Допущения при анализе КЗ

Лекция 2.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ

Коммутационная аппаратура

Электропривод

1838 г. Опыты Якоби Б.С., использовал электродвигатель на плавающем средстве на Неве.

1876 г. - первые опыты Пироцкого Федора Апполоновича с прототипом трамвая.

В 1874 г. на Волковом поле вблизи Петербурга проводил опыты по передаче электроэнергии на расстояние до 1 км. В 1880 г. первым в России провёл на ветке Сестрорецкой железной дороги испытания вагона, приводимого в движение электродвигателем, причём токопроводом служили изолированные от земли рельсы, по которым катился вагон.

1879 г. – Эрнест Вернер фон Сименс (Siemens) демонстрирует публично опыт электрической тяги на Берлинской промышленной выставке. 3 небольших открытых вагончика, в которых можно было перевезти 18 пассажиров. Напряжение подавалось по ходовым рельсам и 3-му рельсу.

1879-1880 г.г. – испытания прототипа трамвая Пироцким Ф.А. Вагон конки
№ 114, в котором 40 человек были перевезены электрическим приводом. Эксперимент прошел удачно, но были против владельцы конно-железных дорог.

1892 г. – первые линии эл. трамвая в Киеве.

1907 г. – первый петербургский трамвай вел Г.О. Графтио.

1912 г – начаты работы по электрификации участка Петербург-Ораниенбаум. Прекращены, в связи с началом 1-й мировой войны.

Встали две проблемы коммутации нормального режима, т.е. включения, отключения и защита от КЗ.

Долгое время защита осуществлялась лишь плавкими вставками.

В 1890 г. во Франции впервые была синтезирована шестифтористая сера SF6 (во всем мире этот газ известен именно под таким названием), называемая в России элегазом - электрическим газом. Название дано в 1947 г. Б. Гохбергом.

1893 г - Доливо-Добровольский конструирует максимальный автоматический выключатель с пружинными контактами. Это уже исполнительный механизм релейной защиты.

1895 г – Ферранти создает прообраз масляного выключателя со специальными дугогасительными контактами.

Назад>>

Содержание лекции 2

2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ........................................................................ 1

2.1. Допущения при анализе КЗ.................................................................................................... 1

2.2. Расчетные схемы и соглашения о положительных направлениях токов и напряжений 4

2.3. Назначение РЗ и ее взаимодействие с другими техническими средствами........... 7

2.4. Свойства релейной защиты и предъявляемые к ней требования............................ 11

2.4.1. Быстродействие............................................................................................................ 11

2.4.2. Селективность............................................................................................................... 14

2.4.3. Надежность..................................................................................................................... 15

2.4.4. Чувствительность.......................................................................................................... 18

ГИПЕРССЫЛКИ К ЛЕКЦИИ № 2...................................................................................................... 19

Расчет токов короткого замыкания производится с рядом допущений, которые позволяют упростить расчет, не приводя к существенному росту его погрешности. Приведем общепринятые допущения. Отклонения от общепринятых допущений в дальнейшем будем оговаривать особо.

1). Сопротивления всех трех фаз считаются одинаковыми. На самом деле сопротивления фаз не одинаковы, т.к. не равны их емкостные и индуктивные составляющие.

2). Распределенные параметры элементов эл. сети принимаются сосредоточенными. Это справедливо для ВЛ до 150-250 км, а для ВЛ свыше 250 км половина длины электромагнитной волны может быть меньше длины линии. В результате фазные углы тока и напряжения в начале линии будет существенно отличаться от их значений в конце линии.

3). Питающее напряжение принимается симметричным и синусоидальным. В действительности питающее напряжение несимметричное, т.к. фазы могут быть загружены неравномерно (см. рис 2.1). Кроме того, оно несинусоидальное, т. к. в нем почти всегда присутствуют высшие гармоники. Такие гармоники создаются приемниками потребляющими несинусоидальный ток (например, выпрямители тяговых подстанций).

4). Повреждение возникает при токе нагрузки равном нулю (i_Н = 0). В реальных электрических цепях токи нагрузки не равны нулю, но их учет может привести к значительному усложнению расчетов, поэтому обычно их не учитывают. Подробнее о повреждениях…

5). Не учитывается переходное сопротивление в месте КЗ, и считается, что произошло непосредственное («глухое» или «металлическое») соединение фаз между собой или на землю. На самом деле в месте КЗ существует переходное сопротивление, обусловленное сопротивлением земли, изоляции и участка электрической цепи, через который проходит КЗ.

Кроме того, ток КЗ может происходить и через дугу, сопротивление которой определяется по формуле:

где — длина дуги, м;

— расстояние между шинами, м.

6). Точки короткого замыкания принимаются, как правило, электрически удаленными, а в случае энергосистемы ограниченной мощности расчет ведется по начальному значению тока КЗ (рис. 2.2).

Расчетная точка КЗ является электрически удаленной, если отношение действующего значения периодической составляющей тока источника энергии (генератора, синхронного компенсатора, электродвигателя) в начальный момент КЗ к его номинальному току меньше двух, в остальных случаях КЗ считается близким.

Для определения удаленности точки КЗ пользуются соотношением:

(*)

где — относительное результирующее сопротивление цепи КЗ, Ом;

— результирующее сопротивление цепи КЗ, Ом;

— сопротивление генератора, Ом;

Если соотношение (*) больше или равно трем (), то расчетная точка КЗ принимается электрически удаленной.

7). Не учитываются токи намагничивания трансформаторов и емкостные токи линий до 330 кВ.

Емкостные токи (токи однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью) приблизительно можно оценить по приведенным ниже данным.

- формула для расчета тока КЗ для ВЛ на 1 км линии.

где S — сечение, мм;

-— напряжение, кВ.

- значение тока КЗ для ВЛ 10 кВ на 1 км линии.

- значение тока КЗ для ВЛ 35 кВ на 1 км линии.

2.2. Расчетные схемы и соглашения о положительных направлениях
токов и напряжений

Расчетная схема представляет собой упрощенное представление рассматриваемой электрической системы с принятыми допущениями. На расчетной схеме указываются источники, шины подстанций, выключатели, измерительные трансформаторы, устройства релейной защиты, положительные направления токов и напряжений. На основании расчетной схемы составляется схема замещения.

В качестве примера рассмотрим трехфазное КЗ в системе с изолированной нейтралью. Расчетная схема приведена на рис. 2.3. (а - расчетная схема, б – зависимость токов КЗ и нагрузок от координат, в – схема замещения для 3-х фазного КЗ). Выражение для вычисления тока КЗ:

где

Соглашения о векторных диаграммах и положительных направлениях токов и напряжений в расчетных схемах

В релейной защите приняты следующие положительные направления токов в расчетных схемах (см. рис. 2.4а):

· для генераторов – от «0» к выводам ;

· для трансформатора – от генератора к нагрузке ;

· для линии – от шин в линию .

Если направление тока совпадает со стрелкой, то изображается положительными числами и отрезками.

За условие положительного направления напряжения и ЭДС принимают направления, когда потенциал вывода генератора или нагрузки, связанный с линией, выше потенциала вывода, соединенного с землей.

На расчетных схемах положительное направление напряжения обозначают стрелкой, направленной в сторону более низкого потенциала от линейного вывода к земле, ЭДС наоборот. Направление действия ЭДС принимается по направлению перемещения положительного заряда под действием ЭДС.

Положительное направление мощности – от шин генератора в линию.