РАСЧЁТ ТРЁХФАЗНОГО ТОКА КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ В ЛИНИЯХ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ НАПРЯЖЕНИЕМ 6-10 кВ

​АННОТАЦИЯ

Приведено определение короткого замыкания, описаны виды токов короткого замыкания и их влияние на энергосистему. Рассмотрены особенности коротких замыканий в ЛЭП 6-10 кВ. Приведён пример расчёта.

Ключевые слова: ток короткого замыкания, линия электропередачи, аварийный режим, электроэнергетическая система.

В электроэнергетических системах самыми опасными повреждениями считаются короткие замыкания. Понятие КЗ хорошо иллюстрирует следующий пример, возьмём однофазный источник питания и резистор, соединив проводами мы получим простейшую электрическую цепь, однако, как только добавим ещё один провод в обход нашей нагрузки, то в итоге получим короткое замыкание и сгоревший предохранитель. Стоит отметить, что в домашних условиях такое повторять категорически запрещено, нужно понимать, что при КЗ многократно возрастает ток, а значит есть вероятность пробоя изоляции проводников, что может привести к пожару или поражению током самого экспериментатора. Подведём краткие итоги этого эксперимента:

1) КЗ – аварийная ситуация в электроэнергетике, когда кто-то или что-то «закорачивает» проводники и в данном случае мы познакомились с однофазным кротким замыканием, т.к. обходной проводник был между фазой и нулевым рабочим проводом. Существуют также двухфазные и трехфазные КЗ, когда закорачивают все три фазы.

2) Короткие замыкание в энергосистеме наносят вред оборудованию и персоналу, а также конечному потребителю.

Поэтому исходя из расчёта тока КЗ подбирают оборудование, которое будет способно отключить аварийный участок.

ЛЭП 6-10 кВ являются трёхпроводными с изолированной нейтралью. В данной статье не будут рассматриваться режимы работы нейтрали, важно лишь отметить, что такие сети могут продолжать свою работу даже при одном оборванном проводе, как следствие происходит однофазное замыкание на землю.

Расчёт будет осуществляться в именованных единицах.

,                                                                                             (1)

где  — величина тока при трёхфазном коротком замыкании, кА;

— ЭДС системы увеличенное на 5% от номинального, кВ;

 — полное сопротивление до точки КЗ, Ом.

В первую очередь необходимо определить участок линии и оборудование, параметры которого влияют на расчёт. На основе этих данных можно составить схему замещения – модель, которая позволяет перейти от реально существующих объектов к элементам с эквивалентными и нужными нам свойствами и с её помощью определить полное сопротивление.

Рисунок 1. Исходная схема

Рисунок 2. Схема замещения

В линиях 6-10 кВ нельзя пренебрегать активным сопротивлением проводов и трансформаторов т.к. оно влияет на полное сопротивление.

Дано:

E_c = 10,5 кВ;                 ТД–10000/35:               W1: АС-95

X_c = 0,295 Ом;     S_ном = 10000 кВА;         l_w1 = 10 км;

R_c = 0,099 Ом;     U_ном = 10 кВ;                 W2: АС-120

U_k = 7,5 %;                    l_w2 = 10 км;

                                      P_k = 14,5 кВт

Решение:

Место короткого замыкания точка K₁:

Сопротивление трансформатора

                                                                                          (2)

где  — активное сопротивление трансформатора при КЗ, Ом;

 — потери КЗ, кВт;

 — номинальное напряжение, кВт;

 — номинальная мощность, кВА.

                                                                                         (3)

где  — индуктивное сопротивление трансформатора при КЗ, Ом;

 — напряжение КЗ, %.

По формулам (2), (3) R_T1 = 0,0145 Ом; X_T1 = 0,75 Ом.

Полное сопротивление

По формуле (1) найдём ток при трёхфазном коротком замыкании

При выборе коммутационных аппаратов учитывают ударный ток КЗ, наступающий через 0,01 секунду с момента возникновения короткого замыкания.

                                                                                     (4)

где  — значение ударного тока, кА;

 — ударный коэффициент.

Место короткого замыкания точка K₂:

Сопротивление линии W1

Погонные сопротивления АС-95 r_0w1 = 0,34 Ом/км; x_0w1 = 0,401 Ом/км

                                                                                           (5)

где  — активное сопротивление провода, Ом;

  — активное погонное сопротивление, Ом/км;

 — длина провода, км.

                                                                                          (6)

где  — индуктивное сопротивление провода, Ом;

  — индуктивное погонное сопротивление, Ом/км;

По формулам (5) и (6) R_w1 = 3,4 Ом; X_w1 = 4,01 Ом.

Аналогично находятся сопротивления линии W2

Погонные сопротивления АС-120 r_0w1 = 0,27 Ом/км; x_0w1 = 0,393 Ом/км

R_w2 = 2,7 Ом; X_w2 =3,93 Ом.

Полное сопротивление

По формуле (1) найдём ток при трёхфазном коротком замыкании

По формуле (4) определим ударный ток

По итогам расчёта выбираются коммутационные аппараты и релейная защита. При этом требования к оборудованию на ПС1 будет выше т.к. ударный ток больше чем на ПС2.

Список литературы:

1. Правила устройств электроустановок. - 7-е изд. - РАО «ЕЭС России», 2003. - 330 с.
2. Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования: РД 153-34.0-20.527-98. – Введ. 1998-03-23. – М.: Российское акционерное общество энергетики и электрификации «ЕЭС России», 1998. – 131 с., ил.
3. Эрнст А.Д. Расчёт токов короткого замыкания в электрических системах: Учеб. пособие. - Нижневартовск: Изд-во НГГУ, 2012. - 86 с.