3.8 Расчет токов короткого замыкания для выбора и проверки аппаратуры и защитных аппаратов

По электрической сети и электрооборудованию в нормальном режиме работы протекают токи, допустимые для данной установки. При нарушении электрической плотности изоляции проводов или оборудования в электрической сети внезапно возникает аварийный режим короткого замыкания, вызывающий резкое увеличение токов, достигающих огромных значений, которые представляют большую опасность для элементов электрической сети и оборудования, так как они вызывают чрезмерный нагрев токоведущих частей и создают большие механические усилия.

Значения токов короткого замыкания (КЗ) необходимы для выбора оборудования, расчета и проверки релейной защиты, выбора устройств грозозащиты и заземления подстанции.

Расчет токов короткого замыкания начинается с составления схемы замещения (рис. 3.2, б), на которой указываются марки и сечения проводов, длины участков, мощности трансформаторов.

Принято, что в сетях 0,38 кВ, питаемых от системы электроснабжения, напряжение на высшей стороне понижающего трансформатора 10/0,4 кВ неизменно и равно номинальному значению. Таким образом, при определении результирующего сопротивления до точки КЗ учитывают активные и индуктивные сопротивления лишь трансформаторов и проводов линий 0,38 кВ.

Расчеты сводятся, как правило, к определению максимального тока трехфазного КЗ на шинах 10 и 0,4 кВ трансформатора и тока однофазного КЗ в наиболее удаленной точке линии. Значение тока трехфазного КЗ на шинах 10 кВ необходимо для проверки устойчивости аппаратуры, а также согласования действия защит трансформатора и линий 0,38 кВ; трехфазного тока КЗ на шинах 0,4 кВ - для выбора и проверки автоматических выключателей отходящих линий 0,38 кВ; а однофазного тока КЗ в конце линии для проверки эффективности системы зануления.

а)

б)

Рисунок 3.2 – Схемы однофазного короткого замыкания в сети напряжением 0,38 кВ: а) – принципиальная; б) – замещения.

Расчет токов КЗ в сетях 0,38 кВ, как правило, проводят в именованных единицах.

Ток трехфазного короткого замыкания на шинах 0,4 кВ равен (точка KЗ₁ на рис. 3.2, а, б):

, (22)

где U_К – напряжение короткого замыкания трансформатора 10/0,4 кВ, % [1, с.634, таблица 19.2].

Ток трехфазного КЗ (шин 0,4 кВ), приведенный к напряжению 10 кВ:

, (23)

Значение ударного тока КЗ используемое для проверки аппаратуры на динамическую стойкость:

, (24)

где k_y – ударный коэффициент, при КЗ в сети 10 кВ и 0,38 кВ k_y = 1.

Токи двухфазного и однофазного КЗ в сетях 0,38 кВ, необходимые для оценки чувствительности защиты, рассчитывают по формулам:

, , (25)

где U_ф – фазное напряжение сети, кВ; – полное сопротивление короткого замыкания трансформатора, Ом [1, с.167, таблица 4.13]; Z_п – полное сопротивление петли «фазный - нулевой провод линии», Ом.

Полное сопротивление петли «фазный - нулевой провод линии»:

, (26)

где l – длина линии 0,38 кВ от шин ТП до места однофазного КЗ, км; – удельные активные сопротивления токопроводящих и нулевой несущей жил, Ом/км, (таблица 3.5); – удельные внутренние индуктивные сопротивления токопроводящих и нулевой несущей жил, Ом/км, (таблицы 3.5 и 3.7); – удельное внешнее индуктивное сопротивление петли «фазный - нулевой провод линии», принимаемое для проводов из цветных материалов равным = 0,6 Ом/км [1].

Когда площади поперечного сечения проводов вдоль линии различны, нужно найти полное сопротивление каждого участка и результаты сложить.

Если ток КЗ недостаточен для срабатывания защиты, увеличивают площадь поперечного сечения проводов, либо берут трансформатор большей мощности.