При выполнении практических расчетов токов КЗ в СЭС принимают ряд допущений [8, 25].:
- принимается, что рассматриваемая трехфазная сеть является симметричной;
- не учитываются токи нагрузки, в том числе влияние мелких синхронных и асинхронных двигателей;
- не учитываются емкостные токи (емкостная проводимость) в воздушных и кабельных сетях;
- не учитываются токи намагничивания в трансформаторах;
- индуктивные сопротивления короткозамкнутой цепи принимаются постоянными (не учитывается насыщение магнитных систем трансформаторов).
В целом расчет токов короткого замыкания необходим для выбора и проверки оборудования по условиям короткого замыкания; для выбора уставок и оценки возможного действия релейной защиты и автоматики (РЗА); для определения влияния токов нулевой последовательности на линии связи; для выбора заземляющих устройств.
Для выбора и проверки оборудования допускается использовать упрощенные методы расчета, если их погрешность не превышает 5 – 10 %[25]. В этом случае определяются:
- начальное значение периодической составляющей тока кз и ее значения в произвольный момент времени вплоть до 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 РЗА определяют максимальные и минимальные значения периодической и апериодической составляющих тока КЗ в начальный и произвольный моменты времени как в месте КЗ, так и в отдельных ветвях расчетной схемы.
Остановимся на определении некоторых величин, используемых при расчетах токов КЗ и выборе высоковольтных и низковольтных коммутационных аппаратов [24, 27]:
Ток в месте короткого замыкания -суммарный ток всех ветвей электроустановки, сходящихся в точке короткого замыкания.
Действующее значение тока короткого замыкания в электроустановке - среднее квадратическое значение тока короткого замыкания в электроустановке за период рабочей частоты, середина которого есть рассматриваемый момент времени.
Периодическая составляющая тока короткогозамыкания - составляющая тока короткого замыкания в электроустановке, изменяющаяся по периодическому закону с рабочей частотой.
Апериодическая составляющая тока короткого замыкания в электроустановке -свободная составляющая тока короткого замыкания в электроустановке, изменяющаяся во времени без перемены знака. Значение апериодической составляющей в любой момент времени t
Iat = , (2.1)
Где Та – постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ.
Та = ХK/ωRK (2.2)
и ω = 2πf - угловая частота, (2.3)
f – частота в сети, Гц.
Действующее значение периодической составляющей тока КЗ – среднее квадратическое значение тока КЗ за период рабочей частоты, середина которого есть рассматриваемый период времени,
(2.4)
где I – действующее значение тока КЗ, I пm – амплитуда периодической составляющей тока КЗ за рассматриваемый период.
Начальное действующее значение периодической составляющей ( упрощенно - начальное значение периодической составляющей) тока КЗ I п0 - условная величина, равная двойной амплитуде периодической составляющей тока короткого замыкания рабочей частоты в электроустановке в начальный момент времени, уменьшенной в раз.
[1] (2.5)
Начальное значение периодической составляющей тока короткого замыкания может быть также определено по формуле
, кА (2.6)
где - амплитудное значение напряжения сети, кВ, определяемое по номинальному напряжению U HC сети, кВ, в которой произошло КЗ:
ZKрез - результирующее (эквивалентное) сопротивление сети относительно точки КЗ, приведенное к напряжению сети, в которой произошло КЗ, Ом;
ZKрез = (2.7)
α – начальная фаза короткого замыкания;
φ К – фаза тока в момент к.з. Для высоковольтных сетей напряжением выше 10 кВ φ К ≈ 90о. Для низковольтных сетей φ К определяется соотношением активной и реактивной составляющей результирующего сопротивления сети в точке КЗ. Если принять указанное значение φ К, то будем иметь максимальную величину апериодической составляющей при нулевой фазе включения на к.з.
Установившийся ток КЗ I K – значение тока КЗ после переходного процесса, характеризуемого затуханием всех свободных составляющих этого тока и прекращением изменения тока от воздействия устройств автоматического регулирования возбуждения источников питания сети. Действующее значение установившегося тока принято также обозначать I ∞. Эта величина рассчитывается для проверки на термическую стойкость шин, электрических аппаратов, кабелей и др.
Начальное значение апериодической составляющей тока КЗ – значение апериодической составляющей тока КЗ в начальный момент времени.
Ударный ток короткого замыкания i y – наибольшее возможно мгновенное значение тока КЗ.
Отключаемый ток КЗ – ток КЗ в цепи в момент начала расхождения дугогасительных контактов ее коммутационного электрического аппарата.
Определение указанных параметров необходимо для правильного выбора и проверки токоведущих частей и коммутационных аппаратов СЭС на устойчивость к термическому и динамическому воздействиям токов КЗ, сохранение работоспособности системы после ликвидации КЗ, а также для выбора уставок срабатывания устройств релейной защиты и автоматики СЭС.