Учет электродвигателей при расчете токов короткого замыкания

Точка КЗ в СЭС может питаться не только от ЭЭС или отдельных электростанций, но и от электродвигателей, которые при внезапном КЗ в СЭС продолжают по инерции вращаться, переходят в генераторный режим и генерируют ток к месту повреждения. В переходном процессе этот ток у синхронного двигателя спадает до установившегося значения (определяется током возбуждения), у асинхронного двигателя - до нуля. Увеличение тока в месте КЗ из-за перехода двигателей в генераторный режим может быть весьма существенным, если мощный двигатель или группа двигателей подключены вблизи  точки КЗ, что характерно  для сетей и  электроустановок напряжением 6 - 10 кВ с двигателями мощностью 1000 кВт и более.

При расчете токов КЗ обычно учитывают только те двигатели, которые связаны с местом КЗ непосредственно через КЛ или токопроводы, линейные реакторы или двухобмоточный трансформатор. Не учитывают токи, генерируемые двигателями, подключенными к секции промышленной подстанции, которая связана с другой секцией, где имеется КЗ, через трансформатор с расщепленной обмоткой или через сдвоенный реактор. В этом случае надо учитывать токи только тех двигателей, которые присоединены ко второй секции.

Ток, генерируемый двигателями, учитывают при проверке аппаратов и проводников РУ 6 - 10 кВ по условиям КЗ, а также при расчете релейной защиты электроустановок. С этой целью определяют сверхпереходный ток двигателя I"_ДВ, ударный ток i_УД.ДВ, а также периодическую I_ДВt, I_ДВτ и апериодическую i_А.ДВt, i_А.ДВτ составляющие тока в любой момент t переходного процесса и в момент τ отключения КЗ. При определении токов, генерируемых двигателями в случае КЗ, за базисные величины принимают номинальные напряжения и мощность (ток) двигателей.

Методика расчета токов КЗ с учетом электродвигателей зависит от места их размещения в расчетной схеме. Расчетные схемы могут быть двух видов:

1) радиальные, в которых каждый двигатель связан с точкой КЗ индивидуальным внешним сопротивлением z _ВНi (рис. 2.31, а);

2) сложные, в которых точка КЗ находится за общим сопротивлением группы двигателей (рис. 2.31, б) или за общим сопротивлением группы двигателей и системы (рис. 2.31, в).

При включении по радиальной схеме разнотипных двигателей их следует учитывать индивидуально. Остальная часть схемы должна быть преобразована относительно точки КЗ для определения ее результирующего сопротивления и расчета соответствующего тока КЗ I⁽³⁾_Кt.

 

Рис. 2.31. Расчетные схемы с электродвигателями

 

В случае асинхронного двигателя начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ с учетом внешнего сопротивления, через которое двигатель подключен к сборным шинам подстанции, определяется выражением

                                                             (2.62)

где Е"_* - сверхпереходная ЭДС двигателя, определяемая по формуле (2.47);

Х"_* - сверхпереходное сопротивление двигателя, определяемое по формуле

.

При отсутствии исходных данных приближенно считают, что Е"_* = 0,9.

Полное внешнее сопротивление можно не учитывать при z_{* ВН} ≤ (0,1-0,2)·Х"_* (сопротивление кабелей длиной не более 200 - 300 м и сечением не менее 50 - 70 мм²). В этом случае при расчетах сверхпереходный ток находят по формулам:

для асинхронных двигателей (кроме серий ВДД и ДВДА)

I"_ДВ = I_*ПУСК ·I_НОМ;                                                                             (2.63)

для двигателей серий ВДД и ДВДА

I"_ДВ = 1,2·I_*ПУСК ·I_НОМ.                                                                        (2.64)

Если внешнее сопротивление z_{* ВН} > (0,1-0,2)·Х"_*, то его необходимо учитывать в расчете. При этом сверхпереходный ток определяют по формулам:

- для асинхронных двигателей (кроме серий ВДД и ДВДА)

.                                                                           (2.65)

- для таких же двигателей серий ВДД и ДВДА

.                                                                       (2.66)

В случае синхронного двигателя начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ с учетом внешнего сопротивления вычисляют по формуле (2.62, 2.64, 2.66). ЭДС Е"_* при этом находят по формуле (2.67), считается, что до КЗ двигатель работал в номинальном режиме с перевозбуждением.

,                        (2.67)

где U₍₀₎, I₍₀₎, φ₍₀₎ – соответственно напряжение на зажимах машины, ток и угол сдвига фаз в исходном режиме.

При отсутствии исходных данных приближенно принимают Е"_*=1,1.

Ударный ток КЗ, создаваемый асинхронным и синхронным двигателями, определяется выражением

,

где К_УД.ДВ – ударный коэффициент с учетом внешнего сопротивления, который рассчитывают по формулам:

для асинхронного двигателя

,                                     (2.68)

для синхронного двигателя

.                                                               (2.69)

Если внешнее сопротивление не учитывают, то К_УД.ДВ определяют по таблице 2.7.

 

                                                                                                Таблица 2.7

Значения постоянных времени и ударных коэффициентов

 

Параметр	Двигатель серии
	А	АО	ДАЗО	АТД	АТМ	ВДД, ДВДА	ДАМСО
Т΄ДВ.РАСЧ, С	0,04	0,04	0,09	0,6	0,075	0,06	0,044
Т΄ДВ.РАСЧ, С	0,04	0,03	0,02	0,058	0,043	0,05	0,035
КУД.ДВ	1,56	1,49	1,5	-	1,67	1,66	1,55

 

При расчете сложных схем короткозамкнутой цепи, в которых электродвигатели соединены с точкой КЗ через общее сопротивление (рис.2.31, б), асинхронные и синхронные двигатели заменяют эквивалентными электродвигателями и определяют начальное значение периодической составляющей суммарного тока группы двигателей по формуле:

.

Для эквивалентного двигателя рассчитывают:

- суммарный номинальный ток

;                                                     (2.70)

- кратность пускового тока

;                                                                   (2.71)

- начальное значение периодической составляющей

                                           (2.72)

Ударный ток КЗ, создаваемый эквивалентным двигателем, определяется выражением

,

где .