3.12 Розрахунок довгочасних та пікових струмів для силових пунктів та освітлювальних щитів і вибір комутаційної і захисної

апаратури.

Для щитів і силових пунктів, які живлять деяку кількість споживачів, сумарний номінальний струм складається з номінальних струмів окремих споживачів , але при кількості споживачів, що живляться від силового пункту, більше п'яти треба враховувати коефіцієнт неодночасності включення, який завжди менше одиниці, і чим більша кількість споживачів приєднана до збірних шин силового пункту, або освітлювального щита, тим меншим буде коефіцієнт неодночасності включення. Практично він знаходиться в межах від 0,95 до 0,7 і береться з довідника з електроспоживання, або обґрунтовується проектантом з урахуванням тривалості включення окремих споживачів і їх кількості за технологічним режимом.

Таким чином, переріз жил кабелів, що живлять групові силові і освітлювальні збірки і щити обирається відповідно сумарному довгочасному струму І , А, що розраховується з формули:

І =Kно (3.49)

де Кно - коефіцієнт неодночасності включення;

Ін - номінальний струм окремих споживачів, що жив­ляться від щита або зборки, А;

n - кількість споживачів, що під'єднані до силової зборки, шт.

Уставку електромагнітного розчеплювача автоматичного вимикача для групової силової збірки Іем, А, підраховують з формули;

Іем Іпуск. + Кс (3.50)

де Іпуск. - пусковий струм електродвигуна, у якого він найбільший, А;

Кс - коефіцієнт попиту для навантаження всієї збірки (при відсутності даних можна прийняти Кс=1);

- сума номінальних струмів всіх споживачів, що живляться від зборки без номінального струму споживача, що пускається, А.

Номінальний струм плавкої вставки запобіжників для захисту від коротких замикань групової силової зборки Ін.п.в, А, розраховують з формули:

Ін.п.в. + Кс (3.51)

де - коефіцієнт важкості пуску з тими ж значеннями, що і в формулі

3.13 Розрахунок струмів короткого замикання в характерних

точках схеми.

Д ля схеми електропостачання об'єкта, що проектується, складається розрахункова схема, на якій зображуються тільки ті елементи схеми електропостачання, які мають опори, від яких залежить струм коротких Рисунок 3 – Приклад оформлення розрахункової схеми та схеми заміщення.

замикань (КЗ). Під всіма елементами розрахункової схеми проставляються їх параметри, що впливають на опір. Потім на розрахунковій схемі визначають декілька характерних точок, в яких треба розрахувати струми КЗ. Вони повинні бути на всіх ступенях напруги.

По розрахунковій схемі складають схему заміщення, на якій всі елементи розрахункової схеми зображують умовними позначеннями індуктивних і активних (якщо вони є) опорів і над ними у вигляді простого дробу проставляються позначення, числівниками яких є порядкові номери опорів, а знаменниками - розраховані відносні опори цих елементів, приведені до базисної потужності. На схему заміщення переносять позначення точок КЗ з розрахункової схеми.

Розрахункові формули для елементів розрахункової схеми беруть з літературних джерел: [1,362 - 365] або [2,145 - 149] або табл. 7.2 [1,362].

Розрахунок струмів КЗ можна вести в іменованих або у відносних одиницях. Практично в електромережах з напругою вище 1000 В розрахунки ведуть у відносних одиницях і не враховують активний опір елементів в колі КЗ, оскільки він значно менше однієї третини індуктивного опору. В колах з напругою нижче 1000 В врахування активного опору обов'язкове і розрахунки доцільніше вести в іменованих одиницях.

Відносні та іменовані значення активного r_*т та r_т , мОм, відповідно, і такі ж значення індуктивного х_*т то х_т ,мОм, опорів трансформатора визначаються з формул:

r_*т= (3.52)

r_т= (3.53)

х_*т= (3.54)

х_т= (3.55)

де Рк - потужність втрат енергії в трансформаторі при спробі КЗ, кВт;

Sн.т - номінальна потужність трансформатора, кВА;

Uб - базисна напруга, за яку приймають середнє значення напруги на тому ступеню напруги, де знаходиться точка КЗ, В;

r_*т - відносне значення активного опору обмоток трансформатора;

х_*т - відносне значення індуктивного опору обмоток транс­форматора.

Опори деяких елементів системи електропостачання, що впливають на струм КЗ, приведені в таблицях 3.6 – 3.11.

Таблиця 3.6 – Опори трансформаторів 10/0,4 кВ.

