тұйықтауға қосымша ток беретіні ескерілмейді, өйткені олардың тогы тез басылады.

Барлығы дерлік ауыл тораптары қуатты энергия жүйелерінен қоректенеді. Бұл жағдайда электрстанциялардың генераторларынан қ.т. нүктесіне дейін салыстырмалы бірліктерде алғанда кедергі әлде қайда үштен көп. Сондықтан мұнда есептеу қисықтарын қолданбайды, ал қ.т.т. Ом заңымен анықталады

І¹¹= І¹=І_∞= І_к=U/√3Z_∑, мұнда U – ауыл торабы қосылған шинадағы кернеу.

Салыстырмалы бірліктердегі қ.т.т.

І_*к(б)=1/ z _*∑(б).

Егер жүйеге қосылған жердегі қ.т. қуаты S_к.с немесе тогы І_к.с белгілі болса, онда қ.т.т. дәлірек табуға болады. Бұл жағдайда жүйенің кедергісі аталған бірліктерде анықталуы мүмкін

Х_с = U/√3 І_к.с= U²/ S_к.с,

ал салыстырмалы бірліктерде

Х_*с(б) = 1/І_*к.с(б)=1/ S_*к.с(б).

Жүйенің кедергісін таза индуктивтік деп қабылдаймыз, өйткені оның активтік кедергісі аз. Онда қ.т.т. ауылдық жерде шамамен тең

І_*(б) ≈ 1/(х_*с(б)+ z _*∑(б)).

Егер энергия жүйесіне қосылған тұстағы қ.т.т. белгісіз болса, онда ажыратқыштың типін біліп, каталогтан оның ағыта алатын шекті қуатын біліп, оны біршама үлкейтіп қосылған жердегі қ.т.т. қуатына қабылдауға болады.

Жоғарыда айтылғандай, энергия жүйесіне қосылған тораптарда қ.т.т. деңгейі ауа желілері сымдарының кедергілерінен тәуелді. Түрлі-түсті металдардан жасалған сымдар үшін олардың көлденең қимасына қарай активтік кедергілерін ескеру керек, сосын жалпы кедергінің модульдік мәнін табу керек.

Электр тораптарында жиі болатын симметриясыз қ.т., олардың ішінде көбірек назар аударылатындары екі- және бірфазалы. Соңғылары кернеуі 380/220 В және 110 кВ бейтарабы жерге тұйықталған ауылдық үшфазалық тораптарда болуы мүмкін, өйткені кернеуі 6...35 кВ тораптарда бейтараптары жерден оқшауланған.

Симметриялы құраушылар әдісі

Симметриясыз қ.т.т. симметриялы құраушылар әдісімен анықтауға болады. Бұл әдісте симметриясыз қ.т.т. мен кернеулерін есептеуді бір фиктивтік (жалған) үшфазалық қ.т. шамаларын есептеумен ауыстырады. Сондықтан жоғарыда берілген симметриялы қ.т. туралы материалды толық қолдануға болады.

Торап үшін тура z_тура, кері z_кері және нөл реттілігі z_о белгілі болсын. Онда торапта әртүрлі реттілік кернеулерінің құлаулары төмендегідей болады

∆ _тура = _{тура тура};

∆ _кері = _{кері кері};

∆ _о = _{о о};

Қ.т. орнында кернеудің симметриялы құраушылары

_к.тура = _∑ - _к.тура z_тура∑;

_к.кері = 0 - _к.кері z_кері∑;

_к.о = 0 – _к.о z_о∑.

Бұл формулада Е_∑ - генераторлардың э.қ.к.; z_тура∑, z_кері∑, z_о∑ - әртүрлі реттілік сұлбаларының қосынды кедергілері; I _к.тура, I_к.кері, I_к.о – қ.т.т. симметриялы құраушылары.

