Мощность короткого замыкания системы: 1.5. Мощность короткого замыкания

1.5. Мощность короткого замыкания

При выборе
выключателей его номинальный ток
отключения сопоставляют с величиной
тока КЗ, которая имеет место в расчётный
момент отключения повреждения.
Соответственно, если этот выбор
производится по номинальной мощности
отключения, то она должна быть сопоставлена
с так называемой мощностью КЗ

,

где
– ток КЗ в расчётный момент времени,– среднее номинальное напряжение той
ступени, где установлен выключатель.

В относительных
единицах при
мощность равна току,
откуда.

Поэтому расчёты
можно вести непосредственно для мощностей
КЗ. Мощность отключения выключателя по
ГОСТу 687-70 даётся при наибольшем рабочем
напряжении.

Роль отдельных
элементов электрической системы в
формировании переходного процесса
оценивается с энергетической точки
зрения, так как основа физических
процессов, протекающих в электрических
и магнитных цепях – электромагнитные
явления, обусловленные наличием
электромагнитного поля. Любой режим
энергосистемы характеризуется
определёнными запасами электромагнитной
энергии в её элементах.

Для выражения
энергии магнитного поля электрической
машины можно воспользоваться уравнением
Максвелла для контура

,

где
– напряжение на зажимах контура,– сопротивление обмотки,– ток в обмотке,– потокосцепление.

Найдём энергию,
запасённую в магнитном поле, выраженную
через токи и индуктивности. Для этого
предположим, что машина неподвижна,
следовательно, собственные
и взаимныеиндуктивности постоянны. Полная мощность
на зажимах равна

.

Здесь
– мощность, рассеиваемая в сопротивлении,
а остальные члены выражения представляют
собой мощность, запасённую в магнитном
поле, так как машина неподвижна.

Учитывая, что
и т.д., и интегрируя по времени при нулевых
начальных условиях, получаем полную
энергию, запасённую в магнитном поле
машины:

. (1.30)

Энергия, запасённая
в электрическом поле машины, не
учитывается, так как она значительно
меньше по сравнению с энергией, запасённой
в магнитном поле. Так как в дальнейшем
рассматриваются процессы только в
симметричной машине, можно принять
,.
Учитывая также симметрию токов и заменяя
мгновенные значения токов на действующие,
получим выражение для вычисления
действующего значения энергии, запасённой
в магнитном поле машины:

. (1.31)

В уравнениях
(1.30) и (1.31) не учитывается энергия,
запасённая в магнитном поле обмотки
возбуждения. Для учёта энергии обмотки
возбуждения используется выражение

,

где
,– соответственно индуктивность и ток
обмотки возбуждения, приведенные к
статорной обмотке. Для генератора
ТВВ-500-2, например, значение энергии
обмотки возбуждения в режиме холостого
хода составляетДж, в нормальном и послеаварийной режимах
–Дж. Поскольку параметры статорных и
роторных цепей типовых машин – величины
одного порядка, можно сделать вывод,
что энергия, запасённая в обмотке
возбуждения, соизмерима с энергией,
запасённой в статорной цепи, поэтому в
расчётах энергии магнитных полей
генераторов её необходимо учитывать.
В режиме КЗ энергия, запасаемая в обмотке
машины составляет порядкаДж, таким образом, разность энергий
режима КЗ и нормального режима составляетДж.

Для генератора
ТВВ-500-2 в качестве блочного используется
трансформатор типа ТДЦ-630000/330; его
энергия, запасаемая в нормальном режиме,
составляет порядка
Дж, а в режиме КЗ –Дж. Таким образом, разность энергий в
нормальном режиме и режиме КЗ составляетДж.

Для высоковольтной
линии энергия электрического и магнитного
полей на элементе
определяется выражениями:

,
, (1.32)

где
и– удельные индуктивность и ёмкость
линии соответственно.

Интегрируя
выражение (1.32) по длине линии, получим
выражение для полной энергии магнитного
и электрического полей высоковольтной
линии:

,
.

Учитывая, что
,,
и заменяя мгновенные значения токов и
напряжений на действующие, получим
выражения для действующих значений
запасённых энергий:

,
.

Предположим, что
энергия, вырабатываемая генератором
ТВВ-500-2, передаётся с помощью двухцепной
ЛЭП, выполненной проводом АСО-600 под
напряжением 330 кВ; при этом энергия,
запасаемая в магнитном поле линии в
нормальном режиме, составляет около
Дж, а в режиме КЗ –Дж. Таким образом, разность энергий
составляетДж. Следовательно, приращение энергий
при возникновении КЗ в энергосистеме
в генераторе, трансформаторе и линии
электропередачи имеет одинаковый
порядок и эти элементы должны быть
учтены при анализе переходных процессов
в энергосистемах.

