5.2 Порядок расчета токов короткого замыкания

Расчет токов короткого замыкания ведется в следующей последовательности:

1. Выбирают расчетную схему. Для расчета используют принципиальную электрическую схему первичной коммутации. Принимается та часть системы, где необходимо определить ток короткого замыкания. Схему составляют в однолинейном исполнении. В нее включают генераторы, трансформаторы, линии электропередачи и другие элементы, соединяющие источники питания с точкой короткого замыкания. Каждому элементу схемы присваивается свой порядковый номер, и указываются его номинальные данные.

Определяют расчетный режим системы, обеспечивающий максимальные, или минимальные токи короткого замыкания, выбирается расчетная точка (на шинах подстанции, в конце линии и т.д.) и расчетный вид короткого замыкания (трехфазное, двухфазное, однофазное), а также расчетный момент времени переходного процесса (t = 0; t = 2,5 с и т. д.). Для проверки высоковольтных аппаратов подстанции на термическую и динамическую устойчивость необходимо знать наибольшее значение тока короткого замыкания. В этом случае расчетными условиями считаются: все источники питания включены; короткое замыкание произошло в месте установки аппаратов; вид короткого замыкания такой, при котором ток будет иметь наибольшее значение; время короткого замыкания принимается t = 0. Для оценки чувствительности релейной защиты расчетные условия должны быть такие, при которых токи короткого замыкания имеют минимальные значения.

2. Составляют схему замещения. Для этого все элементы расчетной схемы заменяются электрическими сопротивлениями, а для источников питания указывается значение ЭДС.

В установках напряжением выше 1000 В учитывают сопротивления генераторов и компенсаторов, крупных электродвигателей, трансформаторов и автотрансформаторов, реакторов, воздушных и кабельных линий.

Сопротивления электрических аппаратов (выключателей, разъединителей и др.), а также соединительных кабелей и шин распределительных устройств не учитываются, так как величины их небольшие.

Активное сопротивление элементов цепей напряжением выше 1000 В не учитывается, так как оно невелико по сравнению с их индуктивным сопротивлением. Учитывают активное сопротивление воздушных линий с проводами малых сечений, а также протяженных кабельных линий. Обычно активное сопротивление цепи короткого замыкания целесообразно учитывать, когда оно больше 1/3 индуктивного сопротивления той же цепи.

В установках напряжением выше 1000 В учитываются индуктивные сопротивления всех выше перечисленных элементов, а также кабелей и шин длиной 10 – 15 км и более, первичных обмоток трансформаторов тока (многовитковых), катушек максимальных расцепителей автоматов, контактов рубильников и автоматов. Можно не учитывать те элементы цепи, суммарное влияние которых на величину полного сопротивления цепи не превышает 10 %.

Активное сопротивление элементов напряжением до 1000 В следует учитывать, так как оно относительно велико по сравнению с их индуктивным сопротивлением.

Номинальные напряжения элементов схемы замещения заменяют средненоминальными (базисными), то есть их увеличивают на 5 %. В результате получают следующую шкалу: 0,23; 0,4; 6,3; 10,5; 37; 115 кВ и т. д.

3. Преобразовывают схему замещения к простейшему виду. Используя известные из электротехники правила, преобразовывают сопротивления схемы замещения к одному результирующему, с одной стороны которого находится источник питания, с другой – точка короткого замыкания.

4. Выбирают вид короткого замыкания. Он определяется задачей расчета. Если необходимо знать максимальные значения токов, то в сетях 10 и 35 кВ таковыми являются токи трехфазного короткого замыкания, минимальными – двухфазного. В сетях с глухозаземленной нейтралью напряжением 110 кВ и выше, а также 380/220 В - токи однофазного короткого замыкания, которые могут быть даже больше трехфазного.

5. Определяют непосредственно ток короткого замыкания. В зависимости от задач расчета и расчетной схемы могут применяться различные способы расчета.

Расчет токов короткого замыкания в низковольтных электрических сетях выполняют в именованных единицах. Расчет сводится к определению максимального, трехфазного, тока короткого замыкания на шинах 0,4кВ трансформатора и минимального, однофазного, тока в наиболее электрически удаленной точке линии.

По трехфазному току короткого замыкания проверяют устойчивость аппаратуры подстанции, по однофазному – настраивают работу защиты и проверяют устойчивость аппаратуры подстанции, по однофазному – настраивают работу защиты и проверяют эффективность системы зануления.

При расчете токов короткого замыкания в сетях напряжением 380/220 В учитывают следующее:

• активное и реактивное сопротивление элементов системы;

• сопротивление соединительных шин и кабелей длиной 10-15м и более;

• сопротивление первичных обмоток трансформаторов тока (низковольтных), катушек максимальных расцепителей автоматов, контактов рубильников и т.д.

При этом можно не учитывать те элементы цепи, суммарное влияние которых на величину полного сопротивления цепи не превышает 10%.

