10. Рекомендації щодо розрахунку струмів короткого замикання

Розрахунок струмів короткого замикання (КЗ) необхідно проводити для вибору та перевірки елекрообладнання за умовами КЗ; для вибору уставок і оцінки можливої дії релейного захисту і автоматики і т.і.

Для вибору і перевірки електрообладнання визначають початкове діюче значення періодичної складової струму КЗ (надперехідний струм) та ударний струм КЗ.

Для вибору параметрів настроювання релейного захисту та автоматики визначають максимальне і мінімальне розрахункові значення періодичної складової струму КЗ в початковий момент часу.

Для спрощення розрахунків струмів КЗ приймають низку припущень при цьому слід враховувати призначення розрахунків струмів КЗ необхідну точність розрахунків.

Початкова схема для розрахунку струмів КЗ, це схема електрична в однолінійному виконанні, в яку введені синхронні генератори, синхронні компенсатори, електродвигуни, які впливають на струм КЗ, а також елементи системи електропостачання: лінії, трансформатори, реактори, які зв’язують джерела електроенергії з місцем КЗ.

Вплив асинхронних та синхронних двигунів на струм КЗ не враховується при потужності двигунів до 100кВт в одиниці і коли вони віддалені від точки КЗ однією трансформацією, а також при будь-якій потужності, якщо вони відділені від точки КЗ двома і більше трансформаціями та коли відсоток їх струм в сумарному струмі КЗ складає менше 5%.

Після розрахункової схеми необхідно скласти схему заміщення. Вона складається із заступних схем всіх елементів, які з’єднані між собою відповідно розрахунковій схемі. Формули для визначення опорів елементів заступних в іменованих або відносних одиницях з використанням приблизного методу врахування коефіцієнтів трансформації силових трансформаторів, наведені в 37.

Синхронні та асинхронні машини в схему заміщення вводяться надперехідною ЕРС (Е^//) і надперехідним опором (Z^//). Для синхронних генераторів та двигунів, що працювали до КЗ з перезбудженням, значення ЕРС визначається за формулою:

(10.1)

Для асинхронних двигунів ЕРС визначається:

(10.2)

де - фазні номінальні значення напруги та струму синхронної машини та асинхронного двигуна відповідно, кВ, кА;

- над перехідні опори синхронної машини та асинхронного двигуна відповідно, Ом.

Дозволяється використовувати номінальні значення в формулах (1, 2), коли невідомі значення напруг, струмів та cos попереднього до КЗ режиму.

ЕРС системи необхідно приймати рівною середній номінальній напрузі того ступеня мережі, де підключена система:

(10.3)

Якщо ступінь напруги синхронної машини, асинхронного двигуна та системи не співпадає зі ступенем базисної напруги, де сталося КЗ, то необхідно ЕРС, які розраховані за формулами (1) – (3), привести до базисного ступеня напруги:

(10.4)

При приблизних розрахунках методом відносних одиниць дозволяється використовувати середні відносні значення ЕРС, які наведені в 37, або ЕРС системи прийняти рівною 1(ЕРС=1).

Розрахунок струмів КЗ в малоконтурних схемах рекомендується проводити з використанням відомих методів перетворення. Відповідно до цих методів заступну схему необхідно спростити та визначити еквівалентну ЕРС та еквівалентний опір відносно точки КЗ.

(10.5)

Ударний струм КЗ в кА визначається за формулою:

и (10.6)

де - ударний коефіцієнт, який визначається за стандартом 38,39.

Розрахунки струмів КЗ в електроустановках напругою до 1кВ принципово не відрізняються від розрахунків струмів КЗ в електроустановках понад 1кВ. Особливістю є необхідність більш точного врахування активного та індуктивного опорів елементів короткозамкненого кола: силових трансформаторів, реакторів, шинопроводів, кабелів, проводів, контактів та контактних зєднань, трансформаторів струму, котушок автоматів, а також активного опору дуги в місці КЗ. При розрахунках струмів КЗ в електроустановках, що мають живлення від енергосистеми, модна припустити, що знижувальні трансформатори підключені до джерела незмінної за амплітудою напруги через еквівалентний індуктивний опір системи.

Значення цього опору х_с в мОм:

, (10.7)

де - середня номінальна напруга з боку (НН)

трансформатора, кВ;

- середня номінальна напруга з боку (ВН)

трансформатора, кВ;

- надперехідний струм трифазного КЗ на шинах ВН трансформатора, кА.

Також х_с можна визначати за середнім значенням напруги та стумом вимикання вимикача:

, мОм (10.8)

де - номінальний струм відключення вимикача, встановленого на боці ВН знижувального трансформатора, кА.

В усьому короткозамкненому колі присутні контакти зі своїми перехідними контактними опорами, а також опором дуги в місці КЗ. Неврахування цих опорів може призвести до значного збільшення розрахункового струму КЗ та до невиправданого подорожчання електроустановки. Однак точно врахувати активний опір всіх контактних зєднань та активний опір дуги в міці КЗ на стадії проектування дуже важко. Тому рекомендується СН 35377 при розрахунках струмів КЗ в мережах, які живляться від трансформаторів потужністю до 1600кВА включно, враховувати їх сумарний опір шляхом введення в розрахунок активного опору:

• для розподільчих пристроїв (РП) підстанцій - 0,015 Ом;

• для первинних цехових розподільних пунктів, а також на затискачах апаратів, що живляться радіальними лініями від РП підстанцій - 0,02 Ом;

• для вторинних цехових РП, а також на затискачах апаратів, які живляться лініями від первинних РП - 0,025 Ом;

• для апаратів у приймачів, які живляться від вторинних цехових

РП - 0,03 Ом.

Методика визначення активних та індуктивних опорів всіх інших елементів короткозамкненого кола наведена в 17, 39.

Початкове діюче значення періодичної складової струму КЗ (I) від енергосистеми:

,кА (10.9)

де - сумарні активні та індуктивні опори короткозамкненого кола відповідно, мОм. До обов’язково вводять активні опори контактів та дуги в місці КЗ.

Вплив асинхронних двигунів враховують, коли їх сумарний номінальний струм більше за 1% від струму , який розраховано без впливу асинхронних двигунів. Початкове діюче значення струму підживлення точки КЗ від АД визначається так:

, (10.10)

де - фазне значення над перехідної ЕРС асинхронного двигуна, кВ;

- сумарні опори короткозамкненого кола, які включені між АД та точкою КЗ, мОм.

, (10.11)

Значення дозволяється приймати за номінальні значення в кВ, кА, в.о відповідно.

Ударний струм від системи визначається за формулою (10.12);

де удурний коефіцієнт дорівнює

, (10.12)

а постійна часу

, (10.13)

де  = 2f – кругова частота змінного струму.

Розрахунок струму однофазного КЗ в електроустановках напругою до 1кВ необхідно виконувати тільки в деяких випадках у відповідності з вимогами 1. Методика розрахунків струмів однофазного КЗ приведена в 17, 38, 39.