8.Проверка защитной аппаратуры и кабельных линий по токам коротких замыканий

Коротким замыканием (КЗ) называется аварийный режим, возникающий из-за нарушения электрической изоляции и сопровождающийся резким увеличением, в 5÷12 раз, токов в проводниках и других элементах сети. Правильно выбранная защитная аппаратура должна надежно отключать все токи КЗ. Контакты и дугогасящие устройства должны обладать достаточной коммутационной способностью к наибольшим токам КЗ, а встроенные или отдельно установленные реле защиты (РЗ) - обладать достаточной чувствительностью к наименьшим токам КЗ.

При расчете токов КЗ в сетях 6(10) кВ и выше, для выбора электрооборудования ВН следует руководствоваться рекомендациями [7], в сетях напряжением до 1000 В – [8, 13]. Примеры расчетов токов КЗ в сетях напряжением до 1000 В изложены в [9].

8.1.Наибольшие токи трехфазного кз

В сетях напряжением 380/220 В наибольший ток КЗ возникает на выводах защитной аппаратуры при трехфазном металлическом КЗ ( ).

Для расчета периодической составляющей наибольшего тока трехфазного КЗ от энергосистемы в сетях до 1000 В следует пользоваться формулой [8, 9]

, (39)

где – среднее значение линейного напряжения; , – активные и реактивные сопротивления прямой последовательности элементов сети до точки КЗ, начиная с трансформатора цеховой ТП.

Если непосредственно к месту КЗ примыкают электродвигатели, с суммарным номинальным током более 1,0 % начального значения периодической составляющей тока КЗ от энергосистемы, следует учесть их влияние на ток КЗ. Продолжая по инерции вращаться, эти двигатели по отношению к месту КЗ становятся генераторами и подпитывают точку КЗ до тех пор, пока не остановятся. При отсутствии подробных номинальных данных сопротивления асинхронных двигателей определяются по формулам

, (40)

где – номинальное напряжение асинхронного двигателя, В; – суммарная номинальная мощность асинхронных двигателей, примыкающих к месту КЗ; – их коэффициент мощности.

ЭДС асинхронных электродвигателей определяется по формуле

, (41)

где – фазное напряжение, ток и коэффициент мощности асинхронного электродвигателя в момент времени, непосредственно предшествующий короткому замыканию.

В практических расчетах в качестве параметров можно принимать соответствующие номинальные данные двигателя.

Начальное значение тока периодической составляющей от асинхронного двигателя определяют по формуле

, (42)

где , – активные и реактивные сопротивления прямой последовательности элементов сети до точки КЗ, начиная от зажимов АД.

Суммарное значение тока КЗ в радиальных сетях находят в виде простой алгебраической суммы

. (43)

В формулах (39), (42) следует учитывать сопротивления (активные и реактивные) всех элементов сети.

Сопротивление энергосистемы ( ) в миллиомах, приведенное к ступени низшего напряжения сети, рассчитывают по формуле

, (44)

где – среднее номинальное напряжение сети, подключенной к обмотке низшего напряжения трансформатора, В; – среднее номинальное напряжение сети, к которой подключена обмотка высшего напряжения трансформатора, В; – действующее значение периодической составляющей тока при трехфазном КЗ у выводов обмотки высшего напряжения трансформатора, кА; – условная мощность короткого замыкания у выводов обмотки высшего напряжения трансформатора, МВА.

При отсутствии указанных данных эквивалентное индуктивное сопротивление системы в миллиомах допускается рассчитывать по формуле

, (45)

где – номинальный ток отключения выключателя, установленного на стороне высшего напряжения понижающего трансформатора цепи.

Сопротивления силовых трансформаторов определяются по формулам

, , , (46)

где , – номинальное напряжение обмотки низшего напряжения и номинальная мощность трансформатора; , – его напряжение и мощность потерь короткого замыкания.

Сопротивления , для кабельных линий определяются так же, как и в формуле (35).

Сопротивления отключающих аппаратов следует принимать по табл.10.

Следует учитывать сопротивления первичных обмоток многовитковых, катушечных трансформаторов тока, с номинальным первичным током до 600 А. При больших номинальных токах, сопротивления трансформаторов тока можно не учитывать. Значения сопротивлений, для трансформаторов типа ТКФ, приведены в табл.11.

Ударный ток трехфазного КЗ ( ) от энергосистемы в электроустановках с одним источником энергии рассчитывают по формуле

, (47)

где – ударный коэффициент.

Средние значения сопротив­лений отключающих аппаратов

Номи­наль­ный ток, А	Сопротивления расцепителей автомати­ческих выключателей при 65 °С, мОм		Переходные сопротивления контактов, мОм
	r	x	автомати­ческих выключа­телей	рубильников	разъеди-нителей
50	5,5	2,7	1,3	–	–
70	2,35	1,3	1	–	–
100	1,3	0,85	0,75	0,5	–
140	0,74	0,55	0,65	–	–
200	0,36	0,28	0,6	0,4	–
400	0,15	0,11	0,4	0,4	0,2
600	0,12	0,084	0,25	0,15	0,15
1000	–	–	–	0,08	0,08
2000	–	–	–	–	0,03

Средние значения сопротив­лений первичных обмоток

многовитковых, катушечных трансформаторов тока типа ТКФ

Коэффициент трансфор­мации	Сопротивления, мОм, трансформаторов тока
	ТКФ-1		ТКФ-3
	r	x	r	x
50/5	7	11	3	2,8
75/5	3	4,8	1,3	1,2
100/5	1,7	2,7	0,75	0,7
150/5	0,75	1,2	0,33	0,3
200/5	0,42	0,67	0,19	0,17
300/5	0,2	0,3	0,08	0,08
400/5	0,11	0,17	0,05	0,04
600/5	0,05	0,07	0,02	0,02

В формуле [47] – постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ равна

, с

где и – результирующие индуктивное и активное сопротивления цепи КЗ, мОм; – синхронная угловая частота напряжения сети, рад/с;

Угол сдвига по фазе между напряжением, или ЭДС источника питания и периодической составляющей тока КЗ рассчитывают по формуле

, рад.

Время от начала КЗ до появления ударного тока равно

, с_.

Ударный ток от асинхронных двигателей определяется аналогично, с учетом сопротивлений элементов цепи от зажимов двигателей до точки КЗ.

Для проверяемого аппарата защиты должны выполняться соотношения

, , (48)

где , – ток отключения и предельный ударный ток проверяемого аппарата защиты.

В противном случае следует выбрать защитную аппаратуру с большей коммутационной способностью и .