Короткие замыкания в электроустановках. Методика расчета в электроустановках постоянного тока

ГОСТ 29176-91

УДК 621.3.064.1.001.24:006.354 Группа Е09

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

КОРОТКИЕ ЗАМЫКАНИЯ В ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ

Методика расчета в электроустановках постоянного тока
Short-circuits in electrical installations.
Calculation methods in d. c. electrical equipment
МКС 29.020

ОКСТУ 3400

Дата введения 01.07.92

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Техническим комитетом 117 «Энергоснабжение»
2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ постановлением Комитета стандартизации и метрологии СССР от 19.12.91 № 2000

3. ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

4. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

Обозначение НТД, на который дана ссылка Номер пункта

ГОСТ 27514-87 1.4.3

5. ПЕРЕИЗДАНИЕ. Ноябрь 2004 г.
Настоящий стандарт распространяется на электроустановки постоянного тока, в которых источниками энергии постоянного тока (преобразователями) являются:
- свинцово-кислотные аккумуляторные батареи;
- машины постоянного тока параллельного возбуждения;
- трехфазные вентильные полупроводниковые выпрямители, выполненные по схеме две обратные звезды с уравнительным реактором;
- трехфазные вентильные полупроводниковые выпрямители, выполненные по симметричной мостовой схеме.
Стандарт не распространяется на электроустановки постоянного тока напряжением выше ±750 кВ.
Стандарт не регламентирует:
- методику расчета токов при внутренних повреждениях в источниках энергии постоянного тока (преобразователях) (при замыкании пластин в аккумуляторах, при замыкании витков и секций обмоток в машинах постоянного тока, при пробоях вентилей в преобразователях);
- методику расчета токов КЗ, учитывающую развитие аварии (КЗ в сети постоянного тока и внутреннее повреждение);
- методику расчета токов КЗ при сложных видах повреждений в сети постоянного тока (КЗ полюсных проводов - отжиг провода - замыкание провода на землю);
- методику расчета токов КЗ, учитывающую взаимное влияние через общую ветвь тока источников (преобразователей) постоянного тока разных видов (типов);
- методику расчета токов КЗ, учитывающую электромеханические переходные режимы электрических машин;
- методику расчета токов КЗ, учитывающую распределенность параметров длинных линий постоянного тока;
- методику расчета токов КЗ в специальных установках (автономные системы, установки постоянного тока подвижного состава);
- методику расчета токов КЗ в каналах МГД-установок;
- методику расчета токов КЗ с учетом нелинейностей электрических характеристик машин постоянного тока, токоограничивающих и сглаживающих реакторов.
Все требования стандарта являются обязательными.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1.Исходные положения
1.1.1. Настоящий стандарт устанавливает общую методику расчета токов КЗ в электроустановках постоянного тока в начальный и произвольный моменты времени, необходимых для выбора электрооборудования и проверки его по условиям КЗ, для выбора уставок и оценки действия защит и автоматики, для расчета заземляющих устройств.
1.1.2. Стандарт устанавливает методику расчетов токов при замыкании полюсов сети постоянного тока, а также при замыкании полюса на землю (корпус) заземленной сети.
1.1.3. Величины, подлежащие определению, и допустимая погрешность расчетов токов КЗ определяются указанными в п. 1.1.1 целями. Для выбора электрооборудования и защит допускаются приближенные методы расчета. Определению подлежат:
- значение тока КЗ в цепях постоянного тока в произвольный момент времени;
- максимальное (пиковое) значение тока КЗ в цепях постоянного тока;
- ударный ток КЗ в цепях переменного тока вентильных преобразователей (при трех- и двухфазных КЗ в вентильных обмотках преобразовательных трансформаторов);
- максимальное значение установившегося тока КЗ в цепях постоянного тока вентильных преобразователей;
- минимальное значение установившегося тока КЗ в цепях постоянного тока вентильных преобразователей.
1.2. Исходные данные
1.2.1. Для расчета токов КЗ в электроустановках постоянного тока необходимы достоверные данные о параметрах используемого электрооборудования.
1.2.2. Приведенные ниже расчетные методики устанавливают связь параметров электрооборудования с параметрами эквивалентных схем замещения, позволяющую учесть его основные характеристики.
1.3. Схемы замещения
1.3.1. Электрооборудование установок постоянного тока в схемах замещения, соответствующих расчетным схемам, следует учитывать элементами с сосредоточенными параметрами.
1.3.2. Все элементы схемы замещения, кроме элемента, замещающего электрическую дугу, допустимо считать обладающими линейными характеристиками, т.е. их самоиндуктивность и взаимоиндуктивность, коэффициент магнитного рассеяния, а также электрическое сопротивление постоянному и переменному току принимать неизменными, не зависящими от значения тока и напряжения.
1.4. Параметры схем замещения
1.4.1. Параметры схем замещения могут быть выражены как в именованных, так и в относительных единицах. Предпочтительно использование системы именованных единиц.
1.4.2. Параметры элементов схемы замещения следует относить к ступени напряжения сети постоянного тока.
1.4.3. При расчетах токов КЗ в электроустановках, в которых источниками энергии (преобразователями) являются трехфазные вентильные выпрямители, составление схем замещения трехфазных цепей переменного тока, а также определение параметров различных элементов и приведение их к одной ступени напряжения следует производить в соответствии с ГОСТ 27514.
При упрощенных расчетах допустимо источники энергии (преобразователи) в схемах замещения представлять эквивалентными параметрами, косвенно учитывающими параметры схемы и режима питающей сети переменного тока.

