Расчёт токов короткого замыкания

Расчёт токов короткого замыкания

r_оа — суммарное переходное сопротивление контактов и элементов аппаратов, а также переходное сопротивление в месте короткого замыкания, принимается r_оа=0,005 Ом на один коммутационный аппарат, включая точку короткого замыкания;

m – количество коммутационных аппаратов, через которые проходит ток короткого замыкания, включая автоматический выключатель ПУПП;

x_с — индуктивное сопротивление высоковольтной распределительной сети которое определится по формуле

где S_к.з – мощность короткого замыкания на вводе ПУПП, принимается S_к.з=50 МВА.

Расчёт токов короткого замыкания сведён в таблицу 10.

Таблица 10 — Расчёт токов короткого замыкания

Расчёт токов короткого замыкания в осветительной сети участка проводится методом приведённых длин.

Приведённая длина осветительного кабеля

где к_пр – коэффициент приведения;

n – количество светильников.

где 4 мм 2 – сечение кабеля КОГЭШ, принятое как базисное;

S_к – сечение рассматриваемого кабеля, S_к=

Согласно [4, с. , таблица ]:

Ток короткого замыкания на выходе пускового агрегата (l_∑пр2=0).

Проверка кабелей по термической устойчивости

По термической устойчивости токам короткого замыкания проверяются кабели с сечением жилы 35 мм 2 и менее.

Таблица 11 — Проверка кабелей по термической стойкости токам КЗ

ВЫБОР И ПРОВЕРКА НИЗКОВОЛЬТНОЙ АППАРАТУРЫ И ЕЁ ЗАЩИТЫ

Выбор и проверка низковольтной аппаратуры управления и защиты

Фидерный выключатель, магнитный пускатель и магнитная станция выбираются из условия

где I_н – номинальный ток выбираемого аппарата;

I_р – рабочий ток магистрального кабеля, определяется по данным таблицы 4.

Выбранный фидерные выключатели и магнитные пускатель проверяются по допустимой нагрузке на вводные зажимы.

Отключающая способность аппарата должна соответствовать условию

Выбор и проверка защитной аппаратуры сведён в таблицу 12.

Выбор и проверка уставок токовых реле аппаратов низкого

Напряжения

Величина уставки тока срабатывания реле автоматических выключателей и магнитных пускателей для защиты магистрали определяется по формуле

где I_н.пуск – номинальный пусковой ток защищаемого электродвигателя

∑I_{н. р} – сумма номинальных токов всех остальных электроприёмников.

К установке принимается ближайшая промаркированная уставка. Выбранная уставка срабатывания реле проверяется по расчётному минимальному току двухфазного короткого замыкания в наиболее удалённой точке защищаемой ветви. При этом отношение расчётного минимального тока двухфазного короткого замыкания к уставке тока срабатывания реле должно удовлетворять условию

Сопротивление элементов схемы замещения в сети 0,4 кВ

Для того чтобы рассчитать токи КЗ в сети до 1000 В, следует первоначально составить схему замещения, которая состоит из всех сопротивлений цепи КЗ. Активные и индуктивные сопротивления всех элементов схемы замещения выражают в миллиомах (мОм).

Как определять сопротивления отдельных элементов схемы замещения, об этом вы и узнаете в этой статье.

1. Определение сопротивлений питающей энергосистемы

Активные и индуктивные сопротивления питающей энергосистемы рассчитывают на стороне ВН понижающего трансформатора и приводят к стороне НН по формуле 2-6 [Л3. с. 28].

На практике можно не учитывать активное сопротивление энергосистемы, а значение индуктивного сопротивления приравнивать как к полному сопротивлению энергосистемы (на точность расчетов это никак не скажется). В этом случае значение (в Омах) индуктивное (полное) сопротивление энергосистемы определяется по формуле 2-7 [Л3. с. 28].

После того как определили индуктивное сопротивление системы по формуле 2-7 [Л3. с. 28], данное сопротивление нужно привести к стороне НН по формуле 2-6 [Л3. с. 28].

Индуктивное сопротивление системы, также можно определить по формулам представленных в ГОСТ 28249-93:

Как мы видим формула 1 из ГОСТ 28249-93 соответствует формулам 2-6, 2-7 из [Л3. с. 28].

Определить сопротивление энергосистемы, учитывая, что ток КЗ со стороны энергосистемы на зажимах ВН трансформатора 6/0,4 кВ составляет в максимальном режиме – 19 кА, в минимальном – 13 кА.

Определяем индуктивное сопротивление энергосистемы по формулам 2-6, 2-7.

