Меню

Расчет токов короткого замыкания методические указания

3. Методические указания к расчетам токов короткого замыкания

3.1. Цели и задачи расчетов.

При изучении переходных процессов различают электромагнитные и электромеханические процессы, хотя это деление условно. Под электромагнитными процессами в электроэнергетической системе понимают процессы, вызванные возмущениями в ней (короткие замыкания, сброс и наброс нагрузки, отключения ЛЭП) и связанные с перераспределением электрической и электромагнитной энергии в электрических и электромагнитных цепях.

Под электромеханическими переходными процессами понимают процессы, вызванные возмущениями, которые вызывают изменение взаимного положения роторов синхронно вращающихся электрических машин, значительное изменение скольжения асинхронных двигателей.

Электромеханическим переходным процессам предшествуют электромагнитные процессы, которые протекают значительно быстрее электромеханических, поскольку их электромагнитные инерционные постоянные в несколько раз меньше электромеханических инерционных постоянных времени.

Задание по первой части курсовой работы связано с расчетом электромагнитных переходных процессов – токов коротких замыканий в электроустановках свыше 1 кВ, а по второй – электромеханических переходных процессов.

Существующая нормативная документация регламентирует выбор электрических аппаратов и проводников по условиям короткого замыкания (ПУЭ [1]), методы расчета токов короткого замыкания(ГОСТ 27514-87, ГОСТ 29176-91, ГОСТ2825-91).

Расчеты токов к.з. проводятся с целью выбора и проверки электрооборудования по условиям короткого замыкания; выбора уставок и оценки возможного действия релейных защит; влияния токов нулевой последовательности линий электропередачи на линии связи; выбора заземляющих устройств.

Общие положения, регламентированные в [1, 2], при расчете токов КЗ состоят в следующем.

Регламентированы 4 вида коротких замыканий – трехфазное КЗ (обозначение – К (3) ), двухфазное КЗ – К (2) , двухфазное КЗ на землю – К (1,1) , однофазное КЗ – К (1) . При выборе оборудования расчетным принимается такой вид КЗ в анализируемой схеме, при котором токи КЗ наибольшие.

Токи КЗ допускается определять путем аналитических расчетов с использованием эквивалентных схем замещения.

При расчете токов КЗ должны быть учтены все синхронные генераторы и компенсаторы, а также синхронные и асинхронные электродвигатели мощностью 100 кВт и более, если эти электродвигатели не отделены токоограничивающими реакторами или силовыми трансформаторами.

Допускается не учитывать:

— сдвиг по фазе ЭДС и изменения частоты вращения роторов синхронных генераторов, компенсаторов и электродвигателей;

— ток намагничивания трансформаторов и автотрансформаторов;

— насыщение магнитных систем электрических машин;

— поперечную емкость воздушных линий электропередачи напряжением 110 – 220 кВ, если их длина не превышает 200 км.

3.2. Составление расчетной схемы

При составлении расчетной схемы должны быть учтены все источники, питающие точку короткого замыкания. В схеме замещения однотипные источники представляются одним эквивалентным, с сопротивлением и эдс, рассчитанными по правилам эквивалентирования.

Источники электроэнергии, удаленные от точки КЗ, эквивалентируются одним источником (системой), с неизменным напряжением и одним сопротивлением. Сопротивление подсчитывается по выражению

,

где Uср.ном– среднее номинальное напряжение сети, кВ, соответствующей ступени напряжения, в узле которой известно значение тока или мощности трехфазного короткого замыкания .

Параметры элементов эквивалентных схем замещения определяются в именованных или в относительных единицах с приведением значений параметров расчетных схем к выбранной основной (базисной) ступени напряжения сети с учетом фактических коэффициентов трансформации трансформаторов и автотрансформаторов.

При отсутствии данных о фактических коэффициентах трансформации трансформаторов и автотрансформаторов допускается их замена отношением средних номинальных напряжений сетей соответствующих ступеней напряжения. Рекомендуется использовать следующую шкалу средних номинальных напряжений сетей: 3,15; 6,3; 10,5; 13,8; 15,75; 18; 20; 24; 37; 115; 154; 230; 340; 515 кВ.

В курсовой работе рекомендуется определять параметры элементов схемы замещения в относительных (базисных) единицах.

3.2.1. Система базисных величин.