Потужність,кВА	Rт,мОм	Хт, мОм	Zт,мОм	Zт(1),мОм
25	153,9	243,6	287	3110
40	88	157	180	1949
63	52	102	114	1237
100	31,5	64,7	72	779
160	16,6	41,7	45	487
250	9,4	27,2	28,7	312
400	5,5	17,1	18	195
630	3,1	13,6	14	129
1000	2	8,5	8,8	81
1600	1	5,4	5,4	54

Таблиця 3.7 – Значення опорів автоматичних вимикачів, рубильників,

роз’єднувачів до 1 кВ.

Ін.а, А	Автоматичний вимикач			Рубильник	Роз’єднувач
	Rа, мОм	Ха, мОм	Rк, мОм	R, мОм	R, мОм
50	5,5	4,5	1,3	—	—
70	2,4	2	1	—	—
100	1,3	1,2	0,75	0,5	—
150	0,7	0,7	0,7	0,45	—
200	0,4	0,5	0,6	0,4	—
400	0,15	0,17	0,4	0,2	0,2
600	11,12	0,13	0,25	0,15	0,15
1000	0,1	0,1	0,15	0,08	0,08
1600	0,08	0,08	0,1	—	0,06
2000	11,07	0,08	0,08	—	0,03
2500	0,06	0,07	0,07	—	0,03
3000	0,05	0,07	0,06	—	0,02
4000	0,04	0,05	0,05	—	—

Таблиця 3.8 – Значення перехідних опорів на ступенях розподілення.

Ступень	Місце	Rст, мОм	Додаткові відомості
1	Розподільчі устрої підстанції	15	Використовуються при відсутності достовірних даних про контакти та їх перехідні опори в мере-жах, що живлять цехові ТП потужністю до 2500 кВА включно
2	Первинні розподільчі цехові пункти	20
3	Вторинні розподільчі цехові пункти	25
4	Апаратура керування електроприйма-чів, що отримують живлення від вто-нних РП	30

Таблиця 3.9 – Значення питомих опорів тролейних шинопроводів.

Тип	Ін, А	Опір, мОм/м
		го	хо	z о
ШТМ	250 400	0,315 0,197	0,18 0,12	0,36 0,23
ШТА	250 400	0,474 0,217	0,15 0,13	0,496 0,254

При проведенні розрахунків у відносних одиницях треба враховувати електричну віддаленість точки КЗ від джерела живлення, яка однозначно визначається відносним розрахунковим опором Х_*розр який визначається з формули

Х_*розр=Х_*рез (3.56)

де Х_*рез – результуюче значення індуктивного опору, приведене до базисної потужності (відносне значення);

Sн . - сумарна номінальна потужність всіх джерел живлення, мВА;

Sб - базисна потужність, мВА, приймається будь-якою.

Вона не впливає на розрахункові значення струмів КЗ, тому що відносні значення всіх опорів прямо пропорційні цифровому значенню базисної потужності.

Якщо прийнятії Sб = Sн ,то матимемо Х_*розр= X_*рез, що витікає з формули (3.52).

Таблиця 3.10 – Значення питомих опорів кабелів та дротів.

S, мм жили	го, мОм/м при 20 °С жили		хо, мОм/м
	А1	Сu	кабель з паперовою поясною ізоляцією	три дрота в трубі чи кабель с будь-якою ізоляцією (окрім паперової)
1	—	18,5	—	0,133
1,5	—	12,3	—	0,126
2,5	12,5	7,4	0,104	0,116
4	7,81	4,63	0,095	0,107
6	5,21	3,09	0,09	0.1
10	3,12	1,84	0,073	0,099
16	1,95	1,16	0,0675	0,095
25	1,25	0,74	0,0662	0,091
35	0,894	0,53	0,0637	0,088
50	0,625	0,37	0,0625	0,085
70	0,447	0,265	0,0612	0,082
95	0,329	0,195	0,0602	0,081
120	0,261	0,154	0,0602	0,08
150	0,208	0,124	0,0596	0,079
185	0,169	0,1	0,0596	0,78
240	0,13	0,077	0,0587	0,077

Таблиця 3.11 – Значення питомих опорів комплектних шинопроводів.

Параметри	Тип комплектного шинопровода
	ШМА				ШРА
Ін,А	1250	1600	2500	3200	250	400	630
rо, мОм/м	0,034	0,03	0,017	0,015	0,21	0,15	0,1
хо, мОм/м	0,016	0,014	0,008	0,007	0,21	0,17	0,13
го(ф-о), мОм/м	0,068	0,06	0,034	0,03	0,42	0,3	0,2
хо(ф-о), мОм / м	0,053	0,06	0,075	0,044	0,42	0,24	0,26
zо(ф-о), мОм / м	0,086	0,087	0,082	0,053	0,59	0,38	0,33

При Х_*розр<3 струм КЗ буде змінюватись в часі і розрахунок струмів для різних митей часу треба вести по розрахунковим кривим, які враховують цю зміну струму в часі. З розрахункових кривих знаходять відносну кратність струму КЗ І_*t для потрібної миті часу t, сек., по відношенню до сумарного номінального струму джерел живлення Ін , кА, який визначається з формули:

Ін= (3.57)

де Ucp - середнє значення напруги тієї ділянки кола КЗ, де знаходиться точка КЗ, кВ.

