РОССИЙСКОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО
ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ «ЕЭС РОССИИ»
Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования
УДК 621.311.014.7.001. 24 + 621.311.002.51.004.17
ББК 31.2
Р 85
РАЗРАБОТАНЫ Московским энергетическим институтом (техническим университетом)
ИСПОЛНИТЕЛИ: Б.Н. НЕКЛЕПАЕВ - руководитель работы (разработка программы, разд. 1, 2, 9, п. 3.6)
И.П. КРЮЧКОВ - ответственный исполнитель (разд. 3, 4, пп. 5.1-5.4, 5.5.1, 5.5.2, 5.5.5, 5.5.6, 5.6.6-5.6.8, 5.9, 5.11.1, разд. 8, приложения П.1-П.12)
В.В. ЖУКОВ - (пп. 5.5.8, 5.6, 5.7, 5.10, разд. 6, 7)
Ю.П. КУЗНЕЦОВ -(пп. 5.5.3-5.5.7, 5.6.5-5.6.7, 5.8, 6.7.7, разд. 10, приложение П.13)
Научный редактор Б.Н. НЕКЛЕПАЕВ
УТВЕРЖДЕНЫ Департаментом стратегии развития и научно-технической политики 23.03.1998 г.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Руководящие указания предназначены для использования инженерами-энергетиками при выполнении ими расчетов токов короткого замыкания (КЗ) и проверке электрооборудования (проводников и электрических аппаратов) по режиму КЗ.
Руководящие указания включают в себя методы расчета токов симметричных и несимметричных КЗ в электроустановках напряжением свыше 1 кВ и до 1 кВ, методы проверки проводников и электрических аппаратов на электродинамическую и термическую стойкость и методы проверки электрических аппаратов на коммутационную способность.
Руководящие указания не предназначены для использования при расчетах токов КЗ для целей релейной защиты и автоматики в специфических условиях (наличие длинных линий электропередачи, продольной и поперечной компенсации, нелинейных элементов в цепи; двойные, повторные, видоизменяющиеся и сложные виды КЗ и т.п.).
Данные Руководящие указания существенно отличаются от ранее действовавших аналогичных нормативно-технических документов, таких как:
а) Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору по режиму короткого замыкания аппаратуры и проводников в электрических установках высокого напряжения (М.: ГЭИ, 1944. - 51 с.);
б) Руководящие указания по расчету коротких замыканий, выбору и проверке аппаратов и проводников по условиям короткого замыкания (1-я ред. М.: МЭИ, 1975. - 331 с.).
В настоящем, третьем издании Руководящих указаний, учтены пожелания пользователей: изменена структура документа, разработаны методы расчета токов КЗ с учетом специфических параметров современных электрических машин и их систем возбуждения, даны рекомендации по учету электрической дуги, нагрева и перемещения гибких проводников при КЗ, влияния комплексной нагрузки на токи КЗ.
Приводятся новые кривые изменения во времени токов КЗ генераторов различных серий с различными системами возбуждения. Включен материал о терминах и определениях в области коротких замыканий в электроустановках, о буквенных обозначениях величин, а также материал о применении ЭВМ при расчетах токов КЗ.
Все основные разделы Руководящих указаний иллюстрируются примерами решения характерных задач.
Руководящие указания разработаны авторским коллективом в следующем составе: д.т.н., проф. Неклепаев Б.Н. (руководитель работы), к.т.н., проф. Крючков И.П. (ответственный исполнитель), д.т.н., проф. Жуков В.В., д.т.н., проф. Кудрявцев Е.П. (пп. 7.4; 7.6.4), к.т.н., доц. Кузнецов Ю.П.
1. ВВЕДЕНИЕ
1.1. Общие положения
1.1.1. Для электроустановок характерны 4 режима: нормальный, аварийный, послеаварийный и ремонтный, причем аварийный режим является кратковременным режимом, а остальные - продолжительными режимами.
1.1.2. Электрооборудование выбирается по параметрам продолжительных режимов и проверяется по параметрам кратковременных режимов, определяющим из которых является режим короткого замыкания.
1.1.3. По режиму КЗ электрооборудование проверяется на электродинамическую и термическую стойкость, а коммутационные аппараты - также на коммутационную способность.
1.1.4. Учитывая дискретный характер изменения параметров электрооборудования, расчет токов КЗ для его проверки допускается производить приближенно, с принятием ряда допущений, при этом погрешность расчетов токов КЗ не должна превышать 5—10 %.