Энергия, запасаемая
в электрическом поле ЛЭП, на порядок
меньше и составляет около
Дж.

Аналогичные
выражения можно записать для определения
величины энергии, запасаемой в
электромагнитном поле любого элемента
электрической системы.

При быстром
переходе от одного установившегося
режима к другому количество энергии в
полях элементов цепи от предшествующего
установившегося не соответствует
количеству энергии в полях, которые
должны быть в новом установившемся
режиме после происшедших изменений,
поэтому возникает переходный процесс.
Следовательно, разностью энергетических
уровней предшествующего нормального
режима (н.р) и послеаварийного
установившегося режима (п.а.р) каждого
элемента электрической системы

можно охарактеризовать
роль этого элемента в формировании
переходного процесса.

Очевидно, что роль
элемента цепи зависит от его удалённости
от точки КЗ. На разность энергетических
уровней влияет и абсолютное значение
запасаемой энергии.

Описанный
энергетический подход может быть
применён также при эквивалентировании
расчётной схемы для определения тех
частей схемы, где рассматриваемое КЗ
несущественно изменяет предшествующий
режим. Эти части схемы могут быть
представлены эквивалентными сопротивлениями
и ЭДС.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
К ГЛАВЕ 1

1.
Короткие замыкания. Причины, виды,
последствия.

2. Назначение
расчётов токов КЗ. Основные требования
и допущения.

3.
Система относительных величин (единиц).

4. Формулы для
определения сопротивлений основных
элементов энергосистем в именованных
единицах.

5. Формулы для
определения сопротивлений основных
элементов энергосистем в относительных
единицах.

6. Модели синхронных
генераторов, силовых трансформаторов
(автотрансформаторов), линий электропередачи,
кабелей, реакторов, электрических
двигателей, обобщённой нагрузки, системы
для расчёта токов КЗ.

7. Эквивалентные
преобразования электрических схем
(преобразование двух параллельно
включённых источников ЭДС с различными
ЭДС и внутренними сопротивлениями,
преобразование звезды в треугольник и
обратное преобразование).

8. Порядок расчёта
тока КЗ в именованных единицах.

9.
Порядок расчёта тока КЗ в относительных
единицах.

10. Точное и
приближённое приведение коэффициентов
трансформации при выполнении расчётов
токов КЗ.

11.
Мощность КЗ.

12. Влияние отдельных
элементов энергосистемы в формировании
переходного процесса.

13. Порядки величин
энергий, запасаемых в генераторах,
трансформаторах и линиях электропередачи.

ЗАДАЧИ К ГЛАВЕ 1

ЗАДАЧА 1. Произвести
расчёт сверхпереходного тока КЗ при
трёхфазном повреждении в точке
для схем участков энергосистемы,
приведенных на рис.1.16, именованных и
относительных базисных единицах с
точным и приближённым приведением
коэффициентов трансформации. Генераторы
до возникновения повреждения работали
в номинальном режиме.

Параметры основных
элементов схем приведены таблице.
Недостающие параметры элементов схемы
выбираются в следующем порядке: выбирается
количество (количество параллельно
включённых элементов должно быть не
менее двух, все параллельно работающие
элементы рекомендуется выбирать
однотипными) и мощность генераторов
(ТГ-турбогенераторы, ГГ-гидрогенераторы)
электростанции (ЭС), количество и мощность
трансформаторов ЭС (суммарная мощность
всех трансформаторов ЭС должна быть не
менее полной мощности всех генераторов),
параметры линии Л1 выбирается по
напряжению и мощности ЭС (должна передать
всю мощность ЭС), длина линии Л2 выбирается
по напряжению обмотки среднего напряжения
трёхобмоточного трансформатора или
автотрансформатора подстанции (п/ст).
Погонные сопротивления линий выбираются
из приложения 4.

а)

б)

Рис.1.16 Схемы для контрольного задания
1

Результаты расчётов
токов КЗ представить в виде таблицы.

ЗАДАЧА 2. Произвести
расчёт сверхпереходного тока КЗ для
заданного участка энергосистемы
(рис.1.17) при трёхфазном КЗ в точке
в именованных и относительных базисных
единицах с точным и приближённым
приведением коэффициентов трансформации.
Синхронные электродвигатели до
возникновения повреждения работали с
нагрузкой 90% от номинальной, асинхронные
– 80%. Параметры элементов схем приведены
таблице. Длина кабеля выбирается по
напряжению. Студенты, последняя цифра
шифра студенческого билета, которых
нечётная – расчёт производят для точки,
чётная – для точки.

