Исходные данные для составления схемы замещения

Расчетная схема
При расчетах токов к. з. в установках высокого напряжения в расчетную схему вводятся все участвующие в питании к. з. генераторы и все элементы (трансформаторы, автотрансформаторы, воздушные и кабельные линии, реакторы) с учетом их связей как с местом к. з., так и между собой. Для удаленных станций, схемы которых неизвестны, следует принимать схему блока генератор — трансформатор, считая мощность такого блока равной мощности всей станции. Очень крупные источники (например, системы, смежные с рассматриваемой) можно вводить в схему как источники неограниченной мощности, т. е. можно считать, что напряжения в точках их присоединения к схеме остаются неизменными в течение всего процесса к. з. Так же без заметной погрешности могут быть введены в схему и менее мощные источники, если точка к. з. достаточно удалена от них.
Мелкие заводские и коммунальные электростанции, работающие параллельно с другими станциями системы, синхронные компенсаторы и крупные синхронные двигатели (мощностью 1 000 кВА и более) следует учитывать в качестве дополнительных источников питания только в тех случаях, когда они мало электрически удалены от точки к. з. и, следовательно, их участие существенно.
Нагрузки можно объединять в достаточно крупные группы (нагрузка района сети, нагрузка всей подстанции, нагрузка секции шин станции и т. п.). Учет асинхронных двигателей как дополнительных источников питания к. з. (см. раздел) производится только в тех случаях, когда они присоединены в непосредственной близости от места трехфазного к. з.

Исходные данные для составления схемы замещения
При составлении схемы замещения для вычисления токов трехфазного к. з. для отдельных элементов расчетной схемы должны быть известны:

1. Для генераторов, синхронных компенсаторов и двигателей — номинальные мощности (MBА), э. д. с. и индуктивные сопротивления. При вычислении начального тока к. з. или использовании расчетных кривых в схему замещения вводят сверхпереходные сопротивления . Средние значения , отнесенные к
номинальной мощности машины Sн:
Турбогенераторы 2,5-6 МВт ………………………………………………….0,11
Турбогенераторы 12-60 МВт ………………………………………………….0,14
Турбогенераторы 100-300 МВт ……………………………………………….0,19
Турбогенераторы 500 МВт ……………………………………………………..0,24
Турбогенераторы 800 МВт ……………………………………………………..0,31
Гидрогенераторы до 100 МВт с успокоительными обмотками ……….0,2
Гидрогенераторы до 100 МВт без успокоительных обмоток …………..0,27
Гидрогенераторы 225 МВт ……………………………………………………. 0,24
Гидрогенераторы 300-500 МВт ………………………………………………..0,31
Синхронные компенсаторы, синхронные и асинхронные двигатели….0,2

2. Для трансформаторов — номинальные трехфазные мощности и напряжения к. з. Uк %.
Пренебрегая активной составляющей падения напряжения в трансформаторе, следует принимать

Для трехобмоточных трансформаторов схема замещения имеет вид трехлучевой звезды, в которой сопротивления отдельных лучей определяют по формулам:

где и т. д. взяты по каталожным данным.
Для автотрансформаторов обычно задаются напряжением к. з. между обмотками высшего и среднего напряжений , отнесенное к номинальной мощности автотрансформатора Sн и напряжения к. з. между обмотками высшего и низшего напряжений и среднего и низшего напряжений , отнесенные к типовой мощности автотрансформатора Sт.

где α — коэффициент типовой мощности автотрансформатора; — коэффициент трансформации автотрансформатора.
Заданные напряжения короткого замыкания необходимо привести к номинальной мощности:

Далее может быть составлена трехлучевая схема замещения, как для обычного трехобмоточного трансформатора.

3. Для воздушных линий и кабелей: n — число параллельных цепей; x — индуктивное сопротивление каждой цепи при длине 1 км; l — длина линии, км.
Средние значения x составляют:
Для одноцепной воздушной линии
6-220 кВ ………………………………………………………………… х = 0,40 Ом/км
Для одноцепной воздушной линии 220-500 кВ при расщеплении на два провода в фазе:
индуктивное сопротивление ………………………………………. х = 0,32 Ом/км
емкостная проводимость …………………………………………. См/км
Для одноцепной воздушной линии 220-500 кВ при расщеплении на три провода в фазе:
индуктивное сопротивление ………………………………………. х = 0,28 Ом/км
емкостная проводимость …………………………………………. См/км
Для трехжильного кабеля 6-10 кВ ……………………………….. х = 0,08 Ом/км
Для трехжильного кабеля 35 кВ ………………………………… х = 0,12 Ом/км
Для одножильного маслонаполненного кабеля 110 кВ:
индуктивное сопротивление ……………………………………… х = 0,18 Ом/км
емкостная проводимость …………………………………………. См/км
При определении токов короткого замыкания в точках, находящихся за достаточно протяженными участками сети, когда , помимо индуктивных сопротивлений, следует учитывать также активные сопротивления этих участков.

