21. Электродинамическое и термическое действие токов короткого замыкания. Выбор токоведущих частей и аппаратов.

Электродинамические действия токов короткого замыкания. При коротких замыканиях в результате возникновения наибольшего ударного тока короткого замыкания в шинах и других конструкциях распределительиых устройств возникают электродинамические усилия, которые в свою очередь создают изгибающий момент, а следовательно, механическое напряжение в металле. Последнее должно быть меньше максимально допустимого напряжения для данного металла.

Электродинамические действия ударного тока короткого замыкания при трехфазном коротком замыкании определяются силой взаимодействия между проводниками при протекании по ним ударного тока г_у. Наибольшая сила (Н), действующая на шину средней фазы при условии расположения проводников (шин) в одной плоскости:

Рассматривая шину как равномерно нагруженную многопролетную балку, изгибающий момент (Н м), создаваемый ударным током: М =F⁽⁸⁾l/10

Тогда наибольшее механическое напряжение в металле при изгибе (МПа) a^{^}M/W = 1,76-10 -³r_y/²/(aW),

где 1 — расстояние между опорными изоляторами, см; а —расстояние между осями шин смежных фаз, см; W — момент сопротивления.

Расчетные величины напряжений в шине должны быть меньше допустимых напряжений.

Термические действии токов короткого замыкания. Токоведущие части, в том числе и кабели, при коротких замыканиях могут нагреваться до температуры, значительно большей, чем при нормальном режиме. Чтобы токоведущие части были термически устойчивы к токам короткою замыкания, величина расчетной температуры т_р должна быть ниже допустимой температуры для данного материала.

За действительное время протекания тока короткого замыкания принимают суммарное время действия защиты /_ми i и выключающей аппаратуры |.

При проверке токоведущих частей на термическую устойчивость обычно пользуются понятием приведенного времени в течение которого установившийся ток короткого замыкания выделяет то же количество тепла, что н изменяющийся во времени ток короткого замыкания, за действительное время t.

Приведенное время определяется составляющими времени периодической и апериодической составляющих тока короткого замыкания.

Токоведущие части рассчитывают на термическую устойчивость по кривым нагрева различных металлов, представляющих зависимость. T=f(A)=f(j^A2tnp)

Ограничение токов короткого замыкания. При питании электроустановок промышленных предприятий от мощных энергосистем приходится значительно повышать сечение токоведущих частей н габариты аппаратов, выбирать их по условиям нормального режима, а также динамической и термической устойчивости. Это увеличивает капитальные затраты и расход цветного металла. Ограничение величины токов короткого замыкании является одним из способов уменьшения стоимости сооружения и эксплуатации электрических установок. Наиболее распространенными способами ограничения токов короткого замыкания являются: а) раздельная работа трансформаторов и питающих линий; б) включение в сеть дополнительных сопротивлений — реакторов; применение трансформаторов с расщепленными обмотками.

Наибольшее применение находит установка реакторов на линиях потребителей, подключаемых непосредственно на шины электрических станций, а также на районных подстанциях большой мощности,- питающих маломощные заводские подстанции.

Выбор токоведущих частей и аппаратуры. Токоведущие части (шины, кабели) и все виды аппаратов (выключатели, разъединители, предохранители, измерительные трансформаторы для электроустановок) должны выбираться в соответствии с вычислительными максимальными расчетными величинами (токами, напряжениями, мощностями отключения) для нормального режима и короткого замыкания. Для их выбора сравнивают указанные расчетные величины с допускаемыми значениями для токоведущих частей и высоковольтного оборудования. Составляют таблицу сравнения указанных расчетных и допустимых величин. При этом для обеспечения надежной безава­рийной работы расчетные величины должны быть меньше допустимых.

Выбор шин и изоляторов. Шины распределительных устройств выбирают по номинальным параметрам соответствующим нормальному режиму и условиям окружающей среды, и проверяют на режим короткого замыкания.

Выбор кабелей. Кабели, как и шины, выбирают по номинальным параметрам (току, напряжению) и проверяют на термическую устойчивоегь при коротких замыканиях. Максимально допустимыми кратковременными превышениями температуры т доп. при коротких замыканиях считаются: для силовых кабелей до 10 кВ с медными жилами и бумажной изоляцией —200°; то же, с алюминиевыми жилами —200^е; на 20—35 кВ с медными жилами — 220°.

Сечение кабеля на термическую устойчивость к токам короткого замыкания проверяют по (3.83). Пример 3.7. Кабель марки AAD на напряжение 10 кВ выбран по расчетному току 95 А сечением 35 мм² (табл. 5.8). Проверить кабель на термическую устойчивость к токам короткого замыкания при 1_К = 1со = 6500 А. Расчетное (приведенное) время действия тока короткого замыкания 1_пр = 1выкл +1 защ = 0,15 + 0,45 = 0,6 с; уточненное значение tuD находят по рис, 3.12.

Реакторы выбирают по расчетному току линии и заданной величине допустимого тока короткого замыкания для рассчитываемой точки схемы. Расчетное сопротивление реактора (%)

По расчетному значению х_раСч подбирают наиболее соо тветствующий ему тип реактора, который должен не только ограничивать ток короткого замыкания, но и поддерживать необходимое остаточное напряжение Uq_ci (%) на шинах станции или подстанции.

Выбор высоковольтных выключателей напряжением более 1000 В. Такие выключатели выбирают по номинальным напряжению и току, конструктивному выполнению и месту установки, отключаемым току и мощности.

Высоковольтные аппараты выбирают на основании сравнения каталожных данных с соответствующими расчетными данными, для чего составляют сравнительную таблицу (см. пример 3.8).

Условие устойчивости к токам короткого замыкания проверяют сравнением величины отключаемого выключателем тока /откл при данном напряжении с действующим током короткого замыкания It для времени t, равного сумме времени срабатывания релейной защиты 1з_ащ и собственного времени действия выключателя (выкл.

Практически принимается, что при времени отключения выключателей, равном 0,1 с, величина тока У, равна начальному значению периодической слагающей тока короткого замыкания /". Отключающая способность выключателя /откл или Зоткл будет достаточной, если 8откл> S"= Sk - или 3_Откл > /’’ - I*. Если S₀in3 < Sk, то следует точно проверить отключающую способность выключателя для дейст­вительного времени отключения.

Разъединители — аппараты, не предназначенные для отключения токов короткого замыкания, поэтому на отключающую способность они не проверяются.

На термическую устойчивость высоковольтные аппараты проверяются по условию

ItT>Ictnp (3.86)

где 11— ток термической устойчивости, допускаемый заводом-изготовителем, в течение t, с. Например, если для высоковольтного выключателя указано Ь = 19 кА, это значит, что данный выключатель выдерживает ток термической устойчивости величиной 19 кА в течение 5 с.

Динамическую устойчивость аппаратов проверяют сравнением imax (по каталогу) с L (по расчету), выключатели выбирают по ГОСТ G87-70 1161'.

Выбор трансформаторов напряжения.

Выбирают их по номинальным параметрам, классу точности и нагрузке, определяемой мощностью, которая потребляется катушками электроизмерительных приборов, подключённых к данному трансформатору.

Номинальная мощность трансформатора напряжения должна быть равна или больше суммарной активной и реактивной мощности, потребляемой параллельными катушками

приборов и реле. Shom>S2>Vp^£+(?²2