6. Расчет токов короткого замыкания

6.1. Общие положения

Электрооборудование, устанавливаемое в системах электроснаб­жения, должно быть устойчивым к токам короткого замыкания и вы­бираться с учетом этих токов. При проектировании систем электрос­набжения определяют максимально возможные и минимальные токи КЗ. Максимальные токи КЗ рассчитывают для проверки токоведущих частей и аппаратов на термическую и динамическую стойкость, для выбора устройств по ограничению токов КЗ или времени их действия. Мини­мальные значения токов КЗ необходимы для оценки чувствительности релейных защит. Для получения максимального значения тока КЗ расчетным явля­ется трехфазное короткое замыкание. Расчетное место КЗ выбирают так, чтобы ток, проходящий через проверяемый аппарат, оказался максимально возможным, то есть точка короткого замыкания прини­мается непосредственно за проверяемым аппаратом. Все нормально работающие источники питания в том числе и двигатели, которые в момент короткого замыкания переходят в режим работы генератора, считаются включенными.

Расчетным для минимально, возможного тока КЗ является одно или двухфазное короткое замыкание в конце рассматриваемого участ­ка при минимально возможном числе источников питания.

При расчетах максимальных и минимальных значений токов КЗ принимаются допущения:

- все источники схемы электроснабжения, участвующие в пита­нии рассматриваемой точки КЗ, работают одновременно и с номиналь­ной нагрузкой;

- расчетное напряжение каждой ступени при расчете максималь­ного тока КЗ принимается на 5% выше номинального значения, а при расчете минимального тока КЗ - равным номинальному напряжению се­ти:

- короткое замыкание наступает в момент времени, при котором ударный ток КЗ будет иметь наибольшее значение;

- сопротивление места короткого замыкания считается равным нулю;

- не учитывается сдвиг по фазе ЭДС различных источников пита­ния, входящих в расчетную схему;

- не учитываются емкости, а следовательно, и емкостные токи в воздушной и кабельной сетях;

- не учитываются токи намагничивания трансформаторов;

- не учитываются активные сопротивления элементов цепи,

если их суммарной сопротивление относительно точки короткого за­мыкания не превышает 1/3 суммарного индуктивного сопротивления;

- все синхронные генераторы имеют АРВ и форсировку возбужде­ния.

6.2. Расчет токов короткого замыкания в именованных единицах

Для расчета токов КЗ составляют расчетную схему электрос­набжения и на ее основе - схему замещения сети. Расчетная схема представляет собой упрощенную однолинейную схему, на которой ука­зывают все элементы и их параметры, влияющие на ток короткого замыкания. Здесь же указывают точки, в которых необходимо опреде­лить ток КЗ. В схеме замещения магнитные связи всех элементов за­менены электрическими, а все элементы сети представлены сопротив­лениями [23

Для расчета тока КЗ любую схему электрической сети необходимо путем последовательных преобразований привести к ее простейшему виду, изображенному на рис.6.1.

Рис.6.1. Эквивалентная схема замещения сети для определения тока короткого замыкания в точке К

Тогда ток короткого замыкания

где Еэ , Z_э - эквивалентные значения ЭДС и сопротивлений.

Для несложных схем, входящие в них величины могут выражаться в именованных единицах. На рис. 6.2. изображена схема цепи корот­кого замыкания, состоящая из генератора, двух трансформаторов и двух участков линий. Каждый из входящих в цепь элементов может быть выражен своим сопротивлением Z.

Рис.6.2. Расчетная схема цепи КЗ (а) и ее схема замещения (б)

При расчете в именованных единицах сопротивления выражаются в Омах. Для того, чтобы найти эквивалентное сопротивление всей цепи, надо сопротивления отдельных участков цепи привести к одно­му напряжению, которое называют базисным. За базисное принимают чаще всего номинальное напряжение той ступени, где расположена точка КЗ. Применяемые в расчетах средние номинальные напряжения ступеней умножают на 1.05 (6,3; 10.5; 37; 115; 230 кВ и т.д.).

Приведенные величины отмечены знаком "о " над буквой, они мо­гут быть определены по следующим формулам:

В этих формулах Uном.ср. - номинальное напряжение данной сту­пени, умноженное на 1,05.

Эквивалентное приведенное сопротивление всей цепи (рис.6.2)

При наличии в схеме электроснабжения двух или нескольких источников питания их можно заменить одним эквивалентным.

Для двух источников ЭДС:

;

Если ЭДС источников равны, то Мощность короткого замыкания

Ток КЗ в системе электроснабжения может быть определен также методом наложения. По этому методу рассчитывается ток КЗ от каждо­го источника в отдельности. Результирующий ток КЗ определяют пу­тем арифметического сложения полученных токов КЗ в рассчитываемой точке. Этим методом часто пользуются при определении токов под­питки в точке КЗ от синхронных и асинхронных двигателей.

6.3, Сопротивления отдельных элементов схемы электроснабжения

При расчете токов КЗ все элементы, входящие в схему сети, за­меняют эквивалентными сопротивлениями.

Для воздушных и кабельных линий электропередачи задаются дли­на l и удельное сопротивление (Ом/км). Тогда сопротивление линии в именованных единицах определится:

Для генераторов, трансформаторов, реакторов, двигателей и для обобщенной нагрузки сопротивления задаются в относительных едини­цах. Реактивное и активное сопротивления в относительных единицах представляют собой отношение падения напряжения на данном сопро­тивлении при номинальном токе к номинальному напряжению.

Сопротивления всех элементов в именованных единицах выража­ются в омах и определяются по формулам:

Для генератора

Для трансформатора

Для реактора

Для асинхронного двигателя

где Кi-кратность пускового тока.

Для асинхронных двигателей сверхпереходное сопротивление мож­но определить также по данным табл.6.1. Для синхронных двигате­лей, синхронных компенсаторов сопротивление -определяется как и для генераторов.

Параметры системы электроснабжения могут быть заданы мощ­ностью КЗ либо током КЗ системы. Тогда сопротивление системы можно определить из выражений:

при известной мощности КЗ

при известном токе КЗ

Если данные о сопротивлениях отдельных элементов схемы от­сутствуют, то при расчете токов КЗ можно руководствоваться сле­дующим [6,10):

для турбогенераторов мощностью 2,5 - 6 МВт сверхпереходное сопротивление можно принять равным 0,11;

для гидрогенераторов с успокоительной обмоткой =0.2 без успокоительной обмотки - 0,27

для синхронных и асинхронных двигателей =0,2;

для трансформаторов, если пренебречь их активным сопротивле­нием, напряжение КЗ %- которое 'приводится в каталогах, числен­но равно их индуктивному сопротивлению Х%;

для воздушных линий напряжением выше 1 кВ значение =0.4 Ом/км, для ВЛ 0.4 кВ - 0.35 Ом/км;

для кабельных линий напряжением 6 - 20 кВ =0.08 Ом/км, для КЛ 35 кВ Х.₀ =0,12 Ом/км.