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 (КЗ) необходим для выбора аппаратуры и проверки элементов электроустановок (шин, изоляторов, кабелей и т. д.) на электродинамическую и термическую устойчивость, а также уставок срабатывания защит и проверки их на чувствительность срабатывания. Расчетным видом КЗ для выбора или проверки параметров электрооборудования обычно считают трехфазное КЗ. Однако для выбора и проверки уставок релейной защиты и автоматикитребуетсяопределениеинесимметричныхтоковКЗ.
Расчет токов КЗ с учетом действительных характеристик и действительных режимов работы всех элементов системы электроснабжения сложен. Поэтому для решения большинства практических задач вводят допущения, которые не дают существенных погрешностей [5]:
трехфазная сеть принимается симметричной; не учитываются токи нагрузки;
не учитываются емкости, а следовательно, и емкостные токи в воздушной и кабельной сетях;
не учитывается насыщение магнитных систем, что позволяет считать постоянными и не зависящими от тока индуктивные сопротивления всех элементов короткозамкнутой цепи;
не учитываются токи намагничивания трансформаторов.
В зависимости от назначения расчета токов КЗ выбирают расчетную схему сети, определяют вид КЗ, местоположение точек КЗ на схеме и сопротивления элементов схемы замещения. Расчет токов КЗ в сетях напряжением до 1000 В и выше имеет ряд особенностей, которые рассматриваются ниже.
ПриопределениитоковКЗиспользуют, какправило, одиниздвухметодов: метод именованных единиц – в этом случае параметры схемы выража-
ют в именованных единицах (омах, амперах, вольтах и т. д.); метод относительных единиц – в этом случае параметры схемы выражают
вдоляхилипроцентахотвеличины, принятойвкачествеосновной(базисной). Метод именованных единиц применяют при расчетах токов КЗ сравни-
тельно простых электрических схем с небольшим числом ступеней трансформации.
Метод относительных единиц используют при расчете токов КЗ в сложных электрических сетях с несколькими ступенями трансформации, присоединенных к районным энергосистемам.
Если расчет выполняют в именованных единицах, то для определения токов КЗ необходимо привести все электрические величины к напряжению ступени, на которой имеет место КЗ.
При расчете в относительных единицах все величины сравнивают с базисными, в качестве которых принимают базисную мощность одного трансформатораГППилиусловнуюединицумощности, например100 или1000 МВА.
|
Электроснабжение. Учеб. пособие по дипломному проектированию |
-26- |
3.РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
Вкачестве базисного напряжения принимают среднее напряжение той
ступени, на которой произошло КЗ (Uср = 6,3; 10,5; 21; 37; 115; 230 кВ). Сопротивления элементов системы электроснабжения приводят к базисным условиям в соответствии с табл. 3.1.
Таблица 3.1
Средние удельные значения индуктивных сопротивлений воздушных и кабельных линий электропередачи
|
Линия электропередачи |
xуд, Ом/км |
|
Одноцепная воздушная линия, кВ: |
|
|
6−220 |
0,4 |
|
220−330 (при расщеплении на два провода в фазе) |
0,325 |
|
400−500 (при расщеплении на три провода в фазе) |
0,307 |
|
750 (при расщеплении на четыре провода в фазе) |
0,28 |
|
Трехжильный кабель, кВ: |
|
|
6−10 |
0,08 |
|
35 |
0,12 |
|
Одножильный маслонаполненный кабель 110−220 кВ |
0,16 |
Расчет токов КЗ начинают с составления расчетной схемы электроустановки. На расчетной схеме указываются все параметры, влияющие на величину тока КЗ (мощности источников питания, средне номинальные значения ступеней напряжения, паспортные данные электрооборудования), и расчетные точки, в которых необходимо определить токи КЗ. Как правило, это сборные шины ГПП, РУ, РП или начало питающих линий. Точки КЗ нумеруют в порядке их рассмотрения начиная с высших ступеней.
По расчетной схеме составляется электрическая схема замещения. Схемой замещения называется схема, соответствующая по своим параметрам расчетной схеме, в которой все электромагнитные (трансформаторные) связи заменены электрическими. На рис. 3.1 приведен пример расчетной схемы, а на рис. 3.2 – соответствующая ему схема замещения.
При составлении схемы замещения для электроустановок выше 1000 В учитывают индуктивные сопротивления электрических машин, силовых трансформаторов и автотрансформаторов, реакторов, воздушных и кабельных линий. Средние удельные значения индуктивных сопротивлений воздушных и кабельных линий электропередачи приведены в табл. 3.2. Активные сопротивления учитывают только для воздушных линий с проводами небольшого сечения и со стальными проводами, а также для протяженных кабельных линий с небольшим сечением.
Активное сопротивление трансформаторов учитывают в случае, когда среднее номинальное напряжение ступени, где находится точка короткого замыкания, Uср ≤500 В и мощность трансформатора Sном.т <1000 кВА или
питающая и отходящая линии выполнены из стальных проводов [9].
|
Электроснабжение. Учеб. пособие по дипломному проектированию |
-27- |
3. РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
SC
X
|
XC |
C |
|
|
ST1 |
||
|
∆PK1 |
X |
|
|
T1 |
||
|
UK1 |
|
l |
rT |
|
|
r0 |
1 |
|
|
x0 |
||
|
K1 |
||
|
Xл |
||
|
ST2 |
||
|
∆PK2 |
rл |
|
|
K2 |
||
|
UK2 |
К |
|
|
1 |
|
Рис. 3.1. Расчетная схема |
Рис. 3.2. Схема замещения |
После составления схемы замещения необходимо определить ее параметры. Параметры схемы замещения определяются в зависимости от выбранного метода расчета токов КЗ в именованных или относительных единицах. Формулы дляопределенияпараметров схемы замещения приведены втабл. 3.2.
Далее схему замещения путем постепенного преобразования (последовательное и параллельное сложение, преобразование треугольника в звезду и др.) приводят к простейшему виду так, чтобы источник питания был связан с точкой КЗ однимрезультирующим сопротивлением. Преобразования схемы замещения производятся для каждой точки КЗ отдельно.
|
Электроснабжение. Учеб. пособие по дипломному проектированию |
-28- |
3. РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
Элемент
электроустановки
1
Генератор (G)
Энергосистема (С)
Трансформатор (Т)
Автотрансформатор и трехобмоточный трансформатор (Т) (схема замещения – звезда)
Таблица 3.2
Расчетные выражения для определения приведенных значений сопротивлений
Исходный
параметр
2
xd′′ном ;
SномG , МВ·А
xd′′, %;
SномG , МВ·А
Sк, МВ·А
Iоткл.ном, кА
x номС ;
SномС , МВ·А
uк, %
Sном. т, МВ·А
uк,В−С, %; uк,В−Н, %; uк,С−Н, %;
Sном , МВ·А
|
Именованные единицы, Ом |
Относительные единицы, о. е. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
3 |
4 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
x |
x′′ |
U 2 |
′′ |
Sб |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
= |
б |
ном |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
б |
d ном |
SномG |
SномG |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
x′′% |
U |
2 |
′′ |
% |
Sб |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
x б = |
xd |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
xб = |
d |
б |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
100 |
SномG |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
100 |
SномG |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
U |
2 |
x б |
= |
Sб |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
xб |
= |
б |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Sк |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Sк |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
xб |
= |
U |
б2 |
x б = |
Sб |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
3Iоткл.номU ср |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
3Iоткл.номU ср |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
x |
б |
= x |
номС |
U б2 |
x б = x номС |
Sб |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
SномС |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
SномС |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
xб = |
u |
% |
U |
2 |
x б = |
uк % |
Sб |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
к |
б |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
100 |
Sном.т |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
100 |
Sном.т |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
x |
= |
1 |
(u |
+ u |
−u |
) |
U б2 |
; |
x бВ = |
1 |
(uк,В−С +uк, |
В−Н −uк,С−Н ) |
Sб |
; |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
бВ |
к,В−С |
к,В−Н |
к,С−Н |
200 |
Sном.т |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
200 |
Sном.т |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
1 |
Uб2 |
1 |
Sб |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
xбС = |
(uк,В−С +uк,С−Н −uк,В−Н ) |
; |
x бС = |
200 |
(uк,В−С +uк,С−Н −uк,В−Н )Sном.т |
; |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
200 |
Sном.т |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
2 |
1 |
(uк,В−Н + uк,С−Н −uк,В−С ) |
Sб |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
xбН |
= |
1 |
(uк,В−Н |
+ uк,С−Н −uк,В−С ) |
U б |
x бН = |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
200 |
Sном.т |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
200 |
Sном.т |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Электроснабжение. Учеб. пособие по дипломному проектированию |
-29- |
3. РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
|
Окончание табл. 3.2 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
2 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
1 |
3 |
4 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
u |
u |
2 |
u |
к,В−Н |
u |
к,Н |
1−Н2 |
Sб |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Трансформатор с |
к,В−Н |
− 0,5 |
к,Н |
1−Н2 |
U б |
; |
x |
= |
−0,5 |
; |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
расщепленной об- |
Uк,В−Н, %; |
xбВ = |
100 |
100 |
Sном.т |
бВ |
100 |
100 |
Sном.т |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
моткой низшего |
Sном. т, МВ·А |
xб1 |
= xб2 |
2u |
к,В−Н |
U 2 |
x б1 |
= x б2 = |
2uк,В−Н |
Sб |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
напряжения (Т) |
= |
б |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
100 |
Sном.т |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
100 |
Sном.т |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Синхронные и |
xd′′; |
U б2 |
Sб |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
асинхронные |
xб |
= xd′′ |
x б |
= xd′′ |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
электродвигатели, |
Sном. М, МВ·А |
Sном.М |
Sном.М |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
компенсаторы (М) |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Реактор (LR) |
xном.LR, Ом |
xб |
= xномLR |
U б2 |
x б |
= xномLR |
Sб |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
U |
2 |
U |
2 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
ср |
ср |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Линия электропе- |
xуд, Ом/км; |
xб |
= xуд |
l |
U |
б2 |
x б |
= xуд |
l |
S |
б |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
редачи (W) |
l, км |
U ср2 |
U ср2 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Примечание: Sном – номинальные мощности элементов (генератора, трансформатора, энергосистемы), МВ·А; Sб – базисная мощность, МВ·А; Sк – мощность КЗ энергосистемы, МВ·А; Iоткл. ном – номинальный ток отключения выключателя, кА; х*ном. С − относительное номинальное сопротивление энергосистемы; uк % − напряжение КЗ трансформатора; Iб – базисный ток, кА; Uср – среднее напряжениевместеустановкиданногоэлемента, кВ; xуд – индуктивноесопротивлениелинии на 1 кмдлины, Ом/км; l – длиналинии, км
.
|
Электроснабжение. Учеб. пособие по дипломному проектированию |
-30- |
3. РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
Зная результирующее сопротивление до точки КЗ, по закону Ома определяют токи КЗ [8].
При расчете в именованных единицах:
|
Iкб = |
U б |
, |
(3.1) |
|
|
3 |
Z рез |
|||
где Iкб − ток КЗ, приведенный к базисной ступени напряжения; Uб – напря-
жение базисной ступени напряжения; Zрез – полное сопротивление (если учитываются индуктивные и активные сопротивления) от источника питания до точки КЗ.
Если напряжение ступени КЗ отличается от напряжения, принятого при расчете за базисное напряжение, полученный ток КЗ необходимо привести к реальному напряжению ступени КЗ по выражению:
|
Iк = Iкб |
Uб |
, |
(3.2) |
|
Uсрн |
где Uсрн – напряжение ступени КЗ.
При расчете в относительных единицах:
|
Iк = Iб / Z рез ; |
(3.3) |
||
|
Iб = |
Sб |
, |
(3.4) |
|
3 Uб |
где Iб – базисный ток той ступени, на которой определяют ток КЗ; Zрез – полное приведенное сопротивление от источника питания до точки КЗ; Sб – базисная мощность.
При расчете токов КЗ в большинстве случаев требуется знать следующие значения:
Iпо( I ′′) – начальное действующее значение периодической состав-
ляющей тока КЗ (сверхпереходной ток); iу – ударный ток КЗ;
Iу – действующее значение полного тока КЗ за первый период; I∞ − ток установившегося режима;
Iпt – периодическая составляющая тока КЗ в момент времени t = τ.
|
Электроснабжение. Учеб. пособие по дипломному проектированию |
-31- |
3.РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
3.1.Расчеттоковкороткогозамыкания
вэлектроустановкахнапряжениемвыше1000 В
Расчет токов КЗ в установках напряжением выше 1000 В имеет ряд особенностей по сравнения с расчетом токов КЗ в установках напряжением до 1000 В. Эти особенности заключаются в следующем:
активные сопротивления элементов системы электроснабжения при определении тока КЗ не учитывают, если выполняется условие rΣ <(xΣ /3),
где rΣ и xΣ – суммарные активные и реактивные сопротивления элементов системы электроснабжения до точки КЗ;
при определении токов КЗ учитывают подпитку от двигателей высокого напряжения: подпитку от синхронных двигателей учитывают как в ударном, так и в отключаемом токе КЗ; подпитку от асинхронных двигателей – только в ударном токе КЗ.
3.1.1. Расчеттоковкороткогозамыканиядляцепей, питающихсяотисточникабесконечноймощности
Для систем электроснабжения промышленных предприятий типичным случаем является питание от источника неограниченной мощности. В этом случае можно считать, что в точке КЗ амплитуда периодической составляющей тока КЗ во времени не изменяется, а следовательно, остается также неизменным в течение всего процесса КЗ и ее действующеезначение Iпо = Iпt = I∞ .
Это равенство также справедливо при КЗ в удаленных точках сети, когда результирующее сопротивление, приведенное к номинальной мощности источников питания больше 3,0 [9], т. е. когда нельзя пользоваться расчетными кривыми.
Рассмотрим расчет токов КЗ при питании предприятия от системы бесконечной мощности. Обычно мощность питающей системы и ее сопротивление неизвестны, а в качестве исходных данных принимают одно изусловий [4]:
если мощность системы не ограничена (Sс = ∞), точка КЗ значительно удалена от источника питания, то сопротивление системы до точки присоединения потребителей принимают равным нулю;
если известны значения сверхпереходного I˝ и установившегося I∞ токов КЗ на шинах подстанции, питающей предприятие, то сопротивление системы до точки КЗ определяют по значениям этих токов;
если известны типы выключателей, установленных на подстанции, питающей предприятие, то принимают значение сверхпереходного тока на шинах подстанции, равным току отключения выключателя, и по этому току определяют сопротивление системы от шин подстанции до источника неограниченной мощности.
|
Электроснабжение. Учеб. пособие по дипломному проектированию |
-32- |
3.РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
3.1.Расчет токов короткого замыкания в электроустановках напряжением выше 1000 В
Сопротивление системы xc в относительных единицах при заданных
|
токах I” и I∞ определяют в зависимости от параметра |
β′′= I ′′/ I∞ по расчет- |
|
ным кривым, приведенным на рис. 3.3. Значения xc |
> 1 следует принимать |
при β′′ < 1 только для удаленных от энергосистемы точек, например для ка-
бельных и воздушных сетей напряжением 6−10 кВ, удаленных от источника питания несколькими трансформациями.
|
Куд |
|||||||||
|
1,8 |
|||||||||
|
1,6 |
|||||||||
|
1,4 |
|||||||||
|
1,2 |
|||||||||
|
1,0 |
0,5 |
1 |
2 |
5 |
10 |
20 |
50 |
x/r |
|
|
0,002 |
0,005 |
0,01 |
0,02 |
0,05 |
0,1 |
Та, с |
Рис. 3.3. Зависимость ударного коэффициента Куд от постоянной времени Та = x/r
Если известны технические данные выключателя, установленного на подстанции, питающей предприятие, то сопротивление между источником неограниченной мощности и подстанцией, на которой установлен выключатель, определяют по номинальному току отключения выключателя Iном. откл или по мощности отключения выключателя Sном. откл.
Для выбора и проверки электрооборудования по условиям электродинамической стойкости необходимо знать ударный ток, который определяют по формуле
где Iпо – значение периодической составляющей в начальный момент времени; Kуд – ударный коэффициент, зависящий от постоянной времени Та = хн /(314rн); xк и rк – соответственно индуктивное и активное сопротив-
ления цепи КЗ; значения Kуд приведены в табл. 3.3 [3]. При вычислении токов КЗ в удаленных от генератора точках ударный коэффициент определяют по кривой зависимости Kуд = f(Та), рис. 3.3.
|
Электроснабжение. Учеб. пособие по дипломному проектированию |
-33- |
3.РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
3.1.Расчет токов короткого замыкания в электроустановках напряжением выше 1000 В
|
Значения коэффициентов Kуд, q |
Таблица 3.3 |
||
|
Место короткого замыкания |
Коэффициенты |
||
|
Kуд |
q |
||
|
Выводы явнополюсного генератора без успокоительной обмотки |
1,95 |
1,68 |
|
|
То же с успокоительной обмоткой |
1,93 |
1,65 |
|
|
Выводы турбогенератора |
1,91 |
1,63 |
|
|
В цепи, когда не учитывается активное сопротивление |
1,8 |
1,52 |
|
|
На низшей стороне трансформаторов: |
|||
|
1600; 2500 |
1,4 |
− |
|
|
630; 1000 кВ·А |
1,3 |
− |
|
|
100; 250; 400 кВ·А |
1,2 |
1,09 |
|
|
Удаленные точки КЗ с учетом величины активного сопротивления |
По рис. 3.1 |
Таблица 3.4
Средние значения сверхпереходной ЭДС E′′
и сверхпереходного сопротивления x′′, отнесенные к номинальной мощности источников питания, о. е.
|
Источники питания |
E′′ |
x′′ |
|
Турбогенератор до 100 МВт |
1,08 |
0,125 |
|
Турбогенератор 100–500 МВт |
1,13 |
0,2 |
|
Гидрогенератор с успокоительной обмоткой |
1,13 |
0,2 |
|
Гидрогенератор без успокоительной обмотки |
1,18 |
0,27 |
|
Синхронный компенсатор |
1,2 |
0,2 |
|
Синхронный двигатель |
1,1 |
0,2 |
|
Асинхронный двигатель |
0,9 |
0,2 |
Действующее значение полного тока КЗ за первый период определяют по формуле
|
Iу = Iпо 1+ 2(Kуд −1)2 . |
(3.6) |
Подпитку от синхронных двигателей учитывают как в ударном, так и в отключаемом токе КЗ. Учет подпитки двигателей осуществляют при непосредственной связи их с точкой КЗ или через непротяженную кабельную линию, токопровод, линейный реактор или двухобмоточный трансформатор. Полное начальное значение периодической составляющей тока КЗ при этом определяют арифметическим суммированием токов КЗ от источника питания и синхронных двигателей. Сверхпереходный ток IСД′′ , А, синхронного двига-
|
Электроснабжение. Учеб. пособие по дипломному проектированию |
-34- |
3.РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
3.1.Расчет токов короткого замыкания в электроустановках напряжением выше 1000 В
теля (периодическая составляющая тока КЗ в начальный момент времени) определяют из выражения [4]:
|
IСД” = |
E′′ IномСД |
, |
(3.7) |
|
x′′d |
где IномСД – номинальный ток двигателя, А; x′′d − приведенное сверхпереходное сопротивление двигателя по продольной оси; E” − приведенное значение
сверхпереходной ЭДС, о. е., в начальный момент КЗ, которое можно принимать по табл. 3.4 или определять по формуле
|
E′′= cos2 ϕном + (sinϕном + x′′d )2 , |
(3.8) |
гдеcos φном −номинальныйкоэффициентмощностиврежимеперевозбуждения.
Ударный ток от синхронных двигателей определяют по (3.5), при этом значение Kуд при отсутствии точных данных ориентировочно можно принимать равным 1,82 для двигателей типа СДН.
Влияние асинхронных двигателей учитывают только в начальный момент времени и в тех случаях, когда они подключены непосредственно к месту КЗ [3].
Максимальный ток подпитки от асинхронных двигателей при трехфазном КЗ на их выводах определяют по формуле
|
IАД = |
2 |
0,9 |
IномАД , |
(3.9) |
|
xАД |
где xАД* − расчетное индуктивное сопротивление двигателя, о. е. (если принять среднее значение xАД* = 0,2, то в ориентировочных расчетах IАД равно
6,5 IномАД).
Если источником питания предприятия являются, кроме системы бесконечной мощности, генераторы, то в расчетах нельзя принимать равенство Iпо = I∞, так как это приведет к большим погрешностям. Ток в начальный момент времени складывается из тока КЗ от системы бесконечной мощности и периодической слагающей тока КЗ от генераторов в момент времени t = 0. Преобразованная схема замещения относительно точки КЗ может в общем случае иметь любое количество ветвей, что определяется количеством источников питания. При наличии двух и более источников питания (или генерирующих ветвей – двигателей высокого напряжения в режиме КЗ) возможна
|
Электроснабжение. Учеб. пособие по дипломному проектированию |
-35- |
3.РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
3.1.Расчет токов короткого замыкания в электроустановках напряжением выше 1000 В
их замена эквивалентным источником, если они находятся приблизительно в одинаковых условиях по отношению к месту КЗ. Объединение одноименных источников питания допустимо при условии
|
S1 x1 |
= 0,4 − 2,5, |
(3.10) |
|
S2 x2 |
где S1, S2 – мощность первого и второго источников питания; x1*, x2* − соответствующие сопротивления от источников питания до точки КЗ, приведенные к базисной мощности.
Если ЭДС источников не равны, но выполняется условие (3.11), то эквивалентную ЭДС для двух ветвей схемы замещения определяют по формуле
|
Eэкв = |
E1 y1 + E2 y2 |
, |
(3.11) |
|
y1 + y2 |
где y1 = 1/x1*; y2 = 1/x2*.
При равенстве E1* = E2* очевидно, что Eэкв* = E1* = E2*.
При преобразовании схемы замещения часто возникает задача разделения так называемых связанных цепей (рис. 3.4, а). Для определения токов от каждого источника питания используют коэффициенты распределения. Исходную схему (рис. 3.4, а) приводят последовательно к лучевому виду (рис. 3.4, б, в). Принимают значение периодической составляющей тока в рассматриваемой точке КЗ за единицу (Iпо* = 1) и находят коэффициенты распределения Kр, определяющие долю участия в токе КЗ каждого источника питания. Для рассматриваемого случая двух ветвей Kр1 + Kр2 = 1. Учитывая эквивалентное сопротивление xэкв* источников питания относительно общей точкиА, коэффициентыраспределенияможнозаписатьвследующемвиде:
Кр1 = In1 = xэкв / х1 ;
(3.12)
Кр2 = In2 = xэкв / х2 ,
где xэкв = х1 х2 /(х1 + х2 ) .
|
Электроснабжение. Учеб. пособие по дипломному проектированию |
-36- |
3.РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
3.1.Расчет токов короткого замыкания в электроустановках напряжением выше 1000 В
|
х1 |
х2 |
хрез |
хрез1 |
хрез2 |
|
А |
К |
К |
||
х3 
К
Рис. 3.4. Преобразование схемы замещения связанных цепей
Результирующее сопротивление от источника питания до точки КЗ после преобразования схемы составит (рис. 3.4, б):
|
xрез = (хэкв + х3 ). |
(3.13) |
Токораспределение по ветвям должно быть неизменным до преобразования схемы и после, поэтому справедливы следующие равенства:
xрез1 = хрез / Кр1;
(3.14)
xрез2 = хрез / Кр2.
Периодическую составляющую тока в рассматриваемой точке КЗ определяют по формуле
|
Iпо |
= |
E′′Iб |
, |
(3.15) |
|
xрез |
где Е′′ − ЭДС источника, о. е.; xрез* − результирующее сопротивление цепи
КЗ, приведенное к базисным условиям.
Токи в ветвях схемы замещения составят:
|
Электроснабжение. Учеб. пособие по дипломному проектированию |
-37- |
3.РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
3.1.Расчет токов короткого замыкания в электроустановках напряжением выше 1000 В
Iпо1 = IпоK р1;
(3.16)
Iпо1 = IпоK р1.
Пример 3.1. Определить ток трехфазного КЗ в точках К1, К2, К3 (рис. 3.5, а). Питание осуществляется от системы бесконечной мощности. Параметры, необходимые для расчета приведены на рис. 3.5. а. Проведем решение в относительных и именованных единицах.
Расчетпримеравотносительныхединицах
1. Принимаем за базисные единицы Sб = 100 МВ·А и средние напряжения ступенейUб1 = 37 кВ; Uб2 = 10,5 кВ. Определяембазисныетокипо(3.4), кА
|
Iб1 = |
Sб |
= |
100 |
=1,56; |
Iб2 = |
Sб |
= |
100 |
=5,5. |
|
|
3Uб1 |
3 37 |
3Uб2 |
3 10,5 |
|||||||
2. Составляем схему замещения (рис. 3.5, б) и определяем сопротивления элементов в базисных единицах в соответствии с табл. 3.1.
Трансформаторы Т1 и Т2:
|
xт1 = |
uкт1 |
Sб |
= |
10,5 |
100 |
= 0,167 ; |
xт2 = |
8 |
100 |
= 0,8 . |
||||
|
Sном.т |
100 |
63 |
100 |
10 |
||||||||||
|
100 |
Воздушная линия Л1:
|
x |
= x |
l |
Sб |
= 0,4 6,7 |
100 |
= 0,196 ; |
r |
= r l |
Sб |
= 0,31 6,7 |
100 |
=0,152. |
||||||||
|
372 |
||||||||||||||||||||
|
л1 |
0 |
Uб2 |
372 |
л1 |
0 Uб2 |
|||||||||||||||
|
Кабельные линии Л2, Л3: |
||||||||||||||||||||
|
x |
л2 |
= 0,62 0,4 |
100 |
= 0,225; |
r |
= 0,08 0,4 |
100 |
= 0,029 ; |
||||||||||||
|
10,52 |
л2 |
10,52 |
||||||||||||||||||
|
x |
л3 |
= 0,62 0,3 |
100 |
=0,169; |
r |
= 0,08 0,3 |
100 |
=0,022. |
|||
|
10,52 |
л3 |
10,52 |
|||||||||
|
Синхронный двигатель: |
|||||||||||
|
′′ |
′′ |
Sб |
= 0,2 |
100 |
= 20. |
||||||
|
xСД |
= xd |
Sном.СД |
1 |
||||||||
|
Электроснабжение. Учеб. пособие по дипломному проектированию |
-38- |
3.РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
3.1.Расчет токов короткого замыкания в электроустановках напряжением выше 1000 В
|
SC = ∞ |
С |
|
|
220 кВ |
XC = 0 |
XT1 |
|
ST1 = 63 МВ·А |
rT1 |
|
|
35 кВ |
∆PK = 245 кВт |
Xл1 |
|
UK = 10,5 % |
||
|
l1 = 6,7км |
rл1 |
|
|
r0 = 0,31 Ом/км |
||
|
х0 = 0,42 Ом/км |
||
|
К1 |
К1 |
|
|
XT2 |
||
|
ST2 = 10 МВ·А |
rT2 |
|
|
∆PK = 60 кВт |
||
|
UK = 8 % |
К2 |
|
10 кВ |
К2 |
Xл |
Xл |
|||
|
l3 |
= 0,4км |
l2 = 0,3км |
||||
|
r0 |
= 0,62 Ом/км |
rл |
rл |
|||
|
r0 |
= 0,083 Ом/км |
|||||
|
х0 |
= 0,083 Ом/км |
|||||
|
х0 = 0,62 Ом/км |
||||||
|
К3 |
К2 |
XСД |
||||
|
СДН 1 МВ·А |
||||||
|
ST3 = 1000 кВ·А |
||||||
Рис. 3.5. Исходная схема (а) и схема замещения (б) к примеру 3.1
3. Определяем суммарное сопротивление до точки К1:
x∑1 = xт1 + xл1 = 0,167 + 0,196 = 0,363; r∑1 = rл1 = 0,152 .
4. Определяем ток КЗ, кА, в точке К1. Так как условие rΣ < xΣ / 3 для точки К1 не выполняется, то учитываем в расчетах активное сопротивление
|
Электроснабжение. Учеб. пособие по дипломному проектированию |
-39- |
3.РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
3.1.Расчет токов короткого замыкания в электроустановках напряжением выше 1000 В
|
Iк.К1 = |
Iб |
= |
1,56 |
=3,96. |
|
|
0,3632 + |
0,1522 |
||||
|
Z∑1 |
5. Определяем суммарное сопротивление со стороны системы и со стороны синхронного двигателя до точки К2:
|
x∑c2 = x∑1 + xт2 = 0,363 + 0,8 =1,163; |
r∑c2 = r∑1 = 0,152; |
|
|
′′ |
+ xл3 = 20 + 0,169 = 20,169 ; |
r∑СД2 = rл3 = 0,022. |
|
x∑СД2 = xСД |
Так как условие rΣ < xΣ / 3 для точки К2 выполняется, то не учитываем
врасчетах активное сопротивление.
6.Определяем токи, кА, в точке К2 отдельно от системы и от синхронного двигателя:
|
Iк.с.К2 = |
1 |
Iб2 = |
1 |
5,5 = 4,73; |
I к.СД.К2 = |
1 |
I б2 = |
1 |
5,5 = 0,27. |
||
|
xрез1 |
1,163 |
20,169 |
|||||||||
|
xрез2 |
Суммарный ток, кА, в точке К2:
Iк.К2 = Iк.с.К2 + Iк.СД.К2 = 4,73 + 0,27 = 5,0.
7. Определяем результирующие сопротивления до точки К3. Объединять систему бесконечной мощности и синхронный двигатель
нельзя, поэтому определяем токи с помощью коэффициентов распределения. Находим эквивалентное сопротивление от источников питания, коэффициенты распределения и результирующие сопротивления до точки К2 по
(3.11)−(3.13):
|
xэкв2 = |
x∑c2 x∑СД2 |
= |
1,163 20,169 |
=1,1; |
|||||||||||||||||||||
|
x∑c2 |
1,163 + 20,169 |
||||||||||||||||||||||||
|
+ x∑СД2 |
|||||||||||||||||||||||||
|
Kр1 |
= |
xэкв2 |
= |
1,1 |
=0,946; |
K р2 |
= |
xэкв2 |
= |
1,1 |
= 0,0545; |
||||||||||||||
|
1,163 |
20,169 |
||||||||||||||||||||||||
|
x∑c2 |
x∑СД2 |
||||||||||||||||||||||||
|
xрез3 = xэкв2 + xл2 =1,1+ 0,225 =1,325; |
|||||||||||||||||||||||||
|
xрез13 = |
xрез3 |
= |
1,325 |
=1,4 ; |
xрез23 = |
xрез3 |
= |
1,325 |
= 24,3. |
||||||||||||||||
|
Kр1 |
0,946 |
Kр2 |
0,0545 |
||||||||||||||||||||||
8. Определяем токи, кА, в точке К3 отдельно от системы и от синхронного двигателя:
|
Электроснабжение. Учеб. пособие по дипломному проектированию |
-40- |
3.РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
3.1.Расчет токов короткого замыкания в электроустановках напряжением выше 1000 В
|
Iк.с.К3 = |
1 |
Iб2 = |
1 |
5,5 =3,93; |
I к.СД.К3 = |
1 |
I б2 = |
1 |
5,5 = 0,226 . |
|||
|
xрез13 |
1,4 |
xрез23 |
24,3 |
|||||||||
Суммарный ток, кА, в точке К3:
Iк.К3 = Iк.с.К3 + Iк.СД.К3 = 3,93 + 0,226 = 4,156.
9. Определяем ударный ток, кА, в точке К1. Находим ударный коэффициент по кривой (рис. 3.3) в зависимости от отношения xΣ / rΣ:
|
Та1 |
= |
x∑1 |
= |
0,363 |
= 2,39 ; |
Kуд1=1,24; |
|
0,152 |
||||||
|
r∑1 |
iуд1 = 
2Iк.К1Kуд1 =1,41 3,96 1,24 = 6,92.
10. Определяем ударные токи, кА, в точках К2, К3. Находим ударные коэффициенты (табл. 3.20), Kуд1 = Kуд2 = 1,8:
iуд2 = 
2Iк.К2Kуд2 =1,41 5,0 1,8 =12,69 ;
iуд3 = 
2Iк.К3Kуд3 =1,41 4,156 1,8 =10,54.
Расчетпримеравименованныхединицах
1. Определяем сопротивления элементов схемы в именованных единицах до точки К1. За базисное напряжение принимаем напряжение Uб = 37 кВ.
Трансформаторы Т1:
|
u |
кт1 |
U 2 |
10,5 |
372 |
|||||
|
xт1б = |
б |
= |
= 2,28, Ом. |
||||||
|
100 |
100 |
63 |
|||||||
|
Sном.т |
|||||||||
|
Воздушная линия Л1: |
|||||||||
|
xл1б = x0 l = 0,4 6,7 = 2,68, Ом; |
rл1б = r0 l =0,31 6,7 = 2,077, Ом. |
2. Определяем суммарное сопротивление до точки К1:
x∑1б = xт1б + xл1б = 2,28 + 2,68 = 4,96, Ом; r∑1б = rл1б = 2,077 , Ом.
|
Электроснабжение. Учеб. пособие по дипломному проектированию |
-41- |
3.РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
3.1.Расчет токов короткого замыкания в электроустановках напряжением выше 1000 В
3.Определяем ток, кА, КЗ в точке К1. Так как условие rΣ < xΣ / 3 для точки К1 не выполняется, то учитываем в расчетах активное сопротивление:
|
Iк.К1 = |
Uср |
= |
37 |
=3,98. |
||
|
3Z∑1б |
3 4,962 |
+ 2,0772 |
||||
4. Определяем сопротивления элементов схемы в именованных единицах до точки К2 и одновременно приводим их к базисному напряжению
Uб = 10,5 кВ.