а)б)

Рис.1.17 Схемы для контрольного задания
2

Мощность короткого замыкания

Нормальный рабочий режим в системах электроснабжения может внезапно прерваться в результате аварийной ситуации, в частности – короткого замыкания. Подобное состояние возникает из-за поврежденной изоляции элементов сети и электрооборудования. Для того чтобы эффективно противостоять этому явлению, следует хорошо знать его основные параметры, в том числе – мощность короткого замыкания. Этот параметр позволяет вычислить формула, используемая для вычислений тока КЗ.

Содержание

Виды коротких замыканий

Понятие короткого замыкания заключается в непосредственном непреднамеренном соединении любых двух точек, расположенных на различных фазах, нулевом проводе или земле. Вариантов таких соединений может быть очень много, и все они не предусмотрены нормальными условиями эксплуатации установок, оборудования и сетей.

Среди основных видов КЗ следует отметить однофазное и трехфазное. В первом случае одна из фаз замыкается и взаимодействует с нулевым проводом или землей. Аналогичные явления наблюдаются во время обрывов проводов и одновременных замыканий двух разных фаз.

При трехфазном коротком замыкании хорошо заметна определенная симметрия, так как все фазы находятся в одних и тех же условиях. Поэтому токи в каждой из них будут одинаковыми. Другие виды КЗ относятся к несимметричным, поскольку фазы попадают в неодинаковые условия. В результате, токи и напряжения получаются с искаженной амплитудой, в зависимости от конкретных условий аварии.

Следует учесть, что при коротком замыкании происходит заметное снижение общего электрического сопротивления в системах. Это приводит к резкому увеличению токов во всех ветвях сетей и одновременному снижению напряжения на отдельных участках.

Среди основных причин, вызывающих аварийные ситуации подобного рода, можно выделить следующие:

• Нарушенная изоляция в токоведущих частях. Причинами становится ее неудовлетворительное состояние, естественное старение, механические повреждения, постоянное воздействие перенапряжений.
• Поврежденные опоры и провода ЛЭП из-за неудовлетворительного состояния, негативного влияния ураганных ветров, гололеда, раскачивания проводов и т.д.
• Ошибочные действия персонала при выполнении различных операций. Например, разъединители отключаются, находясь под нагрузкой или включаются на заземление, оставленное по ошибке.

Причинами большинства повреждений являются конструктивные недостатки, несовершенное оборудование, ошибки, допущенные при проектировании и в процессе монтажа. Отрицательную роль играет использование оборудования в ненормативных режимах, неправильный и неудовлетворительный уход за ним.

Изменение тока в аварийном режиме

В аварийном режиме ток теряет свои постоянные характеристики и подвергается заметным изменениям. В самое первое мгновение он резко увеличивается, после чего происходит его затухание до определенной величины. Далее в работу вступает АРВ – автоматический регулятор возбуждения, под влиянием которого ток доходит до установленного уровня. Этот период известен под названием переходного процесса. Временные рамки наступившего короткого замыкания начинаются со времени изменений токового уровня и заканчиваются отсоединением КЗ.

Различные показатели тока на протяжении всего периода используются для исследований динамической и термической устойчивости аппаратуры, избрания нужных уставок релейной защиты.

В любой сети присутствуют различные типы сопротивлений индуктивного типа. В момент возникновения КЗ они создают определенные препятствия и не позволяют току мгновенно переменяться. То есть, изменения все-таки происходят, но не скачкообразно, а в нарастающем порядке от обычного показателя до аварийного.

Для того чтобы упростить расчетную и аналитическую работу, ток в период перехода условно разделяется на две составные части – апериодическую и периодическую. Первая компонента считается неизменной токовой составной частью. Она появляется в самом начале КЗ и довольно скоро снижается до нулевой отметки.

Периодическая токовая часть в начальном периоде получила такое же название тока КЗ. Он тоже называется сверхпереходным, поскольку для его вычислений замещающая схема дополняется сверхпереходным сопротивлением генераторной установки и сверхпереходной ЭДС. Данная величина применяется при назначении уставок или, когда требуется проверить восприимчивость к току релейной защиты.

По завершении переходного периода периодический ток становится постоянно действующим током короткого замыкания. В этот момент как раз затухает апериодическая компонента, и вступает в действие АРВ. Таким образом, полная величина тока КЗ будет состоять из суммы обеих компонент, действующих в каждый временной отрезок переходного процесса. Полный ток с максимальным мгновенным показателем известен, как ударный ток короткого замыкания, рассчитываемый при анализе динамической устойчивости электрооборудования.

Испытания и выбор нужных уставок для защитных устройств

Как уже было отмечено, выбор наиболее подходящих параметров релейной защиты и уставок осуществляется с использованием сверхпереходного или начального тока короткого замыкания. В первую очередь это связано с простотой расчетов данной величины.

