ПРИМЕР РАСЧЕТА ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

Короткие замыкания (КЗ) являются основной причиной возникновения переходных режимов в системах электроснабжения. Они в значительной мере влияют на выбор структурной схемы энергетической системы, релейной автоматики.

При возникновении токов короткого замыкания в системе электроснабжения ее общее сопротивление уменьшается, в результате этого увеличиваются токи по сравнению с токами для нормального режима, а также приводит к снижению напряжения отдельных точек системы, которое велико вблизи места КЗ. Ток КЗ обычно в много раз превышает номинальный ток, где произошло КЗ. Поэтому и при кратковременном протекании токов короткого замыкания может вызвать перегрев токоведущих элементов и проводников выше допустимого с последующим возникновением возгорания и пожара.

В результате токи КЗ могут вызвать целый ряд последствий: механические и термические повреждения электрооборудования; возгорания в электроустановках; падение уровня напряжения в сети, ведущее к снижению вращающего момента электродвигателей, их торможению; выпадение из синхронизма отдельных генераторов, электростанции и частей электрической системы; электромагнитное влияние на линии связи, вывод из работы электрооборудования и т.п.

Для защиты от короткого замыкания принимают специальные меры:

1.токоограничивающие реакторы;

2.плавкие предохранители;

3.автоматические выключатели;

4.трансформаторы с расщепленной обмоткой;

5.дифференциальные автоматы;

6.релейная защита.

Произведем расчет токов короткого замыкания.

Рисунок 1. Расчетная схема токов короткого замыкания

Определим нагрузку на каждый кабель с высокой стороны трансформатора. Она складывается из низковольтной нагрузки и потерь мощности в трансформаторе.

где ΔР_ХХ – потери холостого хода в кВт;

 ΔР_кз – потери короткого замыкания в кВт;

U_к – напряжение короткого замыкания;

I_ХХ – ток холостого хода;

β_т – коэффициент загрузки трансформатора.

Каталожные данные трансформатора ТМЗ-250/6/0,4.

ΔР_хх = 0,82 кВт;

 ΔР_кз = 3,7 кВт;

U_к = 4,5%;

I_хх = 2,3%.

Потери в трансформаторе:

Мощность на высшей стороне подстанции:

Расчётный ток линии находится из условия, что в нормальном режиме каждая линия несёт половину нагрузки:

Сечение кабеля определяем по экономической плотности тока:

где j_э - экономическая плотность тока, принимает стандартное значение   1,2 А/мм².

Выбираем по справочной литературе 2 кабеля ААБ 3х10-6.

Проверяем выбранное сечение кабеля на нагрев в послеаварийном режиме, при отключении одной из линий. В этом случае по кабелю проходит ток:

Приняв коэффициент дополнительной перегрузки кабеля в послеаварийном режиме равным 1,4, выбираем сечение по условию:

I_доп для кабеля ААБ 3х10 - 6 равняется 60 А.

Сечение кабеля после проверки остается неизменным.

Для кабеля ААБ 3х10-6 активное и индуктивное сопротивления равны r₀ = 1,98 Ом/км, х₀ = 0,1 Ом/км.

Составляем схему замещения системы электроснабжения:

Рисунок 2. Схема замещения

Расчёт выполняем в относительных единицах.

Принимаем для расчёта базисную мощность S_б=100 МВ·А и определяем сопротивление элементов электроснабжения.

Сопротивление высоковольтной линии:

Сопротивление трансформатора:

Сопротивление реактора:

Сопротивление кабельной линии:

Суммарное сопротивление в точке К₁:

Ток короткого замыкания в точке К₁:

Определяем ударный коэффициент по кривой при X_k/R_k = 0,4, К_у = 1.

Тогда ударный ток в точке К₁ будет равен:

Проверим кабель 6 кВ марки ААБ 3х10 - 6 на термическую устойчивость током короткого замыкания:

где β_к – тепловой импульс, возникающий в момент КЗ.

где С – термический коэффициент, зависит от материала, из которого изготовлены жилы кабеля: для алюминия С = 85.

Из приведенного расчета видно, что кабель ААБ3х10-6 не прошел проверку на термическую устойчивость током короткого замыкания. По значению S_min, выбираем кабель большего сечения, а именно кабель ААБ3х25-6.

Список литературы:

1. Анчарова, Т.В. Электроснабжение и электрооборудование зданий и сооружений: Инфра-Инженерия, 2016. - 416 c.
2. Киреева, Э.А. Электроснабжение и электрооборудование цехов промышленных предприятий - М.: КноРус, 2013. - 368 c.
3. Кудрин Б.И. Электроснабжение промышленных предприятий. М.: Интермет Инженеринг, 2006 672 с.