В системе базисных величин различают основные базисные величины и производные от основных, вычисляемые в соответствии с известными физическими законами. За основные базисные величины берут базисную мощность и междуфазное базисное напряжение Uб. Производные базисные величины:

— базисный ток: ,

— базисное сопротивление: Zб=

Выражая Iб через Uби Sб, получим новое выражение для базисного сопротивления:

Любые величины при выбранных базисных условиях в относительных единицах будут определяться соотношением

где параметр П: П* — в о.е., П – в именованных величинах, Пб – его базисное значение.

Если сопротивление элемента схемы задано в именованных единицах, то его значение в относительных единицах, используя приведенные выше формулы для производных базисных величин, можно представить в следующем виде:

,

или выражая через мощность:

.

Если в расчетной схеме режимные параметры и параметры элементов заданы в о.е. для своих номинальных значений, то пересчет для базисных величин, отличающихся от номинальных величин, проводится по следующим соотношениям:

Для эдс, напряжений и токов в о.е.:

(1)

для сопротивлений в о.е., заданных базисными токами и напряжениями:

, (2)

для сопротивлений в о.е., заданных базисными напряжениями и мощностями:

. (3)

3.2.2. Параметры элементов эквивалентной схемы замещения.

Определение параметров элементов эквивалентной схемы замещения в относительных единицах с приведением значений параметров расчетных схем к выбранным базисным условиям с учетом фактических коэффициентов трансформации трансформаторов и автотрансформаторов выполняется в соответствии со следующей процедурой.

1) Задаются базисной мощностью в МВА и базисным напряжением для одной из ступеней напряжения сети, принимаемой за основную Uб,осн, кВ.

2) Рассчитываются базисные напряжения других ступеней напряжения по формуле:

(4)

где n1,n2,nm – коэффициенты трансформации трансформаторов и автотрансформаторов, между основной иN-ой ступенями напряжения.

3) Определяются относительные значения эдс источников электроэнергии и сопротивлений всех элементов при выбранных базисных условиях, используя формулы 1), 2), 3).

Если сопротивление элемента эквивалентной схемы замещения задано в именованных единицах, то приведение его в относительных единицах к выбранным базисным условиям выполняется по формуле:

(5)

где к1, к2, , кб– коэффициенты трансформации трансформаторов, считая от приводимой ступени напряжения к базисной.

3.2.2. Пример расчета параметров элементов эквивалентной схемы замещения.

В качестве примера выполним расчет параметров эквивалентной схемы замещения для расчетной схемы на рис. 3.1.

Реактивности элементов схемы и эдс источников в именованных величинах.

Синхронный генератор. Сопротивление генератора при расчетах токов КЗ обычно задается сверхпереходным сопротивлением, приведенным к номинальным параметрам генератора.

=Ом.

Сверхпереходную эдс синхронного генератора или двигателя (с перевозбуждением) определяют по формуле :

(6).

При Iн= 1,7 кА и приведенных выше параметрах генератора — Еф = 7,5 кВ, а линейное – 13 кВ.

Асинхронный двигатель.Сверехпереходное реактивное сопротивление:

Ом.

Сверхпереходную эдс для асинхронного двигателя определяют по формуле:

Еф=. (7)

При Iн= 0,068 кА и приведенных выше параметрах АД, Еф= 4,92 кВ, а линейное – 8,5 кВ.

Нагрузка.Реактивность и эдс нагрузки в относительных (номинальных) величинах в упрощенных расчетах принимается [2]:= 0,35 о.е.,= 0,85 о.е., следовательно:

,

Ом.

Трансформаторы. Реактивность трансформатора задается напряжением короткого замыкания в % от номинального напряжения. При расчете начального значения трехфазного тока КЗ реактивность трансформатора принимают численно равной напряжению короткого замыкания в относительных единицах.

Т-1: хт1= 0,01 uк= 0,017,5= 57,6 Ом.

Т-2: хт2 = 0,018= 26,45 Ом.Т–3: хт3= 0,016=

29,04 Ом. Т–4: хт4 = 0,015,5= 2,695 Ом.

Линии электропередачи.При расчете начального значения трехфазного тока КЗ учитывается только реактивное сопротивление линии.