Сопротивление энергосистемы в максимальном режиме, приведенное к напряжению 0,4 кВ:

Сопротивление энергосистемы в минимальном режиме, приведенное к напряжению 0,4 кВ:

2. Определение сопротивлений трансформаторов

Значения (в мОм) полного (zт), активного (rт) и индуктивного (хт) сопротивления понижающего трансформатора приведенных к стороне НН определяются по формулам: 2-8, 2-9, 2-10 [Л3. с. 28].

На большинстве трансформаторов 10(6)/0,4 кВ имеется возможность регулирования напряжения путем переключения без возбуждения (ПБВ) при отключенном от сети трансформаторе как со стороны высшего так и низшего напряжения. Напряжение регулируется со стороны высшего напряжения на величину ±2х2,5% от номинального значения.

Для трансформаторов с пределом регулирования ПБВ ±2х2,5%, полное сопротивление будет изменятся в пределах:

Значения индуктивного и активного сопротивления трансформатора по ГОСТ 28249-93 определяются по формулам:

Как видно, формулы из ГОСТ 28249-93 совпадают с формулами приведенными в [Л3. с. 28].

Для упрощения расчета активного и индуктивного сопротивления тр-ра, можно использовать таблицу 2-4 [Л3. с. 29] для схем соединения обмоток трансформатора Y/Yo и ∆/Yo. Причем для схем соединения обмоток трансформатора ∆/Yo, значения активного (r0) и индуктивного (х0) сопротивления нулевой последовательности равны значениям активного и индуктивного сопротивления прямой последовательности: r0 = rт и х0 = хт.

Определить сопротивление трансформатора ТМ 50/6 со схемой соединения обмоток ∆/Yо.

По справочным данным определяем технические данные трансформатора: Sном. = 50 кВА, Uном.ВН = 6,3 кВ, Uном.НН = 0,4 кВ, Uкз = 4%, ∆Ркз=1,1 кВт.

Определяем полное сопротивление трансформатора для стороны 0,4 кВ по формуле 2-8:

Определяем активное сопротивление трансформатора для стороны 0,4 кВ по формуле 2-9:

Определяем индуктивное сопротивление трансформатора для стороны 0,4 кВ по формуле 2-10:

3. Определение сопротивлений кабелей

Значения активного и индуктивного сопротивления кабелей определяются по формуле 2-11 [Л3. с. 29].

4. Определение сопротивлений шин и шинопроводов

Сопротивление шин и шинопроводов длиной 5м и меньше, можно не рассчитывать, так как они не влияют на значение токов КЗ.

Значения активного и индуктивного сопротивления шин и шинопроводов определяется аналогично кабелям.

Зная расстояние между прямоугольными шинами, можно приближенно определить индуктивное сопротивление (мОм/м) по формуле 2-12 [Л3. с. 29].

Определить активное и индуктивное сопротивление алюминиевых шин сечением 60х8 мм2 от трансформатора ТМ-630/6 до распределительного щита 0,4 кВ, общая длина проложенных от трансформатора до РП-0,4 кВ составляет 10 м. В данном примере определим сопротивление шин, когда шины находятся как в горизонтальном положении, так и в вертикальном.

4.1 Определим активное и индуктивное сопротивление шин при горизонтальном расположении.

По таблице 2.6 определяем погонное активное сопротивление r_уд. = 0,074 мОм/м, индуктивное сопротивление определяем по формуле 2-12 [Л3. с. 29].

где: расстояние между шинами первой и второй фазы а₁₂ = 200 мм, между второй и третью а₂₃ = 200 мм, между первой и третью а₁₃ = 200 + 60 + 200 = 460 мм, а среднегеометрическое расстояние:

Сопротивление шин от тр-ра до РП-0,4 кВ:

4.2 Определим активное и индуктивное сопротивление шин при вертикальном расположении

При вертикальном расположении шин, активное сопротивление не изменяется, а индуктивное сопротивление составляет:

где: расстояние между шинами первой и второй фазы а₁₂ = 200 мм, между второй и третью а₂₃ = 200 мм, между первой и третью а₁₃ = 200 + 8 + 200 = 408 мм, а среднегеометрическое расстояние:

Сопротивление шин от тр-ра до РП-0,4 кВ:

5. Определение сопротивлений воздушных линии

Активное и индуктивное сопротивления линий определяется по той же формуле 2-11 [Л3. с. 29], что и кабели.

Значение индуктивного сопротивления для проводов из цветных металлов можно приближенно принимать равным 0,3 мОм/м, активного по табл. 2.8.

Для стальных проводов активное и индуктивное сопротивление определяется исходя из конструкции провода и значения протекающего по нему тока. Зависимость эта сложная и математическому расчету не поддается, из-за большого количества переменных (сечение провода, температура окружающего воздуха, которая постоянно меняется в течении года, времени суток; нагревом провода током КЗ), которые влияют на значение сопротивление стальных проводов.

