39. Расчет токов короткого замыкания в сети напряжением до 1 кВ

Этот расчет в сравнении с расчетом токов КЗ в сетях напряжением выше 1 кВ обладает следующими особенностями:

- мощность системы (S_c ) принимается бесконечной, т.е. напряжение на шинах цеховых ТП считается неизменным при КЗ в сети до 1 кВ;

- учитываются активные и индуктивные сопротивления до точки КЗ всех элементов сети (силового трансформатора, проводов, контактов, трансформаторов тока, катушек максимального тока автоматов);

- расчет ведется в именованных единицах, напряжение принимается на 5% выше номинального напряжения сети (U = 1,05U_нсети = 400 В при U_нсети = 380 В). Будем иметь

(4.18)

где - суммарное полное сопротивление до точки КЗ, включая сопротивление силового трансформатора, равное

(4.19)

где Р_кз - кВт; S_нт - кВА; U_н - номинальное напряжение сети, В;

;

К_у - ударный коэффициент (определяется, как и в сетях, выше 1 кВ). Ударный коэффициент К_у при замыканиях на шинах 380—660 В цеховых ТП полу­чается около 1.3, а в цеховых сетях — около 1,0.

Опыты показали, что в реальных условиях значения токов к.з. получаются ниже расчетных и что имеется некоторый предел около 75 кА, выше которого токи к.з. не наблюдаются. Это объясняется неполными металлическими замыканиями вследствие больших электродинамических усилий., возникающих при к.з. между токоведущими частями. Например, металлический предмет при набросе на шины 380 В будет отброшен в сторону, и величина тока к.з. будет значительно ниже но сравнению с тем случаем, когда этот предмет будет приболчен к шинам и на них будет подано напряжение, т. е. при чисто металлическом к. з.

Тем не менее вопрос устойчивости токам к.з. в установках напряжением до 1000 В является актуальным. До последних лет разрывная мощность низковольтной аппаратуры лимитировала мощность трансформаторов цеховых ТП до 1000 кВ-А.

Сопротивления контактов в сетях до 1000 В можно учитывать введением в расчетную схему активного сопротивления:'

а) для распределительных щитов на подстанциях 0,015 Ом;

б) для первичных цеховых распределительных пунктов и на зажимах аппаратов, питаемых радиальными линиями от щитов ТП или от магистралей, 0,02 Ом; ,

в) для вторичных цеховых распределительных пунктов и на зажимах аппаратов, питаемых от первичных распределительных пунктов, 0,025 Ом;

г) для аппаратуры, установленной непосредственно у электроприемников, получающих питание от вторичных распределительных пунктов, 0,03 Ом.

Переходное сопротивление (МОм) контактного соединения любого вида может быть найдено по формуле

r_K = k/(0,103* F_K)^m,

где F_K — сила нажатия в контакте, Н;

m — коэффициент, равный 0,5 для точечного контакта, 0,5 — 0,8 — для линейного, 1,0 — для плоского;

k — коэффициент, зависящий от материала контактов и состояния их поверхности

Сопротивления первичных обмоток трансформаторов тока (ТТ) для различных коэффициентов трансформации, катушек автоматов и переходные сопротивления контактов автоматов, рубильников и предохранителей приведены в табл. 4.4, а также в [3, 18].

Асинхронные двигатели учитываются в том случае, если они непосредственно подключены к месту КЗ короткими ответвлениями до 5-6 м. Действующее значение периодической составляющей тока трехфазного КЗ за первый период от асинхронного двигателя можно приближенно определить как

, (4.20)

где = 0,2 - относительное сверхпереходное индуктивное сопротивление двигателя; I_ндвиг - номинальный ток двигателя.

