3.2.11 Выбор высоковольтного кабеля

Сечения жил высоковольтных кабелей выбираются по экономической плотности тока и проверяются по нагреву и термической стойкости при КЗ.

Сечение жилы кабеля по экономической плотности тока F_э, мм², определяется по выражению [8, с. 222]:

, (59)

где I_р – расчетный ток кабеля в нормальном режиме работы, А;

j_э – экономическая плотность тока, А/мм²: принимается по таблицам в зависимости от времени использования максимальной нагрузки T_max, вида изоляции и материала проводника жил [8, с. 226, табл. 3.7].

Величина тока в нормальном режиме работы вычисляется по формуле:

, (60)

где S_р – расчетная нагрузка линии (мощность выбранного силового трансформатора), кВА.

Выбранный кабель необходимо проверить по потере напряжения. Потери напряжения в линии электропередач ΔU, %, находится по формуле:

, (61)

где l – длина питающей линии, км;

r₀ и x₀ – удельное активное и индуктивное сопротивление линии, Ом/км [4, с. 124];

cosφ – коэффициент мощности нагрузки линии , о.е.

Необходимо определить расчетный ток линии ВН, выбирать сечение кабеля, проверить выбор по падению напряжения.

3.2.12 Расчет токов короткого замыкания

Рассчитать токи короткого замыкания производится в следующей последовательности [9, с. 58]:

1) составляется расчетная схема, определяются параметры элементов расчетной схемы, определяются расчетные точки КЗ;

2) по расчетной схеме составляется схема замещения, рассчитываются сопротивления всех элементов схемы;

3) для выбранных точек КЗ определяются токи трехфазного, двухфазного и однофазного КЗ, ударные токи КЗ;

4) производиться проверка выбранных аппаратов защиты на условие успешного срабатывания и на электродинамическую устойчивость при КЗ.

Схема замещения представляет собой вариант расчетной схемы, в которой все элементы заменены сопротивлениями, а магнитные связи электрическими. Точки КЗ выбираются на ступенях распределения и на конечном электроприемнике. Точки КЗ нумеруются сверху вниз, начиная от источника.

Для определения токов КЗ используются следующие соотношения [9, с. 58]:

- ток трехфазного КЗ, кА, вычисляется по выражению:

, (62)

где U_ср – средненоминальное напряжение сети в точке КЗ, кВ;

z_к – полное сопротивление до точки КЗ, Ом.

- ток двухфазного КЗ, кА:

(63)

- ток однофазного КЗ, кА:

, (64)

где U_к.ф – фазное напряжение сети в точке КЗ, кВ;

z_n – полное сопротивление петли «фаза-нуль» до точки КЗ, Ом;

– полное сопротивление трансформатора однофазному КЗ, Ом.

- ударный ток, кА:

, (65)

Значение ударного коэффициента находят по графикам [9, с. 59, рис. 1.9.1] в зависимости от r_к/x_к.

Сопротивления элементов схем замещения определяются следующим образом:

- для силовых трансформаторов по таблице [9, с. 61, табл. 1.9.1] или расчетным путем из соотношений:

, (66)

, (67)

, (68)

где ΔP_кз – потери КЗ в трансформаторе, кВт;

u_кз – напряжение КЗ трансформатора, %;

S_т – номинальная полная мощность трансформатора, кВ∙А;

U_нн – номинальное напряжение вторичной обмотки (низкого напряжения) трансформатора, кВ.

- для токовых трансформаторов принимаются по таблице [9, с. 61, табл. 1.9.2] в зависимости от коэффициента трансформации;

- для коммутационных и защитных аппаратов по таблице [9, с. 61, табл. 1.9.3] в зависимости от номинального тока аппарата;

- для ступеней распределения по таблице [9, с. 62, табл. 1.9.4];

- для линий электроснабжения кабельных, воздушных и шинопроводов из соотношений:

, (69)

, (70)

где r₀ и x₀ – удельные активное и индуктивное сопротивления, мОм/м;

l – длина линии, м

Удельные сопротивления определяются по таблица [9, с. 62, табл. 1.9.5-1.9.7]. При отсутствии данных r₀ можно определить расчетным путем:

, (71)

где S – сечение провода или жилы кабеля, мм²;

γ – удельная проводимость, м/(Ом∙мм²), принимается:

для меди γ = 54,4 м/(Ом∙мм²), для алюминия γ = 30 м/(Ом∙мм²).

При отсутствии данных x₀ для воздушных линий приближенно можно принять x₀ = 0,4 мОм/м, а для кабельных линий – x₀ = 0,06 мОм/м.

Удельное активное сопротивление петли «фаза-нуль» для любых линий определяется по формуле:

(72)

Преобразование схемы для определения токов КЗ сводится к сложению последовательно соединенных активных и индуктивных сопротивлений:

, (73)

, (74)

где n – число элементов в цепи КЗ.

Полное сопротивление до точки КЗ определяется по формуле:

(75)

На величину тока КЗ могут оказать влияние асинхронные двигатели мощностью более 100 кВт с напряжением до 1 кВ в сети, если они подключены вблизи места КЗ. Объясняется это тем, что при КЗ резко снижается напряжение, а АД, вращаясь по инерции, генерирует ток в месте КЗ. Это ток быстро затухает, а поэтому учитывается в начальный момент при определении периодической составляющей и ударного тока:

, (76)

, (77)

где – номинальный ток одновременно работающих АД.

Выбранные аппараты защиты в сетях напряжением до 1 кВ проверяются по условию их успешного срабатывания при однофазном КЗ. Для этого должен превышать не менее, чем в 3 раза (в помещениях с нормальной средой) или в 6 раз (в электроустановках во взрывоопасных зонах) номинальный ток номинальный ток нерегулируемого расцепителя или уставку тока регулируемого расцепителя автоматического выключателя, имеющего обратно зависимую от тока характеристику:

(78)

Если указанные требования не удовлетворяются, то отключение однофазных КЗ в сети до 1 кВ должно обеспечиваться специальной защитой.

Выбранные аппараты защиты проверяются на электродинамическую устойчивость по условию:

(79)

где – максимально допустимый ток аппарата, определяемый заводом-изготовителем, кА.

Полученные результаты расчета токов КЗ заносятся в сводную ведомость токов КЗ (таблица 19).

Таблица 19 – Сводная ведомость токов короткого замыкания

Точка КЗ	Электро-приемник	l, м	, мОм	, мОм	, мОм	, кА	, кА	, мОм	, кА	iу, кА	, кА
К1	Н-6	210	63,95	26,01	69,04	3,34	2,91	63,31	3,78	6,01	50