Исследование режимов коротких замыканий в электрической сети 0,4 кВ для трансформаторов с разными схемами и группами соединения обмоток
Автор: Лансберг А.А.
Журнал: Научный журнал молодых ученых @young-scientists-journal
Рубрика: Технические науки
Статья в выпуске: 3 (43), 2025 года.
Бесплатный доступ
В настоящее время множество работ направлено на исследование режимов коротких замыканий в электрических сетях 0,4 кВ. При этом в большинстве из них исследуется только значения токов аварийных режимов и не выявляются значения симметричных составляющих токов и напряжений. В данной работе реализовано исследование режимов симметричного и несимметричных коротких замыканий в электрической сети 0,4 кВ с использованием компьютерной модели «Проект РЗА». Достоверность модели по сравнению с методом расчётов токов коротких замыканий согласно ГОСТ 28249-93 составляет 2%. Прототипом компьютерной модели электрической сети 0,4 кВ являлась радиальная линия электропередачи протяжённостью 1000 метров, подключенная к трансформатору мощностью 250 кВА и выполненная с использованием неизолированного провода А-35. Были выявлены зависимости распределения токов и напряжений симметричных составляющих в режимах несимметричных коротких замыканий. Установлены зависимости распределения токов на сторонах высокого и низкого напряжения силового трансформатора при разных схемах и группах соединения обмоток. Отмечено, что наиболее достоверным электрическим параметром, по которому можно сделать вывод о возникновении аварийного режима является напряжение обратной последовательности. Уставку по данному параметру при установке средств автоматизации в электрической сети 0,4 кВ более, чем на 50% от общей протяжённости линии можно принять равной 9% от номинального фазного напряжения линии.
Электрическая сеть 0, 4 кВ, компьютерное моделирование, короткое замыкание, силовой трансформатор, симметричные составляющие
Короткий адрес: https://sciup.org/147251851
IDR: 147251851 | УДК: 621.316.1:621.3.064.1
Текст научной статьи Исследование режимов коротких замыканий в электрической сети 0,4 кВ для трансформаторов с разными схемами и группами соединения обмоток
Введение. В настоящее время множество работ направлено на исследование режимов коротких замыканий в электрических сетях 0,4 кВ. При этом наиболее распространёнными короткими замыканиями являются однофазные, доля которых от общих видов аварийных режимов достигает 65%-85%. Так, в работе [1] предложен способ повышения уровня электробезопасности путем контроля целостности нулевого проводника трехфазных электрических сетей напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью, который заключается в непрерывном контроле величины тока через повторный заземлитель на вводе линии электропередачи 0,4 кВ. Аналогичный способ повышения электробезопасности эксплуатации линий электропередачи 0,4 кВ за счёт контроля целостности изоляции предложен в работах [2, 3]. В работе [4] произведён анализ переходных процессов в электрических сетях 0,4 кВ при однофазном коротком замыкании с использованием метода фазных координат, который позволил выявить, что апериодическая составляющая тока затухает настолько быстро, что не отражается на величине амплитуды тока однофазного короткого замыкания. Моделирование режима однофазного короткого замыкания в программном комплексе Electronics Workbench позволило выявить, что в режиме замыкания фазы на нулевой проводник значение тока аварийного режима в 4-5 раз больше, чем при замыкании фазы на землю [5]. В работе [6] отмечено, что при коротких замыканиях в системе электроснабжения 0,4 кВ, питаемой от инвертора, существующие математические методы определения значения тока аварийного режима не позволяют получить достоверное значение тока замыкания, что обуславливает необходимость использования инструментального обследования для определения тока аварийного режима.