Есептегенде қандай болмасын қ.т. генератордың э.қ.к. симметриялы, яғни оның кері және нөл реттіліктері жоқ. Әртүрлі реттілік кедергілерін анықтағанда мынаны еске сақтау керек: z_тура – торап элементтерінің әдеттегі біздің осы уақытқа дейін пайдаланған кедергілері; z_кері трансформаторлар мен сымдар үшін олардың тура реттілік кедергілеріне тең, z_кері = z_тура.

Генераторларда кері реттілік кедергісін келесі мәндерге теңеуге болады:

х_кері ≈ 1,45х¹ – тыныштандырғыш орамы жоқ машиналар үшін;

х_кері ≈ 1,22х¹¹ – тыныштандырғыш орамы бар машиналар үшін.

Барлық элементтердің нөл реттілік кедергілерінің тура реттілік кедергілерінен айырмашылығы бар. Екіорамдық трансформаторларда олар орамдардың сұлбасынан тәуелді. Ауылдық тораптарда кең тараған «жұлдыз – нөлі бар жұлдыз» және «жұлдыз - үшбұрыш» сұлбалары үшін нөл реттілігі орын ауыстыру сұлбасы төменде келтірілген.

Бірінші сұлба үшін х_о = х_ІІ + х_μо = (х_тура/2) + х_μо, мұнда х_ІІ – екіншіреттік орамның кедергісі; х_μо – трансформатордың нөл реттілігі магниттеу тізбегінің кедергісі.

Үшфазалы үш сырықты трансформаторларда нөл реттілігі магнит ағындары трансформатордың құрсауы және ауа арқылы тұйықталады. Сондықтан нөл реттілігі х_μо кедергілері х_{μ тура} тура реттілік кедергілерінен кем. Стандартты трансформаторлар үшін х _{*μо (н)} = 0,3...1,0.

Екінші сұлба үшін х_о = ∞. Үшбұрыш нөл реттілігін өткізбейді. Ауа желілері үшін нөл реттілігі кедергілері кестеде келтірілген.

Ауа желісі	Кедергі, Ом/км
Троссыз	Болат троспен

Бірізді 3,5х_тура 3х_тура

Екіізді 5,5х_тура 4,7х_тура

Үшсымды кабельдер үшін нөл реттілігі кедергісі шамамен тең

х_о = (3,5...4,6) х_тура. Синхронды генераторлар үшін х_о = (0,15...0,6) х¹¹.

Әртүрлі қ.т. үшін жалпы өрнекті табады

Бұл теңдеудің коэффициенттері кестеде берілген.

 

Қ.т. түрі	Коэффициенттер
m(n)	Z

Үшфазалы 1 0

Екіфазалы Z_{кері Σ}

Бірфазалы 3 Z_{кері Σ} + Z_оΣ

Тораптың генератордан басқа элементтерінің кері реттілік кедергілері тура реттілік кедергілеріне тең. Сондықтан, егер қ.т.т. энергия жүйесінен қоректенетін торапта болса, онда генераторлардың жалпы тізбектегі кедергісі ескерілмейді, z_тура∑ = z_{кері Σ}.

Сонда екіфазалық қ.т.т. үшфазалық қ.т.т. қатынасы тең

Онда үшфазалық қ.т.т. білсек, екіфазалық қ.т.т. табуға болады. Бірфазалық қ.т.т. үшфазалық қ.т.т. қатынасы тең

Генераторға жақын жерде қ.т. болса

Z

380 В ауылдық электр тораптарының бейтараптарын жерге қатаң тұйықтайды. Сондықтан оларда үш-, екі- және бірфазалы қ.т.т. болуы мүмкін. Үш -, екіфазалық қ.т.т. жоғарыдағы әдістермен анықталады. Релелік қорғаныстың сенімді жұмыс істеуі үшін қ.т.т. өте аз мәндерін табу қажет. Кернеуі 380/220 В тораптар үшін бұл бір фазалы қ.т.т. және де қ.т.т. ең аз мәні ауа желісінің ең қашық нүктесінде болады (есептейтін нүкте).

Z₁₀ ≈ 0, онда бірфазалық қ.т.т.

