Меню

Ударное значение тока короткого замыкания это

Понятие ударного тока КЗ и особенности его определения

Ударный ток короткого замыкания

Наибольшего значения полный ток КЗ достигает при наибольших значениях его составляющих. В § 4.3 было установлено, что начальное значение апериодического тока достигает максимума, когда ток предшествующего режима равен нулю (холостой ход), а в момент КЗ периодическая составляющая вынужденного тока проходит через свой максимум. Это условие принимается в качестве расчетного.

Максимальное мгновенное значение полного тока КЗ –

– называют ударным током. Найдем условия, при которых ударный ток достигает своего наибольшего значения для случая, когда ток предшествующего режима был равен нулю, т. е.
Im =
0. В этом случае уравнение для полного тока КЗ принимает вид:

и представляет собой функцию двух независимых переменных: времени t

и фазы включения
α
. Максимум тока наступает при
α =
0.

Для цепей с преобладающей индуктивностью φк ≈

90°, поэтому условия возникновения наибольшей апериодической составляющей и условие, при котором достигается максимум мгновенного значения полного тока, очень близки друг другу. Поэтому в практических расчетах максимальное значение полного тока КЗ, которое называют ударным током КЗ

, обычно находят при наибольшем значении апериодической составляющей, считая, что он наступает приблизительно через полпериода, что при
f=
50 Гц составляет около 0,01 с с момента возникновения КЗ.

Таким образом, выражение для ударного тока КЗ можно записать в следующем виде:

который называют ударным коэффициентом и который показывает превышение ударного тока над амплитудой периодической составляющей. его величина находится в пределах , что соответствует предельным значениям Та

, т. е.
Та =
0 при
Lк =
0 и
Та= ∞
при
Rк =
0.

Естественно, чем меньше Та

, тем быстрее затухает апериодическая составляющая и тем, соответственно, меньше ударный коэффициент. Влияние этой составляющей сказывается лишь в начальной стадии переходного процесса; в сетях и установках высокого напряжения она практически исчезает спустя 0,1…0,3 с, а в установках низкого напряжения она практически совсем незаметна.

Трехфазное КЗ ранее было названо симметричным, но этот термин является строгим только к периодическим составляющим токов в фазах. Апериодические же составляющие токов и, следовательно, полные токи во всех фазах не могут быть одинаковыми.

Под действующим значением полного тока к.з. понимают среднеквадратичный ток к.з. за период, в центре которого расположен рассматриваемый момент времени. Значение этого тока определяют по выражению

Если в (3.14) значение выразить через его составляющие , и произвести соответствующие преобразования [1], то получим

где — действующее значение периодической слагающей тока к.з.;

действующее значение апериодической слагающей тока к.з. в момент времени . При этом согласно [1], можно записать

Наибольший практический интерес представляет действующее значение тока к.з. в течение первого периода к.з., то есть в том периоде времени, в котором расположен ударный ток к.з. В этом случае действующее значение тока к.з. принято обозначать .

Согласно формуле (3.15) можно записать

где (так как цепь к.з. подключена к источнику неограниченной мощности); .

Тогда или окончательно,

Имея в виду, что может изменяться от 1 до 2, получим, что по выражению (3.17) может находиться в пределах

Расчет ударного тока короткого замыкания

6.5.1. Ударный ток трехфазного КЗ в электроустановках с одним источником энергии (энергосистема или автономный источник) рассчитывают по формуле

ударный коэффициент, который может быть определен по кривым на рис.
6.1
;

а

постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ (см. п. 6.4.2):

уд

время от начала КЗ до появления ударного тока, с, равное

6.5.2. При необходимости учета синхронных и асинхронных электродвигателей или комплексной нагрузки ударный ток КЗ следует определять как сумму ударных токов от автономных источников и от электродвигателей (см. п. 6.7) или от комплексной нагрузки (см. п. 6.8).

6.5.3. Если точка КЗ делит расчетную схему на радиальные, независимые друг от друга ветви, то ударный ток КЗ допустимо определять как сумму ударных токов отдельных ветвей по формуле

число независимых ветвей схемы;

п0i — начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ в
i
-й ветви, кА;

удi — время появления ударного тока в
i
-й ветви, с;

ai — постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ в
i
-й ветви, с.

Рис. 6.1. Кривые зависимости ударного коэффициента K

уд от отношений
R/Х
и
X/R
6.6. Расчет периодической составляющей тока КЗ

для произвольного момента времени

6.6.1. Методика расчета периодической составляющей тока трехфазного КЗ для произвольного момента времени в электроустановках до 1 кВ зависит от способа электроснабжения — от энергосистемы или от автономного источника.