Анализируя варианты защиты с быстродействием или небольшими выдержками времени, с использованием начального тока, специалисты обычно не принимают во внимание апериодическую составляющую. Использовать ее в расчетах не имеет смысла, поскольку затухание происходит очень быстро – в течение 0,05-0,2 секунды. Этот промежуток гораздо ниже времени срабатывания рассматриваемых защитных устройств.

Если питание сети осуществляется от мощной энергетической системы, ее генераторы оснащаются автоматическим регулятором возбуждения – АРВ, обеспечивающим поддержку на шинах постоянного напряжения. Когда на этом участке возникает КЗ, величина периодической токовой составляющей остается без изменений. Это дает возможность анализировать с помощью начального тока работу релейной защиты и ее поведение при любых задержках по времени.

В сетях, получающих питание от генераторных установок или систем с установленной ограниченной мощностью, при наступлении КЗ напряжение на шинах уже не будет постоянным, а подвергнется изменениям в широком диапазоне. Величины начального и установившегося токов не будут равны между собой. Теоретически, для расчетов защитных систем можно было бы воспользоваться установившимся током короткого замыкания. Однако сложности с его расчетами привели к тому, что на практике в большинстве случаев применяются показатели начального тока, не вызывая заметных погрешностей.

Подобная ситуация объясняется несколькими факторами. В первую очередь, это увеличенное переходное сопротивление в аварийном месте, оказывающее более сильное влияние на установившийся ток, нежели на начальный. Кроме того, нельзя исключить воздействие нагрузочных токов и других явлений, обычно не принимаемых во внимание при расчетах. В связи с этим, данные по установившемуся току довольно условные, что приводит к большой погрешности в конечном результате.

Мощность КЗ и начальный ток

При возникновении трехфазного КЗ, сопротивление и ЭДС в каждой фазе будут совпадать друг с другом, поскольку для всех фаз соблюдаются совершенно одинаковые условия. Такое замыкание называется симметричным, а его расчеты довольно простые. Вполне достаточно рассчитать одну фазу, а затем полученные результаты применить к двум остальным.

Расчет токов и напряжений в симметричных системах начинается со схемы замещения, составляемой с заменых ее отдельных компонентов соответствующими активными и реактивными сопротивлениями. Источники питания отмечаются с указанием ЭДС или напряжения на выходных клеммах. Трансформаторы, генераторы и другие устройства обладают сопротивлениями, определяемыми в их технических паспортах. Эти данные также вводятся в расчеты.

Особый порядок расчетов токов КЗ применяется при подключении к системам с неограниченной мощностью. В этом случае рассматриваются мощные источники питания, у которых напряжение на шинах не изменяется, вне зависимости от места возникновения короткого замыкания. Показатели сопротивления в таких системах условно принимаются за нулевое значение.

На практике систем с неограниченной мощностью просто не существует, тем не менее, они широко применяются при выполнении расчетов коротких замыканий. Понятие неограниченной мощности актуально лишь когда величина ее внутреннего сопротивления будет значительно ниже сопротивления внешних деталей и компонентов, расположенных между шиной и местом КЗ.

Системы питания с ограниченной мощностью обладают достаточно высоким сопротивлением в точке короткого замыкания. Поэтому его величина обязательно учитывается при расчетах тока КЗ. В некоторых случаях сопротивление системы определяет не ток, а мощность короткого замыкания, присутствующая на шинах подстанции и представляющая собой условную величину.

Негативные последствия коротких замыканий

При возникновении аварийной ситуации, связанной с коротким замыканием, заметно возрастает ток и снижается напряжение. Подобные изменения чаще всего приводят к опасным последствиям:

• Повышение тока и активное сопротивление цепи способствуют выделению большого количества тепла в течение короткого времени. В совокупности с электрической дугой, высокая температура наносит большие повреждения окружающей обстановке. Чем выше ток и время его действия, тем больше размеры разрушений. Достигая неповрежденного оборудования, поражающие факторы наносят повреждения изоляции и токоведущим частям.
• Пониженное напряжение вызывает сбой в работе потребителей. Особенно это касается асинхронных двигателей, у которых заметно снижается частота вращения. В некоторых случаях они просто остановятся и перестают работать. Перестают нормально функционировать системы освещения, при работе которых расходуется значительный объем электроэнергии.
• Увеличенное скольжение приводит к росту потребления реактивной мощности асинхронными агрегатами. После отключения КЗ возникает ее дефицит, и напряжение в сети начинает лавинообразно снижаться, вплоть до полного прекращения работы.
• Спад напряжения нарушает устойчивую параллельную работу генераторов. В результате, система питания распадается, электроснабжение потребителей прекращается.

