 |
1.3 Векторные диаграммы токов и напряжений при коротких замыканиях и в нагрузочных режимах
|
|
|
|
Для уяснения условий работы устройств релейной защиты (РЗ) удобно использовать векторные диаграммы подводимых к реле токов и напряжений. Для упрощения расчетов и анализа поведения РЗ при повреждениях исключаются отдельные факторы, не оказывающие существенного влияния на значения напряжений и токов. Поэтому при построении векторных диаграмм могут быть приняты следующие допущения:
· для упрощения рассматривается установившийся режим КЗ на ЛЭП с односторонним питанием и при отсутствии нагрузки (за исключением отдельных случаев, которые особо оговариваются);
· не учитывают (как правило) переходное сопротивление в месте КЗ и все повреждения рассматриваются как непосредственное соединение фаз между собой или на землю;
· не учитываются токи намагничивания силовых трансформаторов и емкостные токи ЛЭП напряжением до 330 кВ (за исключением отдельных особых случаев);
· для получения действительных углов сдвига фаз между токами и напряжениями учитываются как реактивные, так и активные сопротивления цепи КЗ;
· электрическая система, питающая место КЗ замещается одним эквивалентным генератором с фазными ЭДС ЕА, ЕВ, ЕС, которые представляют собой симметричную систему векторов; относительно этих векторов строятся векторные диаграммы токов и напряжений короткого замыкания;
· за положительное направление токов принимается их направление от источника питания к месту КЗ. Соответственно, положительными считаются те ЭДС, направления которых совпадают с положительными направлениями токов.
При вычислении значений токов и напряжений элементы энергосистемы заменяются в расчетных схемах активными и реактивными сопротивлениями. Генераторы, трансформаторы и реакторы обычно замещают индуктивными сопротивлениями, а линии – активно-индуктивными сопротивлениями. Большинство потребителей также замещаются активно-индуктивными сопротивлениями.
|
|
|
На рисунке 1. 3 представлена упрощенная схема электрической трехфазной сети (не учитывающая влияние трансформаторов станции и подстанции) в однофазном исполнении, состоящей из генератора 1, станции 2, линии электропередачи 3, подстанции 4 и электроприемника (-ов) 5.
Поскольку режим работы рассматриваемой сети принимаем симметричным, схема замещения может быть изображена для одной фазы. На этой схеме генератор G замещен эквивалентной ЭДС Е и индуктивным сопротивлением Хг, линия – индуктивным сопротивлением Хл и активным сопротивлением Rл. Потребитель замещен индуктивным сопротивлением Хн и активным сопротивлением Rн.
Из схемы замещения следует, что Iг = Iл = Iн = І. При построении векторной диаграммы тока и напряжений за исходный примем вектор тока I (рисунок 1. 4). Падение напряжения на полном сопротивлении нагрузки Zн равно геометрической сумме напряжений.
(1. 3)
 |
Угол между векторами 
и 
определяется соотношением сопротивлений Rн и Хн
. (1. 4)
Угол 
определяется соотношением сопротивлений Rн + Rл и Хн + Хл, то есть
. (1. 5)
Угол системы φ с определяется соотношением активных и реактивных сопротивлений, входящих в систему от генератора до потребителей включительно
. (1. 6)
Воздушные ЛЭП имеют характер полного сопротивления, как правило, активно-индуктивный. Нормально нагруженная воздушная линия имеет угол мощности φ с около 10º ÷ 20º. С увеличением нагрузки угол φ с может возрастать до 25º ÷ 30º. Часто для увеличения коэффициента мощности линии (cos φ ) применяют искусственную компенсацию индуктивности линии путем применения емкостных компенсаторов, что приводит к уменьшению угла φ с (φ л) и, следовательно, к увеличению cos φ линии. При коротких замыканиях в воздушных линиях шунтируется (отсекается) потребитель, который в значительной степени определяет значение углов φ с и φ л, и характер полного сопротивления линии становится более реактивным, то есть, другими словами при КЗ в воздушной линии угол φ с (φ л) может возрастать до 60º ÷ 88º. Это необходимо учитывать при построении релейных защит и анализа их функционирования.
|
|
|
Несколько иначе обстоит дело в кабельных линиях. Поскольку в кабеле расстояние между фазными проводами мало, а междуфазные емкости сравнительно велики, то в нем происходит значительная компенсация индуктивного сопротивления жил кабеля емкостными междуфазными сопротивлениями. В результате этого характер полного сопротивления кабельной ЛЭП ближе к активному. Как показывают исследования, при коротком замыкании в конце силового кабеля угол сдвига фаз между током КЗ в фазном проводе и остаточным напряжением на одноименной фазе возрастает незначительно (приблизительно до 10º ÷ 15º ). Для сравнения можно привести тот факт, что при групповом самозапуске асинхронной нагрузки собственных нужд АЭС угол сдвига фаз между фазными токами и напряжениями одноименных фаз возрастает до десятков электрических градусов (приблизительно до 40º ÷ 70º ), что позволяет построить релейную защиту кабельной линии более чувствительной и селективной, используя, например, чувствительное токовое реле и реле реактивной мощности.
На практике иногда нужна не вся векторная диаграмма (рисунок 1. 4), а лишь ее часть, например, токи, протекающие по линии, и напряжения на шинах подстанции (рисунок 1. 5). Как следует из диаграммы, приведенной на рисунке 1. 5, режим работы потребителя и сети в целом является нормальным.
 |
|
|
|
|
|
|
