Главная
Коллекция "Otherreferats"
Программирование, компьютеры и кибернетика
Виды коротких замыканий в электрических цепях
Виды коротких замыканий в электрических цепях
Особенности общей картины при возникновении замыканий в электрических сетях. Схематичное отображение по каждому из видов замыканий, их протекание в цепи. Расчет токов короткого замыкания, нанесение вреда электроустановкам и сетям от данного явления.
| Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 25.12.2018 |
| Размер файла | 607,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
1
Размещено на http://www.allbest.ru/
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
Новомосковский институт (филиал)
Федерального Государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования
"Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева"
Реферат
по введению в специальность
на тему: Виды коротких замыканий в электрических цепях
Руководитель Чиркова Т.Ю.
Студент Старченков Е.Б.
г. Новомосковск 2018 г.
Реферат
Основная часть __ страниц, 1 таблица, 10 рисунков, 12 источников
Виды коротких замыканий, однофазные короткие замыкания, двухфазные короткие замыкания, трёхфазные короткие замыкания, токи и напряжения при замыкании.
Данный реферат показывает общую картину при возникновении замыканий в электрических сетях, отображает схематично по каждому из видов замыканий их протекание в цепи.
В работе вы увидите, как возникает и протекает короткое замыкание, что оно вызывает, как рассчитываются токи короткого замыкания и какой вред наносит установкам и сетям данное явление.
Содержание
- Введение
- 1. Понятие о симметричных составляющих
- 2. Виды коротких замыканий
- 2.1 Трехфазные короткие замыкания
- 2.2 Двухфазное короткое замыкание
- 2.3 Двухфазное короткое замыкание на землю в сети с заземленной нейтралью
- 2.4 Однофазные короткие замыкания в сети с заземленной нейтралью
- 2.5 Однофазные замыкания на землю в сетях с малыми токами к. з. на землю
- 3. Токи и напряжения, возникающие при замыканиях на землю
- Заключение
- Список используемой литературы
Введение
Коромткое замыкамние (КЗ) - электрическое соединение двух точек электрической цепи с различными значениями потенциала, не предусмотренное конструкцией устройства и нарушающее его нормальную работу.
Короткие замыкания, возникающие в электрических сетях, машинах и аппаратах, отличаются большим разнообразием как по виду, так и по характеру повреждений. В электрических сетях имеет место наибольшее количество повреждений по сравнению с другими элементами электрической системы. Основные виды повреждений линий в трехфазных сетях:
1. Трехфазные замыкания:
замыкания между тремя фазами;
замыкания между тремя фазами на землю.
2. Двухфазные замыкания:
замыкания между двумя фазами;
замыкания между двумя фазами на землю.
3. Двойные замыкания на землю.
4. Однофазные замыкания на землю.
5. Обрыв фазы.
Возможны и более сложные виды повреждений, представляющие сочетание некоторых из перечисленных. Так, например, при обрыве провода линии один его конец, расположенный близко к изолятору, может остаться изолированным, а другой, упав на землю, образует однофазные замыкания на землю. В процессе развития повреждения возможны переходы одного вида повреждения в другой (однофазных в многофазные).
Причинами повреждений линий являются:
перекрытия или пробои изоляторов линий в результате прямых ударов молний или перенапряжений;
короткое замыкание электрическая цепь
неправильные действия эксплуатационного персонала (включение на заземления, разрыв разъединителем рабочего тока ВЛ);
гололед и вибрация проводов;
перекрытие изоляции при загрязнении;
нарушение изоляции животными или птицами;
замыкания проводов стрелами кранов и т.п.;
механические повреждения опор, изоляторов, разъединителей и т.п.
Вероятность возникновения того или иного вида КЗ характеризуется данными, приведенными в таблице №1, где указаны значения для разных уровней напряжения электроустановки, конструкций линий электропередачи, климатических и других факторов.
Таблица №1 - Виды коротких замыканий
1. Понятие о симметричных составляющих
При однофазных или двухфазных к. з., когда трехфазная система становиться несимметричной, фазы оказываются в разных условиях, что не позволяет выполнить расчет, как это делается при 3-х ф. к. з., только для одной из них. с целью управления расчетов несимметричных режимов в трехфазной системе предложен метод симметричных составляющих.
