Расчёт токов КЗ в установках напряжением ниже 1000 В

Согласно ПУЭ ток короткого замыкания рассчитывается в тех точках сети, в которых при коротком замыкании аппараты и токоведущие части будут находиться в наиболее тяжёлых условиях.

В системах электроснабжения промышленных предприятий электрические сети до 1000 В имеют наибольшую протяжённость и большое количество электрической аппаратуры: трансформаторы тока, контакторы, автоматические выключатели и т.д.

Активное сопротивление линий, индуктивное сопротивление трансформаторов тока, катушек автоматов и пр. оказывают значительное влияние на токи КЗ. Если не учитывать эти факторы (как это делается в сетях выше 1000 В) то это может привести к значительным погрешностям при выборе сечений проводов и кабелей, а также параметров электрической аппаратуры.

По режиму КЗ в сетях до 1000 В должны проверяться лишь элементы, указанные в ПУЭ, т.е. распределительные щиты, силовые шкафы и токопроводы. По термической стойкости к токам КЗ не проверяются элементы, защищаемые плавкими предохранителями, если время их перегорания менее 0,01 с. При такой быстроте отключения ток КЗ не успеет достигнуть амплитудного значения и его действие будет ограничено величиной тока при котором предохранитель сработает.

Электрическая связь большинства промышленных предприятий осуществляется через понизительные трансформаторы районных подстанций, линии электропередачи от понизительных трансформаторов до главного распределительного пункта (ГРП), или до цеховых подстанций (ЦТП). Для вычисления токов КЗ составляется расчётная схема и соответствующая её схема замещения.

     При расчёте токов КЗ, если необходимо, чтобы выбранные аппараты соответствовали своему назначению при любом уровне развития энергосистемы, суммарное сопротивление системы до цехового трансформатора принимается, равным нулю.

     Удельное реактивное сопротивление воздушных линий принимают равным , для кабельных линий . Сопротивление, мОм (миллиомах), воздушных и кабельных линий длиной  рассчитывают: .

Активное сопротивление воздушных и кабельных линий, мОм рассчитывают по выражению

                                  ,

где s- сечение проводов линий, мм²; - удельная проводимость, м/(Ом.мм²).

Трансформаторы. Относительное активное сопротивление трансформаторов определяется как

                              ,

где - потери короткого замыкания в трансформаторе, кВт; - номинальная мощность трансформатора, кВА.

Относительное индуктивное сопротивление трансформатора определяется по выражению:

                          .

Активное и индуктивное сопротивление трансформаторов можно подсчитать, используя данные каталогов и справочников.

Активные и индуктивные сопротивления медных и алюминиевых шин при среднегеометрическом расстоянии между фазами, равном 100…300 мм можно взять из справочной литературы. При иных расстояниях для шин прямоугольного сечения индуктивное сопротивление можно определить по формуле:

                               , мОм/м,

где - среднегеометрическое расстояние между фазами, мм; h – высота шины, мм.

Активные и индуктивные сопротивления катушек максимального тока автоматов принимают по заводским данным или результатам измерений. Переходные сопротивления контактов рубильников и автоматов относительно малы. Значения этих сопротивлений приведены в справочной литературе.

Часть сопротивлений цепи КЗ может быть задана только в относительных единицах. Чтобы выразить эти относительные сопротивления в миллиомах, их надо пересчитать по формуле

                              , мОм,

где - относительное сопротивление элемента; - номинальное напряжение элемента, кВ; - номинальная мощность элемента, кВА.

Преобразование схемы для определения токов КЗ чаще всего сводится к сложению последовательно и параллельно соединённых активных и индуктивных сопротивлений элементов электрической цепи.

Расчёт токов КЗ, как правило, проводится для проверки аппаратов и токоведущих устройств на устойчивость при КЗ. Поэтому необходимо определять наибольшее возможное значение тока КЗ при одинаковом сопротивлении всех трёх фаз. Наибольший ток КЗ будет при трёхфазном КЗ независимо от наличия или отсутствия нулевого провода.

Ток трёхфазного КЗ, кА, определяется по формуле:

           , кА.

Ударный ток КЗ определяется из выражения

                ,

где - ударный коэффициент, который в установках до 1000 В из-за наличия большого активного сопротивления, обуславливающего быстрое затухание апериодической составляющей тока КЗ, меньше, чем в установках выше 1000 В.

Значение ударного коэффициента можно определять в справочной литературе по кривым от отношения  или постоянной времени затухания апериодической составляющей , с.

Если не требуется точное определение ударного тока КЗ, можно принимать k_У=1,3 при КЗ на главных распределительных щитах, которые питаются от трансформаторов мощностью 630…1000 кВА при .

Для трансформаторов мощностью 100…320 кВА с . Если КЗ происходит в более удалённых точках, можно принимать k_у=1.

В сетях 0,38 кВ с глухозаземлённой нейтралью трансформатора для расчётной проверки предохранителей и выбора автоматических выключателей необходимо вычислять ток однофазного КЗ в минимальном режиме (т.е. режим, когда все элементы схемы замещения соединены последовательно) для наиболее удалённой точки цепи. Это связано с тем, что защита от токов КЗ должна осуществляться с наименьшим временем отключения и обеспечением требований селективности. При этом она (защита) должна обеспечивать отключение повреждённого участка при КЗ в конце его, т.е. при наименьшем токе КЗ для данного участка сети. Так, в сетях с глухозаземлённой нейтралью ток КЗ должен превышать номинальный ток плавкой вставки (или номинальный ток теплового расцепителя автоматического выключателя) не менее чем в 3 раза.

Ток однофазного КЗ определяется по выражению:

                     ,

где - Z_т- полное сопротивление трансформатора току замыкания на корпус. Это сопротивление зависит от мощности трансформатора и схемы соединения его обмоток; Z_п – полное сопротивление петли ''фазный провод-нулевой провод''. При разных сечениях фазного и нулевого проводов:

               ,

где r_0ф, х_0ф – удельные активное и индуктивное сопротивления фазного провода; r_0н, х_0н – удельные активное и индуктивное сопротивления нулевого провода; - удельное внешнее индуктивное сопротивление петли.

Индуктивное сопротивление ''петли'' для проводов из цветных металлов принимают равным 0,6 Ом/км, при стальных проводах активное и внутреннее индуктивное сопротивления определяют в зависимости от токов КЗ. Внешнее индуктивное сопротивление ''петли'' принимают равным 0,6 Ом/км.

Когда сечения проводов вдоль линии различны, необходимо найти полное сопротивление каждого участка и все результаты сложить.

Согласно ПУЭ при расчётах тока КЗ учитывается влияние асинхронных и синхронных двигателей, присоединённых непосредственно в месте короткого замыкания. Электродвигатели, которые отделены от места КЗ реактивным сопротивлением трансформатора или линии, в расчёте токов КЗ не учитываются.

Синхронные и асинхронные электродвигатели генерируют ток , так как в момент КЗ их ЭДС больше напряжения сети в точке КЗ. Ток, поступающий от двигателя в точку КЗ, приближённо принимается равным пусковому току  :             ,

где К_п – кратность пускового тока, принимаемая равной 6,5.

Сила ударного тока:           .

Эти значения токов необходимо прибавить к соответствующим токам короткого замыкания от энергосистемы, полученным ранее. Получается суммарный ток с учётом влияния электродвигателей.