Короткие замыкания в сетях напряжением до 1 кВ

 

В электроустановках на напряжение до 1 кВ аварийными режимами, так же как и в установках на напряжение выше 1 кВ, являются короткие замыкания, приводящие к появлению сверхтоков, или обрывы проводов, приводящие к снижению и несимметрии напряжения. Природа коротких замыканий в сетях напряжением до 1 кВ аналогична природе короткого замыкания в установках напряжением выше 1 кВ.

Расчет токов КЗ в установках до 1 кВ производится аналогично расчету токов КЗ в установках выше 1 кВ. При расчете составляют расчетную схему и схему замещения. Расчет токов КЗ выполняют в именованных величинах. Считается, что мощность питающей системы не ограничена и напряжение на стороне высшего напряжения цехового трансформатора остается неизменным. Особенностями при расчете является то, что сопротивления принимаются в мОм, напряжение – в В, мощность в кВ·А. Значение тока получают в кА.

При расчете учитываются все сопротивления короткозамкнутой цепи, как индуктивные, так и активные. Кроме того, учитываются активные сопротивления всех переходных контактов в этой цепи (контактные соединения шин, размыкаемые контакты коммутационных аппаратов, сопротивления катушек трансформаторов тока, электрическая дуга в месте КЗ). При отсутствии достоверных данных об электрических контактах и их сопротивлениях при расчете токов КЗ вводят дополнительное суммарное сопротивление величиной 15 мОм.

Для определения токов КЗ на расчетной схеме (рис. 6.7) назначают точки КЗ (К1-К5). Как правило, это шины РУ низкого напряжения, распределительные пункты, распределительные шинопроводы, выводы электроприемников.

Сопротивления трансформаторов подсчитывают по формулам

; (6.27)

, (6.28)

где – потери короткого замыкания; – напряжение короткого замыкания трансформатора; – базисное напряжение; – номинальная мощность трансформатора.

Сопротивления воздушных и кабельных линий определяются, как и при напряжении выше 1 кВ.

 

Рис. 6.7. Расчетная схема для определения токов короткого замыкания в сети напряжением до 1000 В:

Т – трансформатор; РУНН – распределительное устройство низкого напряжения; ПР – пункт распределительный; ШР – шинопровод распределительный; М – электроприемник; К1-К5 – точки короткого замыкания.

 

Ток короткого замыкания

, (6.29)

где – среднее напряжение на шинах трансформатора (400, 690, 1200 В); , – индуктивное и активное результирующее сопротивление до точки КЗ.

При расчете токов КЗ в нескольких последовательно расположенных точках целесообразно добавлять сопротивления от одной точки до другой, что снижает вероятность ошибок при вычислениях по сравнению с результатами вычисления сопротивлений всех элементов от источника до удаленной точки.

Ударный ток КЗ определяется по формуле

, (6.30)

где – ударный коэффициент, зависящий от отношения или от контура короткого замыкания.

Ударный коэффициент можно найти по рисунку 6.4. В электроустановках напряжением до 1 кВ существует зависимость между ударным коэффициентом и коэффициентом мощности контура КЗ, представленная на рисунке 6.8.

Рис. 6.8. Зависимость между ударным коэффициентом и коэффициентом мощности .

 

Значение ударного коэффициента в сетях напряжением до 1 кВ меньше, чем в сетях напряжением выше 1 кВ из-за значительного активного сопротивления цепи КЗ, которое вызывает быстрое затухание апериодической составляющей тока КЗ. В приближенных расчетах при определении ударного тока на шинах подстанции принимают равным 1,2 при мощности трансформаторов до 400 кВ·А, 1,3 – при мощности 630-1000 кВ·А и 1,4 – при мощности 1600-2500 кВ·А. Для удаленных точек сети принимают равным 1.

На величину тока КЗ оказывает влияние подпитка от асинхронных электродвигателей мощностью более 100 кВт, подключенных вблизи места КЗ. Токи асинхронных двигателей учитывают при определении полного ударного тока

, (6.31)

где – кратность пускового тока короткозамкнутых двигателей; – номинальный ток одновременно работающих двигателей.

Полный ударный ток определяется как сумма ударного тока от КЗ и от подпитки от асинхронных двигателей

. (6.32)

В сетях напряжением до 1 кВ часто возникают однофазные короткие замыкания. Особую сложность вызывает расчет однофазных токов КЗ в сетях напряжением 380/220 В с глухозаземленной нейтралью. Расчет тока КЗ вызван необходимостью проверки чувствительности защиты. Ток однофазного КЗ определяется по формуле

, (6.33)

где – фазное напряжение сети; – активное сопротивление трансформатора; , – активное сопротивление фазного и нулевого проводов; , – индуктивное сопротивление нулевой последовательности трансформатора и петли фаза-нуль.

Номинальный ток плавкой вставки предохранителя или ток срабатывания расцепителя автоматического выключателя, применяемых для защиты сетей, должен быть, по крайней мере, в 3 раза меньше этого тока КЗ.

При большой мощности источника питания ток однофазного короткого замыкания находится по выражению

, (6.34)

где – фазное напряжение; – полное сопротивление понижающего трансформатора токам однофазного КЗ; – полное сопротивление петли фаза-нуль.

Полное сопротивление понижающего трансформатора можно найти по выражению

, (6.35)

где , – индуктивное и активное сопротивления трансформатора токам прямой последовательности; , – индуктивное и активное сопротивления трансформатора токам обратной последовательности; , – индуктивное и активное сопротивления трансформатора токам нулевой последовательности.

Сопротивления прямой, обратной и нулевой последовательности трансформаторов приведены в таблице 6.1.

Таблица 6.1.

Сопротивления трансформаторов на напряжения 10(6)/0,4 кВ, мОм

Мощность, кВ·А	, %
Соединение обмоток «звезда/звезда»
	4,5	64,7	581,8	31,5	253,9
	4,5	41,7		16,6	150,8
	4,5	27,2	234,9	9,4	96,5
	4,5	17,1	148 7	5,5	55,6
	5,5	13,6	96,2	3,1	30,3
	5,5	8,5	60,6	2,0	19,1
		12,6	72,8	2,0	19,1	33,6
	5,5	4,9	37,8	1,3	11,9	16,6
Соединение обмоток «треугольник/звезда»
	4,5			36,3	36,3	75,3
	4,5			19,3	19,3
	4,5			10,7	10,7
	4,5			5,9	5,9	18,7
	5,5	13,5	13,5	3,4	3,4
	5,5	8,6	8,6	2,0	2,0
		12,65	12,65	1,9	1,9	12,8
	5,5	5,4	5,4	1,1	1,1	5,7

Сопротивления петли фаза-нуль можно определить, сложив соответствующие сопротивления фазного и нулевого проводов. Можно воспользоваться данными таблицы 6.2, где приводятся полные удельные сопротивления петли фаза-нуль различных кабелей. Для определения полного сопротивления необходимо полное удельное сопротивление умножить на длину кабеля до точки КЗ.

При расчете сопротивления петли фаза-нуль следует иметь в виду, что проводимость нулевого провода должна быть не ниже 50 % проводимости фазного провода. При необходимости проводимость нулевого провода может быть доведена до 100 %.

 

Таблица 6.2

Полное удельное сопротивление петли фаза-нуль четырехжильного кабеля с бумажной изоляцией, мОм/м.

Число жил и сечение	Значение для кабелей	Число жил и сечение	Значение для кабелей
медных АГ, АБ	алюминиевых ААГ, ААБ	медных АГ, АБ	алюминиевых ААГ, ААБ
3x6+1x4	7,74	7,49	3x70+1x35	0,61	0,87
3x10+1x6	3,06	4,73	3x95+1x50	0,48	0,69
Зх16+1х10	2,01	3,08	3x120 + 1x70	0,41	0,58
3x25+1x16	1,38	2,10	3x150 + 1x70	0,31	0,45
3x35+1x16	1,06	1,57	3x185 + 1x95	0,27	0,37
3x50+1x25	0,78	1,16