Расчёт токов короткого замыкания

Расчёт токов короткого замыкания необходим для выбора аппаратуры и проверки элементов электроустановок на электродинамическую и термическую устойчивость, проектирования и наладки релейной защиты.

Короткое замыкание - это аварийное состояние электроустановки, которую при возникновении короткого замыкания необходимо отключить. Основная причина возникновения коротких замыканий - нарушение изоляции между фазами или между фазами и землёй.

В месте короткого замыкания возникает электрическая дуга с очень высокой температурой ( свыше 10 000 градусов Цельсия ). Дуга оплавляет металлические части, повреждает изоляцию и может вызвать серьёзные разрушения, если её вовремя не отключить.

Для расчёта токов короткого замыкания составляем расчётную схему.

По расчётной схеме составляем эквивалентную схему замещения

Расчёт ведём методом относительных единиц.

Определяем сопротивление каждого элемента схемы в относительных единицах.

Определяем сопротивление энергосистемы:

Х _с = S _б / S _к.з.с. , (5.1)

Где S _б - базисная мощность. За базисную мощность принимаем удобное для вычислений число.

S _б = 100 МВА.

S _{к з с} - мощность короткого замыкания энергосистемы. По материалам исходных данных:

S _{к з с} = 350 МВА

Х _с = 100 / 350 = 0,28

Определяем базисный ток в точке короткого замыкания К ₁

I _б = S _б /√ 3 * U , А (5.2)

I _б = 100 000 / 1,73 * 37 = 1 562,25 А

U - среднее напряжение равное 37 кВ

Определяем ток трёхфазного короткого замыкания в точке К ₁

I _{к з} = I _б / Z . A (5.3)

Z = X . R = 0 . X = X _с .

I _{к з} = 1 562,25 / 0,28 = 5 579,48 А

Определяем ток двухфазного короткого замыкания в точке К ₁

I ² _{к з} = 0,87 * I ³_{к з} (5.4)

I ² _{к з} = 0,87 *5 579,48 = 4 854,1 А

Определяем ударный трёхфазного короткого замыкания в точке К ₁

I ³_у = К _у * √ 2 * I ³_{к з} , кА (5.5)

Где К _у - ударный коэффициент, в данном случае равный 1,8.

I ³_у = 1,8 * 1,41 * 4 854,1 = 12,3 кА

Определяем ток трёхфазного короткого замыкания в точке К _2.

Определяем индуктивное и активное сопротивление до точки К ₂

Х _л = Х ₀ * L * S _б /U ² _{с р} , (5.6)

Где Х ₀ - удельное индуктивное сопротивление провода АС – 70.

Х ₀ = 0,4 Ом / км.

L - длина ЛЭП – 35. L = 18,5 км

Х _л = 0,4 * 18,5 * 100 / 37 ² = 0,54

Определяем активное сопротивление ЛЭП – 35 кВ

R _л = R ₀ * L * S _б / U ²_{с р} , (5.7)

Где R ₀ - удельное активное сопротивление провода АС – 70

R ₀ = 0.42 Ом / км.

R _л = 0,42 * 18,5 * 100 / 37 ² = 0,56

Определяем полное сопротивление до точки короткого замыкания К ₂

Z = √ ∑ X ² + ∑ R ² (5.8)

∑ X = X _с + Х _л (5.9)

∑ Х = 0,28 + 0,54 = 0,82

∑ R = R _л = 0,49

Z = √ 0.96 ² + 0.49 ² = 0.98

I _б = 1 562,25 А

Определяем токи короткого замыкания в точке К ₂

I ³_{к з} = 1562,25 / 0,99 = 1578 А

I ²_{к з} = 0,87 * 1 578 = 1 372,88 А

I ¹_{к з} = U * L / 350. A (5.10)

I ¹ _{к з} = 35 * 18,5/350 = 1,85 А

I ³_у = 1,8 * 1,41* 1578 = 4 кА.

Определяем мощность короткого замыкания в точке К ₂

S ³_{к з} = √ 3 * I ³_{к з} * U , МВА (5.11)

S ³_{к з} = 1,73 * 1578 * 35 = 96, МВА.

6. ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ ЛЭП И ПРОВЕРКА ЕГО НА АВАРИЙНЫЙ РЕЖИМ

Надёжная и экономичная работа электрических аппаратов и токоведущих частей может быть обеспечена лишь при их правильном выборе по условиям работы как в длительном режиме ( нормальном ), так и в режиме короткого замыкания.