Л1:= 50 км, х= 0,35 Ом/км, хл1= 500,35 = 17,5 Ом;

Л2:= 75 км, х= 0,35 Ом/км, хл2= 750,35 = 26,2 Ом;

Читайте также:  Экспериментальное открытие магнитного действия электрического тока принадлежит

Л3:= 25 км, х = 0,3 Ом/км, хл3= 250,3 = 7,5 Ом.

Параметры элементов схемы в относительных единицах.

Для точки короткого замыкания к1 в качестве базисных величин примем следующие:

базисное напряжение Uб= 10 кВ,

базисная мощность Sб = 250 МВА,

базисный ток Iб= Sб /Uб= 250 /10 = 14,4 кА.

Примечание: базисные величины выбираются такими, чтобы расчетные реактивности имели значения, удобные для счета, например числа 1,0; 0,5; но не числа 1000; 0,001.

Сопротивление любого элемента системы пересчитывается к базисной ступени напряжения и базисной мощности по формуле (5):

= 0,571,55 о.е.,

= 57,6= 0,39 о.е.,

= 26,45= 0,66 о.е.,

= 29,04= 0,726 о.е.,

= 2,695= 0,55 о.е.,

= 17,5= 0,437 о.е.,

= 26,2= 0,708 о.е.,

= 7,5= 1,53 о.е.,о.е.,

При расчете токов короткого замыкания, когда неизвестны коэффициенты трансформации трансформаторов, выражение (5) существенно упрощается и вместо берется коэффициент трансформации, гдеUi – напряжениеi-й ступени приводимого элемента (среднее значениеi-ой ступени напряжения),Uб– базисное напряжение.

Например, = 0,57

ЭДС элементов, питающих точку кз.

о.е.

Здесь UбN – базисное напряжение на ступени напряжения сети 220 кВ, определяемое по (4).

Для синхронного генератора:

Для асинхронного двигателя:

о.е.

Источник

Методические рекомендации для студентов по выполнению практической или лабораторной работы «Расчет токов короткого замыкания»

Цель работы: Научить будущих техников-электриков производить расчёт токов короткого замыкания, для последующего выбора и проверки коммутационных аппаратов.

Краткие теоретические сведения:

При проектировании систем электроснабжения должны учитываться не только нормальные режимы работы электрооборудования, но и аварийные режимы, которые могут привести к повреждению электрооборудования. Аварийным режимом является короткое замыкание в системах электроснабжения.

Коротким замыканием (КЗ) называется всякое случайное или преднамеренное соединение токоведущих частей между собой или землёй, при котором в электрических цепях возникают токи, превышающие наибольший ток продолжительного режима в 100- 1000 и более раз.

Существуют следующие виды коротких замыканий :

Трехфазное симметричное КЗ, при котором три фазы замыкаются

Двухфазное несимметричное КЗ, при котором две фазы замыкаются между собой;

Однофазное несимметричное КЗ, при котором одна фаза замыкается на на нулевой провод или землю;

Трёхфазное КЗ является симметричным, потому что все фазы находятся в одинаковых условиях, другие виды КЗ являются несимметричные, потому что условия фаз неодинаковы и трёхфазная система искажается. Из всех возможных видов коротких замыканий наиболее часто возникают однофазные короткие замыкания (60-90 % от общего числа всех КЗ), потому что повреждение изоляции одной фазы возникает значительно чаше, чем повреждение изоляции всех фаз одновременно.

Причины возникновения КЗ могут быть устойчивыми и неустойчивыми.

К устойчивым причинам КЗ относятся:

Неправильные действия оперативного персонала;

Разрушение изоляции кабелей при выполнении земляных работ:

Поломка фарфоровых изоляторов при механических повреждениях электрооборудования;

Падение опор воздушных линий электропередач;

Обрыв и падение проводов воздушных линий электропередач;

Старение и износ изоляции при неправильной эксплуатации электрооборудования;

К неустойчивым причинам КЗ относятся:

Схлестывание проводов воздушных линий электропередач при сильном ветре;

Перекрытие фаз птицами на опорах воздушных линий электропередач;

Перекрытие фаз при атмосферных перенапряжениях;

Увлажнение фарфоровой изоляции вовремя дождя;

Различные набросы на провода воздушных линий электропередач;

Последствиями КЗ являются резкое увеличение тока в короткозамкнутой цепи, снижение напряжение в отдельных точках системы электроснабжения и в месте короткого замыкания возникает электрическая дуга.

