Общие положения. К несимметричным коротким замыканиям относятся двухфазное, двухфазное на землю и однофазное КЗ

К несимметричным коротким замыканиям относятся двухфазное, двухфазное на землю и однофазное КЗ.

Для несимметричных КЗ характерны неодинаковые значения фазных токов и напряжений и различные углы сдвига между токами, а также между токами и соответствующими напряжениями.

Эта особенность несимметричных КЗ существенно усложняет их расчет, так как при расчетах трехфазных КЗ предполагается полная симметрия трех фаз рассматриваемой схемы, что позволяет составлять схему замещения и вести расчет для одной из фаз.

Поскольку при несимметричных КЗ токи и напряжения в разных фазах различны, для выполнения расчета обычным способом потребовалось бы составлять схему замещения для всех трех фаз рассматриваемой сети с учетом взаимоиндукции между фазами. Это серьезно усложнило бы расчет даже в случае сравнительно простых схем.

Для упрощения расчетов несимметричных КЗ применяется метод симметричных составляющих, который заключается в замене несимметричного режима трехфазной сети симметричным режимом или замене несимметричного повреждения условным трехфазным коротким замыканием.

По этому методу любая несимметричная трехфазная система может быть однозначно разложена на три симметричные системы, или последовательности – прямую, обратную и нулевую.

Напряжение в месте КЗ при несимметричном замыкании не равно нулю, как при трехфазном металлическом КЗ, и определяется для последовательностей следующими уравнениями:

U_k₁= E – I_k₁ jX₁_Σ, (4.1)

U_k₂= 0 – I_k₂ jX₂_Σ, (4.2)

U_k₀= 0 – I_k₀ jX₀_Σ (4.3)

где Е – результирующая или эквивалентная ЭДС источников питания.

Так как для каждого генератора трехфазная симметричная система ЭДС статора является системой прямой последовательности, в схемах обратной и нулевой последовательности ЭДС источников отсутствуют.

Создаваемые в схемах симметричных составляющих ЭДС самоиндукции от прохождения токов прямой, обратной и нулевой последовательности учитываются в виде падений напряжения с обратным знаком в сопротивлениях X₁_Σ, X₂_Σ и X₀_Σ.

Для определения результирующих сопротивлений X₁_Σ, X₂_Σ и X₀_Σ при расчете несимметричного КЗ составляются схемы прямой обратной и нулевой последовательности.

4.2 Схемы замещения прямой, обратной и нулевой последовательности

Схема замещения прямой последовательности составляется аналогично схеме замещения для расчета трехфазных КЗ, так как токи трехфазного КЗ являются токами прямой последовательности: система токов симметрична, уравновешена и имеет прямое чередование фаз.

Для всех элементов расчетной схемы Х_{1 =}Х⁽³⁾, т.е. сопротивление прямой последовательности соответствует индуктивному сопротивлению при симметричном режиме.

Схема замещения обратной последовательности составляется из тех же элементов, что и схема прямой последовательности, так как пути прохождения тока для обеих последовательностей одинаковы; ЭДС генераторов в схеме принимаются равными нулю.

Синхронные машины имеет разные сопротивления прямой и обратной последовательности. В расчетах можно принимать следующие значения: Х₂ = 1,22Х^″ для машин с демпферными обмотками и Х₂ = 1,45Х^′для машин без демпферных обмоток. Для приближенных расчетов можно принимать Х₂ ≈ Х₁≈ Х^″.

Для неподвижных элементов (трансформаторов, реакторов, линий) изменение порядка чередования фаз не оказывает влияния на взаимоиндукцию с соседними фазами и поэтому Х₂ ≈ Х₁.

При несимметричных КЗ на землю возникают слагающие нулевой последовательности в системах тока и напряжения (см. рисунок 4.1). Токи нулевой последовательности представляют собой однофазный ток, разветвленный между тремя фазами. Возвращение токов 3I₀ происходит через землю, а если линия защищена тросом, по тросу и земле.

Для составления схемы замещения нулевой последовательности выявляются контуры, по которым могут проходить токи, имеющие одинаковое направления во всех фазах. В точке КЗ, где фазы условно закорочены и приложено напряжение U_к,0, контуры объединяются, и поэтому составление схемы замещения целесообразно начинать с этой точки. Чтобы получилась замкнутая цепь для прохождения токов нулевой последовательности, в схеме должна быть, по крайней мере, одна заземленная нейтраль. Если таких нейтралей несколько, то полученные цепи включаются параллельно.