 |
Расчет токов короткого замыкания в низковольтной сети
|
|
|
|
В системах электроснабжения промышленных предприятий электрические сети до 1 кВ имеют наибольшую протяженность, поэтому на них приходится большая доля возникающих КЗ.
В связи с этим защитная аппаратура и токоведущие части электроустановок должны надежно работать в режиме КЗ.
Расчет токов КЗ в низковольтной сети производится для проверки защитной аппаратуры по отключающей способности
и чувствительности, а также для проверки шинопроводов по термической и электродинамической стойкости. Для этого рассчитываются токи трехфазного КЗ 
на выходе защитных аппаратов, токи однофазного КЗ 
в конце защищаемой зоны аппарата защиты, ток трехфазного КЗ и ударный ток КЗ i у в начале шинопровода.
Расчет токов КЗ в электрических сетях до 1 кВ имеет ряд особенностей.
При расчете токов КЗ в низковольтной сети следует учитывать:
1) индуктивные сопротивления всех элементов короткозамкнутой цепи, включая силовые трансформаторы, проводники, трансформаторы тока, реакторы, токовые катушки автоматических выключателей;
2) активные сопротивления элементов короткозамкнутой цепи;
3) активные сопротивления различных контактов и контактных соединений;
4) значения параметров синхронных и асинхронных электродвигателей.
Коэффициенты трансформации силовых трансформаторов допускается принимать равными отношению средних номинальных напряжений тех ступеней напряжения сетей, которые связывают трансформаторы. При этом следует использовать шкалу средних номинальных напряжений.
Токи КЗ в электрических сетях напряжением до 1 кВ рекомендуется рассчитывать в именованных единицах.
Активные и индуктивные сопротивления всех элементов схемы замещения рекомендуется выражать в миллиомах.
|
|
|
Для определения суммарных сопротивлений до точки КЗ необходимо составить расчетную схему, на которой приводятся технические характеристики цеховых трансформаторов (тип, схема соединения обмоток, номинальная мощность, номинальные напряжения обмоток, напряжение КЗ трансформатора
и мощность потерь КЗ), марка кабелей, сечения и длины линий, типы и номинальные токи защитных аппаратов, точки КЗ.
Пример расчетной схемы приведен на рис. 13.
Рис. 13. Расчетная схема
Далее на основании расчетной схемы составляются схемы замещения прямой и нулевой последовательностей, представленные на рис. 14 и 15 соответственно.
Рис. 14. Схема замещения прямой последовательности: x с – эквивалентное сопротивление системы; R т, x т – активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности цехового трансформатора; R кв, x кв – активное и индуктивное сопротивления токовых катушек автоматических выключателей; R л, x л – активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности кабельных линий; R к – активное сопротивление различных контактов
Рис. 15. Схема замещения нулевой последовательности: R 0т, x 0т – активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности цехового трансформатора; R0л, x 0л – активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности кабельных линий; R д – сопротивление дуги в месте короткого замыкания
При расчете токов КЗ в электроустановках, получающих питание непосредственно от сети энергосистемы, допускается считать, что силовые трансформаторы подключены к источнику неизменного по амплитуде напряжения через эквивалентное индуктивное сопротивление системы. Значение этого сопротивления в миллиомах, приведенное к ступени низшего напряжения сети, определяется по формуле:
, (76)
|
|
|
где U НН.ср – среднее номинальное напряжение сети, подключенной к обмотке низшего напряжения трансформатора, В; U ВН.ср – среднее номинальное напряжение сети, к которой подключена обмотка высшего напряжения трансформатора, В; 
– действующее значение периодической составляющей тока при трехфазном КЗ у выводов обмотки высшего напряжения трансформатора, кА; S к – условная мощность короткого замыкания у выводов обмотки высшего напряжения трансформатора, МВА.
Активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности силовых трансформаторов в миллиомах, приведенные к ступени низшего напряжения сети, определяются по формулам:
; (77)
, (78)
где S ном.т – номинальная мощность трансформатора, кВА; P к – потери КЗ в трансформаторе, кВт; U НН.ном – номинальное напряжение обмотки низшего напряжения трансформатора, кВ; U к – напряжение КЗ трансформатора, %.
Активные и индуктивные сопротивления нулевой последовательности силовых трансформаторов, обмотки которых соединены по схеме D/Y0, при расчете токов КЗ в низковольтной сети следует принимать равными соответственно активным и индуктивным сопротивлениям прямой последовательности. При других схемах соединения обмоток трансформаторов активные и индуктивные сопротивления нулевой последовательности необходимо принимать в соответствии с указаниями заводов-изготовителей.
Активные и индуктивные сопротивления прямой и нулевой последовательностей шинопроводов приведены в табл. 17.
Таблица 17
Параметры комплектных шинопроводов
| Тип шинопровода | Номинальное напряжение, кВ | Номинальный ток, А | Сопротивление фазы, мОм/м | Сопротивление нулевого проводника, мОм/м | ||
| r ш | x ш | r 0ш | x 0ш | |||
| ШМА4-1250 | 0,38/0,66 | 0,034 | 0,016 | 0,054 | 0,053 | |
| ШМА4-1650 | 0,38/0,66 | 0,030 | 0,014 | 0,037 | 0,042 | |
| ШМА4-3200 | 0,38/0,66 | 0,010 | 0,005 | 0,064 | 0,035 | |
| ШМА68П | 0,38/0,66 | 0,020 | 0,020 | 0,070 | 0,045 | |
| ШМА68П | 0,38/0,66 | 0,013 | 0,015 | 0,070 | 0,045 | |
| ШРА73 | 0,38 | 0,210 | 0,210 | 0,12 | 0,210 | |
| ШРА73 | 0,38 | 0,150 | 0,170 | 0,162 | 0,164 | |
| ШРА73 | 0,38 | 0,100 | 0,130 | 0,162 | 0,164 |
Активные и индуктивные сопротивления прямой и нулевой последовательностей кабелей приведены в табл. 18 – 21.
Таблица 18
Параметры кабелей с алюминиевыми жилами
в алюминиевой оболочке
|
|
|
| Сечение токопроводящей жилы, мм2 | Сопротивление трехжильного кабеля, мОм/м | |||
| r 1 = r 2 | x 1 = x 2 | r 0 | x 0 | |
| 3´4 | 9,61 | 0,092 | 10,95 | 0,579 |
| 3´6 | 6,41 | 0,087 | 7,69 | 0,523 |
| 3´10 | 3,84 | 0,082 | 5,04 | 0,461 |
| 3´16 | 2,4 | 0,078 | 3,52 | 0,406 |
| 3´25 | 1,54 | 0,062 | 2,63 | 0,359 |
| 3´35 | 1,1 | 0,061 | 2,07 | 0,298 |
| 3´50 | 0,769 | 0,06 | 1,64 | 0,257 |
| 3´70 | 0,549 | 0,059 | 1,31 | 0,211 |
| 3´95 | 0,405 | 0,057 | 1,06 | 0,174 |