Струм КЗ для потрібної миті часу Іt, кА, визначається з формули:

It = I_*t * Ін (3.58)

Аналогічно визначається і потужність для будь якої миті часу St, мВА:

St=І_*t*Sн (3.59)

При Х_*розр >3 струм КЗ змінюватись в часі не буде і тому в цих умовах зверхперехідний струм КЗ І", кА, буде дорівнювати струму КЗ, що встановиться через нескінченно довгий час після виникнення КЗ І , кА і тоді ці два однакових струми можуть бути позначені як незмінний струм КЗ Ік, кА, тобто будемо мати рівняння:

І” = І =Ік= (3.60)

Аналогічно для потужності будемо мати рівняння

S”= S =Sк= = (3.61)

де Іб - базисний струм, кА , розраховується для кожного ступеню напруги з формули (3.53), в якій в числівник замість Sн , MBA, ставлять Sб, MBA

Вихідні дані для визначення струмів КЗ можуть бути завдані одним з наступних способів:

1) сумарною номінальною потужністю джерел живлення Sн , мВА (потужність системи) і індуктивним опором цієї системи у відносних одиницях, Х_*с, приведеним до Sн системи, або в Омах, Хс, Ом.

Якщо індуктивний опір завданий в Омах, то його можна перерахувати на відносний, приведений до потужності системи, з формули

Х_*с=Хс (3.62)

де Uср - середнє значення напруги, кВ, тієї дільниці системи, де завдана її номінальна потужність Sc= Sн , мВА. Приведення Х_*с до базисних умов здійснюється за формулою:

Х_*б=Х_*і =Хс (3.63)

2) умовою, що заводська електромережа живиться від джерела нескінченно великої потужності, тобто Sc=Sн = . В цьому випадку внутрішній індуктивний опір системи дорівнює нулю і тоді струм і потужність КЗ не змінюватимуться в часі і можуть бути визначені з формул (3.56) і (3.57) при прийнятому значенні базисної потужності.

Якщо вести розрахунки в іменованих одиницях, то початкове значення періодичної складової струму КЗ І”, кА, можна визначити з формули:

І”=І =Ік= (3.64)

де rрез - результуючий (сумарний) активний опір від шин системи до точки КЗ, Ом;

хрез - результуючий (сумарний) індуктивний опір від шин системи до точки К.З., Ом.

Потужність коротких замикань в розрахункових точках S", мВА, визначиться за формулою:

S”= S =Sк= UcpІ” (3.65)

Де Uср - середнє значення напруги на тому ступені електромережі де знаходиться точка КЗ, кВ;

І - струм КЗ в точці КЗ розрахований за формулою (3.60), кА; 3) умовою потужності короткого замикання Sk, МBA, на шинах ТЕЦ або ГЗП з напругою Uср, кВ, на цих шинах. В цьому випадку можна знайти струм короткого замикання Ік, кА на цих шинах з формули:

Ік = (3.66)

Реактивний опір системи Хс, Ом, до шин з завданою Sk, МBA,

Хс= = (3.67)

Перехід до відносного значення опору системи, Х_*бс, приведеного до базисної потужності, здійснюється за формулою:

Х_*бс= = =Хс (3.68)

де І6 - базисний струм, кА, розраховується з формули

Іб= (3.69)

S6 - базисна потужність, мВА, яка може бути прийнята будь якою;

Us - базисна напруга, кВ, за яку приймають середнє значення напруги тієї ділянки схеми, на якій знаходяться точки КЗ.

Хс - реактивний опір системи в іменованих одиницях, Ом.

Відносний реактивний опір системи, приведений до базисних умов Х_*бс можна знайти і іншим способом:

Х_*бс= ; але Хс(Ом)= , а Хб(Ом)= ;

Тоді Х_*бс= * = (3.70)

4) типом вимикача, який встановлюється в живлячій електромережі і своєю паспортною розривною потужністю, або розривним струмом, що перевищує потужність і струм коротких замикань в електромережі, яку він вимикає.