Для длительного режима аппараты выбирают по номинальному напряжению, допускаемому нагреву при длительном протекании тока, конструктивному исполнению, типу установки и условиям окружающей среды.

При выборе оборудования по номинальному напряжению должно быть соблюдено условие:

U _н.а. ≥ U _н.уст. , (6.1)

где U _н.а. - номинальное напряжение аппарата , кВ ;

U _{н. уст.} - номинальное напряжение установки , кВ.

Проверка электрических аппаратов на термическую устойчивость производится по условию:

В _н ≤ I ² т.н. * t _{т. н.} (6.2)

где В _к - тепловой импульс тока.

В _к = I _к.з.^{( 3 ) 2} * ( t _{о +} t _а ) , (6.3)

где I _к.з.^{( 3 ) 2} - максимальный ток трёхфазного короткого замыкания, кА;

t _{o +} t _a - длительность короткого замыкания , с

Для электродинамической устойчивости необходимо соблюдать условие:

I _у ^{( 3 )} ≤ i max , (6.4)

Где i _у^{( 3 )} - ударный ток трёхфазного короткого замыкания , кА.

i _max - амплитудное значение тока , гарантированное заводом.

I ² * t = 1,578 ² * 2 = 4,98 кА

I _у^{( 3)} = 4 кА

I _к.з.^{( 3 )} = 1,578 кА

I _р.max = 34,35 А

U _н = 35 кВ

Выбираем оборудование ОРУ - 35 кВ.

Для включения и отключения электрических цепей без тока или с незначительным током и для видимого разрыва электрических цепей выбираем разъединители типа РАНДА -10/630 и проверяем его на аварийный режим.

Выбор разъединителя сводим в таблицу 6.1

Таблица 6.1

Выбор разъединителя

Разъединитель проходит по всем параметрам.

Для отключения обесточенных цепей или тока намагничивания трансформаторов выбираем отделители типа ОД - 35 / 630

Выбор отделителя сводим в таблицу 6.2

Таблица 6.2

Выбор отделителя

Техническая характеристика ОД – 35 / 630	Ед. изм.	Расчётные параметры сети	Ед. изм.
Номинальное напряжение - 35	кВ	Напряжение сети - 35	кВ
Номинальный ток - 630	А	Расчётный ток - 26,42	А
Максимальный ток - 80	кА	Ударный ток к. з. - 4	кА
Ток термической устойчивости - 12,5	кА	Ток термической устойчивости расчётный - 5,08	кА

Отделитель проходит по всем параметрам

Для создания искусственного короткого замыкания в электрической сети выбираем короткозамыкатель типа КЗ – 35 У

Выбор короткозамыкателя сводим в таблицу 6.3

Таблица 6.3

Выбор короткозамыкателя

Техническая характеристика короткозамыкателя КЗ - 35	Ед. изм.	Расчётные параметры сети	Ед. изм.
Номинальное напряжение - 35	кВ	Напряжение сети - 35	кВ
Максимальный ток - 42	кА	Ударный ток к. з. - 4	кА
Ток термической устойчивости - 12,5	кА	Ток термической устойчивости расчётный - 5,08	КА

Короткозамыкатель проходит по всем параметрам.

Для включения и отключения тока выбираем выключатель

Таблица 6.4

Выбор выключателя

Техническая характеристика выключателя типа С – 35М	Ед. изм.	Расчётные параметры сети	Ед. изм.
Номинальное напряжение - 35	кВ	Напряжение сети - 35	кВ
Номинальный ток - 630	А	Расчётный ток сети - 26,42	А
Ток термической устойчивости - 10	кА	Ток термической устойчивости расчётный - 5,08	кА
Ток максимальный - 20	кА	Ударный ток к. з. - 4	кА
Ток отключения номинальный - 10	кА	Ток короткого замыкания - 1,5	кА

Параметры принятого выключателя соответствуют расчётным данным

Выбираем измерительные трансформаторы тока типа ТФЗМ - У1

Техническая характеристика

U _н = 35 кВ

I _{1 н} = 50 А

I _{2 н} = 5 А

К _т.т. = 50 / 5 = 6

Класс точности - 0,5

Выбираем измерительные трансформаторы напряжения типа 3 НОЛ - 35

Техническая характеристика

U _{1 н} = 35 кВ

U _{2 н} = 100 В

Класс точности = 0,5Всё оборудование соответствует условиям выбора и может быть принято к установке.