1. Резкое возрастание тока в короткозамкнутой цепи, приводит к значительным механическим воздействиям (электродинамическое воздействие) на коммутационные аппараты, токоведущие части и изоляторы, а также при прохождении большого происходит чрезмерный нагрев (термическое воздействие) токоведущих частей и изоляции, что может привести к пожару в распределительных устройствах, в кабельных сооружениях и других элементах системы электроснабжения.

2. Резкое снижение напряжения приводит к затормаживанию асинхронных электродвигателей, потому что электромагнитный момент пропорционален квадрату подводимого напряжения и полезный момент может превысить электромагнитный момент вследствие чего, ток увеличивается и приводит к дальнейшему снижению напряжения. Наибольшее влияние оказывает снижение напряжения на параллельную работу синхронных генераторов вследствие чего, синхронные генераторы выходят из синхронизма, начинается колебание энергосистемы, что приводит к перенапряжениям и дальнейшему развитию аварии.

3. Дуга, возникающая в месте К.З. приводит к частичному или полному разрушению аппаратуры, то есть происходит обгорание контактов и поломка изоляторов токоведущих частей.

Величина тока КЗ зависит от следующих параметров электрической цепи:

Мощности источника питания, чем больше генерируемая мощность питающей электростанции или энергосистемы, тем больше величина тока КЗ:

Напряжения короткозамкнутой электрической цепи, чем больше напряжение электрической цепи, тем меньше величина тока КЗ;

Сопротивления короткозамкнутой электрической цепи, чем больше сопротивление электрической цепи, тем меньше величина тока КЗ;

Для уменьшения последствий КЗ необходимо выполнение следующих мероприятий:

Быстрое отключение повреждённого участка путём применения быстродействующих выключателей и устройств релейной защиты и автоматики, имеющих минимальные выдержки времени;

Применение на электростанциях для синхронных генераторов автоматического регулирования возбуждения с форсировкой системы возбуждения синхронных генераторов при коротком замыкании;

Применение коммутационных аппаратов, которые выдерживают электродинамические и термические воздействия токов КЗ;

Учитывая последствия КЗ, возникает необходимость их расчёта для определения и выбора электрооборудования, коммутационных аппаратов, токоведущих частей, кабелей и изоляторов.

При возникновении трёхфазного КЗ в цепи переменного тока с активным и индуктивным сопротивлениями возникает переходной процесс изменения токов и напряжений, согласно первого закона коммутации, который гласит о том, что ток коммутации в индуктивности не изменяется до и после коммутации, а также то, что ток изменяется по экспоненциальному закону.

Полный ток КЗ состоит из 2 составляющих токов КЗ:

I п.0. – ток периодической (вынужденной) составляющей тока КЗ , которая изменяется с частотой, равной частоте напряжения источника питания;

I а.0 — ток апериодической (свободной) составляющей тока КЗ , которая изменяется по экспоненциальному закону без перемены знака. Затухание апериодической составляющей тока КЗ происходит за счёт активного сопротивления короткозамкнутой цепи со скоростью, определяемой постоянной времени затухания апериодической составляющей тока КЗ, которая в свою очередь зависит от соотношения активного и индуктивного сопротивлений короткозамкнутой цепи.

Методика проведения расчёта токов КЗ в относительных единицах

Для расчёта токов КЗ необходимо произвести выбор всех элементов системы электроснабжения и должны быть выбраны принципиальные схемы подстанций, а также должны быть определены параметры энергосистемы.

По результатам расчёта питающих и распределительных электрических сетей и выбору трансформаторов составляется и вычерчивается расчётная схема для расчёта токов КЗ согласно выше приведённой методике.

Определяется базисная мощность ( S б ) и средние напряжения ступеней напряжений расчётной схемы ( U ср ВН и U ср НН ).

По расчётной схеме составляется и вычерчивается схема замещения, при этом расчёт сопротивлений должен производиться только в относительных единицах согласно выше приведённой методике.

