Короткие замыкания в сетях напряжением выше 1 кВ

При расчете токов КЗ в электроустановках предприятий принимаются следующие допущения:

а) электродвижущие силы источников питания считают неизменными;

б) трехфазная система симметричная;

в) не учитывают насыщение магнитных систем, что позволяет считать все цепи линейными;

г) пренебрегают емкостными проводимостями всех элементов короткозамкнутой цепи;

д) не учитывают влияние недвигательной нагрузки на токи КЗ;

е) не учитывают подпитку места короткого замыкания со стороны электродвигателей напряжением до 1 кВ;

ж) если активное сопротивление цепи КЗ меньше одной трети индуктивного сопротивления ( ), то им можно пренебрегать.

Эти допущения приводят к некоторому завышению расчетных токов КЗ. Однако погрешность при практических расчетах не превышает 10 %, что считается допустимым.

Расчет токов при трехфазном КЗ выполняют в следующем порядке:

а) для рассматриваемой системы электроснабжения составляется расчетная схема;

б) по расчетной схеме составляется схема замещения;

в) схема замещения путем преобразования приводится к наиболее простому виду, так чтобы источник питания был связан с точкой КЗ одним результирующим сопротивлением;

г) по закону Ома определяют ток КЗ, начальное значение периодической и апериодической составляющих тока КЗ и значение ударного тока КЗ.

В расчетную схему вводятся генераторы и синхронные компенсаторы, синхронные и асинхронные электродвигатели напряжением выше 1 кВ, имеющие небольшую электрическую удаленность расчетной точки КЗ, а также трансформаторы, реакторы, токопроводы, воздушные и кабельные линии, связывающие место короткого замыкания с источниками питания. Исходным состоянием расчетной схемы является нормальный режим работы электроустановки. Возможные ремонтные режимы и режимы оперативных или аварийных переключений в расчетах токов КЗ не учитываются. На рисунке 6.5 приведена расчетная схема для электроснабжения цеховых ТП от ГПП. На расчетной схеме показывают мощности трансформаторов, марки проводов и кабелей, их длину, что необходимо для определения их сопротивлений.

На схеме замещения (рис. 6.6) указываются сопротивления всех элементов расчетной схемы. Намечаются точки расчета токов КЗ. Генераторы, трансформаторы мощностью больше 1600 кВ·А, реакторы на схемах замещения представляются индуктивными сопротивлениями. Воздушные и кабельные линии, трансформаторы мощностью до 1600 кВ·А представляются активными индуктивными сопротивлениями.

Рис. 6.5. Расчетная схема для определения токов короткого замыкания при электроснабжении цеховых подстанций:

ГПП – главная понизительная подстанция; РП, ТП1, ТП2 – шины на распределительном пункте и трансформаторных подстанциях; АСБ – марка проводов и кабелей; l – длина проводов и кабелей; K1-K5 – точки короткого замыкания.

Рис. 6.6. Схема замещения для расчета токов короткого замыкания:

1-9 – сопротивления элементов системы электроснабжения; К1-К4 – точки короткого замыкания.

Все сопротивления выражают в именованных или в относительных единицах. При расчете задаются базисными величинами: напряжением и мощностью . За базисное напряжение на любой ступени напряжения, где определяется ток КЗ, принимают среднее номинальное напряжение (230; 115; 37; 21; 10,5; 6,3 кВ). На схеме замещения (рис. 6.6) сопротивления элементов системы электроснабжения указаны в именованных единицах.

За базисную мощность принимают полную мощность одного из источников питания (системы, электростанции или питающего трансформатора) или величины 100 или 1000 MB·А.

При расчете токов КЗ принимают: сопротивление элементов цепи короткого замыкания в Ом, напряжение – в кВ, мощность – в MB·А. Значение тока получают в кА.

Базисный ток определяется по формуле

. (6.13)

При расчете тока КЗ определяется начальное действующее значение периодической составляющей

. (6.14)

Если в расчете учитываются активные сопротивления:

, (6.15)

где – полное результирующее сопротивление.

Если сопротивления употребляются в относительных единицах, то

, (6.16)

или

. (6.17)

Если напряжение на шинах источника при КЗ остается неизменным, что имеет место в системах электроснабжения промышленных предприятий, то ток КЗ считается равным начальному действующему значению периодической составляющей

. (6.18)

где – действующее значение периодической составляющей тока КЗ; – действующее значение тока трехфазного КЗ.

Ударный ток короткого замыкания

, (6.19)

где – ударный коэффициент.

Мощность короткого замыкания

. (6.20)

Ударный коэффициент зависит от постоянной времени контура короткого замыкания (рис. 6.4).

Для упрощенных расчетов можно принимать :

а) в сетях 110-220 кВ ;

б) за трансформатором ГПП ;

в) в сети 6-10 кВ при длине линии до 300 м .

При расчете токов КЗ важным является определение сопротивлений элементов системы электроснабжения. Для определения эквивалентного сопротивления до точки короткого замыкания приходится производить преобразование схемы с целью ее упрощения. Преобразование выполняется в направлении от источника к точке КЗ.

Сопротивления воздушных и кабельных линий в именованных единицах определяют по формулам

; , (6.21)

где и – удельные индуктивное и активное сопротивления проводников; – длина линии.

Сопротивления воздушных и кабельных линий в относительных единицах

; , (6.22)

где – базисное напряжение.

Сопротивления двухобмоточного трансформатора

; , (6.23)

где – номинальная мощность трансформатора.

Сопротивления трансформаторов с учетом активных сопротивлений (трансформаторы мощностью до 1600 кВ·А)

; ; (6.24)

; , (6.25)

где – мощность короткого замыкания трансформатора.

Расчет сопротивлений других элементов производится по справочникам.

По расчетным значениям тока трехфазного КЗ и ударного тока производится проверка коммутационных аппаратов в местах расчетных точек КЗ на коммутационную способность и на стойкость к токам КЗ.

Для проверки чувствительности релейной защиты определяется минимальное значение тока КЗ. Таким током является ток двухфазного КЗ. Его значение принимают равным или

. (6.26)