1.6. Расчет токов короткого замыкания в относительных единицах.

Короткие замыкания вследствие повреждения изоляции или неправильного действия персонала являются основными причинами нарушения нормальной работы электрооборудования. Часто электрооборудование выходит из строя, требуется время на его замену и устранение последствия короткого замыкания. Поэтому для снижения ущерба, быстрого восстановления нормального режима работы системы электроснабжения необходимо правильно определить токи короткого замыкания и по ним выбрать электрооборудование, защитную аппаратуру и, при необходимости, средства ограничения токов короткого замыкания.

Короткие замыкания могут быть трех-, двух- и однофазные на землю в сетях с глухо заземленной нейтралью или трех- и двухфазные короткие замыкания и однофазные замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью, а также

двойные замыкания на землю двух разных фаз в различных точках сети с изолированной нейтралью.

Таблица 1.5. – Величины сопротивлений железнодорожных рельсов электрическому току.

Ток, про­- текающий по рельсу, А		Тип рельсов
		Р-65		Р-50		Р-43
		активное сопро­- тивление, Ом/км	индук-­ тивное сопро-­ тивление, Ом/км	активное сопро­- тивление, Ом/км	индук­- тивное сопро­- тивление, Ом/км	активное сопро­- тивление, Ом/км	индук-­ тивное сопро­- тивление, Ом/км
Сопротивление одной нитки рельсов однофазному переменному току 50 Гц без учета сопротивлений стыков
0	1,124			0,143		0,160
100	0,137			0,159		0,181
200	0,185			0,220		0,256
300	0,220			0,260		0,302
Сопротивление одной нитки рельсов однофазному переменному току 50 Гц с учетом сопротивлений стыков
0	0,15			0,17		0,19
100	0,16			0,18		0,21
200	0,20			0,24		0,28
300	0,25			0,29		0,33
Сопротивление одной нитки рельсов постоянному току без учета сопротивлений стыков
0	0,025			0,033		0,038
Сопротивление одной нитки рельсов постоянному току с учетом сопротивления стыков
0	0,033			0,039		0,046

В любом случае расчетным видом короткого замыкания для выбора и проверки электрооборудования является трехфазное короткое замыкание. Но для выбора и проверки уставок релейной защиты и автоматики требуется определение и несимметричных токов короткого замыкания.

Так как расчет токов короткого замыкания с учетом действительных режимов работы всех элементов системы электроснабжения сложен, для решения большинства практических задач без значительных и существенных погрешностей принимают допущения:

• не учитывается сдвиг по фазе ЭДС различных источников, входящих в расчетную схему;

• трехфазная сеть принимается симметричной;

• не учитываются токи нагрузки;

• не учитываются емкости, а значит, и емкостные токи воздушных и кабельных сетей;

• не учитывается насыщение магнитных систем, что дает возможность считать постоянными и независящими от тока индуктивные сопротивления всех элементов электрической сети;

не учитываются токи намагничивания трансформаторов.

Таблица 1.6 - Технические данные контактных приводов.

Данные контактного провода, А	Тип проводов
	ТФ-65	ТФ-85	ТФ-100	ТФ-150
Длительно допустимый ток, А	455	595	700	810
Активное сопротивление, Ом/км	0,275	0,211	0,179	0,118
Индуктивное сопротивление,Ом/км	0,157	0,157	0,157	0,157

В зависимости от мощности источника питания могут быть два случая возникновения короткого замыкания в цепях, питающихся от системы бесконечной мощности, когда при замыкании напряжение на шинах остается неизменным, и в цепях, подключенных к источнику ограниченной мощности, где имеет место сильное снижение напряжения при коротком замыкании.

Основным случаем является питание потребителей от источника неограниченной мощности — энергосистемы. В этом случае можно считать, что в точке короткого замыкания амплитуда периодической составляющей тока короткого замыкания не изменяется во времени, а значит остается неизменным и ее действующее значение в течении всего процесса короткого замыкания.

Для расчета токов короткого замыкания составляется расчетная схема системы электроснабжения и на ее основе схема замещения. Расчетная схема — это упрощенная однолинейная схема, на которой указывают все элементы системы электроснабжения и их параметры, влияющие на ток короткого замыкания, указываются точки, в которых не обходимо определить токи короткого замыкания. Таким образом, схем замещения представляет собой электрическую схему, в которой все магнитные связи заменены электрическими и все элементы системы электроснабжения представлены сопротивлениями. При расчетах токов короткого замыкания в установках напряжением выше 1 кВ активные сопротивления элементов схемы электроснабжения не учитываются, если, R_Σ < (Х _Σ /3), где R_Σ и Х _Σ — суммарные активные и реактивные сопротивления элементов схемы электроснабжения до точки короткого замыкания.

Расчет токов короткого замыкания может выполняться в именованных или относительных единицах. При расчетах в именованных единицах для определения тока короткого замыкания необходимо привести все электрические величины к напряжению той ступени, на которой имеет место короткое замыкание, то есть с учетом коэффициентов трансформации последовательно включенных трансформаторов.

При расчетах в относительных единицах все величины сравнивают с базисными, в качестве которых принимают базисную мощность S_б и базисное напряжение U_б . За базисную мощность принимают мощность одного трансформатора ГПП или условную единицу мощности, например, 100 или 1000.MB • А.

В качестве базисного напряжения принимают среднее напряжение той ступени, на которой имеет место короткое замыкания (Ucp.= 6,3; 10,5; 37; 115; 230 кВ). Сопротивления элементов схемы электроснабже­ния приводятся к базисным условиям.

1.6.1. Составляем схему к расчетам токов короткого замыкания, схему замещения. На схеме указываем все необходимые данные электрооборудования, линий электропередачи.

1.6.2 Выбираем и определяем базисные условия.

1.6.2.1. За базисную мощность принимаем значения

Sб = 100,1000 MB · A.

1.6.2.2. За базисное напряжение U_б принимаем величину напряжения той точки схемы, где происходит короткое замыкание.

1.6.2.3. Базисный ток определяется:

Iб =	Sб	;
	Uб

где I_б – базисный ток, кА;

S_б – базисная мощность, МВ · А;

U_б – базисное напряжение, кВ.

1.6.3. По схеме замещения определяем сопротивления элементов электрической цепи в относительных единицах, которые приводим к базисным условиям.

1.6.3.1. Сопротивление системы:

X* б.с. = Xс. ·	Sб	;
	Sс

где X_{* б.с.}- индуктивное сопротивление системы в относительных единицах, приведенное к базисным условиям;

X_с. - индуктивное сопротивление системы, Ом, определяемое как

Xс. =	Uс2	,
	Sс

где U_с- напряжение на отходящих шинах системы, кВ;

S_с – мощность системы, МВ · А.

1.6.3.2. Сопротивление воздушной линии от подстанции системы до ГПП предприятия.

Индуктивное сопротивление:

X* б.л. 1 = X0 L1	Sб	,
	Uс2

где X_{* б.л. 1} - индуктивное сопротивление воздушной линии электропередачи от подстанции системы до подстанции предприятия в относительных единицах, приведенное к базисным условиям;

X₀ – удельное индуктивное сопротивление воздушной линии, Ом/км, принимаемое для

воздушных линий 6…220 кВ X₀ = 0,4 Ом/км;

кабельных линий 3…10 кВ X₀ = 0,08 Ом/км;

кабельных линий 35 кВ и выше X₀ = 12 Ом/км;

L₁ – длина воздушной линии, км;

S_б – базисная мощность, МВ · А;

U_с – напряжение, под которым находится линия электропередачи, кВ.

Активное сопротивление:

R* б.л. 1 = γ0 L1	Sб	,
	Uб2

где R_{* б.л. 1} - активное сопротивление воздушной линии электропередачи в относительных единицах, приведенное к базисным условиям;

γ₀ – удельное активное сопротивление воздушной линии, принимаемое в зависимости от сечения провода воздушной линии из табл. 1.7.

1.6.3.3. Сопротивление трансформаторов.

Индуктивное сопротивление:

X* б.т. 1 =	Uк %	·	Sб	,
	100		Sт. ном.