Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ

 

Многие положения методов расчета ТКЗ в электроустановках напряжением выше 1 кВ справедливы и для расчетов в электроустановках напряжением до 1 кВ, однако имеется ряд специфических особенностей, на которые следует обратить особое внимание:

1. В связи с относительно малой мощностью КЗ в сетях напряжением до 1 кВ питающую систему считают источником с неизменной ЭДС и малым внутренним сопротивлением. При этом действующее значение периодической составляющей ТКЗ будет неизменным во времени всего процесса КЗ.

При расчете токов КЗ в электроустановках, получающих питание непосредственно от сети энергосистемы, допускается считать, что понижающие трансформаторы подключены к источнику неизменного по амплитуде напряжения через эквивалентное индуктивное сопротивление системы.

В случаях, когда понижающий трансформатор подключен к сети энергосистемы через реактор, воздушную или кабельную линию (длиной более 1 км), необходимо учитывать не только индуктивные, но и активные сопротивления этих элементов.

2. Из-за существенного влияния на величину ТКЗ всех элементов цепи КЗ необходимо учитывать:

а) индуктивные сопротивления силовых трансформаторов, проводников, всех многовитковых измерительных трансформаторов тока (активным и индуктивным сопротивлениями одновитковых трансформаторов на токи более 500 А при расчетах токов КЗ можно пренебречь), реакторов, токовых катушек автоматических выключателей.

Если соотношение соответствующих активных и индуктивных сопротивлений элементов цепи КЗ r/х > 3, то индуктивным сопротивлением можно пренебречь;

б) активные сопротивления соответствующих элементов;

в) активные сопротивления различных контактов и контактных соединений. При приближенном учете сопротивлений контактов принимают:

- rк = 0,1 мОм – для контактных соединений кабелей;

- rк = 0,01 мОм – для шинопроводов;

- rк = 1,0 мОм – для коммутационных аппаратов;

г) значения параметров СД и АД;

д) расчеты токов КЗ в электроустановках напряжением до 1 кВ следует вести с учетом индуктивных и активных сопротивлений катушек (расцепителей) максимального тока автоматических выключателей, принимая значения активных и индуктивных сопротивлений нулевой последовательности равными соответствующим сопротивлениям прямой последовательности.

 

Рекомендуется также учитывать:

а) сопротивление электрической дуги в месте КЗ;

б) изменение активного сопротивления проводников цепи КЗ вследствие их нагрева током КЗ;

в) влияние комплексной нагрузки на ТКЗ – неучтенных ранее электродвигателей, преобразователей, термических установок, ламп накаливания и др., если номинальный ток электродвигателей нагрузки превышает 1,0 % от начального значения периодической составляющей ТКЗ, рассчитанного без учета нагрузки;

 

Допускается:

а) максимально упрощать и эквивалентировать всю внешнюю сеть по отношению к месту КЗ и индивидуально учитывать только автономные источники электроэнергии и электродвигатели, непосредственно примыкающие к месту КЗ;

б) не учитывать ток намагничивания трансформаторов;

в) не учитывать насыщение магнитных систем электрических машин;

г) принимать коэффициенты трансформации равными отношению средних номинальных напряжений тех ступеней сетей, которые связывают трансформаторы. При этом следует использовать рекомендуемую шкалу средних номинальных (междуфазных, линейных) напряжений: 10,5; 6,3; 0,69; 0,4 и 0,23 кВ;

д) не учитывать влияния АД, если их суммарный номинальный ток не превышает 1,0 % начального значения периодической составляющей ТКЗ в месте КЗ, рассчитанного без учета электродвигателей;

е) допускаются упрощенные методы расчетов токов КЗ, если их погрешность не превышает 10%.

 

***

В протяженных внутризаводских сетях напряжением до 1 кВ возникает опасность длительного (более допустимого по ГОСТ времени отключения КЗ, т.е. сверх 0,35–0,45 с) нахождения корпусов электрооборудования под напряжением в случае возникновения однофазных КЗ. Так, например, в сетях 0,38 кВ, напряжение на зануляемых частях электрооборудования при замыканиях на корпус и отсутствии повторных заземлений нейтрали может превысить 140 В. Для ускорения срабатывания защитных аппаратов требуется увеличение тока однофазного КЗ.