Для повышения защищённости воздушных линий электропередачи 0,4 кВ от однофазных коротких замыканий в работе [7] предложена концепция использования секционирующих предохранителей с таким расчётом, чтобы обеспечивалось срабатывание защитного коммутационного аппарата не более, чем за 5 секунд. Проблема низкой защищённости электрической сети 0,4 кВ от однофазных коротких замыканий связана с завышенной протяжённостью, низкими сечениями используемых проводов и устаревшими типами защитных коммутационных аппаратов, что приводит к несрабатыванию коммутационного аппарата за установленное ПУЭ время [8]. Предложенная концепция проиллюстрирована на примере защиты линии электропередачи 0,4 кВ [9] протяжённостью 500 метров, подключенной к трансформатору мощностью 160 кВА со схемой и группой соединения обмоток «Y/Yn-0». Для обоснования номинальных токов плавких предохранителей вдоль линии электропередачи 0,4 кВ было реализовано компьютерное [10] и физическое [11] моделирование режима устойчивого однофазного короткого замыкания, а также экспериментальное исследование данного режима в электрической сети 0,4 кВ на действующем полигоне ПАО «Россети Урал» [12]. Проведённые исследования позволили разработать методику выбора места установки секционирующих предохранителей в электрических сетях 0,4 кВ [13], что позволяет повысить электробезопасность эксплуатации воздушных линий электропередачи 0,4 кВ в десятки раз [14].
Режим однофазного короткого замыкания исследуется преимущественно в связи с тем, что значение тока данного аварийного режима в наиболее удалённой точке электрической сети 0,4 кВ используется в качестве уставки срабатывания защитного коммутационного аппарата, установленного на вводе линии электропередачи. При этом в большинстве работ не производится исследование других видов коротких замыканий, а также оценке распределения симметричных составляющих вдоль линии электропередачи 0,4 кВ в аварийных режимах, что является актуальной задачей. Это позволит повысить достоверность распознавания аварийных режимов работы электрических сетей 0,4 кВ.
Цель работы заключается в исследовании электрических параметров режимов коротких замыканий в электрической сети 0,4 кВ на компьютерной модели.
Материалы и методы исследования. Исследование режимов коротких замыканий было реализовано на компьютерной модели сельской электрической сети 10/0,4 кВ, разработанной коммерческой компанией «Проект РЗА», внешний вид которой представлен на рисунке 1.

Рисунок 1 – Компьютерная модель сельской электрической сети 10/0,4 кВ.
Компьютерная модель, представленная на рисунке 1, представляет собой двухтрансформаторную подстанцию 10/0,4 кВ, питаемую по двум линиям электропередачи 10 кВ. К каждому из трансформаторов подключено по отходящей линии электропередачи 0,4 кВ. Компьютерная модель содержит совокупность коммутационных аппаратов, позволяющих вводить и выводить элементы схемы из работы.
В настоящей работе была использована только часть схемы, включающая следующие элементы: энергосистему, силовой трансформатор и линию электропередачи 0,4 кВ. В качестве прототипа компьютерной модели была выбрана радиальная линий электропередачи 0,4 кВ протяжённостью 1000 метров, выполненная с использованием неизолированного провода А-35, подключенная к трансформатору ТМ-250/10/0,4 кВ, схемы и группы соединения которого изменялись в ходе исследования. Данные параметры были выбраны в связи с тем, что они наиболее часто используются при электроснабжении коммунально-бытовых сельскохозяйственных потребителей [15].
На представленной компьютерной модели были исследованы следующие режимы коротких замыканий в электрической сети 0,4 кВ: однофазное короткое замыкание, двухфазное короткое замыкание, двухфазное короткое замыкание на нулевой провод и трёхфазное короткое замыкание. В ходе компьютерного моделирования фиксировали фазные токи, фазные напряжения, ток в нейтрали силового трансформатора и токи напряжения симметричных составляющих. Точка возникновения аварии для всех видов коротких замыканий рассматривалась на удалении 1000 метров от ввода 0,4 кВ силового трансформатора. Это связано с тем, что независимо от удалённости точки короткого замыкания от ввода 0,4 кВ трансформатора, распределение напряжений соотносится одинаково, а токи изменяются в зависимости от сопротивления провода линии.
Достоверность модели была оценена путём сопоставления результатов компьютерного моделирования с расчётом токов короткого замыкания согласно ГОСТ 28249-93 «Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ» и результатами иммитационного моделирования в MATLAB Simulink для схожих изначальных условий. Результаты представлены в таблице 1.
