2020-04-07
198
Электроустановки напряжением до 1 кВ характеризуются большой электрической удаленностью относительно источников питания, как правило, значительной мощности. Обычно мощность подстанций примерно в 25 раз превышает мощность трансформаторов 6 - 10/0,4 кВ. Поэтому амплитуду периодической составляющей аварийного тока при КЗ на стороне НН трансформатора, через который от электрической системы питаются электроустановки напряжением до 1 кВ, можно считать неизменной. При расчетах токов КЗ в сетях напряжением до 1000 В следует учитывать активные и индуктивные сопротивления элементов короткозамкнутой цепи, а именно: силовых трансформаторов, участков сборных шин, магистральных и распределительных шинопроводов; кабельных и воздушных линий, первичных обмоток трансформаторов тока, токовых катушек автоматических выключателей; различных контактных соединений (разъемных контактов аппаратов, вторичных контактов комплектных распределительных устройств, переходных контактов аппаратов); дуги в месте КЗ. Расчет токов КЗ в сетях и установках до 1000 В удобней вести в именованных величинах, пользуясь шкалой средних номинальных напряжений. Рекомендуется в качестве основной выбирать ступень пониженного напряжения.
Достоверность расчета токов КЗ зависит от того, насколько правильно оценены и полно учтены все сопротивления цепи КЗ. В электроустановках напряжением до 1000 В существенное влияние на значение токов КЗ оказывают активные сопротивления цепи КЗ. Их значения соизмеримы, а иногда и превышают значения индуктивных сопротивлений.
При определении индуктивного сопротивления внешней питающей сети напряжением выше 1000 В или сопротивления связи трансформатора 6 - 10/0,4 кВ с системой можно в практических расчетах возможны следующие случаи:
- известен ток КЗ на выводах обмотки высшего напряжения понижающего трансформатора Iкз ВН
; (2.73)
- известен номинальный ток отключения выключателя, установленного в сети высшего напряжения понижающего трансформатора IНОМ.ОТК
, (2.74)
где Uср.ВН, Uср.НН - среднее номинальное напряжение на сторонах обмотки высшего и низшего напряжений трансформатора.
Если трансформатор связан с электрической системой посредством КЛ или ВЛ через реактор, то сопротивление ХС можно считать равным суммарному сопротивлению реактора и КЛ или сопротивлению ВЛ.
Рассмотрим в отдельности, как определяются сопротивления силовых элементов короткозамкнутой цепи.
Силовые трансформаторы. Полное, активное и индуктивное сопротивления понижающего трансформатора, приведенные к ступени НН, в миллиомах рассчитывают по формулам
; (2.75)
; (2.76)
, (2.77)
где SТР - номинальная мощность трансформатора,кВ·А;
U НОМ.Н - номинальное линейное напряжение обмотки НН трансформатора, кВ;
РК - потери КЗ в трансформаторе, кВт;
uК,Р - реактивная составляющая напряжения КЗ, %;
иK - напряжение КЗ трансформатора, %.
Шины и шинопроводы. Их сопротивления определяются на основании значений активного и индуктивного сопротивлений, отнесенных к единице длины шины.
Воздушные и кабельные линии. Значения активного и индуктивного сопротивлений ЛЭП также вычисляют через табличные данные. Приближенно индуктивное сопротивление ВЛ равно 0,4 мОм/м, а КЛ - 0,08 мОм/м.
Коммутационные аппараты (автоматические выключатели, рубильники, контакторы и т.д.), реле и трансформаторы тока. Их индуктивные сопротивления зависят от номинального тока. Для токовых катушек расцепителей автоматических выключателей указаны в таблице 2.8.
Таблица 2.8
| Номинальный ток катушки расцепителя, IНОМ, А | 100 | 140 | 200 | 400 | 600 | 1000 | 1600 | 2500 | 4000 |
| Сопротивление катушки расцепителя, ХАВТ, мОм | 0,86 | 0,55 | 0,28 | 0,1 | 0,094 | 0,08 | 0,06 | 0,05 | 0,03 |
Примечание. Приведенные значения сопротивлений включают в себя сопротивления токовых катушек расцепителей и переходные сопротивления подвижных контактов.
Активное сопротивление элементов аппаратуры и устройств, контактов, дуги в месте КЗ определяют в составе результирующего переходного сопротивления
RПЕР = RК + RВ + RТА + RД, (2.78)
где RК - переходное сопротивление контактного соединения токоведущих шин;
Rв - активное сопротивление автоматического выключателя, состоящее из активного сопротивления токовых катушек расцепителя и переходного сопротивления контактов;
RТА - активное сопротивление первичной обмотки трансформатора тока;
RД - активное сопротивление дуги в месте КЗ.
Результирующее активное переходное сопротивление зависит от мощности понижающего трансформатора комплектной трансформаторной подстанции (КТП), места КЗ по ступеням распределения электрической энергии (ступень КЗ) и минимального расстояния между фазами в месте КЗ. Ниже приведены его значения при КЗ на вторичной стороне КТП:
Таблица 2.9
| Мощность трансформатора, кВ·А | 400 | 630 | 1000 | 1600 | 2500 |
| Переходное сопротивление, м0м | 9,21 | 8,02 | 8,41 | 5,51 | 5,12 |
С учетом указанных факторов получена результирующее активное переходное сопротивление для точки КЗ в сети, находящейся за КТП:
; (2.79)
где КСТ — коэффициент ступени КЗ, определяемый в соответствии с типовой расчетной схемой сети по таблице 2.11;
а - расстояние между фазами проводов сети в месте КЗ, от которого зависит сопротивление дуги в месте КЗ. Его значения в миллиметрах для разных элементов сети указаны в таблице 2.10.