Трансформаторы Т2:
xт2б =1008 10,510 2 =0,882 , Ом.
Кабельные линии Л2, Л3:
|
xл2б = 0,62 0,4 = 0,248, Ом; |
rл2б =0,08 0,4 =0,032, Ом; |
|||||
|
xл3б =0,62 0,3 =0,186, Ом; |
rл3б =0,08 0,3 =0,024, Ом. |
|||||
|
Синхронный двигатель: |
||||||
|
U 2 |
10,52 |
|||||
|
′′ |
′′ |
б |
= 0,2 |
= 22,05, Ом. |
||
|
xСДб = xd |
Sном.СД |
1 |
||||
5. Приводим к Uб = 10,5 кВ результирующие сопротивления до точки К1, приведенные к Uб = 37 кВ (Ом):
|
x |
∑1б |
= 4,96(10,5/37) |
2 = 0,399; r |
= 2,077(10,5/37)2 = 0,167 . |
|
∑1б |
6. Определяем суммарное сопротивление, Ом, со стороны системы и со стороны синхронного двигателя до точки К2:
|
x∑c2б = x∑1б + xт2б = 0,399 + 0,882 =1,28; |
r∑c2б = r∑1б =0,167 ; |
||
|
′′ |
+ xл3б |
= 22,05 + 0,186 = 22,236; |
r∑СД2б = rл3б = 0,024. |
|
x∑СД2б = xСДб |
Так как условие rΣ < xΣ / 3 для точки К2 выполняется, то не учитываем в расчетах активное сопротивление.
|
Электроснабжение. Учеб. пособие по дипломному проектированию |
-42- |
3.РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
3.1.Расчет токов короткого замыкания в электроустановках напряжением выше 1000 В
7.Определяем токи, кА, в точке К2 отдельно от системы и от синхронного двигателя:
|
Iк.с.К2 = |
Uср |
= |
10,5 |
= 4,74 |
; |
Iк.СД.К2 = |
U ср |
= |
10,5 |
= 0,27. |
|||
|
3xрез12б |
1,73 1,28 |
3xрез22б |
1,73 22,24 |
||||||||||
Суммарный ток, кА, в точке К2:
Iк.К2 = Iк.с.К2 + Iк.СД.К2 = 4,74 + 0,27 = 5,01.
8. Определяем результирующие сопротивления до точки К3. Объединять систему бесконечной мощности и синхронный двигатель
нельзя, поэтому определяем токи с помощью коэффициентов распределения. Находим эквивалентное сопротивление, Ом, от источников питания, коэффициенты распределения и результирующие сопротивления до точки К2
по (3.11), (3.13):
|
xэкв2б = |
x∑c2б x∑СД2б |
= |
1,28 22,236 |
=1,21; |
Kр1 |
= |
x |
экв2б |
= |
1,21 |
= 0,945; |
|||||||||
|
x∑c2б + x∑СД2б |
1,28 |
+ 22,236 |
x∑c2б |
1,28 |
||||||||||||||||
|
K р2 = |
xэкв2б |
= |
1,21 |
= 0,0544; |
xрез3б = xэкв2б + xл2б =1,21+ 0,248 =1,458; |
|||||||||||||||
|
22,236 |
||||||||||||||||||||
|
x∑СД2б |
||||||||||||||||||||
|
xрез13б = |
xрез3б |
= |
1,458 |
=1,543; |
xрез23б = |
xрез3б |
= |
1,458 |
= 26,8. |
|||||||||||
|
Kр1 |
0,945 |
Kр2 |
0,0544 |
|||||||||||||||||
9. Определяем токи, кА, в точке К3 отдельно от системы и от синхронного двигателя:
|
Iк.с.К3 |
= |
10,5 |
=3,93; |
Iк.СД.К3 = |
10,5 |
= 0,226 . |
||||
|
1,73 1,543 |
1,73 26,8 |
|||||||||
|
Суммарный ток, кА, в точке К3: |
||||||||||
|
Iк.К3 |
= Iк.с.К3 + Iк.СД.К3 |
= 3,93 + 0,226 = 4,156. |
10. Определяем ударный ток, кА, в точке К1. Находим ударный коэффициент по кривой (рис. 3.3) в зависимости от отношения xΣ / rΣ,:
|
Та1 |
= |
x∑1б |
= |
0,399 |
= 2,39 ; |
Kуд1 = 1,24; |
|
|
r∑1б |
0,167 |
||||||
|
Электроснабжение. Учеб. пособие по дипломному проектированию |
-43- |
3.РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
3.1.Расчет токов короткого замыкания в электроустановках напряжением выше 1000 В
iуд1 = 
2Iк.К1Kуд1 =1,41 3,98 1,24 = 6,96.
11. Определяем ударные токи, кА, в точках К2, К3. Находим ударные коэффициенты (табл. 3.3), Kуд1 = Kуд2 = 1,8.
iуд2 = 
2Iк.К2Kуд2 =1,41 5,01 1,8 =12,71;
iуд3 = 
2Iк.К3Kуд3 =1,41 4,156 1,8 =10,55.
Результаты расчета сведем в табл. 3.5.
|
Результаты расчета токов КЗ |
Таблица 3.5 |
||
|
Ток КЗ, кА |
|||
|
Номер |
|||
|
точки КЗ |
Iпо= Iпt= I∞ |
iу |
|
|
1 |
3,98 |
6,96 |
|
|
2 |
5,01 |
12,71 |
|
|
3 |
4,157 |
10,55 |
3.1.2. Расчеттоковкороткихзамыканийпорасчетнымкривым
Если на предприятии имеется свой источник питания (обычно ТЭС) или питание осуществляется от источников, расположенных вблизи данного предприятия, то Iпо ≠ Iпt ≠ I∞ и значение периодической слагающей тока КЗ в момент времени t следует определять по расчетным кривым.
Указанные кривые (рис. 3.6) представляют собой зависимость кратности периодической слагающей тока КЗ kt от расчетного сопротивления x*расч (для времени, принимаемого от начала возникновения КЗ).
|
Электроснабжение. Учеб. пособие по дипломному проектированию |
-44- |
3.РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
3.1.Расчет токов короткого замыкания в электроустановках напряжением выше 1000 В
|
kt |
1,0 |
1,5 |
2,0 |
2,5 |
х*расч |
|
7,0 |
t, с |
1,1 |
|||
|
6,0 |
4,0 |
1,0 |
|||
|
0,9 |
|||||
|
5,0 |
0 |
0,8 |
|||
|
0,1 |
|||||
|
0,2 |
0,7 |
||||
|
4,0 |
0,5 |
||||
|
1,0 |
|||||
|
0,6 |
|||||
|
2,0 |
|||||
|
3,0 |
4,0 |
||||
|
∞ |
0,5 |
||||
|
0 |
0,4 |
||||
|
0,1 |
|||||
|
2,0 |
0,2 |
0,5 |
0,3 |
||
|
1,0 |
kt |
||||
|
1,5 |
2,0 |
4,0 ∞ |
|||
|
1,0 |
||||||
|
0,9 |
||||||
|
0,8 0,1 |
0,2 0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 0,7 |
0,8 |
0,9 х*расч |
Рис. 3.6. Кратность периодической составляющей тока трехфазного короткого замыкания при питании от турбогенератора с АРВ
Расчетное сопротивление x*расч представляет собой сопротивление схемы замещения, отнесенное к суммарной номинальной мощности источника питания:
|
х расч = х рез SномΣ / Sб , |
(3.17) |
где SномΣ – суммарная номинальная мощность источника питания.
Если при расчете принимаем Sб = SномΣ , то
|
Электроснабжение. Учеб. пособие по дипломному проектированию |
-45- |
3.РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
3.1.Расчет токов короткого замыкания в электроустановках напряжением выше 1000 В
ПериодическаяслагающаятокаКЗприпользованиирасчетнымикривыми
|
Iпt = kt I∑ном = kt Sном∑ /( 3Uном) , |
(3.19) |
где IΣном – суммарный ток источника питания; Uном – напряжение ступени, для которой рассматривается короткое замыкание.
МощностькороткогозамыканияпропорциональнатокуКЗ, следовательно,
Расчетными кривыми можно пользоваться также для определения тока двухфазного КЗ:
|
Iп(t2) = 3kt(2) I∑ . |
(3.21) |
||
|
Кратность тока при двухфазном КЗ k(2) |
находят, принимая |
||
|
t |
|||
|
x(2) |
= 2x(3) |
(при трехфазном коротком замыкании). |
|
|
расч |
расч |
Следует отметить, что при xрасч > 3 ток Iп(2τ) двухфазного КЗ меньше тока Iп(3τ) трехфазного КЗ, так как соотношение между указанными токами 
3Iп(3τ) / Iп(τ2) = 2x расч [10]. Следовательно,
|
I (2) |
= |
3I (3) /(2x |
) = 0,865I (3) . |
(3.22) |
|
|
пt |
пt |
расч |
пt |
3.1.3.Расчеттоковкороткогозамыкания
вэлектроустановкахнапряжениемниже1000 В
При расчетах токов КЗ в установках ниже 1000 В учитывают все сопротивления короткозамкнутой цепи, как индуктивные, так и активные. Кроме того, учитывают активные сопротивления всех переходных контактов
вэтой цепи (на шинах, на вводах и выводах аппаратов, разъемные контакты аппаратов и контакт в месте КЗ). При отсутствии достоверных данных о контактах и их переходных сопротивлениях рекомендуется при расчете токов КЗ
всетях, питаемых трансформаторами мощностью до 1600 кВА, учитывать их сопротивления следующим образом:
0,015 Ом – для распределительных устройств на станциях и подстанциях;
|
Электроснабжение. Учеб. пособие по дипломному проектированию |
-46- |
3.РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
3.1.Расчет токов короткого замыкания в электроустановках напряжением выше 1000 В
0,02 Ом – для первичных цеховых РП, а также на зажимах аппаратов, питаемых радиальными линиями от щитов подстанций или главных магистралей; 0,025 Ом – для вторичных цеховых РП, а также на зажимах аппаратов,
питаемых от первичных РП; 0,03 Ом – для аппаратуры, установленной непосредственно у приемни-
ков электроэнергии, получающих питание от вторичных РП.
Для установок напряжением до 1000 В при расчетах токов КЗ считают, что мощность питающей системы не ограничена и напряжение с высокой стороны цехового трансформатора является неизменным. Это условие выполняется, если мощность системы примерно в 50 раз превосходит мощность цехового трансформатора.
Расчет токов КЗ на напряжении до 1000 В выполняют в именованных единицах. Сопротивление элементов системы электроснабжения высшего напряжения приводят к низшему напряжению по формуле
|
U |
2 |
|||||
|
ном.Н |
||||||
|
xН |
= xВ |
, |
(3.23) |
|||
|
U ном.В |
где xВ – сопротивление элемента системы электроснабжения высшего напряжения; xН – сопротивление элемента системы электроснабжения высшего напряжения, приведенное к низшему напряжению; Uном. В , Uном. Н – соответственно номинальные напряжения высшей и низшей ступеней.
Активное и индуктивное сопротивления, мОм, трансформаторов, приведенные к напряжению ступени КЗ, определяют из формул:
|
r |
= |
P U |
2 |
(3.24) |
||||||||||
|
к |
ном 106 ; |
|||||||||||||
|
т |
Sном2 |
.т |
||||||||||||
|
u |
к |
2 |
Р |
2 |
U 2 |
|||||||||
|
x |
т |
= |
z2 |
− r 2 |
= |
− |
к |
ном |
106 , |
(3.25) |
||||
|
т |
т |
100 |
Sном.т |
|||||||||||
|
Sном.т |
где Pк – мощность потерь КЗ трансформатора, кВт; Uном – номинальное линейное напряжение обмотки низкого напряжения, кВ; Sном. т – номинальная мощность трансформатора, кВ·А; uк – напряжение КЗ трансформатора, %.
При расчете токов КЗ для выбора аппаратов и проводников можно не учитывать сопротивление системы (если оно неизвестно) до ТП 6–35/0,4 кВ:
|
Iк(3) =Uном /[ 3(Zт + Zп )], |
(3.26) |
|
Электроснабжение. Учеб. пособие по дипломному проектированию |
-47- |
3.РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
3.1.Расчет токов короткого замыкания в электроустановках напряжением выше 1000 В
где Uном – номинальное линейное напряжение вторичной обмотки понижающего трансформатора, В; Zт – полное сопротивление трансформатора, приведенное к напряжению его вторичной обмотки, Ом; Zп – полное сопротивление линии от ТП до точки КЗ, включая сопротивление контактов, Ом.
Выбор защитной аппаратуры и проверка шинопроводов в цеховых сетях на электродинамическую стойкость осуществляется после расчета ударных токов по (3.6). Значения ударных коэффициентов определяют по кривой Куд = f(x/r), рис. 3.1, а при x/r ≤ 0,5 принимают равными единице [4]. Расчетные точки при расчете токов КЗ выбирают в начале отходящих линий непосредственно за коммутационным аппаратом.
Токи КЗ двигателей, присоединенных непосредственно к месту короткого замыкания, учитываются только при определенииполного ударного тока КЗ:
|
iуд = kпуск 2Iном∑ , |
(3.27) |
|
где kпуск = I п / Iном ≈ 4,5 − 7 − кратность пускового |
тока КЗ двигателей; |
Iном∑ − номинальный ток одновременно работающих двигателей, кА.
Ток однофазного КЗ, по которому определяют чувствительность защиты, находят в соответствии с ПУЭ по формуле
|
Iк(1) =Uф /(Zт(1) /3 + Zп ), |
(3.28) |
где Uф – фазное напряжение сети, В; Zт(1) − сопротивление трансформатора при замыкании на корпус, Ом, (для Sном. т = 100 кВ·А − Zт(1) /3 = 0,162; Sном. т = = 160 кВА − Zт(1) /3 = 0,104; Sном. т = 250 кВА − Zт(1) /3 = 0,065; Sном. т = 400 кВА − −Zт(1) /3 = 0,043; Sном. т = 630 кВ·А − Zт(1) /3 = 0,027; Sном. т = 1000 кВ·А − Zт(1) /3 = = 0,018 – при схеме обмоток трансформаторов Y/Y0); Zп – полное сопротивление петлифаза−нульдоточкиКЗ, Ом:
|
Zп = (rф + rN + rк )2 + xп2 , |
(3.29) |
где rф, rN – активные сопротивления фазного и нулевого проводов от ТП до точки КЗ, Ом; rк – активное сопротивление контактов, Ом; xп = x0·l − индуктивное сопротивление до точки КЗ, Ом; x0 – индуктивное сопротивление 1 км петли фаза − нуль, принимают в соответствии с ПУЭ 0,6 Ом/км; l – длина линии от ТП до точки КЗ.
|
Электроснабжение. Учеб. пособие по дипломному проектированию |
-48- |
3.РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
3.1.Расчет токов короткого замыкания в электроустановках напряжением выше 1000 В
Ток однофазного КЗ для проверки чувствительности защиты следует определять в самой электрически удаленной точке сети, где Zп = max, а в случае установки секционирующих аппаратов– также в точке секционирования.
Пример 3.2. Определить ток трехфазного КЗ в точке К4 (рис. 3.5, а). Данные для расчета взять из примера 3.1.
1. Приведенное к базисному напряжению U = 0,4 кВ сопротивление, Ом, элементов схемы до цехового трансформатора составит
|
xрез3;0,4 |
= xрез3 |
0,4 |
2 |
0,4 |
2 |
||||
|
=1,458 |
= 0,0021. |
||||||||
|
10,5 |
10,5 |
||||||||
2. Определяем сопротивление, мОм, цехового трансформатора
|
P |
U 2 |
12,2 |
0,4 |
2 |
106 |
|||||
|
r = |
к |
ном |
= |
=1,95; |
||||||
|
Sном.т |
1000 |
1000 |
||||||||
|
цт |
Sном.т |
|
u |
к |
,% 2 |
P |
2 |
U 2 |
6 |
5,5 |
12,2 |
2 |
0,42 |
6 |
|||||||||||
|
xцт = |
к |
ном |
=8,23. |
|||||||||||||||||||
|
− |
10 |
= |
− |
10 |
||||||||||||||||||
|
100 |
Sном.т |
1000 |
||||||||||||||||||||
|
Sном.т |
100 |
1000 |
3. Рассчитываемсуммарноереактивноесопротивление, мОм, доточкиК4
xΣК4 = xрез3;0,4 + xцт = 2,1+ 8,23 =10,33.
