3.7. Расчет токов трехфазного короткого замыкания в электроустановках до 1 кВ

Особенности расчета токов КЗ:

1. Электроустановки (ЭУ) до 1 кВ характеризуются большой электрической удаленностью относительно источников питания (которые, как правило, являются источниками большой мощности), поэтому можно считать I_пt = const при КЗ на стороне низкого напряжения трансформатора 10 кВ (цехового).

2. В качестве основной ступени при расчете обычно выбирается ступень низкого напряжения.

3. Расчет выполняется в именованных единицах.

4. Результирующее сопротивление состоит из сопротивлений всех силовых элементов сети: участки сборных шин, магистральных и распределительных шинопроводов, сопротивлений токовых катушек АВ и реле, обмоток трансформаторов тока, контактов коммутационных аппаратов, переходных контактов и дуги в месте КЗ.

5. Расчет проводят с учетом активных сопротивлений цепи КЗ.

Определение сопротивлений силовых элементов коротко­замкнутой цепи. Параметры определяются в мОм. Сопротивления трансформатора определяются по следующим формулам.

Полное

.

Активное

.

Реактивное

где , – полное напряжение и реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, %; – номинальное напряжение низкой стороны трансформатора, кВ; S_тр – полная номинальная мощность трансформатора, кВ∙А, – активная мощность короткого замыкания, кВт.

Для шин и шинопроводов значения активного сопротивления r и реактивного сопротивления x задаются на единицу длины и являются справочными данными.

Для воздушных (ВЛ) и кабельных линий (КЛ) значения r и х также задаются на единицу длины и являются справочными данными. Приближенно удельные сопротивления х₀ = 0,4 мОм/м – для ВЛ; х₀ = 0,08 мОм/м – для КЛ.

Для коммутационных аппаратов, реле и трансформаторов тока реактивное сопротивление , где – номинальный ток аппарата, находится по справочнику.

Активные сопротивления некоторых элементов входят в состав результирующего переходного сопротивления в месте короткого замыкания:

,

где r_к – сопротивление контактов токоведущих шин; r_а – активное сопротивление автоматических выключателей; r_{тр. т} – активное сопротивление трансформаторов тока; r_д – сопротивление дуги в месте КЗ.

Для сети, находящейся за комплектной трансформаторной подстанцией (КТП):

,

где S_тр – полная номинальная мощность трансформатора, кВ∙А; k_ст – коэффициент ступени короткого замыкания, определяют по табл. 11; а – расстояние между фазами проводов сети в месте КЗ (справочное значение).

Если необходимо учесть индуктивное сопротивление внешней системы до понижающего трансформатора, то его следует привести к ступени низкого напряжения:

^,

где – сопротивление внешней сети до шин высокого напряжения понижающего трансформатора, приведенной к ступени высшего напряжения трансформатора, выраженное в мОм; U_б – напряжение ступени, на которой находится точка КЗ, кВ; U_{ср. В} – среднее номинальное напряжение ступени обмоток высокого напряжения трансформатора.

В тех случаях, когда номинальное напряжение элемента отличается от базисного, сопротивления рассматриваемых элементов цепи КЗ приводятся к базисным условиям на основании следующих выражений:

– если сопротивление задано в именованных единицах:

;

Таблица 11

Значение коэффициента ступени КЗ

Расчетная схема сети	Ступень КЗ	kст
	РУ на станциях и подстанциях	Значение переходного сопротивления для точки К1 определяется по [2]
	Первичные цеховые распределительные пункты; зажимы аппаратов, питаемых радиальными линиями от щитов подстанций или главных магистралей	2
	Вторичные цеховые распределительные пункты; зажимы аппаратов, питаемых от первичных распределительных пунктов	3
	Аппаратура, установленная непосредственно у электроприемников, питающихся от вторичных распределительных пунктов	4

– если сопротивление задано в o. e.:

,

где U_б – напряжение ступени, на которой находится точка КЗ, кВ; U_ср – среднее номинальное напряжение ступени, где включен соответствующей элемент, кВ; S_ном – номинальная мощность элемента, кВ∙А; – сопротивление, выраженное в относительных единицах при номинальных условиях.

Результирующие сопротивления r_рез.б и X_рез.б цепи КЗ находят путем преобразования схемы замещения с учетом r_п после того, как все сопротивления привели к одной ступени напряжения.

Начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ:

Ударный ток трехфазного КЗ в электроустановках до 1кВ:

,

где ударный коэффициент:

;

постоянная времени:

где – угловая частота.

ПРИМЕР 6.

Рассчитать начальное сверхпереходное значение тока КЗ в сети до 0,4 кВ для схемы на рис. 35, в точке, указанной на схеме, с учетом и без учета сопротивления внешней сети , приведенного к номинальным условиям и напряжению высшей стороны 10 кВ. Сформулировать вывод. Определить ударный ток короткого замыкания.

Исходные данные:

_{Трансформ}атор T:

Выключатели: QF1 QF2

Трансформатор тока:

Магистральный шинопровод: ШМА: l = 30 м.

Радиальный шинопровод: ШРА: l = 20 м.

Кабельная линия W: l = 5 м; а = 2,4 мм.

Рис. 35. Расчетная схема задачи

Решение

1. Рассчитаем ток короткого замыкания без учета сопротивления внешней сети. Составим схему замещения (рис. 36).

Рис. 36. Схема замещения

Рассчитаем параметры трансформатора:

Рассчитаем параметры кабельных линий, магистральных и радиальных шинопроводов:

Рассчитаем переходное сопротивление:

Свернем схему (рис. 37) и определим результирующие сопротивления.

Рис. 37. Результирующая схема замещения

Рассчитаем ток КЗ:

2. Рассчитаем ток короткого замыкания с учетом сопротивления внешней сети. К итоговой схеме замещения добавится сопротивление внешней сети X_с, которое необходимо привести к напряжению точки КЗ, то есть 0,4 кВ:

Определим новое суммарное сопротивление:

Рассчитаем ток КЗ с учетом внешнего сопротивления:

незначительно отличается от из чего видно, что сеть низкого напряжения удалена от внешних источников и расчет без особой погрешности можно вести без учета внешнего сопротивления, так как для практических расчетов допустима погрешность 10–15 %.

3. Определим ударный ток КЗ. Для этого сначала определим постоянную времени:

и ударный коэффициент:

Ударный ток КЗ будет равен: