Назначение устройств релейной защиты и предъявляемые к ним требования, страница 7

Векторная диаграмма токов и фазных напряжений при металлическом трехфазном КЗ на  линии на некотором удалении от шин, схема замещения прямой последовательности приведены на рис. 2-3. Токи фаз отстают от соответствующих ЭДС на угол j_с = arctg ( X_г + X_т + X_л )/R_л. Напряжение в месте КЗ равно нулю. Остаточное напряжение на шинах Ш U(3)_кш = (R_л + X_л)I(3)_к. Угол сдвига фаз фазных токов и напряжений j_л = arctg X_л / R_л.

В случае повреждения на ненагруженной линии аварийные составляющие токов фаз равны току КЗ. Аварийная составляющая напряжения в месте металлического КЗ U(3)_{к ав} = U(3)_к - E = -E. Аварийные составляющие напряжений максимальны в месте КЗ и уменьшаются по мере удаления от последнего к источнику питания до нуля (в нейтрали) (рис. 2-3,в). Значение аварийного напряжения на шинах Ш может быть определено как падение напряжения от нейтрали до указанной точки: U(3)_{к ш ав} = -j(X_г +X_т) I(3)_к. Из этого выражения видно, что переходное сопротивление Rп не влияет на значение угла jав = (I(3)к ав U(3)к а), который всегда близок к -90° (270°) (сказанное справедливо также и для обратной и нулевой последовательности).

		Рис. 2-3

 

Переходные сопротивления в месте трехфазного КЗ, как правило, не одинаковы (например, R_пА = R_пС, R_пВ = 0), поэтому в токах и напряжениях фаз появляется значительная по величине обратная последовательность. В отдельных случаях ее целесообразно использовать для выявления (фиксации) трехфазного КЗ, так как в нормальном режиме и при качаниях (асинхронном режиме) в системе она обычно мала. Трехфазные КЗ с точки зрения влияния на устойчивость системы являются самым тяжелым видом повреждения. Однако такие повреждения весьма редки и поэтому за расчетный в системах высокого и сверхвысокого напряжения  принимается двухфазное КЗ на землю.   

КЗ между двумя фазами

Рассматривается металлическое КЗ между двумя фазами (В и С) на ненагруженной линии на некотором удалении от шин ПС (векторная диаграмма токов и напряжений приведена на рис. 2-4,а). Рассматриваемое повреждение характеризуется следующими соотношениями: I(2)_{к А} = 0; I(2)_{к В}  = - I(2)_{к C}; токи КЗ определяются ЭДС Е_ВС, действующей в «петле КЗ», образованной поврежденными фазами. Угол сдвига фаз между указанной ЭДС и током I(2)_{к В} j(2)_с = j(3)_с. Фазные напряжения в месте повреждения равны: U(2)_{к А}  = Е_А; U(2)_{к В} = U(2)_{к С} = - 0,5 Е_А. По мере приближения к шинам ПС напряжения меняются; их значения на шинах Ш:

U(2)_{к ш В} = U(2)_{к В} + (R_л + jX_л) I(2)_{к В};   U(2)_{к ш С}= U(2)_{к С} + (R_л + jX_л) I(2)_{к С},

U(2)_{к  ш ВС}  = 2 (R_л + X_л) I(2)_{к В}                                                          (2-1)

Фазовый сдвиг между U(2)_{к ш ВС} и I(2)_{к В} (j(2)_л) определяется так же, как и при трехфазном КЗ. Вследствие неравенства углов полных сопротивлений системы и линии электропередачи напряжения поврежденных фаз на шинах Ш не равны, причем напряжение опережающей фазы В больше, чем отстающей фазы С.

Расчет электрических величин при двухфазном КЗ в одной точке производится с использованием метода симметричных составляющих. На рис. 2-3,б приведена комплексная схема замещения, в соответствии с которой ток прямой последовательности при условииZ_к1å =  Z_к2å

I(2)_к1  =   E/2 [R_п + R_л + j(X_г + X_т + X_л)]                       (2-2)

Поскольку I(2)_{к А} = 0 и I(2)_{к 0} = 0, I(2)_к2 = -I(2)_к1.

Симметричные составляющие напряжения в месте КЗ  U(2)₂ = - [R_л + j(X_г +X_т + X_л)]I(2)_к2 = U(2)_к1. Напряжение прямой последовательности имеет наименьшее значение в месте повреждения и возрастает в направлении к источнику питания. Напряжение обратной последовательности, наоборот, максимально в точке КЗ и снижается в указанном направлении (рис. 2-4, в). Угол сдвига фаз между векторами напряжения и тока обратной последовательности близок  к 270° (или 90°) и, как и при других несимметричных КЗ, не зависит от переходного сопротивления в месте повреждения(рис. 2-4,г).