Как найти максимальный ток короткого замыкания

Содержание:

1. Введение
2. Основные понятия и принцип расчета
3. Методика расчета тока кз
4. Пример расчета тока кз

1. Введение

В соответствии с пунктом 3.1.8. ПУЭ электрические сети должны иметь защиту от токов короткого замыкания, обеспечивающую по возможности наименьшее время отключения при этом указано что защита должна проверяться по отношению наименьшего расчетного тока короткого замыкания (далее — тока КЗ) к номинальному току плавкой вставки предохранителя или расцепителя автоматического выключателя. (Подробнее о выборе защиты от токов короткого замыкания читайте статью: Расчет электрической сети и выбор аппаратов защиты)

В сетях 0,4 кВ с глухозаземленной нейтралью наименьшим током КЗ является ток однофазного короткого замыкания методика расчета которого и приведена в данной статье.

1. Основные понятия и принцип расчета

Сама формула расчета тока короткого замыкания проста, она выходит из закона ома для полной цепи и имеет следующий вид:

I_кз=U_ф/Z_ф-о

где:

• U_ф — фазное напряжение сети (230 Вольт);
• Z_ф-о — полное сопротивление петли (цепи) фаза-нуль в Омах.

Что такое петля фаза-нуль (фаза-ноль)? Это электрическая цепь состоящая из фазного и нулевого проводников, а так же обмотки трансформатора к которым они подключены.

В свою очередь сопротивление данной электрической цепи и называется сопротивлением петли фаза нуль.

Как известно есть три типа сопротивлений: активное (R), реактивное (X) и полное (Z). Для расчета тока короткого замыкания необходимо использовать полное сопротивление определить которое можно из треугольника сопротивлений:

Примечание: Сумма полных сопротивлений нулевого и фазного проводников называется полным сопротивлением питающей линии.

Рассчитать точное сопротивление петли фаза-нуль довольно сложно, т.к. на ее сопротивление влияет множество различных факторов, начиная с переходных сопротивлений контактных соединений и сопротивлений внутренних элементов аппаратов защиты, заканчивая температурой окружающей среды. Поэтому для практических расчетов используются упрощенные методики расчета токов КЗ одна из которых и приведена ниже.

Справочно: Расчетным путем ток короткого замыкания определяется, как правило, только для новых и реконструируемых электроустановок на этапе проектирования электрической сети и выбора аппаратов ее защиты. В действующих электроустановках наиболее целесообразно определять ток короткого замыкания путем проведения соответствующих измерений (путем непосредственного измерения тока КЗ, либо путем косвенного измерения, т.е. измерения сопротивления петли-фаза-нуль и последующего расчета тока КЗ).

1. Методика расчета тока кз

1) Определяем полное сопротивление питающей линии до точки короткого замыкания:

Z_л = √(R²_л+X²_л), Ом

где:

• R_л — Активное сопротивление линии, Ом;
• X_л — Реактивное сопротивление линии, Ом;

Примечание: Расчет производится для каждого участка линии с различным сечением и/или материалом проводника, с последующим суммированием сопротивлений всех участков (Z_пл=Z_л1+Z_л2+…+Z_лn).

Активное сопротивление линии определяется по формуле:

R_л =L_фо*p/S, Ом

где:

• L_фо — Сумма длин фазного и нулевого проводника линии, м;
• p — Удельное сопротивление проводника (для алюминия — 0,028, для меди – 0,0175), Ом* мм²/м;
• S — Сечение проводника, мм².

Примечание: формула приведена с учетом, что сечения и материал фазного и нулевого проводников линии одинаковы, в противном случае расчет необходимо выполнять по данной формуле для каждого из проводников индивидуально с последующим суммированием их сопротивлений.

Реактивное сопротивление линии определяется по формуле:

Х_л =L_фо*0,6/1000, Ом

2) Определяем сопротивление питающего трансформатора

Сопротивление трансформатора зависит от множества факторов, таких как мощность, конструкция трансформатора и главным образом схема соединения его обмоток. Для упрощенного расчета сопротивление трансформатора при однофазном кз (Z_тр(1)) можно принять из следующей таблицы:

3) Рассчитываем ток короткого замыкания

Ток однофазного короткого замыкания определяем по следующей формуле:

I_кз=U_ф/(Z_тр(1)+Z_пл), Ампер

где:

• U_ф — Фазное напряжение сети в Вольтах (для сетей 0,4кВ принимается равным 230 Вольт);
• Z_тр(1) — Сопротивление питающего трансформатора при однофазном кз в Омах (из таблицы выше);
• Zпл — Полное сопротивление питающей линии (цепи фаза-ноль) от питающего трансформатора до точки короткого замыкания в Омах.

1. Пример расчета тока кз

Для примера возьмем следующую упрощенную однолинейную схему:

1. Определяем полное сопротивление питающей линии до точки короткого замыкания

Как видно из схемы всего имеется три участка сети, расчет сопротивления необходимо производить для каждого в отдельности, после чего сложить рассчитанные сопротивления всех участков.

• Участок 1

R_л1 =L_фо*p/S=150*0,028/35=0,12 Ом

Х_л1 =L_фо*0,6/1000=150*0,6/1000=0,09 Ом

Z_л1 = √(R²_л+X²_л)=√(0,12²+0,09²)=0,15 Ом

• Участок 2

R_л2 =L_фо*p/S=20*0,028/16=0,035 Ом

Х_л2 =L_фо*0,6/1000=20*0,6/1000=0,012 Ом

Z_л2 = √(R²_л+X²_л)=√(0,035²+0,012²)=0,037 Ом

• Участок 3

R_л3 =L_фо*p/S=40*0,0175/2,5=0,28 Ом

Х_л3 =L_фо*0,6/1000=40*0,6/1000=0,024 Ом

Z_л3 = √(R²_л+X²_л)=√(0,28²+0,024²)=0,281 Ом

Таким образом полное сопротивление питающей линии (цепи фаза-ноль) от питающего трансформатора до точки кз составит:

Z_пл=Z_л1 +Z_л2 +Z_л3 =0,15+0,037+0,281=0,468 Ом

1. Определяем сопротивление трансформатора

Как видно из схемы источником питания является трансформатор на 160 кВА, со схемой соединения обмоток «звезда — звезда с выведенной нейтралью». Определяем сопротивление трансформатора по таблице выше:

Z_тр(1)=0,16 Ом

1. Рассчитываем ток короткого замыкания

I_кз=U_ф/(Z_тр(1)+Z_пл)=230/(0,16+0,468)=366 Ампер

---

---

Была ли Вам полезна данная статья? Или может быть у Вас остались вопросы? Пишите в комментариях!

Не нашли на сайте ответа на интересующий Вас вопрос? Задайте его на форуме! Наши специалисты обязательно Вам ответят.

↑ Наверх

Сегодня – статья о токе короткого замыкания и сопротивлении петли фаза-ноль. Разберёмся, как эти понятия связаны между собой, и какую ценность имеет эта информация для практикующего электрика. С одной стороны – всё можно объяснить на законе Ома, с другой – это очень и очень обширная тема, и я не знаю, хватит ли одной статьи.

Скажу сразу, что я не претендую на полноту и академичность изложения информации. Поэтому в конце, как всегда, будут выложены для скачивания несколько хороших книг на тему статьи.

Аффтар: “Пердупреждаю, внизу многа букаф!”

Что такое короткое замыкание?

Многие знают такое устойчивое выражение – “короткое замыкание”. Кроме названия известного блокбастера из 90-х, эти слова ассоциируются у обывателя с частой причиной пожаров. На эту тему гуляет множество мифов и штампов. Я решил разобраться, что тут к чему и зачем всё это нужно.

Короткое замыкание (КЗ) – это такой режим работы электросети, или явление, при котором в цепи в месте замыкания протекает максимально возможный ток. Это событие  – трудно предсказуемое и аварийное, и чем быстрее оно прекратится, тем лучше. При возникновении КЗ вся энергия источника питания тратится только на нагрев проводов. Кроме того, возможны динамические (механические) последствия.

Процесс этот обычно очень скоротечный и взрывообразный, поскольку тепловая энергия выделяется колоссальная. Если не прекратить это безобразие как можно быстрее (какими способами это делается – разберёмся ниже), то КЗ может привести к большим материальным и человеческим потерям.

Время отключения автоматических выключателей бытовых серий при КЗ на землю – менее 0,1 с. Если выключение происходит посредством устройств, реагирующих на дифференциальный ток (УЗО, АВДТ), время реакции будет менее 0,04 с.

Замыкание может происходить между любыми точками электрической цепи, обладающими разным потенциалом. Вот как это выглядит в трехфазном варианте:

На рисунке условно показана вторичная обмотка понижающего трансформатора, установленного в трансформаторной подстанции (ТП), пятипроводная линия электропередачи и трехфазная электроустановка. Электроустановкой может быть частный или многоквартирный дом, а может и что-то промышленное.

Замыкания могут быть в разных вариантах:

• двух- и трехфазные (межфазные),
• одно- двух- или трехфазные на нейтральный N или защитный РЕ проводник.

Если рассматривать наиболее безопасную систему заземления TN-S с глухозаземленной нейтралью трансформатора,  то наиболее часто (на практике – около 90%) встречается однофазное замыкание между фазным проводом и нейтралью N (либо защитным проводником РЕ). Поэтому далее будет рассматривать более простой, однофазный вариант:

Рекомендую мою статью: Чем трехфазное напряжение отличается от однофазного. А линейное от фазного.

Замыкание может произойти где угодно – хоть около трансформаторной подстанции (ТП) из-за невнимательности экскаваторщика, хоть в квартире из-за кота, уронившего ёлку. В любом случае, защита должна отработать чётко, сведя к минимуму последствия КЗ.

Кстати, у нас однажды кошка уронила ёлку. Выкинули её с 5-го этажа.

Причины короткого замыкания

КЗ может возникнуть по разным причинам, основная из которых – нарушение изоляции или взаимного расположения токоведущих частей. Очень часто в возникновении КЗ виноват человеческий или природный фактор.

Пример, который оценят женщины (чудо, если они будут читать эту статью) – из-за постоянных перегибов ухудшается изоляция, и в один “прекрасный” момент фен или утюг “бахают” на вводе или около вилки.

Другой пример – из-за механической поломки или внешнего воздействия токоведущие части по какой-то причине оказываются слишком близко друг к другу, вплоть до полного соприкосновения. Это может случиться из-за природных явлений (упало дерево на провода), ударов, падений электроприборов.

Ну и классический пример – КЗ из-за вмешательства в электропроводку домашних “мастеров на все руки”. По законам жанра, у мастера после этого инцидента обязательно должны стоять дыбом волосы, а лицо быть черным. Мне от таких картинок не смешно – всё происходит по другому.

Как избежать КЗ?

Понятно, что полностью избежать этого неприятного явления невозможно – тут велик элемент случайности. Однако, в наших силах существенно снизить риск возникновения КЗ. И тут колоссальное значение приобретает регулярный осмотр и техническое обслуживание электросетей.

Примеры превентивных мер:

• чистка токоведущих частей, контактов и изоляторов от пыли и грязи,
• проверка защиты от влажности,
• проверка целостности укладки и монтажа,
• ограждение и дополнительная защита опасных участков,
• вывешивание и наклеивание предупреждающих табличек и надписей,
• проверка и протяжка контактов,
• обрезка деревьев и устранение других опасных факторов.

Как думаете, какие нужны превентивные меры защиты от КЗ на фото ниже (Фото из статьи про Электрику в Грузии)?

В серьезных организациях регулярно проводят проверку кабелей и контактов тепловизором, а также измерение сопротивления изоляции и испытания изоляции высоковольтным напряжением.

Замыкание и перегрузка

Чем отличаются эти два явления – короткое замыкание и перегрузка?

В электрической цепи можно выделить 4 принципиально разных режима, которые отличаются по току потребления:

• Режим холостого хода. Ток равен нулю, напряжение номинальное, потерь на проводах никаких нет. Розетка, к которой ничего не подключено, работает как источник напряжения в режиме холостого хода.
• Номинальный режим. Иначе – нормальный режим, когда мощность нагрузки не превышает расчетную. В этом режиме всё хорошо, мы спокойно наслаждаемся благом электрификации страны. “Просадка” напряжения если и будет, то незначительная – единицы процента.
• Режим перегрузки. В этом режиме ток может незначительно (на десятки процентов) либо в несколько раз (на сотни процентов) превышать номинальный. Перегрузка может произойти из-за частичного ухудшения изоляции, превышения суммарной мощности подключенных потребителей, либо из-за неисправности внутри отдельного электроприбора (например, межвитковое замыкание либо заклинивание электродвигателя, или замыкание внутри ТЭНа).
• Режим короткого замыкания. Это самый тяжелый, разрушительный режим с большим выделением тепла. Ток в месте замыкания – максимально возможный для данных условий. Другие побочные эффекты КЗ – понижение напряжения у других потребителей (как из-за пониженного напряжения сгорели новые немецкие холодильники на областном складе “Магнита”) и асимметрия фаз (к чему приводит асимметрия (перекос) фаз и как от этого защититься).

То есть, перегрузка от короткого замыкания отличается величиной сверхтока. При КЗ ток становится максимально возможным в данной точке цепи, а при перегрузке значение тока больше номинального, но меньше тока КЗ.

Любые токи выше номинального называются сверхтоком.

Из-за перегрузки может легко возникнуть КЗ – провода греются, изоляция плавится, и так далее, со всеми вытекающими, стреляющимися и взрывающимися последствиями.

Не стоит путать перегрузку, короткое замыкание и искрение (дуговой пробой). Если первые два понятия отличаются значением сверхтока, то при последовательном дуговом пробое (например, ослабла затяжка клеммы в розетке) действующее значение тока может быть совсем незначительным (единицы ампер), что не вызовет срабатывания ни автоматического выключателя, ни УЗО. Спасти ситуацию от пожара сможет лишь Устройство защиты от искрения (от дугового пробоя), которое ещё встречается сравнительно редко.

По таким устройствам у меня на блоге несколько статей, вот последняя на сегодняшний день.

Чем определяется напряжение и ток при коротком замыкании?

Выше я сказал, что КЗ может произойти в любой точке линии. Давайте разбираться, как будет зависеть ток и напряжение в зависимости от места КЗ.

Короткое замыкание – это физическое явление. Ток короткого замыкания – это параметр питающей электросети, измеряемый в амперах или килоамперах (кА).

Немецкий физик Ом со школьных лет учит нас, что напряжение и ток определяются через сопротивление цепи:

Ток короткого замыкания, как и любой ток, тоже рассчитывается по закону Ома и зависит от напряжения и сопротивления на данном участке цепи. Поскольку сопротивление проводов в реальной жизни – это не только то, что показывает мультиметр, но и индуктивная составляющая, закон Ома для тока КЗ запишем в более общем виде:

В числителе U – номинальное напряжение в сети. Число, которое получается при расчетах в знаменателе – полное сопротивление цепи Z, от которого и зависит ток КЗ. Рассмотрим схему однофазного питания квартиры и реальный случай КЗ:

В схеме обозначены полные сопротивления различных участков питающей сети:

• Z1 – внутреннее сопротивление трансформатора на подстанции с учетом пересчитанного сопротивления высоковольтной части,
• Z2 – кабельная линия от ТП к распределительному пункту (РП) многоквартирного дома,
• Z3 – кабельная линия от РП до квартирного щитка,
• Z4 – кабель от щитка до розетки в одной из комнат,
• Z5 – переноска от розетки до замкнувшего фена.

Вот как может выглядеть график уровня напряжения на разных участках – от клемм трансформатора на подстанции до замкнувшей вилки фена:

Падение напряжения сопровождается выделением тепла на всех участках питающей линии. На мощных участках с большим сечением проводов доля “квартирного” тока КЗ ничтожна, поэтому там падение небольшое (участки с сопротивлением Z1, Z2).

Статья про падение напряжения. Расчет в низковольтных цепях и в цепях постоянного тока, без учета реактивной составляющей.

В связи с понижением напряжения в результате КЗ можно отметить, что это будет заметно на параллельных нагрузках, подключенных например к тому же РП. При КЗ или сильной перегрузке у одного из потребителей лампочки в соседних домах и подъездах станут гореть тусклее. Бывало?

А вот как может выглядеть изменение тока КЗ от источника до места замыкания:

Типичное значение тока КЗ на клеммах трансформатора мощностью до 1000 кВА, которые применяются для питания городских потребителей – порядка 10 кА. А вот в розетках наших квартир ток КЗ может составлять значение порядка 1000 А. В частном секторе и сельских районах значение тока КЗ может быть гораздо меньше – до 100 А.

Как же узнать ток КЗ? Казалось бы – что трудного? Подставляем значения в формулу и считаем!

Однако, полный расчет тока КЗ весьма сложен, и ему можно посвятить курсовой, а то и дипломный проект. При этом нужно знать много исходных данных (например, мощность трансформатора на ТП и индуктивное сопротивление кабельной линии), и всё равно результат будет теоретическим, не учитывающим реальность – например, переходные сопротивления контактов. Важно учитывать и то, что при КЗ действуют две составляющие тока: апериодическая (ударная часть, наиболее мощная и непредсказуемая), действующая только в начальный момент во время переходного процесса, и периодическая, которая практически не меняет своего значения от начала до конца инцидента.

Поэтому расчеты обычно оставляют дипломникам и проектировщикам, а на практике измеряют фактический ток КЗ при помощи специальных приборов. Для более точного расчета можно воспользоваться книгами, выложенными в конце статьи, либо программами для расчета.

Как измерить ток короткого замыкания?

Для измерения тока КЗ в продаже есть много профессиональных приборов различных производителей, по цене от 10 тыс. рублей. Все они прекрасно справляются со своей задачей.

Замечательно, что есть и бытовое исполнение на ДИН-рейку – например, ВРТ-М02 от фирмы Меандр. Прибор имеет размеры автоматического выключателя, имеет необходимые настройки и индикацию напряжения. При понижении тока КЗ ниже порога срабатывает индикация. Хочу себе такой.

Что делать, если измеренный ток КЗ слишком низкий?

Допустим, мы измерили прибором и получили значение тока КЗ в розетке (как правило, измерение проводят в самой удалённой точке). Как понять, что этот ток – слишком низкий? Это оценивается по критерию гарантированного срабатывания электромагнитного расцепителя автоматического выключателя в измеренной цепи. Логично, что для этого ток КЗ должен быть больше, чем верхний предел диапазона расцепления. Напоминаю, для характеристики “В” разброс 3…5 In, для “С” – 5…10 In, для “D” – 10…20 In. Чтобы сказать точнее, обратимся в ПУЭ (п.7.3.139):

7.3.139. В электроустановках до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью в целях обеспечения автоматического отключения аварийного участка проводимость нулевых защитных проводников должна быть выбрана такой, чтобы при замыкании на корпус или нулевой защитный проводник возникал ток КЗ, превышающий не менее чем в 4 раза номинальный ток плавкой вставки ближайшего предохранителя и не менее чем в 6 раз ток расцепителя автоматического выключателя, имеющего обратнозависимую от тока характеристику.При защите сетей автоматическими выключателями, имеющими только электромагнитный расцепитель (без выдержки времени), следует руководствоваться требованиями, касающимися кратности тока КЗ и приведенными в 1.7.79.

В первой части 7.3.139 говорится только о тепловом расцепителе – его номинальный ток должен быть по крайней мере в 6 раз меньше тока КЗ. Во второй части этого пункта, а также в п.1.7.79 говорится о максимальном времени отключения при КЗ (0,4 с), которое должно быть обеспечено только электромагнитным расцепителем. При этом четко не указано о выборе АВ с учетом его характеристики отключения.

Из-за этой расплывчатости формулировки пользуются правилом, изложенным в ПТЭЭП (проверка срабатывания защиты при системе питания с заземленной нейтралью, п.28.4), где говорится о том, что при замыкании на нулевой защитный проводник ток КЗ должен быть не менее “1,1 верхнего значения тока срабатывания мгновенно действующего расцепителя”.

То есть, для автомата В10 ток КЗ на его выходной клемме должен быть не менее 10х5х1,1 = 55 А.

Если же установлен автомат С25, ток КЗ должен быть не менее 25х10х1,1 = 275 А.

Если же ток КЗ меньше, допустимое время срабатывания отнюдь не гарантируется. Что же делать? Тут два выхода:

• увеличивать ток КЗ, для этого нужны затраты на прокладку новой питающей линии (по крайней мере, её самого слабого звена),
• уменьшать номинал автомата (например, 25 А на 16) и букву характеристики отключения (с “С” на “В”) в ущерб максимальной мощности нагрузки.

Что такое петля “Фаза-ноль” и как она связана с током КЗ?

Петля “Фаза-ноль” (или Фаза-нУль, можно и так) – это цепь, или контур, по которому проходит ток от источника напряжения через нагрузку обратно в источник. Сопротивление петли “Фаза-ноль” обратно пропорционально току КЗ, измеряется в Омах:

Иными словами, два этих понятия связаны так же, как ток и сопротивление в законе Ома – одно можно рассчитать из другого, зная напряжение (в данном случае это номинальное напряжение 230 В).

Зачем нужно знать значения тока КЗ и сопротивления петли “Фаза-ноль”?

Я уже много чего рассказал в статье. Но какой нам толк от знания этих параметров электросети?

Знание тока КЗ (или сопротивления петли “Фаза-ноль”) и мощности нагрузки позволяет нам правильно и оптимально (по соотношениям безопасность/функциональность/надежность/цена) выбрать основные элементы энергосистемы – аппараты защиты и сечение кабелей. Далее намного подробнее.

Безопасность

Об этом я уже говорил, но повторю. Электрические сети должны быть безопасными на всех участках и во всех режимах. Для этого, кроме изоляции, применяют автоматические выключатели и устройства, управляемые дифференциальным током (УЗО). Вкупе с защитным заземлением, эти устройства защищают оборудование от КЗ и перегрузок, а человека – от опасности прямого или косвенного прикосновения.

Функциональность

Зная ток КЗ, можно выдать заключение о необходимости установки стабилизатора, или замены кабельной линии на новую. Кроме того, можно сделать вывод о селективности – можно ли её обеспечить хотя бы частично?

Надежность

В случае высокого тока КЗ необходимо применить выключатели с высокой отключающей способностью для надежного функционирования в момент КЗ. Кроме того, должны быть предъявлены высокие требования к качеству монтажа и комплектующих.

Цена

Тут понятно – выполнение предыдущих пунктов значительно влияет на цену всей электросети.

Высокий ток КЗ – это хорошо или плохо?

Как я показал на графике ранее, чем дальше место замыкания от источника питания, тем меньше будет ток короткого замыкания, поскольку сопротивление линии будет больше. Высокий ток КЗ обычно бывает в тех местах электросети, которые расположены наиболее близко к подстанции, а кабельные линии имеют большое сечение проводов. В питающих сетях с напряжением 0,4 кВ относительно высокими считаются токи КЗ более 6кА, а токи КЗ выше 15 кА практически не встречаются. Итак, что мы имеем:

Минусы низкого тока КЗ

• большое падение напряжения при достаточно мощной нагрузке;
• как правило, низкое напряжение на электроприборах. При этом стабилизатор поможет не всегда;
• нестабильность напряжения на электроприборах в зависимости от времени суток или времени года. По нормам на напряжение и его допуски я провёл расследование;
• высокое (вплоть до бесконечности) время срабатывания автоматических выключателей при КЗ на землю (работает только тепловой расцепитель);
• необходимость установки автоматических выключателей с характеристикой отключения “В” с целью более вероятного срабатывания электромагнитного расцепителя при КЗ. Этот спорный вопрос обсуждается в моей статье на Дзене Зачем ставить автоматы с характеристикой “В”;
• обязательная установка УЗО – при этом, кроме своих “основных” обязанностей (отключение питания при высоком токе утечки, а также для защиты человека при прямом и косвенном прикосновении), УЗО выполняет функцию защиты от КЗ на землю (ПУЭ 1.7.59, 7.1.72).

Плюсы низкого тока КЗ

• можно устанавливать дешевые автоматические выключатели с низкой номинальной наибольшей отключающей способностью (Icn = 4500 А);
• сравнительно легко можно обеспечить селективность между вводным и нижестоящим автоматами. Но нужен расчет и измерение точного значения тока КЗ.

Минусы высокого тока КЗ

• невозможность обеспечить селективность между вышестоящими и нижестоящими автоматами. Выход – установка рубильника либо селективного по времени автоматического выключателя;
• необходимость установки АВ с высокой номинальной наибольшей отключающей способностью (Icn = 6000, 10000 А и т.д.). Отключающая способность должна быть выше, чем ток КЗ в начале защищаемого участка (ПУЭ п. 3.1.3);
• большие негативные последствия при возникновении КЗ.

Плюсы высокого тока КЗ

• легко гарантировать стабильное напряжение на нагрузке и вообще качество электроэнергии;
• имеется перспектива подключения новых потребителей и увеличения нагрузки.

Селективность автоматических выключателей и УЗО – отдельная большая тема, в планах есть.

Резюмируя плюсы и минусы, можно сказать, что значение тока КЗ – палка о двух концах. В бытовом секторе ток КЗ часто бывает низким, и его стараются увеличить, прокладывая новые линии с высоким сечением проводов и устанавливая новые трансформаторные подстанции. В серьезной энергетике наоборот, применяют методы по уменьшению тока КЗ.

Скачать

Респект, если дочитали досюда и намереваетесь скачать книги по этой теме! Вы серьёзный человек!

• Шабад_М.А._Расчеты_релейной_защиты_и_автоматики / Шабад М.А. Расчеты релейной защиты и автоматики. Хорошая книга 1985 г, в которой рассказывается про устройство электросетей – от оборудования подстанций до селективности защитных автоматов, pdf, 38.87 MB, скачан: 163 раз./
• Беляев А.В. Выбор аппаратуры, защит и кабелей 0,4 кВ / Беляев А.В. Выбор аппаратуры, защит и кабелей 0,4 кВ – книга для теоретического расчета тока короткого замыкания. СПб 2008, pdf, 17.39 MB, скачан: 0 раз./
• РД 153-34.0-20.527-98 / Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования РД 153-34.0-20.527-98. Руководящие указания предназначены для использования инженерами-энергетиками при выполнении ими расчетов токов короткого замыкания (КЗ) и проверке электрооборудования (проводников и электрических аппаратов) по режиму КЗ. МЭИ, 1998, pdf, 3.61 MB, скачан: 0 раз./
• Электрическая часть электростанций и ТП / Электрическая часть электростанций и подстанций. Подробное описание схем и расчетов с примерами. Учебное пособие. Н.В.Коломиец, Томский политех, 2007, pdf, 1.37 MB, скачан: 0 раз./
• Выбор электрооборудования и расчеты трансформаторных подстанций / Выбор электрооборудования и расчеты трансформаторных подстанций среднего и низкого напряжения. АВВ, учебно-методическое пособие, pdf, 9.16 MB, скачан: 0 раз./

Эти и другие книги, а также программы и файлы можно скачать со страницы Скачать.

Жду вопросов и замечаний в комментариях!

Оригинал статьи

Если интересны темы канала, заходите также на мой сайт – https://samelectric.ru/ и в группу ВК – https://vk.com/samelectric

Не забываем подписываться и ставить лайки, впереди много интересного!

Обращение к хейтерам: за оскорбление Автора и Читателей канала – отправляю в баню.

Расчет
токов короткого замыкания производится:
для проверки отстроенности защит от
максимальных токов
вне защищаемой зоны; токв максимальном режиме работы системы
используется для определения токов
срабатывания токовых отсечек и токов
небаланса дифференциальной токовой
защиты; для проверки чувствительности
защиты в защищаемой зоне или на смежном
участке при осуществлении дальнего
резервирования при минимальных расчетных
токах.

При выполнении
расчетов применяется ряд допущений:

• ЭДС
  источников совпадают по фазе в течение
  всего процесса
  ;

• не
  учитывается насыщение магнитных систем
  электрических машин, что позволяет
  считать постоянными и не зависящими
  от тока индуктивные сопротивления всех
  элементов короткозамкнутой цепи;

• не
  учитывается емкости элементов
  короткозамкнутой цепи;

• 3-х
  фазная система считается симметричной.
  Составляется схема замещения. Выбираются
  места
  .

Расчетные
точки
–
точки на линиях, шины подстанций, стороны
ВН и НН трансформаторов. Секционные
выключатели принято считать отключенными.

Находятся
сопротивления элементов схемы и методом
постепенного преобразования для места
находится эквивалентное сопротивление.

Расчет проводим
в именованных единицах по формуле:

,
где
–
напряжение расчетного участка

–
результирующее полное сопротивление
цепи
,
Ом;

Сопротивление
систем
инаходим по выражению

Сопротивления
линий
инаходим по выражению

Трансформаторы
110/10 с расщепленной обмоткой низшего
напряжения.

Если
обмотки НН объединяются ,то тогда
сопротивление трансформатора определяется
как сопротивление двухобмоточного
трансформатора для крайних положений
РПН по формулам:

где
максимальное
и минимальное сопротивления трансформатора;

напряжения
% при крайних положениях РПН трансформатора.

Согласно
ГОСТу 721-74
не
должно превышать для номинала напряжения
110 кВ – 126 кВ.

Если обмотки НН
применяются расщепленными (для уменьшения
токов КЗ),то трансформатор на схеме
замещения представляется 3-х лучевой
схемой :

Сопротивления
лучей :

Х_ВН
= 0,125 Х_ВН-НН

Х
_НН = 1,75
Х_ВН-НН

Для
трансформатора мощностью 63000 кВа при U
=110 кВ:

,
соответствующее

,
соответствующее

Рис.1
Схема системы электроснабжения

Рис.2
Схема замещения

Влияние
нагрузки Е_НГ3
, Е_НГ4
учитывается только на шинах 0,4 кВ, Е_НГ1,
Е_НГ2
только на шинах 10 кВ. Для защиты не
учитывается ток подпитки от асинхронной
нагрузки (только для ударного тока в
месте присоединения), поэтому подпитку
от Е_НГ1,
Е_НГ2
не учитываем.

Расчетная таблица 1. «Токи кз»

Режим Точка к.з.	Максимальный	Минимальный
, Ом	, кА	Ступени U, кВ	, Ом	, кА	Ступени U, кВ	, кА
К1	0,7935	83,7	115	1,058	62,8	115	54,6
К2	4,7935	13,86	115	5,058	13,14	115	11,43
К3	8,7935	7,56	115	9,058	7,34	115	6,38
К4	24,7935	2,68	115	39,058	1,7	115	1,48
К4	0,227	28,0	11	0,357	17,8	11	15,48
К4(с учетом подпитки)		28,92	11		18,72	11	16,3
К4(с учетом подпитки)		2,77	115
К8	0,6358	104,5	115	0,8464	78,53	115	68,52
К9	3,6358	18,28	115	3,8464	17,28	115	15,0
К10	6,6358	10,0	115	6,8464	9,7	115	8,44
К11	22,6358	2,93	115	36,8464	1,8	115	1,5
К11(без учета подпитки)	0,208	30,6	11	0,337	18,85	11	16,4
К11(с учетом подпитки)		30,90	11		19,15	11	16,7
К11(с учетом подпитки)		3,015	115

После
расчетов токов к.з. в точках К₄
и К₁₁
необходимо проверить кабели, питающие
линии W₃
и W₄
на термическую стойкость. Сечение кабеля
на термическую стойкость для тока
трехфазного замыкания проверяется в
начале питания по:

,
где
–
установившееся значение тока КЗ, А.

приведенное
время тока КЗ, принимаем = 0,15 – время
срабатывания отсечки.

температурный
коэффициент, учитывающий ограничение
допустимой температуры нагрева жил
кабеля,
для алюминиевых жил = 85.

Для
линии W₃:

мм².

Для
линии W₄:

мм².

Принимаем
S
= 150 мм²
для обоих линий W₃
и W₄.

;

;.

Расчетная
таблица 1. «Токи КЗ» (продолжение)

	Максимальный	Минимальный
	0,415	15,32	11кв	0,6445	9,86	11кВ	8,58
	0,667	9,53	11кв	0,7567	8,4	11кв	7,3
	4,613	1,378	11кв	4,74	1,34	11кв	1,166
	0,0061	37,9	0,4кВ		36,88	0,4кВ	32,09
	0,429	14,82	11кВ	0,532	11,95	11кВ	10,4
	0,718	8,85	11кв	0,803	7,918	11кв	6,88
	4,624	1,375	11кв	4,75	1,338	11кв	1,166
		37,8	0,4кВ		36,8	0,4кВ

После
определения сопротивлений на участках
находим результирующее полное
сопротивление цепи до точки
,приведенное
к соответствующей ступени напряжения

В
каждой расчетной точке находим ток КЗ
по выражению:

,
где
–
напряжение расчетного участка

–
результирующее полное сопротивление
цепи до точки
, Ом;

Значение
токов к.з. записываем в таблицу «Токи
КЗ»:

токи
подпитки

(c
учетом подпитки)

токи
подпитки
– приведенный к напряжению11кВ

–
приведенный к 0,4 кВ

ток
подпитки

где

ток
подпитки
– приведенный к 10 кВ.

–
приведенный к стороне 0,4 кВ.

На
сторону 110 кВ подпитка не оказывает
практически никакого влияния.

5.
Защита сети 0,4 кВ.

Защита
сети 0,4 кВ в трансформаторных подстанциях
может производиться автоматическими
выключателями типа «Электрон», А3700, ВА.
Автоматические выключатели могут быть
выполнены с полупроводниковыми
расцепителями (селективными и
неселективными); электромагнитными;
электромагнитными и тепловыми
расцепителями. Каждый выключатель
обладает характерными для него защитными
характеристиками
или(время – токовыми характеристиками).

По условиям
отстройки от пусковых токов (пиков
нагрузки) желательно, чтобы ток и время
срабатывания превышали расчетные
значения не менее чем в 1,5 раза.

По
условию селективности выключатель,
который ближе к источнику питания,
должен иметь время действия не менее
чем в1,5 раза (при том же токе) больше
времени действия выключателя нижней
ступени. Так если автомат фидера ПР –
0,1 с, то вводной ПР – 0,15с, фидер ТП –
0,25с, секционный ТП – 0,4 с, вводной ТП –
0,6с с разбросом ±10%.

При
выборе выключателя необходимо учитывать:
номинальные значения напряжения и тока
(цепи постоянного или переменного тока);
предельной коммутационной способности;
уставки расцепителей в зоне короткого
замыкания и нагрузок (ток срабатывания
и время срабатывания).

1^ая
ступень защиты – токовая отсечки без
выдержки времени на выключателях мощных
трансформаторных подстанций как правило
работает неселективно. Так для
( А 3790 ток
,
ВА55 и ВА75 зависит от их номинального
тока и составляет 20 – 45 кА, а для
выключателей «Электрон» токПоэтому расчет параметров токовой
отстройки сводится к сопоставлению
значения токас указанными значениями тока.
Если неселективные действия не
допускаются, но оказалось что,
то необходимо либо принять другой
выключатель, либо использовать не
расцепитель, а отдельную токовую защиту.
А на практике: 1^ая
ступень выводится из работы, что
завод-изготовитель категорически
запрещает и увеличивается уставка II
ступени, («Электрон») что тоже делать
нежелательно из-за ухудшения
чувствительности II
ступени.

Вторая ступень
защиты – токовая отсечка с выдержкой
времени.

1. По
   условию отстройки тока и времени
   выключателя ниже лежащей ступени

где
;–
ступень селективности (для ВА55, ВА75,
А3790С).– ток срабатывания 1-ой ступени ниже
лежащей защиты.

Для
исключения срабатывания при кратковременных
нагрузках необходимо

где
– для А3790С, ВА равен 1,5; для «Электрон»
– 1,6

В
трансформаторных подстанциях Pнт₃
и Pнт₄
питаются
непосредственно со сборных шин 0,4 кВ
секции выключателя или выключателя
фидера, которые в свою очередь могут
питаться с магистральных шинопроводов
0,4 кВ, при этом защита ввода ПР ,фидера
ТП,.. секционного выключателя определяются
согласно их «обобщенной» нагрузки:

В
качестве автоматического выключателя
для такой нагрузки можно выбрать по
условиям
,

.

Но
в данном случае выбирать выключатель
придется по предельной коммутационной
способности
(см. ток).
Такой коммутационной способностью
обладает «Электрон» Э25 В с коммутационным
током выключателяноминальным базовым током МТЗ – 1600 А.

Уставку
МТЗ второй ступени выбираем из пуска
наиболее мощного асинхронного
электродвигателя типа 4А (200 кВт,
)
и остальной нагрузки.

Пусковой
ток
.

Остальная
нагрузка
.

По условию отстройки
от кратковременных перегрузок для
автомата «Электрон»

Уставку
III
ступени защиты I^”_с.з.=
.
Для выбора уставок максимальной токовой
защиты производим расчет приближенным
методом тока и коэффициент самозапуска
обобщенной нагрузки.

Для
определения сопротивления обобщенной
нагрузки в режиме самозапуска в
именованных единицах считаем, что
мощность нагрузки равна максимальной
рабочей мощности линии, а
кабеля (кабели являются наиболее слабым
элементом). Тогда

;

.

Нагрузку
можно запитать 3 – 4 кабелями

сечением
120 мм²
–
А(при
прокладке в траншее)

сечением
185 мм²
–А
(при прокладке в воздухе)

Сопротивление

Ом.

Суммарное
сопротивление

Ом.

Ток
самозапуска нагрузки

кА.

кА.

По
наибольшему току срабатывания защиты
– 3,269 кА выбираем кратность уставки
.
Выставим кратность в зоне к.з. равной
3. Ток срабатывания защиты

Время
срабатывания выключателя фидера ТП

Третья ступень
защиты

Уставка
не настраивается. Она связана с номинальным
током расцепителя. Для полупроводниковых
расцепителей
. В этом случае задача сводится к
выбору расцепителя. Для расцепителей
выключателя «Электрон»

–
расцепитель выбран правильно.

Уставка
МТЗ в зоне перегрузки
.

Время
срабатывания согласно защитной
характеристике в зависимости от положений
переключателей
ина лицевой панели полупроводникового
блока РМТ – 1 и разброса –с.

Уставки
защиты секционного выключателя выбирается
исходя из: максимального тока наиболее
нагруженной секции; тока короткого
замыкания на шинах 0,4 кВ; селективности
с защитой выключателя фидера

В данной схеме
токораспределение между фидером и
секционным выключателем не меняется

Селективность
обеспечим по времени
.
Принимаем.

При
выборе защиты ввода 0,4 кВ ТП-10/0,4 кВ
исходим из: максимального тока нагрузки
секций 1,2; максимального тока короткого
замыкания на шинах 0,4 кВ –
;
селективности с защитой секционного
выключателя.

Максимальная
нагрузка 2-х секций
.
Ток короткого замыкания 0,4 кВ ввода с
учетом подпитки – 48,3 кВ.

Выбираем
автомат электрон Э25В с номинальным
током выключателя
,
номинальным расцепителем – 2500 А.

Уставка
расцепителя 1,25I_н.расц.=1,25·2500=3125
А.

I_с.з.=3125·1,25=3906,25
А. – в зоне перегрузки.

МТЗ
II
степени

1. по
   условию от кратковременной перегрузки
   после АВР

,

где
–
коэффициент, учитывающий некоторое
увеличение тока ЭД секции при снижении
напряжения подключения к ней
самозапускающихся электродвигателей
другой секции;=1….1,3.

К_зап
– самозапуска
электродвигателей секции

2) по условию отстройки
от тока и времени срабатывания защиты
секционного выключателя.

По
наибольшему из значений принимается

Находим
кратность

Ступени
селективности для «Электрон»

Чувствительность
защиты: