Расчет токов короткого замыкания в низковольтной сети

 

В системах электроснабжения промышленных предприятий электрические сети до 1 кВ имеют наибольшую протяженность, поэтому на них приходится большая доля возникающих КЗ.
В связи с этим защитная аппаратура и токоведущие части электроустановок должны надежно работать в режиме КЗ.

Расчет токов КЗ в низковольтной сети производится для проверки защитной аппаратуры по отключающей способности
и чувствительности, а также для проверки шинопроводов по термической и электродинамической стойкости. Для этого рассчитываются токи трехфазного КЗ на выходе защитных аппаратов, токи однофазного КЗ в конце защищаемой зоны аппарата защиты, ток трехфазного КЗ и ударный ток КЗ i_у в начале шинопровода.

Расчет токов КЗ в электрических сетях до 1 кВ имеет ряд особенностей.

При расчете токов КЗ в низковольтной сети следует учитывать:

1) индуктивные сопротивления всех элементов короткозамкнутой цепи, включая силовые трансформаторы, проводники, трансформаторы тока, реакторы, токовые катушки автоматических выключателей;

2) активные сопротивления элементов короткозамкнутой цепи;

3) активные сопротивления различных контактов и контактных соединений;

4) значения параметров синхронных и асинхронных электродвигателей.

Коэффициенты трансформации силовых трансформаторов допускается принимать равными отношению средних номинальных напряжений тех ступеней напряжения сетей, которые связывают трансформаторы. При этом следует использовать шкалу средних номинальных напряжений.

Токи КЗ в электрических сетях напряжением до 1 кВ рекомендуется рассчитывать в именованных единицах.

Активные и индуктивные сопротивления всех элементов схемы замещения рекомендуется выражать в миллиомах.

Для определения суммарных сопротивлений до точки КЗ необходимо составить расчетную схему, на которой приводятся технические характеристики цеховых трансформаторов (тип, схема соединения обмоток, номинальная мощность, номинальные напряжения обмоток, напряжение КЗ трансформатора
и мощность потерь КЗ), марка кабелей, сечения и длины линий, типы и номинальные токи защитных аппаратов, точки КЗ.

Пример расчетной схемы приведен на рис. 13.

 

 

Рис. 13. Расчетная схема

 

Далее на основании расчетной схемы составляются схемы замещения прямой и нулевой последовательностей, представленные на рис. 14 и 15 соответственно.

 

 

Рис. 14. Схема замещения прямой последовательности: x_с – эквивалентное сопротивление системы; R_т, x_т – активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности цехового трансформатора; R_кв, x_кв – активное и индуктивное сопротивления токовых катушек автоматических выключателей; R_л, x_л – активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности кабельных линий; R_к – активное сопротивление различных контактов

 

 

Рис. 15. Схема замещения нулевой последовательности: R_0т, x_0т – активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности цехового трансформатора; R_0л, x_0л – активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности кабельных линий; R_д – сопротивление дуги в месте короткого замыкания

 

При расчете токов КЗ в электроустановках, получающих питание непосредственно от сети энергосистемы, допускается считать, что силовые трансформаторы подключены к источнику неизменного по амплитуде напряжения через эквивалентное индуктивное сопротивление системы. Значение этого сопротивления в миллиомах, приведенное к ступени низшего напряжения сети, определяется по формуле:

, (76)

 

где U_НН.ср – среднее номинальное напряжение сети, подключенной к обмотке низшего напряжения трансформатора, В; U_ВН.ср – среднее номинальное напряжение сети, к которой подключена обмотка высшего напряжения трансформатора, В; – действующее значение периодической составляющей тока при трехфазном КЗ у выводов обмотки высшего напряжения трансформатора, кА; S_к – условная мощность короткого замыкания у выводов обмотки высшего напряжения трансформатора, МВА.

Активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности силовых трансформаторов в миллиомах, приведенные к ступени низшего напряжения сети, определяются по формулам:

 

; (77)

 

, (78)

 

где S_ном.т – номинальная мощность трансформатора, кВА; P_к – потери КЗ в трансформаторе, кВт; U_НН.ном – номинальное напряжение обмотки низшего напряжения трансформатора, кВ; U_к – напряжение КЗ трансформатора, %.

Активные и индуктивные сопротивления нулевой последовательности силовых трансформаторов, обмотки которых соединены по схеме D/Y_0, при расчете токов КЗ в низковольтной сети следует принимать равными соответственно активным и индуктивным сопротивлениям прямой последовательности. При других схемах соединения обмоток трансформаторов активные и индуктивные сопротивления нулевой последовательности необходимо принимать в соответствии с указаниями заводов-изготовителей.

Активные и индуктивные сопротивления прямой и нулевой последовательностей шинопроводов приведены в табл. 17.

