Определение токов короткого замыкания

Расчет эффективных значений токов короткого замыкания (к.з.) в сетях напряжением 3000 (3300) В осуществляется в целях определения максимального значения тока трехфазного короткого замыкания, необходимого для проверки коммутационной аппаратуры на отключающую способность и кабелей на термическую стойкость, а также минимального значения тока двухфазного короткого замыкания, необходимого для проверки уставок средств защиты.

Расчетный максимальный ток трехфазного короткого замыкания для любой точки сети  (А) может быть определен по формуле

 

, (1)

 

где  — номинальное низшее (НН) напряжение трансформатора передвижной участковой трансформаторной подстанции (ПУПП), В;

 —  коэффициент, определяющий изменение напряжения на вторичной обмотке трансформатора ПУПП при использовании отпаек на первичной обмотке этого трансформатора; в зависимости от положения отпаек принимает следующие значения:

отпайка   -10% -5% 0    +5%;

          1,1   1,05 0    0,95;

,  — соответственно активное и индуктивное сопротивление цепи трехфазного короткого замыкания, Ом.

Значения  и , определяют по формулам:

 

; (2)

, (3)

 

где R, Х —     соответственно активное и индуктивное сопротивление распределительной сети шахты до сборных шин РПП-6, от которых получает питание ПУПП, Ом;

,  — соответственно сечение основных (силовых) жил (мм²) и длина (км) кабеля на напряжение 6 кВ от РПП-6 до ПУПП;

 —    коэффициент трансформации для междуфазных напряжений трансформатора ПУПП:

 

, (4)

 

здесь  —   номинальное высшее (ВН) напряжение трансформатора ПУПП, В;

 —   индуктивное сопротивление трансформатора ПУПП, приведенное к вторичной обмотке трансформатора. Ом;

,  — соответственно сечение основных (силовых) жил (мм²) и длина (км) последовательно включенных i -x кабелей, составляющих радиальную линию от ПУПП до точки трехфазного короткого замыкания;

п — количество кабелей длиной  и сечением ;

0,375 — активное сопротивление основной жилы 1 км кабеля с номинальным сечением 50 мм² при температуре 20 °С, Ом/км;

 — индуктивное сопротивление 1 км кабеля на напряжение 3000 (3300) В сечением , Ом/км; указывается в технической информации (технических условиях) на кабели, а при отсутствии справочных данных может быть принято равным 0,08 Ом/км.

Значения R и Х определяют в соответствии с Инструкцией по выбору и проверке электрических аппаратов напряжением выше 1200 В (к § 497 ПБ).

Для расчета  значение  принимают минимальным исходя из наименьшего удаления ПУПП от РПП-6, предусмотренного схемой подготовки выемочного участка.

Значение  определяют из выражения

 

, (5)

 

,  — соответственно номинальное напряжение на стороне НН (кВ) и напряжение короткого замыкания (%) трансформатора ПУПП номинальной мощностью , кВА.

Определяем значения формулы для расчета к.з. в т.1 схемы № 1.начения формулы для расчета к.з. от РПП-6 до ПУПП при работе очистного забоя в демонтажной камере);вых сетях угольных шахт на

R_т2 = R_т1 + R_л1 ; Ом

R_т1 = 0, т.к. активное сопротивление определяется с учетом кабельной линии.

R_т2 = R_л1 = 0,15*0,45 = 0,0675 Ом;

 0,15 – активное сопротивление кабеля Ом/км сечением 120 мм².

 0,45 – длина кабельной линии 1 (л.1 схема №1)

Х_т1 = Х_с + Х_тр + Х_р; Ом

Х_с = 0, т.к. глубокий ввод 110/6 кВ;

Х_р = 0, т.к. реактор отсутствует;

Х_тр = 2 Х_тр (таблица 2, Инструкция по выбору и проверке электрических аппаратов напряжением выше 1200 В (к § 497 ПБ).

