ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ
СОЮЗА ССР
КОРОТКИЕ ЗАМЫКАНИЯ
В ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ
МЕТОДЫ РАСЧЕТА В ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ
ПЕРЕМЕННОГО ТОКА НАПРЯЖЕНИЕМ СВЫШЕ 1 кВ
ГОСТ 27514—87
Издание официальное
10 коп.
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО СТАНДАРТАМ
Москв
а
У
Группа Е09
ДК 621.3.064.1 : 006.354 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССРК
ГОСТ
27514—87
Методы расчета в электроустановках
переменного тока напряжением свыше 1 кВ
Short circuits in electrical installations.
Calculation methods in a. c. electrical installations
with voltage more than I kV
ОКСТУ 3403
Дата введения 01.01.89
Настоящий стандарт распространяется на трехфазные электроустановки напряжением свыше 1 кВ промышленной частоты и устанавливает общую методику расчета токов симметричных и несимметричных коротких замыканий (КЗ) в начальный и произвольный моменты времени.
Стандарт не распространяется на электроустановки напряжением 750 кВ и выше.
Стандарт не регламентирует методику расчета токов:
при сложных несимметриях в электроустановках (например одновременное короткое замыкание и обрыв), при повторных коротких замыканиях и при коротких замыканиях в электроустановках с нелинейными элементами;
короткого замыкания с учетом динамики электрических машин при электромеханических переходных процессах;
при коротких замыканиях внутри электрических машин, трансформаторов и автотрансформаторов;
непромышленных частот, возникающих при коротких замыканиях в линиях электропередачи напряжением 220 кВ и выше.
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Исходные положения
Н
Издание официальное
астоящий стандарт устанавливает общую методику расчета токов короткого замыкания, необходимых для выбора и проверки электрооборудования по условиям короткого замыкания; для выбора установок и оценки возможного действия релейней защиты и автоматики; для определения влияния токов нулевой по-Перепечатка воспрещена © Издательство стандартов, 1989 следовательности линии электропередачи на линии связи; для выбора заземляющих устройств.
Стандарт рассматривает методику расчета токов при КЗ, виды которых показаны на черт. 1.
Величины, подлежащие определению, допустимая погрешность расчета токов КЗ и применяемая при этом методика расчета зависят от целей, указанных в п. 1.1.1.
Для выбора и проверки электрооборудования допускаются упрощенные методы расчета токов КЗ, если их погрешность не превышает 5—10%. При этом определяют:
начальное значение периодической составляющей тока КЗ и значение этой составляющей в произвольный момент времени, вплоть до расчетного времени размыкания поврежденной цепи;
начальное значение апериодической составляющей тока КЗ и значение этой составляющей в произвольный момент времени, вплоть до расчетного времени размыкания поврежденной цепи;
ударный ток КЗ.
Для выбора параметров настройки релейной защиты и автоматики определяют максимальное и минимальное расчетные значения периодической и апериодической составляющих тока КЗ в начальный и произвольный моменты времени как в месте КЗ, так и в отдельных ветвях расчетной схемы.
Расчеты токов в произвольный момент времени в отдельных ветвях расчетной схемы требуют учета электромеханических переходных процессов и их следует проводить с применением средств вычислительной техники, используя программы расчетов динамической устойчивости электроэнергетических систем.
При расчетах токов КЗ следует в общем случае учитывать все элементы электроэнергетической системы. Допускается эквивалентировать удаленную от места КЗ часть электроэнергетической системы.
Расчет периодической составляющей тока КЗ допускается проводить, не учитывая активные сопротивления элементов электроэнергетической системы, в частности, воздушных и кабельных линий электропередачи, если результирующее эквивалентное активное сопротивление относительно точки КЗ не превышает 30% результирующего эквивалентного индуктивного сопротивления.
При расчетах токов КЗ допускается не учитывать:
сдвиг по фазе ЭДС и изменение частоты вращения роторов, синхронных генераторов, компенсаторов и электродвигателей, если продолжительность КЗ не превышает 0,5 с;
ток намагничивания трансформаторов и автотрансформаторов;
насыщение магнитных систем электрических машин;
поперечную емкость воздушных линий электропередачи напряжением ПО—220 кВ, если их длина не превышает 200 км, и напряжением 330—500 кВ, если их длина не превышает 150 км.
Виды коротких замыканий
а—ТрехфаЗное КЗ — К ; б—дйухфазнйё
(9)
КЗ — К ; s—двухфазное КЗ на землю —
К ; с—однофазное КЗ на землю —К
Черт. 1
Для расчета несимметричных КЗ рекомендуется предпочтительно использовать метод симметричных составляющих, принимая полную симметрию по фазам всех элементов электроэнергетической системы (за исключением несимметрии в месте КЗ).
Токи КЗ в зависимости от сложности расчетной схемы и цели расчета допускается определять путем аналитических расчетов с использованием эквивалентных схем замещения, а также расчетов с применением аналоговых расчетных моделей переменного и постоянного тока или с использованием ЭВМ,
Состав необходимых для расчетов токов КЗ параметров элементов расчетной схемы
Состав параметров конкретных элементов расчетной схемы, который в общем случае необходим для расчетов токов КЗ, указан ниже.
1.2.Г. 1. Синхронные машины (генераторы, компенсаторы, электродвигатели) :
полная номинальная мощность SHom, МВ-А, или номинальная активная мощность Рним, МВт, и номинальный коэффициент мощности соьфном;
номинальное напряжение UHOM, кВ;
сверхпереходное сопротивление по продольной оси х" й;
«
сверхпереходное сопротивление по поперечной оси x"q; *
переходное сопротивление по продольной ОСИ x'd;
синхронное сопротивление ПО продольной ОСИ Xd;
синхронное сопротивление по поперечной осн хч;
сопротивление обратной последовательности х2;
сопротивление рассеяния обмотки статора ха; *
индуктивное сопротивление обмотки возбуждения Xt;
*
индуктивное сопротивление продольной демпферной обмотки Xid;
индуктивное сопротивление поперечной демпферной обмотки Mq;
активное сопротивление обмотки возбуждения (при рабочей температуре) Рь Ом;
активные сопротивления продольной и поперечной демпферных обмоток (при рабочей температуре) Pid и 7?iq, Ом;
постоянные времени затухания апериодической составляющей тока статора при трехфазном и однофазном КЗ на выводах маши- UM Т 14 7' Р*
НЫ 1 а И 1 а ) С,
предельный ток возбуждения машины 1!п, А;
ток возбуждения машины при работе в режиме холостого хода с номинальным напряжением Ii0, А;
коэффициент полезного действия (для синхронных электродвигателей) н, %;
напряжение, ток статора и коэффициент мощности в момент, предшествующий КЗ: U j01, I i0| и cos tp.
Асинхронные электродвигатели:
номинальная мощность PHOM, МВт;
номинальное напряжение UH0№, кВ;
номинальный коэффициент мощности cos(pHOM;
кратность пускового тока по отношению к номинальному току Кп;
кратность максимального момента по отношению к номинальному моменту йном/
сопротивление статора постоянному току (при рабочей температуре) R, Ом;
коэффициент полезного действия Т), % ;
напряжение, ток и коэффициент мощности в момент, предшествующий КЗ.
Силовые трансформаторы и автотрансформаторы: номинальная мощность £Ном, МВ-А;
номинальные напряжения обмоток, кВ, и фактические коэффициенты трансформации;
напряжения короткого замыкания между обмотками и их зависимость от коэффициентов трансформации;
диапазон регулирования напряжения, определяющий напряжение короткого замыкания в условиях КЗ;
потери короткого замыкания в обмотках, кВт;
Токоограничивающие реакторы:
номинальное напряжение ияом, кВ;
номинальный ток 7НОМ, А;
номинальное индуктивное сопротивление хр, Ом, или индуктивность L, мГн;
номинальный коэффициент СВЯЗИ 'Кев (только для сдвоенных реакторов);
потери мощности при номинальном токе ДР, кВт.
Воздушные и кабельные линии электропередачи:
номинальное напряжение ияом, кВ;
индуктивное сопротивление Прямой последовательности Х1, Ом/км;
индуктивное сопротивление нулевой последовательности Хо, Ом/км;
взаимное индуктивное сопротивление нулевой последовательности Л'мо (при наличии нескольких воздушных линий на одной трассе), Ом/км;
активные сопротивления прямой и нулевой последовательности Ri и Ro, Ом/км;
длина линии /, км;
емкость С, Ф/км.
Шунтирующие реакторы:
номинальное напряжение (7НОм, кВ;
номинальная мощность SH0M< кВ-А.
При расчетах токов КЗ все источники электроэнергии, для которых короткое замыкание является удаленным (см. п. 5.3), и соответствующие элементы электрической сети могут быть относительно точки КЗ или иного выбранного узла сети’эквиваленти- рованы одним источником неизменного напряжения и одним сопротивлением (далее такой источник называется «системой»).
Если для конкретного узла сети известно значение тока трехфазного КЗ от системы 7к3) , кА, или мощности трехфазного КЗ от системы Sr3) , MB-А, то эквивалентное индуктивное сопротивление системы (хс) в омах может быть определено по выражению
v £Ар,ном ^ср.ном
с“ ГУ/<3>~ 3<3) ’
где £7Ср,ном — среднее номинальное напряжение сети (см. п. 1.3.2), кВ, соответствующей ступени напряжения, в узле которой известно значение ИЛИ 5к3> •
При этом ЭДС системы следует принимать равной среднему номинальному напряжению сети соответствующей ступени напряжения.
О п р е д е л е н и е параметров элементов эквивалентных схем замещения
Параметры элементов эквивалентных схем замещения могут быть определены:
в именованных единицах с приведением значений параметров расчетных схем к выбранной основной (базисной) ступени напряжения сети и с учетом фактических коэффициентов трансформации силовых трансформаторов и автотрансформаторов (см. приложение 1);
в относительных единицах с приведением значений параметров расчетных схем к выбранным базисным условиям и с учетом фактических коэффициентов трансформации всех силовых трансформаторов и автотрансформаторов (см. приложение 2);
в именованных единицах без приведения значений параметров расчетных схем к одной ступени напряжения сети и с учетом фактических коэффициентов трансформации силовых трансформаторов и автотрансформаторов.
При отсутствии данных о фактических коэффициентах трансформации силовых трансформаторов и автотрансформаторов допускается использовать приближенный способ их учета. Он состоит в замене фактических коэффициентов трансформации силовых трансформаторов и автотрансформаторов отношением средних номинальных напряжений сетей соответствующих ступеней напряжения. При этом рекомендуется использовать шкалу средних номинальных напряжений сетей: 3,15; 6,3; 10,5; 13,8; 15,75; 18; 20; 24; 37; 115; 154; 230; 340; 515 кВ.
Формулы для определения параметров элементов схем замещения в именованных и относительных единицах с приведением их значений к основной ступени напряжения, используя приближенный способ учета коэффициентов трансформации силовых трансформаторов и автотрансформаторов, приведены в приложении 3.
Выбор метода расчета токов короткого замыкания
Расчет токов КЗ в малоконтурных расчетных схемах рекомендуется проводить аналитическим способом с использованием известных способов преобразований схем.
Расчет токов КЗ в многоконтурных расчетных схемах рекомендуется проводить методом узловых напряжений или методом контурных токов с использованием ЭВМ.
При использовании метода узловых напряжений необходимо решить матричное уравнение:
/уз =У УЗ Дуз>
где /уз •— столбцовая матрица узловых токов;
Ууз—квадратная матрица собственных и взаимных узловых проводимостей;
Uy3— столбцовая матрица узловых напряжений.
При использовании метода контурных токов необходимо решить матричное уравнение:
£'K=ZK-/K, , , ■;’!
где Ек—-столбцовая матрица ЭДС;
ZK—квадратная матрица собственных и взаимных сопротивлений независимых контуров;
1К— столбцовая матрица контурных токов.
РАСЧЕТ НАЧАЛЬНОГО ЗНАЧЕНИЯ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ
СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ТОКА ТРЕХФАЗНОГО КОРОТКОГО
ЗАМЫКАНИЯ
При расчете начального значения периодической составляющей тока трехфазного КЗ должны быть учтены все синхронные генераторы и компенсаторы, а также синхронные и асинхронные электродвигатели мощностью 100 кВт и более, если эти электродвигатели не отделены от точки КЗ токоограничивающими, реакторами или силовыми трансформаторами. В автономных системах при расчетах токов КЗ следует учитывать и электродвигатели мощностью менее 100 кВт, если их доля в суммарном токе КЗ составляет не менее 5%.
Синхронные и асинхронные машины в схему замещения должны быть введены сверхпереходными сопротивлениями и сверхпереходными ЭДС. Последние следует принимать численно равными значениям этих ЭДС в момент, предшествующий КЗ.