I_к⁽¹⁾ = 3U_ф/(Z_тура.т+Z_кері.т+Z_от+Z_{тура 0,38}+Z_{кері 0,38}+Z_0,38).

«Фазалық сым – нөлдік сым» тұзағының кедергісі

Z_тұзақ = (Z_{тура 0,38}+Z_{кері 0,38}+Z_0,38)/3.

Сондықтан бірфазалы қ.т.т. шамамен анықталады

I_к⁽¹⁾ = 3U_ф/(Z_т + 3Z_тұзақ) = U_ф/[(Z/3)+Z_тұзақ],

мұнда Z_т – трансформатордың тұрқыға тұйықталатын токқа жасайтын толық кедергісі.

«Фаза – нөл» тұзағы үшін индуктивтік кедергі (түрлі – түсті металдар) 0,6 Ом/км деп қабылданады, болат сымдар үшін сыртқы индуктивтік кедергіде 0,6 Ом/км тең. Апаттық айланды сенімді ағыту үшін бірфазалық қ.т.т. үш есе автоматтық ажыратқыштың номиналды тогынан басым болуы керек.

Егер автомат тек электрмагниттік ажыратқыштан тұрса, онда бұл ток автоматтың ұстамасынан 1,4 шамасынан төмен болмау керек. Егер қ.т.т. қорғаныстың іске қосылуына жеткіліксіз болса, онда сымның көлденең қимасын үлкейтеді, немесе – трансформатордың қуатын.

Жергілікті (резервтік) электрстанцияларынан қоректенетін тораптардағы қ.т.т. есептеу. Бейтарапты жерлендіру тәсілдері. Бейтарабы оқшауланған жүйедегі жерге тұйықталу. Жерге тұйықталу тогын өтемдеу

Егер қ.т. электрстанциясының жанында болса, онда қ.т.т. есептеу қисықтарымен анықтауға болады. Мұнда қ.т. орнындағы токты, қалдық кернеуді табуға болады. Әдістің негізінде қарапайым сұлбаға салынған есептеу қисықтары қолданылады.

Есептеу қисықтары х _есеп = х^'' +х_Σ есептеу кедергілерінен қ.т.т. периодтық қосындыларының тәуелділігі болып табылады. Суретте генератор толық жүктеме қабылдаған, қуат коэффициенті 0,8. х балама кедергісі бар қ.т. болатын тармақта тұйықталудың алдында жүктеме жоқ.

Егер салыстырмалы есептеу кедергілері (х _*есеп >1) үлкен болса, онда барлық генераторларға жалпы есептеу қисықтарын тұрғызуға болады. Қ.т.т. есептеу қисықтарымен табу үшін есептеу кедергісін анықтау керек

х _*есеп = х^'' _*(б) + х _{*Σ (б)}.

Бұл кедергіні сұлбадағы барлық генераторлардың номиналдық қуатына келтіреді

х _{*есеп (н)} = х _{*есеп. (б)}(ΣS_н/S_б).

Сосын есептеу қисықтарынан берілген t уақытына байланысты генераторлардың қосынды номиналды тогына қатынасты салыстырмалы бірліктердегі қ.т.т. І_*п(н) периодтық құраушыларын табады. Генераторлық кернеуде қ.т.т. абсолюттік мәні тең

І_п = І_*п(н) = І_н.

Сұлбаның кез келген басқа сатысы үшін токтың күші осы саты кернеуінің генераторлық кернеуге қатынасына кері пропорционалды. Егер есептеу кедергісі х _{*есеп (н)} > 3, яғни қ.т. станциядан қашық, онда уақыт аралығында қ.т.т. периодтық құраушысы іс жүзінде өзгермейді

І_п^'' ≈ І_пt = І_{п ∞}.

Онда есептеу қисықтарын қолдануға болмайды. Қ.т.т. былай анықтайды

І^''_*п(н) = І_*пt(н) = І_*п∞(н) = U_*(н)/х_*Σ(н) = 1/ х_*Σ(н).