Сущностью этого метода состоит в том, что любая трехфазная несимметричная система векторов токов и напряжений может быть заменена суммой трех симметричных систем:
Ia = Ia1+Ia2+Ia0; Ua = Ua1+Ua2+Ua0;
Ib = Ib1+Ib2+Ib0; Ub = Ub1+Ub2+Ub0;
Ic = Ic1+Ic2+Ic0; Uc = Uc1+Uc2+Uc0
Затем производится расчет этих трех симметричных систем с учетом уже упоминавшегося нами упрощения, т.е. по расчетным формулам для одной фазы. Таким образом вместо одной схемы используется три, но более простые. (Рис.1.1)
Система прямой последовательности состоит из трех векторов A1, B1, C1 равных по величине и повернутых друг относительно друга на 1200. Причем вектор B1 отстает от вектора A1 на 1200, а вектор C1 опережает на 1200. Используя оператор трехфазной системы a=ej120 можно записать:
В1=a2А1; С1=aА1.
Система обратной последовательности состоит из трех векторов A2, B2, C2 равных по величине и повернутых по отношению друг к другу на 1200. Причем вектор B2 опережает A2 на1200:
В2=aА2; С2=a2А2.
Система нулевой последовательности состоит из трех векторов А0, В0, С0 совпадающими по фазе:
А0 = В0 = С0
Рисунок 1.1 - Система симметричных составляющих
2. Виды коротких замыканий
2.1 Трехфазные короткие замыкания
Симметричное 3-х ф. к. з. - это наиболее простой для расчета и анализа вид повреждения. Он характерен тем, что токи и напряжения во всех фазах равны по величине как в месте к. з., так и в любой другой точке сети:
IA=IB=IC; UA=UB=UC
Поскольку рассматриваемая система симметрична, ток походящий в каждой фазе, отстает от создающей его ЭДС на одинаковый угол jк. з., определяемый соотношением активного и реактивного сопротивления цепи к. з.:
Для линий 35 кВ этот угол обычно равен 450, 110кВ - 600, 220кВ - 800. Напряжение в месте к. з. равно нулю, а в любой другой точке сети может быть определено как показано на Рис. 2.1.1 Так как все фазные и междуфазные напряжения в месте 3-х ф. к. з. равны нулю, а в точках, удаленных от места к. з. на небольшое расстояние, незначительны по величине, рассматриваемый вид повреждения представляет наибольшую опасность для работы энергосистемы.
Рисунок 2.1.1 - Трёхфазное короткое замыкание
2.2 Двухфазное короткое замыкание
При 2-х ф. к. з. (Рис.2.2.1) токи и напряжения разных фаз неодинаковы. Рассмотрим соотношения токов и напряжений, характерные для 2-х ф. к. з. между фазами В и С. В поврежденных фазах в месте к. з. проходят одинаковые токи, а в неповрежденной фазе ток отсутствует:
IA=0; IB=-IC
Междуфазное напряжение в месте к. з. UBC=0, а фазные напряжения
.
Так же как и при 3-х ф. к. з., токи, проходящие в поврежденных фазах, отстает от создающей их ЭДС (в данном случае вектор EBC или параллельный ему вектор UBC) на угол jк. з. определяемый соотношением активных и реактивных сопротивлений цепи. По мере удаления от мета к. з. фазные напряжения UB, UС и междуфазное напряжение UBC будут увеличиваться.
С точки зрения влияния на устойчивость параллельной работы генераторов и на работу электродвигателей рассматриваемый вид повреждения представляет значительно меньшую опасность, чем 3-х ф. к. з.
Рисунок 2.2.1 - Двухфазное короткое замыкание
2.3 Двухфазное короткое замыкание на землю в сети с заземленной нейтралью
Этот вид повреждения для сетей с изолированной нейтралью практически не отличается от 2-х ф. к. з. Отличие (Рис 2.3.1) состоит лишь в том, что поврежденные фазы, например В и С, в точке К принужденно приобретает потенциал земли а нейтраль системы получает но отношению к земле смещение равное 0,5EA. Поэтому в сети появляется также слагающие напряжения нулевой последовательности.
