1.7 Розрахунок струмів короткого замикання.

В електричних установках можуть виникати різні види коротких замикань, що супроводжуються різким підвищенням струму. Тому, електричне обладнання, що встановлюється в системах електропостачання, повинно бути стійким до дії струмів КЗ і вибиратись з урахуванням величини цих струмів.

Розрахунок струмів КЗ проводиться з метою забезпечення надійної роботи електричної мережі, електричного обладнання та пристроїв релейного захисту.

Даний розрахунок проводиться у відносних одиницях.

Складаємо розрахункову схему (рис. 1.7.1).

В неї входять всі джерела, що беруть участь в живленні місця КЗ і всі елементи системи електропостачання. На розрахунковій схемі вказуються основні параметри елементів і намічаються точки КЗ.

Рис. 1.7.1

Запишемо, по [8] таблиця 4,25, технічні дані трьохобмоточного трансформатора типу ТДТН – 40000/110 /35/10:

S_н = 40 МВА; U_кз – ВН – СН = 10,5 %

Р_х.х. = 63 кВт; – ВН – НН = 17 %

Р_кз = 230 кВт; – СН – НН = 6 %

І_х.х. = 0,9 %;

На основі розрахункової схеми складаємо схему заміщення (рис.1.7.2), замінивши всі елементи схеми на опори, що приводяться до базисних умов:

Рис. 1.7.2

Визначаємо базисний струм:

І_б = , де

S_б – базисна потужність, МВА; приймаємо S_б = 100 МВА

U_б – базисна напруга (середнє значення напруги в точці КЗ); приймаємо

U_б = 10,5 кВ, тоді:

І_б = = 5,5

Визначаємо відносний опір системи:

х_*бс = х_с = 0,1 = 0,025

Визначаємо відносний опір лінії 1:

х_*бл1 = х₀ l₁ , де

х₀ – реактивний опір 1 км лінії, для ПЛ х₀ = 0,4 Ом/км

l₁ – довжина лінії, км; l₁ = 25 км

U_ср – базисна міжфазна напруга, приймаємо 115 кВ, тоді:

х_*бл1 = 0,4 25 = 0,076

Визначаємо відносний опір кожної обмотки трьохобмоточного трансформато-ра:

U_{кз1 В} = = = 10,75 %

U_{кз2 Н} = = = 6,25 %

U_{кз3 С} = = = 0

тоді

х_*бтр1 = = = 0,269

х_*бтр2 = = = 0,156

х_*бтр3 = 0

Визначаємо відносний опір лінії 2:

х_*бл2 = х₀ l₂ , де

х₀ – реактивний опір 1 км лінії, для Кл х₀ = 0,08 Ом/км

l₂ – довжина лінії, км; l₂ = 0,6 км

х_*бл2 = 0,08 0,6 = 0,044

Визначаємо результуючий опір до точки КЗ К-1:

х_*брез1 = х_*бс + х_*бл1 + + х_*бл2 =

= 0,025 + 0,076 + + 0,044 = 0,36

Визначаємо розрахунковий опір КЗ для точки К-1:

х_роз1 = х_*брез1 = 0,36 = 1,44

Оскільки, х_роз1 3, то струм КЗ визначається по розрахунковим кривим з [6] ст.236, тоді:

І_к1 = І_н.с. k_t , де

І_н.с – номінальний струм системи:

І_н.с. = = = 23 кА

k_t – кратність струму КЗ; k_t = 0,78 при t = с і х_роз1 = 1,44, отже:

І_к1 = 23 0,78 = 18 кА

Визначаємо ударний струм:

і_уд1 = k_у І_к1, де

k_у – ударний коефіцієнт; по [8] таблиця 8,5 k_у = 1,8 тоді

і_уд1 = 1,8 18 = 45,8 кА

Визначаємо потужність КЗ:

S_кз1 = U_н І_к1 = 10 18 = 312 МВА

Визначаємо відносний опір лінії 3:

х_*бл3 = х₀ l₃ = 0,08 0,4 = 0,029

Визначаємо результуючий опір до точки КЗ К-2:

х_*брез2 = х_*брез1 + х_*бл3 = 0,36 + 0,029 = 0,389

Визначаємо розрахунковий опір КЗ для точки К-2:

х_роз2 = х_*брез2 = 0,389 = 1,6

Так як, х_роз2 3 , то струм КЗ визначається по розрахунковим кривим з [6] ст.236, тоді:

І_к2 = І_н.с. k_t

кратність струму КЗ, при t = 0 c і х_роз2 = 1,6, становить k_t = 0,6 тоді:

І_к2 = 23 0,6 = 14 кА

Визначаємо ударний струм:

і_уд2 = k_у І_к2 = 1,8 14 = 35,6 кА

Потужність КЗ:

S_кз2 = U_н І_к2 = 10 14 = 242,5 МВА

Визначаємо струм КЗ в точці К-3, попередньо визначивши опір системи:

х_с = , де

U_н.ном – номінальна напруга з низької сторони; U_н.ном = 0,4 кВ = 400 В

S_вдкл – номінальна потужність відключення масляного вимикача; S_відкл =

S_кз2 = 242,5 МВА = 242,5 10⁶ ВА

х_с = = 0,00066 Ом = 0,66 мОм

Визначаємо опір трансформатора у відносних одиницях:

активний: r_*т = , де

Р_кз – втрати КЗ в трансформаторі, кВт; Р_кз= 7,6 кВт (табл. 1.6.1)

S_н.тр – номінальна потужність силового трансформатора, кВА; S_н.тр = 630 кВА

r_*т = = 0,012

реактивний: х_*т = , де

U_кз – напруга КЗ трансформатора, U_кз = 5,5 % (таблиця 1.6.1)

х_*т = = 0,054

Визначаємо опори трансформатора приведені до напруги 0,4 кВ:

r_т = r_*т = 0,012 = 0,003 Ом = 3 мОм

х_т = х_*т = 0,054 = 0,0137 Ом = 13,7 мОм

Визначаємо опори шин при відстані між фазами l = 250 мм та питомих опорах х₀ = 0,179 мОм/м ; r₀ = 0,06 мОм/м, якщо довжина шин 5 м

r_ш = r₀ l_ш = 0,06 5 = 0,3 мОм = 0,0003 Ом

х_ш = х₀ l_ш = 0,179 5 = 0,895 мОм = 0,000895 Ом

Перехідний опір контактів автомата приймаємо рівним 0,8 мОм; опір самого ав-томата 0,3 мОм; перехідний опір в місцях приєднання шин та в місці КЗ – 15 мОм.

Визначаємо результуючий опір кола КЗ в точці К-3:

r = r_т + r_ш + r' = 0,003 + 0,0003 + 0,015 = 0,0183 Ом

х = х_т + х_ш + х' = 0,0137 + 0,000895 + 0,0008 = 0,0154 Ом

Z = = = 0,024 Ом

Визначаємо струм КЗ в точці К-3:

І_кз3 = = = 9623 А

Визначаємо ударний струм:

і_уд3 = k_у І_к3, де

k_у – ударний коефіцієнт, по таблиці 6.1 [6], становить k_у = 1,3, тоді

і_уд3 = 1,3 9623 = 17692 А

Потужність КЗ:

S_кз3 = U_н І_к3 = 400 9623 = 6,7 МВА

Дані розрахунків СКЗ заносимо в таблицю 1.7.1.

Таблиця 1.7.1

Точка КЗ	Uн , кВ	Ікз , кА	іуд , кА	Sкз , МВА	Примітка
К-1 К-2 К-3	10 10 0,4	18 14 9,623	45,8 35,6 17,692	312 242,5 6,7