Ауыл сустанцияларының кіші генераторлары үшін (қуаттары 100...1500 кВА) проф. М.С.Левин есептеу қисықтарын тұрғызған. Бұл генераторлар үшін х _*есеп есептеу кедергісінің шекті мәні 2,5. Егер сұлбада елеулі активтік кедергі болса, онда есепті генераторлардың номиналдық қуатына келтірілген z _*есеп жалпы есептеу кедергісімен жүргізеді. Барлық генераторлардың қуатын қосып, бәрін бір генератор деп есептеп, қ.т.т. есептеу қисықтарымен анықтағанды жалпы өзгеріспен есептеу, дейді. Бұл әдісті қолдануға болмайды, егер сұлбада қуаты шектелмеген энергия көзі болса. Жалпы өзгеріспен есептеу мүмкін емес қатені тек қана электрэнергия көздерінің әртүрлі типтерінде ғана емес, қ.т. нүктесі біртиптес генераторлардан әртүрлі қашықтықтарда болғанда да береді.

Мысалы, сұлбада үш генератор және үш қ.т. нүктесі бар. Қ.т. К1 болғанда үш генераторда одан бірдей қашықтықта, есепті жалпы өзгеріс әдісімен шығаруға болады. К2 – де де бірнеше қатемен есептеуге болады, К3-те аталған әдіс үлкен қате береді. Бұл жағдайда есепті дербес өзгеру әдісімен жүргізеді, яғни жағдайлары бірдей бір генератор немесе генераторлардың тобына бөлек есеп жүреді, сосын шыққан шамаларды қосады.

0,38 кВ, 110 кВ және жоғары кернеулерде бейтарапты қатаң жерлендіру (глухое заземление) қолданылады. Бейтарапты қатаң жерлендіру тораптарындағы кез келген жерге тұйықталу бірфазалық қ.т. болып табылады, сондықтан оны әдеттегі әдіспен санайды.

Кернеуі 6-дан 35 кВ дейінгі электр тораптарында бейтарап жерден оқшауланған. Мұндай тораптарда фазалық сымның жермен жалғанғаны қ.т. емес, оны жерге тұйықталу,- дейді (замыкание на землю).

Егер жерге тұйықталу орнындағы өтпелі кедергі нөлге тең болса, зақымдалған фазаның жермен салыстырғандағы кернеуі нөлге теңеледі де, ал басқа аман фазалардың кернеуі √3 есе өсіп, фазааралық (желілік) кернеуге теңеледі. Жерге қарағанда ауа желісі сымдарының сыйымдылығы бар, сол арқылы жерге сыйымдылық тогы ағады. Бұл токтың күші көп емес, шамамен бірнеше немесе ондаған ампер, бірақ кейбір мезгілдерде жағымсыз жағдай тудыруы мүмкін. Сондықтан бұл токтардың тудыратын мүмкін қауіптерін бағалау үшін олардың күшін анықтай білу керек.

Бейтарабы оқшауланған үш фазалық торапты қарастырайық. Жерге қарағанда фазалық сымдардың сыйымдылықтары шамамен тең: с_А = с_В = с_С, онда осы сыйымдылықтар арқылы өтетін токтар тең (І_А= І_В= І_С) және өзара 120^о-қа ығысқан. Олай болса, олардың геометриялық қосындысы нөлге тең, жерде ток жоқ.

10.4 сур- Бейтарабы оқшауланған тораптың сұлбасы мен токтарының векторлары

А фазасы жерге тұйықталғанда, оның кернеуі жерге қарағанда нөлге теңеледі: І_А¹ = 0. Басқа екі фазада кернеу √3 есе өседі, ал токтары І_В¹, І_С¹ токтардың геометриялық қосындысы болып табылады. «В» және «С» фазаларындағы токтың абсолюттік мәні

Жердегі ток фазалардағы токтардың геометриялық қосындысына тең

Егер І_А¹ = 0, векторлық диаграммадан:

мұнда ω = 2πf = 314 - бұрыштық жиілік, с_А=с_оl. Ауа желілерінікі с_о=5,4*10^-3 мкФ/км, с_о=(190...220)10^-3 мкФ/км.