Повышение токов однофазных КЗ в сетях напряжением до 1 кВ с заземленной нейтралью связано с использованием следующих мероприятий:

- сокращением длины линий;

- уменьшением сопротивления петли фаза–нуль (путем приближения в ВЛ нулевого проводника к фазным, повышением сечения проводников, заменой ВЛ на КЛ);

- увеличением мощности цеховых ТП.

Если не удается повысить ток однофазного КЗ до требуемого уровня, то нужно применять специальные защитные отключающие устройства.

 

Для электроустановок напряжением до 1 кВ учитывают индуктивные и активные сопротивления всех элементов короткозамкнутой цепи (переходные контакты аппаратов, токовые катушки, переходные сопротивления, несимметрию фаз и т. д.). При этом следует отметить, что влияние сопротивления энергосистемы на результаты расчета токов КЗ на стороне до 1 кВ невелико. Поэтому в практических расчетах сопротивлением на стороне 6-10 кВ часто пренебрегают, считая его равным нулю. В случае питания электрических сетей напряжением до 1 кВ от понижающих трансформаторов при расчете токов КЗ следует исходить из условия, что подведенное к трансформатору напряжение неизменно и равно его номинальному значению.

К расчетным паспортным параметрам двухобмоточного трансформатора относят: номинальную мощность Sном, номинальное напряжение обмоток Uном.в и Uном.н, напряжение КЗ uк (%), потери КЗ Рк или отношение х/r. Сопротивления

 

xт = uкUср₂ / 100 Sном; xб.т = uкSб / 100 Sном .

Поясним параметр uк (%). Между обмотками трансформатора имеется только магнитная связь. Эквивалентное электрическое сопротивление первичной и вторичной обмоток трансформатора определяется по данным опыта КЗ: вторичную обмотку трансформатора закорачивают, после чего трансформатор нагружается номинальным током, затем на выводах первичной обмотки производят замеры падения напряжения ΔU и потерь КЗ Рк в трансформаторе.

Во всех случаях, когда не учитывается активное сопротивление цепи КЗ, обычно принимают kуд = 1,8. Для удаленных точек КЗ с учетом активного сопротивления kуд определяется по экспоненциальной зависимости отношения времени КЗ к постоянной Та.

Учет подпитки мест короткого замыкания от электродвигателей производится, если двигатели непосредственно связаны с точкой короткого замыкания электрически и находятся в зоне малой удаленности. Токи короткого замыкания от двигателей, отдаленных от точки короткого замыкания ступенью трансформации или через обмотки сдвоенного реактора, как правило, не учитываются.

Если двигатели подключены к точке короткого замыкания кабельными линиями длиной не более 300 м, начальное значение периодической составляющей тока короткого замыкания определяется без учета внешнего сопротивления.

 

Расчет токов КЗ в электрических сетях переменного тока отличается от расчета в сетях 1 кВ и выше. В сетях до 1 кВ наряду с индуктивным учитывают и активные сопротивления элементов цепи КЗ: силовых трансформаторов, кабельных линий, шинопроводов, первичных обмоток многовитковых трансформаторов тока, токовых катушек автоматических выключателей, различных контактных соединений (разъемных и втычных контактов аппаратов и т. д.), дуги в месте КЗ. Общее активное сопротивление цепи КЗ rΣ может быть больше 30 % xΣ, что влияет на полное сопротивление zΣ и ток КЗ.

Суммарное сопротивление цепи тока КЗ зависит от сопротивления цехового трансформатора. Это определяет следующие особенности режимов работы цеховых трансформаторных подстанций 3УР:

1) параллельная работа двух цеховых трансформаторов практически удваивает мощности КЗ, что повышает требования к устойчивости электрических сетей и коммутационной аппаратуры на стороне до 1 кВ;

2) рост единичной мощности цеховых трансформаторов (применение трансформаторов 1600 и 2500 кВА) ведет к увеличению токов КЗ в сети до 1 кВ и предъявляет более жесткие требования к цеховым сетям по их устойчивости к действию тока КЗ.