Суммарное активное сопротивление, мОм, кроме сопротивления цехового трансформатора, должно учитывать переходные сопротивления контактов. Для этого вводим в расчет добавочное сопротивление, которое на шинах подстанции составляет 15 мОм:
|
r |
= r |
+ r |
=1,95 +15 =16,95 . |
|
Σ |
цт |
доб |
K4 |
4. Определяем ток, кА, КЗ в точке К4:
|
Электроснабжение. Учеб. пособие по дипломному проектированию |
-49- |
3.РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
3.1.Расчет токов короткого замыкания в электроустановках напряжением выше 1000 В
|
Iк.К4 |
= |
U ном |
= |
400 |
=11,65. |
||
|
3 x2 |
+ r 2 |
1,73 10,332 +16,952 |
|||||
|
ΣК4 |
ΣК4 |
5. Рассчитываем ударный ток, кА, в точке К4. Находим ударный коэффициент по кривой (рис. 3.3) в зависимости от отношения xΣ/rΣ:
|
Та1 |
= |
x∑K4 |
= |
10,33 |
= 0,61; |
Kуд1=1,02; |
|
16,95 |
||||||
|
r∑K4 |
iуд4 = 
2Iк.К4Kуд1 =1,41 11,65 1,02 =16,75.
|
Электроснабжение. Учеб. пособие по дипломному проектированию |
-50- |
4.ВЫБОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
ИТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ
Работа электрических аппаратов без повреждений может быть обеспечена только при правильном выборе их по условиям работы в длительном режиме при максимальной нагрузке и в режиме короткого замыкания в сети [9].
Согласно [11], электрические аппараты необходимо выбирать по каталогам, исходя из условий нормального режима. Выбранные аппараты затем следует проверить по режиму максимальных токов КЗ для точек, где предполагается установка того или иного аппарата.
4.1. Выборвыключателей
Выключатели выбирают [8]: 1. По напряжению:
где Uуст – напряжение сети, где предполагается установка выключателя; Uном – номинальное напряжение выключателя (по каталогу).
2. По длительному току:
где Iраб. max – максимальный рабочий ток; Iном – номинальный ток выключателя (по каталогу).
Рабочий максимальный ток сети с двумя параллельно работающими трансформаторами можно определить с учетом допустимой перегрузки трансформатора на 40 % при отключении одного из трансформаторов:
|
Iраб. max = 1,4· Iном. |
(4.3) |
Рабочий максимальный ток сети с двумя параллельно работающими линиями определяется с учетом возможности передать всю мощность по одной линии при отключении другой:
|
Электроснабжение. Учеб. пособие по дипломному проектированию |
-51- |
4.ВЫБОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ И ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ
4.1.Выбор выключателей
|
Iраб. max = 2· Iном . |
(4.4) |
Рабочий максимальный ток цепи генератора определяется:
|
Iраб.max.г = |
Pном.г |
, |
(4.5) |
3 cosϕUном.г 0,95
где Рном. г – номинальная активная мощность генератора; cosφ – коэффициент мощности генератора; Uном.г – номинальное напряжение на выводах генератора; 0,95 – коэффициент, учитывающий возможность выдачи генератором номинальной мощности при понижении напряжения на его выводах на 5 %.
3. По отключающей способности.
При времени срабатывания выключателя более 0,08 с и питании электроустановки от энергосистемы проверять выключатели по отключающей способности можно без учета апериодической составляющей тока КЗ [3]:
где Iпτ – действующее значение периодической составляющей тока КЗ в момент τ начала расхождения дугогасительных контактов; Iоткл. ном – номинальный ток отключения выключателя (по каталогу).
Выключатели проверяют:
1. На электродинамическую устойчивость к токам КЗ:
а) по действующему значению тока:
I ′′≤ Iпр.с ,
где I˝ − начальное значение периодической составляющей тока КЗ; ствующее значение предельного сквозного тока КЗ (по каталогу);
б) по амплитудному значению тока:
где iу – ударный ток КЗ; iпр.с – амплитудное значение предельного сквозного тока КЗ (по каталогу).
|
Электроснабжение. Учеб. пособие по дипломному проектированию |
-52- |
4.ВЫБОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ И ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ
4.1.Выбор выключателей
2.На термическую устойчивость к токам КЗ по тепловому импульсу:
|
B |
= I 2 |
t |
, |
(4.9) |
|
к |
t |
t |
где Вк – тепловой импульс по расчету; It – допустимый ток термической стойкости выключателя (по каталогу); tt – время термической стойкости выключателя при протекании тока It.
Для электрических сетей тепловой импульс от тока КЗ можно определить по выражению
|
B |
= I 2 |
τ |
, |
(4.10) |
|
|
к |
t |
t |
|||
|
τt |
=tп |
+ tр.з ; |
.в |
(4.11) |
где tп.в – полное время отключения выключателя по каталогу(время с момента подачи импульса на отключение до полного погасания дуги); tр.з – время действия релейной защиты (при учебном проектировании это время можно принять равным 0,1 с).
4.2. Выборразъединителей
Разъединители предназначены для создания видимого разрыва в высоковольтных сетях при выводе электрооборудования в ремонт. Разъединители включают и отключают без нагрузки (предварительно цепь должна быть отключена выключателем). В отдельных случаях разрешается разъединителями выполнение операций под напряжением, что строго регламентируется Правилами технической эксплуатации.
Разъединители выбирают так же, как высоковольтные выключатели, но не проверяют на отключающую способность.
4.3. Выборвыключателейнагрузки
Выключатели нагрузки предназначены для отключения и включения токов нагрузки до 400 А в сетях 6−10 кВ, но не отключают токи КЗ (поэтому последовательно с ними устанавливаются предохранители).
Выключатели нагрузки выбирают:
1.По напряжению, формула (4.1).
2.По току, формула (4.2).
3.По отключающей способности:
|
Электроснабжение. Учеб. пособие по дипломному проектированию |
-53- |
4.ВЫБОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ И ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ
4.3.Выбор выключателей нагрузки
|
Iраб.макс ≤ Iоткл.ном . |
(4.12) |
Выключатели нагрузки проверяют:
1.На электродинамическую устойчивость к токам КЗ:
а) по действующему значению тока, формула (4.7); б) по амплитудному значению тока, формула (4.8).
2.На термическую устойчивость к токам КЗ, формула (4.9).
4.4. Выборкороткозамыкателейиотделителей
Короткозамыкатели и отделители устанавливались на трансформаторных подстанциях 35−220 кВ, выполненных с целью удешевления без выключателей на высокой стороне. В настоящее время на вновь проектируемых и реконструируемых подстанциях отделители и короткозамыкатели заменяют на выключатели с целью повышения надежности электроснабжения.
Короткозамыкатель включается для создания искусственного короткого замыкания в линии, чтобы при повреждении трансформатора (или на его выводах) отключился выключатель на головном участке питающей линии, так как релейная защита линии не чувствительна к повреждениям в трансформаторе.
Короткозамыкатель создает двухфазхное КЗ при напряжении 35 кВ (нейтраль сети изолирована) или однофазное при напряжении 110 или 220 кВ (нейтраль сети заземлена наглухо).
После отключения питающей линии в бестоковую паузу автоматически отключается поврежденный трансформатор. Если линия питает не одну подстанцию, через некоторый промежуток времени срабатывает АПВ (автоматическое повторное включение) выключателей головного участка и неповрежденная часть сети вновь включается в работу.
Отделители выбирают:
1.По напряжению, формула (4.1).
2.По току, формула (4.2). Отделители проверяют:
1.На электродинамическую устойчивость:
а) по действующему значению тока, формула (4.7); б) по амплитудному значению тока, формула (4.8).
2.На термическую устойчивость, формула (4.9).
Короткозамыкатели выбирают:
1.По напряжению, формула (4.1).
Короткозамыкатели проверяют:
1.На электродинамическую устойчивость:
а) при напряжении 35 кВ
|
i(2) |
≤i |
пр.с |
, |
(4.13) |
|
у |
||||
|
Электроснабжение. Учеб. пособие по дипломному проектированию |
-54- |
4.ВЫБОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ И ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ
4.4.Выбор короткозамыкателей и отделителей
б) при напряжении 110−220 кВ
2.На термическую устойчивость, формула (4.9).
4.5.Выборизмерительныхтрансформаторовтока
инапряжения
Трансформаторы тока и напряжения служат для подключения измерительных приборов и устройств релейной защиты.
Трансформаторы тока выбирают:
1.По напряжению, формула (4.1).
2.По току
Номинальный ток первичной обмотки I1 ном должен быть как можно ближе к рабочему току установки, так как недогрузка первичной обмотки приводит к увеличению погрешности.
3. По конструкции и классу точности.
Если к трансформаторам тока подключаются приборы денежного расчета (счетчики), то трансформатор должен работать в классе точности 0,5.
Трансформаторы тока проверяют:
1. На электродинамическую устойчивость:
|
iу = 2 кд I1ном, |
(4.16) |
|
I ′′≤ Iдин |
(4.17) |
где кд – кратность динамической устойчивости по каталогу; I1 ном − номинальный ток первичной обмотки; Iдин – ток динамической стойкости по каталогу.
2. На термическую устойчивость:
|
B |
≤ (к |
t |
I |
1ном |
)2 t |
t |
, |
(4.18) |
|
к |
|
Электроснабжение. Учеб. пособие по дипломному проектированию |
-55- |
4.ВЫБОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ И ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ
4.5.Выбор измерительных трансформаторов тока и напряжения
где Вк – тепловой импульс; кt – кратность термической устойчивости по каталогу; tt – время термической устойчивости по каталогу. Если для трансформатора тока в справочнике указан токIt, проверку осуществляют по формуле(4.9).
3. На класс точности.
Проверка состоит в выборе сечений соединительных проводов приборов с трансформаторами тока такими, чтобы суммарная нагрузка вторичной обмотки трансформатора не превышала допустимую в выбранном классе точности:
где z2 – вторичная нагрузка трансформатора тока; z2 ном – номинальная допустимая нагрузка трансформатора тока в выбранном классе точности.
Индуктивное сопротивление токовых цепей несоизмеримо меньше активного, поэтому им пренебрегают, т. е.,
Вторичная нагрузка r2 состоит из сопротивления приборов (rприб) и переходного сопротивления контактов (rконт):
|
r2 = rприб + rпров + rконт . |
(4.21) |
Сопротивление приборов определяется по выражению
|
r |
= |
Sприб |
, |
(4.22) |
|
приб |
I22ном |
где Sприб – мощность, потребляемая приборами; I2 ном – вторичный номинальный ток трансформатора тока (1 или 5 А).
Сопротивление контактов принимается 0,05 Ом при двух-трех приборах и 0,1 Ом при большем числе приборов.
Чтобы трансформатор тока работал в выбранном классе точности, необходимо выдержать условие
|
rприб + rпров + rконт ≤ z2 ном = r2 ном , |
(4.23) |
|
Электроснабжение. Учеб. пособие по дипломному проектированию |
-56- |
4.ВЫБОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ И ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ
4.5.Выбор измерительных трансформаторов тока и напряжения
|
отсюда |
rпров = r2 ном − rприб − rконт . |
(4.24) |
Зная rпров, можно определить сечение соединительных проводов:
|
F = |
ρ lрасч |
, |
(4.25) |
|
|
r |
||||
|
пров |
где ρ – удельное сопротивление материала провода. Для алюминиевых проводов ρал = 0,0283 Ом·мм2/м; медных – ρм = 0,0175 Ом·мм2/м (для подстанций с высшим напряжением 220 кВ и выше); lрасч – расчетная длина, зависящая от схемы соединения трансформатора тока. Возможные схемы соединения трансформаторов тока приведены на рис. 4.1.
Рис. 4.1. Схемы соединения измерительных трансформаторов тока и приборов: а – включение в одну фазу; б – включение в неполную звезду; в – включение в полную звезду
Фактическое расстояние l от приборов до трансформаторов тока зависит от напряжения электроустановки и местных условий. Ориентировочно при учебном проектировании его можно принять следующим: а) линии 330−500 кВ
– 150−175 м; б) линии 110 кВ – 75−100 м; в) линии 35 кВ – 60−75 м; г) линии
6−10 кВ – 4−6 м. Для подстанций указанные длины снижают на 15−20 % [7]. Перечень приборов, устанавливаемых на подстанции в зависимости от
напряжения и типов линий, приведен в табл. 4.1, технические данные приборов приведены в табл. 4.2.
|
Электроснабжение. Учеб. пособие по дипломному проектированию |
-57- |
4.ВЫБОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ И ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ
4.5.Выбор измерительных трансформаторов тока и напряжения
|
Таблица 4.1 |
||||||
|
Контрольно-измерительные приборы на подстанциях |
||||||
|
№ |
Место |
Перечень |
||||
|
Цепь |
установки |
Примечания |
||||
|
п/п |
приборов |
|||||
|
приборов |
||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
||
|
1 |
Понижающего |
ВН |
− |
1. Ваттметр – только для |
||
|
двухобмоточного |
НН |
Амперметр, |
трансформаторов 110 кВ |
|||
|
трансформатора |
ваттметр, |
вар- |
и выше. |
|||
|
метр, счетчики |
2. Варметр – только для |
|||||
|
активной и ре- |
трансформаторов 220 кВ |
|||||
|
активной энер- |
и выше. |
|||||
|
гии |
3. Если поток мощности |
|||||
|
через |
трансформатор |
|||||
|
может меняться, то уста- |
||||||
|
навливаются ваттметры и |
||||||
|
варметры с двусторонней |
||||||
|
шкалой и два счетчика со |
||||||
|
стопорами. |
||||||
|
4. На |
трансформаторах с |
|||||
|
расщепленной обмоткой |
||||||
|
НН, а также на присоеди- |
||||||
|
ненных к шинам 6−10 кВ |
||||||
|
через |
сдвоенный реактор |
|||||
|
приборы устанавливаются |
||||||
|
вкаждойцепиНН. |
||||||
|
2 |
Трехобмоточного |
ВН |
Амперметр |
|||
|
трансформатора или |
СН |
Амперметр, |
||||
|
автотрансформатора |
ваттметр, |
вар- |
||||
|
метр, счетчики |
То же |
|||||
|
активной и ре- |
||||||
|
НН |
активной энер- |
|||||
|
гии |
||||||
|
То же |
||||||
|
3 |
Синхронного компен- |
Статор |
Амперметр, |
|||
|
сатора |
вольтметр, |
|||||
|
варметр с дву- |
||||||
|
сторонней |
||||||
|
шкалой, счет- |
− |
|||||
|
Ротор |
чики реактив- |
|||||
|
ной энергии со |
||||||
|
стопорами |
||||||
|
Амперметр, |
||||||
|
вольтметр |
|
Электроснабжение. Учеб. пособие по дипломному проектированию |
-58- |
4.ВЫБОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ И ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ
4.5.Выбор измерительных трансформаторов тока и напряжения
Продолжение табл. 4.1
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|||||||||
|
4 |
Сборных шин 6, 10, |
На каждой |
Вольтметр для из- |
На транзитной |
под- |
||||||||
|
35 кВ |
секции или |
мерения |
между- |
станции |
на шинах 35 |
||||||||
|
системе |
фазного |
напряже- |
кВ устанавливается ре- |
||||||||||
|
шин |
ния |
и |
вольтметр |
гистрирующий |
вольт- |
||||||||
|
с переключением |
метр, если шины под- |
||||||||||||
|
для |
измерения |
станции являются кон- |
|||||||||||
|
трехфазных |
на- |
трольными точками по |
|||||||||||
|
пряжений |
напряжению в системе |
||||||||||||
|
5 |
Сборных шин |
Вольметр |
с |
пере- |
|||||||||
|
110−220 кВ |
ключателем на три |
||||||||||||
|
междуфазных |
на- |
||||||||||||
|
пряжения и регист- |
|||||||||||||
|
То же |
рирующий |
вольт- |
То же |
||||||||||
|
метр; |
осциллограф |
||||||||||||
|
на транзитных под- |
|||||||||||||
|
станциях, |
фикси- |
||||||||||||
|
рующий приборU0 |
|||||||||||||
|
6 |
Сборных шин 330 кВ |
То же, что и по п.5, |
На подстанции, где тре- |
||||||||||
|
и выше |
и регистрирующий |
буется |
точная |
ручная |
|||||||||
|
То же |
частотомер |
синхронизация, |
устанав- |
||||||||||
|
ливается |
колонка |
син- |
|||||||||||
|
хронизации |
|||||||||||||
|
7 |
Секционного, шино- |
Амперметр |
|||||||||||
|
соединительного |
вы- |
− |
− |
||||||||||
|
ключателей |
|||||||||||||
|
8 |
Обходного выключа- |
Амперметр, |
ватт- |
||||||||||
|
теля |
метр |
и |
варметр с |
||||||||||
|
− |
двусторонней |
− |
|||||||||||
|
шкалой, |
расчетные |
||||||||||||
|
счетчики и фикси- |
|||||||||||||
|
рующий прибор |
|||||||||||||
|
9 |
Трансформатора |
соб- |
ВН |
− |
|||||||||
|
ственных нужд |
НН |
Амперметр, |
рас- |
− |
|||||||||
|
четный |
счетчик |
||||||||||||
|
активной энергии |
|||||||||||||
|
10 |
Дугогасительного |
ре- |
– |
Регистрирующий |
− |
||||||||
|
актора |
амперметр |
||||||||||||
|
11 |
Линии 6−10 кВ |
− |
Амперметр, |
расчет- |
Если по счетчикам не |
||||||||
|
ные |
счетчики |
ак- |
ведется денежный рас- |
||||||||||
|
тивной |
и |
реактив- |
чет, то счетчик реак- |
||||||||||
|
ной энергии для ли- |
тивной энергии не ус- |
||||||||||||
|
ний, |
принадлежа- |
танавливается |
|||||||||||
|
щихпотребителю |
|||||||||||||
|
12 |
Линии 35 кВ |
− |
Амперметр, |
рас- |
|||||||||
|
четные |
счетчики |
То же |
|||||||||||
|
активной |
и |
реак- |
|||||||||||
|
тивной энергии |
|
Электроснабжение. Учеб. пособие по дипломному проектированию |
-59- |
4.ВЫБОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ И ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ
4.5.Выбор измерительных трансформаторов тока и напряжения
Окончание табл. 4.1
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
||||||
|
13 |
Линии |
Амперметр, |
ватт- |
1. Для линий с пофаз- |
||||||
|
110−220 кВ |
метр, варметр, фик- |
ным управлением |
ус- |
|||||||
|
сирующий |
прибор, |
танавливаются три ам- |
||||||||
|
используемый |
для |
перметра. |
||||||||
|
определения |
места |
2. На линиях с двусто- |
||||||||
|
− |
КЗ, расчетные счет- |
ронним |
питанием |
|||||||
|
чики активной и ре- |
ваттметр |
и |
варметр с |
|||||||
|
активной энергии на |
двусторонней шкалой, |
|||||||||
|
тупиковых потреби- |
два счетчика активной |
|||||||||
|
тельских линиях |
энергии со стопорами |
|||||||||
|
Амперметр |
в |
каж- |
||||||||
|
14 |
Линии |
На линиях межсистем- |
||||||||
|
330−750 кВ |
дой |
фазе, ваттметр |
ной связи |
устанавли- |
||||||
|
и варметр с двусто- |
ваются |
счетчики |
ак- |
|||||||
|
ронней шкалой, ос- |
тивной энергии со сто- |
|||||||||
|
циллограф, |
фикси- |
порами |
||||||||
|
− |
рующий |
прибор, |
||||||||
|
используемый |
для |
|||||||||
|
определения |
места |
|||||||||
|
КЗ, датчики актив- |
||||||||||
|
ной |
и реактивной |
|||||||||
|
мощности |
||||||||||
Таблица 4.2
Щитовые электроизмерительные приборы
|
Потребляемая мощность/число |
|||||||
|
Прибор |
Тип |
катушек |
cosφ |
sinφ |
|||
|
напряжения |
тока |
||||||
|
Амперметр |
Э351 |
− |
0,5/1 |
1 |
0 |
||
|
Э350 |
− |
0,5/1 |
1 |
0 |
|||
|
Э377 |
− |
0,1/1 |
1 |
0 |
|||
|
Вольтметр |
Э350 |
3/1 |
− |
1 |
0 |
||
|
Э351 |
3/1 |
− |
1 |
0 |
|||
|
Э377 |
2/1 |
− |
1 |
0 |
|||
|
Ваттметр |
Д365 |
1,5/2 |
0,5/2 |
1 |
0 |
||
|
Варметр |
Д365 |
1,5/2 |
0,5/2 |
1 |
0 |
||
|
Счетчик |
активной |
И680 |
2,3/2 |
2,5/2 |
0,38 |
0,925 |
|
|
энергии |
|||||||
|
Счетчик |
реактив- |
И673 |
2,3/2 |
2,5/2 |
0,38 |
0,925 |
|
|
ной энергии |
|||||||
|
Электроснабжение. Учеб. пособие по дипломному проектированию |
-60- |
4.ВЫБОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ И ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ
4.5.Выбор измерительных трансформаторов тока и напряжения
Трансформаторы напряжения выбирают:
1.По напряжению, формула (4.1).
2.По конструкции и классу точности. При подключении к трансфор-
маторам напряжения счетчиков они должны работать в классе точности 0,5. Трансформаторы напряжения проверяют:
на класс точности
где S2 ном – номинальная мощность трансформатора в выбранном классе точности, при этом следует иметь в виду, что для однофазных трансформаторов, соединенных в звезду, следует взять суммарную мощность всех трех фаз, а для соединенных по схеме открытого треугольника – удвоенную мощность одного трансформатора; S2 – нагрузка всех измерительных приборов и реле, присоединенных к трансформатору напряжения, В·А.
Вторичную нагрузку трансформаторов напряжения определяют по формуле
S2 = 
(∑Рприб )2 + (∑Qприб )2 =
, (4.27)
= 
(∑Sприб cos ϕприб )2 + (∑Sприб sin ϕприб )2
где ∑Рприб,∑Qприб,∑Sприб – суммарная активная, реактивная и полная мощность присоединенных приборов, соответственно.
При подсчете вторичной нагрузки трансформатора напряжения надо помнить, что к нему подключаются катушки напряжения не только приборов, устанавливаемых на сборных шинах подстанции, но и всех отходящих от одной секции сборных шин линий.
На электродинамическую устойчивость трансформаторы напряжения не проверяют.
4.6. Выборплавкихпредохранителей нанапряжениевыше1000 в
В электрических сетях высоковольтные предохранители применяют для защиты силовых трансформаторов и измерительных трансформаторов напряжения.
|
Электроснабжение. Учеб. пособие по дипломному проектированию |
-61- |
4.ВЫБОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ И ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ
4.6.Выбор плавких предохранителей на напряжение выше 1000 в
На напряжении 10 кВ понижающих подстанций устанавливают предохранители типов ПК (с кварцевым наполнителем), а на напряжении 35 или 110 кВ – предохранители типов ПСН (стреляющие). Для защиты со стороны высшего напряжениятрансформаторовнапряженияприменяютпредохранителиПКТ.
Предохранители для защиты трансформаторов выбирают:
1.По напряжению, формула (4.1).
2.По номинальному току, Iном. пр, формула (4.2).
3.По отключающей способности, формула (4.6).
4.По номинальному току плавкой вставки, Iв. ном:
|
Iраб.max ≤ Iв.ном. |
(4.28) |
Плавкие вставки предохранителей выбирают с учетом отстройки их от бросков намагничивающего тока трансформатора. Рекомендуемые ПУЭ значения номинальных токов плавких вставок предохранителей в зависимости от мощности трансформаторов 10/0,4 кВ приведены в табл. 4.3.
Выбранные по табл. 4.3 плавкие вставки необходимо проверить на селективность защиты со стороны 0,4 кВ. Необходимо обеспечить селективность защиты со стороны высокого напряжения с предохранителями или автоматическими выключателями ввода 0,4 кВ или, по крайней мере, с отходящими линиями 0,4 кВ.
Таблица 4.3
Номинальные токи плавких вставок предохранителей для защиты трансформаторов
10/0,4 кВ
|
Номинальный ток |
Номинальный ток плавкой |
|
|
Номинальная мощность |
трансформатора |
вставки |
|
на стороне 10 кВ, А |
предохранителя, А |
|
|
25 |
1,44 |
5 |
|
40 |
2,31 |
8 |
|
63 |
3,64 |
10 |
|
100 |
5,77 |
16 |
|
160 |
9,25 |
20 |
|
250 |
14,5 |
40(32) |
|
400 |
23,1 |
50 |
|
630 |
36,1 |
80 |
|
1000 |
57,8 |
100 |
|
1600 |
92,5 |
150 |
|
2500 |
144,5 |
200 |
Проверка вставки на селективность с аппаратами защиты ввода 0,4 кВ выполняется в общем случае сопоставлением их характеристик на карте селективности защит.
|
Электроснабжение. Учеб. пособие по дипломному проектированию |
-62- |
4.ВЫБОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ И ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ
4.6.Выбор плавких предохранителей на напряжение выше 1000 в
Для трансформаторов 10/0,4 кВ карту селективности можно не строить, а выполнить следующие условия. Селективность будет обеспечена, если
|
tв ≥ |
tс.з + t |
, |
(4.29) |
|
Кп |
где tв – время плавления плавкой вставки предохранителя при КЗ на стороне 0,4 кВ, с; tс. з – полное время срабатывания защиты со стороны 0,4 кВ, с которой осуществляется согласование предохранителя, tс. з = 0,02±0,01 с – для электромагнитных расцепителей автоматов с учетом разброса срабатывания, tс. з для предохранителей определяется по ампер-секундной характеристике; ∆t – минимальная ступень селективности, принимается для автоматов – 0,3 с, для предохранителей – 0,6 с; Кп – коэффициент приведения каталожного времени плавления плавкой вставки и времени ее разогрева, Кппринимается равным 0,9.
Если выбранная плавкая вставка не обеспечивает требуемое tв, то следует принять плавкую вставку на больший номинальный ток, при котором требуемое время плавления будет обеспечено, но в этом случае необходимо сделать проверку по допустимому времени протекания тока КЗ tк в трансформаторе по условию его термической стойкости.
Проверка осуществляется по условию
Допустимое время протекания тока КЗ в трансформаторе определяется:
|
900 I |
2 |
900 |
||||
|
tк = |
ном т |
. = |
k 2 |
, |
(4.31) |
|
|
I∞2 |
гдеk – отношениеустановившегосятокаКЗкноминальномутокутрансформатора.
Во всех случаях tк не должно превышать 5 с.
Выбор плавких вставок предохранителей на стороне 35−110 кВ трансформаторных подстанций 35/10, 110/10 или 35/0,4 кВ осуществляется аналогично, но вместо табл. 4.3 номинальный ток плавкой вставки выбирают согласно директивным материалам с учетом отстройки от бросков намагничивающего тока трансформатора по выражению
|
Iв.ном ≥ 2Iном т.. |
(4.32) |
|
Электроснабжение. Учеб. пособие по дипломному проектированию |
-63- |
4.ВЫБОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ И ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ
4.6.Выбор плавких предохранителей на напряжение выше 1000 в
Затем проверяют вставку на селективность работы с ближайшей защитой с низкой стороны:
|
Iк.расч = |
Кн |
, |
(4.33) |
|
|
Кт I |
||||
|
∞.н |
где Iк. расч – расчетный ток на стороне высшего напряжения трансформатора при КЗ на стороне низшего напряжения; Кн – коэффициент надежности, учитывающий разброс ампер-секундных характеристик предохранителей и необходимый запас; Кт – коэффициент трансформации трансформатора; I∞. н – установившийся ток КЗ на стороне низшего напряжения трансформатора.
По току Iк. расч на ампер-секундной характеристике предохранителя определяют время перегорания плавкой вставки tв. Затем сравнивают это время с временем срабатывания защиты с низкой стороны трансформатора tс.з. Если ступень селективности t =tв −tс.з < 0,6, то выбирают плавкую вставку на
больший номинальный ток.
На рис. 4.2, рис. 4.3 приведены ампер-секундные характеристики плавких предохранителей типов ПК и ПСН.
Технические данные предохранителей приведены в табл. 4.4.
Рис. 4.2. Ампер-секундные характеристики предохранителей типа ПК
|
Электроснабжение. Учеб. пособие по дипломному проектированию |
-64- |
4.ВЫБОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ И ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ
4.6.Выбор плавких предохранителей на напряжение выше 1000 в
Рис. 4.3. Ампер-секундные характеристики предохранителей типа ПСН
Таблица 4.4
Технические характеристики предохранителей
|
Макси- |
|||||||
|
Номи- |
Номиналь- |
мальная |
Минимальный |
||||
|
Тип |
Номинальный |
тклююча |
|||||
|
высоковольтного |
нальное |
ток предохра- |
ный ток |
ющая |
отключаемый ток |
||
|
предохранителя |
напряже- |
нителя, А |
плавких |
(трехфаз- |
(кратность к но- |
||
|
ние, кВ |
вставок, А |
минальному), А |
|||||
|
ная) мощ- |
|||||||
|
ность, кА |
|||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
||
|
Для внутренней |
установки |
||||||
|
ПК-6/30 |
6 |
30 |
2−30 |
200 |
Не ограничен |
||
|
ПК-6/75 |
6 |
75 |
40−75 |
200 |
3 |
||
|
ПК-6/150 |
6 |
150 |
100, |
150 |
200 |
3 |
|
|
ПК-6/300 |
6 |
300 |
200, |
300 |
200 |
3 |
|
|
ПК-10/30 |
10 |
30 |
2−30 |
200 |
Не ограничен |
||
|
ПК-10/50 |
10 |
50 |
40, |
50 |
200 |
3 |
|
|
ПК-10/100 |
10 |
100 |
75, 100 |
200 |
3 |
||
|
ПК-10/200 |
10 |
200 |
150, |
200 |
200 |
3 |
|
|
ПК-35/10 |
35 |
10 |
2−10 |
200 |
Не ограничен |
||
|
ПК-35/20 |
35 |
20 |
15−20 |
200 |
3 |
||
|
ПК-35/40 |
35 |
40 |
30, |
40 |
200 |
3 |
|
Электроснабжение. Учеб. пособие по дипломному проектированию |
-65- |
4.ВЫБОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ И ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ
4.6.Выбор плавких предохранителей на напряжение выше 1000 в
|
Окончание табл. 4.4 |
||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
|
Для наружной |
установки |
|||||
|
ПК-6Н/30 |
6 |
30 |
2−30 |
200 |
Не ограничен |
|
|
ПК-10Н/30 |
10 |
30 |
2−30 |
200 |
Не ограничен |
|
|
ПК-20Н/10 |
20 |
10 |
2−7,5 |
100 |
Не ограничен |
|
|
ПВ(ПСН)-10 |
10 |
100 |
7,5−100 |
200 |
Не ограничен |
|
|
ПВ(ПСН)-35 |
35 |
100 |
7,5−100 |
500 |
Не ограничен |
|
|
ПВ(ПСН)-110 |
110 |
50 |
7,5−50 |
750 |
Не ограничен |
Примечание. Шкала номинальных токов плавких вставок высоковольтных предохра-
нителей: 2; 3; 5; 7,5; 10; 15; 20; 30; 40; 50; 75; 100; 150; 200; 300 А.
4.7. Выбортокоограничивающихреакторов
Реакторы предназначены для искусственного увеличения сопротивления короткозамкнутой цепи, а следовательно, для ограничения токов короткого замыкания и поддержания напряжения при повреждениях за реактором.
Реакторы выбирают:
1.По напряжению, формула (4.1).
2.По длительному току:
|
Iраб.max ≤ Iном. LR , |
(4.34) |
где Iраб. max − максимальный рабочий ток; Iном. LR – номинальный ток реактора (или ветви сдвоенного реактора).
|
3. По сопротивлению: |
|||||||||||
|
x |
расч. LR |
= (I |
/ I |
− x |
) |
Iном. LR |
, |
(4.35) |
|||
|
б |
п |
б |
Uном0 |
. LR |
где xрасч. LR – расчетное сопротивление реактора, %; Iном. LR, Uном. LR – номинальные ток и напряжение реактора; Iп0 – допустимый ток КЗ для расчетной
точки (задается или принимается по каталогам для устанавливаемой высоковольтной аппаратуры); x*б – относительное базисное сопротивление схемы замещения до точки установки реактора при токе Iб.
Реакторы проверяют:
1. На электродинамическую устойчивость:
|
iу ≤iдин, |
(4.36) |
|
Электроснабжение. Учеб. пособие по дипломному проектированию |
-66- |
4.ВЫБОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ И ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ
4.7.Выбор токоограничивающих реакторов
где iдин – ток динамической стойкости реактора (по каталогу). 2. На термическую устойчивость:
|
B = (I |
п0 |
)2 |
(t |
откл |
+T ) ≤ В |
тер |
= I 2 t |
тер |
, |
(4.37) |
|
к |
а |
тер |
где Iтер, tтер – номинальные параметры реактора (по каталогу).
3. По величине остаточного напряжения (при необходимости) на ши-
нах 6−10 кВ при КЗ за реактором:
|
Uост% = xном. LR |
3Iп0 |
100%, |
(4.38) |
|
Uном |
где xном. LR – номинальное сопротивление реактора (по каталогу), выбранного
по xрасч.
Для обеспечения условия самозапуска двигателей необходимо, чтобы
|
Uост ≥ (65 − 70)%Uном. |
(4.39) |
4.8.Выборжесткихшин
Взакрытых РУ 6−10 кВ ошиновка и сборные шины выполняются жесткими алюминиевыми шинами. Стальные шины допустимо применять лишь при токах до 400 А. При токах до 3000 А применяются одно- и двухполосные шины. При больших токах рекомендуются шины коробчатого сечения.
Сечение жестких шин выбирают по нагреву (по допустимому току). При этом учитывают не только нормальные, но и послеаварийные режимы в период ремонтов и возможность неравномерного распределения токов между секциями шин. Условие выбора:
где Iдоп – допустимый ток на шины выбранного сечения с учетом поправки при расположении шин плашмя или при температуре воздуха, отличной от принятой в таблицах (ϑо.ном = 25 °С). В последнем случае
|
Iдоп = Iдоп.ном |
ϑдоп − ϑо |
. |
(4.41) |
|||
|
ϑ |
||||||
|
доп |
− ϑ |
о.доп |
||||
|
Электроснабжение. Учеб. пособие по дипломному проектированию |
-67- |
4.ВЫБОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ И ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ
4.8.Выбор жестких шин
Для неизолированных проводов и окрашенных шин принято ϑдоп = 70 °С; ϑо.ном = 25 °С, тогда
|
Iдоп = Iдоп.ном |
70 −ϑо |
, |
(4.42) |
|
|
45 |
||||
где Iдоп. ном – допустимый ток по табл. 4.5 [11] при температуре воздуха ϑо.ном = 25 °С; ϑо − действительная температура воздуха.
Таблица 4.5
Длительно допустимый ток для шин прямоугольного сечения
|
Размеры, |
Алюминиевые шины |
Стальные шины |
|||||
|
Ток*, А, при количестве полос на полюс |
Размеры, |
||||||
|
мм |
или фазу |
Ток*, А |
|||||
|
мм |
|||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
||||
|
15×3 |
165 |
− |
− |
− |
16×2,5 |
55/70 |
|
|
20×3 |
215 |
− |
− |
− |
20×2,5 |
60/90 |
|
|
25×3 |
265 |
− |
− |
− |
25×2,5 |
75/110 |
|
|
30×4 |
365/370 |
− |
− |
− |
20×3 |
65/100 |
|
|
40×4 |
480 |
−/855 |
− |
− |
25×3 |
80/120 |
|
|
40×5 |
540/545 |
−/965 |
− |
− |
30×3 |
95/140 |
|
|
50×5 |
665/670 |
−/1180 |
−/1470 |
− |
40×3 |
125/190 |
|
|
50×6 |
740/745 |
−/1315 |
−/1655 |
− |
50×3 |
155/230 |
|
|
60×6 |
870/880 |
1350/1555 |
1720/1940 |
− |
60×3 |
185/280 |
|
|
80×6 |
1150/1170 |
1630/2055 |
2100/2460 |
− |
70×3 |
215/320 |
|
|
100×6 |
1425/1455 |
1935/2515 |
2500/3040 |
− |
75×3 |
230/345 |
|
|
60×8 |
1025/1040 |
1680/1840 |
2180/2330 |
− |
80×3 |
245/365 |
|
|
80×8 |
1320/1355 |
2040/2400 |
2620/2975 |
− |
90×3 |
275/410 |
|
|
100×8 |
1625/1690 |
2390/2945 |
3050/3620 |
− |
100×3 |
305/460 |
|
|
120×8 |
1900/2040 |
2650/3350 |
3380/4250 |
− |
20×4 |
70/115 |
|
|
60×10 |
1155/1180 |
2010/2110 |
2650/2720 |
− |
22×4 |
75/125 |
|
|
80×10 |
1480/1540 |
2410/2735 |
3100/3440 |
− |
25×4 |
/140 |
|
|
100×10 |
1820/1910 |
2860/3350 |
3650/4160 |
4150/4400 |
30×4 |
100/165 |
|
|
120×10 |
2070/2300 |
3200/3900 |
4100/4860 |
4650/5200 |
40×4 |
130/220 |
|
|
50×4 |
165/270 |
||||||
|
60×4 |
195/325 |
||||||
|
70×4 |
225/375 |
||||||
|
80×4 |
260/430 |
||||||
|
90×4 |
290/480 |
||||||
|
100×4 |
325/535 |
При расположении шин плашмя принятые по таблице значения допустимых токов должны быть уменьшены на 5 % для шин шириной полос до 60 мм и на 8 % для шин с шириной полос более 60 мм.
|
Электроснабжение. Учеб. пособие по дипломному проектированию |
-68- |
4.ВЫБОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ И ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ
4.8.Выбор жестких шин
Шины проверяют:
1. На термическую устойчивость по условию
где ϑк − температура шин при нагреве током КЗ; ϑк.доп − допустимая температура нагрева шин при КЗ (табл. 4.6).
|
Таблица 4.6 |
||
|
Предельно допустимые температуры нагрева проводников |
||
|
при коротких замыканиях |
||
|
Вид проводника |
ϑдоп , °С |
|
|
Шины алюминиевые |
200 |
|
|
Шины медные |
300 |
|
|
Шины стальные, не имеющие непосредственного соединения с аппаратами |
400 |
|
|
Шины стальные с непосредственным присоединением к аппаратам |
300 |
|
|
Кабели с бумажной пропитанной изоляцией на напряжение, кВ: |
||
|
1 |
250 |
|
|
6−10 |
200 |
|
|
20−35 |
130 |
|
|
110−220 |
125 |
|
|
Кабелииизолированныепроводасмеднымииалюминиевымижиламииизоляцией |
||
|
из поливинихлоридного пластиката |
160 |
|
|
резины |
160 |
|
|
полиэтилена (номинальное напряжение кабелей до 35 кВ) |
130 |
|
|
вулканизированного (сшитого) полиэтилена (Uном кабелей до 35 кВ) |
250 |
|
|
Медные неизолированные провода при тяжениях, Н/мм2: |
||
|
менее 20 |
250 |
|
|
20 и более |
200 |
|
|
Алюминиевые неизолированные провода при тяжениях, Н/мм2: |
||
|
менее10 |
200 |
|
|
10 и более |
160 |
|
|
Алюминиевая часть сталеалюминиевых проводов |
200 |
При проверке токоведущих частей на термическую устойчивость пользуются понятием приведенного времени tп, в течение которого установившийся ток КЗ I∞ выделяет то же количество теплоты, что и изменяющийся во времени ток КЗ, за действительное время τt, определяемое по (4.11).
Приведенное время определяется составляющими времени периодической и апериодической составляющих тока КЗ:
|
Электроснабжение. Учеб. пособие по дипломному проектированию |
-69- |
4.ВЫБОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ И ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ
4.8.Выбор жестких шин
|
Величину tпр при действительном времени τt < 5 с находят по кривым |
||||||||||||
|
′′ |
||||||||||||
|
зависимости tпп = f (β ), рис. 4.4, где |
||||||||||||
|
β′′= I ′′/ I ∞ . |
(4.45) |
|||||||||||
|
При действительном времени τt > 5 c величина tпп =tп5 + (τt −5), где tп5 |
||||||||||||
|
приведенное время для τt = 5 с. |
||||||||||||
|
Приведенное время апериодической составляющей |
||||||||||||
|
′′ |
2 |
. |
(4.46) |
|||||||||
|
tпа = 0,005(β ) |
||||||||||||
|
При действительном времени τt |
< 1 с величина tпа не учитывается. |
|||||||||||
|
tпр.п |
5 |
ϑ, ºС |
||||||||||
|
6 |
300 |
Сталь |
Алюминий |
|||||||||
|
5 |
4 |
|||||||||||
|
200 |
||||||||||||
|
Медь |
||||||||||||
|
3 |
||||||||||||
|
4 |
||||||||||||
|
2 |
100 |
|||||||||||
|
3 |
||||||||||||
|
1,5 |
||||||||||||
|
2 |
1 |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
А·104 |
|||||
|
0,5 |
||||||||||||
|
1 |
0,2 |
|||||||||||
|
0 |
t = 0,1 |
|||||||||||
|
0,5 |
1,0 |
1,5 |
2 |
2,5 |
3,0 β˝ |
|||||||
|
Рис. 4.4. Кривые приведенного времени |
Рис. 4.5. Кривые нагрева |
|||||||||||
|
периодической слагающей тока |
токоведущих частей |
|||||||||||
|
при питании от генератора с АРВ |
при коротких замыканиях |
Токоведущие части рассчитывают на термическую устойчивость по кривым нагрева металлов, представляющих зависимость ϑ= f (A) (рис. 4.5).
2. На электродинамическую устойчивость шины по условию
|
Электроснабжение. Учеб. пособие по дипломному проектированию |
-70- |
4.ВЫБОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ И ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ
4.8.Выбор жестких шин
где σрасч – расчетное напряжение на изгиб, возникающее в материале шин при протекании ударного тока трехфазного КЗ; σдоп – допустимое напряжение на изгиб материала шин (табл. 4.7) [9].
Таблица 4.7
Допустимые для шин изгибающие напряжения
|
Материал шины |
Допустимое напряжение σдоп, МПа |
|
Медь МТ |
140 |
|
Алюминий АТ |
70 |
|
Алюминий АТТ |
90 |
|
Сталь |
160 |
Для определения σрасч однополосных шин прямоугольного сечения необходимо:
а) вычислить наибольшую силу F(3), Н, действующую на шины при протекании по ним ударного тока трехфазного КЗ:
|
F (3) =1,76 kфiу(3)2 l 10−1 / a , |
(4.48) |
где kф – коэффициент формы шин; iу(3) – ударный ток трехфазного КЗ, кА; l – длина пролета, м; а – расстояние между осями шин, м (рис. 4.6).
Коэффициент kф, зависящий от формы, размеров шин и расстояния между ними, для прямоугольных шин находят по кривым (рис. 4.7) в зависимости от отношений (a −b)/(b + h) и b / h . Если отношение (a −b)/(b + h) ≥ 2 или шины
с круглой площадью сечения, то kф = 1; б) найти момент сопротивления:
если шины расположены в одной горизонтальной плоскости и установлены на ребро или они расположены в одной вертикальной плоскости и установлены плашмя,
если шины расположены в одной горизонтальной плоскости и установлены плашмя или они расположены в одной вертикальной плоскости и установлены на ребро,
|
Электроснабжение. Учеб. пособие по дипломному проектированию |
-71- |
4.ВЫБОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ И ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ
4.8.Выбор жестких шин
|
h |
|
|
b |
|
|
а |
а |
|
а |
|
|
b |
|
|
h |
|
|
a |
a |
|
l |
|
|
l |
|
|
б |
|
|
Рис. 4.6. Расположение шин на изоляторах: а − плашмя; б − на ребро |
a − b/(b +
Рис 4.7. Кривые для определения коэффициента формы проводников прямоугольной площади поперечного сечения, где m = b/h
|
Электроснабжение. Учеб. пособие по дипломному проектированию |
-72- |
4.ВЫБОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ И ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ
4.8.Выбор жестких шин
момент сопротивления круглых шин
|
W = 0,1 d 3 , |
(4.51) |
|
где d – диаметр шины, м; |
|
|
в) определить расчетное напряжение σрасч, МПа, при изгибе: |
|
|
при одном или двух пролетах |
|
|
σрасч = F (3)l /(8W ) ; |
(4.52) |
|
при числе пролетов большем двух |
|
|
σрасч = F (3)l /(10W ) . |
(4.53) |
Шины открытых распределительных устройств напряжением 35 кВ и выше проверяют на коронирование. Наибольшая напряженность электрического поля Е у поверхности любого из проводников не должна быть больше 0,9Е0 (Е ≤ 0,9Е0), где Е0 – начальная напряженность электрического поля у поверхности проводника, при которой появляется корона. Значения Е и Е0, кВ/cм, определяют по формулам:
|
E =3,5U /[r0 lg(Dср / r0 )], |
(4.54) |
|
E0 =30,3mδ(1+ 0,3/ r0δ), |
(4.55) |
где U – линейное напряжение, кВ; r0 – радиус проводника, м; Dср – среднее геометрическое расстояние между проводниками (шинами), см; m – коэффициент негладкости проводника (для многопроволочных проводников m = 0,82; для горных условий m = 0,7−0,75); δ – относительная плотность воздуха.
При расположении шин в одной плоскости на средней шине напряженность больше на 7−10 %. Во всех случаях значение Е не должно быть больше
28 кВ /см [9].
4.9. Выборизоляторовнаподстанциях
Опорные изоляторы выбирают:
1.По напряжению, формула (4.1).
2.По допустимой нагрузке:
|
Электроснабжение. Учеб. пособие по дипломному проектированию |
-73- |
4.ВЫБОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ И ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ
4.9.Выбор изоляторов на подстанциях
где Fрасч – сила, действующая на изолятор; Fдоп – допустимая нагрузка на головку изолятора: Fдоп = 0,6Fразр; Fразр – разрушающая нагрузка на изгиб.
Расчетная сила, Н, при горизонтальном или вертикальном расположении изоляторов всех фаз
|
i2 |
||||||||
|
F = |
3 |
у |
lk |
h |
10−7 |
, |
(4.57) |
|
|
а |
||||||||
|
расч |
где kh – поправочный коэффициент на высоту шины, если она расположена на ребро (рис. 4.8):
|
kh = |
H |
; H = Hиз + b + |
h |
, |
(4.58) |
|
Hиз |
|||||
|
2 |
где Низ – высота изолятора.
b
F
h
Низ Н
Рис. 4.8. К определению расчетной нагрузки на изолятор
Проходные изоляторы выбирают:
1.Понапряжению, формула(4.1).
2.По длительному току, формула (4.2).
3.По допустимой нагрузке, формула (4.56).
Расчетная сила, Н, для проходных изоляторов
|
Электроснабжение. Учеб. пособие по дипломному проектированию |
-74- |
4.ВЫБОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ И ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ
4.9.Выбор изоляторов на подстанциях
|
F = |
3 |
iу2 |
l10−7 . |
(4.59) |
|
|
расч |
2 |
а |
|||
Пример 4.1. Для условий примера 3.1 (см. схему на рис. 3.5, а) выбрать высоковольтное оборудование на подстанциях 35/10 и 10/0,4 кВ. Результаты расчета токов КЗ приведены в табл. 3.5.
Решение. 1. Для выбора электрооборудования рассчитываем токи, А, нормального режима работы сети:
|
I |
= |
Sном т.2 |
= |
10000 |
=165,1; |
I |
= |
Sном т.3 |
= |
1000 |
=57,8; |
|||||
|
3 Uном |
3 Uном |
|||||||||||||||
|
раб1 Л. |
1,73 35 |
раб2 Л. |
1,73 10 |
|||||||||||||
|
I |
= |
Sном.СД |
= |
1000 |
=57,8. |
|||||||||||
|
3 Uном |
||||||||||||||||
|
раб3 Л. |
1,73 |
10 |
2. Выбор электрооборудования проводим в табличной форме.
Втабл. 4.8 приведен выбор выключателей и разъединителей, устанавливаемых на высокой стороне подстанции 35/10 кВ.
Втабл. 4.9 приведен выбор выключателей и разъединителей, устанавливаемых на низкой стороне подстанции 35/10 кВ.
Втабл. 4.10 – выбор измерительных трансформаторов тока, устанавливаемых на стороне 10 кВ. Перечень приборов, потребляемая мощность и распределение вторичной нагрузки трансформатора тока, соответствующие рис. 4.1, приведены в табл. 4.11. Из табл. 4.11 видно, что наиболее загружены трансформаторытокафазАиС.
Таблица 4.8
Выбор выключателей и разъединителей на U = 35 кВ
|
Условия выбора |
Расчетные данные |
Каталожные данные |
|||
|
ВыключательВБЭК-35 |
Разъединитель |
||||
|
1. |
Uуст ≤ Uном |
Uуст = 35 кВ |
Uном = 35 кВ |
Uном = 35 кВ |
|
|
2. |
Iраб. max ≤ Iном |
Iраб. maxс = 1,4·165,1 = 231,14 А |
Iном = 630 А |
Iном = |
|
|
3. |
Iпτ ≤ Iоткл.ном |
Iпτ = 3,98 кА |
Iоткл.ном = 25 кА |
− |
|
|
4. |
I” ≤ Iпр.с |
I” = 3,98 кА |
Iпр.с = 63 кА |
− |
|
|
5. iу ≤ iпр.с |
iу = 6,96 кА |
iпр.с = |
iпр. с = |
||
|
6. |
Вк ≤ Iτ2tτ |
Вк = 3,982(0,1+0,1) = 3,168 кА2·с |
Iτ2tτ = |
Iτ2tτ = |
|
Электроснабжение. Учеб. пособие по дипломному проектированию |
-75- |
4.ВЫБОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ И ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ
4.9.Выбор изоляторов на подстанциях
|
Таблица 4.9 |
||||||||||||
|
Выбор выключателей и разъединителей на U = 10 кВ |
||||||||||||
|
Каталожные данные |
||||||||||||
|
Условия выбора |
Расчетные данные |
|||||||||||
|
Выключатель |
Разъединитель |
|||||||||||
|
1. Uуст ≤ Uном |
Uуст = 10 кВ |
Uном = 10 кВ |
Uном = 10 кВ |
|||||||||
|
2. Iраб. max ≤ Iном |
Iраб. max = 1,4·115,6 = 161,84 А |
Iном = |
Iном = |
|||||||||
|
3. Iпτ ≤ Iоткл. ном |
Iпτ = 5,01 кА |
Iоткл. ном = |
− |
|||||||||
|
4. I” ≤ Iпр. с |
I” = 5,01 кА |
Iпр. с = |
− |
|||||||||
|
5. iу ≤ iпр. с |
iу = 12,71 кА |
iпр. с = |
iпр. с = |
|||||||||
|
6. Вк ≤ I 2t |
Вк = 5,012(0,1+0,1) = 5,02 кА2·с |
I 2t |
= |
I 2t |
= |
|||||||
|
t t |
t |
t |
t |
t |
||||||||
|
Таблица 4.10 |
||||||||||||
|
Выбор трансформаторов тока |
||||||||||||
|
Условия выбора |
Расчетные данные |
Каталожные данные ТОЛ-10 |
||||||||||
|
1. Uуст ≤ Uном |
Uуст = 10 кВ |
Uном = 10 кВ |
||||||||||
|
2. Iраб. max ≤ Iном |
Iраб. max = 161,84 А |
Iном =200 А |
||||||||||
|
3. I” ≤ Iдин |
I˝ = 5,01 кА |
Iдин =52 кА |
||||||||||
|
4. Вк = It2 tt |
Вк = 5,02 кА2·с |
It2tt =17,52·1 = 306 кА2·с |
||||||||||
|
Таблица 4.11 |
||||||||||||
|
Вторичная нагрузка трансформаторов тока |
||||||||||||
|
Приборы |
Тип |
Нагрузка фазы, ВА |
||||||||||
|
А |
В |
С |
||||||||||
|
Амперметр |
Э351 |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
||||||||
|
Ваттметр |
Д365 |
0,5 |
− |
0,5 |
||||||||
|
Счетчик активной энергии |
И680 |
2,5 |
− |
2,5 |
||||||||
|
Счетчик реактивной энергии |
И673 |
2,5 |
− |
2,5 |
||||||||
|
Итого: |
6,0 |
0,5 |
6,0 |
Общее сопротивление приборов, Ом:
|
r = |
Sприб |
= |
6 |
=0,24. |
|
приб |
I22 |
52 |
||
Допустимое сопротивление проводов, Ом:
rпров = r2 ном − rприб − rконт = 0,4 − 0,24 − 0,05 = 0,11.
|
Электроснабжение. Учеб. пособие по дипломному проектированию |
-76- |
4.ВЫБОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ И ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ
4.9.Выбор изоляторов на подстанциях
Для подстанции 35/10 кВ применяем контрольный кабель с алюминиевыми жилами, ориентировочная длина 50 м, трансформаторы соединены в полную звезду, поэтому lрасч = l, тогда сечение, мм2
F = ρ lрасч = 0,0283 50 =12,86 .
rпров 0,11
Принимаем три контрольных кабеля АКРВГ с жилами сечения 6 мм2. Фактическое сопротивление проводов, Ом:
|
r |
= |
ρ lрасч |
= |
0,0283 50 |
= 0,079. |
|
пров.ф |
F |
6 3 |
|||
Фактическая вторичная нагрузка трансформатора тока, Ом
r2ф = rприб + rпров.ф + rконт = 0,22 + 0,079 + 0,05 = 0,349 .
В табл. 4.12 приведен выбор измерительных трансформаторов напряжения, устанавливаемых с низкой стороны трансформатора 35/10 кВ, а в табл. 4.13 – перечень приборов, подключенных к трансформатору напряжения, причем учтено, что счетчики установлены в двух отходящих линиях 10 кВ и на выходе трансформатора.
Таблица 4.12
Выбор измерительных трансформаторов напряжения на стороне 10 кВ подстанции
|
Условия выбора |
Расчетные данные |
Каталожные данные |
||
|
НАМИ-10 |
||||
|
1. |
Uуст ≤ Uном |
Uуст = 10 кВ |
Uном = 10 кВ |
|
|
S2 = 25,492 +25,532 = 36,07 ВА |
||||
|
2. |
S2 ≤ S2 ном |
S2 ном=120 ВА |
В табл. 4.14 приведен выбор высоковольтного предохранителя, устанавливаемого на подстанции 10/0,4 кВ для защиты силового трансформатора. (РекомендуемыеПУЭзначенияноминальныхтоковплавкихвставокдляэтихпредохранителей в зависимости от мощности трансформатора 10/0,4 кВ приведены в табл. 4.3).
|
Электроснабжение. Учеб. пособие по дипломному проектированию |
-77- |
4.ВЫБОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ И ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ
4.9.Выбор изоляторов на подстанциях
Проверка плавкой вставки на селективность срабатывания с автоматами, установленныминастороне0,4 кВподстанции, осуществляетсяследующимобразом.
|
Таблица 4.13 |
||||||||||||||||
|
Вторичная нагрузка трансформаторов напряжения |
||||||||||||||||
|
Мощность |
Общая |
|||||||||||||||
|
Число |
сos |
Число |
потребляемая |
|||||||||||||
|
одной |
||||||||||||||||
|
Прибор |
Тип |
sin φ |
мощность |
|||||||||||||
|
обмотки, |
обмоток |
φ |
приборов |
|||||||||||||
|
Q, |
||||||||||||||||
|
ВА |
Р, Вт |
|||||||||||||||
|
квар |
||||||||||||||||
|
Вольтметр |
Э350 |
3 |
1 |
1 |
0 |
3 |
9 |
0 |
||||||||
|
Счетчик |
ак- |
|||||||||||||||
|
тивной |
энер- |
И680 |
2,3 |
2 |
0,38 |
0,925 |
3 |
5,244 |
12,765 |
|||||||
|
гии |
||||||||||||||||
|
Счетчикреак- |
||||||||||||||||
|
тивнойэнер- |
И673 |
2,3 |
2 |
0,38 |
0,925 |
3 |
5,244 |
12,765 |
||||||||
|
гии |
||||||||||||||||
|
Ваттметр |
Д365 |
1,5 |
2 |
1 |
0 |
1 |
3 |
− |
||||||||
|
Варметр |
Д365 |
1,5 |
2 |
1 |
0 |
1 |
3 |
− |
||||||||
|
Итого: |
25,49 |
25,53 |
||||||||||||||
|
Таблица 4.14 |
||||||||||||||||
|
Выбор высоковольтного предохранителя |
||||||||||||||||
|
Условия выбора |
Расчетные данные |
Каталожные данные ПК-10/100 |
||||||||||||||
|
1. Uуст ≤ Uном |
Uуст = 10 кВ |
Uном = 10 кВ |
||||||||||||||
|
2. Iраб. max ≤ Iном |
Iраб. maxс = 1,4·57,8 = 80,92 А |
Iном = 100 А |
||||||||||||||
|
3. Iпτ ≤ Iоткл. ном |
Iпτ = 4,15 кА |
Iном. откл. = 200/ |
3 10 =11,56 кА |
По рис. 4.2 определяется время плавления плавкой вставки при коротком замыкании на стороне 0,4 кВ (ток КЗ в точке К4 определен в примере 4.2). Для этого ток Iк.К4 приводим к напряжению 10 кВ, кА:
|
I ′ |
= I |
к.К |
К |
т |
=11,65 |
0,4 |
= 0,44 . |
|
|
к.К4 |
4 |
10,5 |
||||||
По току Iк′.К4 по ампер-секундной характеристике плавкого предохрани-
теля на 100 А (рис. 4.2) определяемвремя плавления плавкой вставки tв ≈ 14 с. Сравниваем полученное время, с, с временем, вычисленнымпо формуле:
tв ≥ tс.з + t = 0,02 + 0,6 = 0,69 , условие выполняется 14 > 0,69. Kп 0,9
|
Электроснабжение. Учеб. пособие по дипломному проектированию |
-78- |
Содержание:
- Введение
- Основные понятия и принцип расчета
- Методика расчета тока кз
- Пример расчета тока кз
-
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.
-
Основные понятия и принцип расчета
Сама формула расчета тока короткого замыкания проста, она выходит из закона ома для полной цепи и имеет следующий вид:
Iкз=Uф/Zф-о
где:
- Uф — фазное напряжение сети (230 Вольт);
- Zф-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).
-
Методика расчета тока кз
1) Определяем полное сопротивление питающей линии до точки короткого замыкания:
Zл = √(R2л+X2л), Ом
где:
- Rл — Активное сопротивление линии, Ом;
- Xл — Реактивное сопротивление линии, Ом;
Примечание: Расчет производится для каждого участка линии с различным сечением и/или материалом проводника, с последующим суммированием сопротивлений всех участков (Zпл=Zл1+Zл2+…+Zлn).
Активное сопротивление линии определяется по формуле:
Rл =Lфо*p/S, Ом
где:
- Lфо — 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:
Хл =Lфо*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 (Zтр(1)) можно принять из следующей таблицы:
3) Рассчитываем ток короткого замыкания
Ток однофазного короткого замыкания определяем по следующей формуле:
Iкз=Uф/(Zтр(1)+Zпл), Ампер
где:
- Uф — Фазное напряжение сети в Вольтах (для сетей 0,4кВ принимается равным 230 Вольт);
- Zтр(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.
-
Пример расчета тока кз
Для примера возьмем следующую упрощенную однолинейную схему:
- 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
Rл1 =Lфо*p/S=150*0,028/35=0,12 Ом
Хл1 =Lфо*0,6/1000=150*0,6/1000=0,09 Ом
Zл1 = √(R2л+X2л)=√(0,122+0,092)=0,15 Ом
- Участок 2
Rл2 =Lфо*p/S=20*0,028/16=0,035 Ом
Хл2 =Lфо*0,6/1000=20*0,6/1000=0,012 Ом
Zл2 = √(R2л+X2л)=√(0,0352+0,0122)=0,037 Ом
- Участок 3
Rл3 =Lфо*p/S=40*0,0175/2,5=0,28 Ом
Хл3 =Lфо*0,6/1000=40*0,6/1000=0,024 Ом
Zл3 = √(R2л+X2л)=√(0,282+0,0242)=0,281 Ом
Таким образом полное сопротивление питающей линии (цепи фаза-ноль) от питающего трансформатора до точки кз составит:
Zпл=Zл1 +Zл2 +Zл3 =0,15+0,037+0,281=0,468 Ом
- 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:
Zтр(1)=0,16 Ом
- Рассчитываем ток короткого замыкания
Iкз=Uф/(Zтр(1)+Zпл)=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
Сегодняшняя
статья
–
продолжение
моей
статьи
под
интригующим
названием
«Ток
короткого
замыкания:
размер
имеет
значение».
На
этот
раз
расскажу
про
то,
как
можно
измерить
ток
КЗ
при
помощи
измерительных
приборов.
Я
проведу
натурный
эксперимент
по
измерению
тока
КЗ
у
себя
в
квартире
и
на
даче.
Расскажу
не
только
про
способы
с
применением
профессиональной
техники
стоимостью
десятки
тысяч
рублей,
но
и
как
это
сделать
при
помощи
обычного
любительского
мультиметра.
Что
влияет
на
значение
тока
короткого
замыкания
При
эксплуатации
электросети
важно
мониторить
параметры
её
качества,
основной
их
которых
–
напряжение.
Об
этом
я
писал
в
одной
из
прошлых
статей.
Как
известно,
чтобы
узнать
напряжение,
нужен
вольтметр.
Но
и
без
него
можно
легко
узнать,
что
с
напряжением
что-то
не
так
–
например,
по
тусклому
свечению
лампочек
(в
случае
низкого
напряжения)
либо
по
перегоранию
электроприборов
при
повышенном
напряжении.
С
током
короткого
замыкания
не
всё
так
просто
–
его
значение
может
«гулять»,
и
это
не
будет
особо
заметно.
А
проявится
это
в
самый
неподходящий
момент
–
например,
когда
при
замыкании
электропроводки
не
сработает
автоматический
выключатель.
Поэтому
рекомендуется
проверять
(рассчитывать
и/или
измерять)
ток
КЗ
периодически
–
перед
проектированием
электрощита,
после
ввода
электропроводки
в
эксплуатацию,
а
затем
–
раз
в
год.
В
любом
измерении
тока
КЗ
нужно
понимать,
что
измеренный
или
расчетный
ток
КЗ
относится
только
к
конкретной
точке
электросети,
применительно
к
которой
производится
измерение
и
расчет.
Невозможно
предугадать,
в
каком
месте
состоится
замыкание,
поэтому
обычно
измерения
проводят
в
двух
местах
–
в
электрощите
и
самой
удаленной
от
него
точке.
Плохую
службу
может
послужить
тот
факт,
что
ток
КЗ
является
величиной
непостоянной,
зависящей
от
многих
факторов.
Например,
ток
КЗ
в
отдельно
взятой
розетке
может
меняться
от
событий,
которые
практически
не
поддаются
фиксации:
-
Замена
питающего
трансформатора
на
ТП; -
Замена
любого
участка
электрической
сети,
в
том
числе
высоковольтного; -
Изменение
состояния
защитного
и
коммутационного
оборудования
(рубильники,
автоматические
выключатели
и
т.д.); -
Увеличение
или
уменьшение
напряжения
в
точке
КЗ,
которое
может
происходить
по
нескольким
причинам; -
Ухудшение
или
улучшение
контакта
(изменение
переходного
сопротивления)
в
любой
точке
сети
–
от
клемм
питающего
трансформатора
до
клемм
нашей
розетки; -
Ухудшение
контакта
(вплоть
до
полного
обрыва)
нейтрального
проводника.
Косвенно
о
низком
токе
КЗ
можно
сказать
и
без
приборов,
опираясь
на
такие
факты:
-
Удаленность
от
трансформаторной
подстанции; -
Низкая
мощность
трансформатора; -
Нестабильность
напряжения
в
зависимости
от
времени
суток
или
при
включении
мощных
электроприборов.
Чем
плох
и
хорош
низкий
и
высокий
ток
КЗ,
я
подробно
рассмотрел
в
первой
части
статьи
(ссылку
давал
в
начале).
Зачем
нужно
знать
ток
КЗ?
Ток
КЗ
–
это
максимально
возможный
ток
в
определенной
точке
сети.
Этот
параметр
определяет
качество
электропроводки
в
целом.
Зная
значение
ожидаемого
тока
короткого
замыкания,
можно:
-
Оценить
способность
установленных
автоматических
выключателей
обеспечить
защиту
при
коротком
замыкании; -
Оценить
селективность
разных
уровней
защиты; -
Проверить
сопротивление
заземляющего
устройства
(качество
контура
системы
заземления).
Подробнее
вопросы
селективности
и
выбора
автоматических
выключателей
будут
рассмотрены
в
следующей
статье.
Как
измеряется
ток
КЗ
при
помощи
приборов
Есть
старый,
«дедовский»
способ
измерения
тока
КЗ
–
с
использованием
понижающего
трансформатора,
амперметра
и
вольтметра.
Далее
нужен
расчет
по
формулам.
Есть
и
другой,
экстремальный
способ
–
подключают
амперметр
и
вручную
создают
короткое
замыкание,
замыкая
цепь.
Это
не
наш
метод
–
мало
того,
что
он
неточен,
но
при
таком
«измерении»
электросеть
подвергается
экстремальной
нагрузке.
К
тому
же
не
факт,
что
защита
выбрана
правильно,
поэтому
можно
просто-напросто
сжечь
электропроводку.
Я
в
школьные
годы
решил
как-то
проверить
«ток
в
розетке»
этим
методом,
и
воткнул
свой
новенький
тестер
ТЛ-4М
в
режиме
амперметра
(∼3А)
в
розетку.
Результат
–
в
доме
выбило
«пробки»,
в
тестере
сгорел
шунт,
а
я
получил
бесценный
опыт.
Сейчас
большинство
приборов
вычисляют
полное
сопротивление
петли
«фаза
–
ноль»,
а
затем
автоматически
пересчитывают
полученное
значение
в
ток
КЗ.
Делается
это
методом
падения
напряжения,
подключая
к
точке
измерения
нагрузку
(резистор)
известного
сопротивления.
Номинал
резистора
обычно
равен
10
Ом,
время
измерения
–
30
мс
(полтора
периода
напряжения).
Такое
измерение
не
перегружает
сеть,
и
в
то
же
время
обеспечивает
максимальную
точность,
не
вызывая
срабатывания
автоматических
выключателей
–
тепловой
расцепитель
за
такое
время
не
успеет
сработать,
а
электромагнитному
не
хватит
величины
испытательного
тока.
При
этом
ток
КЗ
измеряется
во
всех
вариантах,
где
он
может
возникнуть:
«фаза
–
нейтраль»,
«фаза
–
защитное
заземление»,
«фаза
–
фаза».
Чтобы
правильно
провести
измерения
тока
КЗ
при
помощи
приборов,
нужно
обладать
достаточной
квалификацией,
и
внимательно
изучить
инструкцию
к
прибору.
Например,
необходимо
учитывать
сопротивление
измерительных
проводов.
Важен
и
тот
факт,
что
полученное
значение
тока
КЗ
нужно
пересчитать
под
реальное
напряжение
в
сети.
Имеется
апериодическая
составляющая
тока
КЗ,
которая
сильно
зависит
от
реактивных
свойств
линии
электропередачи.
Но
её
расчет
и
измерение
крайне
сложен.
И
невозможен
способами,
изложенными
в
статье.
Измерение
тока
КЗ.
Выводим
формулы
Итак,
самый
распространенный
метод
измерения
тока
КЗ
–
метод
падения
напряжения,
который
мы
сейчас
и
проверим
на
практике.
Этот
метод
–
косвенный,
то
есть
итоговое
значение
получается
путем
измерения
некоторых
параметров
с
дальнейшими
расчетами
по
формулам.
Эти
формулы
мы
сейчас
и
получим.
Конечно,
не
без
помощи
нашего
немецкого
коллеги,
о
котором
мы
знаем
из
уроков
физики.
Для
начала
–
несколько
пояснений.
Предлагаю
условиться,
что
розетка
–
это
источник
напряжения,
обладающий
внутренним
сопротивлением
Ri.
Это
сопротивление
фактически
является
сопротивлением
цепи
«фаза-ноль».
Также
для
простоты
изложения
условимся
не
учитывать
реактивную
составляющую,
т.е.
принимаем
cos
φ
=
1.
Таким
образом,
получаем
такую
схему,
к
которой
можем
применить
закон
Ома
для
полной
цепи:
Схема
для
пояснения
закона
Ома
для
полной
цепи
Иными
словами,
получаем
резистивный
делитель
напряжения,
напряжение
на
выходе
которого
всегда
ниже,
чем
на
входе.
Сопротивление
Ri
«олицетворяет»
собой
все
сопротивления,
которые
встречаются
на
пути
электроэнергии
–
от
сопротивления
обмоток
трансформатора
на
подстанции
(ТП)
до
переходного
сопротивления
клемм
розетки,
через
которые
подключается
нагрузка
с
сопротивлением
Rн.
Напряжение
Uхх
–
это
напряжение
холостого
хода,
которое
будет
действовать
на
вторичной
обмотке
трансформатора,
когда
нагрузка
не
подключена.
Uн
–
напряжение
на
нагрузке,
которое
всегда
меньше
Uхх.
В
расчетах
будет
фигурировать
и
номинальное
напряжение
Uном,
которое
обычно
бывает
равным
220
или
230
В.
Наша
задача
–
рассчитать
ток
короткого
замыкания
Iкз,
который
равен
току,
протекающему
через
внутреннее
сопротивление
источника
питания
Ri,
при
напряжении
холостого
хода
Uхх
и
нулевом
сопротивлении
нагрузки
(Rн
=
0,
Uн
=
0).
Таким
образом,
наша
основная
формула
будет
иметь
такой
вид:
Iкз=Uхх/Ri
(0)
Напряжение
холостого
хода
легко
узнать
–
оно
измеряется
вольтметром,
когда
вся
нагрузка
на
данной
линии
отключена.
Напряжение
холостого
хода
Uхх
–
это
наибольшее
значение
напряжения,
которое
в
принципе
может
быть
в
розетке.
Конечно,
за
исключением
аварийных
режимов
типаобрыва
нуля.
Теперь
дело
за
малым
–
определить
внутреннее
сопротивление
источника
(сопротивление
петли
«фаза-ноль»)
Ri.
Это
можно
сделать
тремя
способами,
про
которые
я
сейчас
расскажу.
1.
Расчет
петли
«фаза-ноль»
через
ток
нагрузки
Сопротивление
Ri
теоретически
не
зависит
от
приложенного
к
нему
напряжения.
Поэтому,
мы
можем
измерить
ток
нагрузки
Iн
и
напряжение
на
Ri
не
в
момент
короткого
замыкания,
а
при
подключении
нагрузки
с
ненулевым
сопротивлением.
А
затем
применить
закон
Ома:
Ri=(Uхх-Uн)/Iн
(1)
Ток
нагрузки
можно
измерить
двумя
способами
–
при
помощи
амперметра
(прямого
включения
или
через
трансформатор
тока)
и
применяя
токоизмерительные
клещи.
Амперметр
дает
более
точное
измерение,
клещи
–
более
оперативное.
Я
использовал
клещи,
но
можно
применить
и
амперметр,
встроенный
в
мультиметр.
2.
Расчет
петли
«фаза-ноль»
через
сопротивление
нагрузки
Вторую
формулу
можно
получить,
составив
уравнение
пропорциональности
между
сопротивлениями
Ri
и
Rн,
и
напряжениями
на
них.
Получаем:
Ri=(Uхх-Uн)·Rн/Uн
(2)
Чтобы
использовать
формулу
(2),
нужно
предварительно
измерить
сопротивление
нагрузки
при
помощи
омметра.
Поскольку
мы
условились,
что
реактивную
составляющую
мы
не
учитываем,
для
чистоты
эксперимента
нагрузка
обязательно
должна
быть
активной.
Я
использовал
масляные
обогреватели
–
их
сопротивление
чисто
активное,
и
не
зависит
от
напряжения
и
наличия
питания.
Как
вариант,
в
качестве
нагрузочного
сопротивления
можно
использовать
утюг
или
электрочайник.
3.
Расчет
петли
«фаза-ноль»
через
мощность
нагрузки
Третий
способ
–
самый
простой,
но
его
можно
применить
только
тогда,
когда
мы
точно
знаем
мощность
нагрузки.
Составляющие
закона
Ома
зависят
от
номинальной
мощности
нагрузки
Рном,
поэтому
путем
нехитрых
манипуляций
получаем
следующую
формулу:
Ri=(Uном(Uхх-Uн))/Pном
(3)
Чтобы
проводить
расчеты
по
формуле
(3),
нужно
знать
номинальное
напряжение
Uном
(220
или
230
В)
и
мощность
нагрузки.
Обычно
их
приводит
производитель.
Вот
фото
шильдика
нагревателя
с
Uном
=
230
В
и
Рном
=
1500
Вт:
Шильдик
нагревателя
мощностью
1500
Вт
Забегая
вперед,
скажу,
что
этот
способ
–
наименее
точный,
поскольку
производитель
может
писать
любые
данные,
преследуя
маркетинговые
или
другие
цели.
Теперь,
рассчитав
значение
Ri
наиболее
удобным
способом
по
формулам
(1),
(2)
или
(3),
можно
найти
ток
короткого
замыкания
по
формуле
(0)
даже
в
домашних
условиях.
Чем
мы
наконец-то
и
займемся.
Измерение
тока
КЗ
в
квартире
Трансформаторная
подстанция,
которая
питает
мой
дом,
находится
на
расстоянии
около
30
м
до
моего
подъезда,
плюс
подъем
на
5-й
этаж
и
разводка
по
квартире.
То
есть,
длина
питающей
линии
сравнительно
невелика.
Мощность
трансформатора
на
ТП
–
400
кВА.
Результаты
измерений,
в
которых
участвовал
обогреватель
с
паспортной
мощностью
1500
Вт,
приведены
в
таблице:
Измерение
тока
кз
в
квартире,
исходные
и
измеренные
данные
Далее,
используя
формулы
(1),
(2)
и
(3),
я
рассчитал
сопротивление
петли
фаза-ноль
Ri
в
трех
вариантах.
Соответствующие
токи
Iкз
посчитаны
по
формуле
(0):
Результаты
расчетов
тока
короткого
замыкания
в
квартире
тремя
способами
по
измеренным
данным
Измерения
я
проводил
в
самой
дальней
от
электрощита
розетке,
благо
она
сдвоенная,
поэтому
напряжение
на
нагрузке
измерять
было
легко,
без
использования
тройников
и
переносок.
Как
видно,
три
формулы
дали
три
разных
результата.
Это
нормально,
поскольку
методики
измерения
и
погрешности
разные.
В
бытовых
условиях
при
использовании
неповеренных
средств
измерений
погрешность
оценить
проблематично.
Но
оценить
значение
тока
КЗ
можно
вполне.
Из
трех
значений
правильно
выбрать
наихудшее
–
наименьший
ток
КЗ
составил
166
А.
Этот
расчет
я
делал
исходя
из
измерения
сопротивления
нагрузки
омметром.
Считаю
этот
способ
наиболее
точным.
Что
означает
это
значение?
Это
означает,
что
я
правильно
сделал,
когда
поменял
все
квартирные
автоматы
на
25
А,
которые
стояли
от
застройщика
с
1979
года,
на
автоматы
с
номинальным
током
16А.
Обладая
характеристикой
отключения
«С»,
они
с
некоторой
вероятностью
отключат
свою
линию
при
токе
КЗ
от
80
до
159
А,
а
при
сверхтоке
160
А
и
более
вероятность
отключения
равна
100%.
Поэтому
ток
КЗ
166
А
можно
считать
в
данном
случае
достаточным.
Как
определить,
при
каких
токах
конкретный
автомат
может
отключиться,
а
при
каких
должен,
а
писал
не
раз,например,
тут.
Откровенно
говоря,
я
ожидал
большего
значения
тока
КЗ.
Ведь
по
правилам
(ПТЭЭП,
п.28.4)
должен
быть
запас
10%,
а
для
моего
автоматического
выключателя
это
176
А.
Я
подробно
рассказывал
об
этом
в
предыдущей
статье.
Можно
успокоиться
тем,
что
другие
методы
измерения
дали
вполне
приемлемые
результаты
(176
и
189
А).
Измерение
тока
КЗ
в
дачном
домике
Не
смотря
на
то,
что
недавно
домик
подключили
от
воздушной
линии
через
новый
провод
СИП,
я
не
питаю
особых
иллюзий
–
длина
линии
до
квартального
трансформатора
–
более
150
м,
а
его
мощность
–
всего
63
кВА.
Для
нагрузки
я
использовал
два
масляных
обогревателя,
включенных
через
переноску
(длина
3
м,
сечение
провода
1,5
мм2)
с
тройной
колодкой.
Что
получилось
в
этом
случае:
Исходные
данные
и
измерения
для
расчета
тока
КЗ
в
доме
на
даче
Расчеты:
Расчет
тока
КЗ
на
даче
по
формулам
Видим,
что
нужный
(наименьший)
результат
опять
получен
методом
измерения
сопротивления
нагрузки
–
88
А.
Много
это
или
мало?
В
данном
случае
–
очень
мало,
учитывая
то,
что
у
меня
на
даче
установлены
автоматические
выключатели
С16.
Даже
для
третьего
способа
со
значением
тока
КЗ
120
А
данный
автомат
не
даст
гарантии
срабатывания
при
КЗ
(вероятность
будет
около
50%).
А
это
не
просто
цифры
–
это
вероятность
возникновения
пожара!
Ведь
выключение
в
случае
КЗ
будет
только
по
тепловому
расцепителю,
а
длиться
это
может
несколько
минут,
согласно
время-токовой
характеристике.
Что
ж,
нужно
заменить
автоматические
выключатели
на
другие
–
с
номиналом
16
А
и
характеристикой
отключения
«В»,
которые
при
токе
80
А
гарантированно
отключат
аварийную
розетку.
И
запас
в
10%
будет
обеспечен!
На
этом
всё
–
измерения,
расчеты
и
выводы
я
сделал.
В
следующей
части
раскроем
более
глобальный
аспект
данной
темы
–
обеспечение
селективности
защиты
в
электрических
цепях.
Скачать
Эту
статью
можно
почитать
в
бумажно-журнальном
варианте:
•
Измерение
и
расчет
тока
короткого
замыкания
/
Статья
“Измеряем
ток
КЗ
в
квартире
и
на
даче”,
опубликованная
в
журнале
“Электротехнический
рынок”
№2,
2021
г.,
pdf,
1.31
MB,
скачан:
698
раз./
Также
она
опубликована
на
электротехническом
портале
Элек.ру.
А
обсудить
её
можно
тут,
на
блоге
СамЭлектрик.ру,
в
комментариях.
Буду
рад
всем
замечаниям
и
вопросам!
Понравилось?
Поставьте
оценку,
и
почитайте
другие
статьи
блога!
Загрузка…
Внимание!
Автор
блога
не
гарантирует,
что
всё
написанное
на
этой
странице
–
истина.
За
ваши
действия
и
за
вашу
безопасность
ответственны
только
вы!
Условие задачи:
Определить ток короткого замыкания источника тока, если при внешнем сопротивлении 50 Ом ток в цепи 0,2 А, а при сопротивлении 110 Ом ток – 0,1 А.
Задача №7.2.11 из «Сборника задач для подготовки к вступительным экзаменам по физике УГНТУ»
Дано:
(R_1=50) Ом, (I_1=0,2) А, (R_2=110) Ом, (I_2=0,1) А, (I_{кз}-?)
Решение задачи:
Запишем три раза закон Ома для полной цепи – для случая, когда внешнее сопротивление цепи равно (R_1), когда внешнее сопротивление цепи равно (R_2), и когда в цепи течет ток короткого замыкания (то есть когда внешнее сопротивление цепи равно нулю).
[left{ begin{gathered}
{I_1} = frac{{rm E}}{{{R_1} + r}} ;;;;(1)hfill \
{I_2} = frac{{rm E}}{{{R_2} + r}} ;;;;(2)hfill \
{I_{кз}} = frac{{rm E}}{r} hfill ;;;;(3)\
end{gathered} right.]
Поделим уравнение (1) на уравнение (2), тогда получим:
[frac{{{I_1}}}{{{I_2}}} = frac{{{R_2} + r}}{{{R_1} + r}}]
Перемножим “крест-накрест”:
[{I_1}left( {{R_1} + r} right) = {I_2}left( {{R_2} + r} right)]
Раскроем скобки:
[{I_1}{R_1} + {I_1}r = {I_2}{R_2} + {I_2}r]
Все члены с (r) перенесем в левую сторону, остальные – в правую:
[{I_1}r – {I_2}r = {I_2}{R_2} – {I_1}{R_1}]
Вынесем в левой части внутреннее сопротивление (r) за скобки, чтобы в дальнейшем выразить его:
[rleft( {{I_1} – {I_2}} right) = {I_2}{R_2} – {I_1}{R_1}]
[r = frac{{{I_2}{R_2} – {I_1}{R_1}}}{{{I_1} – {I_2}}};;;;(4)]
Из формулы (3) видно, что для расчета тока короткого замыкания нам нужно еще знать ЭДС источника (rm E). Его можно выразить из формул (1) или (2):
[{rm E} = {I_1}left( {{R_1} + r} right);;;;(5)]
В итоге, сначала по формуле (4) произведем расчет внутреннего сопротивления, далее по формуле (5) найдем значение ЭДС, а потом уже по формуле (3) найдем искомый ток короткого замыкания.
[r = frac{{0,1 cdot 110 – 0,2 cdot 50}}{{0,2 – 0,1}} = 10;Ом]
[{rm E} = 0,2 cdot left( {50 + 10} right) = 12;В]
[{I_{кз}} = frac{{12}}{{10}} = 1,2;А = 1200;мА]
Ответ: 1200 мА.
Если Вы не поняли решение и у Вас есть какой-то вопрос или Вы нашли ошибку, то смело оставляйте ниже комментарий.
Смотрите также задачи:
7.2.10 ЭДС элемента 15 В. Ток короткого замыкания равен 20 А. Чему равно внутреннее сопротивление
7.2.12 Батарея с ЭДС в 6 В и внутренним сопротивлением 1,4 Ом питает внешнюю цепь
7.2.13 Определить силу тока в проводнике R1, если ЭДС источника 14 В, его внутреннее сопротивление