В цьому випадку приймається, що зверхперехідний струм І” на шинах ГЗП або ТЕЦ, від яких живиться об'єкт , що проектується, дорівнює найбільшому струму, який може розірвати вимикач, тобто

І” = І =Ік=Іп.откл і S”= S =Sк = Sп.откл.

І тоді всі розрахунки струмів КЗ ведуться по формулам попереднього випадку: (3.62 - 3.66).

Щодо визначення ударного струму іу, кА, треба пам'ятати, що він в усіх випадках визначається з формули:

іу=Ку І” (3.71)

де Kу - ударний коефіцієнт, який в залежності бід співвідношення індуктивного і активного опорів в колі К.З. може змінюватись в межах 1,95 - 1,0. В більшості випадків він має значення близько 1,8. Точне значення можна підрахувати з формули:

Ку=1+е^-0,01/Та (3.72)

де е= 2,718 - основа натуральних логарифмів;

Та - стала часу перехідного процесу в колі з активним і індуктивним опорами, сек.

Ку можна також визначити з графіка в залежності від співвідношення (рисунок 4).

Рисунок 4 – Залежність ударного коефіцієнту Ку від співвідношення

х/r.

Часто користуються наближеними значеннями, які беруть з таблиці в залежності від того за якими елементами схеми знаходиться точка КЗ і яка потужність цих елементів. Такі таблиці також є в підручниках і довідниках, наприклад [1,359].

Якщо до точки КЗ безпосередньо (тобто без додаткових індуктивних опорів) під'єднані трифазні асинхронні короткозамкнені електродвигуни загальною потужністю не менше 1000 кВт, то до ударного струму КЗ, розрахованого за формулою (3.67), слід додати додаткову складову ударного струму, який посилають в точку К.З ці електродвигуни. Додаткова складова ударного струму від електродвигунів іу.дв, кА , обчислюється за формулою:

Іу.дв 6,5*Ін дв (3.73)

де Ін дв - номінальний сумарний струм всієї групи електродвигунів, кА.

Часто виникає необхідність визначите струм КЗ на виводах знижувального трансформатора, який живиться від системи нескінченної потужності, коли Sc>>50 Sтр-ра. В цьому випадку струм І”, кА, і потужність S’, мВА, визначаються з формул

І” = І =Ік=Інт (3.74)

S”= S =Sк=Sнт (3.75)

де Інт - номінальний струм трансформатора з низької сторони, де знаходиться точка КЗ, кА;

Sнт- номінальна потужність трансформатора, мВА;

- кратність короткого замикання;

Uк - напруга короткого замикання, %.

Аналогічно може бути визначений струм КЗ за реактором Ік, кА, з формули:

Ік=Ірн* * (3.76)

де Ірн - номінальний струм реактора, кА;

Хр%- реактивний опір реактора, %;

Uрн - номінальна напруга реактора, кВ.

Часто виникає необхідність обрати реактивний опір реактора з умови обмеження струму КЗ за реактором до межі, рівної розривним можливостям вимикача. Такий реактивний опір реактора Xр%, %, визначається з формули:

Хр% ( - Х_*б) *100 (3.77)

де Uб і Іб- базисні напруга, кВ і струм, кА, відповідно;

Uбн і Ірн - номінальні напруга, кВ і струм реактора, кА, відповідно;

Ік.доп - найбільший струм короткого замикання за реакто­ром, кА, який обирають рівним найбільшому розривному струму вимикача Іп.откл, кА;

Х_*б - відносне значення сумарного індуктивного опору до реактора, приведеного до базисної потужності.

Остаточна напруга Uост, %, перед реактором при КЗ за реактором підраховується за формулою;

Uост= (3.78)

де І” - зверхперехідний струм КЗ за реактором, кА;

Хр%- реактивний опір реактора, %;

Ірн - номінальний струм реактора, кА.

Підрахована за формулою (3.74) напруга повинна бути не менш як 70% від номінальної напруги (Uн ), на даній ділянці схеми.

При перерахунках струмів К.З. в електромережах нижче 1000 В, а також і в електромережах вище 1000 В, якщо розрахунки ведуть в іменованих одиницях, часто виникає необхідність перерахування активних та індуктивних опорів з одного ступеню напруги на інший.

При переході з вищого ступеню напруги на нижчий треба результуючий опір розділити на К², а при переході з нижчого на вищий - помножити результуючий опір на К², де К є коефіцієнтом трансформації трансформатора.

В електромережах напругою до 1000 В, напругу (U) виражають у вольтах (В); потужність (S) в киловольтамперах (кВА), а опори ( r і х) в міліомах (мОм). Тоді розмірність струму (І ) залишається в кілоамперах (кА).