Лекция 11. Форма волны ТКЗ. Конфигурация сетей
Содержание лекции:
- изучение зависимости формы волны тока короткого замыкания во времени от момента возникновения короткого замыкания.
Цель лекции:
- рассмотрениерекомендаций по выбору сетей.
Форма волны тока короткого замыкания
Последствием внезапного изменения импеданса при коротком замыкании является переходной процесс. Большим током короткого замыкания в области энергетической системы нарушится равновесие между магнитным и электрическим полем и в новое равновесное состояние система переходит переходными составляющими тока и напряжения. Форма волны тока короткого замыкания во времени зависит от момента возникновения короткого замыкания. Эта форма волны может показывать несимметричность по отношению к оси времени с присутствующей постоянной составляющей.
Изображение тока короткого замыкания показано на рисунке 1.
Рисунок 1 - Форма волны тока короткого замыкания
Для расчета параметров электрического оборудования и настройки защит у тока короткого замыкания определяются следующие характерные значения, обозначаемые символами: 
- начальный импульсный ток короткого замыкания: т. е. эффективное значение симметричного тока короткого замыкания без постоянной составляющей при возникновении короткого замыкания; 
- импульсный ток короткого замыкания: т. е. первая амплитуда (пиковое значение) несимметричного тока короткого замыкания с постоянной составляющей. Он является решающим критерием при проверке динамической нагрузки оборудования сети. В новейших предписаниях для 
(указывалось в прежних IEC) используется символ 
(позаимствовано из IEC); 
- ток отключения короткого замыкания(симметричный) и его постоянная составляющая 
. Является критерием для проверки расчета параметров выключателей и автоматических выключателей; 
- эквивалентный ток повышения температуры: т. е. эффективное значение эквивалентного, или же идеального симметричного тока короткого замыкания, который за время продолжительности короткого замыкания tk вызовет одинаковые тепловые воздействия как действительный несимметричный ток короткого замыкания с постоянной составляющей. Является критерием для оценки тепловой нагрузки оборудования энергетической системы; 
- установившийся ток короткого замыкания: т. е. эффективное значение тока короткого замыкания (симметричного) после прекращения существования всех переходных составляющих. У электрически удаленных коротких замыканий (большинство практических случаев) он равен начальному импульсному току короткого замыкания . У электрически близких коротких замыканий, т. е. в проводках вблизи источников с большими синхронными генераторами 
в результате возрастающего внутреннего реактивного сопротивления синхронной машины в течение продолжительности короткого замыкания.
Краткие рекомендации по выбору сетей.
Ни один из способов заземления нейтрали и открытых проводящих частей не является универсальным. В каждом конкретном случае необходимо проводить технико-экономическое сравнение и исходить из критериев: электробезопасности, пожаробезопасности, уровня бесперебойности электроснабжения, технологии производства, электромагнитной совместимости (включая последствия грозовых разрядов молнии), наличия квалифицированного персонала, возможности последующего расширения и изменения сети. В качестве общих рекомендаций для выбора той или иной сети можно указать следующее:
1. Сети TN–С и TN–С–S характеризуются низким уровнем электро- и пожаробезопасности, а также возможностью значительных электро- магнитных возмущений.
2. Сети TN–S рекомендуются для статичных (не подверженных изменениям) установок, когда сеть проектируется "раз и навсегда".
3. Сети ТТ следует использовать для временных, расширяемых и изменяемых электроустановок.
4. Сети IT следует использовать в тех случаях, когда бесперебойность электроснабжения является крайне необходимой.
Возможны варианты, когда в одной и той же сети следует использовать два или три режима. Например, когда вся сеть получает питание по сети TN–S, а часть ее через разделительный трансформатор по сети IT.
Конфигурация сетей.На практике встречаем различные конфигурации сетей, которые предъявляют различные требования к вычислительным процедурам. По принципу питания бывают с одно- и двухсторонним питанием.
Радиальные схемы.От комплектной трансформаторной подстанции (КТП) или главного распределительного щита отходят линии питания электроприемников (ЭП) и двигателей (Д1 и Д8) большой мощности, а также сборок 1-4 (распределительных пунктов), как показано на рисунке 2. Нецелесообразно к главному щиту подключать большое количество ЭП малой и средней мощности: они снижают его надежность. Для питания таких электроприемников образуют вторичные сборки, питающиеся непосредственно от основного щита, и третичные сборки, питающиеся от вторичных сборок. Токи короткого замыкания на сборках меньше, чем на главном щите. Это позволяет применять аппаратуру с небольшими номинальными токами. Сечение кабелей, питающих сборки, выбирают по расчетному току, отличающемуся от суммы номинальных токов подключенных электроприемников [2].
Рисунок 2 - Радиальная схема распределения электроэнергии:
Т – питающие трансформаторы; ДГ – аварийный дизель-генератор;
QF – вводные и секционный автоматические выключатели;
Д – электродвигатели
Распределение электродвигателей по сборкам зависит от их мощности и возможности выполнения защиты. К главному щиту целесообразно подключать электродвигатели мощностью более 55 кВт.
Электродвигатели малой (до 10 кВт) и средней (10-55 кВт) мощности рекомендуется подключать ко вторичным сборкам. Однако в зависимости от конкретных особенностей электроустановки одиночные двигатели большой мощности (но не более 100 кВт) иногда могут подключаться к вторичным сборкам, а средней – к основному щиту. Радиальные схемы распределения электроэнергии рекомендуется применять в случае: взрывоопасных, пожароопасных и пыльных производств; питания индивидуальных электроприемников; питания низковольтных устройств распределения электроэнергии, если они расположены в разных направлениях от источника питания. Питание обычно выполняется проводами и кабелями.
Магистральные схемы. Распределение электроэнергии от трансформаторов Т1 и Т2 до сборок 1, 2 и электродвигателей Д1, Д2 выполняется с помощью шинопроводов магистральных (ШМ) и/или распределительных (ШР), к которым подсоединяют электроприемники, как показано на рисунке 3. В тех случаях, когда характер среды в цехе или размещение технологического оборудования по площади цеха, делают невозможным применение магистральных шинопроводов, используют кабельные магистрали. Сечение кабельных магистралей одинаково по всей длине.
Рисунок 3 - Магистральная схема распределения электроэнергии
Смешанные схемы. Представляют собой комбинации из радиальных и магистральных схем, как показано на рисунке 4. К основным секциям щитов 0,4 кВ подключены электродвигатели большой мощности Д1-Д3, к сборкам 1, 2, 3 – двигатели средней мощности Д4-Д9. Сборки 4, 5, 6, подключенные кабельной магистралью и имеющие АВР на вводах, предназначены для питания электродвигателей малой мощности. На вводах в сборки 4 и 6 установлены реакторы для снижения токов КЗ и обеспечения стойкости автоматических выключателей отходящих линий. Резервное питание осуществляется от трансформатора Трез по шинопроводу, имеющему ввод на каждый из основных щитов 0,4 кВ.
Рисунок 4 - Смешанная схема распределения электроэнергии:
Т – рабочие трансформаторы; Трез– резервный трансформатор
Таким образом, для силовых сетей напряжением до 1000 В характерно единство процесса построения схемы сети, выбора проводников, коммутационных аппаратов и защит.