2.2.9 Проверка элементов судовой электроэнергетической системы по токам короткого замыкания

2.2.9.1 Проверка шинопроводов по токам короткого замыкания

После расчета величины ударного тока к.з. на шинах ГРЩ необходимо выполнить проверку шинопровода на динамическую и, при необходимости, термическую стойкость. Динамическую стойкость шин проверяют во всех случаях. Проверку шин на термическую стойкость производят только для тех щитов, которые отключаются при коротком замыкании с выдержкой времени не менее 0,5-0,7 с.

Проверка шин на электродинамическую стойкость сводится к определению их прочности, способной противостоять механическим усилиям, резко возрастающим между ними при коротких замыканиях. Для выполнения этого необходимо, чтобы механические напряжения в шине не превышали допустимых значений.

Сила взаимодействия (равномерно распределенная по длине шинопровода) между шинами при протекании по ним тока к.з. может быть определена из следующего выражения:

где iуд – ударный ток к.з., А; Кф – коэффициент, учитывающий форму сечения шин (определяется по рисунку 2.20); а – расстояние между осями параллельных шинопроводов (при напряжении 380 В должно составлять не менее b+14(8), мм (для расположения шин по рисунку 2.21, а) и h+14(8), мм (для расположения шин по рисунку 2.20, б [62]). В скобках указано значение для напряжения 220 В).

Рисунок 2.20 – Кривые для определения коэффициента формы шин Кф

187

Каждую шину можно представить как многоопорную балку. Максимальный изгибающий момент такой балки при равномерно распределенной нагрузке определяют по следующим формулам:

при одном и двух пролетах

при числе пролетов больше двух

где l – расстояние между опорами (длина пролета, которая в среднем составляет

50-100 см).

Затем находят максимальное расчетное напряжение в шине

где W – момент сопротивления шин относительно оси, перпендикулярной к действию силы, см3.

Рисунок 2.21 – Расположение шин

Момент сопротивления для шин прямоугольного сечения вычисляют по формуле:

при вертикальном расположении шин (рисунок 2.21, а)

при горизонтальном расположении шин (рисунок 2.22, б)

где b, h – размеры шин, см.

188

Расчетное напряжение шин не должно превосходить допустимое:

расч доп. (2.137)

Допустимое напряжение для меди можно принять равным 14000 Н/см2.

При невыполнении условия (2.137) следует произвести повторный расчет при измененных параметрах расположения шин. Наиболее эффективным способом повышения динамической стойкости шин является уменьшение длины пролета l, однако последняя чаще всего принимается равной шагу ячейки распределительного устройства или ширине панели распределительного щита, что затрудняет ее произвольное изменение. Менее эффективно, но проще увеличить расстояние между осями шин а.

Целью проверки шин на термическую стойкость является определение температуры нагревания их током к.з. и сравнение действительной температуры нагревания К.З. с максимально допустимой, т.е. необходимо, чтобы соблюдалось условие

где max – максимально допустимая кратковременная температура (для медных

шин max=+300 С).

Действительное значение температуры нагревания проводника переменным током к.з. определяют по кривым рисунка __ в зависимости от величины К.З., которую находят из уравнения

где А ном – величина, определяемая по кривым рисунка 2.23 в соответствии с номинальной температурой нагрева проводника до короткого замыкания (для шин эта температура принимается равной 90 С); I - установившийся ток к.з., А; S – площадь поперечного сечения проводника, мм2; tф – фиктивное время, отражающее длительность короткого замыкания, с.

Рисунок 2.23 – Зависимость температуры шин от значения величины А

Значение фиктивного времени находят отдельно для периодической и апериодической составляющих тока к.з.

Значение фиктивного времени tф.п. для периодической составляющей тока к.з. определяют по кривым рисунка 2.24 в зависимости от отношения

189

где I0 – начальный ток к.з. (для t=0).

Значение фиктивного времени tф.а. для апериодической составляющей тока

где =х/ r (r, x – активное и реактивное сопротивление короткозамкнутой цепи;=2 f, где f – частота сети, Гц).

Общее фиктивное время равно

tф=tф.п.+tф.а. (2.142)

Рисунок 2.24 – Кривые для определения tф.п.

2.2.9.2 Проверка аппаратов защиты по токам короткого замыкания

После расчета токов к.з. необходимо выполнить проверку выбранных ранее аппаратов защиты электрических сетей.

В частности, предохранители проверяются на предельную отключающую (разрывную) способность. Под разрывной способностью предохранителя понимают такой ток к.з., который отключается им без нарушения механической прочности деталей.

190

Проверка предохранителей на разрывную способность токов К.З. производится по условию

где iуд. расч – расчетное значение ударного тока к.з.; iуд. доп – предельно допустимый ток к.з., отключаемый предохранителем.

Все автоматы проверяются по условию на разрывную способность (т.е. способность автомата отключать ток к.з. без нарушения механической прочности его деталей)

где iуд. расч – расчетный ударный ток к.з.; iуд. доп – допустимое значение ударного тока к.з. автомата.

Автоматы избирательного действия дополнительно проверяются по следующим условиям:

на электродинамическую стойкость (т.е. на способность автомата выдерживать в течении короткого промежутка времени наибольшее значение тока без механических повреждений (сваривания контактов или их разрыва))

(2.145)

– расчетное действующее значение тока к.з. в момент расхождения контактов автомата (соответствующий выдержке времени электромагнитного расцепителя); Iдоп – допустимое действующее значение тока автомата в момент расхождения контактов;

на термическую стойкость (т.е. на способность автомата в течении расчетной выдержки времени пропускать через токоведущие части предельный по величине ток, не вызывающий их остаточной деформации)

где I – установившееся значение тока к.з.; tр – расчетное время к.з. (соответствует выдержке времени расцепителя); I2 tдоп – допустимое значение термической стойкости аппарата.

Если для какого-либо из аппаратов защиты не выполняется хотя бы одно из условий (2.143)-(2.146), то следует выбрать аппарат, позволяющий выдерживать бóльшие значения токов к.з..

Результаты проверки оформляются таблицей 2.48.

Таблица 2.48 – Результаты проверки автоматических выключателей и предохранителей в режиме КЗ

191