Розрахунок сили струмів короткого замикання

 

В електричних установках можуть виникати різні види коротких замикань, які супроводжуються різким збільшенням сили струму. Через це електрообладнання, яке встановлюється в системах електропостачання, має бути витривалим до струмів короткого замикання.

Для обчислення сили струмів короткого замикання складають розрахункову схему (рис. 7.1-Т, а), яка відповідає нормальному режиму роботи системи електропостачання, вважаючи (для підвищення надійності), що всі джерела живлення включено паралельно. У розрахунковій схемі враховують опір генераторів живлення, трансформаторів, високовольтних ліній (повітряних і кабельних), реакторів.

За розрахунковою схемою складають схему заміщення, в якій вказують опори джерел і споживачів і намічають точки для розрахунку сили струмів короткого замикання.

 

Рис. 7.1-Т. Розрахункова схема (а) і схема заміщення (б)

Для генераторів, трансформаторів, високовольтних ліній і коротких ділянок розподільної мережі зазвичай враховують тільки індуктивні опори. При значній довжині мережі (кабельної та повітряної) враховують також їхні активні опори, бо у віддалених точках короткого замикання дається взнаки зменшення ударного коефіцієнту.

Визначення параметрів схеми заміщення здійснюють у відносних базисних одиницях. При цьому методі всі розрахункові дані зводяться до базисної напруги та базисної потужності.

За базисну напругу приймають номінальні напруги 0,4; 0,69; 3,15; 10,5; 21; 37; 115; 230кВ. У якості базисної потужності S_б можна взяти потужність, яку приймають при розрахунках за одиницю, наприклад потужність системи, сумарні номінальні потужності генераторів станції або трансформаторів або зручне для розрахунків число кратне 10 (як правило 100). Відтак базисна сила струму:

 

Sб

Iб = -------- (кА) (7.1)

√3*Uб

 

 

Відносний базисний опір визначають за наведеними нижче формулами.

 

 

7.1. Реактивний і активний опір лінії

 

 

Sб

x٭б.л = хоℓ-------- (7.2)

U²б

 

Sб

r ٭б.л = rоℓ-------- (7.3)

U²б

 

де х₀ - реактивний опір ділянки лінії довжиною 1 км, Ом/км. Приймається х₀ = 0,4 Ом/км для повітряних ЛЕП і х₀ = 0,08 Ом/км для кабельних ЛЕП;

ℓ- довжина лінії, км;

ro- активний опір на 1км довжини лінії, Ом/км. Значення r₀ знаходять за довідковими таблицями або за формулою:

 

ro = 1000/ γS (7.4)

 

м

де γ - питома провідність проводів, ---------;

Ом мм²

S - площа перетину проводу одної фази, мм².

 

7.2. Опір трансформаторів

 

Uк*Sб

x٭б.т = --------------- (7.5)

100*Sном.т

 

де Uк - напруга короткого замикання трансформатора, % (за довідковими даними);

Sном.т - номінальна потужність трансформатора, МВА.

 

При потужності трансформаторів S_ном <630 кВА для яких зазвичай враховують відносний активний опір r_*б.т.

 

r_{*б.т. =} ∆Рм /Sном.т, (7.6)

 

де ∆Рм - втрати у металі (міді, короткого замикання) трансформатора (за довідковими даними), кВт.

 

x٭б.т = √ U²к* - r²_{*б.т ×} Sб/Sном.т, (7.7)

 

де Uк - напруга короткого замикання трансформаторів у відносних одиницях (0,01* Uк,%)

 

7.3. Опір генераторів

 

 

Sб

x٭б.г = Х′′d ---------------, (7.8)

Sном.г

 

де Х′′d - над перехідний реактивний опір генератора за подовжньою віссю полюсів у відносних одиницях. Для турбогенераторів х”_d = 0,125; для гідрогенераторів з заспокійливою обмоткою х”_d = 0,2; без заспокійливої обмотки х”_d = 0,27; для синхронних і асинхронних двигунів х”_d = 0,2.

Sном.г - номінальна потужність генератора, МВ А.

 

7.4. Реактивний опір реактора

 

 

Хр Іб*Uном.р

x٭б.р = --------------- * ----------------- (7.9)

100 Iном.р*Uб

 

 

де х_р - реактивний опір реактора, %;

І_ном.р - номінальна сила струму реактора, кА;

U_ном.р - номінальна напруга реактора, кВ

значення х_р, І_ном.р, U_ном.р беруть за довідковими даними.

У схемі заміщення всі зазначені опори виражають у відносних одиницях і записують на схемі заміщення.

У курсовому і дипломному проектуванні слід застосовувати метод розрахунку сили струмів короткого замикання від джерела необмеженої потужності. За цим методом, якщо потужність джерела живлення достатньо велика (система необмеженої потужності), ЕРС його незмінна і точка короткого замикання значно віддалена від джерела живлення, то періодична складова сили струму короткого замикання вважається незмінною:

 

Іб

Iп = Іб -------- (кА) (7.10)

Z*б

де Іб - базисна сила струму, яка визначається за виразом, кА;

Z*б - повний опір, виражений у відносних одиницях і зведений до базисної потужності:

 

Z*б = √ r²_{*б. +} x²٭б (7.11)

 

При цьому опір системи до точки приєднання споживача приймають рівним нулю і значення періодичної складової визначають лише опорами окремих елементів ланцюга короткого замикання.

Якщо значення зведеного активного опору r_*б. ≤ 0,3*x*б то його не враховують, а сили струму і потужність короткого замикання відповідно

 

 

Іб

Iк = -------- (кА) (7.12)

Х*б

 

іу = Ку* √2*Ік (кА) (7.13)

 

Sб

Sк = -------- (МВ*А) (7.14)

x*б

 

де Sк - потужність короткого замикання, МВ А;

іу - ударне значення сили струму короткого замикання, кА;

Ку - ударний коефіцієнт, значення якого визначають за [2] рис. 3.2.