6.6.2. При электроснабжении электроустановки от энергосистемы через понижающий трансформатор действующее значение периодической составляющей тока трехфазного КЗ в произвольный момент времени в килоамперах без учета подпитки от электродвигателей следует определять по формуле

ср.НН — среднее номинальное напряжение сети, в которой произошло КЗ, В;

1S,
R
1S

соответственно суммарное индуктивное и суммарное активное сопротивления прямой последовательности цепи КЗ, мОм, (см. п. 6.2.4) без учета активного сопротивления электрической дуги и кабельной (воздушной) линии;

дt — активное сопротивление дуги в месте КЗ в произвольный момент времени, мОм, которое рассчитывают в соответствии с п. 6.9;

1кбJt — активное сопротивление прямой последовательности кабельной линии к моменту
t
с учетом нагрева его током КЗ, мОм. Это сопротивление рассчитывают в соответствии с п. 6.10.

Читайте также:  Возможны несколько вариантов ответа здесь наиболее ярко выражено действие тока утюг

6.6.3. Если электроснабжение электроустановки осуществляется от энергосистемы через понижающий трансформатор и вблизи места КЗ имеются синхронные и асинхронные электродвигатели или комплексная нагрузка, связанные с точкой КЗ по радиальной схеме, то действующее значение периодической составляющей тока КЗ в произвольный момент времени следует определять как сумму токов от энергосистемы и от электродвигателей или комплексной нагрузки (см. пп. 6.7 и 6.8).

6.6.4. В электроустановках с автономными источниками электроэнергии уточненный расчет периодической составляющей тока КЗ от источников электроэнергии (синхронных генераторов) в произвольный момент времени следует выполнять путем решения соответствующей системы дифференциальных уравнений переходных процессов с использованием ЭВМ и выделения периодической составляющей. В приближенных расчетах для определения действующего значения периодической составляющей тока КЗ при радиальной схеме следует применять типовые кривые, приведенные на рис. 6.2.

Типовые кривые разработаны на базе параметров схемы замещения эквивалентного генератора, полученных в результате эквивалентирования синхронных генераторов напряжением 230/400 В различных серий, а именно: МСК-1500 (400 В); МСК-1500 (230 В); МС-1500 (400 В); МС-1500 (230 В); МС-1000 (400 В); МС-1000 (230 В); СГДС (400 В); ЕСС, ЕСС5 (230 В); ЕСС, ЕСС5 (400 В); ГСФ5; ГМ; СВГ; СГ и др.

Действующее значение периодической составляющей тока КЗ в произвольный момент времени от синхронного генератора (или нескольких однотипных синхронных генераторов, находящихся в одинаковых условиях по отношению к точке КЗ) следует определять по формуле

причем при нескольких генераторах под номинальным током следует понимать сумму номинальных токов всех генераторов.

При необходимости учета синхронных и асинхронных электродвигателей или комплексной нагрузки в автономной электрической системе действующее значение периодической составляющей тока КЗ в произвольный момент времени при радиальной схеме связи двигателей с точкой КЗ следует определять как сумму токов от автономных источников и от электродвигателей или комплексной нагрузки (см. пп. 6.7 и 6.8).

Учет влияния на ток КЗ сопротивления электрической дуги и увеличения активного сопротивления проводников под действием тока КЗ рекомендуется выполнять в соответствии с пп. 6.9 и 6.10.

Рис. 6.2. Типовые кривые для синхронного генератора автономных систем

электроснабжения напряжением 400/230 В

Способы определения ударного коэффициента и ударного тока короткого замыкания

Способ расчета ударного тока КЗ зависит от требуемой точности расчета и конфигурации исходной схемы.

При расчете ударного тока КЗ с целью проверки проводников и электрических аппаратов по условиям КЗ допустимо считать, что амплитуда периодической составляющей тока КЗ в момент наступления ударного тока равна амплитуде этой составляющей в начальный момент КЗ.

В практических расчетах ударный ток находят при наибольшей апериодической составляющей. Наибольшее начальное значение апериодической составляющей при холостом ходе в предшествующем режиме и когда вектор напряжения проходит через нуль.

С учетом этих условий выражение для ударного тока КЗ можно записать

где КУД – ударный коэффициент, характеризующий превышение ударного тока над амплитудой периодической составляющей тока КЗ, зависит от Та (рис. 2.26).