Поэтому учесть все эти зависимости практически не возможно и на практике активное сопротивление условно принимают при температуре 20°С и определяют по кривым зависимости стальных проводов от проходящего по ним токам, представленных в приложениях П23-П27 [Л4. с. 80-82].

Активное и индуктивное сопротивление для проводов самонесущих изолированных (СИП) определяют по таблицам Б.1, Б.2 [Л5. с. 23-26].

6. Определение сопротивлений реакторов

Номинальные параметры реактора уже заданы в обозначении самого реактора типа РТТ и РТСТ. Например у реактора типа РТТ-0,38-100-0,15:

• 0,38 – номинальное напряжение 380 В;
• 100 – номинальный ток 100 А;
• 0,15 – индуктивное сопротивление при частоте 50 Гц равно 150 мОм.

Активное сопротивление для исполнения У3 (алюминиевая обмотка) — 17 мОм, для исполнения Т3 (медная обмотка) – 16 мОм.

7. Определение сопротивлений трансформаторов тока

Значения активных и индуктивных сопротивлений трансформаторов тока принимаются по приложению 5 таблица 20 ГОСТ 28249-93. Активным и индуктивным сопротивлением одновитковых трансформаторов (на токи более 500 А) при расчетах токов КЗ можно пренебречь.

Согласно [Л3. с. 32] для упрощения расчетов, сопротивления трансформаторов тока не учитывают ввиду почти незаметного влияния на токи КЗ.

8. Определение сопротивлений автоматических выключателей, рубильников, разъединителей

Приближенные значения сопротивлений разъемных контактов коммутационных аппаратов напряжением до 1 кВ определяются по приложению 4 таблица 19 ГОСТ 28249-93. При приближенном учете сопротивление коммутационных аппаратов принимают — 1 мОм.

9. Определение сопротивлений контактных соединений кабелей и шинопроводов

Значения сопротивления контактных соединений кабелей и шинопроводов определяют по приложению 4 таблицы 17,18 ГОСТ 28249-93. Для упрощения расчетов, данными сопротивлениями можно пренебречь. При приближенном учете сопротивлений контактов принимают: • rк = 0,1 мОм — для контактных соединений кабелей;
• rк = 0,01 мОм — для шинопроводов.

10. Список литературы

1. Рекомендации по расчету сопротивления цепи «фаза-нуль». Главэлектромонтаж. 1986 г.
2. ГОСТ 28249-93 – Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ.
3. Беляев А.В. Выбор аппаратуры, защит и кабелей в сети 0,4 кВ. Учебное пособие. 2008 г.
4. Голубев М.Л. Расчет токов короткого замыкания в электросетях 0,4 — 35 кВ. 2-e изд. 1980 г.
5. ТУ 16-705.500-2006. Провода самонесущие изолированные и защищенные для воздушных линий электропередач.

2.7. Активные и индуктивные сопротивления трансформаторов тока

При расчете токов КЗ в электроустановках напряжением до 1 кВ следует учитывать как индуктивные, так и активные сопротивления первичных обмоток всех многовитковых измерительных трансформаторов тока, которые имеются в цепи КЗ. Значения активных и индуктивных сопротивлений нулевой последовательности принимают равными значениям сопротивлений прямой последовательности. Параметры некоторых многовитковых трансформаторов тока приведены в приложении 5. Активным и индуктивным сопротивлением одновитковых трансформаторов (на токи более 500 А) при расчетах токов КЗ можно пренебречь.

2.8. Активные и индуктивные сопротивления катушек автоматических выключателей

Расчеты токов КЗ в электроустановках напряжением до 1 кВ следует проводить с учетом индуктивных и активных 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 приложении 6.

2.9. Параметры автономных источников электроэнергии и синхронных электродвигателей

При расчете начального значения периодической составляющей тока КЗ автономные источники, а также синхронные электродвигатели следует учитывать сверхпереходным сопротивлением по продольной оси ротора (), а при определении постоянной времени затухания апериодической составляющей тока КЗ — индуктивным сопротивлением для токов обратной последовательностиx₂и активным сопротивлением обмотки статораr. При приближенных расчетах принимают:= 0,15;x₂=;r= 0,15.

2.10. Параметры асинхронных электродвигателей

При расчетах начального значения периодической составляющей тока КЗ от асинхронных электродвигателей последние следует вводить в схему замещения сверхпереходным индуктивным сопротивлением. При необходимости проведения уточненных расчетов следует также учитывать активное сопротивление статора. Их значения рекомендуется определять, как указано в приложении 7. При приближенных расчетах принимают: сверхпереходное индуктивное сопротивление асинхронного двигателя = 0,18; активное сопротивление статора асинхронного двигателя= 0,36 _/>.

