Буквенные обозначения величин

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.

 

ВВЕДЕНИЕ

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.

 

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.

1.2.1.44. Ожидаемый ток короткого замыкания — ток короткого замыкания, который был бы в электрической цепи электроустановки при отсутствии действия установленного в ней токоограничивающего коммутационного электрического аппарата.

1.2.1.45. Пропускаемый ток короткого замыкания — наибольшее мгновенное значение тока короткого замыкания в электрической цепи электроустановки с учетом действия токоограничивающего коммутационного электрического аппарата.

1.2.1.46. Сквозной ток короткого замыкания - ток, проходящий через включенный коммутационный электрический аппарат при внешнем коротком замыкании.

1.2.1.47. Содержание апериодической составляющей в отключаемом токе короткого замыкания — отношение апериодической составляющей отключаемого тока короткого замыкания в заданный момент времени к увеличенному в раз действующему значению периодической составляющей отключаемого тока короткого замыкания в тот же момент времени.

1.2.1.48. Гармонический состав тока короткого замыкания — совокупность синусоидальных токов различных частот, на которые может быть разложен ток короткого замыкания.

1.2.1.49. Фаза возникновения короткого замыкания в электроустановке — фаза напряжения электроустановки к моменту возникновения короткого замыкания, выраженная в электрических градусах.

1.2.1.50. Переходная составляющая тока короткого замыкания — периодическая составляющая тока короткого замыкания, равная сумме принужденной и свободной переходной составляющих тока короткого замыкания.

1.2.1.51. Сверхпереходная составляющая тока короткого замыкания — периодическая составляющая тока короткого замыкания, равная сумме переходной и свободной сверхпереходной составляющих тока короткого замыкания.

1.2.1.52. Мощность короткого замыкания — условная величина, равная увеличенному в раз произведению тока трехфазного короткого замыкания в начальный момент времени на номинальное напряжение соответствующей сети.

1.2.1.53. Продольная несимметрия в электроустановке — несимметрия трехфазной электроустановки, обусловленная последовательно включенным в ее цепь несимметричным трехфазным элементом.

1.2.1.54. Поперечная несимметрия в электроустановке — несимметрия трехфазной установки, обусловленная коротким замыканием одной или двух фаз на землю или двух фаз между собой.

1.2.1.55. Однократная несимметрия в электроустановке — продольная или поперечная несимметрия, возникшая в одной точке трехфазной электроустановки.

1.2.1.56. Сложная несимметрия в электроустановке — несимметрия трехфазной электроустановки, представляющая собой комбинацию из продольных и поперечных несимметрий.

1.2.1.57. Особая фаза электроустановки — фаза трехфазной электроустановки, которая при возникновении продольной или поперечной несимметрии оказывается в условиях, отличных от условий для двух других фаз.

1.2.1.58. Комплексная схема замещения — электрическая схема, в которой схемы замещения прямой, обратной и нулевой последовательностей (или других составляющих) объединены соответствующим образом с учетом соотношений между составляющими токов и напряжений в месте повреждения.

1.2.1.59. Граничные условия при несимметрии — характерные соотношения для токов и напряжений в месте повреждения при данном виде несимметрии в электроустановке.

1.2.1.60. Постоянная времени затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания — электромагнитная постоянная времени, характеризующая скорость затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания.

1.2.1.61. Расчетные условия короткого замыкания элемента электроустановки наиболее тяжелые, но достаточно вероятные условия, в которых может оказаться рассматриваемый элемент электроустановки при коротких замыканиях.

1.2.1.62. Расчетная схема электроустановки — электрическая схема электроустановки, при которой имеют место расчетные условия короткого замыкания для рассматриваемого ее элемента.

1.2.1.63. Расчетный вид короткого замыкания — вид короткого замыкания, при котором имеют место расчетные условия короткого замыкания для рассматриваемого элемента электроустановки.

1.2.1.64. Расчетная точка короткого замыкания — точка электроустановки, при коротком замыкании в которой для рассматриваемого элемента электроустановки имеют место расчетные условия короткого замыкания.