Таблица 1 – Сравнение результатов компьютерного моделирования с результатами расчёта по ГОСТ и моделирования в MATLAB Simulink
Вид короткого замыкания |
Схемы и группы соединения обмоток силового трансформатора ТМ-250/10/0,4 кВ |
|||||
Y/Yн-0 |
D/Yн-11 |
Y/Zн-11 |
||||
о о _ 1-о £ о го CL |
_ 2 * ГО О I н т го го о. го го 1— Q. Е 2 s п -° ^ |
О о _ 1— о го го 5 Й 52 о го CL |
_ 2 * ГО О I Ь I ГО ГО О. ГО ГО 1— Q^ Е 2 s го с; го го ГО |
О О _ 1— ^ О ГО го 5 £ Й 52 о го CL |
_ 2 ^ ГО О I Ь I ГО ГО О. ГО ГО 1— Q^ с; го го ГО °- § § |
|
1-фазное КЗ |
121 |
119 |
123 |
121 |
125 |
123 |
2-фазное КЗ |
215 |
210 |
216 |
211 |
217 |
212 |
2-фазное КЗ на нулевой провод |
224 |
220 |
- |
- |
- |
- |
3-фазное КЗ |
246 |
241 |
245 |
240 |
245 |
240 |
Ввиду того, что в ГОСТ 28249-93 «Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ» не представлена методика расчёта тока двухфазного короткого замыкания на нулевой провод результаты компьютерного моделирования на представленной модели были сопоставлены с результатами моделирования на компьютерной модели в MATLAB Simulink [16]. Разница результатов для всех рассматриваемых режимов симметричных и несимметричных коротких замыканий не превышает 2%, что свидетельствует о достаточно высокой степени достоверности компьютерной модели.
В ходе компьютерного моделирования были выявлены электрические параметры, позволяющие идентифицировать аварийные режимы в электрической сети 0,4 кВ. Исследование аварийных режимов производилось без учёта влияния нагрузки, которая может привести к искажению минимальных значений электрических параметров
Результаты исследований и их обсуждение.
В ходе компьютерного моделирования были выявлены зависимости распределения фазных напряжений вдоль линии электропередачи 0,4 кВ, которые ранее были установлены в ходе исследований [17, 18], что подтверждает корректность полученных результатов. Распределение фазных токов в исследуемых режимах также не представляет научной новизны. Так, при однофазном коротком замыкании ток в повреждённой фазе равен току в нейтрали. При двухфазном коротком замыкании ток протекает только в двух повреждённых фазах, а в третьей фазе и нейтрали он отсутствует. При двухфазном коротком замыкании в двух повреждённых фазах протекают токи с разными значениями, а ток в нейтрали равен их алгебраической разности, при этом в третьей фазе ток отсутствует. В случае трёхфазного короткого замыкания токи протекают во всех фазах, а в нейтрали ток отсутствует.
Наибольшую научную значимость представляют распределение симметричных составляющих, что с высокой достоверностью позволит выявить аварийный режим. В ходе исследования было выявлено, что независимо от схемы и группы соединения обмоток силового трансформатора 10/0,4 кВ распределение токов и напряжений симметричных составляющих в аварийных режимах является одинаковым.
Рассмотрим симметричные составляющие токов. Следует отметить, что в нагрузочном режиме при симметричной нагрузке присутствует только составляющая тока прямой последовательности, которая равна току любой из фаз электрической сети 0,4 кВ. При этом в аварийных режимах возникают составляющие тока других последовательностей, которые приводят к уменьшению тока прямой последовательности. При однофазном коротком замыкании в электрической сети 0,4 кВ появляются составляющие токов обратной (I2) и нулевой последовательности (I0). Их соотношения по сравнению с током в фазе можно представить в виде (1):

,
где /ф – фазный ток в режиме однофазного короткого замыкания, А;
.п0(1) i о Л-
– ток нейтрали в режиме однофазного короткого замыкания, А;
– составляющая тока прямой последовательности в режиме однофазного короткого замыкания, А;
,пО(1) ^2
–
составляющая тока обратной последовательности в режиме однофазного короткого замыкания, А;
^0 – составляющая тока нулевой последовательности в режиме однофазного короткого замыкания, А.
В реализованном исследовании при использовании трансформатора со схемой и группой соединения обмоток «звезда-звезда с нулевым проводом и нулевой группой соединения» (Y/Yн-0) ток однофазного короткого замыкания составил 119 А, а симметричные составляющие – по 40 А. Для трансформатора со схемой и группой соединения обмоток «треугольник-звезда с нулевым проводом и одиннадцатой группой соединения» (D/Yн-11) ток однофазного короткого замыкания составил 121 А, а симметричные составляющие также по 40 А. При этом для трансформатора со схемой и группой соединения обмоток «звезда-зигзаг с нулевым проводом и одиннадцатой группой соединения» (Y/Zн-11) ток аварийного режима был равен 123 А, а симметричные составляющие тока прямой, обратной и нулевой последовательности по 41 А.
