Расчет несимметричных токов короткого замыкания

Для выбора и проверки параметров релейной защиты и автоматики в системах электроснабжения промышленных предприятий наряду с токами трехфазных КЗ необходимо знать токи несимметричных КЗ (двухфазного на землю, однофазного и двухфазного).

В основу расчета несимметричных КЗ положен метод симметричных составляющих, согласно которому любую несимметричную систему векторов (тока, напряжения и т. д.) можно заменить тремя условными симметричными составляющими: прямой, обратной и нулевой последовательностей (в дальнейшем величины, характеризующие прямую последовательность, будем обозначать с индексом 1, обратную последовательность - с индексом 2 и нулевую последовательность - с индексом 0; вид КЗ будем обозначать показателем рассматриваемого параметра, например I(3)п0 - периодическая составляющая тока трехфазного КЗ).

При расчете несимметричных КЗ, как и симметричных трехфазных КЗ, предполагают, что сопротивления всех трех фаз одинаковы, а насыщение магнитных систем не учитывается.

Протекание по фазам несимметричных токов КЗ создает в сопротивлениях фаз несимметричные падения напряжения, которые можно представить в виде симметричных составляющих. Сопротивления элементов трехфазной цепи для разных последовательностей могут отличаться друг от друга.

Для расчета несимметричных токов КЗ составляют схемы замещения прямой, обратной и нулевой последовательностей. Схему замещения прямой последовательности (рис. 6.9, a) составляют аналогично схеме замещения для расчета трехфазного КЗ; она содержит ЭДС прямой последовательности источника питания (генераторы создают только симметричную трехфазную систему ЭДС прямой последовательности) и составляющую прямой последовательности напряжения в месте КЗ Uк1. Для всех элементов схемы замещения прямой последовательности индуктивные сопротивления соответствуют сопротивлениям при симметричном режиме работы х1 = х(3) х(3) - сопротивление, которое принималось при расчете трехфазного КЗ).

Схема замещения обратной последовательности (рис. 6.9, б) состоит из тех же элементов, что и схема замещения прямой последовательности, за исключением ЭДС генераторов, которая в данном случае равна нулю. Сопротивления обратной последовательности для элементов, у которых изменение порядка чередования фаз не оказывает влияния на взаимоиндукцию с соседними фазами(трансформаторы, реакторы, линии), принимают равными сотивлениям прямой последовательности х2 = х1. Синхронные машины имеют разные сопротивления прямой и обратной последовательностей. В качестве приближенных соотношений допускается принимать для турбогенераторов и машин с продольно-поперечными демпферными обмотками х2 = х'd. Для асинхронных электродвигателей сопротивление обратной последовательности можно считать равным х2 = х". Сопротивление обратной последовательности обобщенной нагрузки можно принимать равным х2* = 0,35, считая нагрузку отнесенной к полной рабочей мощности и среднему номинальному напряжению той ступени, к которой она присоединена.

Схему замещения нулевой последовательности (рис. 6.9, в) составляют при несимметричных КЗ на землю. Токи нулевой последовательности представляют собой однофазный ток I0, разветвленный между тремя фазами. Возвращение токов 3I0 происходит через землю, а если линия защищена тросом, то по тросу и земле.

Составление схемы замещения нулевой последовательности следует начинать от точки, где возникла несимметрия, считая, что в этой точке все фазы замкнуты между собой накоротко и к ней приложено напряжение нулевой последовательности Uк0. Чтобы получилась замкнутая цепь для прохождения токов нулевой последовательности, в схеме должна быть хотя бы одна заземленная нейтраль. Если таких нейтралей несколько, то полученные цепи включаются параллельно. Сопротивление, через которое заземлена нейтраль трансформатора, генератора, двигателя, нагрузки, должно вводиться в схему нулевой последовательности утроенным.