Ударный коэффициент рекомендуется определять по формуле:

Ударный коэффициент зависит от постоянной времени затухания апериодической составляющей . При КУД →1, а при КУД →2, т.е. значение ударного коэффициента изменяется в пределах 1

где Та.эк – эквивалентная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ рассчитывается по формуле:

где Xрез(R=0) — результирующее индуктивное сопротивление схемы, найденное при отсутствии всех активных сопротивлений (Rрез = 0);

Rрез(Х=0) — результирующее активное сопротивление схемы при отсутствии всех индуктивных сопротивлений (Xрез = 0), найденных относительно точки КЗ.

В тех случаях, когда исходная расчетная схема является многоконтурной, но точка КЗ делит ее на несколько независимых частей, то ударный ток допустимо принимать равным сумме ударных токов от соответствующих частей схемы, т.е.

где IП0i – начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ от i – й части схемы;

КУДi – ударный коэффициент тока КЗ от от i – й части схемы.

В приближенных расчетах эквивалентную постоянную времени не определяют, а принимают усредненные значения ударного коэффициента для ветви с гидрогенераторами – KУД.Г = 1,9; для ветви с турбогенераторами – KУД.Т = 1,8: для ветви с системой – KУД.С =1,4.

Ударный ток КЗ для сложной схемы определяют по формуле

iУД = (IП0.Г ·KУД.Г +IП0.Т ·KУД.Т +IПС ·KУД.С). (2.57)

Рис. 2.26. Зависимость КУД от постоянной времени ТА

(или от отношения ) при Iпt=Iп0

Источник



Ударный ток короткого замыкания

Наибольшего значения полный ток КЗ достигает при наибольших значениях его составляющих. В § 4.3 было установлено, что начальное значение апериодического тока достигает максимума, когда ток предшествующего режима равен нулю (холостой ход), а в момент КЗ периодическая составляющая вынужденного тока проходит через свой максимум. Это условие принимается в качестве расчетного.

Максимальное мгновенное значение полного тока КЗ – iу – называют ударным током. Найдем условия, при которых ударный ток достигает своего наибольшего значения для случая, когда ток предшествующего режима был равен нулю, т. е. Im = 0. В этом случае уравнение для полного тока КЗ принимает вид:

и представляет собой функцию двух независимых переменных: времени t и фазы включения α. Максимум тока наступает при α = 0.

Для цепей с преобладающей индуктивностью φк 90°, поэтому условия возникновения наибольшей апериодической составляющей и условие, при котором достигается максимум мгновенного значения полного тока, очень близки друг другу. Поэтому в практических расчетах максимальное значение полного тока КЗ, которое называют ударным током КЗ iу, обычно находят при наибольшем значении апериодической составляющей, считая, что он наступает приблизительно через полпериода, что при f= 50 Гц составляет около 0,01 с с момента возникновения КЗ.

Читайте также:  С помощью какого прибора измеряют силу тока в цепи вольтметр градусник амперметр
ia (O)

Рис. 4.6. К определению ударного тока КЗ

Таким образом, выражение для ударного тока КЗ можно записать в следующем виде:

который называют ударным коэффициентом и который показывает превышение ударного тока над амплитудой периодической составляющей. его величина находится в пределах , что соответствует предельным значениям Та, т. е. Та = 0 при Lк = 0 и Та= ∞ при Rк = 0.

Естественно, чем меньше Та, тем быстрее затухает апериодическая составляющая и тем, соответственно, меньше ударный коэффициент. Влияние этой составляющей сказывается лишь в начальной стадии переходного процесса; в сетях и установках высокого напряжения она практически исчезает спустя 0,1…0,3 с, а в установках низкого напряжения она практически совсем незаметна.

Трехфазное КЗ ранее было названо симметричным, но этот термин является строгим только к периодическим составляющим токов в фазах. Апериодические же составляющие токов и, следовательно, полные токи во всех фазах не могут быть одинаковыми.

Под действующим значением полного тока к.з. понимают среднеквадратичный ток к.з. за период, в центре которого расположен рассматриваемый момент времени. Значение этого тока определяют по выражению

Если в (3.14) значение выразить через его составляющие , и произвести соответствующие преобразования [1], то получим

где — действующее значение периодической слагающей тока к.з.;

действующее значение апериодической слагающей тока к.з. в момент времени . При этом согласно [1], можно записать

Наибольший практический интерес представляет действующее значение тока к.з. в течение первого периода к.з., то есть в том периоде времени, в котором расположен ударный ток к.з. В этом случае действующее значение тока к.з. принято обозначать .

Согласно формуле (3.15) можно записать

где (так как цепь к.з. подключена к источнику неограниченной мощности); .