Что такое уровень короткого замыкания?

7 сентября 2020 г. —
Объяснение электричества

Как Оператор системы электроснабжения, мы обеспечиваем сбалансированность спроса и предложения, а также безопасную и надежную передачу электроэнергии по сети. Для этого нам нужно управлять ключевыми свойствами электричества, такими как частота или напряжение.

Еще одним важным параметром является Уровень короткого замыкания (SCL) . Но что это такое и почему это важно?

Уровень короткого замыкания — это величина тока, протекающего в системе во время неисправности. Эти неисправности могут быть вызваны ударом молнии, погодными условиями или отказом оборудования. Во время КЗ в системе видно прямое соединение с землей и в нее течет ток от всех источников. SCL жизненно важен во время такой неисправности, поскольку он помогает нам поддерживать напряжение в системе.

Чем сильнее ток, тем мощнее система

Если возникнут помехи, более мощная система быстро их погасит. Это точно так же, как прочный мост с усиленными соединениями будет шататься, но быстро осядет под действием силы. Если мы используем систему с низким SCL, восстановление после сбоя может занять больше времени.

Почему SCL ниже, чем раньше?

Большая угольная и газовая генерация создает в пять раз больше тока повреждения по сравнению с ветровой и солнечной энергетикой. Генерация мощностью 100 МВт обеспечит уровень короткого замыкания в районе 500-700 МВА. Ветряные электростанции ограничены номиналом их электронного компонента, поэтому тот же уровень генерации может обеспечить только около 100 МВА SCL.

В этом году мы наблюдали длительные периоды безугольной выработки электроэнергии из-за низкого спроса. Более высокая доля нашей генерации приходится на возобновляемую генерацию, что, как мы указывали выше, означает, что в системе меньше SCL. В свою очередь, небольшое количество SCL может создать для нас проблемы с работоспособностью.

Причина этого в том, что при низком уровне SCL любое изменение напряжения вызывает большее возмущение, которое распространяется дальше. Если оставить их без внимания, эти помехи могут отключить генерацию или сделать всю систему нестабильной, что может привести к повреждению оборудования.

Аналогичным образом, если значение SCL слишком низкое, наша сетевая защита, которая размыкает цепь для защиты, может пропустить ошибку и оставить сеть в небезопасном и нестабильном состоянии. Это не проблема, поскольку у нас есть опыт безопасного управления энергосистемой с низким SCL.

Что делать с низким уровнем SCL системы?

Традиционно у нас был необходимый уровень SCL от всей генерации, которая работает для обеспечения энергетических потребностей страны. Поскольку сейчас мы наблюдаем нехватку SCL в некоторых областях, нам необходимо пополнить наш SCL из других источников и искусственно внедрить SCL в сеть.

В ESO мы работаем над этим в рамках нашего проекта NOA Stability Pathfinder. Мы определили области сети, где требуется дополнительная поддержка, и мы обращаемся к владельцам передачи и коммерческим сторонам, чтобы предоставить нам дополнительные возможности для подачи тока в систему.

Мы также работаем над рабочей группой по формированию сетки и рынком стабильности будущего, чтобы обеспечить удовлетворение этих потребностей.

Часть решений, вероятно, будет включать синхронные конденсаторы. Они похожи на традиционные генераторы угля или газа, но мы просто получим поддержку SCL без энергии и без необходимости сжигать топливо, выделяющее CO2.

Другим более инновационным решением, которое мы изучаем, является SCL и поддержка стабильности от ветра, солнца и аккумуляторов за счет новой технологии формирования сетки. Проект создан для того, чтобы позволить всем технологиям и поставщикам конкурировать за внедрение инноваций и получение нужного уровня SCL по минимальной цене.

SCL — это лишь одна из наших будущих задач в области эксплуатации, и мы прилагаем все усилия, чтобы определить и решить их, продвигаясь к нашей цели — к 2025 году с нулевым выбросом углерода.

Изучение и анализ короткого замыкания

Что такое исследование короткого замыкания?