Таблица 17

 

Параметры комплектных шинопроводов

 

Тип шинопровода	Номинальное напряжение, кВ	Номинальный ток, А	Сопротивление фазы, мОм/м	Сопротивление нулевого проводника, мОм/м
rш	xш	r0ш	x0ш
ШМА4-1250	0, 38/0, 66		0, 034	0, 016	0, 054	0, 053
ШМА4-1650	0, 38/0, 66		0, 030	0, 014	0, 037	0, 042
ШМА4-3200	0, 38/0, 66		0, 010	0, 005	0, 064	0, 035
ШМА68П	0, 38/0, 66		0, 020	0, 020	0, 070	0, 045
ШМА68П	0, 38/0, 66		0, 013	0, 015	0, 070	0, 045
ШРА73	0, 38		0, 210	0, 210	0, 12	0, 210
ШРА73	0, 38		0, 150	0, 170	0, 162	0, 164
ШРА73	0, 38		0, 100	0, 130	0, 162	0, 164

 

Активные и индуктивные сопротивления прямой и нулевой последовательностей кабелей приведены в табл. 18 – 21.

 

Таблица 18

 

Параметры кабелей с алюминиевыми жилами

в алюминиевой оболочке

 

Сечение токопроводящей жилы, мм2	Сопротивление трехжильного кабеля, мОм/м
r1 = r2	x1 = x2	r0	x0
3´ 4	9, 61	0, 092	10, 95	0, 579
3´ 6	6, 41	0, 087	7, 69	0, 523
3´ 10	3, 84	0, 082	5, 04	0, 461
3´ 16	2, 4	0, 078	3, 52	0, 406
3´ 25	1, 54	0, 062	2, 63	0, 359
3´ 35	1, 1	0, 061	2, 07	0, 298
3´ 50	0, 769	0, 06	1, 64	0, 257
3´ 70	0, 549	0, 059	1, 31	0, 211
3´ 95	0, 405	0, 057	1, 06	0, 174
3´ 120	0, 32	0, 057	0, 92	0, 157
3´ 150	0, 256	0, 056	0, 78	0, 135
3´ 185	0, 208	0, 056	0, 66	0, 122
3´ 240	0, 16	0, 055	0, 553	0, 107

 

Таблица 19

 

Параметры кабелей с алюминиевыми жилами

в свинцовой оболочке

 

Сечение токопроводящей жилы, мм2	Сопротивление трехжильного кабеля, мОм/м
r1 = r2	x1 = x2	rс	x0
3´ 4	9, 61	0, 092	11, 6	1, 24
3´ 6	6, 41	0, 087	8, 38	1, 2
3´ 10	3, 84	0, 082	5, 78	1, 16
3´ 16	2, 4	0, 078	4, 32	1, 12
3´ 25	1, 54	0, 062	3, 44	1, 07
3´ 35	1, 1	0, 061	2, 96	1, 01
3´ 50	0, 769	0, 06	2, 6	0, 963
3´ 70	0, 549	0, 059	2, 31	0, 884
3´ 95	0, 405	0, 057	2, 1	0, 793
3´ 120	0, 32	0, 057	1, 96	0, 742
3´ 150	0, 256	0, 056	1, 82	0, 671
3´ 185	0, 208	0, 056	1, 69	0, 606
3´ 240	0, 16	0, 055	1, 55	0, 535

 

Таблица 20

 

Параметры кабелей с алюминиевыми жилами

в непроводящей оболочке

 

Сечение токопроводящей жилы, мм2	Сопротивление трехжильного кабеля, мОм/м
r1 = r2	x1 = x2	r0	x0
3´ 4	9, 61	0, 092	11, 7	2, 31
3´ 6	6, 41	0, 087	8, 51	2, 274
3´ 10	3, 84	0, 082	5, 94	2, 24
3´ 16	2, 4	0, 078	4, 5	2, 2
3´ 25	1, 54	0, 062	3, 64	2, 17
3´ 35	1, 1	0, 061	3, 3	2, 14
3´ 50	0, 769	0, 06	2, 869	2, 08
3´ 70	0, 549	0, 059	2, 649	2, 07
3´ 95	0, 405	0, 057	2, 505	2, 05
3´ 120	0, 32	0, 057	2, 42	2, 03
3´ 150	0, 256	0, 056	2, 36	2, 0

 

Таблица 21

 

Параметры кабелей с медными жилами в стальной оболочке

 

Сечение токопроводящей жилы, мм2	Сопротивление трехжильного кабеля, мОм/м, при температуре жилы 65 °С
r1 = r2	x1 = x2	r0	x0
3´ 6	3, 54	0, 094	4, 07	1, 69
3´ 10	2, 13	0, 088	2, 66	1, 65
3´ 16	1, 33	0, 082	1, 86	1, 61
3´ 25	0, 85	0, 082	1, 38	1, 57
3´ 35	0, 61	0, 079	1, 14	1, 54
3´ 50	0, 43	0, 078	0, 96	1, 51
3´ 70	0, 3	0, 065	0, 83	1, 48
3´ 95	0, 22	0, 064	0, 75	1, 45
3´ 120	0, 18	0, 062	0, 71	1, 43
3´ 150	0, 14	0, 061	0, 67	1, 41
3´ 185	0, 115	0, 061	0, 65	1, 39
3´ 240	0, 089	0, 06	0, 62	1, 36

 

Значения переходных сопротивлений контактных соединений кабелей, разъемных контактов коммутационных аппаратов
и шинопроводов приведены соответственно в табл. 22 – 24.