І_з-ң формуласына берілген деректер қойылса

Ауа желілері үшін І_з = Ul / 350,

кабель тораптары үшін І_з = Ul / (10...12),

мұнда U-желілік кернеу, кВ; l - осы кернеудегі желілердің жалпы ұзындығы; І_з- ток, А.

Жерге тұйықталу тогының күші келесі мәндерден аспау керек:

Кернеу, кВ Жерге тұйықталу тогы, А

6 30

10 20

20 15

35 10

Темірбетон немесе темір тірегі бар кернеуі 6...35 кВ электр тораптарында жерге тұйықталған ток 10 А аспау керек.

Егер жерге тұйықталу тогы көрсетілген шамалардан аспаса желіні тез ағытудың қажеті жоқ, ол зақымдалған айлан табылып, ағытылғанша жұмыс істей береді. Әдеттегі жағдайда бұған екі сағат уақыт беріледі. Егер токтар көрсетілген шамалардан асса, жерге тұйықталу орнында орнықты кезектескен (перемежающаяся) доға пайда болуы мүмкін. Бұл доға жүйенің жиілігімен немесе оданда жоғары жиілікпен жанып-сөнеді. Осыған байланысты торапта 3 - 4 есе номиналдық кернеуден асатын асқын кернеулер пайда болады. Бұл әсіресе 35 кВ тораптарының оқшауламалары үшін аса қауіпті.

Одан да басқа доғаның қызу әсерінен тұйықталған жерде оқшауламаның зақымдалуы, темірбетон тіректерінің бұзылуы, ағаш тіректерінің жану қаупі туады. Осының себебінен жерге тұйықталу фазалардың қысқа тұйықталуына айналып кетуі мүмкін, әсіресе кабельдерде.

Сыйымдылық болып табылатын жерге тұйықталған токты азайту үшін доғасөндіргіш деп аталатын трансформатордың бейтарабы мен жердің арасына индуктивтік катушка қосады. Катушканың индуктивтік тогы жерге тұйықталудың сыйымдылық тогын толық өтемдеуге мүмкіндігі бар, тіпте-асыра өтемдеуге де. Бейтараптары жерге индуктивтік доғасөндіргіш катушкалар арқылы жалғанған тораптарды өтемделген дейді.

35 кВ кернеудегі ауа ауыл тораптарын кейбір жағдайларда өтемдеу қажет, ал 6...20 кВ тораптарды көп жағдайда- қажеті жоқ.

Кабель тораптарында жерге тұйықталу токтары сондай ұзындығы бар ауа тораптарымен салыстырғанда 30...35 есе көп, сондықтан кабель тораптарын 6 кВ бастап өтемдеуге тура келеді.

Доғасөндіргіш шарғы арқылы бейтарабы жерлендірілген

үшфазалық тораптар

6...35 кВ тораптарында жерге тұйықталу токтарын азайту үшін типі ЗРОМ доғасөндіргіш шарғылары арқылы бейтараптарды жерлендіру қолданылады (13.2 сур.). Бұл шарғылардың орамдары кезектесетін ауа саңлаулары бар құранды магнит өткізгішінде орналасқан (13.3 сур.).

 

13.2 сур-Бейтарабы доғасөндіргіш шарғы арқылы жерлендірілген үшфазалық торап

Орамдар мен магнитөткізгіш маймен толтырылған бакте жайғасады. ЗРОМ шарғылары тұрғынжай мен ашық ауада қондыруға арналған. Өтемдеуді бабына келтіру үшін шарғының индуктивтік кедергісін реттеу орамның тармақтарын қолмен ауыстырып қосып жасалынады. Реттеудің шектері 1:2, барлығы бес тармақ бар.

