Способы ограничения токов короткого замыкания

В мощных электроустановках и питаемых ими электросетях токи короткого замыкания могут достигать больших величин, что приводит к завышению сечения проводников и утяжелению электрооборудования. Применение электрооборудования и проводников, рассчитанных на большие токи короткого замыкания, приводит к значительному завышению затрат. Поэтому в мощных электроустановках применяют искусственные меры ограничения токов короткого замыкания, чем достигается возможность применения более дешевого электрооборудования: более легких типов электроаппаратов, токоведущих частей меньших сечений.

Основные способы ограничения токов короткого замыкания:

- раздельная работа трансформаторов и питающих линий;

- применение трансформаторов с расщепленными обмотками;

- применение реакторов.

Выбор того или иного способа ограничения токов короткого замыкания определяется местными условиями конкретной электроустановки и технико-экономическим сопоставлением вариантов.

Раздельная работа трансформаторов и питающих линий.

Раздельная работа трансформаторов и питающих линий, при S_c= , x_c=0, позволяет снизить ток КЗ в 2 раза:

Необходимо отметить, что мощность трансформаторов и пропускная способность каждой линии, с учетом возможной перегрузки, должна быть достаточно для питания полной нагрузки электроустановки. С целью обеспечения бесперебойного питания потребителей на секционном выключателе предусматривается установка автоматического ввода резерва (АВР).

Применение трансформаторов с расщепленными обмотками.

Применение трансформаторов с расщепленными обмотками и раздельной работе обмоток низшего напряжения. Сопротивление обмотки низшего напряжения (х_н) в 2 раза больше индуктивности сопротивления двухобмоточного трансформатора без расщепления обмоток. Поэтому, при S_c= , x_c=0 и расщеплении обмоток ток КЗ на стороне низшего напряжения можно снизить в 2 раза.

Применение реакторов.

Во всех электроустановках при рассмотрении вопроса ограничения токов КЗ и неудовлетворительных результатах рассмотренных выше способов возникает необходимость включение дополнительных сопротивлений (реакторов).

Реактор характеризуется:

- номинальным током

_- номинальным напряжением

_- индуктивным сопротивлением

Активное сопротивление реактора незначительно, поэтому при расчетах токов КЗ его не учитывают.

Выбор реакторов.

Все реакторы выбираются по номинальному напряжению, по номинальному току и индуктивному сопротивлению.

Номинальное напряжение выбираем в соответствии с номинальным напряжением установки. При этом предполагается, что реакторы должны длительно выдерживать максимальные рабочие напряжения.

Номинальный ток реактора (ветви сдвоенного реактора) недолжен быть меньше максимального длительного тока нагрузки цепи, в которую он включен:

(8.9)

Для шинных (секционных) реакторов номинальный ток должен соответствовать мощности, передаваемой от секции к секции при нарушении нормального режима.

Обычно принимают:

(8.10)

где I_ном.г – номинальный ток генератора.

Индуктивное сопротивление реактора определяют, исходя из условий ограничения тока КЗ до заданного уровня. В большинстве случаев уровень ограничения тока КЗ определяется по коммутационной способности выключателей, намечаемых к установке или установленных в данной точке сети. Как правило, первоначально известно начальное значение периодической составляющей тока КЗ I_по, которое с помощью реактора необходимо уменьшить до требуемого уровня.

Рассмотрим порядок определения сопротивления индивидуального реактора. Требуется ограничить ток КЗ так, чтобы можно было в данной цепи установить выключатель с номинальным током отключения I_{ном.отк} (действующее значение периодической составляющей тока отключения)

По значению I_{ном.отк} определяется значение периодической составляющей тока КЗ, при котором обеспечивается коммутационная способность выключателя. Для упрощения обычно принимают I_{по.треб} =I_{ном.отк}

Результирующее сопротивление [Ом] в цепи КЗ до установки реактора можно определить по выражению:

(8.11)

Требуемое сопротивление цепи КЗ для обеспечения I_{по.треб}

(8.12)

Разность полученных значений сопротивлений даст требуемое сопротивление реактора

(8.13)

Далее по каталожным и справочным материалом выбирают тип реактора с ближайшим большим индуктивным сопротивлением.

Фактическое значение тока при КЗ за реактором определяют следующим образом:

вычисляется значение результирующего сопротивления цепи КЗ с учетом реактора:

, (8.14)

а затем, определяется начальное значение периодической составляющей тока КЗ:

(8.15)

Аналогично выбираемое сопротивление групповых и сдоенных реакторов.

Выбранный реактор следует проверить на электродинамическую стойкость и термическую стойкость при протекании через него тока КЗ.

Электродинамическая стойкость реактора гарантируется при соблюдении следующего условия:

(8.16)

где – ударный ток при трех фазном КЗ за реактором;

– ток электродинамической стойкости реактора, т.е максимальный ток (амплитудное значение), при котором не наблюдается остаточная деформация обмоток:

Термическая стойкость реактора характеризуется заводом изготовителем величиной t_Т временем термической стойкости

Поэтому условие термической стойкости реактора имеет вид:

(8.17)

где – расчетный тепловой импульс тока при КЗ за реактором.

При соблюдении указанного условия нагрев обмотки реактора при КЗ не будет превышать допустимого значения.

Необходимо также определить остаточное напряжение на шинах:

(8.18)

Значение по условиям работы потребителей должно быть не менее 65 %.

Потеря напряжения при протекании максимального тока в нормальном режиме работы определяется по формуле:

, (8.19)

где – коэффициент связи (из каталога для реактора).

9ВЫБОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ,

ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