Расчет для отдельных элементов цепи КЗ осуществляют по паспортным или справочным данным, и ведут его в именованных единицах, выражая сопротивление элементов в миллиомах. Сопротивление шинопроводов и кабельных линий определяют через активные и индуктивные сопротивления фазы (мОм/м), принимаемые по справочным данным.

Полное, активное и индуктивное сопротивления цехового трансформатора, приведенные к ступени низшего напряжения, определяют по формулам, мОм:

 

где uк - напряжение короткого замыкания, %;, Sном - номинальная мощность трансформатора, кВ·А; ΔP - потери короткого замыкания в трансформаторе, кВт; Uном.н - номинальное напряжение на стороне низкого напряжения трансформатора, кВ.

Переходное сопротивление в сети до 1 кВ можно представить в виде двух составляющих:

 

Rп.с = Rп.с1 + Rп.с2 ,

где Rп.с1 - суммарное сопротивление всех переходных контактов, токовых обмоток выключателей, реле и обмоток трансформаторов тока; Rп.с2 - сопротивление дуги в месте K3.

Суммарное сопротивление

 

Rп.с1 = Rк + Rа + Rт.тр ,

где Rк - переходное сопротивление контактного соединения токоведущих шин; Rа - сопротивление автоматических выключателей, состоящее из сопротивления катушек расцепителей и переходного сопротивления контактов; Rт.тр - сопротивление обмоток трансформаторов тока. Суммарное сопротивление определяется номинальными токами выключателя, трансформатора тока и не зависит от их типа.

Сопротивление дуги в месте K3 Rп.с2 можно определить по выражению

 

Rп.с2 = Eдlд / Iк ,

где Eд - напряженность электрического поля в месте горения дуги, которую можно принять равной 1,5 В/мм; lд - длина дуги, мм (равна удвоенному расстоянию а между фазами сети в месте K3); Iк - ток трехфазного K3.

Токи короткого замыкания вычисляют для проверки токоведущих устройств и аппаратов цеховой сети на устойчивость к действию КЗ. Независимо от режима нейтрали в цеховых сетях наиболее тяжелым режимом является трехфазное КЗ.

В приближенных расчетах при определении iуд на шинах цеховых ТП мощностью 400-1000 кВ·А можно принимать kуд = 1,3, а для более удаленных точек сети kуд = 1. Влияние асинхронных двигателей, подключенных непосредственно к месту КЗ, на iуд можно ориентировочно учесть увеличением значения найденного iуд на (4-7) Iд .

Расчет токов КЗ следует выполнять в случаях совместного питания силовых и осветительных нагрузок, если в осветительной сети использованы осветительные шинопроводы, пртающиеся от распределительных шинопроводов.

Если цеховая электрическая сеть состоит из кабелей или проводов в трубах, то для выбора и проверки аппаратов напряжением до 1 кВ расчет токов КЗ в таких сетях обязателен.

 

Для установок напряжением до 1 кВ при расчетах токов КЗ считают, что мощность питающей системы не ограничена и напряжение на стороне высшего напряжения цехового трансформатора является неизменным. Это условие выполняется, если мощность системы примерно в 50 раз превосходит мощность цехового трансформатора.

Расчет токов КЗ на напряжение до 1 кВ выполняют в именованных единицах.

Если предполагается развитие энергосистемы и стремятся, чтобы все выбранные аппараты при этом соответствовали своему назначению, расчет токов КЗ выполняют без учета сопротивления системы до цехового трансформатора.

 

Выбор защитной аппаратуры и проверка шинопроводов в цеховых сетях на электродинамическую стойкость осуществляются после расчета ударных токов. Значения ударных коэффициентов определяют по кривой Куд=f(x/r) (рис. 6.2), а при х/r <= 0,5 принимают равными единице. Расчетные точки при расчете токов КЗ выбирают в начале отходящих линий непосредственно за коммутационным аппаратом.