| 3´120 | 0,32 | 0,057 | 0,92 | 0,157 |
| 3´150 | 0,256 | 0,056 | 0,78 | 0,135 |
| 3´185 | 0,208 | 0,056 | 0,66 | 0,122 |
| 3´240 | 0,16 | 0,055 | 0,553 | 0,107 |
Таблица 19
Параметры кабелей с алюминиевыми жилами
в свинцовой оболочке
| Сечение токопроводящей жилы, мм2 | Сопротивление трехжильного кабеля, мОм/м | |||
| r 1 = r 2 | x 1 = x 2 | r с | x 0 | |
| 3´4 | 9,61 | 0,092 | 11,6 | 1,24 |
| 3´6 | 6,41 | 0,087 | 8,38 | 1,2 |
| 3´10 | 3,84 | 0,082 | 5,78 | 1,16 |
| 3´16 | 2,4 | 0,078 | 4,32 | 1,12 |
| 3´25 | 1,54 | 0,062 | 3,44 | 1,07 |
| 3´35 | 1,1 | 0,061 | 2,96 | 1,01 |
| 3´50 | 0,769 | 0,06 | 2,6 | 0,963 |
| 3´70 | 0,549 | 0,059 | 2,31 | 0,884 |
| 3´95 | 0,405 | 0,057 | 2,1 | 0,793 |
| 3´120 | 0,32 | 0,057 | 1,96 | 0,742 |
| 3´150 | 0,256 | 0,056 | 1,82 | 0,671 |
| 3´185 | 0,208 | 0,056 | 1,69 | 0,606 |
| 3´240 | 0,16 | 0,055 | 1,55 | 0,535 |
Таблица 20
Параметры кабелей с алюминиевыми жилами
в непроводящей оболочке
| Сечение токопроводящей жилы, мм2 | Сопротивление трехжильного кабеля, мОм/м | |||
| r 1 = r 2 | x 1 = x 2 | r 0 | x 0 | |
| 3´4 | 9,61 | 0,092 | 11,7 | 2,31 |
| 3´6 | 6,41 | 0,087 | 8,51 | 2,274 |
| 3´10 | 3,84 | 0,082 | 5,94 | 2,24 |
| 3´16 | 2,4 | 0,078 | 4,5 | 2,2 |
| 3´25 | 1,54 | 0,062 | 3,64 | 2,17 |
| 3´35 | 1,1 | 0,061 | 3,3 | 2,14 |
| 3´50 | 0,769 | 0,06 | 2,869 | 2,08 |
| 3´70 | 0,549 | 0,059 | 2,649 | 2,07 |
| 3´95 | 0,405 | 0,057 | 2,505 | 2,05 |
| 3´120 | 0,32 | 0,057 | 2,42 | 2,03 |
| 3´150 | 0,256 | 0,056 | 2,36 | 2,0 |
Таблица 21
Параметры кабелей с медными жилами в стальной оболочке
| Сечение токопроводящей жилы, мм2 | Сопротивление трехжильного кабеля, мОм/м, при температуре жилы 65 °С | |||
| r 1 = r 2 | x 1 = x 2 | r 0 | x 0 | |
| 3´6 | 3,54 | 0,094 | 4,07 | 1,69 |
| 3´10 | 2,13 | 0,088 | 2,66 | 1,65 |
| 3´16 | 1,33 | 0,082 | 1,86 | 1,61 |
| 3´25 | 0,85 | 0,082 | 1,38 | 1,57 |
| 3´35 | 0,61 | 0,079 | 1,14 | 1,54 |
| 3´50 | 0,43 | 0,078 | 0,96 | 1,51 |
| 3´70 | 0,3 | 0,065 | 0,83 | 1,48 |
| 3´95 | 0,22 | 0,064 | 0,75 | 1,45 |
| 3´120 | 0,18 | 0,062 | 0,71 | 1,43 |
| 3´150 | 0,14 | 0,061 | 0,67 | 1,41 |
| 3´185 | 0,115 | 0,061 | 0,65 | 1,39 |
| 3´240 | 0,089 | 0,06 | 0,62 | 1,36 |
Значения переходных сопротивлений контактных соединений кабелей, разъемных контактов коммутационных аппаратов
и шинопроводов приведены соответственно в табл. 22 – 24.