1.1.5. Руководящие указания согласованы с действующими Государственными стандартами в области коротких замыканий, а также с Правилами устройства электроустановок:
- ГОСТ 26522-85. Короткие замыкания в электроустановках. Термины и определения. — М.: Изд-во стандартов, 1985. — 17 с.
- ГОСТ 27514-87. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением свыше 1 кВ. - М.: Изд-во стандартов, 1988.-40 с.
- ГОСТ Р 50270-92. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ. - М.: Изд-во стандартов, 1993.- 60 с.
- ГОСТ 29176-91. Короткие замыкания в электроустановках. Методика расчета в электроустановках постоянного тока. — М.: Изд-во стандартов, 1992. - 40 с.
- ГОСТ Р 50254-92. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета электродинамического и термического действия токов короткого замыкания. — М.: Изд-во стандартов, 1993. - 57 с.
- Правила устройства электроустановок. - 6-е изд. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 640 с.
1.2. Термины и определения
1.2.1. В Руководящих указаниях используются следующие термины и определения:
1.2.1.1. Замыкание - всякое случайное или преднамеренное, не предусмотренное нормальным режимом работы электрическое соединение различных точек электроустановок между собой или с землей.
1.2.1.2. Короткое замыкание — замыкание, при котором токи в ветвях электроустановки, примыкающих к месту его возникновения, резко возрастают, превышая наибольший допустимый ток продолжительного режима.
1.2.1.3. Короткое замыкание на землю — короткое замыкание в электроустановке, обусловленное соединением с землей какого-либо ее элемента.
1.2.1.4. Однофазное короткое замыкание — короткое замыкание на землю в трехфазной электроэнергетической системе с глухо- или эффективно заземленными нейтралями силовых элементов, при котором с землей соединяется только одна фаза.
1.2.1.5. Двухфазное короткое замыкание — короткое замыкание между двумя фазами в трехфазной электроэнергетической системе.
1.2.1.6. Двухфазное короткое замыкание на землю — короткое замыкание на землю в трехфазной электроэнергетической системе с глухо- или эффективно заземленными нейтралями силовых элементов, при котором с землей соединяются две фазы.
1.2.1.7. Двойное короткое замыкание на землю — совокупность двух однофазных коротких замыканий на землю в различных, но электрически связанных частях электроустановки.
1.2.1.8. Трехфазное короткое замыкание - короткое замыкание между тремя фазами в трехфазной электроэнергетической системе.
1.2.1.9. Трехфазное короткое замыкание на землю — короткое замыкание на землю в трехфазной электроэнергетической системе с глухо- или эффективно заземленными нейтралями силовых элементов, при котором с землей соединяются три фазы.
1.2.1.10. Повторное короткое замыкание — короткое замыкание в электроустановке при автоматическом повторном включении коммутационного электрического аппарата поврежденной цепи.
1.2.1.11. Изменяющееся короткое замыкание — короткое замыкание в электроустановке с переходом одного вида короткого замыкания в другой.
1.2.1.12. Устойчивое короткое замыкание — короткое замыкание в электроустановке, условия возникновения которого сохраняются во время бестоковой паузы коммутационного электрического аппарата.
1.2.1.13. Неустойчивое короткое замыкание — короткое замыкание в электроустановке, условия возникновения которого самоликвидируются во время бестоковой паузы коммутационного электрического аппарата.
1.2.1.14. Симметричное короткое замыкание — короткое замыкание в электроустановке, при котором все ее фазы находятся в одинаковых условиях.
1.2.1.15. Несимметричное короткое замыкание — короткое замыкание в электроустановке, при котором одна из ее фаз находится в условиях, отличных от условий других фаз.
1.2.1.16. Удаленное короткое замыкание — короткое замыкание в электроустановке, при котором амплитуды периодической составляющей тока данного источника энергии в начальный и произвольный моменты времени практически одинаковы.
1.2.1.17. Близкое короткое замыкание — короткое замыкание в электроустановке, при котором амплитуды периодической составляющей тока данного источника энергии в начальный и произвольный моменты времени существенно отличаются.
1.2.1.18. Режим короткого замыкания — режим работы электроустановки при наличии в ней короткого замыкания.
1.2.1.19. Предшествующий режим — режим работы электроустановки непосредственно перед моментом возникновения короткого замыкания.
1.2.1.20. Установившийся режим короткого замыкания — режим короткого замыкания электроустановки, наступающий после затухания во всех цепях свободных токов и прекращения изменения напряжения возбудителей синхронных машин под действием автоматических регуляторов возбуждения.