Определение исследования короткого замыкания – это проверка, анализ или оценка электрической системы для определения величины токов, которые могут протекать во время электрической неисправности, и сравнения этих значений с номиналами установленного оборудования и устройств защиты от короткого замыкания. Это деятельность, связанная с анализом короткого замыкания, в том числе проектные соображения для новых систем, аналитические исследования для существующих систем, а также вопросы эксплуатации и проверки моделей для промышленных и коммерческих энергетических систем. Исследование неисправностей защиты от короткого замыкания имеет решающее значение в энергосистемах. Без проведения исследования короткого замыкания мы не можем приступить к координации защиты и изучению вспышки дуги, и это рекомендуемая практика для любых объектов энергосистемы – Omazaki Engineering — консультант, занимающийся исследованием и анализом коротких замыканий с использованием таких программ, как ETAP, SKM, EasyPower, DigSilent и т. д., для коммерческих и промышленных объектов. Если вы ищете консультантов по анализу неисправности короткого замыкания и обучению для вашего проекта в Индонезии и Юго-Восточной Азии, свяжитесь с нами, отправив электронное письмо на [email protected] или заполнив форму в контакте.

——————————————

Базовые знания

Определение короткого замыкания

Определение самого короткого замыкания, согласно стандарту IEC 60909, представляет собой случайное или преднамеренное токопроводящее соединение между двумя или более токопроводящими частями (например, трехфазное короткое замыкание), вызывающее разность электрических потенциалов между ними. токопроводящие части должны быть равны или близки к нулю.

Короткое замыкание является неисправностью. Короткое замыкание — это ненормальное соединение между двумя узлами электрической цепи, предназначенными для разных напряжений. Это приводит к избыточному электрическому току.

———————

Общие причины короткого замыкания

Вот некоторые общие причины короткого замыкания:

• Прямое контактное соединение с проводниками под напряжением
• Превышение температуры из-за перегрузки по току или перегрузки
• Неисправная изоляция проводов ‒ Со временем изоляция проводов может ухудшиться и изнашиваться, обнажая металлические выводы и медные провода
• Плохая проводка прибора ‒ Короткое замыкание может произойти в розетках, шнурах питания и внутренних платах приборов и устройств
• Ослабление электрических соединений. Электрическая арматура со временем ослабевает, что увеличивает вероятность контакта металлических компонентов друг с другом
• Высвобождение деструктивных электронов из-за избыточного напряжения
• Дуга из-за конденсации вместе с воздухом, особенно в изоляторах
• и т. д.

———————

Опасность короткого замыкания

В течение миллисекунд ток короткого замыкания может в тысячи раз превышать нормальный рабочий ток системы.

Ущерб от коротких замыканий можно уменьшить или предотвратить, используя предохранители, автоматические выключатели или другие средства защиты от перегрузки, которые отключают питание в ответ на чрезмерный ток. Защита от перегрузки должна быть выбрана в соответствии с номинальным током цепи. Цепи для крупных бытовых приборов требуют защитных устройств, настроенных или рассчитанных на более высокие токи, чем цепи освещения. Сечения проводов, указанные в строительных и электрических нормах, выбираются для обеспечения безопасной работы в сочетании с защитой от перегрузки. Устройство защиты от перегрузки по току должно быть рассчитано на безопасное прерывание максимального предполагаемого тока короткого замыкания.

При неправильном монтаже перегрузка по току от короткого замыкания может вызвать омический нагрев участков цепи с плохой проводимостью (неисправные соединения в проводке, неисправные контакты в розетках или даже место самого короткого замыкания). Такой перегрев является частой причиной пожаров. Электрическая дуга, если она образуется при коротком замыкании, выделяет большое количество тепла, а также может вызвать воспламенение горючих веществ.

В промышленных и коммунальных распределительных сетях динамические силы, создаваемые высокими токами короткого замыкания, вызывают расхождение проводников. Силы, возникающие при коротком замыкании, могут повредить шины, кабели и аппаратуру.

———————

Типы короткого замыкания

Существует два типа короткого замыкания. К ним относятся:

• Симметричное короткое замыкание
  Это короткое замыкание происходит только в трехфазных системах. Это короткое замыкание происходит одновременно во всех трех проводниках с токами короткого замыкания. Короткое замыкание симметричного типа только для трехфазного короткого замыкания с заземлением или без него. Только 5% от общего числа коротких замыканий приходится на 3-фазные короткие замыкания.
• Асимметричное короткое замыкание
  Это короткое замыкание происходит в 1- и 3-фазных системах. Это короткое замыкание происходит между токопроводами с заземлением или без него. Это асимметричное короткое замыкание подразделяется на
  – Линейное замыкание — Короткое замыкание любых двух фаз без заземления
  – Двойное замыкание между фазами и землей — Любые две фазы, соединенные вместе с землей
  – Одиночное замыкание на землю -замыкание на землю — Только одна фаза замкнута на землю

Статистика также показывает, что около 70-80 процентов коротких замыканий в энергосистемах являются несимметричными. Таким образом, поддержание электроустановок от всех видов электрических неисправностей имеет важное значение.

——————————————

Почему мы должны проводить исследование короткого замыкания?