Полное мгновенное значение ударного тока КЗ от питающей сети и двигателей составит

Значение К_у в сетях напряжением до 1 кВ меньше, чем в сетях выше 1 кВ из-за большого активного сопротивления цепи КЗ. Значения К_у можно определить по кривым затухания или расчетом в зависимости от , или постоянной времени апериодической составляющей В приближенных расчетах при определении i_у на шинах цеховых ТП мощностью 400-1000 кВА можно принимать К_у = 1,3, а при более удаленных точках КЗ - К_у  1,0.

Особое внимание заслуживает расчет однофазных токов КЗ в сетях напряжением до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью, какой является сеть с U_н = 0,38 кВ, когда ток однофазного КЗ может оказаться меньше значений, достаточных для надежного срабатывания защиты цеховых сетей (автоматических выключателей или предохранителей). В этой связи производится проверка цеховой сети 0,38 кВ по условиям срабатывания защиты при однофазных КЗ.

В электроустановках с глухозаземленной нейтралью (сеть 0,38 кВ) при замыкании фазы на корпус необходимо обеспечить быстрое автоматическое отключение поврежденного участка ближайшим к месту КЗ аппаратом защиты для обеспечения безопасного обслуживания и сохранности электрооборудования. Достигается это созданием высокой проводимости в петле «фаза - нуль» за счет системы зануления. По ПУЭ проводимость зануляющего проводника должна быть порядка 50% проводимости фазного проводника.

Требование по проводимости зануляющих проводников в сетях с напряжением меньше 1 кВ с глухозаземленной нейтралью трансформатора не освобождает от необходимости проверки на ток отключения аппаратов защиты линии.

В соответствии с требованиями ПУЭ к занулению проводимость петли фаза - нуль (КТП -ЭП - КТП) должна быть такой, при которой ток однофазного КЗ на корпус ЭП превышал бы в определенное число раз ( к ) номинальный ток аппарата защиты сети (I_н.вст, I_н.расц)

. (4.21)

Для расчета по ПУЭ рекомендуется следующая упрощенная формула:

(4.22)

где U_ф - фазное напряжение сети; Z_Т/3 - сопротивление силового трансформатора при однофазном замыкании на корпус.

Для уменьшения сопротивления нулевой последовательности трансформатора необходимо применять схему соединения обмоток Д/У_н-11, а не схему У/У_н-12, которая при однофазных замыканиях между фазой и нулевым проводом создает неблагоприятные условия прохождению токов нулевой последовательности. Токи нулевой последовательности в первичных обмотках трансформатора отсутствуют, а во вторичной обмотке они создают магнитные потоки Ф₀, которые в каждое мгновение во всех трех стержнях направлены в одну сторону, вследствие чего вынуждены: замыкаться через изолирующую среду—стенки бака и стяжные болты. В результате сопротивление нулевой последовательности трансформатора резко возрастает.

При схеме Д/У_н токи нулевой последовательности циркулируют в первичной обмотке внутри треугольника и не выходят из него в линию. Они находятся в противофазе с токами нулевой последовательности вторичной обмотки, благодаря чему соответствующие магнитные потоки в стержнях не возникают и сопротивление нулевой последовательности трансформатора получается небольшим, что важно для улучшения защиты от однофазных замыканий на землю.

Полное сопротивление петли: фазный - нулевой провод

(4.23)

где R_ф, R_н - суммарные активные сопротивления фазного и нулевого проводов всех участков рассчитываемой цепочки (ТП - ЭП - ТП).

Для проводов из цветных металлов R_ф и R_н равны омическому сопротивлению при f = 50 Гц ( ); R_д - сопротивление дуги в точке КЗ принимается равным 0,03 Ом; R_ТТ, Х_ТТ - активное и индуктивное сопротивление трансформатора тока R_ТТ = 0,00015 Ом; Х_ТТ = 0,00021 Ом; R_A, X_A - активное и индуктивное сопротивление автоматических выключателей;

R_A = 0,0004 Ом, X_A = 0,00099 Ом; X_c - сопротивление питающей системы, принимается равным 0,0032 Ом при мощности КЗ системы 100 и 200 МВА; X’ - внешнее индуктивное сопротивление петли фаза-нуль, принимается равным 0,6 Ом/км; X” - внутреннее индуктивное сопротивление проводов зануления. Учитывается только для проводов, выполненных из стали:

X”= 0,6 R_ст,

где R_ст - величина активного сопротивления для различных профилей стали, определяется по кривым 13 при токах кI. Некоторые данные по сопротивлению труб приведены в приложении (Табл.П.4.2 и П.4.2,а). Значение плотности тока в этих таблицах определяется как отношения тока, приведенные в табл.П.4.2 и П.4.2,а, к сечению трубы, в которой проложены провода. Например, плотность тока в трубе 3/4 , в которой проложен провод, защищенный плавкой вставкой с I_нвст = 100 А, будет равен

По табл. П.4.2 определяется удельное сопротивление трубы R_о = 1,59 Ом/км, Х_о = 0,95 Ом/км.

Полные сопротивления петли "фаза-нуль" трехжильных алюминиевых кабелей при использовании их алюминиевых оболочек в качестве нулевого провода, Ом/ км

Для увеличения надежности срабатывания защиты при отключении т.к.з. параллельно оболочкам кабелей прокладывается стальная полоса, заземления. Полное сопротивление петли "фаза трехжильного кабеля - стальная полоса" определяется по таблице 7-6 [26].

Так как сопротивление стальной полосы заземления зависит от величины протекающего по ней тока короткого замыкания, то сопротивление петли по таблице 7-6 [26] определяется в зависимости от типа и уставки защиты от т.к.з. Для промежуточных значений тока защиты сопротивление петли определяется интерполяцией.

При прокладке проводов в трубах в качестве обратного провода обычно используется стальная труба, хотя более надежным является использо­вание четвертой заземляющей жилы (провода) из материала жилы. При этом, эквивалентное сечение обратного провода следует прини­мать равным половине сечения фазного провода при использовании тонкостенных (обозначение - ТТ) электротехнических труб, три четверти фазного провода для водогазовых (обозначение - Т) труб и равные сечению фазного провода для газовых (обозначение - ГТ) труб^*. Поэтому при пользовании таблицей. 4.6б сечение обратного провода в графе 2 принимается в зависимости от типа трубы, используемой для прокладки проводов.

Из рассмотренной методики определения токов КЗ в сетях напряжением до 1 кВ следует:

- ток КЗ в сети напряжением до 1 кВ определяется сопротивлением (мощностью) трансформатора цеховой ТП, сопротивлениями элементов цеховой электрической сети и переходными сопротивлениями (включая сопротивление дуги в месте КЗ);

- поскольку цеховые ТП выпускаются комплектными, то все их оборудование (шкафы высокого и низкого напряжений с установленными в них автоматами, трансформаторами тока, шинами и другими элементами) рассчитано на длительный нормальный режим работы и отвечает требованиям устойчивости к токам КЗ в сети низкого напряжения трансформатора данной мощности;

- если в цеховой электрической сети применяются комплектные магистральные и распределительные шинопроводы, то выбор их по номинальному току позволяет, как правило, удовлетворять и требованиям устойчивости к действию тока КЗ.

Таким образом, во многих случаях отпадает необходимость в проверке оборудования напряжением до 1 кВ на устойчивость к токам КЗ.

В то же время расчет токов КЗ следует выполнять в случаях совместного питания силовых и осветительных нагрузок, если в осветительной сети применяются осветительные шинопроводы (ШОС), питающиеся от ШРА, так как динамическая стойкость ШОС составляет 5 кА, что ниже стойкости ШРА (15-35 кА).

Расчет токов КЗ в сети напряжением до 1 кВ является обязательным, если эта сеть выполнена кабелем или проводом в трубах, так как в этом случае необходима проверка сети и защитных аппаратов на термическую и динамическую стойкость, а также обязательно производится проверка цеховой сети 0,38 кВ по условиям срабатывания защиты при однофазных КЗ.