2-х ф. замыкания на землю в сетях с большими токами замыкания на землю представляют достаточно сложный вид повреждения, сопровождающийся сильным снижением как фазных, так и междуфазных напряжений поврежденных фаз (в точке к. з. до нуля) и возникновением неуравновешенной системы, характеризуемой наличием слагающих нулевой последовательности напряжений и токов. Соотношение токов и напряжений в месте к. з. для этого вида поврежденья имеют следующий вид:
IA=0; UB=UC=0; UВС=0
Степень опасности того или другого повреждения линии характеризуется прежде всего его влиянием на устойчивость системы и непосредственно на работу потребителей. С этой точки зрения многофазные к. з. являются наиболее тяжелыми. В современных электрических системах металлические 3-х ф. к. з. и 2-х ф. к. з. на землю в сетях с глухозаземленной нейтралью, возникающие в близи шин станций и длящиеся более 0,15-0,3 сек., уже могут нарушать динамическую устойчивость системы. В особо напряженных работающих электропередачах (400кВ, 500кВ) допустимое время отключения к. з. может быть еще меньше порядка 0,1-0,15 сек. Силовая нагрузка потребителей (в особенности синхронные двигатели и асинхронные двигатели с фазным ротором, работающие па привод с постоянным моментом сопротивления) присоединения вблизи места повреждения, при недостаточной быстроте отключения повреждения может быть потеряна. Большие токи к. з. могут вызвать в месте пробоя перегорания провода и разрушения оборудования. Поэтому на линиях устанавливается защита от междуфазных к. з., обеспечивающая достаточно быстрое отключение повреждений. Для 2-х ф. к. з. на землю применяется специальная защита от 1-но ф. к. з. - защита нулевой последовательности.
Рисунок 2.3.1 Двухфазное короткое замыкание на землю
2.4 Однофазные короткие замыкания в сети с заземленной нейтралью
Однофазные к. з. (Рис 2.4.1) является характерным видом повреждения для сетей с большим током к. з. на землю. Такие сети в Росси (110кВ и выше) работают с глухозаземленной нейтралью. При этом заземляются все или часть нейтралей силовых трансформаторов имеющих соединение Y/D, и обычно все нейтрали автотрансформаторов.
1-но ф. к. з. представляют в целом также тяжелый вид повреждения, хотя и менее опасным с точки зрения устойчивости и сохранения силовой нагрузки, чем многофазные к. з. Поэтому установка быстродействующих защит от этого вида повреждений также необходима. Защита может действовать как на отключение трех, так и на отключение одной фазы.
Рисунок 2.4.1 Однофазное замыкание на землю
2.5 Однофазные замыкания на землю в сетях с малыми токами к. з. на землю
Сети с малыми токами замыкания на землю работают с нейтралью, изолированной или заземленной через высокоомное сопротивление. В России к ним относятся воздушные и кабельные линии напряжением 3-35кВ, а иногда 110кВ (в северных районах). Высокоомными заземляющими устройствами обычно являются дугогасящие катушки.
Соотношение напряжений в случаях однофазных замыканий на землю при разных режимах заземления нейтралей имеет ряд общих свойств. Фазы сети имеют по отношению к земле примерно одинаковые емкости. Поэтому при нормальной работе фазы линии имеют напряжения относительно земли, равны эквивалентной ЭДС, а нейтраль системы - потенциал земли (нуль).
В случае однофазного металлического замыкания на землю (Рис.2.5.1) в точке К фаза А получает пе=потенциал земли, т.е. . Падения напряжения в рассматриваемой сети от малых токов повреждения ничтожны. Поэтому во всех точках сети напряжение фазы А также снижается до нуля. Нейтраль системы получает по отношению к земле смещение:
.