|
|
|
Таблица 22
Сопротивления контактных соединений кабелей
| Сечение алюминиевого кабеля, мм2 | |||||||||
| Сопротивление, мОм | 0,085 | 0,064 | 0,056 | 0,043 | 0,029 | 0,027 | 0,024 | 0,021 | 0,012 |
Таблица 23
Приближенные значения сопротивлений разъемных контактов
коммутационных аппаратов напряжением до 1 кВ
| Номинальный ток аппрата, А | Активное сопротивление, мОм, разъемных соединений | ||
| автоматического выключателя | рубильника | разъединителя | |
| 1,30 | – | – | |
| 1,00 | – | – | |
| 0,75 | 0,50 | – | |
| 0,65 | – | – | |
| 0,60 | 0,40 | – | |
| 0,40 | 0,20 | 0,20 | |
| 0,25 | 0,15 | 0,15 | |
| 0,12 | 0,08 | 0,08 | |
| – | – | – |
Таблица 24
Сопротивления контактных соединений шинопроводов
| Номинальный ток, А | ||||||
| Серия шинопроводов | ШРА-73 | ШРА-73 | ШРА-73 | ШМА-73 | ШМА-68Н | ШМА-68Н |
| Сопротивление контактного соединения, мОм | 0,009 | 0,006 | 0,004 | 0,003 | 0,002 | 0,001 |
При приближенном учете сопротивлений контактов принимают: r к = 0,1 мОм – для контактных соединений кабелей;
r к = 0,01 мОм – для шинопроводов; r к = 1,0 мОм – для коммутационных аппаратов.
Расчет токов КЗ в сетях напряжением до 1 кВ следует проиводить с учетом активных и индуктивных сопротивлений катушек (расцепителей) максимального тока автоматических выключателей, принимая значения активных и индуктивных сопротивлений нулевой последовательности равными соответствующим сопротивлениям прямой последовательности. Значения сопротивлений катушек расцепителей и контактов некоторых автоматических выключателей приведены в табл. 25.
Таблица 25
Сопротивления катушек и контактов
автоматических выключателей
| Номинальный ток выключателя, А | Сопротивление катушки и контакта, мОм | |
| r кв | x кв | |
| 4,50 | ||
| 3,50 | ||
| 2,15 | 1,20 | |
| 1,30 | 0,70 | |
| 1,10 | 0,50 | |
| 0,65 | 0,17 | |
| 0,41 | 0,13 | |
| 0,25 | 0,10 | |
| 0,14 | 0,08 | |
| 0,13 | 0,07 | |
| 0,10 | 0,05 |
При определении минимального значения тока КЗ следует учитывать влияние на ток КЗ активного сопротивления электрической дуги в месте КЗ. Приближенные значения активного сопротивления дуги приведены в табл. 26.
Таблица 26
Значения активного сопротивления дуги
| Расчетные условия КЗ | Активное сопротивление дуги r д, мОм, при КЗ за трансформатором мощностью, кВА | |||||
| КЗ вблизи выводов низшего напряжения трансформатора: - в разделке кабелей напряжением: | ||||||
| 0,4 кВ | ||||||
| 0,525 кВ | 4,5 | 3,5 | 2,5 | |||
| 0,69 кВ | ||||||
| - в шинопроводе ШМА напряжением: | ||||||
| 0,4 кВ | – | – | – | |||
| 0,525 кВ | – | – | – | 3,5 | 2,5 | |
| 0,69 кВ | – | – | – | |||
| КЗ в конце шинопровода ШМА длиной 100–150 м напряжением: | ||||||
| 0,4 кВ | – | – | – | 6 – 8 | 5 – 7 | 4 – 6 |
| 0,525 кВ | – | – | – | 5 – 7 | 4 – 6 | 3 – 5 |
| 0,69 кВ | – | – | – | 4 – 6 | 3 – 5 | 2 – 4 |
При электроснабжении электроустановки от энергосистемы через понижающий трансформатор начальное действующее значение периодической составляющей трехфазного тока КЗ в килоамперах без учета подпитки от электродвигателей определяется по формуле:
|
|
|
, (79)
где U НН.ср – среднее номинальное напряжение сети, в которой произошло короткое замыкание, В; r 1Σ и x 1Σ – суммарные активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности цепи КЗ до точки КЗ соответственно, мОм.
Значение периодической составляющей тока однофазного КЗ от системы в килоамперах рассчитывается по формуле:
, (80)
где r 0Σ и x 0Σ – суммарные активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности цепи КЗ до точки КЗ соответственно, мОм.
Ударный ток КЗ определяется по формуле (74).
|
|
|