Тогда или окончательно,

Имея в виду, что может изменяться от 1 до 2, получим, что по выражению (3.17) может находиться в пределах

Источник

Ударный ток короткого замыкания

Проверка электронной аппаратуры и всех видов шин может производится разными способами. Например, чтобы выявить степень электродинамической устойчивости, применяется ударный ток короткого замыкания (iуд), значение которого определяется путем расчетов. По своей сути, данная величина является максимальным мгновенным значением полного тока КЗ. Рассчитать указанную характеристику можно на стадии между отсутствием тока в предыдущем режиме и максимальным показателем апериодической компоненты.

  1. Составные части короткого замыкания
  2. Расчеты ударного тока КЗ
  3. Использование ударного коэффициента
  4. Максимальная действующая величина полного тока

Составные части короткого замыкания

Прежде чем рассуждать об ударном токе, необходимо рассмотреть из каких частей вообще состоит полный ток короткого замыкания. Известно, что его основными составляющими являются свободная апериодическая часть и вынужденная периодическая компонента. Своей максимальной отметки ток КЗ достигает при наивысших значениях обеих составных частей.

Ударный ток короткого замыкания

Апериодический ток в самом начале появления становится максимальным в момент нулевого значения тока в предыдущем режиме, представляющем собой холостой ход. Непосредственно при наступлении КЗ, вынужденный ток с периодической составляющей проходит свою максимальную отметку. Данное условие становится показателем, используемым в расчетах. Полный ток КЗ с максимальным мгновенным значением и есть ударный ток короткого замыкания.

На практике этот показатель рассчитывается при максимальной величине апериодической части. С этой целью выбирается режим, предшествующий аварии, называемый холостым ходом. Данной состояние сети считается одним из наиболее сложных по сравнению с индуктивным или активно-индуктивным доаварийным током, при которых показатель апериодической части будет ниже.

Условия, при которых образуется апериодическая составляющая, приведены на рисунке. Они полностью зависят от предыдущего состояния тока до аварийного режима. Красный вектор соответствует доаварийному току, синий – периодическому току КЗ. Вектор зеленого цвета показывает разницу между ними, выдающую величину апериодического тока в начальной стадии.

Расчеты ударного тока КЗ

Предварительные расчеты показывают, что апериодическая компонента примет максимальное первоначальное значение в том случае, когда фазное напряжение в момент включения при коротком замыкании будет равным нулю. В некоторых случаях угол напряжения может превышать нулевую отметку.

В это же время фаза периодической части будет равна 90 градусам, и ток начнет терять свое максимальное амплитудное значение. Следовательно, возникает отставание тока от напряжения как раз на эти 900. Причиной такого состояния выступают активные сопротивления короткозамкнутой цепи с очень малыми значениями.

При достижении фазой напряжения 90 градусов, ток периодической компоненты выйдет из нулевой отметки, что приведет к выполнению закона коммутации. В данном случае апериодического тока не будет, поэтому не возникнет и ударный ток.

На приведенном рисунке хорошо видно возникновение ударного тока короткого замыкания, отмеченного зеленой кривой. Она еще не дошла до точки затухания, а синяя кривая, соответствующая периодическому току, проходит через нее и точку своего амплитудного значения. При этом обе кривые в этот момент принимают общий знак с положительным показателем. Подобная ситуация возникает на второй половине периода от начала замыкания, то есть, примерно через 0,01 с.

Рассчитать ударный ток можно при помощи следующей формулы:

В которой Ку является ударным коэффициентом, а Inmax – амплитудным значением периодического тока короткого замыкания. Изменения Ку происходят в пределах меньше 1 и больше 2, тогда как электромагнитная постоянная времени Та может изменяться от 0 до бесконечности, характеризующая скорость затухания апериодической компоненты. По мере уменьшения Та, ускоряется затухание свободной составляющей, одновременно наступает снижение ударного коэффициента.

В сетях высокого напряжения она полностью исчезает уже через 0,1-0,3 секунды, а при низком напряжении затухание также происходит очень быстро из-за наличия высокого активного сетевого сопротивления.

Использование ударного коэффициента

Ударный коэффициент в режиме короткого замыкания играет важную роль, поэтому его следует рассмотреть более подробно. Этот показатель, применяемый в расчетах, можно выразить короткой формулой: Ку = iy/inm. Здесь iy является ударным током КЗ, а inm представляет собой амплитуду периодической составной части.

Данный коэффициент применяется при расчетах ударного тока. Если в формуле амплитуду inm заменить на действующий ток, получится следующее выражение: Ку = iy√2inm. Следовательно, формула для вычисления ударного тока приобретет следующий вид: iy = Ку√2inm. На практике значение ударного коэффициента КЗ принимается за 1,8 в электроустановках более 1 кВ; величина 1,3 берется при возникновении КЗ за участком кабельной линии большой протяженности.

Этот же показатель используется для вторичной стороны понижающего трансформатора с мощностью, не превышающей 1000 кВА и сетей с напряжением до 1 кВ. Для ускорения расчетов существует таблица, содержащая коэффициенты для аварийных ситуаций, встречающихся чаще всего.

Оборудование и установки Постоянная времени Та Ударный коэффициент Ку
Турбогенераторы 0,1-0,3 1,95
Блок, состоящий из генератора и трансформатора 0,04 1,8
Высоковольтная ЛЭП 0,01 1,3
Короткая низковольтная ЛЭП 0,001

Теоретически, при отсутствии в цепи активных сопротивлений и постоянной времени, равной бесконечности, затухание периодической компоненты вообще бы не наступило, и она сохранила бы свое начальное значение на весь период КЗ до момента отключения аварийного участка. При этом, ударный коэффициент достиг бы своего максимума и составил Ку = 2.

Если короткое замыкание наступило в местах, удаленных от источника питания на значительные расстояния, токи, появляющиеся в этой точке, будут небольшими, сравнительно с номинальным током этого источника питания. В процессе КЗ изменения номинала будут практически незаметными, а напряжение на клеммах следует принять за постоянную величину.

Таким образом, периодическая компонента будет оставаться постоянной по своей амплитуде на протяжении всего времени КЗ. Изменения самого тока КЗ будут происходить лишь когда апериодическая составляющая будет постепенно затухать.

Максимальная действующая величина полного тока

Поскольку ударный ток является разновидностью полного тока, его следует рассмотреть подробнее. Действующее значение данного параметра определяется в любой из временных промежутков. Оно выглядит в виде среднеквадратичного значения на протяжении одного периода, с учетом рассматриваемого момента времени. В виде формулы — это выражение представлено следующим образом:

Если же характеристики тока не синусоидальные – его действующее значение выбирается в виде квадратного корня, извлекаемого из суммы квадратов всех составных частей.

Следовательно, ударный ток с действующим значением будет рассчитываться в таком порядке:

На практике, чтобы правильно рассчитать ударный ток короткого замыкания, выстраиваются две замещающие схемы, состоящие из чисто активных и реактивных сопротивлений.

Апериодическая составляющая тока короткого замыкания

Как рассчитать ток короткого замыкания

Ток короткого замыкания однофазных и трехфазных сетей

Мощность короткого замыкания

Что такое ток короткого замыкания

Что такое короткое замыкание (КЗ): в чем причина, виды, защита, определение для чайников

Источник

Определение ударного тока КЗ

date image2015-05-05
views image6937

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Ударный ток короткого замыкания — наибольшее возможное мгновенное значение тока короткого замыкания.

Возможны два подхода в нахождении условий возникновения максимального значения ударного тока КЗ: умозрительный и строгий.

В практических расчетах максимальное мгновенное значение полного тока КЗ или ударного тока КЗ находят при наибольшей апериодической составляющей. Это умозрительный подход.

Условиями его определения является отсутствие предшествующего тока и максимальное значение апериодической составляющей в момент включения.

С учетом этих условий выражение для ударного тока КЗ выглядит так

где — ударный коэффициент;

— действующее значение периодической составляющей тока в первый период КЗ. — Постоянная времени затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания — электромагнитная постоянная времени, характеризующая скорость затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания.

Ударный коэффициент тока короткого замыкания — отношение ударного тока короткого замыкания к амплитуде периодической составляющей тока короткого замыкания рабочей частоты в начальный момент времени.

Это определение ударного тока не является строгим, так как полный ток зависит от времени и угла включения. Строгое условие максимального мгновенного значения тока говорит о том, что напряжение в момент включения должно проходить через ноль.

При оба подхода совпадают.

В практике расчетов применяется первый подход. Ударный коэффициент чаще всего 1,8. в этом случае принимается , Примерные значения постоянных времени и ударных коэффициентов на шинах оборудования

Наименование оборудования Постоянная времени Та, с Ударный коэффициент Ку
Турбогенератор 0.1 – 0.3 1.95
Блок генератор-трансформатор 0.04 1.8
ВЛЭП 0.01 1.3
КЛЭП 0.001

Пределы изменения ударного коэффициента в индуктивно-активных цепях: .

При КЗ на выводах батарей статических конденсаторов ударный коэффициент может быть больше 2.

В сетях низкого напряжения 0.4 – 0.66 кВ

Источник

Приборы счетчики инструменты © 2021
Внимание! Информация, опубликованная на сайте, носит исключительно ознакомительный характер и не является рекомендацией к применению.