МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина»

Уральский энергетический институт

А.А.АЛЕКСЕЕВ

Т.Ю.ПАНИКОВСКАЯ

Е.П.ШАЛИНА

РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ В

УСТАНОВКАХ ДО 1 кВ

Екатеринбург

2011

УДК 621

Составители: А.А.Алексеев

Т.Ю.Паниковская

Е.П.Шалина

Научный редактор: профессор, д.т.н. И.В.Черных

РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ В УСТАНОВКАХ ДО 1 кВ: Учебное пособие/ А.А.Алексеев, Т.Ю.Паниковская, Е.П.Шалина. Екатеринбург : УрФУ, 2011. С.

Изложены методы расчета токов короткого замыкания в установках до 1 кВ.

Предназначено для студентов очного и заочного обучения по направлению 140400 «Электроэнергетика и электротехника»

Библиогр.: Табл. Рис. 49

Введение

По элементам электрической системы в нормальном режиме работы протекают токи, допустимые для данного оборудования. При нарушении электрической прочности изоляции проводов или оборудования в электрических системах возникает аварийный режим короткого замыкания, вызывающий резкое увеличение токов. Причины коротких замыканий следующие: пробой изоляции электрических проводов и оборудования из-за перенапряжений или постепенного старения изоляционных материалов, схлестывание и наброс голых проводов воздушных линий, механические повреждения кабельных линий во время раскопок траншей, повреждения проводов при падении опор, обрывы поводов воздушных линий, ошибочные действия персонала станций, подстанций и сетей и другие.

Значительные по значению токи короткого замыкания представляют большую опасность для всех элементов электрической системы, так как они вызывают чрезмерный нагрев токоведущих частей и создают большие механические усилия.

Последствия воздействия токов короткого замыкания проявляются:

• в резком увеличении токов в ветвях системы, особенно в месте короткого замыкания;

• в значительном снижении напряжения в узлах ЭС;

• в искажении симметрии напряжений и токов при несимметричных коротких замыканиях, в результате которого увеличивается электромагнитное и электростатическое влияние линий электропередачи на линии связи и другие объекты;

• в тепловом действии токов КЗ, приводящем к повреждению изоляции;

• в динамическом действии токов КЗ, в появлении механических усилий, повреждающих конструкции машин и аппаратов.

Определение короткого замыкания и расчетных условий, для которых выполняются все вычисления приведены в ГОСТ 26522-85:

«Короткое замыкание (к.з.) — замыкание, при котором токи в ветвях электроустановки, примыкающих к месту его возникновения, резко возрастают, превышая наибольший допустимый ток продолжительного режима.

Расчетные условия к.з. – наиболее тяжелые, но достаточно вероятные условия к.з., формируются на основе опыта эксплуатации электроустановок, анализа отказов электрооборудования и последствий к.з., использования соотношений параметров режима к.з., вытекающих из теории переходных процессов в электроустановках и определяются индивидуально для каждого элемента электроустановки».

Все электроустановки переменного тока делятся на две большие группы: электроустановки напряжением до 1 кВ и электроустановки напряжением выше 1 кВ. Для каждой группы существуют свои ограничения и расчетные допущения.

Общие условия, присущие расчетам токов к.з. в электроустановках до и свыше 1000 В следующие:

• при расчетах токов КЗ следует в общем случае учитывать все элементы электроэнергетической системы. Допускается эквивалентировать удаленную от места КЗ часть электроэнергетической системы;

• при расчете минимального значения тока КЗ для произвольного момента времени рекомендуется учитывать сопротивление электрической дуги в месте КЗ, а также увеличение активного сопротивления проводников вследствие их нагрева током КЗ (эффект теплового спада тока КЗ);

• при отсутствии данных о фактических коэффициентах трансформации силовых трансформаторов и автотрансформаторов допускается использовать приближенный способ их учета. Он состоит в замене фактических коэффициентов трансформации трансформаторов и автотрансформаторов отношением средних номинальных напряжений сетей соответствующих ступеней напряжения. При этом рекомендуется использовать следующую шкалу средних номинальных напряжений сетей: 0.23; 0.4; 0.525; 0.69; 3,15; 6,3; 10,5; 13,8; 15,75; 18; 20; 24; 27; 37; 115; 154; 230; 340; 515.

Для электроустановок переменного тока напряжением до 1 кВ в соответствии с ГОСТ 28249-93 устанавливается общая методика расчета токов симметричных и несимметричных коротких замыканий в начальный и произвольный момент времени с учетом параметров синхронных и асинхронных машин, трансформаторов, реакторов, кабельных и воздушных линий, шинопроводов.