1.2.1.65. Расчетная продолжительность короткого замыкания — продолжительность короткого замыкания, являющаяся расчетной для рассматриваемого элемента электроустановки при определении воздействия на него токов короткого замыкания.

1.2.1.66. Вероятностные характеристики короткого замыкания — совокупность характеристик, описывающих вероятностный характер различных параметров и условий короткого замыкания.

1.2.1.67. Термическое действие тока короткого замыкания — тепловое действие тока короткого замыкания, вызывающее изменение температуры элементов электроустановки.

1.2.1.68. Электродинамическое действие тока короткого замыкания — механическое действие электродинамических сил, обусловленных током короткого замыкания, на элементы электроустановки.

1.2.1.69. Интеграл Джоуля — условная величина, характеризующая тепловое действие тока короткого замыкания на рассматриваемый элемент электроустановки, численно равная интегралу от квадрата тока короткого замыкания по времени в пределах от начального момента короткого замыкания до момента его отключения.

1.2.1.70. Стойкость элемента электроустановки к току короткого замыкания — способность элемента электроустановки выдерживать термическое и электродинамическое действия тока короткого замыкания без повреждений, препятствующих его дальнейшей исправной работе.

1.2.1.71. Ток термической стойкости электрического аппарата при коротком замыкании — нормированный ток, термическое действие которого электрический аппарат способен выдержать при коротком замыкании в течение нормированного времени термической стойкости.

1.2.1.72. Ток электродинамической стойкости электрического аппарата при коротком замыкании — нормированный ток, электродинамическое действие которого электрический аппарат способен выдержать при коротком замыкании без повреждений, препятствующих его дальнейшей исправной работе.

Буквенные обозначения величин

 