Напряжения неповрежденных фаз В и С оказываются теперь равными:
В сети появляется напряжение нулевой последовательности:
Поскольку напряжения во всех точках сети остаются практически неизменными, распределенные емкости фаз могут быть заменены сосредоточенными емкостями того же значения, присоединении к фазам линии. Через место повреждения в землю проходит ток, определяемый напряжением нулевой последовательности U0 и сопротивлениями фаз системы по отношению к земле, равными при пренебрежении активными проводимостями . При условном направлении токов к месту повреждения, учитывая, что в месте повреждения U0 (1) =-Еф получаем:
Таким образом, ток I (1) зА опережает ЭДС ЕА на 900.
При однофазных замыканиях на землю в сетях с малыми токами замыкания на землю искажаются только фазные напряжения. Треугольник междуфазных напряжений остается неизменным. Поэтому к фазам нагрузки продолжают подводиться нормальные напряжения (измеряемые расстоянием от центра тяжести треугольника до его вершин) и бесперебойность работы напряжений не нарушается. Токи в месте пробоя имеют небольшие значения и быстро произвести значительные нарушения (например, пережог междуфазной изоляции в 3-х фазных кабелях) не могут.
Таким образом, однофазные замыкания при правильно поддерживаемом режиме заземления нейтрали непосредственной опасности для потребителей и системы не представляют. Учитывая это обстоятельство возможное отсутствие у потребителей резерва, а также целесообразность уменьшения количества защищаемых устройств в системе защиту от замыканий на землю в рассматриваемых типах сетях выполняют обычно действующей на сигнал. Контроль изоляции осуществляется в сетях 6-10кВ. для создания селективной сигнализации применяется защита, реагирующая на токи повреждения нулевой последовательности (емкости или остаточное), иногда в сочетании с напряжениями нулевой последовательности.
Рисунок 2.5.1 Однофазные замыкания на землю в сетях с малыми токами к. з. на землю
2.6 Короткие замыкания в сетях с изолированной нейтралью
В нормальных условиях напряжения проводов А, В и С по отношению к земле равны соответствующим фазным напряжениям UA, UB, UC (Рис.2.6.2), которые в свою очередь равны ЭДС источника питания EA, EB, EC (Рис 2.6.1) поскольку нагрузка отключена. Векторы фазных напряжений образуют симметричную звезду, а их сумма равна нулю в результате чего напряжения в нейтрали Н отсутствует: UН=0. Под действием фазных напряжений через емкости фаз относительно земли CА, СВ, СС проходят токи опережающие соответствующие напряжения на 900:
Рисунок 2.6.1 Схема замещения сети с изолированной нейтралью
Рисунок 2.6.2 Векторная диаграмма нормального режима
3. Токи и напряжения, возникающие при замыканиях на землю
При металлическом замыкании одной фазы, как на Рис.3.1, например фазы А, ее напряжение относительно земли снижается до нуля (UA=0). Напряжение нейтрали UН по отношению к земле становиться равным напряжению между точками Н и К, т.е. равному по величине и обратному знаку ЭДС заземлившейся фазы. Напряжение неповрежденных фаз В и С относительно земли повышается до междуфазного. Учитывая, что нейтраль Н имеет относительно земли напряжение UН, можно выразить напряжения U'B и U'С через UН:
Поскольку UA=0, то IА (С) =0, то в двух других фазах под действием напряжения UB и UС появляются токи опережающие их на 900:
Ток IЗ в месте повреждения равен геометрической сумме токов в фазах В и С и противоположен им по фазе:
Из диаграммы видно, что:
Таким образом ток в месте замыкания равен утроенному току нормального емкостного тока фазы (ICФ=UФ/Хс). Величина IЗ зависит от величины напряжения сети и емкости фаз (ХС=1/wС) и может быть подсчитана через:
где суд - удельная емкость одной фаза на 1 км сети;
l - общая протяженность одной фазы сети.
В следствии нарушения симметрии и баланса емкостных токов и фазных напряжений появляются составляющие нулевой последовательности:
Пренебрегая сопротивлением проводов (Рис.3.2), которое значительно меньше ХС получаем, что во всех точках сети U0=Uок. Токи I0, возникающие под действием Uок, замыкаются через емкости фаз и заземленные нулевые точки генераторов и трансформаторов, если такие заземления имеются.