В режиме двухфазного короткого замыкания в электрической сети 0,4 кВ появляется составляющая тока обратной последовательности, при этом составляющая тока нулевой последовательности не возникает, что можно представить в виде соотношения (2):

,
где Аф – фазный ток в режиме двухфазного короткого замыкания, А;
– составляющая тока прямой последовательности в режиме двухфазного короткого замыкания, А;
,пО(1) ‘2
–
составляющая тока обратной последовательности в режиме двухфазного короткого замыкания, А.
В проведённом исследовании токи двухфазного короткого замыкания для заданного оборудования сети изменялись в пределах 210-212 А, а токи составляющих прямой и обратной последовательности – 121-123 А.
В режиме двухфазного короткого замыкания на нулевой провод распределение токов симметричных составляющих можно описать следующим образом. Ток прямой последовательности (I1) в 1,4-1,5 раза меньше, чем значение тока любой из повреждённых фаз. Ток обратной последовательности (I2) в 18-20 раз меньше, чем значение тока аварийного режима любой из повреждённых фаз, а ток нулевой последовательности (I0) 1,8-2 раза меньше, чем значения токов повреждённых фаз. Так, в исследуемых режимах при разных схемах и группах соединения обмоток силовых трансформаторов токи повреждённой фазы «В» составляли 220-223 А, токи повреждённой фазы «С» - 204-206 А, а токи в нейтрали – 16-19 А. При этом токи прямой последовательности (I1) составили 146-148 А при использовании трансформаторов с разными схемами и группами соединения обмоток. Токи обратной последовательности (I2) составили 11-13 А, а токи нулевой последовательности (I0) составили 108-110 А.
Рассмотрим распределение симметричных составляющих напряжения вдоль линии электропередачи 0,4 кВ. Симметричные составляющие напряжений для разных видов аварийных режимов работы электрической сети 0,4 кВ представлены в таблице 2.
Таблица 2 – Симметричные составляющие напряжений электрической сети 0,4 кВ в аварийных режимах работы, вызванных короткими замыканиями
Точка линии, м |
Однофазное короткое замыкание |
Двухфазное короткое замыкание |
Двухфазное короткое замыкание на нулевой провод |
||||||
U1, В |
U2, В |
U0, В |
U1, В |
U2, В |
U0, В |
U1, В |
U2, В |
U0, В |
|
0 |
225 |
0 |
0 |
225 |
0 |
0 |
226 |
0 |
0 |
100 |
217 |
0 |
0 |
215 |
0 |
0 |
207 |
0 |
0 |
200 |
206 |
18,7 |
0 |
203 |
21 |
0 |
192 |
0 |
0 |
300 |
198 |
29,4 |
0 |
192 |
31,5 |
0 |
173 |
0 |
0 |
400 |
187 |
39,3 |
15,1 |
179 |
47,3 |
0 |
153 |
18,9 |
19,7 |
500 |
178 |
48,8 |
18,4 |
170 |
56,5 |
0 |
136 |
23,8 |
24,5 |
600 |
168 |
58,7 |
21,8 |
157 |
69,7 |
0 |
119 |
28,5 |
29,1 |
700 |
158 |
68,6 |
25,2 |
146 |
80 |
0 |
102 |
33 |
33,4 |
800 |
147 |
78,9 |
28,8 |
134 |
92,2 |
0 |
81,4 |
38,3 |
38,6 |
900 |
140 |
86,4 |
31,4 |
125 |
101 |
0 |
66,7 |
42,2 |
42,3 |
1000 |
131 |
95,9 |
34,7 |
113 |
113 |
0 |
47,3 |
47,3 |
47,3 |
Исходя из данных, представленных в таблице 2 следует, что для всех видов несимметричных коротких замыканий характерно появление составляющей напряжения обратной последовательности (U2), которая отсутствует в нагрузочных симметричных и несимметричных режимах. Данный параметр может использоваться для идентификации аварийного режима работы электрической сети 0,4 кВ техническими средствами повышения их автоматизации. Следует отметить, что режим трёхфазного короткого замыкания характеризуется только наличием тока и напряжения прямой последовательности.
