Расчет токов короткого замыкания

Для электроустановок характерны четыре режима работы:

· нормальный;

· аварийный;

· послеаварийный;

· ремонтный.

Электрооборудование выбирается по параметрам продолжительных режимов и проверяется по параметрам кратковременных режимов, определяющим из которых является режим короткого замыкания (КЗ).

Короткое замыкание – всякое случайное или преднамеренное, не предусмотренное нормальным режимом работы, электрическое соединение различных точек электроустановки между собой или землей, при котором токи в ветвях электроустановки резко возрастают, превышая наибольший допустимый ток продолжительного режима.

По режиму КЗ электрооборудование проверяется на электродинамическую и термическую стойкость, а коммутационные аппараты – также на коммутационную способность.

При проверке электрических аппаратов и жестких проводников вместе с относящимися к ним поддерживающими и опорными конструкциями на электродинамическую стойкость расчетным видом КЗ является трехфазное КЗ. При этом допускается не учитывать механические колебания шинных конструкций.

При проверке проводников и электрических аппаратов на термическую стойкость расчетным видом КЗ в общем случае является трехфазное КЗ.

При проверке электрических аппаратов на коммутационную способность расчетным видом КЗ может быть трехфазное или однофазное КЗ в зависимости от того, при каком виде КЗ ток КЗ имеет наибольшее значение. Если для выключателей задается разная коммутационная способность при трехфазных и однофазных КЗ, то проверку следует производить отдельно по каждому виду КЗ.

Учитывая дискретный характер изменения параметров электрооборудования, расчет токов КЗ для его проверки допускается производить приближенно, с принятием ряда допущений, при этом погрешность расчета токов КЗ не должна превышать 5 – 10%.

Расчет токов КЗ в системе электроснабжения промышленных предприятий производится упрощенным способом с рядом допущений:

· трехфазная система является симметричной;

· индуктивные сопротивления в процессе КЗ не изменяются;

· фазы всех ЭДС источников не изменяются в процессе КЗ;

· напряжение на шинах источника принимают неизменным, т.к. точки КЗ обычно

удалены от источника;

· апериодическая составляющая тока КЗ не подсчитывается, т.к. длительность КЗ

в удаленных точках превышает 0, 15 с (апериодическая составляющая тока КЗ

за это время затухает).

Для расчета токов КЗ составляется расчетная схема – упрощенная однолинейная схема электроустановки, в которой учитываются:

· все источники питания (генераторы, синхронные компенсаторы, энергосистемы);

· трансформаторы;

· воздушные и кабельные линии;

· реакторы.

Если параметры генераторов, трансформаторов и других элементов в наиболее удаленной от точки КЗ части энергосистемы неизвестны, то эту часть системы допускается представлять на исходной расчетной схеме в виде одного источника энергии с неизменной по амплитуде ЭДС и результирующим эквивалентным индуктивным сопротивлением.

Электродвигатели, для которых расчетное КЗ является удаленным, в расчетную схему не вводятся.

Расчетные условия КЗ, т.е. наиболее тяжелые, но достаточно вероятные условия КЗ, формируются на основе опыта эксплуатации электроустановок, анализа отказов электрооборудования и последствий КЗ.

Расчетные условия КЗ определяются индивидуально для каждого элемента энергетической системы. Для однотипных по параметрам и схеме включения элементов допускается использовать аналогичные расчетные условия.

Ток КЗ для выбора токоведущих частей и аппаратов рассчитывается при нормальном режиме работы электроустановки: параллельное включение всех источников, параллельная или раздельная работа трансформаторов и линий. Параллельная или раздельная работа зависит от режима работы секционного выключателя на подстанциях: при отключенном секционном выключателе на двухтрансформаторной подстанции в расчете токов КЗ будет учтено сопротивление только одного трансформатора. Возможные ремонтные режимы: отключение генераторов, трансформаторов, линий в расчете токов КЗ не учитываются. Кратковременное включение трансформаторов на параллельную работу в процессе переключений на подстанции в расчете

токов КЗ также не учитываются.

По расчетной схеме составляется схема замещения, в которой указываются сопротивления всех элементов и намечаются точки для расчета токов КЗ.

Расчетная точка КЗ находится непосредственно с одной или с другой стороны от рассматриваемого элемента электроустановки в зависимости от того, когда для него создаются наиболее тяжелые условия в режиме КЗ. Случаи двойных коротких замыканий на землю допускается в общем случае не учитывать.

При проверке кабелей на термическую стойкость расчетной точкой КЗ является:

· для одиночных кабелей одной строительной длины – точка КЗ в начале кабеля;

· для одиночных кабелей со ступенчатым соединением по длине – точка КЗ в начале каждого участка нового сечения кабеля;

· для двух и более параллельно включенных кабелей одной кабельной линии – в начале каждого кабеля.

Генераторы, трансформаторы большой мощности, воздушные линии, реакторы обычно представляются в схеме замещения их индуктивными сопротивлениями, т.к. активные сопротивления во много раз меньше индуктивных.

Кабельные линии напряжением 6 – 10 кВ, трансформаторы мощностью 1600 кВА и менее в схеме замещения представляются индуктивными и активными сопротивлениями.

Все сопротивления подсчитываются в именованных единицах (Ом) или в относительных единицах. Способ подсчета сопротивлений на результаты расчета токов КЗ не влияет.

Для расчета сопротивлений задаются базовыми величинами:

· базовым напряжением U_б;

· базовой мощностью S_б.

За базовое напряжение принимают среднее номинальное напряжение той ступени, где происходит расчет токов КЗ (таблица 12).

Таблица 12 – Номинальные и средние напряжения системы электроснабжения

Номинальное напряжение U_ном, кВ	Среднее напряжение U_ср, кВ	Номинальное напряжение U_ном, кВ	Среднее напряжение U_ср, кВ
0, 22	0, 23		10, 5
0, 38	0, 4
0, 66	0, 69
	6, 3

За базовую мощность для удобства подсчетов принимают 100 или 1000 МВА.

Расчетные формулы для определения сопротивлений элементов схем электроустановок приведены в таблице 13. Пользуясь этой таблицей, следует обратить внимание на примечания. Исходные параметры элементов схемы U_к%, Р_к, х₀, r₀ по [25].

Преобразование схемы замещения позволяет определить результирующее сопротивление от источника до точки КЗ. Наиболее часто используют простейшие преобразования:

· последовательное соединение двух или более сопротивлений;

· параллельное соединение двух сопротивлений;

· параллельное соединение трех и более сопротивлений;

· преобразование треугольника в звезду;

· преобразование звезды в треугольник.

Преобразования схемы выполняются в направлении от источника к точке КЗ. Если в схеме несколько источников, электрически равноудаленных от точки КЗ, то их объединяют в один эквивалентный источник. Неравноудаленные источники не объединяют, в ходе преобразования схемы находят результирующие сопротивления от каждого источника до точки КЗ.

При расчете сопротивлений в именованных единицах (Ом) ток трехфазного симметричного КЗ , кА, определяется по формуле:

где U_ср – среднее напряжение той ступени, где находится точка КЗ, кВ;

х_рез – результирующее индуктивное сопротивление от источника до точки КЗ, Ом.

Таблица 13 – Расчетные формулы для определения сопротивлений

Элемент электроустановки и исходные параметры	Расчетные формулы
именованные единицы, Ом	относительные единицы
Генератор х_d%
Энергосистема I_{отк.ном}, кА S_к, S_ном, МВА х_*с.ном
Двухобмоточный трансформатор S_ном, МВА U_к%, Р_к, кВт
с учетом активного сопротивления

Трехфазный трансформатор с расщепленной обмоткой НН S_ном, МВА u_{к В-Н}%
Реактор х_р, Ом
Сдвоенный реактор х_р, Ом k_св
Линия х₀, Ом/км r₀, Ом/км l, км