Особенности расчета коротких замыканий для релейной защиты

3.Особенности расчета коротких замыканий для релейной защиты

3.1. Общие положения

При выполнении релейной защиты, действующей на отключение, в сетях с глухозаземленными нейтралями (110 кВ и выше) учитываются трехфазные КЗ К⁽³⁾, двухфазные КЗ - К⁽²⁾ (между двумя фазами), двухфазные КЗ на землю - К^(1,1) и однофазные КЗ - К⁽¹⁾. В этих сетях защита выполняется двумя комплектами: комплектом от междуфазных КЗ, включенным на полные токи и напряжения фаз и комплектом от КЗ на землю, включенным на токи и напряжения нулевой последовательности.

В сетях с изолированными нейтралями или нейтралями, заземленными через дугогасящие реакторы, при выполнении релейной защиты, действующей на отключение, учитываются  К⁽³⁾,  К⁽²⁾ и двойные КЗ на землю З⁽¹⁺¹⁾. При однофазных замыканиях на землю З⁽¹⁾  защита, как правило, выполняется действующей на сигнал, за исключением тех случаев, когда по условиям техники безопасности требуется отключение З⁽¹⁾. В этих сетях выполняют защиту от всех видов КЗ, и включается она на полные токи и напряжения, либо при З⁽¹⁺¹⁾  включается на составляющие нулевой последовательности.

Работа релейной защиты определяется подводимыми токами, напряжениями и фазными углами между ними. Поэтому для анализа работы релейной защиты необходимо рассчитать токи в защите, напряжения в месте установки защиты, а также построить векторные диаграммы этих величин. При построении векторных диаграмм задаются условными положительными направлениями токов к месту КЗ, напряжений – к нейтральным, а ЭДС - от нейтральных точек системы.

С целью упрощения расчетов при КЗ не учитывают токи нагрузки и расчеты проводят для сверхпереходного режима без учета переходного сопротивления в месте КЗ (кроме сетей напряжением до 1000В).

При определении модуля тока в схемах с U_ном > 35 кВ принимается  , а аргумент тока определяется:   

3.2. Междуфазные КЗ в одной точке

Трехфазные КЗ рассматриваются для неразветвленной сети (рис.3.1). Исходными при построении векторной диаграммы являются фазные ЭДС системы  Е_А, Е_В и Е_С . Ток в фазах в месте КЗ и в защите одинаков и его модуль , например, для фазы  А  равен: , а аргумент (угол сдвига тока относительно Е_А):

, где: Х_с, R_c – индуктивная и активная составляющие сопротивления питающей системы;

Х_П, R_П – индуктивная и активная составляющие сопротивления распределительной сети.

Значение фазного тока КЗ можно определить по известном значении линейной (междуфазной) ЭДС:

                                                         (3.1)

Модуль фазного остаточного напряжения в месте установки защиты  а аргумент

Рис.3.1.Схема замещения сети (а) и векторная диаграмма токов и напряжений при трехфазном КЗ (б).

Трехфазное КЗ характеризуется наибольшим током и по его значению проверяют электрооборудование электроустановки и рассчитывают уставки защит.

Рис.3.2. Векторные диаграммы при двухфазном КЗ между фазами В и С: а. б. 

Двухфазное КЗ между фазами В и С (К⁽²⁾). Для всех элементов сети (рис.3.1) принимается равенство сопротивлений прямой и обратной последовательностей Z₁= Z₂ =Z.

Исходными при построении векторной диаграммы являются векторы ЭДС системы. Ток в неповрежденной фазе , а так как сумма токов трех фаз равна нулю, то  (рис.3.2). Токи в поврежденных фазах определяются эквивалентной ЭДС  и суммой сопротивлений в контуре короткого замыкания. С учетом принятого выше допущения (Z₁ = Z₂ =Z) ток двухфазного КЗ можно определить по току трехфазного КЗ:

                                  (3.2)

В месте КЗ фазные напряжения поврежденных фаз   

Напряжение в месте установки защиты равно падению напряжения в линии, значение которого определяется током КЗ и сопротивлением петли КЗ:  Вектор этого напряжения сдвинут относительно вектора тока  на угол  в сторону опережения.

Двухфазное КЗ характеризуется наименьшим током из всех видов междуфазных повреждений. Поэтому по его значению оценивается чувствительность релейной защиты от междуфазных КЗ. 

3.3. Короткие замыкания на землю в системах с заземленной нейтралью

Однофазное КЗ фазы А (К⁽¹⁾) характеризуется появлением токов нулевой