книги / Электромагнитные переходные процессы в электрических системах

Схема прямой последовательности (вместе с дополнительно вве­ денной) показана на рис. 16-12,г. Свернем ее относительно точки нулевого потенциала (G):

Х г = 0,4 — 0,24 = 0,16; х с = 0,4 + 0,614 = 1,014;

х г = (0,16//1,014) + 0,68 = 0,82.

Приняв Ё А = } 1, находим ток прямой попедовательности в месте короткого замыкания:

/ KA . = 7 ^ 2 " = 1 .2 2 или / кД1 = 1 ,2 2 -0 ,3 = 0,366 к а

иток в месте короткого замыкания

/кЛ= 3-0,366 =5г 1,1 к а .

Найдем распределение токов и напряжений.

Напряжение прямой последовательности в точке F t (рис. 16-12, г) 0 М =‘ /0,68-1,22 = /0 ,8 3 ,

431

ти аналогичным образом, используя схему рис. 16-12,в. Однако про­ ще их определить из граничных условий, т. е.

4 3 2

Отметим, что ток в месте короткого замыкания в данном слу­ чае можно также определить, используя выражение (16-42). Для этого находим реактивность х (,) при отсутствии разрыва, т. е. со­

т. е. та же величина, которая была получена ранее.

Кстати, отсюда сразу легко оценить, что разрыв поврежденной фазы со стороны системы в данных условиях приводит к умень­ шению тока в месте короткого замыкания в

1,3-0,254 \

0,486 J = 1 ,6 8 раза;

однако ток в нейтрали трансформатора Т при этом уменьшился всего лишь на 14%.

По схеме рис. 16-12,а легко также определить расчетную реак­ тивность генератора, которая позволяет по соответствующим рас­ четным кривым найти ток прямой последовательности от этого гене­ ратора в произвольный момент процесса короткого замыкания.

Г л а в а с е м н а д ц а т а я

ЗАМЫКАНИЯ В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ И СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

17-1. Общие замечания

Распределительные сети напряжением 3—35 кв, пи­ тание которых осуществляется от районных подстанций электрической системы, обычно являются второй или третьей ступенью трансформации от генераторов стан­ ций системы. Поэтому одним из характерных признаков таких сетей является их относительно большая электри­ ческая удаленность от источников питания, в силу чего аварийные процессы, возникающие в этих сетях, сравни­ тельно мало сказываются на работе генераторов систе­ мы. Последнее обстоятельство позволяет практически считать, что при любых нарушениях режима работы распределительной сети напряжение высшей ступени трансформации системы остается неизменным.

Исключение составляют местные станции, находя­ щиеся непосредственно в самой распределительной сети. Разумеется, такие станции (хотя они обычно значитель­ но меньше основных станций системы) приходится учитывать отдельно. Равным образом это касается синхронных компенсаторов и крупных синхронных дви­ гателей, которые могут находиться в распределительной сети.

В распределительных сетях часто встречаются воз­ душные и кабельные линии с проводниками сравнитель­ но малых сечений. Это приводит к необходимости учета активных сопротивлений таких линий. Более того, при достаточной продолжительности процесса короткого за­ мыкания увеличение активного сопротивления проводни­ ка может вызвать заметное снижение тока короткого замыкания, которое условно называют тепловым спадом тока. Особенно сильно этот эффект проявляется на уча­ стках воздушной сети, выполненных стальными прово­ дами.

Распределительные сети указанных напряжений, как правило, работают с изолированной нейтралью или с нейтралью, заземленной через большое сопротивление. Поэтому при замыкании на землю одной фазы такой се­ ти не образуются обычные условия однофазного корот-

434

кого замыкания Возникающий при этом ток обусловлен емкостной проводимостью сети и по величине он меньше тока однофазного короткого замыкания в сети с глухозаземленной нейтралью. Поэтому сети с изолированной нейтралью или с нейтралью, заземленной через большое сопротивление, принято называть сетями с малыми то­ ками замыкания на землю, хотя, вообще говоря, при протяженной, особенно кабельной сети, если не приняты специальные меры компенсации, величины этих токов могут достигать сотен ампер.

Электрические установки до 1 000 в находятся на еще большей удаленности от генераторов системы, что позволяет с большим основанием считать напряжение в узле, от которого питаются такие установки, неизмен­ ным независимо от происходящих в них аварийных процессов

По мере перехода к более низким ступеням напря­ жения для правильной оценки сопротивления короткозамкнутой цепи 'приходится учитывать целый ряд факто­ ров, которые не играют практически никакой роли в установках повышенных напряжений. Вся специфика установок до 1 000 в изложена в § 17-5.

17-2. Простое замыкание на землю

При замыкании на землю одной из фаз в системе с изолированной нейтралью, т. е. при простом замыка­ нии на землю, путь для тока, идущего в землю, осу­ ществляется через емкостную проводимость элементов каждой фазы относительно земли.

