Апериодическая составляющая тока в момент короткого замыкания
Содержание
Апериодическая составляющая тока появляется в момент возникновения короткого замыкания. Она длится некоторое время, затем затухает и пропадает вовсе. На протяжении всего периода существования не меняет знак. Сопровождается резкими скачками, появлением сверхпереходного тока. Изучение апериодической составляющей является важным при разработке эффективных мер, предотвращающих порчу оборудования, а также при создании устройств, обеспечивающих необходимую скорость реагирования на короткое замыкание.
Факторы, влияющие на токовую составляющую
Короткое замыкание, как правило, сопровождается достаточно большим выделением тепловой энергии. В результате происходит нагревание проводников, элементов моторов, различного оборудования, даже несмотря на то, что явление имеет место достаточно малый временной промежуток.
Параметры и продолжительность КЗ зависят от многих факторов. Например, при отсутствии в электромоторе такого элемента, как демпферная обмотка, будет возникать апериодическая составляющая тока КЗ намного большей амплитуды, чем при наличии прокладки. На старте процесса обычно появляется сверхпереходный электроток, который впоследствии превращается в просто переходный, а затем его амплитуда уменьшается, и он затухает.
Если имеет место 2-х фазное замыкание, скачков тока не наблюдается. Апериодическая составляющая тока короткого замыкания (АСТКЗ) появляется на холостом ходу, а ее показатели равнозначны начальному значению переменной компоненты.
В асинхронных моторах подобные явления игнорируются, поскольку они быстро минимизируются. Поэтому их не учитывают, выполняя расчет ударных токов КЗ.
Физические свойства
Рассмотрение апериодической составляющей отдельно от других компонентов короткого замыкания невозможно по той причине, что она является неотъемлемой частью данного явления и возникает вместе с прочими его компонентами.
Если в электросети есть индуктивные сопротивления, они не позволяют возникать скачкам тока во время КЗ. Нарастание тока на нагрузке происходит по определенным законам, которые предусматривают период, необходимый для его перехода от допустимых значений до критических. Проведение расчетов существенно упрощается, если принимать во внимание, что ток на этапе переходной фазы состоит из двух компонент — апериодической и периодической.
Апериодическая составляющая возникает в момент короткого замыкания и практически мгновенно снижается до нуля. Показатели компоненты для той или иной фазы отличаются. Изначальные значения зависят от момента образования короткого замыкания. В графическом виде АСТКЗ — это непрерывная кривая линия, уровень которой снижается со временем.
Есть или нет апериодическая составляющая, можно определить при размыкании контактов. Ее оценивают с помощью особенного параметра, являющегося соотношением между АСТКЗ и периодической компонентой в момент разъединения контактов. Период затухания может составлять не более 0.1–0.2 секунды.
У периодической составляющей есть еще одно название — начальная. Так ее называют из-за того, что она образуется одновременно с КЗ, в самом его начале. Периодический электроток считают установившимся, если завершилась переходная фаза и произошло полное затухание апериодической части. Поэтому полный ток КЗ состоит из двух компонент — апериодической и периодической.
Расчет апериодической компоненты
В момент образования замыкания АСТКЗ будет иметь максимальное значение, идентичное амплитуде периодической компоненты. То есть, используется формула:
Она будет справедлива, если:
- Электросеть обладает высокой добротностью, благодаря чему активное сопротивление не включается в расчет.
- Ток до образования КЗ в цепи отсутствует.
- Во время КЗ под напряжением находится нулевой провод.
Значение апериодической компоненты в какой-либо момент времени можно вычислить с помощью формулы:
Та в этой формуле — это постоянная времени затухания АСТКЗ. Чтобы ее рассчитать, следует воспользоваться довольно простым выражением:
Формулами, представленными выше, пользуются, если надо определить апериодическую составляющую для схемы, состоящей из последовательно соединенных элементов. При необходимости учитывать в расчетах значение тока генератора, присутствующего непосредственно перед КЗ, используют формулу:
Апериодическая составляющая — важный параметр при расчете релейной защиты
Значение сверхпереходного тока указывает на скорость понижения параметров апериодической компоненты. Этот процесс завершается раньше, чем реагирует система защиты. Периодическая компонента не меняется при этом. Электросети с подключением к энергосистемам или генераторным установкам с установленным пределом по мощности отличаются тем, что напряжение сильно меняется при возникновении КЗ. По этой причине изначальный ток и окончательный не будут соответствовать друг другу.
Для проведения объективных расчетов необходимой релейной защиты нужно взять параметры изначального тока. Отклонение не будет существенным, если сравнивать с окончательным током после стабилизации апериодической составляющей. Также нужно учитывать факторы, которые воздействуют на апериодический ток — повышенное сопротивление в месте повреждения, величина нагрузки, которая поступает на оборудование.