 

13.3 сур-ЗРОМ доғасөндіргіш шарғысының құрылғысы:

1-орам; 2-өзекше; 3-тұрқы

Жұмыстың қалыпты режимінде шарғыда ток жоқ. Бір фазаның толық жерге тұйықталғанында шарғыда фазалық кернеу пайда болады, және жерге тұйықталған орында I_С сыйымдылық тогымен қатар шарғының I_L индуктивтік тогы ағады (13.2 сур.). Индуктивтік және сыйымдылық токтарының фаза бойынша 180^о айырмашылығы болғасын, жерге тұйықталған орында олар бір-бірін өтемдейді. Егер I_С= I_L, онда жерге тұйықталған орыннан жерге қарай ток өтпейді.Осының арқасында

зақымдалған орында доға болмайды және оған байланысты қауіпті жағдайлар жойылады.

Торап үшін доғасөндіргіш шарғылардың қосынды қуаты өрнектен анықталады

Q=nI_сU_ф,

мұнда n-тораптың дамуын ескеретін коэффициент, шамамен n=1,25; I_с-жерге тұйықталудың толық тогы, А; U_ф-тораптың фазалық кернеуі, кВ.

Q есептелген мәні бойынша каталогтан қажетті номиналды қуаттың шарғысын таңдайды. Доғасөндіргіш шарғылардың болуы әсіресе қысқа мерзімді жерге тұйықталуларда құнды, өйткені мұнда доға тұйықталған орында сөнеді де желі ағытылмайды. Өзінің негізгі қасиеттерімен бұл тораптар бейтараптары оқшауланған тораптарға ұқсас.

Бейтараптары қатаң жерлендірілген үшфазалық тораптар

Бейтарапты қатаң жерлендіру кернеуі 110 кВ және жоғары, және де 1000 В төмен тораптарда қолданылады. 110 кВ және жоғары қондырғыларда оқшаулама құнының жәйті бейтарапты жерлендіру әдісін таңдағанда шешуші болып табылады.

Бейтарабы қатаң жерлендірілген торапта бір фаза жерге тұйықталғанда жермен аз кедергілі қоректің бейтарабы арқылы қысқа тұйықталған контур пайда болады, оған фазаның э.қ.к. қосылған (13.4 сур.). Үлкен токтар ілесетін қысқа тұйықтау режимі туындайды. Жабдықты зақымдамау үшін үлкен токтардың ұзақ ағуы мүмкін емес, сондықтан қысқа тұйықтауларды релелік қорғаныс тез ағытып тастайды. Зақымдалмаған фазалардағы жерге байланысты кернеу мұнда фазалық мәнінен аспайды.

13.4 сур-Бейтарабы жерлендірілген үшфазалық торап

Сонымен, бейтарапты қатаң жерлендірудің негізгі құндылығы болып табылатыны оқшауламаны жерден аздау кернеуге жасаудың есебінен

электрқондырғылар арзандайды. Бейтарапты қатаң жерлендіргенде кезектесетін доғалар тудыратын асқын кернеулерде жойылады.

Бейтараптың қарастырылып отырған режимінің сонымен қатар біршама кемшіліктері бар. Олардың біріншісі электрқондырғы әрбір бірфазалық қысқа тұйықтауда ағытылады. Кернеуі 110 кВ және жоғары электр тораптарында бірфазалық зақымдардың едәуір бөлігі кернеу алынғаннан кейін жойылатынын айту керек. Мұндай жағдайларда автоматты қайта қосу (АҚҚ) құрылғылары тиімді, олар релелік қорғаныс құрылғыларынан кейін іске қосылып, қысқа уақытта тұтынушылардың қорегін қалпына келтіреді.

Екінші кемшілік-таратушы құрылғыларда жасалатын жерлендіру контурының қымбаттауы, бұл кейбір жағдайларда күрделі инженерлік құрылыс болып кетеді.

Үшінші кемшілік-бірфазалық қысқа тұйықтау тогының едәуір шамасы, ол кейбір жағдайларда үшфазалық қысқа тұйықтау тогынан да асып кетуі мүмкін. Бұл токтарды азайту үшін, тиімді болса, кейбір бейтараптарды жерден оқшаулайды (негізінде 110 кВ тораптарында).