Расчет токов короткого замыкания

В электроустановках могут возникать различные виды коротких замыканий которые сопровождаются резким увеличением тока в цепи, соединяющей источник питания с местом повреждения и снижением напряжения. Электрооборудование, которое установлено в системах электроснабжения, должно быть устойчиво к токам короткого замыкания.

Для правильного выбора и проверки необходимо выполнить расчет, при котором нужно определить наибольшие возможные значения токов короткого замыкания. Источником питания всегда можно считать систему бесконечной мощности S_c=? так как мощность любого конкретного потребителя электроэнергии неизмеримо меньше мощности питающей электросистемы. Расчет токов короткого замыкания можно произвести в относительных единицах, при котором сопротивления всех элементов схемы, связывающих точку короткого замыкания с источником питания, приводятся к базисным условиям. Необходимо при этом задаться базисной мощностью S_б и базисным напряжением U_б. За S_б обычно принимают величину, удобную для расчета. Чаще всего.

S_б=100 мВА. За U_б принимается напряжение той ступени, где произошло короткое замыкание, причем при расчете используют средние номинальные напряжения по шкале U_ср.н= 0,4;6,3;10,5;37;115;230 кВ.

Для расчета задается расчетная схема, в которой указывается только те элементы, сопротивление которых учитываются при расчете токов короткого замыкания.

В качестве примера возьмем расчетную схему, в которой питание ТП осуществляется от ГПП главной понизительной подстанции завода по кабельным линиям, которые выбраны в пункте 6. В свою очередь ГПП завода связана с питающей энергосистемой S_c=? по воздушным линиям ВЛ.

U_срн1=230 кВ Х₀=0,4 Ом/км.

l= 47 км.

S_нт1=16 МВА.

U_кз=10,5%.

U_срн2=10,5 кВ Х₀=0,08 Ом/км.

l= 1,2 км.

S_нт2=1 МВА.

U_кз=5,5%.

?P_кз=10,8 кВт.

U_срн3=0,4 кВ Расчет необходимо выполнить в трех точках короткого замыкания. При расчете тока короткого замыкания в цепях U>1000 В учитываются в основном только индуктивные сопротивления всех элементов, активными можно пренебречь вследствие их малости. Необходимо учесть активное сопротивление у кабелей так как при малых сечениях оно может быть даже больше индуктивного.

Для обеспечения выбираемого электрооборудования желательно принять такой режим работы схемы, при котором величины токов короткого замыкания будут наименьшими.

В реальных схемах электроснабжения для ограничения величин токов короткого замыкания принимается раздельная работа трансформаторов на подстанции и питающих линий, то есть в нормальном режиме работы секционные аппараты на шинах подстанции отключены. Поэтому схема помещения составляется только для одной цепи и рассчитываются в относительных единицах сопротивление всех элементов.

Определяем в относительных единицах сопротивление воздушной линии:

Х_*бВЛ=Х₀•l• [1, с.19].

Х_*бВЛ=0,4•47•=0,035.

Определяем в относительных единицах сопротивление трансформатора ГПП:

Х_*бТ1= [1, с.19].

Х_*бТ1= =0,656.

Для кабельной линии сечение которой определено в пункте 6 S=35 мм² рассчитываем в относительных единицах активное и индуктивное сопротивления:

Х_*бКЛ=Х₀•l• [1, с.20].

Х_*бКЛ=0,08•1,2• =0,087.

R_*бКЛ= [1, с.20].

R_*бКЛ= =0,972.

г=32 — удельная проводимость для алюминия.

Определяем в относительных единицах активное и индуктивное сопротивления трансформатора ТП.

R_*бТ2= [1, с.20].

R_*бТ2==1,08.

Х_*бТ2= [1, с.20].

Х_*бТ2==5,39.

Производим расчет тока короткого замыкания в точке К-1.

Определяем результирующее сопротивление для точки К-1.

Х_*бру= Х_*бВЛ+ Х_*бТ1 [1, с.20].

Х_*бру=0,035+0,656=0,691.

Определяем базисный ток:

[1, с.20].

кА Определяем действующее значение периодической составляющей тока короткого замыкания:

[1, с.20].

кА Определяем амплитудное значение тока короткого замыкания — ударный ток:

[1, с.21].

кА К_у=1,8 — ударный коэффициент, в случае, когда не учитывается активное сопротивление.

Расчет тока короткого замыкания в точке К-2.

Определяем результирующее индуктивное сопротивление:

Х_*брез=Х_*бВЛ+Х_*бТ1+Х_*бКЛ [1, с.21].

Х_*брз=0,035+0,656+0,087=0,778.

Результирующее активное сопротивление:

R_*брз=R_*бКЛ=1,36.

Полное результирующее сопротивление:

[1, с.21].

Для точки из К-2, I_б=5,5 кА Определяем периодический ток короткого замыкания в точке К-2:

[1, с.21].

кА Для определения К_у находим отношение:

По кривой из (Л-4 стр.228) определяем К_у=1,1.

Ударный ток короткого замыкания:

[1, с.21].

кА Расчет тока короткого замыкания в точке К-3.

Определяем результирующее индуктивное и активное сопротивления:

Х_*брез=Х_*бВЛ+Х_*бТ1+Х_*бКЛ+Х_*бТ2 [1, с.22].

Х_*брез=0,035+0,656+0,087+5,39=6,17.

R_*брез=R_*бКЛ+R_*бТ2 [1, с.22].

R_*брез=0,972+1,08=2,05.

Полное результирующее сопротивление:

[1, стр.22].

Определяем базисный ток:

[1, стр.22].

кА Определяем периодический ток короткого замыкания:

[1, стр.22].

кА Для определения К_у находим отношение:

Ударный ток короткого замыкания:

К_у=1,4 определяем из (Л-4 стр.228).

[1, с.22].

кА На основании выполненных расчетов для точек К-1 и К-2 необходимо определить t_пр — приведенное время короткого замыкания, которое необходимо для проверки ЭО на термическую устойчивость.

Определяем t_пр для точки короткого замыкания К-1:

t_пр=t_пра+t_прп [1, с.22].

Для определения обеих составляющих t_пр необходимо знать А) Коэффициент затухания.

[1, с.23].

Так как источником в схеме является система бесконечной мощности S_с=?, то I?=I_?+I_П, следовательно в?=1.

Б) Действительное время протекания К_у

t_д=t_защ+t_выкл [1, с.22].

t_защ — время работы релейной защиты.

t_выкл — время отключения цепи выключателя.

Приняв t_защ =0,1 сек, t_выкл=0,09 сек.

t_д=0,1+0,09=0,19 сек Апериодическая составляющая приведенного времени.

t_апр= 0,05•в?² [1, с.23].

t_апр= 0,05•1²=0,05 сек Периодическая составляющая времени определяется по кривым (Л-4, стр.244) в зависимости от в? и t_д

t_прп=0,21 сек, следовательно t_пр=0,05+0,21=0,26 сек.

Для точки из К-2.

В" =1 t_д=0,08 сек.

t_пра= 0,05•1²=0,05 сек.

t_прп=0,1 сек.

t_пр=0,05+0,1=0,15 сек.