Из распределения токов I0, следует, что:
Знак минус в выражении учитывает, что за положительное направление токов и напряжений принято направление от источника питания к месту повреждения IЗ=3I0. Токи I0 и IЗ совпадают по фазе и отстают от вектора напряжения Uок на 900.
Рисунок 3.1 Векторная диаграмма при металлическом замыкании фазы
Рисунок 3.2 Схема замещения сети с изолированной нейтралью при замыкании на землю
Заключение
При возникновении коротких замыканий в системе электроснабжения ее общее сопротивление уменьшается, что приводит к увеличению токов в ее ветвях по сравнению с токами нормального режима, а это вызывает снижение напряжения отдельных точек системы электроснабжения, которое особенно велико вблизи места короткого замыкания. При большой удаленности короткого замыкания величина тока короткого замыкания может составлять лишь незначительную часть номинального тока питающих генераторов и возникновение такого короткого замыкания воспринимается ими как небольшое увеличение нагрузки. Сильное снижение напряжения получается только вблизи места короткого замыкания, в то время как в других точках системы электроснабжения это снижение менее заметно. Следовательно, при рассматриваемых условиях опасные последствия короткого замыкания проявляются лишь в ближайших к месту аварии частях системы электроснабжения. Ток короткого замыкания, являясь даже малым по сравнению с номинальным током генераторов, обычно во много раз превышает номинальный ток ветви, где произошло короткое замыкание. Поэтому и при кратковременном протекании тока короткого замыкания он может вызвать дополнительный нагрев токоведущих элементов и проводников выше допустимого.
Токи короткого замыкания вызывают между проводниками большие механические усилия, которые особенно велики в начале процесса короткого замыкания, когда ток достигает максимального значения. При недостаточной прочности проводников и их креплений могут иметь место разрушения механического характера. Внезапное глубокое снижение напряжения при коротком замыкании отражается на работе потребителей. В первую очередь это касается двигателей, так как даже при кратковременном понижении напряжения на 30-40% они могут остановиться (происходит опрокидывание двигателей). Опрокидывание двигателей тяжело отражается на работе промышленного предприятия, так как для восстановления нормального производственного процесса требуется длительное время и неожиданная остановка двигателей может вызвать брак продукции предприятия. При малой удаленности и достаточной длительности короткого замыкания возможно выпадение из синхронизма параллельно работающих станций, т.е. нарушение нормальной работы всей электрической системы, что является самым опасным последствием короткого замыкания. Возникающие при замыканиях на землю неуравновешенные системы токов способны создать магнитные потоки, достаточные для наведения в соседних цепях (линиях связи, трубопроводах) значительных ЭДС, опасных для обслуживающего персонала и аппаратуры этих цепей.
Вывод: чтобы обеспечить безаварийное электроснабжение всех потребителей - необходимо проектировать и сооружать СЭС с учетом возможных КЗ, а это значит необходимы расчеты переходных процессов. Расчеты переходных процессов предусматривают определение токов и напряжений в короткозамкнутой цепи при заданных (расчетных) условиях для интересующего момента времени или вычисляют их изменение с течением времени в зависимости от поставленной задачи.
Список используемой литературы
1. Анчарова Т.В., Рашевская М.А., Стебунова Е.Д. Электроснабжение иэлектрооборудование зданий и сооружений: учебник. - М.: ФОРУМ; НИЦ ИНФРА-М. 2012. - 416 с.
2. Б.И. Кудрин, Б.В. Жилин, Ю.В. Матюнина. Электроснабжение по-требителей ирежимы: учебное пособие. - М.: Издательский дом МЭИ, 2012. - 412 с.
3. Б.И. Кудрин. Электроснабжение: учебник для студ. учреждений высш. проф. образования. - М.: Издательский центр "Академия", 2012. - 352 с.
4. Электротехнический справочник: В 4-х т.: Т.3. Производство, передача ираспределение электрической энергии / Под общ. ред. профессоров МЭИ В.Г. Герасимоваи др. (гл. ред.А.И. Попов). - М.: Издательский дом МЭИ, 2009. - 964 с.