2.11. Расчетные параметры комплексных нагрузок

2.11.1. При расчете токов КЗ от комплексных нагрузок следует учитывать их параметры прямой, обратной и нулевой последовательностей. Рекомендуемые значения сопротивлений прямой (Z₁) и обратной (Z₂) последовательностей отдельных элементов комплексной нагрузки приведены в табл. 1. Значения модулей полных сопротивлений прямой (Z_1НГ), обратной (Z_2НГ) и нулевой (Z_0НГ) последовательностей некоторых узлов нагрузки в зависимости от их состава допускается определять, как указано в приложении 8.

Токи КЗ в электроустановках напряжением до 1 кВ рассчитываем в именованных единицах.

9.2.Определяем сопротивление системы.

где: U_{ср. НН}-среднее номинальное напряжение сети, подключенной к обмотке низшего напряжения трансформатора, В; U_{ср. НН}=0,4 кВ для всех вариантов; U_{ср. ВН}— среднее номинальное напряжение сети, к которой подключена обмотка высшего напряжения трансформатора, U_{ср. ВН}= 10кВ для всех вариантов В; I_{откл. н}-номинальный ток отключения выключателя, установленного на стороне высшего напряжения понижающего трансформатора цепи, принимаем равным 12,5 кА.

9.3.Определяем суммарные значения сопротивлений в высоковольтных сетях

где: -суммарное значение индуктивного сопротивления в высоковольтных сетях; -суммарное значение активного сопротивления в высоковольтных сетях;

U_н—высшее номинальное напряжение, В; I_н—номинальный ток, А определяем по формуле

9.4 .Приводим сопротивление высшего напряжения к низшему напряжению

9.5.Выбираем сопротивления различных элементов электроустановки (определяем нужные элементы с помощью рис.9.1) по таблицам 9.2-9.10. и заносим их в таблицу 9.2а

При выборе учитывать значения расчетных токов, указанных на том же рисунке)

Таблица 9.2.а. Сводная таблица сопротивлений для расчета токов трехфазного, двухфазного, однофазного КЗ

а) активное и индуктивное сопротивления силовых трансформаторов

Активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности понижающих трансформаторов (R_т1, х_т1) в миллиомах,обратной (R_т2, Х_т2) и нулевой последовательности (R_т0,Х_т0) определяем по таблице 9.2 в зависимости от номинальной мощности трансформатора подстанции, и схемы соединения обмоток трансформатора:

Таблица 9.2.Активные и индуктивные сопротивления трансформаторов

б)Активные и индуктивные сопротивления катушек автоматических выключателей,

Рубильников

Значения сопротивлений катушек расцепителей и контактов некоторых автоматических выключателей и рубильников приведены в таблице 9.3.

Номинальный ток выключателя принимается по условию: I_р2≤ I_на

Номинальный ток рубильника принимается по условию: I_р1≤ I_нр

Таблица 9.3.Сопротивления автоматических выключателей, рубильников

Значения активных и индуктивных сопротивлений нулевой последовательности автоматических выключателей, рубильников равными соответствующим сопротивлениям прямой и обратной последовательности: R_а1= R_а2= R_а0

в) Активное и индуктивное сопротивления шин РУ

Значения сопротивлений плоских шин приведены в таблице 9.5 с учетом размеров шин принятых по таблице 9.4 .

Размеры шин принимаются в зависимости от рабочего тока по условию I_р1≤ I_доп

(рекомендуется принять алюминиевые шины)

Таблица 9.4 Допустимые токовые нагрузки шин

Для любой шины фазной или нулевой выбираем значения сопротивлений одного метра шины.

Таблица 9.5 Значение сопротивлений плоских шин

-Определяем значения активных и индуктивных сопротивлений прямой и обратной последовательности шин :

где l_ш—длина одной шины в метрах, Х_нш= Х_ш1; R_нш1 =R_ш

-Определяем значения активного и индуктивного сопротивления нулевой последовательности:

г) активное и индуктивное сопротивления трансформаторов тока

Значения сопротивлений трансформаторов тока приведены в таблице 9.6 с учетом номинального коэффициента трансформации Номинальный первичный ток выбирается по условию

I_р1, —расчетный ток, А смотри по рисунку 9.1

Таблица 9.6. Сопротивления первичных обмоток многовитковых трансформаторов тока

Значения активных и индуктивных сопротивлений нулевой последовательности трансформаторов тока принимают равными значениям сопротивлений прямой(обратной) последовательности:

д) активное и индуктивное сопротивление проводов

-Значения сопротивлений неизолированных проводов приведены в таблице 9.10 с сечения

Таблица 9.10 Сопротивления неизолированных, алюминиевых и сталеалюминиевых проводов воздушных линий

-Значения активных и индуктивных сопротивлений прямой, обратной и нулевой последовательности проводов: