Расчет токов КЗ

Короткое замыкание (КЗ) — электрическое соединение двух точек электрической цепи с различными значениями потенциала, не предусмотренное конструкцией устройства и нарушающее его нормальную работу. Короткое замыкание может возникать в результате нарушения изоляции токоведущих элементов или механического соприкосновения неизолированных элементов.

В трёхфазных электрических сетях различают следующие виды коротких замыканий.

• · однофазное (замыкание фазы на землю или нейтральный провод);
• · двухфазное (замыкание двух фаз между собой);
• · двухфазное на землю (две фазы между собой и одновременно на землю);
• · трёхфазное (три фазы между собой)

При коротком замыкании резко и многократно возрастает сила тока, протекающего в цепи, что, согласно закону Джоуля — Ленца приводит к значительному тепловыделению, и, как следствие, возможно расплавление электрических проводов, с последующим возникновением возгорания и распространением пожара.

Короткое замыкание в одном из элементов энергетической системы способно нарушить её функционирование в целом — у других потребителей может снизиться питающее напряжение, что может привести к повреждению устройства; в трёхфазных сетях при коротких замыканиях возникает асимметрия напряжений, нарушающая нормальное электроснабжение. В больших энергосетях короткое замыкание может вызывать тяжёлые системные аварии.

В случае повреждения проводов воздушных линий электропередачи и замыкании их на землю в окружающем пространстве может возникнуть сильное электромагнитное поле, способное в близко расположенном оборудовании навести ЭДС, опасную для аппаратуры и работающих с ней людей.

Расчет токов КЗ производим в соответствии с ГОСТ 28 249–93. В электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ расчет токов КЗ выполняют с целью проверки коммутационной аппаратуры и проводников на стойкость к токам КЗ, проверки чувствительности и селективности действия защит.

При расчете токов КЗ учитывают все активные и индуктивные сопротивления короткозамкнутой цепи, включая активные сопротивления различных контактов и контактных соединений, а также сопротивлений электрической дуги в месте КЗ. Расчет выполним для трех точек КЗ, согласно ниже приведенной схемы — рисунок 1.

Токи в первой точке КЗ используются для проверки оборудования КТП на стойкость к токам КЗ, токи второй точки КЗ — для проверки выключателя и трансформатора тока отходящей линии от КТП к ШР, токи третьей точки КЗ — для проверки предохранителя отходящей от ШР линии:

Рисунок 5. Схема замещения.

Для расчета токов КЗ составим схемы замещения отдельно для индуктивных, отдельно для индуктивных сопротивлений, для каждой из точек КЗ.

Точка К1.

Рисунок 6. Схема замещения для индуктивных сопротивлений.

Рисунок 7. Схема замещения для активных сопротивлений.

Точка К2.

Рисунок 8. Схема замещения для индуктивных сопротивлений.

Рисунок 9. Схема замещения для активных сопротивлений.

Точка К3.

Рисунок 10. Схема замещения для индуктивных сопротивлений.

(4.1).

где — среднее номинальное напряжение сети, подключенной к обмотке низшего напряжения, В;

— среднее номинальное напряжение сети, подключенной к обмотке высшего напряжения, В;

— номинальный ток отключения выключателя на стороне ВН, кА.

(4.2).

(4.3).

где — номинальная мощность трансформатора, кВА;

— потери короткого замыкания в трансформаторе, кВт;

— номинальное напряжение обмотки низшего напряжения, кВ;

— напряжения короткого замыкания трансформатора, %.

Сопротивления автоматических выключателей и трансформаторов тока выберем по справочным данным, исходя из их номинальных токов.

Номинальный ток выключателя QF1 равен 630 А, для этого выключателя по табл.,; номинальный ток выключателя QF2 равен 160 А, для этого выключателя —, .

Трансформатор тока с номинальным током током 600 А имеет сопротивления , — табл; трансформатор тока отходящей линии с номинальным током 150 А имеет сопротивления;. В эти значения включены сопротивления контактных соединений.

Сопротивление кабельной линии, идущей от КТП к ШР, сечением 4×185 мм² (удельные сопротивления, , длину линии принимаем равной 30 м).

(4.4).

(4.5).

где — удельное активное сопротивление, мОм/м;

— удельное индуктивное сопротивление, мОм/м;

l — длина линии, м.

Сопротивление дуги будем учитывать приблизительно в виде активного сопротивления и соответственно его значение будет (для трёх точек КЗ).

— 10 мОм;

— 15 мОм;

— 20 мОм.

Начальное действующее значение периодической составляющей тока трёхфазного КЗ определяем по следующей формуле.

кА,.

где , — суммарное активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности цепи КЗ, мОм.

Точка К1.

(4.6).

(4.7).

(4.8).

Ударный ток КЗ определяем как.

(4.9).

гдеударный коэффициент, определяемый по кривой в зависимости от отношения 15,6/16,03=0,97 и равный 1,05.

Точка К2.

(4.10).

(4.11).

(4.12).

Ударный ток КЗ определяем как.

.

гдеударный коэффициент, определяемый по кривой в зависимости от отношения 22,65/17,93=1,26 и равный 1,02.

Точка К3.

(4.13).

(4.14).

(4.15).

Ударный ток КЗ определяем как.

.

гдеударный коэффициент, определяемый по кривой в зависимости от отношения 33,05/25,43=1,3 и равный 1,01.