Определяется результирующее сопротивление от источника питания до точки КЗ в относительных единицах по формулам:

результирующее активное сопротивление:

R к-1 = R 1 + R 2 +…+ R i

результирующее индуктивное сопротивление:

Х к-1 = Х 1 + Х 2 +…+Х i

результирующее полное сопротивление:

Определяется базисный ток КЗ для ступени напряжения U ср ВН в кА по формуле:

I б-ВН = S б / ( * U ср ВН )

Определяется периодическая составляющая тока КЗ для ступени напряжения U ср ВН в кА по формуле:

I п0.к-1 = I б-ВН / Z к-1

Определяется постоянная времени затухания апериодической составляющей токов КЗ в секундах по формуле:

T а = X к /(2*π*f* R к )

Определяется ударный коэффициент для точки КЗ по формуле:

или определяется по справочной литературе в зависимости от места короткого замыкания и из двух значений ударного коэффициента выбирается наибольшее значение, которое впоследствии принимается за окончательное значение ударного коэффициента КЗ.

Читайте также:  Ток для кабеля 5х240

Определяется ударный ток КЗ в кА для данной точки КЗ по формуле:

i уд = * К уд * I п0.к-1

Аналогично производится расчёт для других точек КЗ, но при этом необходимо учитывать, что на каждой ступени напряжения определяется базисный ток КЗ и периодическая составляющая тока КЗ, а также определяется место КЗ и ударный коэффициент затем все результаты расчёта сводятся в итоговую таблицу:

Источник



Расчет токов короткого замыкания для начинающих электриков

При проектировании любой энергетической системы специально подготовленные инженеры электрики с помощью технических справочников, таблиц, графиков и компьютерных программ выполняют ее анализ на работу схемы в различных режимах, включая:

2. номинальную нагрузку;

3. аварийные ситуации.

Особую опасность представляет третий случай, когда в сети возникают неисправности, способные повредить оборудование. Чаще всего они связаны с «металлическим» закорачиванием питающей цепи, когда между разными потенциалами подводимого напряжения подключаются случайным образом электрические сопротивления размерностью в доли Ома.

Такие режимы называют токами коротких замыканий или сокращенно «КЗ». Они возникают при:

сбоях в работе автоматики и защит;

ошибках обслуживающего персонала;

повреждениях оборудования из-за технического старения;

стихийных воздействиях природных явлений;

диверсиях или действиях вандалов.

Токи коротких замыканий по своей величине значительно превышают номинальные нагрузки, под которые создается электрическая схема. Поэтому они просто выжигают слабые места в оборудовании, разрушают его, вызывают пожары.

Осциллограмма переменных токов

Осциллограмма постоянных токов

Кроме термического разрушения они еще обладают динамическим действием. Его проявление хорошо показывает видеоролик:

Чтобы при эксплуатации исключить развитие подобных аварий с ними начинают бороться еще на стадии создания проекта электрического оборудования. Для этого теоретически вычисляют возможности возникновения токов коротких замыканий и их величины.

Эти данные используются для дальнейшего создания проекта и выбора силовых элементов и защитных устройств схемы. С ними же продолжают постоянно работать и при эксплуатации оборудования.

Токи возможных коротких замыканий рассчитывают теоретическими методами с разной степенью точности, допустимой для надежного создания защит.

Какие электрические процессы заложены в основу расчета токов короткого замыкания

Первоначально заострим внимание на том, что любой вид приложенного напряжения, включая постоянное, переменное синусоидальное, импульсное или любое другое случайное создает токи аварий, которые повторяют образ этой формы или изменяют ее в зависимости от приложенного сопротивления и действия побочных факторов. Все это приходится предусматривать проектировщикам и учитывать в своих расчетах.

Оценку возникновения м действия токов коротких замыканий позволяют выполнить:

величина силовой характеристики мощности, приложенной от источника напряжения;

структура используемой электрической схемы электроустановки;

значение полного приложенного сопротивления к источнику.

Действие закона Ома

За основу расчета коротких замыканий взят принцип, определяющий, что силу тока можно вычислить по величине приложенного напряжения, если поделить ее на значение подключенного сопротивления.

Он же действует и при расчете номинальных нагрузок. Разница лишь в том, что:

во время оптимальной работы электрической схемы напряжение и сопротивление практически стабилизированы и изменяются незначительно в пределах рабочих технических нормативов;

при авариях процесс происходит стихийно случайным образом. Но его можно предусмотреть, просчитать разработанными методиками.

Мощность источника напряжения

С ее помощью оценивают силовую энергетическую возможность совершения разрушительной работы токами коротких замыканий, анализируют длительность их протекания, величину.