4. Для простых реакторов — номинальное напряжение, номинальный ток, индуктивное сопротивление %.
На рис. 38-2 показаны условное обозначение (а) и схема замещения (б) сдвоенного реактора. На схеме обозначены (или ) — индуктивное сопротивление рассеяния ветви; задано в каталоге в процентах при номинальном токе одной ветви; k — коэффициент связи, учитывающий взаимную индукцию между ветвями.
При k=0,5 и одинаковой загрузке ветвей сквозная реактивность сдвоенного реактора равна ; реактивность расщепления .

5. Для нагрузки — номинальная мощность (MBА), индуктивное сопротивление обобщенной нагрузки, которое составляет — для начального момента к. з. (t=0); — для любого t>0.

Рис. 38-2. Сдвоенный реактор.

Схемы замещения трансформаторов и автотрансформаторов с расщепленными обмотками
При расщеплении обмотки низшего напряжения трансформатора или автотрансформатора на n обмоток (цепей) мощность каждой из них составляет 1/n номинальной мощности трансформатора. В формулах подсчета параметров схемы замещения, приведенных ниже, все сопротивления отнесены к номинальной мощности трехфазного трансформатора или группы однофазных трансформаторов.

1. Двухобмоточный трансформатор

Однофазный или трехфазный двухобмоточный трансформатор, у которого обмотка низшего напряжения расщеплена на n цепей, показан на рис. 38-3, а.
При параллельной работе обмоток трансформатор характеризуют сквозным реактивным сопротивлением , равным (рис. 38-3,6), где — индуктивное сопротивление двухобмоточного трансформатора без расщепления обмотки.

Рис. 38-3. Двухобмоточный трансформатор с расщепленной обмоткой.

При раздельной работе обмоток схема замещения имеет вид, представленный на рис. 38-3, в, а параметры элементов схемы будут

Здесь — реактивное сопротивление расщепления, определяемое по напряжению к. з. между двумя цепями расщепленной обмотки, т. е.

Токоограничивающий эффект двухобмоточных трансформаторов с расщепленной обмоткой характеризуют коэффициентом расщепления

а) Однофазный двухобмоточный трансформатор
У этого трансформатора отдельные цепи расщепленной обмотки размещены на разных стержнях магнитопровода (рис. 38-4), поэтому они практически не имеют общих полей рассеяния.
Для однофазных трансформаторов союзного производства можно принимать

т. е. коэффициент расщепления равен

Рис. 38-4. Схема расположения обмоток однофазного трансформатора при расщеплении обмотки низшего напряжения на две цепи

Рис. 38-7. Схема замещения трехфазного трансформатора с расщепленной обмоткой низшего напряжения.

Тогда сопротивления элементов схемы замещения рис. 38-3, в будут

На рис. 38-5 представлены схемы замещения однофазного двухобмоточного трансформатора при расщеплении обмотки низшего напряжения на 2 и n цепей.

б) Трехфазный двухобмоточный трансформатор
В настоящее время изготовляют отечественные трехфазные трансформаторы классов напряжения 35, 110 и 220 кВ с расщеплением обмотки низшего напряжения на две цепи. Конструктивное расположение обмотки такого трансформатора показано на рис. 38-6. Цепи расщепленной обмотки низшего напряжения расположены на одном стержне магнитопровода и имеют общий магнитный поток рассеяния, не сцепленный с обмоткой высшего напряжения.
По данным испытаний трехфазные трансформаторы имеют коэффициент расщепления
Схема замещения трехфазного трансформатора при n=2 имеет вид трехлучевой звезды, как показано на рис. 38-7. Ее параметры можно получить из схемы рис. 38-3, в при и n = 2:

Рис. 38-5. Схемы замещения однофазного двухобмоточного трансформатора при расщеплении обмотки низшего напряжения на две (а) и n (б) цепей.

Рис. 38-6. Схема расположения обмоток трехфазного трансформатора при расщеплении обмотки низшего напряжения.

2. Трехобмоточный трансформатор и автотрансформатор

У трехобмоточных трансформаторов (рис. 38-8, а) обмотки высшего (В) и среднего (С) напряжений выполняют нерасщепленными, а обмотку низшего (Н) напряжения расщепляют на две цепи. Аналогично выполняют автотрансформаторы (рис. 38-8,б), у которых без расщепления выполнены последовательная и общая обмотки, а расщеплена третичная обмотка (обмотка низшего напряжения).
Схема замещения трехобмоточного трансформатора или автотрансформатора приведена на рис. 38-9. Сопротивления элементов схемы замещения определяют по выражениям:

В приведенных выражениях соответствуют напряжениям приводимым в каталоге для нерасщепленных трансформаторов. Обычно у автотрансформатора значения отнесены к типовой мощности; тогда следует привести их к номинальной мощности.