При расчете токов короткого замыкания и отсутствии достоверных данных о контактах и их переходных сопротивлениях рекомендуется активное сопротивление переходных контактов принимать следующими: 0,02Ом – при длине ВЛ до 250м, 0,025Ом – при длине ВЛ до 500м, 0,03Ом – при длине ВЛ более 500м.

Порядок расчета.

На основании схемы электроснабжения составляется упрощенная расчетная схема и ее схема замещения.

Определяются сопротивления элементов сети. Сопротивление системы принимается (Х_с) = 0. Сопротивлением линии 10 кВ можно пренебречь, так как оно значительно меньше сопротивления линии 0,38 кВ.

Активные и индуктивные сопротивления трансформатора 10/0,4 кВ определяются по формулам:

где – потери короткого замыкания трансформатора, Вт. Приложение В.

Полное сопротивление трансформатора

где U_к – напряжение короткого замыкания трансформатора, Приложение В, процент;

U_б – базисное (средненоминальное напряжение на шинах трансформатора, В;

S_н – номинальная мощность трансформатора, кВА

Активные и индуктивные сопротивления проводов ВЛ определяются по выражениям

где r₀ – активное сопротивление линии, Ом/км, таблицs 4.15 – 4,17, 4.19

х₀ – реактивное сопротивление линии, Ом/км, таблица 4.18

Находят результирующие (эквивалентные) сопротивления на шинах 0,4 кВ трансформатора z_рез1 и в конце наиболее удаленной точки линии 380 В z_рез2.

Определяют токи короткого замыкания:

• трехфазный

• однофазный

где – сопротивление трансформатора току однофазного короткого замы-кания, определяется по Приложению В;

– сопротивление петли «фазный провод – нулевой провод», определяется по формуле

Или

где R₀, Х₀ – удельное активное и индуктивное сопротивление проводов фазного и нулевого, Ом/км, таблицаы 4.15 – 4.19 ;

– длина провода до точки короткого замыкания, км;

• двухфазный в месте установки аппарата защиты

Пример 5.1

Рассчитать токи трехфазного, двухфазного, однофазного короткого замыкания в заденных точках, изображенных на рисунке 5.1, для заданной электрической сети, рисунок 2 примера 3.1. За исходные данные принять результаты расчетов в примере 3.1 и 4.2.

Решение

Производим расчет токов короткого замыкания для первого фидера.

1. Составляем расчетную схему электрической сети 0,38 кВ

Расчетная точка К1 – на шине ТП, К2 – в точке 2 на рисунке 3.2 примера 3.1, К3 – в точке 12 на рисунке 3.2.

КТП 100/10

Рисунок 5.1 – Расчетная схема

2. Составляем схему замещения

Рисунок 3.2 – Схема замещения

3. Производим расчет трехфазного короткого замыкания в точке К1.

3.1 Базисное напряжение (средненоминальное )

3.2 Полное сопротивление трансформатора

3.3 Ток трехфазного короткого замыкания:

4. Ток двухфазного короткого замыкания на шинах трансформатора

5. Ток трехфазного короткого замыкания в точке К2.

5.1 Активное сопротивление трансформатора

5.2 Индуктивное сопротивление трансформатора

5.3 Активное и реактивное сопротивление линии до точки К2:

5.4 Эквивалентное сопротивление до точки к.з.К2

5.5 Трехфазный ток короткого замыкания в точке К2

6. Полное сопротивление петли фаза-нуль:

7. Ток однофазного короткого замыкания:

8. Ток короткого замыкания в фидере освещения:

Расчет остальных фидеров проводим аналогично и результаты расчетов заносим в таблицу 5.1.

Таблица 5.1 – Расчет токов к.з.

Наименование линии	, А	, А	, А	, А	, А
КТП 100/10
Фидер 1(0-1)	3066,7	2652,7	1533,3	438,1	238,3
Фидер 2(0-13)	3066,7	2652,7	1000	273,8	167,2
Фидер 3(0-20)	3066,7	2652,7	1916,7	340,7	180,3

Пример 5.2

Проверить на действие токов короткого замыкания выбранные провода на участке 0-1марки СИП 3×70+1×95 в примере 4.4

Проверяются выбранные сечения жил проводов ВЛИ по условию нагрева током короткого замыкания

где S – сечение токопроводящей жилы выбранного провода, мм²;

I_к.з.– значение установившегося тока трёхфазного короткого замыкания в начале проверяемого провода ВЛИ, А;

t_к – время протекания тока короткого замыкания, с;

к – коэффициент, в зависимости от термостойкости изоляции провода принимается 92 - из сшитого полиэтилена, 59 – из термопластичного полиэтилена.

Время протекания тока короткого замыкания по проводнику принимается равным времени отключения вы­ключателя t_в = 0,2с. Односекундный ток короткого замыкания равен 1600А > 1533,3А (таблица 4.17)

Так как условие (5.11) соблюдается, то выбранное сечение подходит для данного участка. Остальные выбранные провода проверяются аналогично.