Электрическая мощность переменного тока

Рассмотрим пример, когда один и тот же кусок медного провода сечением полтора квадратных мм и длиной в полметра вначале подключили напрямую на клеммы батарейки «Крона», а через некоторое время вставили в контакты фазы и нуля бытовой розетки.

В первом случае через провод и источник напряжения потечет ток короткого замыкания, который разогреет батарейку до такого состояния, что повредит ее работоспособность. Мощности источника не хватит на то, чтобы сжечь подключенную перемычку и разорвать цепь.

Во втором случае сработают автоматические защиты. Допустим, что они все неисправны и заклинили. Тогда ток короткого замыкания пройдет через домашнюю проводку, достигнет вводного щитка в квартиру, подъезд, здание и по кабельной или воздушной линии электропередач дойдет до питающей трансформаторной подстанции.

В итоге к обмотке трансформатора подключается довольно протяженная цепь с большим количеством проводов, кабелей и мест их соединения. Они значительно увеличат электрическое сопротивление нашей закоротки. Но даже в этом случае высока вероятность того, что она не выдержит приложенной мощности и просто сгорит.

Конфигурация электрической схемы

При питании потребителей к ним подводится напряжение разными способами, например:

через потенциалы плюсового и минусового выводов источника постоянного напряжения;

фазой и нулем однофазной бытовой сети 220 вольт;

трехфазной схемой 0,4 кВ.

В каждом из этих случаев могут произойти нарушения изоляции в различных местах, что приведет к протеканию через них токов короткого замыкания. Только для трехфазной цепи переменного тока возможны короткие замыкания между:

всеми тремя фазами одновременно — называется трехфазным;

двумя любыми фазами между собой — междуфазное;

любой фазой и нулем — однофазное;

фазой и землей — однофазное на землю;

двумя фазами и землей — двухфазное на землю;

тремя фазами и землей — трехфазное на землю.

Виды КЗ в трехфазной сети

При создании проекта электроснабжения оборудования все эти режимы требуется просчитать и учесть.

Влияние электрического сопротивления цепи

Протяженность магистрали от источника напряжения до места образования короткого замыкания имеет определенное электрическое сопротивление. Его величина ограничивает токи короткого замыкания. Наличие обмоток трансформаторов, дросселей, катушек, обкладок конденсаторов добавляют индуктивные и емкостные сопротивления, формирующие апериодические составляющие, искажающие симметричную форму основных гармоник.

Существующие методики расчета токов короткого замыкания позволяют их вычислить с достаточной для практики точностью по заранее подготовленной информации. Реальное электрическое сопротивление уже собранной схемы можно измерить по методике петли «фаза-ноль». Оно позволяет уточнить расчет, внести коррективы в выбор защит.

Замер сопротивления петли фаза-ноль

Основные документы по расчету токов коротких замыканий

1. Методика выполнения расчета токов КЗ

Она хорошо изложена в книге А. В. Беляева “Выбор аппаратуры, защит и кабелей в сетях 0,4 кВ”, выпущенной Энергоатомиздат в 1988 году. Информация занимает 171 страницу.

последовательность расчета токов КЗ;

учет токоограничивающего действия электрической дуги на месте образования повреждения;

принципы выбора защитной аппаратуры по значениям рассчитанных токов.

В книге публикуется справочная информация по:

автоматическим выключателям и предохранителям с анализом характеристик их защитных свойств;

выбору кабелей и аппаратуры, включая установки защиты электродвигателей, силовых сборок, вводных устройств генераторов и трансформаторов;

недостаткам защит отдельных видов автоматических выключателей;

особенностям применения выносных релейных защит;

примерам решения проектных задач.

2. Руководящие указания РД 153—34.0—20.527—98

Этот документ определяет:

методики расчетов токов КЗ симметричных и несимметричных режимов в электроустановках с напряжением до и выше 1 кВ;

способы проверок электрических аппаратов и проводников на термическую и электродинамическую стойкость;

методы испытания коммутационной способности электрических аппаратов.

Указания не охватывают вопросы расчета токов КЗ применительно к устройствам РЗА со специфическими условиями эксплуатации.

3. ГОСТ 28249-93

Документ описывает короткие замыкания, возникающие в электроустановках переменного тока и методику их расчета для систем с напряжением до 1 кВ. Он действует с 1 января 1995 года на территориях Беларуси, Кыргызстана. Молдовы, России, Таджикистана, Туркменистана и Украины.