1.2.1.21. Переходный процесс в электроустановке — процесс перехода от одного установившегося режима электроустановки к другому.
1.2.1.22. Электромагнитный переходный процесс в электроустановке — переходный процесс, характеризуемый изменением значений только электромагнитных величин электроустановки.
1.2.1.23. Электромеханический переходный процесс в электроустановке — переходный процесс, характеризуемый одновременным изменением значений электромагнитных и механических величин, определяющих состояние электроустановки.
1.2.1.24. Свободная составляющая тока короткого замыкания — составляющая тока короткого замыкания, определяемая только начальными условиями короткого замыкания, структурой электрической сети и параметрами ее элементов.
1.2.1.25. Принужденная составляющая тока короткого замыкания — составляющая тока короткого замыкания, равная разности между током короткого замыкания и его свободной составляющей.
1.2.1.26. Апериодическая составляющая тока короткого замыкания — свободная составляющая тока короткого замыкания, изменяющаяся во времени без перемены знака.
1.2.1.27. Периодическая составляющая тока короткого замыкания рабочей частоты — составляющая тока короткого замыкания, изменяющаяся по периодическому закону с рабочей частотой.
1.2.1.28. Мгновенное значение тока короткого замыкания — значение тока короткого замыкания в рассматриваемый момент времени.
1.2.1.29. Действующее значение тока короткого замыкания — среднее квадратическое значение тока короткого замыкания за период рабочей частоты, середина которого есть рассматриваемый момент времени.
1.2.1.30. Действующее значение периодической составляющей тока короткого замыкания — среднее квадратическое значение периодической составляющей тока короткого замыкания за период рабочей частоты, середина которого есть рассматриваемый момент времени.
1.2.1.31. Начальное действующее значение периодической составляющей тока короткого замыкания — условная величина, равная двойной амплитуде периодической составляющей тока короткого замыкания в начальный момент времени, уменьшенной в раз.
1.2.1.32. Начальное значение апериодической составляющей тока короткого замыкания — значение апериодической составляющей тока короткого замыкания в начальный момент времени.
1.2.1.33. Установившийся ток короткого замыкания — значение тока короткого замыкания после окончания переходного процесса, характеризуемого затуханием всех свободных составляющих этого тока и прекращением изменения тока от воздействия устройств автоматического регулирования возбуждения источников энергии.
1.2.1.34. Ударный ток короткого замыкания — наибольшее возможное мгновенное значение тока короткого замыкания.
1.2.1.35. Ударный коэффициент тока короткого замыкания — отношение ударного тока короткого замыкания к амплитуде периодической составляющей тока короткого замыкания рабочей частоты в начальный момент времени.
1.2.1.36. Отключаемый ток короткого замыкания — ток короткого замыкания электрической цепи в момент начала расхождения дугогасительных контактов ее коммутационного электрического аппарата.
1.2.1.37. Действующее значение периодической составляющей отключаемого тока короткого замыкания — условная величина, равная двойной амплитуде периодической составляющей тока короткого замыкания в момент начала расхождения дугогасительных контактов коммутационного электрического аппарата, уменьшенной в раз.
1.2.1.38. Апериодическая составляющая отключаемого тока короткого замыкания — значение апериодической составляющей тока короткого замыкания в момент начала расхождения дугогасительных контактов коммутационного электрического аппарата.
1.2.1.39. Амплитудное значение отключаемого тока короткого замыкания — условная величина, равная арифметической сумме действующего значения периодической составляющей отключаемого тока короткого замыкания, увеличенного в раз, и апериодической составляющей отключаемого тока короткого замыкания.
1.2.1.40. Симметричные составляющие несимметричной трехфазной системы токов короткого замыкания — три симметричные трехфазные системы токов короткого замыкания рабочей частоты прямой, обратной и нулевой последовательностей, на которые данная несимметричная трехфазная система токов короткого замыкания может быть разложена.
1.2.1.41. Ток короткого замыкания прямой последовательности — один из токов симметричной трехфазной системы токов короткого замыкания прямого следования фаз.
1.2.1.42. Ток короткого замыкания обратной последовательности — один из токов симметричной трехфазной системы токов короткого замыкания обратного следования фаз.
1.2.1.43. Ток короткого замыкания нулевой последовательности — один из токов симметричной неуравновешенной трехфазной системы токов короткого замыкания нулевого следования фаз.
