5.10. Учет изменения параметров короткозамкнутой цепи при расчете токов короткого замыкания

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

5.10.2. Учет электрической дуги в месте КЗ рекомендуется производить введением в расчетную схему активного сопротивления дуги R_д.

Активное сопротивление дуги в начальный и произвольный моменты времени при дуговом КЗ в электроустановках с кабельными линиями напряжением 6 и 10 кВ приближенно можно определить по кривым, приведенным на рис. 5.18.

При КЗ на воздушных линиях 10-500 кВ сопротивление дуги в начальный и произвольный моменты времени может быть определено по кривым, приведенным на рис. 5.19-5.21.

5.10.3. Эффект теплового спада тока трехфазного КЗ в проводнике следует учитывать в тех случаях, когда активное сопротивление проводника к моменту КЗ, R_н, составляет не менее 20 % от суммарного индуктивного сопротивления цепи КЗ.

5.10.4. Активное сопротивление проводника при его начальной температуре J_н определяется по формуле

, (5.46)

где R_уд - погонное (удельное) активное сопротивление проводника, Ом/м, при нормированной температуре J_норм;

l - длина проводника до места КЗ, м;

t_p - условная температура, равная: для меди t_p = 234 °С, для алюминия t_p = 236 °С.

5.10.5. Температуру проводника до короткого замыкания рекомендуется определять по формуле

, (5.47)

где I_{норм.расч} - расчетный ток нормального режима. А;

I_{доп.прод} - допустимый ток продолжительного режима для проводника данного сечения, А;

J_{доп.прод} и J_{окр.ном} - соответственно допустимая температура проводника в продолжительном режиме и нормированная температура окружающей среды, °С;

J_окр - температура окружающей среды, °С.

Рис. 5.18. Зависимость Rд = f (tоткл, Iп0) при КЗ в электроустановках с кабельными линиями напряжением 6 кВ (сплошные кривые) и 10 кВ (пунктирные кривые)	Рис. 5.19. Зависимость Rд = f (tоткл, Iп0) при КЗ на воздушных линиях 35 кВ (сплошные кривые) и 10 кВ (пунктирные кривые)

5.10.6. Увеличение активного сопротивления проводников при КЗ следует учитывать с помощью коэффициента K_J:

, (5.48)

где K_J - коэффициент увеличения активного сопротивления проводника, который зависит от материала, а также начальной и конечной температур проводника и определяется по формуле

, (5.49)

где J_н и J_кн - соответственно начальная и конечная температуры проводника.

Рис. 5.20. Зависимость Rд = f (tоткл, Iп0) при КЗ на воздушных линиях 110 кВ (сплошные кривые) и 220 кВ (пунктирные кривые)	Рис. 5.21. Зависимость Rд = f (tоткл, Iп0) при КЗ на воздушных линиях 330 кВ (сплошные кривые) и 500 кВ (пунктирные кривые)

5.10.7. Расчет нагрева изолированных проводников при продолжительных КЗ рекомендуется выполнять с учетом теплоотдачи в изоляцию. Необходимость учета теплоотдачи определяется из сопоставления расчетного времени нагрева (t_откл) с так называемой критической продолжительностью КЗ (t_{откл.кр}), при которой пренебрежение теплоотдачей в изоляцию приводит к погрешности в расчетах превышения температуры проводника над начальной, равной 5 %. Теплоотдачу следует учитывать, если t_откл ³ t_{откл.кр}. Критическая продолжительность КЗ зависит от площади поперечного сечения проводника S и определяется по формулам

- для кабелей с алюминиевыми жилами

; (5.50)

- для кабелей с медными жилами

. (5.51)

5.10.8. Конечную температуру нагрева проводника без учета теплоотдачи (адиабатический процесс, J_кн.а) при металлическом КЗ можно определить по формуле

, (5.52)

где I_пt - ток металлического КЗ в момент отключения, А, вычисленный в соответствии с п. 5.5;

S - площадь поперечного сечения проводника, мм²;