В таблице 3 представлены результаты распределения токов на сторонах высокого напряжения (10 кВ) и низкого напряжения (0,4 кВ) в режимах несимметричных коротких замыканий в электрической сети при разных схемах и группах соединения обмоток силовых трансформаторов.
По итогам исследования, представленным в таблице 3, было выявлено, что при однофазном коротком замыкании в электрической сети 0,4 кВ и использовании трансформатора со схемой и группой соединения обмоток «Y/Yn-0» на стороне 10 кВ больший ток протекает в фазе, сопоставимой с повреждённой на стороне 0,4 кВ. При этом в двух других фазах на стороне 10 кВ протекает значение тока в 2 раза меньшее, чем ток третьей фазы. Для трансформаторов со схемами и группами соединения «D/Yn-11», «Y/Zn-11» при однофазном коротком замыкании фазы «А» одинаковые по значению токи на стороне 10 кВ протекают в фазах «А» и «В». При однофазном коротком замыкании фазы «В» ток на стороне 10 кВ токи протекают в фазах «В» и «С». А при замыкании фазы «С» токи на стороне 10 кВ протекают в фазах «А» и «С».
При использовании трансформатора со схемой и группой соединения обмоток «Y/Yn-0» и возникновении двухфазного короткого замыкания на стороне 0,4 кВ на стороне 10 кВ в фазах, сопоставимых с повреждёнными на стороне низкого напряжения, протекают токи с одинаковым значением. При этом в третьей фазе на стороне высокого напряжения 10 кВ ток отсутствует.
Таблица 3 – Распределение токов при несимметричных коротких замыканиях
Однофазное короткое замыкание |
|||||||
Повреждённая фаза (фазы) на стороне 0,4 кВ и схема и группа соединения обмоток трансформатора |
Токи фаз в аварийном режиме, А |
||||||
Сторона 10 кВ |
Сторона 0,4 кВ |
||||||
Фаза «A» |
Фаза «B» |
Фаза «C» |
Фаза «a» |
Фаза «b» |
Фаза «c» |
Нейтраль «N» |
|
«А», Y/Yn-0 |
3,2 |
1,6 |
1,5 |
119 |
0 |
0 |
119 |
«B», Y/Yn-0 |
1,5 |
3,2 |
1,6 |
0 |
119 |
0 |
119 |
«C», Y/Yn-0 |
1,6 |
1,5 |
3,2 |
0 |
0 |
119 |
119 |
«А», D/Yn-11 |
2,7 |
2,8 |
0 |
121 |
0 |
0 |
121 |
«B», D/Yn-11 |
0 |
2,7 |
2,8 |
0 |
121 |
0 |
121 |
«C», D/Yn-11 |
2,8 |
0 |
2,7 |
0 |
0 |
121 |
121 |
«А», Y/Zn-11 |
2,7 |
2,8 |
0 |
123 |
0 |
0 |
123 |
«B», Y/Zn-11 |
0 |
2,7 |
2,8 |
0 |
123 |
0 |
123 |
«C», Y/Zn-11 |
2,8 |
0 |
2,7 |
0 |
0 |
123 |
123 |
Двухфазное короткое замыкание |
|||||||
«АB», Y/Yn-0 |
8 |
8 |
0 |
210 |
210 |
0 |
0 |
«BC», Y/Yn-0 |
0 |
8 |
8 |
0 |
210 |
210 |
0 |
«AC», Y/Yn-0 |
8 |
0 |
8 |
210 |
0 |
210 |
0 |
«АB», D/Yn-11 |
4 |
8 |
4 |
211 |
211 |
0 |
0 |
«BC», D/Yn-11 |
4 |
4 |
8 |
0 |
211 |
211 |
0 |
«AC», D/Yn-11 |
8 |
4 |
4 |
211 |
0 |
211 |
0 |
«АB», Y/Zn-11 |
4 |
8 |
4 |
212 |
212 |
0 |
0 |
«BC», Y/Zn-11 |
4 |
4 |
8 |
0 |
212 |
212 |
0 |
«AC», Y/Zn-11 |
8 |
4 |
4 |
212 |
0 |
212 |
0 |
Двухфазное короткое замыкание на нулевой провод |
|||||||
«АB-N», Y/Yn-0 |
3,3 |
1,29 |
3,8 |
220 |
204 |