5. Правила устройства электроустановок. / Минэнерго СССР. - М.: Энергоатомиздат, 1985, 640 с.
6. Основы электроснабжения. Часть1. Методические указания/ "РХТУ им.Д.И. Менделеева, Новомосковский институт (филиал). Сост.: Жилин Б.В., Ильин А.И., Стебунова Е.Д., Чиркова Т.Ю. Новомосковск 2012 - 48 с. Веников В.А., Путятин Е.В. Введение в специальность: Электроэнергетика. Учеб. для вузов - 2-е изд. М.: Высшаяшкола, 1988.
7. Правила устройства электроустановок. - М.: Атомиздат, 1995.
8. Введение в электроэнергетику. Методические указания /РХТУ им.Д.И. Менделеева, Новомосковский ин-т; Сост.: Е.Д. Стебунова, А.Ю. Стекольников, Т.Ю. Чиркова. Новомосковск, 2004. - 68 с.
9. Федоров А.А. Основы электроснабжения промышленных предприятий.К., "Энергия", 1979.
10. Электрическая часть станций и подстанции. Под редакцией C. Усова.П., "Энергия", 1977
11. Рожкова Л.Д., Козулин B. C. Электрооборудование станция и подстанций, М,"Энергия", 1980.
12. Кудрин Б.И. Учебник для студентов высших учебных заведений / - 2-еизд. - М.: "Интернет Инжиниринг", 2006. - 672с.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Обозначения и термины, характерные для электрических систем при изложении узлового метода. Создание математической модели данного метода в виде системы алгебраических и трансцендентных уравнений. Структура и листинг программы анализа электрических схем.
отчет по практике [1,0 M], добавлен 29.05.2013Защита электрооборудования и сетей от тока короткого замыкания и перегрузок. Разработка программного обеспечения для расчета номинала предохранителя в электрической цепи. Выбор языка программирования. Требования к составу и параметрам технических средств.
курсовая работа [233,2 K], добавлен 31.03.2018Законы электрических цепей, порядок и методы их расчета. Разработка программы на языке программирования Borland C++ Builder 5.0 для анализа разветвленных электрических цепей с использованием матричного метода. Алгоритм решения задачи и описание его работы
курсовая работа [211,5 K], добавлен 08.10.2012Понятие математической модели, физические свойства и классификация. Обзор систем компьютерного моделирования. Применение системы MathCAD для исследования реакции электрической цепи на внешнее воздействие. Графическая схема алгоритма и её описание.
курсовая работа [191,7 K], добавлен 29.09.2013Компьютерное моделирование - вид технологии. Анализ электрических процессов в цепях второго порядка с внешним воздействием с применением системы компьютерного моделирования. Численные методы аппроксимации и интерполяции и их реализация в Mathcad и Matlab.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 21.12.2013Мультимодульная программа расчёта и построения графиков переходного процесса в электрической цепи, ее процедуры и функции. Распечатка текста и графики процесса, построенные с использованием стандартных модулей Турбо Паскаля CRT и GRAPH и Microsoft Excel.
курсовая работа [880,7 K], добавлен 07.12.2011Простейшие электрические цепи первого порядка. Характеристика электрических цепей второго порядка, их параметры. Элементы нелинейных цепей. Основные этапы моделирования схем с помощью программы схемотехнического проектирования и моделирования Micro-Cap.
контрольная работа [196,6 K], добавлен 17.03.2011Применения моделирования, методов вычислительной математики, теории оптимизации и средств вычислительной техники при анализе и проектировании электрических цепей. Параметрическая оптимизация электрической цепи. Листинг программы и результаты ее работы.
курсовая работа [223,8 K], добавлен 21.02.2012Mathcad как универсальная система компьютерной математики. Знакомство с основными особенностями применения системы Mathcad для исследования линейных электрических цепей синусоидального тока. Общая характеристика видов математического моделирования.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 03.01.2015Окружение и функциональные требования, предъявляемые к электротехнической лаборатории. Функциональное моделирование с использованием методологии IDEF. Выбор и обоснование средств разработки прикладного обеспечения. Описание и виды программных модулей.
дипломная работа [5,7 M], добавлен 24.06.2015
