6.2 Коротке замикання в мережах напругою до 1кВ

У мережах до 1кВ варто враховувати активні і індуктивні опори елементів ланки кз. Силових трансформаторів струму, струмових котушок автоматичних вимикачів, різних контактних з’єднань, дуги в місці кз. Розрахунок струмів кз у мережах і установках напругою до 1кВ зручніше вести в іменованих величинах, виражаючи опір елементів у мОм.

Через віддаленість місця кз у мережі до 1кВ від джерела живлення періодична складова струму кз незмінна в часі. Фізично це обумовлюється тим, що кз у мережі до 1кВ через великий індуктивний опір цехового трансформатора сприймається в мережі від 6-10кВ, як невелике збільшення навантаження, невідчутне в мережі до 110кВ.

Опір системи, що відноситься до її потужності, складається з послідовно з’єднаних елементів і генераторів, трансформаторів, що змінюють напругу, ліній електропередачі.

Коли необхідні дані про енергосистему відсутні, розрахунок проводиться по граничному струмові вмикання I_відкл вимикачів, встановлених на шинах зв’язку з енергосистемою. Струм відключення I_відкл порівнюється зі струмом кз I_к, і звідси визначається опір х_с (при живленні кз від енергосистеми, потужність якої значно перевищує потужність силових трансформаторів цеху), в результаті незмінності напруги на шинах системи амплітуда періодичної складової струму кз в часі не змінюється і її діюче значення протягом цього процесу кз також залишається незмінним, тобто I_k=I_по⁽³⁾=I_nt⁽³⁾=I_n∞⁽³⁾.

При визначенні струмі кз у мережах напругою до 1кВ варто враховувати, що цехові ТП випускаються комплектними і їхнє устаткування (шафи високої та низької напруги з встановленими в них вимикачами, трансформатор струму, шинами і іншими елементами) розраховано на тривалий номінальний режим роботи і відповідає стійкості до струмів кз у мережі низької напруги трансформатор даної потужності. Якщо в цеховій електричній мережі застосувати комплектні магістральні і розподільні шинопроводи, то підбір їх по номінальному струму дозволяє, як правило і задовольнити вимоги стійкості до дії струму кз.

Визначаємо опір системи:

На вищій стороні:

На нижчій стороні:

S_k – потужність відключення вимикача по каталогу;

I_k – струм кз приведений до напруги U_cp.

Сумарний опір планки струму КЗ значною мірою визначається опором цехового трансформатора. Ріст одиничної потужності цехових трансформаторів (1600,2500 кВА) призводить до збільшення струмів КЗ в мережі до 1кВ і необхідні більш тверді вимоги до цехових мереж з точки зору стійкості її до дії струму КЗ.

Повний активний та індуктивний опір цехового трансформатора приведені до ступеня нижчого опору, виражені формулами в мОм:

U_к – напруга кз, %;

S_н.тр – номінальна потужність трансформатора, кВА;

∆Р_к – втрати кз в трансформаторі, кВт;

∆U_н.тр – номінальна напруга на стороні низької напруги трансформатора, кВ;

Перехідний опір в мережі до 1кВ можна представляти у вигляді двох складових:

r_пер = r_пер1+r_пер2 , де

r_пер1 – сумарний опір всіх перехідних контактів, струмових обмоток вимикачів, реле та обмоток трансформаторів струму;

r_пер2 – опір дуги в місці КЗ.

Сумарний опір:

r_пер1 = r_к + r_а + r_т.тр , де

r_к – перехідний опір контактного з’єднання струмоведучих шин;

r_a – опір автоматичних вимикачів, який складається з опору котушок роз’ємників.

r_т.тр – опір обмотки трансформатора струму.

Сумарний опір визначається номінальними струмами вимикача трансформатора струму і не залежіть від їх типу.

Опір дуги в місці кз r_пер визначається по формулі:

Е_д – напруженість електричного поля в місці горіння дуги, яку можна приймати 1,5 В/мм;

l_д – довжина дуги, мм (подвоєна відстань між фазами мережі в місці кз)

I_к – струм трьохфазного кз.

В практичних розрахунках можна використовувати значення r_пер.

Перехідні опори для мереж до 1кВ для точок кз:

r_пер1=1,6 мОм

r_пер2=3,22 мОм

r_пер3=6,18 мОм

Схема заміщення для розрахунку струмів кз являє собою ланцюг послідовно з‘єднаних активних і індуктивних опорів.

Для шинопровода ШРА:

Для кабелю:

Розрахунок струмів короткого замикання здійснюється для вибору і перевірки струмоведучих пристроїв і апаратів цехової мережі на стійкість до дії струмів КЗ в найбільш захищеній точці. В мережах з ізольованою нейтраллю електромагнітний розчеплювач автоматичного вимикача перевіряють по кратності струму двох фазного кз. К мережах з глухо заземленою нейтраллю – по кратності однофазного струму. перевірка на динамічну стійкість до струмів кз здійснюється по максимальному миттєвому значенню ударного струму кз через півперіод (0,1сек). При цьому місце кз знаходиться безпосередньо після апарату який перевіряється.

Для К1:

Для К2:

Для К 3:

Незалежно від режиму нейтралі в цехових мережах найбільш тяжким режимом є режим трифазного кз.

Діюче значення періодичної складової трифазного струму кз без врахування впливу безпосередньо приєднаних АД може бути визначене за формулами:

Ударний струм трифазного кз визначається за формулою:

Стала часу визначається:

x_∑, r_∑ - відповідно сумарні індуктивні та активні опори схеми від джерела живлення до місця кз.

к_уд – ударний коефіцієнт для часу t=0,01 сек.

Значення к_уд в мережах 1 кВ менша ніж у мережах вище 1 кВ, через активний опір ланцюга кз, який викликає швидке погашення А- періодичної складової струму кз. Значення ударного коефіцієнта можна визначити за спеціальними кривими або розрахунком в залежності від відношення або сталою часу погашення А-періодичною складовою.

При визначенні струмів кз в мережах напругою до 1кВ необхідно враховувати, що цехові ТП випускаються комплектними і їх обладнання (шафи високої і низької напруги, зі встановленими в них вимикачами, трансформаторами струму, шинами та іншими елементами) розраховано на довгий номінальний режим роботи і відповідає вимогам стійкості до струмів Кз в мережах низької напруги трансформатора даної потужності, якщо в цеховій електричній мережі використовуються комплектні магістральні і розподільчі шино проводи та їх підбір за номінальним струмом дозволяє як правило, задовольняти і вимагати стійкості до дії струму кз.