Х_т1 = Х_тр = 2* 0,417 = 0,834 Ом;

Х_т2 = Х_т1 + Х_л1; Ом

Х_л1 = 0.08 * 0.45 = 0,036 Ом;

 

0,08 – индуктивное сопротивление кабеля, Ом/км;

0,45 - длина кабельной линии 1 (л.1 схема №1)

Х_т2 = 0.834 + 0.036 = 0,86 Ом;

F _в = 95 мм²;

L _{в min} = 0,5 км (минимальная длина кабеля от РПП-6 до ПУПП при работе очистного забоя в демонтажной камере);

 

;

= 6000/ 3300 = 1.81

_от = 1.05 при отпайке -5 %

Х_тр=10 * (3,3)²* 4,2 / 1500 =0,305; Ом

F_i = F_л3 = 70 мм²;

L_i = L _л3 = 0,3 км;

X_ki = 0,08 Ом/км

R_{т3 (кз)} = (0,0675 + 0.375 * (50 * 0,5)/95)) * ( 1.05/1.81)² + 0.375 * 50 * (0.3 / 70) = 0.136 Ом;

X_{т3 (кз)} = ( 0,834 + 0,08 * 0,5) * ( 1.05/1.81)² + 0,305 + 0,08 * 0,3 = 0,623 Ом;

I _{т1 (3) (кз)} = 1,05 * 3300 *1,05 / 1,73 * √ (0, 136)² + (0,623)² = 3298,5 А

 

Расчетный минимальный ток двухфазного короткого замыкания для любой точки сети  (А) может быть определен по формуле

, (6)

 

где ,  —   соответственно активное и индуктивное сопротивление цепи двухфазного короткого замыкания, Ом.

Значения  и  определяют по формулам:

 

; (7)

, (8)

 

где ,  — соответственно сечение основных (силовых) жил (мм²) и длина (км) кабеля на напряжение 6 кВ от РПП-6 до ПУПП; для расчета  значение  принимают исходя из фактического удаления ПУПП от РПП-6 в соответствии с технологической схемой ведения горных работ на выемочном участке; 0,423 — активное сопротивление основной жилы 1 км кабеля с номинальным сечением 50 мм², пересчитанное для температуры нагрева 65 °С, Ом/км.

Определяем значения формулы для расчета к.з. в т.1 схемы № 1.

 

F _в = 95 мм²;

L _в = 2 км (максимальная длина кабеля от РПП-6 до ПУПП при работе очистного забоя в начале столба лавы);

F_i = F_л3 = 70 мм²

L_i = L _л3 = 0,3 км;

R_{т3 (кз)} = (0,0675 + 0,423 * ((50 * 2) / 95)) * ( 1.05/1.81)² + 0,423 * (50 * (0,3 / 70)) = 0,263 Ом;

X_{т3 (кз)} = (0,834 + 0,08 * 2) * ( 1.05/1.81)² + 0,305 + 0,08 * 0,3 = 0,6634 Ом;

I _{т1 (2) (кз)} = 0,95 * 3300 * 1,05 / 2 * √ (0,263)² + (0,6634)² = 2306,7 А

 

Проверка электрических аппаратов и кабелей по режиму короткого замыкания.

Выбор электрических аппаратов и кабелей на напряжение 3000 (3300) В производят по номинальному напряжению и рабочему току цепи без учета токов кратковременных перегрузок, а их проверку — по режиму короткого замыкания.

Проверку электрических аппаратов на коммутационную способность в целях обеспечения надежного отключения максимальных токов короткого замыкания, которые могут возникнуть в защищаемом присоединении, производят исходя из условия

 

, (13)

 

где  — предельно отключаемый ток защитного аппарата. А;

 — расчетный максимальный ток трехфазного короткого замыкания на выходе этого аппарата, А; определяют по формуле (1).

 

Отключение максимальных токов короткого замыкания на выходе контакторов на напряжение 3000 (3300) В, установленных на комбайне, для которых условие (13) не выполняется, должен осуществлять выключатель (контактор) в распредустройстве низшего напряжения ПУПП (комплектном устройстве (станции) управления).

