Глава 9

9.3. Короткие замыкания в сетях повышенной частоты

Электромагнитные процессы в сетях повышенной частоты (до 10000 Гц) при аварийных режимах рассчитывают по тем же условиям и формулам, что и в сетях промышленной частоты (50 Гц). При работе на повышенных частотах проявляются поверхностный эффект и эффект близости. Поэтому ток по сечению провода распределяется неравномерно. Глубина проникновения тока в проводник из немагнитного материала определяется выражением

где - удельное сопротивление проводника, Ом·см;- частота тока, Гц.

Величина уменьшается с увеличением частоты и поперечного сечения проводника. Активное и индуктивное сопротивления проводника при этом возрастают, что вызывает уменьшение допустимого длительного тока нагрузки и увеличение потери напряжения. В проводниках сечением 10 мм2 и менее коэффициент поверхностного эффекта незначителен и при расчетах сетей повышенной частоты его не учитывают.

Эффект близости определяет перераспределение переменного тока в проводнике в случае приближения к нему другого проводника с током или проводника с наведенным током. Он существует при любой конфигурации сечения проводников.

С повышением частоты уменьшаются размеры и масса магнитопровода электрических машин и трансформаторов. Электрические сети повышенной частоты более металлоемкие, чем сети промышленной частоты, ввиду больших сечений проводников. В целом электроустановки повышенной частоты легче и меньше по размерам аналогичных установок промышленной частоты. Для питания сетей и установок повышенной частоты применяются тиристорные преобразователи частоты.

Основной задачей расчета и анализа аварийных режимов в сетях повышенной частоты является определение их параметров при междуфазных и однофазных КЗ на корпус (землю), перегрузках, снижениях напряжения или при его кратковременном отключении. Электрические сети повышенной частоты выполняются в виде шинопроводов и кабелей, а также изолированных проводов, проложенных открыто или в стальных трубах. Проводники для них обычно выбираются по допустимым нагреву и потере напряжения, затем проверяются по токам КЗ.

В [12] помещены данные о допустимых длительных токовых нагрузках на кабели и провода с медными и алюминиевыми жилами сечением 16 мм2 и более, а также при кратковременных нагрузках, обусловленных КЗ, в случае протекания по ним трех либо однофазного тока частотой от 200 до 8000 Гц.

Аварийные режимы в сетях повышенной частоты рассчитываются с учетом соответствующей схемы распределения электрической энергии: радиальной, магистральной или магистрально-радиальной. Радиальная схема применяется для отдельных потребителей достаточно большой мощности (более 20 кВт), если питающий пункт находится приблизительно в центре этих нагрузок. При магистральной схеме одна линия - магистраль питает электрической энергией повышенной частоты несколько приемников сравнительно небольшой мощности (менее 20 кВт), присоединенных к ней в различных точках. При радиальной схеме применяются кабели или провода в трубах, при магистральной - токопроводы.