 

Таблица 22

 

Сопротивления контактных соединений кабелей

 

Сечение алюминиевого кабеля, мм2
Сопротивление, мОм	0, 085	0, 064	0, 056	0, 043	0, 029	0, 027	0, 024	0, 021	0, 012

 

 

Таблица 23

 

Приближенные значения сопротивлений разъемных контактов

коммутационных аппаратов напряжением до 1 кВ

 

Номинальный ток аппрата, А	Активное сопротивление, мОм, разъемных соединений
автоматического выключателя	рубильника	разъединителя
	1, 30	–	–
	1, 00	–	–
	0, 75	0, 50	–
	0, 65	–	–
	0, 60	0, 40	–
	0, 40	0, 20	0, 20
	0, 25	0, 15	0, 15
	0, 12	0, 08	0, 08
	–	–	–

 

Таблица 24

 

Сопротивления контактных соединений шинопроводов

 

Номинальный ток, А
Серия шинопроводов	ШРА-73	ШРА-73	ШРА-73	ШМА-73	ШМА-68Н	ШМА-68Н
Сопротивление контактного соединения, мОм	0, 009	0, 006	0, 004	0, 003	0, 002	0, 001

 

При приближенном учете сопротивлений контактов принимают: r_к = 0, 1 мОм – для контактных соединений кабелей;
r_к = 0, 01 мОм – для шинопроводов; r_к = 1, 0 мОм – для коммутационных аппаратов.

Расчет токов КЗ в сетях напряжением до 1 кВ следует проиводить с учетом активных и индуктивных сопротивлений катушек (расцепителей) максимального тока автоматических выключателей, принимая значения активных и индуктивных сопротивлений нулевой последовательности равными соответствующим сопротивлениям прямой последовательности. Значения сопротивлений катушек расцепителей и контактов некоторых автоматических выключателей приведены в табл. 25.

 

Таблица 25

Сопротивления катушек и контактов

автоматических выключателей

 

Номинальный ток выключателя, А	Сопротивление катушки и контакта, мОм
rкв	xкв
		4, 50
	3, 50
	2, 15	1, 20
	1, 30	0, 70
	1, 10	0, 50
	0, 65	0, 17
	0, 41	0, 13
	0, 25	0, 10
	0, 14	0, 08
	0, 13	0, 07
	0, 10	0, 05

 

При определении минимального значения тока КЗ следует учитывать влияние на ток КЗ активного сопротивления электрической дуги в месте КЗ. Приближенные значения активного сопротивления дуги приведены в табл. 26.

Таблица 26

 

Значения активного сопротивления дуги

 

Расчетные условия КЗ	Активное сопротивление дуги rд, мОм, при КЗ за трансформатором мощностью, кВА
КЗ вблизи выводов низшего напряжения трансформатора: - в разделке кабелей напряжением:
0, 4 кВ
0, 525 кВ				4, 5	3, 5	2, 5
0, 69 кВ
- в шинопроводе ШМА напряжением:
0, 4 кВ	–	–	–
0, 525 кВ	–	–	–		3, 5	2, 5
0, 69 кВ	–	–	–
КЗ в конце шинопровода ШМА длиной 100–150 м напряжением:
0, 4 кВ	–	–	–	6 – 8	5 – 7	4 – 6
0, 525 кВ	–	–	–	5 – 7	4 – 6	3 – 5
0, 69 кВ	–	–	–	4 – 6	3 – 5	2 – 4

При электроснабжении электроустановки от энергосистемы через понижающий трансформатор начальное действующее значение периодической составляющей трехфазного тока КЗ в килоамперах без учета подпитки от электродвигателей определяется по формуле:

, (79)

 

где U_НН.ср – среднее номинальное напряжение сети, в которой произошло короткое замыкание, В; r_1Σ и x_1Σ – суммарные активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности цепи КЗ до точки КЗ соответственно, мОм.

Значение периодической составляющей тока однофазного КЗ от системы в килоамперах рассчитывается по формуле:

 

, (80)

 

где r_0Σ и x_0Σ – суммарные активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности цепи КЗ до точки КЗ соответственно, мОм.

Ударный ток КЗ определяется по формуле (74).

 

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. DFD - диаграмма потоков данных
2. I. Ток срабатывания пусковых токовых реле МНЗ.
3. I. Токовая отсечка (ТО) на линиях с односторонним питанием.
4. XVII. РУДНИЧНЫЙ ВОЗДУХ И ВЕНТИЛЯЦИОННЫЕ СЕТИ ШАХТ
5. Анализ движения денежных потоков
6. Аппаратная реализация передачи данных по сети.
7. Архитектура современной цифровой сети
8. Виды информационных потоков. Взаимосвязь информационных и материальных потоков
9. Внутренней (холодной) водопроводной сети
10. Входной контроль фундаментов и анкеров контактной сети
11. Выбор и обоснование технических параметров разрабатываемой сети.
12. Выбор оборудования внутрицеховой сети