Пусть в начале трехфазной линии, присоединенной к источнику переменного тока, произошло замыкание на землю фазы А (рис 17-1,а). Распределенные вдоль ли­ нии емкости каждой фазы относительно земли условно представлены сосредоточенными емкостями в конце ли­ нии. Частичные емкости между фазами для простоты не показаны; при этом отметим, что их влияние на ток замыкания на землю очень мало (см. ниже).

Проследим путь циркуляции тока замыкания на землю (он указан стрелками). Поступая в землю в ме­ сте замыкания, ток возвращается по неповрежденным фазам через их емкостные проводимости относительно земли Емкостная проводимость поврежденной фазы оказывается зашунтированной рассматриваемым замы-

ком, который наводится токами двух других фаз на дан­ ном участке линии. Характер векторных диаграмм токов слева и справа от места замыкания показан на том же рисунке.

В действительности емкостная проводимость линии распределена равномерно по ее длине, поэтому эпюра пространственного распределения тока нулевой последо­

тока простого замыкания на землю пренебречь послед­ ними и, следовательно, считать, что величина этого тока практически не зависит от места замыкания в рассма­ триваемой электрически связанной сети. Кроме того, так как этот ток относительно мал, при его нахождении можно считать, что напряжение источника сохраняется

через дугу с сопротивлением гя будет:

4 3 6

нулевой последовательности всех элементов (практически только линий и кабелей), элек­ трически связанных с точкой замыкания;

t/ф.ср— среднее фазное напряжение той ступени, где рассматривается замыкание на землю.

Наибольшая величина тока замыкания на землю имеет место, разумеется, при металлическом замыкании (гд=0) и согласно (17-1) составляет:

т. е. она в 3 раза превышает емкостный ток на землю одной фазы в нормальных условиях.

Для грубой оценки порядка величины тока замыка­ ния на землю может служить упрощенная формула:

мыкания на землю, км.

Для симметричных составляющих напряжений за со­ противлением дуги при принятых допущениях имеем:

На рис. 17-2 приведены векторные диаграммы на­ пряжений и токов в месте простого замыкания на зем­ лю фазы А. Они построены при указанных допущениях. С изменением сопротивления дуги гя концы векторов токов и напряжений скользят по дугам соответствую­ щих окружностей, как показано пунктиром. Треуголь­ ник линейных напряжений остается без изменений и лишь перемещается параллельно самому себе в соот­ ветствии с перемещением его центра тяжести, положе­ ние которого определяется напряжением нулевой по­

4 3 7

следовательности Неизменность линейных напряжений, в частности, обусловливает практически постоянное зна чение тока в емкостной проводимости между фазами как при нормальных условиях, так и при простом замы кании на землю С уменьшением сопротивления дуги напряжение поврежденной фазы стремится к нуто, а на пряжения здоровых фаз — к соответствующим линей­ ным напряжениям

Рис 17 2 Векторные диаграммы напряжений (а) и токов (б) в месте простого замыкания на землю

Аналогично комплексной схеме при однофазном ко­ ротком замыкании (см рис 14-8,6) можно составить такую же схему для простого замыкания на землю Для этого нужно в схеме нулевой последовательности разземлить все нейтрали и в схемы каждой последователь­ ности ввести соответствующие емкостные сопротивле­ ния Пример такой комплексной схемы представлен на рис 17 3 Здесь помимо емкостных сопротивлений вве­ дены индуктивные сопротивления линии и трансформа­ тора и сопротивление дуги.

4 3 8

Из приведенной схемы непосредственно следует, что для ограничения тока простого замыкания целесообраз­ но нейтраль трансформатора заземлить через индук­ тивную катушку (как показано пунктиром) Индуктив­

ен

Рис 17 3 Простое замыкание на землю че­ рез дугу

а — и с х о д н а я с х е м а , б — к о м п л е к с н а я с х е м а з а м е щ е н и я

ность такой катушки можно выбрать так, чтобы в цепи

439

замыкания на землю. Пренебрегая реактивностью трансформатора, найдем, что данное условие будет вы­ полнено при хь = х соъ!2>.

Такие катушки называются дугогасящими. Их вы­ полняют с регулированием индуктивности, для того чтобы производить их настройку при изменениях защи­ щаемой сети. По тому же принципу построены другие дугогасящие устройства, подключаемые непосредствен­ но к фазам сети.

Обычно стремятся снизить ток замыкания на землю до величины, при которой создаются благоприятные условия для самопогасания дуги, возникшей при таком замыкании. Опытол1 установлено, что для обеспечения этого необходимо, чтобы ток замыкания на землю не превышал:

кании на землю в сети 37 кв, имеющей воздушные линии общей

4 4 0