Проверку кабелей по термической стойкости в целях обеспечения пожаробезопасности кабелей при дуговых коротких замыканиях в подземных выработках посредством выбранных защитных аппаратов с заданным быстродействием отключения максимальных токов трехфазного короткого замыкания производят исходя из условия

, (14)

 

где  — предельно допустимый кратковременный ток короткого замыкания в кабеле, А;

 — расчетный максимальный ток трехфазного короткого замыкания в начале проверяемого кабеля (на выводе аппарата), А; определяют по формуле (1).

Значения тока  определяют по формуле

 

, (15)

 

где с — коэффициент, учитывающий конечную температуру нагрева жил кабеля при коротком замыкании, А×с^1/2×мм ^-2;

F — принятое сечение основной (силовой) жилы кабеля, мм²;

 — приведенное время отключения короткого замыкания, с.

 

Значение коэффициента с для кабелей с резиновой изоляцией принимают равным 105—143 (соответственно при допустимой температуре нагрева жил — длительной 75—90 °С и кратковременной 150—250 °С), для кабелей с ПВХ изоляцией — 115 А×с^1/2×мм ^-2.

Для выключателей напряжением 3000 (3300) В, установленных в распредустройстве низшего напряжения ПУПП, и контакторов на это напряжение, установленных в комплектных устройствах (станциях) управления (магнитных станциях, пускателях, многоконтакторных центрах и т.п. — далее по тексту «комплектные устройства (станции) управления») с защитой от токов к.з., время  определяют как

 

, (16)

 

где  — время отключения токов короткого замыкания, включая время действия основной защиты, установленной у ближайшего к месту короткого замыкания выключателя (контактора), и полное время отключения этого выключателя (контактора) с учетом времени горения дуги, с.

Значение времени  указывается в инструкции по эксплуатации (техническом описании) ПУПП, комплектных устройств (станций) управления напряжением 3000 (3300) В, а при их отсутствии принимают равным 0,2 с.

Кабели на напряжение 3000 (3300) В при их присоединении к ПУПП мощностью 1250—2000 кВА с временем отключения защитой от токов короткого замыкания не более 0,2 с удовлетворяют требованиям по термической стойкости, если сечение их основных (силовых) жил принято не меньшим чем 25 мм².

I_о - контакторного блока НРС 450-1 = 20000 А

I _{т1 (3) (кз)} = 3298,5 А

20000 ≥ 1,2 * 3298,5

20000 ≥ 3958,2

Условие выполняется.

Принимаем:

с = 105;

F = 70 мм²;

= 0,2 с;

 

 = 105 * 70 / √ 0,2 = 16435 А

16435 ≥ 1,2 * 3298,5

16435 ≥ 3958,2

Условие выполняется

Проверка уставок тока срабатывания реле защиты от токов короткого замыкания.

Величину уставки тока срабатывания защиты от токов короткого замыкания для токовых реле мгновенного действия (без выдержки времени) определяют исходя из следующих условий:

для токовых реле, у которых значения тока уставки проградуированы на шкале или устанавливают на электронном индикаторе (экране дисплея) по первичному току срабатывания защиты ,

 

,

 

где  — максимальный рабочий ток защищаемого присоединения, А;

 

От ПУПП получает питание только выемочный комбайн.

 определяем по формуле:

 

,

 

где  — начальный пусковой ток одного из электродвигателей исполнительных органов выемочного комбайна при раздельном пуске этих двигателей. А;

Выбранная уставка тока срабатывания реле проверяется по минимальному току двухфазного короткого замыкания в защищаемом присоединении. При этом отношение (кратность) расчетного минимального тока двухфазного короткого замыкания к уставке тока срабатывания реле должно удовлетворять условию

,

 

где =1,5 — коэффициент чувствительности защиты.

 

 = 646,6 А ;

Р_комб = 500 кВт;

 

Принимаем:

 

I _{т1 (2) (кз)} = 2306,7 А

2306,7 / 700 ≥ 1,5

3,29 ≥ 1,5

 

Условие выполняется