Розрахунок сили струмів короткого замикання

В електричних установках можуть виникати різні види коротких замикань, що супроводжуються різким збільшенням сили струму. Тому електроустаткування, встановлюване в системах електропостачання, повинне бути стійким до струмів короткого замикання.

Для обчислення сили струмів короткого замикання складають розрахункову схему (рисунок 6.1, а), що відповідає нормальному режиму роботи системи електропостачання, вважаючи (для підвищення надійності), що всі джерела живлення ввімкнені паралельно. У розрахунковій схемі враховують опір живильних генераторів, трансформаторів, високовольтних ліній (повітряних або кабельних), реакторів.

За розрахунковою схемою складають схему заміщення (рисунок 6.1, б), у якій вказують опір джерел і споживачів і намічають точки для розрахунку сили струмів короткого замикання.

(а) (б)

Рисунок 6.1 Разрахункова схема (а) і схема заміщення (б)

Для генераторів, трансформаторів, високовольтних ліній і коротких ділянок розподільчої мережі звичайно враховують тільки індуктивні опори. При значній довжині мережі (кабельної і повітряної) враховують також їхні активні опори, тому що у віддалених точках короткого замикання позначається зниження ударного коефіцієнта.

Визначення параметрів схеми заміщення проводять у відносних базисних одиницях. При цьому методі всі розрахункові дані приводять до базисної напруги і базисної потужності.

За базисну напругу приймають номінальні напруги 0,4; 0,69; 3,15; 6,3; 10,5; 21; 37; 115; 230 кВ. Як базисну потужність S_δ можна вибрати потужність, прийняту при розрахунках за одиницю, наприклад, потужність системи, сумарні номінальні потужності генераторів станції чи трансформаторів на підстанції, зручне для розрахунків число, кратне десяти (як правило, 100). Тоді базисна сила струму:

, кА (6.1.)

Відносний базисний опір визначають за формулами, що нижче наводяться.

Реактивний і активний опір лінії

(6.2)

(6.3)

де Х₀ - реактивний опір ділянки лінії довжиною І км, Приймається Хо = 0,4 для повітряних ліній і Хо = 0,08 для кабельних ліній;

І - довжина лінії, км;

г₀ - активний опір на І км довжини лінії, Значення r₀ знаходять з довідкових таблиць чи визначають за формулою

, (6.4)

g - питома провідність проводів,

s - площа перетину проводу однієї фази, мм².

Опір трансформаторів

(6.5)

де u_к - напруга короткого замикання трансформатора, % (за довідковими даними трансформаторів) [1], [3], [4], [6], [13];

S_ном.т - номінальна потужність трансформатора, мВА.

При потужності трансформаторів S_ном.т < 630 кВА для яких, звичайно, враховують відносний активний опір

(6.6)
де ΔР_м - втрати в металі (міді, короткого замикання) трансформатора (за довідковими даними), кВт, [1], [3], [4], [6], [13];

(6.7)

де - напруга короткого замикання трансформатора у відносних одиницях (0,01 U_к, %).

Опір генераторів

(6.8)

де - зверхперехідний реактивний опір генератора по подовжній осі полюсів у відносних одиницях. Для турбогенераторів = 0,125; для гідрогенераторів із заспокійливою обмоткою = 0,2; без заспокійливої обмотки = 0,27; для синхронних і асинхронних двигунів =0,2;

S_ном.г - номінальна потужність генератора, мВА.

Реактивний опір реактора

(6.9)

де Х_р - реактивний опір реактора, %;

I_ном.р - номінальна сила струму реактора, кА;

U_ном.р - номінальна напруга реактора, кВ;

значення Х_p, I_ном.р, U_ном.р беруть за довідковими даними.

У схемі заміщення всі зазначені опори виражають у відносних одиницях і записують на схемі заміщення. У курсовому і дипломному проектуванні варто користуватися методом розрахунку сили струмів короткого замикання від джерела необмеженої потужності. За цим методом, якщо потужність джерела живлення досить велика (система необмеженої потужності), ЕРС його незмінна і точка короткого замикання значно віддалена від джерела живлення, то періодична складова сили струму короткого замикання вважається незмінною:

,кА, (6.10)

де - базисна сила струму, зумовлена формулою (6.1), кА;

- повний опір, виражений у відносних величинах і приведений до базисної потужності:

(6.11)

При цьому опір системи до точки приєднання споживача приймають рівним нулю і значення періодичної складової визначають тільки опором окремих елементів кола короткого замикання.

Якщо значення приведеного активного опору , то його не враховують, а силу струму і потужність короткого замикання відповідно визначають:

, кА (6.12)

, кА (6.13)

, мВА (6.14)

де S_к - потужність короткого замикання. мВА;

і_у - ударне значення сили струму короткого замикання, кА;

к_у - ударний коефіцієнт, його значення визначають по [1] таблиця 7.1, рисунок 7.4, [2] таблиця 6.1, рисунок 6.2, [4] рисунок 6.2; [6] рисунок 2.22