I	—	ток, действующее значение;
i	—	ток, мгновенное значение;
	—	ток комплексный, действующее значение;
Im	—	ток, амплитудное значение;
Iном	—	номинальный ток;
iуд	—	ударный ток КЗ;
iдин	—	ток электродинамической стойкости;
Iвкл, iвкл	—	ток включения, действующее и мгновенное значения;
Iскв, iскв	—	сквозной ток, действующее и мгновенное значения;
Iпр.скв, iпр.скв	—	предельный сквозной ток, действующее и мгновенное значения;
Iоткл, iоткл	—	отключаемый ток, действующее и мгновенное значения;
Iоткл.ном, iоткл.ном	—	номинальный ток отключения электрического аппарата;
It, it	—	ток в момент t;
It, it	—	ток в момент t,
Iтер	—	ток термической стойкости;
I¥	—	ток установившегося режима;
Iк	—	ток КЗ, общее обозначение
Iп; iп	—	периодическая составляющая тока КЗ;
Iа; iа	—	апериодическая составляющая тока КЗ (Iа = iа);
Iп0	—	начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ (t = 0);
ia0	—	начальное значение апериодической составляющей тока КЗ (t = 0);
Iпt, iаt	—	периодическая и апериодическая составляющие тока КЗ в момент t = t;
IA, IВ, IС	—	токи соответственно фаз А, В, С;
IN	—	ток в нейтральном проводе;
I1, I2, I0	—	ток соответственно прямой, обратной и нулевой последовательностей;
Iож, iож	—	ток, ожидаемый в цепи с токоограничивающим аппаратом;
IS	—	ток суммарный;
Iпрод.доп	—	ток продолжительного режима, допустимый;
Iнорм.расч	—	ток нормального режима, расчетный;
Iпрод.расч	—	ток продолжительного режима, расчетный;
Id, Iq	—	токи соответственно по осям d и q;
I'	—	переходный ток;
I"	—	сверхпереходный ток;
iпл	—	ток плавления вставки предохранителя;
U, и	—	напряжение, действующее и мгновенное значения;
Uраб.нб	—	наибольшее рабочее напряжение;
Uном	—	номинальное напряжение;
U1, U2, U0	—	напряжения соответственно прямой, обратной и нулевой последовательностей;
DU	—	потеря напряжения;
j	—	угол сдвига фаз между напряжением и током;
cos j	—	коэффициент мощности;
E, e	—	электродвижущая сила, действующее и мгновенное значения;
Р	—	мощность активная;
Q	—	мощность реактивная;
S	—	мощность полная, модуль;
	—	мощность полная, комплексная;
f	—	частота колебаний электрической величины;
w	—	частота колебаний электрической величины, угловая;
R, r	—	сопротивление активное;
Х, х	—	сопротивление реактивное;
Z	—	сопротивление полное, модуль;
	—	сопротивление полное, комплексное;
XL	—	сопротивление реактивное, индуктивное;
XC	—	сопротивление реактивное, емкостное;
Zв	—	сопротивление волновое;
ив	—	восстанавливающееся напряжение на контактах коммутационного аппарата;
nв	—	скорость восстановления напряжения;
Uвз, uвз	—	возвращающееся напряжение на контактах коммутационного аппарата;
Z1, Z2, Z0	—	сопротивления соответственно прямой, обратной и нулевой последовательностей;
Y	—	проводимость электрическая, модуль;
	—	проводимость электрическая, комплексная;
g	—	проводимость активная;
b	—	проводимость реактивная;
L	—	индуктивность собственная;
M	—	индуктивность взаимная;
Kсв	—	коэффициент связи;
s	—	коэффициент рассеяния;
r	—	удельное сопротивление;
g	—	удельная проводимость;
a	—	температурный коэффициент сопротивления;
b	—	температурный коэффициент теплоемкости;
Wэ	—	энергия электрическая;
Wэм	—	энергия электромагнитная;
Н	—	напряженность магнитного поля, модуль;
	—	напряженность магнитного поля, вектор;
Е	—	напряженность электрического поля, модуль;
	—	напряженность электрического поля, вектор;
e	—	проницаемость диэлектрическая абсолютная;
er	—	проницаемость диэлектрическая относительная;
e0	—	постоянная электрическая;
m	—	проницаемость магнитная абсолютная;
mr	—	проницаемость магнитная относительная;
m0	—	постоянная магнитная;
J	—	температура в шкале Цельсия;
T	—	температура в шкале Кельвина;
q	—	превышение температуры;
T	—	постоянная времени электрической цепи;
T	—	период колебаний электрической величины;
Ta	—	постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ;
Kуд	—	ударный коэффициент;
bнорм	—	нормированное процентное содержание апериодической составляющей в отключаемом токе;
n	—	коэффициент трансформации;
n	—	отношение числа витков;
N	—	число витков обмотки;
С	—	емкость;
с	—	удельная теплоемкость;
l	—	плотность материала;
s	—	скольжение;
sкр	—	скольжение критическое;
S	—	сечение проводника;
М	—	момент вращающихся масс;
Tj	—	постоянная инерции (механическая постоянная);
F	—	поверхность;
	—	сила, вектор;
F	—	сила, модуль;
q	—	удельная теплоотдача;
Ф	—	тепловой поток;
Е	—	модуль упругости;
J	—	момент инерции;
W	—	момент сопротивления поперечного сечения проводника;
т	—	масса;
s	—	напряжение в материале;
sпч	—	предел прочности;
sпц	—	предел пропорциональности;
sт	—	предел текучести;
Kф	—	коэффициент формы;
Kд	—	коэффициент добавочных потерь;
Kд	—	коэффициент динамической нагрузки;
Kп	—	коэффициент поверхностного эффекта;
Kпг	—	коэффициент перегрузки;
Вк	—	интеграл Джоуля при КЗ;
Втер	—	нормированный интеграл Джоуля электрического аппарата для условий КЗ;
tтер	—	время термической стойкости электрического аппарата;
tоткл	—	время отключения КЗ, расчетная продолжительность КЗ;
tс.в.откл	—	собственное время отключения выключателя;
tв.откл	—	полное время отключения выключателя;
tр.з min	—	минимальное расчетное время срабатывания релейной защиты;
t	—	момент начала расхождения дугогасительных контактов коммутационного аппарата;
h	—	коэффициент динамической нагрузки;
с	—	коэффициент расчетного эквивалентного напряжения сети;
а	—	расстояние между фазами;
d	—	логарифмический декремент затухания;
tбт	—	бестоковая пауза в цикле АПВ.