Проверка электрической системы на действия токов коротких замыканий

Электрооборудование, шинные конструкции и проводни­ки, выбранные по условиям нормального режима, должны быть также устойчивыми при электродинамических и терми­ческих действиях токов короткого замыкания.

ПУЭ предписывают, какие виды электрического оборудо­вания должны выбираться с учетом электродинамической и термической устойчивости при коротких замыканиях. К ним в первую очередь относятся электрические аппараты высокого напряжения станций и подстанций, шины, кабели, изоля­торы. Провода воздушных линий, как правило, по условиям короткого замыкания не проверяются. В установках напряжением до 1 000 В требования устой­чивости при коротких замыканиях предъявляются только к главным и распределительным щитам, предохранителям и автоматическим выключателям. Для электрических аппаратов в качестве справочной инфор­мации приводятся значения предельного тока электродина­мической стойкости. Аппарат пригоден для установки в дан­ной цепи, если его амплитудное значение тока эллектродинамической стойкости I_ДИН равно или превышает ударный ток I_УД⁽³⁾ трехфазного короткого замыкания:

I_ДИН ³ I_УД⁽³⁾ . (10.22)

Шинннопровод будет обладать электродинамической стойкостью, если соблюдаются условия:

s_МАХ ³ [ s_Д ]; F_МАХ ³ [ F _Д ]; (10.23)

где s_МАХ и [ s_Д ], F_МАХ и [ F _Д ] - максимальные и допустимые значения напряжений [ МПа ] в шинах и усилий [ Н ] на изоляторы.

Максимальное напряжение s_МАХ в материале шины и нагрузка F_МАХ на изолятор высокожесткого шинопровода при трех­фазном коротком замыкании определяют по формулам:

; ; (10.24)

где - максимальное усилие [ Н ], возникающее при трехфазном коротком замыкании;

L - длина проводника [ м ] (между опорами),

W - момент сопротивления [ м³ ] поперечного сечения шины определяемые по таблице 10.2;

l и b - табличные коэффициенты, зависящие от условий опирания (закрепленея) шин;

а - расстояние [ м ] между осями проводников (шин);

К_ФиК_РАСП - коэффициенты формы и взаимного расположения проводников (шин) ;

I_УД⁽³⁾ - ударный ток [ кА ] трехфазного короткого замыкания.

Таблица 10.2 - Момент сопротивления W [ м³ ] поперечного сечения шины

Сечение шин	Рачяетные формулы
Y b h	W Y = b h2 / 6
b   Y   Х     h	W Y = h b 2 / 6
Y y Х     b h	WY = b h2 / 3
Y d   DX	WY = p( D 4 - d 4 ) / 32 D

Силовые кабели и также провода воздушных линий элек­тропередач достаточно устойчивые конструкции к возникающим механическим усилиям и на электродинами­ческую стойкость не проверяются.

Защитные аппараты дополнительно проверяются на отключающую способность - способность отключить ток короткого замыкания, которая характеризуется номинальным током от­ключения I_{НОМ ОТКЛ}, который должен быть больше или равен начального действующего значения периодической

составляющей тока трехфазного короткого замыкания I_П0⁽³⁾: I_{НОМ ОТКЛ} ³ I_П0⁽³⁾ . (10.25)

Термическое воздействие тока короткого замыкания I_КЗ в произвольный момент времени t на проводники и электрические аппараты в течении расчетного времени продолжительности короткого замыкания t_ОТКЛ определяется тепловым импульсом В_k(Джоулевым интегралом):

В_k = ^tОТКЛ ò₀ (I_КЗ)² dt ; (10.26)

Для определения теплового импульса В_k в элек­трических сетях систем электроснабжения можно воспользо­ваться выражением:

В_k = (I_П0⁽³⁾)²(t_КЗ + Т_А); (10.27)

где I_П0⁽³⁾ - действующего значения периодической составляющей тока трехфазного короткого замыкания [ кА ];
t_КЗ - время протекания тока короткого замыкания [ с ];

Т_А - постоянная времени затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания. [ с ].

В справочной литературе приводят ток I_ТС и время t_ТС термической стойкости аппаратов, которые термически стойки, если выполняется условие:

I_ТС²× t_ТС ³ В_k. (10.28)

Критерием термической стойкости проводников являются допустимые температуры нагрева их токами короткого замы­кания (таблица 10.3).

Таблица 10.3 - Предельно допустимые температуры t _ДОП нагрева проводников ° C при коротком замыкании

Виды проводников	t ДОП, ° С
Шины алюминиевые
Кабели с бумажной изоляцией на напряжение, кВ 6-10 110-220
Кабели и изолированные провода с изоляцией: из поливинилхлорида резины сшитого полиэтилена
Не изолированные провода	160...200

..

Условие термической стойкости определяет выражение:

q _К £ q _ДОП; (10.29)

где q _К и q _ДОП - конечная и допустимая температура ° С проводника в режиме короткого замыкания.

Для соблюдения условия термической стойкости провод­ников при коротком замыкании определяют минимальное сечение про­водника по условию термической стойкости (S _{ТЕР.МИН} [ мм² ] ). Тер­мическая стойкость проводника обеспечивается, если площадь его сечения ( S ) удовлетворяет неравенству: S ³ S _{ТЕР.МИН} . (10.30)

Если нагрузка проводника до короткого замыкания близка к продолжительно допустимой, то минимальное сечение проводника S_{ТЕР МИН} , термически стойкого при коротком замыкании, определяет выражение:

; (10.31)

где С_Т - параметр термической стойкости (таблицы 10.4-10.6).

Таблица 10.4 – Параметр термической стойкости С_Т кабелей

Характеристика кабеля	CТ, [ А × с1/2/мм2],
Кабель напряжением до 10 кВ с медными жилами с алюминиевыми жилами
Кабели и провода с резиновой и ПВХ изоляцией медный алюминиевый
Кабели и провода с полиэтиленовой изоляцией медный алюминиевый

Таблица 10.5 – Параметр термической стойкости С_Т жестких шин

Система легирования	Материал проводника или марка сплава	CТ, [ А × с1/2/мм2], при начальной температуре, °С
—	Медь		-	-
А1	АДО
АД1Н
АДОМ. АД 1М
Al-Mg-Si	АД31Т1
АД31Т
АДЗЗТ1
АДЗЗТ
АВТ1
АВТ
Al-Zn-Mg
1915, 1915Т
Al-Mg-Мn	АМг5

.

Местом короткого замыкания для расчетов токов короткого замыкания при проверке элементов системы электроснабжения на термическую и динамическую стойкость является: для электрических аппа­ратов — выходные клеммы сразу за аппаратом; для кабельных линий — клеммы в начале линии.

Таблица 10.6 – Параметр термической стойкости С_Т проводов

Материал провода	Марка провода	СТ, [ А × с1/2/мм2], при температуре, °С
Медь	М	-
Алюминий	А, АКП, Ал, АпКП			-
Алюминиевый сплав	АН, АНКП			-
АЖ, АЖКП			-
Алюминий – сталь	АСК, АпС, АСКС, АпСКС, АпСК, АС, АСКП			-

Пренебрегая переходным сопротивлением кон­тактов электрических аппаратов при проверке указанных эле­ментов на действие токов короткого замыкания, расчетной точкой короткого замыкания можно считать сборные шины распределительного устройства, к которым присоединены электрические аппара­ты, с которых уходят кабельные линии электропередачи.