Поскольку короткое замыкание не всегда можно предотвратить, мы можем только попытаться уменьшить его и до некоторой степени противостоять потенциально опасным последствиям. На ранних стадиях разработки необходимо провести исследование короткого замыкания, чтобы спроектировать электрическую систему, чтобы вероятность короткого замыкания была минимальной.

Однако, если происходит короткое замыкание, необходимо что-то сделать, чтобы уменьшить его влияние: а) управлять нежелательной величиной тока короткого замыкания и б) изолировать наименьшую возможную часть системы вокруг области повреждения, чтобы поддерживать обслуживание остальная часть системы.

Основные причины проведения исследований короткого замыкания

• Проверка адекватности существующего прерывающего оборудования. Исследования того же типа лягут в основу выбора прерывающего оборудования для целей планирования системы.
• Определение настроек защитных устройств системы, которое выполняется в основном по величинам, характеризующим систему в условиях отказа. Эти величины, также называемые «ручками защиты», обычно включают фазные токи и токи последовательности или напряжения, а также скорости изменения системных токов или

.

• Определение влияния токов короткого замыкания на различные компоненты системы, такие как кабели, линии, шинопроводы, трансформаторы и реакторы, во время короткого замыкания. Термические и механические нагрузки от результирующих токов короткого замыкания всегда следует сравнивать с соответствующими кратковременными, обычно первого цикла, выдерживают возможности оборудования системы.
• Оценка влияния различных видов коротких замыканий разной степени тяжести на общий профиль напряжения системы. Эти исследования выявят области в системе, для которых неисправности могут привести к недопустимо широкому напряжению

.

• Концептуализация, проектирование и доработка схемы системы, заземления нейтрали и заземления подстанции.

——————————————

Когда требуется исследование короткого замыкания и как часто?

Исследования короткого замыкания так же необходимы для любой энергосистемы, как и другие фундаментальные исследования системы, такие как исследования потока мощности, исследования устойчивости переходных процессов, исследования гармонического анализа и т. д. Исследования короткого замыкания могут быть выполнены на этапе планирования, чтобы помочь завершить компоновка системы, определение уровней напряжения и размеров кабелей, трансформаторов и проводников. Для существующих систем необходимы исследования неисправностей в случаях дополнительной генерации, установки дополнительных вращающихся нагрузок, модификации схемы системы, перераспределения защитного оборудования, проверки адекватности существующих выключателей, перемещения уже приобретенного распределительного устройства, чтобы избежать ненужных капитальные затраты и т. д. «Посмертный» анализ может также включать в себя краткосрочные исследования, чтобы воспроизвести причины и системные условия, которые привели к сбою системы.

NFPA 70E 2018 (Стандарт электробезопасности на рабочем месте) также рекомендует проводить исследование короткого замыкания не реже одного раза в 5 лет или всякий раз, когда на объекте происходят серьезные изменения.

——————————————

Цель и задачи исследований короткого замыкания

Цели и задачи анализа и исследований короткого замыкания:

• Используется исследование короткого замыкания определить доступный ток короткого замыкания или короткого замыкания в каждой точке системы
• Рассчитайте максимальные доступные режимы работы при симметричных отказах для сравнения с номиналами короткого замыкания оборудования низкого напряжения и оборудования среднего или высокого напряжения с номиналами отключения
• Рассчитайте максимальные доступные режимы пиковой нагрузки для сравнения с неопубликованными пиковыми характеристиками оборудования низкого напряжения и характеристиками замыкания и блокировки среднего или высокого напряжения
• Выявление недостатков в защите системы
• Предоставьте рекомендуемые решения, которые помогут исправить проблемные области

Некоторые важные вопросы

Результаты исследования могут быть использованы для рекомендации изменений в существующих установках или для предложения первоначального проекта системы на этапе ее планирования и/или расширения. Вот некоторые важные вопросы, ответы на которые могут помочь найти исследования неисправностей:

• Соответствует ли оборудование прерывания цепи требованиям отключения системы при всех уровнях напряжения? Могут ли распределительные устройства среднего и высокого напряжения выдерживать кратковременные и отключающие нагрузки, налагаемые системой? Подходит ли это распределительное устройство для защиты от замыканий на землю? Если нет, следует ли закупить новое оборудование или можно ли внести некоторые изменения в систему, чтобы избежать дополнительных капитальных затрат?
• Есть ли резерв отключающей способности автоматических выключателей для будущего расширения системы? Если нет, то необходимо ли иметь запас прочности для будущего расширения? Если да, то как можно изменить систему, чтобы учесть эти опасения?
• Является ли бесперебойное оборудование, т. е. реакторы, кабели, трансформаторы, токопроводы, адекватно рассчитанным на токи короткого замыкания до тех пор, пока отключающее оборудование не отключит их?
• Имеют ли автоматические выключатели нагрузки или разъединители достаточную мгновенную фиксацию и/или возможности замыкания и фиксации?
• Как повлияет на расчетные токи короткого замыкания в системе станции увеличение уровня короткого замыкания энергетической компании? Что можно сделать с экономической точки зрения, чтобы предвидеть такое развитие событий?
• Необходимо ли специальное защитное оборудование или схемы для обеспечения селективности защитных устройств как для максимального, так и для минимального значения токов короткого замыкания?
• Падают ли напряжения на исправных шинах в системе во время сбоев до уровней, которые могут привести к отключению контакторов пускателя двигателя или срабатыванию реле минимального напряжения?