Государственный стандарт определяет общие методы расчетов токов КЗ в начальный и любой произвольный временной момент для электроустановок с синхронными и асинхронными машинами, реакторами и трансформаторами, воздушными и кабельными ЛЭП, шинопроводами, узлами сложной комплексной нагрузки.

Читайте также:  Проверить ток для сварки

Технические нормативы проектирования электроустановок определены действующими государственными стандартами и согласованы Межгосударственным Советом по вопросам стандартизации, метрологии, сертификации.

Скачать ГОСТ 28249-93 (2003). Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ можно здесь: ГОСТ по расчету токов КЗ

Очередность действий проектировщика для расчета токов короткого замыкания

Первоначально следует подготовить необходимые для анализа сведения, а затем провести из расчет. После монтажа оборудования к процессе ввода его в работу и при эксплуатации проверяется правильность выбора и работоспособность защит.

Сбор исходных данных

Любую схему можно привести к упрощенному виду, когда она состоит из двух частей:

1. источника напряжения. Для сети 0,4 кВ его роль исполняет вторичная обмотка силового трансформатора;

2. питающей линии электропередачи.

Под них собираются необходимые характеристики.

Данные трансформатора для расчета токов КЗ

величину напряжения короткого замыкания (%) — Uкз;

потери короткого замыкания (кВт) — Рк;

номинальные напряжения на обмотках высокой и низкой стороны (кВ. В) — Uвн, Uнн;

фазное напряжение на обмотке низкой стороны (В) — Еф;

номинальную мощность (кВА) — Sнт;

полное сопротивление током однофазного КЗ (мОм) — Zт.

Данные питающей линии для расчета токов КЗ

К ним относятся:

марки и количество кабелей с указанием материала и сечения жил;

общая протяженность трассы (м) — L;

индуктивное сопротивление (мОм/м) — X0;

полное сопротивление для петли фаза-ноль (мОм/м) — Zпт.

Эти сведения для трансформатора и линии сосредоточены в справочниках. Там же берут ударный коэффициент Куд.

Последовательность расчета

По найденным характеристикам вычисляют для:

трансформатора — активное и индуктивное сопротивление (мОм) — Rт, Хт;

линии — активное, индуктивное и полное сопротивление (мОм).

Эти данные позволяют рассчитать общее активное и индуктивное сопротивление (мОм). А на их основе можно определить полное сопротивление схемы (мОм) и токи:

трехфазного замыкания и ударный (кА);

однофазного КЗ (кА).

По величинам последних вычисленных токов и подбирают автоматические выключатели и другие защитные устройства для потребителей.

Расчет токов короткого замыкания проектировщики могут выполнять вручную по формулам, справочным таблицам и графикам или с помощью специальных компьютерных программ.

Компьютерная программа расчетов токов КЗ

На реальном энергетическом оборудовании, введенном в эксплуатацию, все токи, включая номинальные и коротких замыканий, записываются автоматическими осциллографами.

Снятие осциллограммы токов

Такие осциллограммы позволяют анализировать ход протекания аварийных режимов, правильность работы силового оборудования и защитных устройств. По ним принимают действенные меры для повышения надежности работы потребителей электрической схемы.

Источник

Расчет тока короткого замыкания в сети 0,4 кВ

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:

  • 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.

петля фаза-нуль

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:

сопротивление петли фаза-ноль

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:

  • 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:

  • Lфо — Сумма длин фазного и нулевого проводника линии, Ом;
  • p — Удельное сопротивление проводника (для алюминия — 0,028, для меди – 0,0175), Ом* мм 2 /м;
  • S — Сечение проводника, мм 2 .

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:

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:

сопротивление питающего трансформатора при однофазном коротком замыкании

3) Рассчитываем ток короткого замыкания

Ток однофазного короткого замыкания определяем по следующей формуле:

  • 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);
  • Z пл — 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:

    пример однолинейной схемы для расчета тока кз

    1. Определяем полное сопротивление питающей линии до точки короткого замыкания

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

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

    1. Определяем сопротивление трансформатора

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

    1. Рассчитываем ток короткого замыкания

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

    Не нашли на сайте статьи на интересующую Вас тему касающуюся электрики? Напишите нам здесь. Мы обязательно Вам ответим.

    Источник