Расчет токов короткого замыкания
При эксплуатации электрических сетей, объектов электроснабжения и электроустановок в них часто возникают короткие замыкания, являющиеся одной из основных причин нарушения нормального режима работы электроустановок.
Коротким замыканием называют замыкание, при котором токи в ветвях электроустановки резко возрастают, превышая наибольший допустимый ток нормального режима. Замыкание - это всякое случайное или преднамеренное, не предусмотренное нормальными условиями работы, соединение двух точек электрической цепи (непосредственно (дуга) или через малое переходное сопротивление). Причинами короткого замыкания являются механические повреждения изоляции, ее пробой из-за перенапряжения и старения, обрывы, набросы, схлестывания проводов воздушных линий, ошибочные действия персонала и т.п. Вследствие короткого замыкания в цепях возникают опасные для элементов сети токи, ведущие к отказу электрооборудование или аварии, а также к сбоям работы энергосистем. Поэтому для обеспечения надежной работы электрической сети, электрооборудования, устройств релейной защиты необходимо производить расчет токов короткого замыкания.
Расчет токов к.з. производился в относительных единицах, как наиболее простой и точный, в котором за базисные величины принимаются базисная мощность и базисное напряжение.
После составления эквивалентной схемы замещения, последовательно от источника питания к потребителям, рассчитываем параметры схемы в относительных базисных величинах.
Исходя из начальных данных, базисная мощность 
равна 10 МВА напряжение 
Рассмотрим расчет тока короткого замыкания в наиболее удаленной точке.
Определяем базисный ток:
(5.1)
Определяются базисные активное и реактивное сопротивления по следующим формулам:
(5.2)
(5.3)
где 
, 
– удельные активное и соответственно реактивное сопротивление, которое определяется по справочным данным. Таблица 17
Таблица 17
Удельные активные и индуктивные сопротивления кабелей
| Номинальное сечение жилы, мм2 | Активное сопротивление жил при +20 °C, Ом/км | Индуктивное сопротивление при Uн до 1 кВ, Ом/км | |
| алюминиевых | медных | ||
| 1,5 2,5 | – 13,3 7,74 5,17 3,1 1,94 | 12,26 7,36 4,6 3,07 1,84 1,15 | 0,101 0,099 0,095 0,09 0,073 0,0675 |
| 1,24 0,89 0,62 0,443 0,326 0,258 0,206 0,167 0,013 | 0,74 0,52 0,37 0,26 0,194 0,153 0,122 0,099 0,077 | 0,0662 0,0637 0,0625 0,0612 0,0602 0,0602 0,0596 0,0596 0,0587 |
Затем определяются базисные сопротивления силовых трансформаторов:
(5.4)
(5.5)
где 
- номинальная мощность трансформатора, кВА (стр. 14);
, 
- потери короткого замыкания и напряжение короткого замыкания, выбранных трансформаторов таблица 7.
Определяются результирующие базисные активное и реактивное сопротивление с учетом сопротивлений электроприемников до точки короткого замыкания:
(5.6)
(5.7)
Результирующие базисные полные сопротивления:
(5.8)
В установках до 1000 В с глухозаземленной нейтралью корпусы электрооборудования согласно ПУЭ должны иметь металлическую связь с заземленной нулевой точкой трансформатора. При замыканиях токоведущих частей на корпус или нулевой провод возникающий ток однофазного К.З. должен вызвать быструю и четкую работу защиты отключающий поврежденный участок и тем самым обеспечивающий безопасную для персонала эксплуатацию электрооборудования.
Определение токов короткого замыкания.
Для определения тока однофазного короткого замыкания по табличным данным определяем полное сопротивление петли «Фаза-ноль»
Рассчитав результирующие сопротивления элементов сети, определяются установившееся значение трехфазного тока короткого замыкания по схеме замещения по формуле:
(5.11)
где 
- базисный ток
- полное сопротивление, таблица 18
Таблица 18
Полное удельное сопротивление петли фаза-нуль Zпт уд для кабеля или пучка проводов с алюминиевыми жилами при температуре жилы 65 °С мОм/м
| Сечение фазного провода, мм2 | Сечение нулевого провода, мм2 | ||||||||||
| 2,5 | |||||||||||
| 2,5 | 29,64 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
| 24,08 | 18,52 | ||||||||||
| - | 15,43 | 12,34 | 9.88 | ||||||||
| - | 9,88 | 7,41 | 5,92 | ||||||||
| - | 5,92 | 4,43 | 3,7 | 3,35 | |||||||
| 5,19 | 3,7 | 2,96 | 2,54 | 2,22 | |||||||
| 4,77 | 3,35 | 2,54 | 2,12 | 1,8 | 1,59 | ||||||
| - | 3,06 | 2.22 | 1,8 | 1,48 | 1,27 | 1,13 | |||||
| - | 2,01 | 1,59 | 1,27 | 1,06 | 0,92 | ||||||
| - | 1,45 | 1,13 | 0,92 | 0,78 | |||||||
| 1,37 | 1,05 | 0,84 | 0,7 | 0,62 | |||||||
| - | 0,99 | 0,82 | 0,67 | 0,52 | |||||||
| 0,95 | 0,73 | 0,59 | 0,51 |
Также определяем установившееся значение двухфазного тока короткого значения в расчетной схеме (т.н. металлическое замыкание):
(5.12)
Кроме того определяется мгновенное значение ударного тока в точке к.з для выбора и проверки электрооборудования.
Результаты расчетов для остальных точек короткого замыкания вносим в таблицу 19.
Таблица 19.
Результаты расчетов токов КЗ.
| № | Участок цепи | l, км | Iбаз, кА | S, мм2 | rуд, ом/км | rбаз, Ом | худ, Ом/км | Xбаз, ОМ | rбаз,рез, Ом | Хбаз,рез, Ом | Z рез.баз, Ом | zФ-0, Ом | I(K1), кА | I(K3), кА | I(K2), кА |