2.6.Расчет токов короткого замыкания

2.6.1.Общая характеристика процесса короткого замыкания

Коротким замыканием (КЗ) называется всякое случайное или преднамеренное, не предусмотренное нормальным режимом работы, электрическое соединение различных точек электроустановки между собой или землей, при котором, токи в ветвях электроустановки резко возрастают, превышая наибольший допустимый ток продолжительного режима.

Токи КЗ рассчитывают для выбора и проверки аппаратов и токоведущих частей на термическую и динамическую стойкость, для выбора, при необходимости, устройств по ограничению этих токов, а также для выбора и оценки устройств релейной защиты.

Расчетным является трехфазное короткое замыкание, так как токи КЗ в этом случае имеют максимальные значения. Расчетным для минимально возможного тока КЗ является одно- или двухфазное КЗ в конце рассматриваемого участка при минимально возможном числе источников питания.

При расчетах токов КЗ принимаются допущения [10]:

• все источники, участвующие в питании рассматриваемой точки КЗ, работают одновременно и с номинальной нагрузкой;

• расчетное напряжение каждой ступени схемы электроснабжения принимается на 5 % выше номинального значения (т.е. среднее номинальное напряжение);

• КЗ наступает в момент времени, при котором ударный ток КЗ будет иметь наибольшее значение;

• сопротивление места КЗ считается равным нулю;

• не учитывается сдвиг по фазе ЭДС различных источников питания входящих в расчетную схему;

• не учитываются емкости, а, следовательно, и емкостные токи в воздушных и кабельных сетях;

• не учитываются токи намагничивания трансформаторов;

• не учитываются активные сопротивления элементов цепи, если их суммарное сопротивление до точки КЗ не превышает 1/3 суммарного индуктивного сопротивления;

• напряжения источников питания при КЗ остаются неизменными.

2.6.2.Расчет токов короткого замыкания

На рис.2.1 приведена расчетная схема замещения, построенная в соответствии с прил.1.

В нормальном режиме все секционные выключатели выключены, силовые трансформаторы работают раздельно на отдельные секции шин. Наиболее тяжелый режим работы может наступить при КЗ в момент перевода нагрузки с одного силового трансформатора на другой, т.е. когда секционные выключатели включены. Этот режим и принят за расчетный.

Расчет токов КЗ выполним в относительных единицах по методике изложенной, например, [8].

Рис.2.1 Расчетная схема замещения

Примем за базисную мощность S_б=100 МВА. За базисное напряжение примем среднее номинальное напряжение, где рассматривается КЗ:U_б1=115 кВ,U_б2=37 кВ,U_б3=6,3 кВ.

Определим базисные токи для каждой ступени трансформации:

(2.12)

где S_б- базисная мощность, МВА;

U_б- базисное напряжение, кВ.

Определим сопротивления отдельных элементов схемы замещения, приведенной на рис.2.1. Ток КЗ системы принимаем .

Сопротивление системы:

(2.13)

Параметры трех обмоточных трансформаторов на ПС 110/35/6 кВ “Промзона”: S_ном=25 МВА,U_к.в-с=10,5 %,U_к.в-н=17,5 %,U_к.с-н=6,5 %. Тогда сопротивления лучей трансформаторов определим по формулам:

(2.14)

(2.15)

Расчет токов КЗ произведем на примере “Куст 251”.

Сопротивления линии 35 кВ (x₀=0,4 Ом/км,r₀=0,25 Ом/км, сопротивления приняты в соответствии с указаниями приведенными [8],l=2,5 км.):

(2.16)

(2.17)

Сопротивления трансформаторов 35/6 кВ (трансформаторы Т₃, Т₄):

(2.18)

Сопротивления линии 6 кВ (x₀=0,4 Ом/км,r₀=0,3 Ом/км, сопротивления приняты в соответствии с указаниями приведенными [8],l=0,7 км) определим по формулам (2.16) и (2.17):

Сопротивления высоковольтных асинхронных двигателей (М₁, М₂, М₃) определим по формуле:

(2.19)

где - сверх проводное сопротивление,=0,2;

S_б- базисная мощность, МВА;

S_ном.д- номинальная мощность двигателей, МВА.

(2.20)

На рис.2.2 приведена преобразованная схема замещения, параметры которой определены следующим образом:

Рис.2.2 Упрощенная схема замещения

Периодическая составляющая трехфазного тока КЗ в точке к-1:

(2.21)

где I_б- базисный ток той ступени, на которой рассматривается ток КЗ, кА;

Х_Σ- суммарное индуктивное сопротивление от источника питания до точки КЗ.

Суммарное индуктивное сопротивление до точки к-1:

Х_ΣК-1=0,0625+0,21=0,27

Ударный ток КЗ в точке к-1:

(2.22)

где К_уд- ударный коэффициент, определяемый по кривой зависимости ƒ(Т_а).

В сетях, где активные сопротивления не учитывают из-за их несущественного влияния на полное сопротивление цепи КЗ, можно принять К_уд=1,8.

Минимальный ток КЗ определяется:

(2.23)

Периодическая составляющая трехфазного тока КЗ, ударный ток КЗ и ток минимального КЗ в точке к-2 составят:

Х_ΣК-2=0,3125

Периодическая составляющая трехфазного тока КЗ в точке к-3:

(2.24)

где I_{к. с}- ток КЗ от системы, кА;

I_к.д- ток подпитки от высоковольтных двигателей, кА.

Х_ΣК-3.С=0,9125

Х_ΣК-3.Д=14+0,35=14,35

Ударный ток КЗ в точке к-3:

где i_{уд. с}- ударный ток КЗ от системы, кА;

i_уд.д- ударный ток КЗ от двигателей, кА.

Минимальный ток КЗ в точке к-3:

Периодическая составляющая трехфазного тока КЗ в точке к-4 (в этой точке тоже учитываем ток подпитки от двигателей):

Х_ΣК-4.С=0,9125+0,35=1,26

Х_ΣК-4.Д=14

Ударный ток КЗ в точке к-4:

Минимальный ток КЗ в точке к-4:

Аналогично определяются токи КЗ для других точек. Все результаты расчетов сведены в табл.2.7.

Таблица 2.7

Расчет токов КЗ

Точка КЗ		iуд, кА
К-1	5,7	14,4	4,94
К-2	5	12,6	4,33
К-3	10,72	28,7	9,3
К-4	7,96	16,6	6,7
К-5	4,93	12,5	4,27
К-6	13,2	33,52	11,43

Продолжение табл.2.7

Точка КЗ		iуд, кА
К-7	4,66	11,83	4,03
К-8	12,21	30,92	10,57