Файл: Церазов, А. Л. Электрическая часть тепловых электростанций учебник.pdf

лей при земляных работах и др.); тепловым поврежде­ нием изоляции (длительная работа с токами, превы­ шающими допустимые значения и продолжительности); загрязнением поверхности опорной и подвесной изоля­ ции голых токоведущих частей. Причиной к. з. могут быть еще случайные набросы проводниковых материа­ лов (или попадание животных) на голые токоведущие фазы электроустановок, а также ошибочные операции эксплуатационного персонала (включение на забытые переносные заземления; неправильные действия с разъе­ динителями) .

Короткие замыкания вызывают многократное увели­ чение токов в поврежденных фазах, глубокое снижение напряжения в ближайших узлах электрической системы. Короткие замыкания могут не только вызвать повре­ ждение отдельных аппаратов или машин, но и привести к очень тяжелым авариям в электрических системах (потеря синхронизма у отдельных мощных агрегатов или частей системы, приводящая к расстройству работы всей системы).

Чтобы предотвратить тяжелые последствия, вызывае­ мые к. з., необходимо правильно выбирать электрообо­ рудование, принимать меры для сохранения устойчиво­ сти параллельной работы в системе. Для этого надо уметь рассчитывать токи к. з. и определять вызванные ими снижения напряжения на узлах сети.

4-2. ТРЕХФАЗНОЕ КОРОТКОЕ ЗАМЫКАНИЕ

Рассмотрим процесс, происходящий при трехфазном к. з. в простейшей схеме передачи электроэнергии от шин системы неограниченной мощности (Sc=oo; Um = —const) к потребителю (рис. 4-1). Фазные напряжения для трехфазной схемы должны быть записаны в виде

Ua — Um siti (cot —f-'Ct) ,

(4-1)

где в силу неограниченной мощности системы Vm= const. Трехфазное к. з. является симметричным, поэтому для выяснения процесса к. з. достаточно решить диффе-

68

Рис. 4-1. Внезапное трехфазное короткое замы­ кание.

69

Она получила еще название свободной составляю­ щей тока к. з., потому что не обусловлена какой-либо приложенной э. д. с. Физической причиной возникнове­ ния свободной составляющей тока в контуре с индуктив­ ностью является невозможность мгновенного изменения запасенной энергии магнитного поля Li2/2, а следователь­ но, и тока г. Из этого условия найдем постоянную инте­ грирования га0. Обозначим iAo величину тока согласно (4-4) при t-*-0, а 1а(0) — величину тока в момент, предше­ ствующий к. з.

предшествующий к. з. ток в фазе определялся нагрузоч­ ными условиями

l^(0) = %sin( * - ? " ) = *'(0).

Так как ток в цепи с индуктивностью не может изме­ няться скачком, то 1а о или ino + C = f(0), откуда

(рис. 4-2)

70

По выражению (4-4) видно, что при к. з. периоди­ ческая составляющая тока в ветви к. з. не только уве­ личивается вследствие снижения полного сопротивления ветви zK< {zK+ z), но и изменяет отстающий сдвиг по

фазе относительно напряжения на угол —cpK= arctg — .

гн

Эта величина значительно больше угла <pH= arctg — ,

гн

обусловленного предшествующей нагрузкой рассматри­ ваемой ветви и близка к 90°, так как хк^>гк.

Постоянная времени Га, как правило, бывает очень малой, поэтому апериодическая составляющая тока к. з. за несколько периодов затухает до нуля. Однако, как видно из рис. 4-1,6, когда периодическая составляющая в ближайшие полпериода приобретает одинаковый знак с апериодической составляющей, ток к. з. достигает наибольшего амплитудного значения г'максЕго величина для одной и той же цепи и удаленности к. з. сильно зависит от величины апериодической составляющей то­ ка к. з., которая в свою очередь зависит от момента времени возникновения к. з., т. е. фазового угла а. Из

ляющая равна нулю. Если же а удовлетворяет условию1

cos (a — ?к) = -J- cos <P(a — <PH), to ia достигает мак­

iCtt

симального ^значения.

Величина апериодической составляющей тока к. з. зависит также от режима работы ветви перед к. з. На рис. 4-2 приведены три схемы и соответствующие этим схемам векторные диаграммы токов к. з.: а) предшест­ вующая активно-индуктивная нагрузка; б) до к. з. ли­ ния была на холостом ходу; в) предшествующая актив­ но-емкостная нагрузка. Для наглядности сравнения периодические составляющие тока к. з. приняты оди-

1 Следует из приравнивания нулю di^ldt согласно правилу оп­ ределения максимального значения.

71

наковыми. Из рисунка видно, что апериодическая со­ ставляющая имеет наибольшее значение при предшест­ вующем опережающем токе (редко встречающаяся активно-емкостная нагрузка). На практике для расчетов максимального мгновенного значения тока к. з. прини-

Рис. 4-2. Зависимость наибольшего значения апериодической состав­ ляющей от режима работы линии перед к. з.

л — режим активно-индуктивной нагрузки; б — холостой ход линии; в — режим работы с активно-емкостной нагрузкой.

мают апериодическую составляющую по предшествую­ щему холостому ходу ветви к. з., когда iaa= Inm. Такое максимальное мгновенное значение тока к. з. получило название ударного тока. Его величина равна:

к. з. от источника тока ky могут быть следующими: при К (3) на сборных шинах или зажимах генератора 1,95; при К(3\ удаленном за силовой трансформатор или трансформатор блока, 1,9; при /С(3), удаленном за токо-

72

зажимах асинхронных двигателей: 5 000 кВт— 1,75— 1,85; 1 000 кВт— 1,65—1,8; 200 кВт— 1,5—1,65; малой мощности — 1.

Если начальное значение периодической составляю­ щей выражено величиной действующего тока, то удар­ ный ток определяется как

где /до представляет собой действующее значение перио­ дической составляющей тока к. з. за первый период его существования

В этом случае амплитуда Um/zK периодической состав­ ляющей тока к. з. не может быть неизменной. В силу того, что переходный процесс распространится на источ­ ник тока (генератор), в этом процессе будет изменяться величина его э. д. с. и его результирующего индуктив­ ного сопротивления. Поэтому амплитуда периодической составляющей тока будет изменяться от начального зна­ чения /по до установившегося /поо по экспоненциальному

Я)

Рис. 4-3. Схема замещения одной фазы электропереда­ чи электрической энергии от системы ограниченной мощ­ ности к потребителю. На линии произошло трехфаз­ ное к. з.

73