2.4. Проверка оборудования на действия токов коротких замыканий
Расчет токов короткого замыкания (КЗ) необходим для проверки электрических аппаратов по условиям динамического действия токов короткого замыкания, а также для проверки проводников и аппаратов по условиям нагрева при коротком замыкании.
Местом короткого замыкания для расчета тока КЗ при проверке элементов системы электроснабжения на термическую и динамическую стойкость является: для электрических аппаратов – точка сразу за ними; для кабельных линий – точка в начале линии. Таким образом, в курсовой работе расчетными точками должны быть следующие:
точка К1 – на РУ 10 кВ (для проверки линейных высоковольтных выключателей ГПП, а также отходящих кабельных линий);
точка К2 – на шинах распределительного устройства высокого напряжения цеховой ТП (для проверки высоковольтного оборудования ТП);
точка К3 – на шинах РУ 0,4 кВ (для проверки автоматических выключателей, установленных на подстанции, а также отходящих кабельных линий).
Расчет токов КЗ в электрических сетях систем электроснабжения целесообразно производить в именованных единицах.
При
составлении схемы замещения необходимо
учесть значение сопротивления питающей
системы (вся совокупность электроустановок
до РУ 10 кВ ГПП). Результирующее эквивалентное
сопротивление
определяется, исходя из известной
(задаваемой преподавателем) мощности
КЗ питающей системы (
)
,
где
– номинальное напряжение (10,5 кВ).
При
расчете токов короткого замыкания в
распределительных сетях СЭС необходимо
производить учет и активных сопротивлений
элементов сети. Тогда активные и
реактивные сопротивления линий
электропередачи рассчитываются через
их удельные значения
и длину линииL
а параметры двухобмоточного трансформатора определяются как
,
,
,
где
–
потери короткого замыкания трансформатора;
– напряжение короткого замыкания
трансформатора;
– номинальная
мощностьтрансформатора.
Трехфазное КЗ, характеризующееся максимальным значением тока, является основным расчетным видом короткого замыкания при проверке оборудования.
Расчет действующего значения периодической составляющей тока производится по выражению
,
где
– суммарное сопротивление до точки КЗ.
При расчете токов КЗ принято считать, что максимальное значение тока короткого замыкания наступает через 0,01 с от момента возникновения КЗ. Такой ток, вызывающий в этом случае наибольшие электродинамические усилия, называется ударным и используется для проверки электрических аппаратов и проводников
,
где
–
ударный коэффициент. Последний
рекомендуется при последовательном
соединении элементов определять по
формуле
,
где
– постоянная времени, определяемая по
формуле
,
где
и
–
соответственно индуктивная и активная
составляющие результирующего
эквивалентного сопротивления расчетной
схемы относительно точки КЗ,
–
угловая частота напряжения сети.
Значения ударного коэффициента для некоторых узлов электрической сети могут быть приняты по табл. 9.
Таблица 9
Значения
|
Место КЗ |
|
|
КЗ на шинах РУ 10 кВ ГПП |
1,8 |
|
КЗ в конце линии электропередачи 10 кВ |
1,6 |
|
КЗ на шинах РУ 0,4 кВ ТП |
1,4 |
Электрические аппараты и проводники, выбранные по условиям нормального режима, должны быть также устойчивыми при электродинамических и термических действиях токов короткого замыкания.
Для электрических аппаратов в качестве справочной информации приводятся значения предельного тока электродинамической стойкости. Аппарат пригоден для установки в данной цепи, если выполняется соотношение
,
где
– амплитудное значение тока
электродинамической стойкости.
Силовые кабели считаются достаточно устойчивой конструкцией к возникающим механическим усилиям и на электродинамическую стойкость не проверяются.
Защитные аппараты дополнительно проверяются также на отключающую способность, т.е. на способность отключить ток КЗ. Эта способность характеризуется номинальным током отключения. Для правильного выбора должно быть выполнено соотношение
где
– номинальный ток отключения защитного
аппарата.
Степень термического воздействия тока КЗ на проводники и электрические аппараты определяет тепловой импульс, выделяемый при протекании тока КЗ. Для определения теплового импульса в электрических сетях систем электроснабжения можно воспользоваться следующим выражением:
,
где
– время протекания тока КЗ (время с
момента возникновения КЗ до полного
его отключения).
В справочных данных электрического аппарата приводятся значения тока и времени термической стойкости. Аппарат термически стоек, если выполняется условие
,
где
– ток термической стойкости;
– время термической стойкости.
Для соблюдения
условия термической стойкости проводников
при КЗ, следует определить минимальное
сечение проводника по условию термической
стойкости (
).
Термическая стойкость проводника
обеспечивается, если площадь его сечения
(S)
удовлетворяет неравенству
Если нагрузка проводника до короткого замыкания близка к продолжительно допустимой, то минимальное сечение проводника, отвечающее требованию термической стойкости при КЗ, определяют по формуле
где
– параметр, значения которого приведены
в табл. 10.
Таблица 10