——————————————

Как проводить исследование короткого замыкания

Стандарты расчета и исследования короткого замыкания

IEC 60909 — Международный стандарт IEC

02

2

2 Серия 60909 различает четыре режима работы, что приводит к четырем различным расчетным токам короткого замыкания:

• Начальный ток короткого замыкания I”k
• Пиковый ток короткого замыкания Ip
• Отключающий ток короткого замыкания Ib
• Установившийся ток короткого замыкания Ik

Стандарты ANSI – Североамериканский стандарт

Стандарты IEEE, охватывающие расчеты короткого замыкания для низковольтных электрических систем (ниже 1000 В):

• Стандарт IEEE 242-1986
• Стандарт IEEE 241-1990
• Стандарт IEEE C37. 13-1990
• Стандарт IEEE 141-1993

Стандарты IEEE, касающиеся расчета тока короткого замыкания для электрических сетей среднего и высокого напряжения:

• Стандарт IEEE 141-1993
• Стандарт IEEE C37.5-1979
• Стандарт IEEE 241-1990
• Стандарт IEEE 242-1986.
• Стандарт IEEE C37.010-1979

———————

Факторы, влияющие на точность исследований короткого замыкания

IEEE Std.399 указывает, что на точность исследования короткого замыкания влияет множество факторов. Это:

• Конфигурация системы
• Полное сопротивление системы
• Заземление нейтрали
• Системные нагрузки и шунты перед отказом
• Взаимная связь в нулевой последовательности
• Фазовые сдвиги в трансформаторных батареях типа «звезда-треугольник»

———————

Программное обеспечение для исследования короткого замыкания​

Во всем мире доступно различное международно признанное программное обеспечение, которое можно использовать для исследования короткого замыкания на коммерческих и промышленных объектах. Самые верхние, широко используемые:

• ЭТАП
• СКМ
• ИзиПауэр
• ПСС
• И т. д.

———————

Этапы исследования короткого замыкания

Общие этапы исследования короткого замыкания:

• Сбор данных посетить, а затем занести в таблицу. Дополнительные данные получают от энергоснабжающей организации, производителей или рассчитывают по полевым данным.

• Однолинейная схема
  Схема энергосистемы показывает, как создаются или обновляются все электрически соединенные компоненты. Дополнительные данные, необходимые для исследования, такие как импеданс кабеля, можно получить с помощью информации из этой однолинейной диаграммы.
• Программный анализ
  С помощью одного из множества доступных программ для анализа короткого замыкания вводятся системные данные, а на выходе рассчитываются токи короткого замыкания в различных точках системы.
• Сведение результатов в таблицу
  Выходные данные программного обеспечения энергосистемы обычно помещаются в таблицу для сравнения с номиналами оборудования в системе. Если расчетный ток короткого замыкания в данной точке превышает номинальную мощность короткого замыкания оборудования, установленного в этой точке, то это место помечается как неадекватное. защищен.
• Заключительный отчет
  Подробный отчет описывает объем исследования, все допущения, происхождение данных, методы расчета токов, результаты в виде таблиц и рекомендации по корректирующим действиям публикуются по завершении исследование.

———————

Результаты

Ожидается, что типичные отчеты об исследовании короткого замыкания будут включать следующие результаты, предоставляемые консультантом:

• Комплексная модель объекта в программном обеспечении современных энергосистем
• Оценка системы в условиях короткого замыкания для обычных и аварийных сценариев
• Расчетные параметры защитных устройств, необходимые для оптимальной защиты
• Сравнение существующих номиналов защитных устройств и доступного тока короткого замыкания
• Рекомендации по защите оборудования и персонала
• Рекомендации по корректирующему действию защитных устройств для защиты от больших токов короткого замыкания
• Предоставление необходимой информации в соответствии со стандартами IEC, NEC, NFPA 70E и IEEE 1584.
  
  Мощность короткого замыкания системы: 1.5. Мощность короткого замыкания