Таблица 2.10
| КТП с трансформаторами мощностью, кВ·А | а, мм |
| 400 | 60 |
| 630 | 60 |
| 1000 | 70 |
| 1600 | 120 |
| 2500 | 180 |
| Шинопроводы | |
| ШМА | 10 |
| ШРА | 45 |
| Кабель сечением, мм2 | |
| 2,5 - 10 | 1,6 |
| 16 - 35 | 2,4 |
| 50 - 95 | 28 |
| 120 - 150 | 4 |
| 240 | 4,8 |
Сопротивления рассмотренных элементов цепи КЗ напряжением до 1000 В приводятся к базисным условиям на основании выражений:
при сопротивлении элемента, выраженном в миллиомах,
; (2.80)
, (2.81)
где UБ - напряжение ступени, на которой находится точка КЗ, кВ;
UСР - среднее номинальное напряжение ступени, где включен соответствующий элемент;
SНОМ — номинальная мощность элемента, кВ×А.
Индуктивное сопротивление внешней системы до понижающего трансформатора, приведенное к ступени НН
, (2.82)
где UСР.В - среднее номинальное напряжение ступени соответствующей обмотки ВН трансформатора.
Результирующие сопротивления RРЕЗ.Б, ХРЕЗ.Б цепи КЗ находят путем преобразования схемы замещения с учетом активного переходного сопротивления. По найденным значениям активного и реактивного результирующих сопротивлений определяют (в килоамперах):
- начальное действующее значение периодической составляющей тока трехфазного КЗ
; (2.83)
- ударный ток трехфазного КЗ в электроустановках напряжением до 1 кВ.
iУД = КУД · 
· I"(3), (2.84)
где КУД= 1 + ехр(- 0,01/ТА), а 
;
- действующее значение периодической составляющей тока однофазного КЗ, необходимое для выбора защиты от замыканий на землю,
, (2.85)
где R1РЕЗ.Б, Х1РЕЗ.Б - результирующие активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности, мОм;
- R0РЕЗ.Б, Х0РЕЗ.Б - результирующие активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности, мОм;
- начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ, создаваемого местными асинхронными двигателями,
, (2.86)
где Е"(0)ДВ - фазная сверхпереходная ЭДС двигателя, кВ;
- Х"ДВ, RДВ - сверхпереходные индуктивное и активное сопротивления двигателя, мОм;
ХВН, RВН - внешние сопротивления кабеля, мОм.
Таблица 2.11
Значения коэффициента ступени КЗ
| Расчетная схема сети | Ступень КЗ | |
|
| РУ на станциях и подстанциях | Значение переходного сопротивления для точки К1 определяется по приведенным выше данным |
| Первичные цеховые распределительные пункты; зажимы аппаратов, питаемых радиальными линиями от щитов подстанций или главных магистралей | 2 | |
| Вторичные цеховые распределительные пункты; зажимы аппаратов, питаемых от первичных распределительных пунктов | 3 | |
| Аппаратура, установленная непосредственно у электроприемников, питающихся от вторичных распределительных пунктов | 4 |
Кроме того, рассчитывают:
- сверхпереходную ЭДС (в вольтах)
(2.87)
где U(0)Ф, I(0), φ(0) - соответственно фазное напряжение, ток статора и угол между векторами напряжения и тока статора в режиме, предшествующем КЗ. Обычно принимают U(0)ф = UНОМ, I(0) = IНОМ , φ(0) = φНОМ либо полагают Е"(0)ДВ=0,9·U;
- суммарное активное сопротивление асинхронного двигателя в момент КЗ (в миллиомах)
R0 = R1 + R2 /C2, (2.88)
где R1 - активное сопротивление статора, мОм;
- С2 - коэффициент, характеризующий соотношение сопротивлений рассеяния обмотки ротора и намагничивания двигателя;
- R2 - активное сопротивление ротора, приведенное к статору (мОм) и определяемое выражением
, (2.89)
где М*ПУСК - кратность пускового момента двигателя по отношению к его номинальному моменту;
- РНОМ и IНОМ - номинальные значения мощности (кВт) и тока (А) двигателя;
ΔРМЕХ - механические потери двигателя, включая добавочные потери (кВт), причем ΔРМЕХ = 0,001 РНОМ;
- I* ПУСК - кратность пускового тока;
SНОМ - номинальное скольжение двигателя;
- активное сопротивление статора (в миллиомах), если оно не задано заводом-изготовителем, по формулам:
для двигателей с фазным ротором и с простой «беличьей» обмоткойна роторе
, (2.90)
где C1 = 1,04 - коэффициент, характеризующий соотношение сопротивлений рассеяния статора и намагничивания двигателя;
sКР - критическое скольжение двигателя;
для двигателей с глубоким пазом или двумя обмотками на роторе
, (2.91)
где КМ= 0,3 – 0,35 - отношение потерь в меди статора к суммарным потерям мощности в двигателе при его работе в номинальном режиме;
η НОМ - номинальный КПД двигателя;
сверхпереходное индуктивное сопротивление асинхронного двигателя (в миллиомах).
(2.92)
где UФ.НОМ - номинальное фазное напряжение двигателя, В.
Ударный ток КЗ (в килоамперах), создаваемый асинхронным двигателем,
IУД = КУД.ДВ · I"ДВ,
где КУД.ДВ - ударный коэффициент для цепи двигателя, определяемый выражением
КУД.ДВ = ехр(- 0,01/ТР) + ехр(- 0,01/ТА).
Здесь ТР - расчетная постоянная времени затухания периодической составляющей тока статора, причем
; (2.93)
постоянную времени затухания апериодической составляющей тока статора
. (2.94)