1.5. Использование ЭВМ
1.5.1. ЭВМ рекомендуется использовать при массовых расчетах токов КЗ для оценки аварийных режимов оборудования электроустановок постоянного тока, а также при расчетах переходных режимов регулируемых вентильных преобразователей, в частности, преобразователей электропередач или вставок постоянного тока.

2. РАСЧЕТ ТОКОВ КЗ В ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ, ПОЛУЧАЮЩИХ ПИТАНИЕ ОТ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ

2.1. Исходные данные для расчета и их условные обозначения
2.1.1. Геометрические параметры пластин свинцового аккумулятора:
h - высота электродных пластин, м;
d - длина электродных пластин, м;
l - расстояние между электродными пластинами, м.
2.1.2. Число элементов аккумуляторной батареи:
n - число последовательно соединенных элементов;
m - число параллельно соединенных элементов.
2.1.3. Начальные параметры:
q0 - начальная относительная плотность электролита;
Rэ0 - начальное сопротивление электролита, Ом;
- начальное сопротивление положительной пластины, Ом;
Rc0 - начальное сопротивление сепаратора, Ом.
2.1.4. Электрохимические константы:
, м2·с-1;
N - положительная константа, характеризующая интенсивность электродных реакций, моль·л-1·м·А-1;
(э - удельная электропроводность электролита, См·м-1;
g11, g21 - положительная и отрицательная константы, определяемые при аппроксимации уравнений Нернста, В/(моль·л-1).
2.1.5. Расчетные значения параметров аккумулятора СК-1 и значения электрохимических констант свинцово-кислотных аккумуляторов приведены в приложении 1.
2.1.6. Определяемые параметры (промежуточные), используемые при расчетах:
B - константа, характеризующая удельное сопротивление электролита при заданной концентрации и температуре, Ом/м;
Eo - обратимая ЭДС аккумулятора, В;
Еп - ЭДС поляризации аккумулятора, В;
Евт - внутренняя ЭДС аккумулятора, находящегося в режиме кратковременного разряда большим током, В; графически определяют как точку пересечения спрямленной вольт-амперной характеристики с осью ординат;
Rвт - внутреннее сопротивление аккумулятора, Ом.
2.1.7. Параметры, характеризующие сеть постоянного тока:
Rвш - активное сопротивление внешней сети (цепи КЗ), Ом;
Rош - активное сопротивление ошиновки, Ом;
Rкб - активное сопротивление кабелей, Ом;
Rпр - активное сопротивление проводов, Ом;
Rтк - активное сопротивление токовых катушек отключающих аппаратов, Ом;
Rкс - сопротивление контактных соединений, Ом.
2.2. Схема замещения
2.2.1. При составлении схемы замещения для расчета токов КЗ в электроустановках, получающих питание от аккумуляторной батареи, допустимо не учитывать индуктивные сопротивления элементов цепей (см. черт. 1).

Схема замещения сети, питаемой от аккумуляторной батареи
Черт. 1
2.2.2. При расчете токов КЗ следует учитывать сопротивление постоянному току ошиновки, кабелей, проводов, токовых катушек отключающих аппаратов и переходное сопротивление контактных соединений, поэтому внешнее сопротивление цепи КЗ (Rвш) в омах в общем случае равно
Rвш = Rош + Rкб + Rпр + Rтк + Rкс. (1)
2.3. Расчет тока КЗ с учетом электрической дуги в месте КЗ
2.3.1. При определении минимального значения тока КЗ необходимо учитывать влияние на ток КЗ активного сопротивления электрической дуги, возникающей в месте КЗ. Это значение рекомендуется определять по формуле
Iкд = Kд Iкм,
где Kд - поправочный коэффициент;
Iкм - ток металлического КЗ.
Значения коэффициента Kд для электроустановок с аккумуляторными батареями являются функцией результирующего сопротивления цепи КЗ
R = Rвт + Rвш
и их следует определять по кривой 1 на черт. 11.
2.3.2. При определении минимального значения тока КЗ рекомендуется учитывать увеличение активного сопротивления кабеля к моменту отключения КЗ вследствие его нагревания токами КЗ. Активное сопротивление кабеля (r() в омах при нагреве его током КЗ рассчитывают по формуле
r( = C( r20,
где C( - коэффициент, учитывающий увеличение активного сопротивления медного или алюминиевого кабеля. При приближенных расчетах значение коэффициента C( допускается принимать равным 1,5. При уточненных расчетах коэффициент C( следует определять в соответствии с черт. 13-15 в зависимости от сечения кабеля, тока и продолжительности КЗ;
r20 - активное сопротивление медного или алюминиевого кабеля при температуре ( = +20 °С, Ом.
2.3.3. При расчете максимального значения тока КЗ падение напряжения на электрической дуге допустимо не учитывать, когда ток КЗ в установке не превышает 25 кА, а также в установках с большими токами КЗ, если не приняты меры, исключающие включение источника пита