0 |
16 |
«BC-N», Y/Yn-0 |
3,8 |
3,3 |
1,29 |
0 |
220 |
204 |
16 |
«AC-N», Y/Yn-0 |
1,29 |
3,8 |
3,3 |
204 |
0 |
220 |
16 |
«АB-N», D/Yn-11 |
2 |
0,9 |
1,3 |
222 |
205 |
0 |
17 |
«BC-N», D/Yn-11 |
1,3 |
2 |
0,9 |
0 |
222 |
205 |
17 |
«AC-N», D/Yn-11 |
0,9 |
1,3 |
2 |
205 |
0 |
222 |
17 |
«АB-N», Y/Zn-11 |
5,1 |
6,8 |
5,1 |
223 |
206 |
0 |
19 |
«BC-N», Y/Zn-11 |
5,1 |
5,1 |
6,8 |
0 |
223 |
206 |
19 |
«AC-N», Y/Zn-11 |
6,8 |
5,1 |
5,1 |
206 |
0 |
223 |
19 |
При использовании трансформаторов со схемами и группами соединения «D/Yn-11», «Y/Zn-11» и возникновении двухфазного короткого замыкания фаз «А» и «В» на стороне 0,4 кВ больший по значению ток протекает в фазе «В» на стороне 10 кВ. А в двух других фазах на стороне 10 кВ протекают токи по значению меньшие в 2 раза, чем ток в фазе «В». При замыкании фаз «В» и «С» на стороне 0,4 кВ на стороне 10 кВ больший по значению ток протекает в фазе «С». А в фазах «А» и «В» протекают в 2 раза меньшие токи, чем ток фазы «С». В свою очередь, при двухфазном коротком замыкании фаз «А» и «С» на стороне 0,4 кВ больший по значению ток на стороне 10 кВ протекает в фазе «А», а в фазах «В» и «С» протекают токи в 2 раза меньшие по значению, чем ток в фазе «А».
При двухфазном коротком замыкании на нулевой провод фаз «А» и «B» и использовании трансформатора со схемой и группой соединения обмоток «Y/Yn-0» наибольший по значению ток на стороне 10 кВ протекает в фазе «С». При этом в фазе «А» протекает ток в 1,2 раза меньший, чем в фазе «С», а в фазе «В» - в 2,9 раза меньший. При замыкании фаз «В» и «С» на нулевой провод наибольший по значению ток на стороне 10 кВ протекает в фазе «А». В фазе «В» протекает ток в 1,2 раза меньший по значению, чем в фазе «А», а в фазе «С» - в 2,9 раза меньший. При замыкании фаз «А» и «С» на нулевой провод на стороне 10 кВ наибольший по значению ток протекает в фазе «В». В фазе «С» протекает ток в 1,2 раза меньший, чем в фазе «В». При этом в фазе «А» на стороне 10 кВ протекает ток, значение которого в 2,9 раза меньше тока фазы «В».
В случае возникновения двухфазного короткого замыкания на нулевой провод фаз «А» и «B» и использовании трансформатора со схемой и группой соединения обмоток «D/Yn-11» наибольший по значению ток на стороне 10 кВ протекает в фазе «А». При этом в фазе «B» на стороне 10 кВ протекает ток в 1,5 раза меньший, чем в фазе «А», а в фазе «С» - в 2,2 раза меньший. При замыкании на нулевой провод фаз «B» и «C» наибольший по значению ток протекает в фазе «B». В фазе «А» на стороне 10 кВ протекает ток в 1,5 раза меньший, чем в фазе «B», а в фазе «С» - в 2,2 раза меньший. В свою очередь, при замыкании фаз «А» и «С» на нулевой провод наибольший по значению ток протекает в фазе «С». В фазе «B» протекает ток по значению в 1,5 раза меньший, чем в фазе «С», а в фазе «А» - в 2,2 раза меньший.