K₁ - постоянная, зависящая от материала проводника и равная:

для меди K₁ = 226 А с^1/2/мм²;

для алюминия K₁ = 148 А с^1/2/мм²;

b - величина, обратная температурному коэффициенту сопротивления при 0 °С, K, равная:

для меди b = 234,5 K;

для алюминия b = 228 K;

e - коэффициент, учитывающий отвод тепла в изоляцию. Он определяется по формуле

, (5.53)

где F - коэффициент, учитывающий неполный тепловой контакт между проводником и изоляцией. Он обычно принимается равным 0,7;

А, В - эмпирические постоянные (измеряемые соответственно в (мм²/с)^0,5 и в мм²/с), определяющие термические характеристики окружающих или соседних неметаллических материалов:

; ,

где С₁ = 2464 мм/м; С₂ = 1,22 K×мм²/Дж;

s_c - удельная объемная теплоемкость токопроводящего элемента, Дж/(Kм³), равная:

для меди s_c = 3,45×10⁶ Дж/(Kм³);

для алюминия s_c = 2,5×10⁶ Дж/(Kм³);

s_i - удельная объемная теплоемкость окружающих или соседних неметаллических материалов, Дж/(Kм³), равная:

для бумажной пропитанной изоляции кабелей -s_i = 2×10⁶ Дж/(Kм³);

для ПВХ изоляции кабелей -s_i = 1,7×10⁶ Дж/(Kм³);

r_i - удельное термическое сопротивление окружающих или соседних неметаллических материалов, Kм/Вт, равное:

для бумажной пропитанной изоляции кабелей r_i = 6,0 Kм/Вт;

для ПВХ изоляции кабелей до 3 кВ включительно r_i = 5 Kм/Вт;

свыше 3 кВ r_i = 6 Kм/Вт.

5.10.9. Конечную температуру нагрева проводника без учета теплоотдачи при КЗ через электрическую дугу и t_откл < 0,5 с можно определить по формуле (5.52). Значение тока дугового КЗ в момент отключения (I_кt) с учетом влияния дуги следует определять в соответствии с п.5.10.2.

5.10.10. Конечную температуру нагрева кабеля при КЗ с учетом теплоотдачи в изоляцию рекомендуется определять по формуле

, (5.54)

где h - коэффициент, учитывающий теплоотдачу в изоляцию. Он зависит от материала и сечения проводника и продолжительности КЗ; для кабелей с алюминиевыми жилами и ПВХ или бумажной пропитанной изоляцией этот коэффициент может быть определен по кривым на рис. 5.22;

J_кн.а - конечная температура нагрева проводника без учета теплоотдачи, определяемая по формуле (5.52).

Рис. 5.22. Зависимость h = f (t) для кабелей с ПВХ и бумажной пропитанной изоляцией и алюминиевыми жилами	Рис. 5.23. Зависимость KJ = f (Iп0, Sкб) для кабелей с алюминиевыми жилами с учетом теплоотдачи и сопротивления дуги

5.10.11. Расчет коэффициента увеличения активного сопротивления кабелей (K_J) при дуговом КЗ и t_откл ³ 0,5 с рекомендуется выполнять с учетом взаимного влияния изменения активного сопротивления жил кабеля и активного сопротивления электрической дуги.

Расчетные значения коэффициента K_J для кабелей с алюминиевыми жилами могут быть определены по кривым рис. 5.23. При их построении принято, что J_н = 20 °С и t_откл = 0,5 с (сплошные кривые) и t_откл = 1 с (пунктирные кривые).

При продолжительности КЗ 0,5 с < t_откл < 1 с значение коэффициента K_J может быть определено приближенно с помощью интерполяции кривых.

При отличии начальной температуры кабеля от указанной (J_н = 20 °С) коэффициент K_J может быть пересчитан с помощью формулы

, (5.55)

где - значение коэффициента приJ_н = 20 °С;

J_н - фактическое значение начальной температуры.