Рассмотрим особенности распределения токов при двухфазном замыкании на нулевой провод при использовании трансформатора со схемой и группой соединения обмоток «Y/Zn-11». В случае замыкания фаз «А» и «B» на нулевой провод наибольший по значению ток на стороне 10 кВ протекает в фазе «B». При этом в фазах «А» и «С» протекают токи с одинаковым значением в 1,3 раза меньшие, чем ток в фазе «B». При замыкании фаз «B» и «С» на нулевой провод наибольший по значению ток на стороне 10 кВ протекает в фазе «С». При этом в фазах «А» и «B» протекают одинаковые токи в 1,3 раза меньшие, чем ток фазы «C». А при замыкании фаз «A» и «С» на нулевой провод наибольший по значению ток на стороне 10 кВ протекает в фазе «A». При этом в фазах «B» и «С» на стороне 10 кВ протекают одинаковые токи в 1,3 раза меньшие, чем ток фазы «A».
Следует отметить, что при всех видах коротких замыканий на стороне низкого напряжения на стороне 10 кВ как и в нагрузочном режиме возникает напряжение прямой последовательности (U1). При этом в отличие от нагрузочных режимов кроме тока прямой последовательности (I1) на стороне 10 кВ при несимметричных коротких замыканиях появляется ток обратной последовательности (I2). Его значение в режиме однофазного и двухфазного короткого замыкания в сети 0,4 кВ сопоставимо с током прямой последовательности (I1). В режиме двухфазного короткого замыкания на нулевой провод ток обратной последовательности (I2) в 1,9 раза меньше тока прямой последовательности (I1) для трансформаторов со схемами и группами соединения обмоток «Y/Yn-0» и «D/Yn-11», а для трансформатора со схемой и группой соединения обмоток «Y/Zn-11» в 4 раза меньше.
Выводы. По итогам исследования режимов коротких замыканий в электрической сети 0,4 кВ для трансформаторов с разными схемами и группами соединения обмоток можно сделать следующие выводы:
-
1) была определена достоверность компьютерной модели сельской электрической сети 10/0,4 кВ «Проект РЗА» путём сопоставления результатов компьютерного моделирования токов симметричного и несимметричного короткого замыкания с расчётными результатами согласно ГОСТ 28249-93 «Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока
напряжением до 1 кВ». Разница результатов для всех видов коротких замыканий не превышает 2%;
-
2) были выявлены зависимости распределения токов симметричных составляющих в режимах симметричного и несимметричных коротких замыканий в электрической сети 0,4 кВ. Режим трёхфазного короткого замыкания характеризуется наличием только тока прямой последовательности (I1), как и нагрузочные режимы. В режиме однофазного короткого замыкания симметричные составляющие токов прямой (I1), обратной (I2) и нулевой (I0) последовательностей равны между собой и составляют треть тока аварийного режима, протекающего в повреждённой фазе. Режим двухфазного короткого замыкания характеризуется наличием составляющих токов прямой (I1) и обратной (I2) последовательностей, которые равны между собой и в √3 раз меньше тока любой из повреждённых фаз. При этом в режиме двухфазного короткого замыкания на нулевой провод составляющие токов прямой последовательности (I1), обратной последовательности (I2) и нулевой последовательности (I0) меньше, соответственно, в 1,4-1,5, 18-20 и 1,8-2 раз, чем значения токов повреждённых фаз;
-
3) были установлены зависимости распределения напряжений симметричных составляющих в режимах коротких замыканий в электрической сети 0,4 кВ. Режим трёхфазного короткого замыкания характеризуется только наличием напряжения прямой последовательности (U1). Режим двухфазного короткого замыкания на нулевой провод и однофазного короткого замыкания характеризуется кроме наличия напряжения прямой последовательности (U1) возникновением напряжений нулевой (U0) и обратной (U2) последовательностей. При этом режим двухфазного короткого замыкания характеризуется наличием напряжений прямой (U1) и обратной (U2) последовательностей. Таким образом, одним из наиболее достоверных параметров, по которому можно сделать вывод о возникновении аварийного режима, является напряжение обратной (U2) последовательности. Уставку по данному параметру при установке средств автоматизации в электрической сети 0,4 кВ более, чем на 50% от общей протяжённости линии можно принять равной 9% от номинального фазного напряжения линии;
-
4) были установлены зависимости распределения токов на сторонах высокого 10 кВ и низкого напряжения 0,4 кВ в режимах несимметричных коротких замыканий для силовых трансформаторов с разными схемами и группами соединения обмоток при повреждении разных фаз на стороне 0,4 кВ.