Как рассчитать однофазный ток короткого замыкания?

Расчет токов короткого замыкания (пример)

Здравствуйте, уважаемые читатели и посетители сайта «Заметки электрика».

У меня на сайте есть статья про короткое замыкание и его последствия. Я в ней приводил случаи из своей практики.

Так вот чтобы минимизировать последствия от подобных аварий и инцидентов, необходимо правильно выбирать электрооборудование. Но чтобы его правильно выбрать, нужно уметь  рассчитывать токикороткого замыкания.

В сегодняшней статье я покажу Вам как можно самостоятельно рассчитать ток короткого замыкания, или сокращенно ток к.з., на реальном примере.

Я понимаю, что многим из Вас нет необходимости производить расчеты, т.к. обычно этим занимаются, либо проектанты в организациях (фирмах), имеющих лицензию, либо студенты, которые пишут очередной курсовой или дипломный проект. Особенно понимаю последних, т.к. сам будучи студентом (в далеком двух тысячном году), очень жалел, что в сети не было подобных сайтов. Также данная публикация будет полезна энергетикам и электрикам для поднятия уровня саморазвития, или чтобы освежить в памяти когда-то прошедший материал.

Кстати, я уже приводил пример расчета защиты асинхронного двигателя. Кому интересно, то переходите по ссылочке и читайте.

Итак, перейдем к делу. Несколько дней назад у нас на предприятии случился пожар на кабельной трассе около цеховой сборки №10. Выгорел практически полностью кабельный лоток со всеми там идущими силовыми и контрольными кабелями. Вот фото с места происшествия.

Естественно, что никакой проектной документации у цеховых электриков по расчетам токов к.з. на эту линию не нашлось, и мне пришлось самому производить весь расчет, который я выкладываю в общий доступ.

Сбор данных для расчета токов короткого замыкания

Силовая сборка №10, около которой случился пожар, питается через автоматический выключатель А3144 600 (А) медным кабелем СБГ (3х150) от понижающего трансформатора №1 10/0,5 (кВ) мощностью 1000 (кВА).

В скобках около марки кабеля указано количество жил и их сечение (как рассчитать сечение кабеля). 

Не удивляйтесь, у нас на предприятии еще много действующих подстанций с изолированной нейтралью на 500 (В) и даже на 220 (В).

Скоро буду писать статью о том, как в сеть 220 (В) и 500 (В) с изолированной нейтралью установить счетчик. Не пропустите выход новой статьи — подпишитесь на получение новостей.

Понижающий трансформатор 10/0,5 (кВ) питается силовым кабелем ААШв (3х35) с высоковольтной распределительной подстанции № 20.

Некоторые уточнения для расчета тока короткого замыкания

Несколько слов хотелось бы сказать про сам процесс короткого замыкания. Во время короткого замыкания в цепи возникают переходные процессы, связанные с наличием в ней индуктивностей, препятствующих резкому изменению тока. В связи с этим ток к.з. во время переходного процесса можно разделить на 2 составляющие:

• периодическая (появляется в начальный момент и не снижается, пока электроустановка не отключится от защиты)
• апериодическая (появляется в начальный момент и быстро снижается до нуля после завершения переходного процесса)

Ток к.з. я буду расчитывать по РД 153-34.0-20.527-98.

В этом нормативном документе сказано, что расчет тока короткого замыкания допускается проводить приближенно, но при условии, что погрешность расчетов не составит больше 10%.

Расчет токов короткого замыкания я буду проводить в относительных единицах. Значения элементов схемы приближенно приведу к базисным условиям с учетом коэффициента трансформации силового трансформатора.

Цель — это проверить вводной автоматический выключатель А3144 с номинальным током 600 (А) на коммутационную способность. Для этого мне нужно определить ток трехфазного и двухфазного короткого замыкания в конце силовой кабельной линии.

Пример расчета токов короткого замыкания

Принимаем за основную ступень напряжение 10,5 (кВ) и задаемся базисной мощностью энергосистемы:

• базисная мощность энергосистемы Sб = 100 (МВА)
• базисное напряжение Uб1 = 10,5 (кВ)
• ток короткого замыкания на сборных шинах подстанции №20 (по проекту) Iкз = 9,037 (кА)

Составляем расчетную схему электроснабжения.

На этой схеме указываем все элементы электрической цепи и их параметры. Также не забываем указать точку, в которой нам нужно найти ток короткого замыкания. На рисунке выше я ее забыл указать, поэтому объясню словами. Она находится сразу же после низковольтного кабеля СБГ (3х150) перед сборкой №10.

Затем составим схему замещения, заменив все элементы вышеприведенной схемы на активные и реактивные сопротивления.

При расчете периодической составляющей тока короткого замыкания допускается активное сопротивление кабельных и воздушных линий не учитывать. Для более точного расчета активное сопротивление на кабельных линиях я учту. 

Теперь нам нужно найти реактивное и активное сопротивление каждого элемента цепи в относительных единицах и вычислить общее эквивалентное сопротивление схемы замещения от источника питания (энергосистемы) до точки к.з. (выделена красной стрелкой).

Определим реактивное сопротивление эквивалентного источника (системы):

Определим реактивное сопротивление кабельной линии 10 (кВ):

• Хо — удельное индуктивное сопротивление для кабеля ААШв (3х35) берем из справочника по электроснабжению и электрооборудованию А.А. Федорова, том 2, табл. 61.11 (измеряется в Ом/км)
• l — длина кабельной линии (в километрах)

Определим активное сопротивление кабельной линии 10 (кВ):

• Rо — удельное активное сопротивление для кабеля ААШв (3х35) берем из справочника по электроснабжению и электрооборудованию А.А. Федорова, том 2, табл. 61.11 (измеряется в Ом/км)
• l — длина кабельной линии (в километрах)

Определим реактивное сопротивление двухобмоточного трансформатора 10/0,5 (кВ):

• uк% — напряжение короткого замыкания трансформатора 10/0,5 (кВ) мощностью 1000 (кВА), берем из справочника по электроснабжению и электрооборудованию А.А. Федорова, табл. 27.6

Активным сопротивлением трансформатора я пренебрегаю, т.к. оно несоизмеримо мало по отношению к реактивному. 

Определим реактивное сопротивление кабельной линии 0,5 (кВ):

• Хо — удельное сопротивление для кабеля СБГ (3х150) берем из справочника по электроснабжению и электрооборудованию А.А. Федорова, табл. 61.11 (измеряется в Ом/км)
• l — длина кабельной линии (в километрах)

Определим активное сопротивление кабельной линии 0,5 (кВ):

• Rо — удельное сопротивление для кабеля СБГ (3х150) берем из справочника по электроснабжению и электрооборудованию А.А. Федорова, табл. 61.11 (измеряется в Ом/км)
• l — длина кабельной линии (в километрах)

Определим общее эквивалентное сопротивление от источника питания (энергосистемы) до точки к.з.:

Найдем периодическую составляющую тока трехфазного короткого замыкания:

Найдем периодическую составляющую тока двухфазного короткого замыкания:

Результаты расчета токов короткого замыкания

Итак, мы рассчитали ток двухфазного короткого замыкания в конце силовой кабельной линии напряжением 500 (В). Он составляет 10,766 (кА).

Вводной автоматический выключатель А3144 имеет номинальный ток 600 (А). Уставка электромагнитного расцепителя у него выставлена на 6000 (А) или 6 (кА). Поэтому можно сделать вывод, что при коротком замыкании в конце вводной кабельной линии (в моем примере по причине пожара) автомат уверенно сработал и отключил поврежденный участок цепи.

Еще полученные значения трехфазного и двухфазного токов можно применить для выбора уставок релейной защиты и автоматики.

В этой статье я не выполнил расчет на ударный ток при к.з. 

P.S. Вышеприведенный расчет был отправлен моему руководству. Для приближенного расчета он вполне сгодится. Конечно же низкую сторону можно было рассчитать более подробно, учитывая сопротивление контактов автоматического выключателя, контактных соединений кабельных наконечников к шинам, сопротивление дуги в месте замыкания и т.п. Об этом я как-нибудь напишу в другой раз.

Если Вам нужен более точный расчет, то можете воспользоваться специальными программами на ПК. Их в интернете множество.

Если статья была Вам полезна, то поделитесь ей со своими друзьями:

Источник: http://zametkielectrika.ru/raschet-tokov-korotkogo-zamykaniya/

Расчет токов короткого замыкания

Короткое замыкание между проводниками является опаснейшим явлением, как в электрической сети частного домовладения, так и в сложных разводках подстанций и питающих цепей мощного производственного оборудования. Короткое замыкание может стать причиной пожара и выхода из строя дорогостоящих электроприборов, поэтому расчёт токов короткого замыкания, является обязательным этапом перед осуществлением прокладки кабелей для различных потребителей электричества.

Кто занимается вычислением КЗ

Расчёт КЗ, производится квалифицированными специалистами, которые не только производят необходимые вычисления, но и несут ответственность за дальнейшую эксплуатацию электрического оборудования.

Домашние электрики также могут осуществить данные вычисления, но только при наличии начальных знаний о природе электричества, свойствах проводников и о роли диэлектриков, в их надёжной изоляции друг от друга.

При этом, полученный результат значения короткого замыкания, перед проведением электротехнических работ, необходимо перепроверить самостоятельно, либо воспользоваться услугами специализированных фирм, которые осуществляют данные вычисления на платной основе. Как рассчитать ток короткого замыкания используя специальные формулы, будет подробно описано далее.

Особенности расчёта

Расчёт токов трёхфазного оборудования производится с применением специальных формул.

Если расчёт тока трёхфазного короткого замыкания, необходимо сделать для электрических сетей напряжением до 1000 В, то необходимо учитывать следующие нюансы при проведении расчётов:

1. Трёхфазная система должна считаться симметричной.
2. Питание трансформатора принимается за неизменяемую величину, равную его номинальному значению.
3. Момент возникновения КЗ принято считать при максимальном значении силы тока.
4. ЭДС источников питания, удалённых на значительное расстояния от участка электрической сети, где происходит КЗ.

Также при вычислении параметров КЗ необходимо правильно посчитать результирующее сопротивление проводника, но делать это необходимо через приведение единого значения мощности.

Если производить расчёт сопротивления стандартными формулами известными из курса физики, то можно допустить ошибки, по причине неодинакового номинального напряжения в момент возникновения короткого замыкания для различных участков электрической цепи.

Выбор такой базисной мощности позволяет значительно упростить расчёты, и значительно повысить их точность.

Для сети переменного тока наприряжением 220 В, базисное напряжение будет равно 231 В.

Формулы вычисления трёхфазного замыкания

Расчёт токов коротких замыканий в электроэнергетических системах трёхфазного электричества производится с учётом особенности возникновения данного процесса.

Из-за проявления индуктивности проводника, в котором происходит короткое замыкание, сила КЗ изменяется не мгновенно, а происходит нарастание данной величины по определённым законам. Чтобы методика расчёта токов короткого замыкания позволила произвести высокоточные вычисления, необходимо высчитать все основные величины вносимые в расчётные формулы.

Часто для этой цели требуется воспользоваться дополнительными формулами или специальным программным обеспечением. Современные возможности вычислительной техники, позволяют осуществлять сложнейшие операций в считанные секунды. Методы расчёта токов короткого замыкания могут быть расширены применением специального программного обеспечения. В данном случае, может быть использована компьютерная программа, которая может быть написана любым квалифицированным программистом.

Если вычисление параметров КЗ в трёхфазной сети осуществляется вручную, то в для получения точного результата этого значения применяется формула:

где:Хвн — сопротивление между точкой короткого замыкания и шинами.Хсист — сопротивление всей системы по отношению к шинам источника.Uс — напряжение на шинах системы.

Если какой-либо показатель отсутствует при проведении расчётов, то его можно высчитать применив для этого дополнительные формулы, или следует применить специальные программы для компьютера.

В том случае, когда расчёт КЗ, необходимо произвести для сложной разветвлённой сети, производится преобразование схемы замещения. Для максимально упрощения вычислений схема представляется с одним сопротивлением и источником электричества.

Для упрощения схемы необходимо:

1. Сложить все показатели параллельно подключённого сопротивления электрических цепей.
2. Сложить последовательно подключённые сопротивления.
3. Вычислить результирующее сопротивлению, путём сложения всех параллельно и последовательно подключённых сопротивлений.

Расчёт однофазной сети

Расчет токов коротких замыканий в электроэнергетических системах однофазного напряжения допускает проведение упрощённых вычислений. Обычно, электроприборы тока однофазного не потребляют много электричества, и для надёжной защиты квартиры или дома от возникновения короткого замыкания, достаточно установить автоматический выключатель рассчитанный на величину срабатывания, равную 25 А. Если требуется
осуществить приблизительный расчёт однофазного короткого замыкания, то его производят по формуле:

гдеUf — напряжение фазы.Zt — сопротивление трансформатора, при возникновении КЗ.Zc — сопротивление между фазным и нулевым проводником.

Ik — однофазный ток короткого замыкания.

Вычисление параметров КЗ в однофазной цепи с использованием данной формулы производится с погрешностью до 10%, но в большинстве случаев этого достаточно для осуществления правильной защиты электрической сети. Основным затруднением для получения данных рассчитанных по этой формуле, является сложность в получении значения Zc. Если параметры проводника известны и переходные сопротивления также определены, то сопротивление между фазным и нулевым проводником рассчитывается по формуле:

x’ — внешнее индуктивное сопротивление цепи фаза-нуль, Ом.

Таким образом подставляя известные значения в формулы приведённые выше, легко найдём ток короткого замыкания для однофазной сети.

Вычисление параметров КЗ в однофазной сети осуществляется в такой последовательности:

1. Выяснится параметры питающего трансформатора или реактора.
2. Определяются параметры используемого проводника.
3. Если электрическая схема слишком разветвлена, то её следует упростить.
4. Определяется полное сопротивление можду «фазой» и «0».
5. Вычисляется полное сопротивление трансформатора или реактора, если данное значение нельзя получить из документации к источнику питания.
6. Значения подставляются в формулу.

Если вся последовательность действий была проведена верно, то таким образом можно рассчитать силу тока при возникновении КЗ в однофазной сети.

Вычисление КЗ по паспортным данным

Значительно упрощается задача по расчёту КЗ, если имеются паспортные данные реактора или трансформатора. В этом случае достаточно номинальные значения электричества и напряжения подставить в расчётные формулы, чтобы получить значение тока КЗ.

Сила и мощность КЗ могут быть определены по следующим формулам:

В данной формуле значение Iном равно номинальному току электрического трансформатора или реактора.

Определение тока КЗ в сети неограниченной мощности

Если необходимо рассчитать КЗ в системе, где мощность источника электричества несоизмеримо выше суммарной мощности потребителей электричества, то величину напряжения можно условно считать неизменной.

В таких условиях мощность электричества будет равна бесконечности, а сопротивление проводника — нулю. Данные условия могут быть применены только к таким расчётным условиям, когда точка короткого замыкания удалена на значительное расстояние от источника электричества, а результирующее сопротивление цепи в десятки раз превышает сопротивление системы.

Для электрической сети неограниченной мощности сила электрической напряжённости рассчитывается по формуле:

Ik=Ib/Xрезгде:Ik — сила тока короткого замыкания;Ib — базисный ток;

Хрез — результирующее напряжения сети.

Подставив значение в формулу можно получить значение параметров КЗ в сети неограниченной мощности.

Руководящие указания по расчёту токов короткого замыкания, изложенные в данной статье, содержат основные принципы, по которым определяется сила тока в проводнике в момент образования этого опасного явления.

Если возникает сложность в проведении данных расчётов самостоятельно, то можно воспользоваться услугами профессиональных инженеров-электриков, которые проведут все необходимые вычисления.

Расчёт токов короткого замыкания и выбор электрооборудования по совету профессионалов позволит гарантировать бесперебойное и безопасное использование электрических сетей в частном доме или на производстве.

Предыдущая новость Следующая новость

Источник: https://EvoSnab.ru/elektrotehnika/kz/raschet-tokov-korotkogo-zamykanija

Расчёт токов трёхфазного короткого замыкания

Ток трехфазного короткого замыкания рассчитывается по следующей формуле:

(3.8)

где ? общее сопротивление схемы до точки КЗ;

? ЭДС источника, кВ.

Расчет токов КЗ производим для максимального и минимального режима. В максимальном режиме сопротивление системы составляет о.е., а в минимальном Ом.

Короткое замыкание в точке К 1 при выключенной перемычке:

1) Максимальный режим:

о.е.;

=0,8 о.е.;

А.

2) Минимальный режим:

Ом;

кА.

Дальнейшие расчёты производим по описанному выше принципу, и результаты сводим в таблицу 3.1.

Расчёт токов двухфазного короткого замыкания

Ток двухфазного КЗ рассчитывается по следующей формуле:

, (3.9)

где ? общее сопротивление схемы до точки КЗ;

? базовое напряжение, кВ.

1) Максимальный режим:

кА;

2) Минимальный режим:

кА

Последующие расчёты сведены в таблицу 3.1.

Расчёт параметров схемы замещения для токов нулевой последовательности

Система токов нулевой последовательности резко отличается от системы токов прямой и обратной последовательностей, вследствие чего сопротивления нулевой последовательности в общем случае весьма отличаются от сопротивлений двух других последовательностей.

Определение достоверных сопротивлений нулевой последовательности представляет собой весьма сложную задачу. трудность связана с учётом распределения тока в земле [5]. Для упрощения, сопротивления нулевой последовательности будем определять из справочных данных в соответствии с материалом опоры, номинальным напряжением и расположением элементов [5]:

Берем среднее значение соотношения / для двухцепных линий равное 5,5, 0,9 для сопротивления системы, для нагрузки это соотношение берем 1, то есть сопротивление нагрузки остается таким же. Сопротивления обмоток автотрансформаторов, установленных на подстанции, оставляем без изменения.

Релейная защита и автоматика — это совокупность устройств, служащих для быстрого выявления и отделения (отключения) от электроэнергетической системы, поврежденных или работающих в ненормальном режиме элементов этой системы в результате короткого замыкания с целью сохранения нормальной работоспособности остальной системы в целом. Коротким замыканием будем называть любой ненормальный режим работы системы.

В ходе эксплуатации любого электроэнергетического объекта или его проектирования, большое внимание оказывается возможности возникновения ненормального режима или повреждения (к.з.). Для сведения вероятности повреждений к минимуму и их своевременному ликвидированию, приходится производить огромные расчеты и установку РЗиА.

Без релейной защиты невозможна нормальная работа всей энергосистемы.

Особенно частовстречающиеся и опасные ненормальные режимы, это междуфазные короткие замыкания и замыкания фаз на землю при глухозаземленной нейтрали[6]. В электрических машинах и трансформаторах часто возникают замыкания между витками одной фазы.

Короткое замыкание ведет за собой нарушение энергоснабжения и нормальной работы системы в целом, что в свою очередь, может привести к асинхронной работе синхронных машин.

Так же, губительное воздействие на поврежденный участок и не только, оказывает электродинамическое и термическое действие тока короткого замыкания.

Для предупреждения развития аварии и уменьшения последствий уже произошедшей аварии необходимо очень быстро выявлять и отключать повреждения, зачастую это необходимо сделать за доли секунды. Человек просто физически не может этого сделать, это под силу только автоматике.

Релейная защита осуществляет непрерывный контроль за всеми элементами электроэнергетической системы, реагирует на возникновение аварийного или ненормального режима и воздействует на силовые выключатели, отключающие токи к.з.

Основными органами релейной защиты являются: пусковые и измерительные органы, а так же логическая часть.

Измерительные органы определяют место и характер повреждения и принимают решения о необходимости действия защиты. Измерительные органы также выполняются с помощью реле тока, напряжения, мощности и др.

Логическая часть — это схема, которая запускается пусковыми органами и, анализируя действия измерительных органов, производит предусмотренные действия (отключение выключателей, запуск других устройств, подача сигналов и пр.). Логическая часть состоит, в основном, из элементов времени (таймеров), логических элементов, промежуточных и указательных реле, дискретных входов и аналоговых выходов микропроцессорных устройств защиты.

В некоторых случаях выключатель и защита совмещаются в одном устройстве защиты и коммутации, например в виде плавкого предохранителя. подстанция автотрансформатор перенапряжение замыкание

Иногда в эксплуатации возникают ненормальные режимы, вызванные перегрузкой оборудования или внешними короткими замыканиями, возникающими в других элементах. При этом по неповреждённому оборудованию проходят значительные токи (сверхтоки), которые приводят к преждевременному старению изоляции, износу оборудования.

Сверхтоки, вызванные внешними кз, устраняются после отключения повреждённого элемента собственной защитой. От сверхтоков перегрузки на соответствующем оборудовании должна предусматриваться защита, действующая на сигнал. При этом оперативный персонал принимает меры к разгрузке оборудования или к его отключению.

При отсутствии постоянного дежурного персонала защита должна действовать на автоматическую разгрузку или отключение.

При этом устройства релейной защиты не должны действовать на отключение [6]. Для восстановления нормального режима предусматривается специальная противоаварийная автоматика (ПА), которая при возникновении качаний и возможном нарушении устойчивости работы осуществляет деление системы в определённых узлах на несинхронно работающие части.

Из этого следует, что одной релейной защиты недостаточно для обеспечения надёжности и бесперебойности электроснабжения.

Бесперебойная работа электроэнергетических систем обеспечивается применением ряда автоматических устройств: автоматического повторного включения (АПВ) линий, шин; автоматического ввода резерва (АВР), автоматической частотной разгрузки (АЧР); автоматического регулирования возбуждения синхронных генераторов (АРВ) и других. Работа многих из этих устройств тесно связана с работой релейной защиты; все они входят в кибернетическую систему управления при нарушениях нормальных режимов работы.

Page 3

К основным элементам подстанции относятся: отходящие линии, силовые трансформаторы, шины. Релейная защита и автоматика служат для устранения всевозможных повреждений и ненормальных режимов работы этих элементов.

Так основными видами повреждений трансформаторов, которые учитываются при выполнении их релейной защитой, являются однофазные и многофазные короткие замыкания в обмотках и на выводах, а также «пожар стали» магнитопровода. Однофазные повреждения бывают двух видов: на землю и между витками обмотки (витковые замыкания).

Основными ненормальными режимами работы являются внешние короткие замыкания, перегрузки, недопустимое понижение уровня масла (при заполнении бака маслом) и недопустимые повышения напряжения, например на неповреждённых фазах при незаземлённых нейтралях обмоток.

При возникновении наиболее опасных повреждений (многофазные и витковые короткие замыкания, а также однофазные замыкания со стороны сетей с глухозаземлённой нейтралями) защита должна без выдержки времени действовать на отключение выключателей трансформатора. Наличие выдержки времени не только ухудшает защиту трансформатора, но может также нарушить бесперебойную работу системы и ухудшить характеристики защит питающих сетей.

Основными видами повреждений линий электропередач являются: трёхфазные замыкания (замыкания между тремя фазами и трёхфазные замыкания на землю), двухфазные замыкания (замыкания между двумя фазами и двухфазные замыкания на землю), однофазные замыкания на землю, обрыв фазы.

На относительное число тех или иных видов повреждений и характер их протекания оказывает влияние режим работы нейтрали сети, время отключения повреждения и некоторые другие факторы.

Различают однофазные замыкания на землю в сетях с глухо (эффективно) заземлёнными нейтралями — однофазные короткие замыкания и однофазные замыкания в сетях с изолированными или заземлёнными через дугогасящие реакторы нейтралями, не являющиеся короткими замыканиями.

При выборе состава защит в данном проекте принимаем следующие допущения:

• 1. Разрабатывается только защита автотрансформаторов, защита отходящих линий электропередачи 330 — 500 кВ будет просто описана, защита шин не рассматривается.
• 2. Принятые схемные решения по выполнению защит базируются на основании типовых панелей.
• 3. Учитывая двухстороннее питание предполагается использование направленных защит.
• 4. Расчёты, связанные с выбором вторичных цепей (сечение кабельных жил по допустимым нагрузкам трансформаторов напряжения, погрешностям трансформаторов тока и т.п.) в проекте не приводятся.
• 5. Все схемные решения выполнены применительно к схемам питания от стационарных аккумуляторных батарей.

При расчёте уставок выбранных защит принимаются следующие положения:

• 1. Режимы работы оборудования основные и ремонтные. Устройства защиты в этих режимах должны обеспечить требования, предписанные ПУЭ как для зоны основного действия, так и резервного; ближнее и по возможности дальнее резервирование.
• 2. При возможности, либо технической нецелесообразности полного обеспечения защит во всех режимах принимаются технические решения о запрете отдельных ремонтных режимах или вводятся ограничения по составу оборудования в этих режимах.
• 3. Расчёты уставок, выполненные в данном проекте, приняты для основного режима и основных видах КЗ. Сложные виды КЗ (замыкания в двух точках, замыкания через переходные сопротивления и т.п.) не анализировались.
• 4. При расчёте уставок все расчёты приведены для среднего положения РПН на трансформаторах, влияние регулирования напряжения на токи КЗ не рассмотрено. При стабильном напряжении в сети данное допущение приемлемо.

Page 4

< Предыдущая СОДЕРЖАНИЕ Следующая > Перейти к загрузке файла

Согласно ПУЭ [2] для трансформаторов мощностью 6,3 МВА и более рекомендуется устанавливать следующие виды защит: 1. Газовая защита от повреждений внутри кожуха, сопровождающихся выделением газа и от понижения уровня масла. Газовая защита должна действовать на сигнал при слабом газообразовании и понижении уровня масла и на отключение при интенсивном газообразовании и дальнейшем понижении уровня масла. 2. Для защиты от повреждений на выводах, а также от внутренних повреждений: — Продольная дифференциальная токовая защита без выдержки времени; — Токовая отсечка без выдержки времени, устанавливаемая со стороны питания и охватывающая часть обмотки трансформатора, если не предусматривается дифференциальная защита. Указанные защиты должны действовать на отключение всех выключателей трансформатора. 3. Для защиты от токов в обмотках, обусловленных внешними многофазными короткими замыканиями с действием на отключение — максимальная токовая защита с комбинированным пуском напряжения или без него. При выборе тока срабатывания максимальной токовой защиты необходимо учитывать возможные токи перегрузки при отключении параллельно работающих трансформаторов. 4. На трансформаторах по условию необходимости резервирования отключения замыканий на землю на смежных элементах и по условию обеспечения селективности защит от замыканий на землю сетей разных напряжений должна быть предусмотрена токовая защита нулевой последовательности от внешних замыканий на землю. 5. В зависимости от вероятности и назначения возможной перегрузки следует предусматривать максимальную токовую защиту от токов, обусловленных перегрузкой, с действием на сигнал. На автотрансформаторах АОДЦТН-167000/500/330 с регулированием напряжения под нагрузкой приняты следующие защиты:Основные: — дифференциальная продольная токовая защита на реле ДЗТ — 11; — газовая защита активного бака автотрансформатора; — газовая защита контактора РПН; — контроль изоляции вводов 500кв; — дифференциальная защита ошиновки 500кв; — дифференциальная защита ошиновки 330кв; — токовая отсечка на стороне 35 кВ Резервные: — дистанционная защита 330 кВ первая и вторая ступени; — дистанционная защита 500 кВ первая и вторая ступени; — направленная трехступенчатая токовая защита нулевой последовательности (НТЗНП) 500кв; — направленная трехступенчатая токовая защита нулевой последовательности (НТЗНП) 330кв; — защита от неполнофазного режима (ЗНФР) 330кв; — защита от неполнофазного режима (ЗНФР) 500кв; — защита регулировочной обмотки; — отключение автотрансформатора от устройств пожаротушения. Защита от ненормальных режимов: — защита при потере охлаждения; — защита от перегрузки автотрансформатора; — контроль изоляции на стороне 35 кВ

  Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter

< Предыдущая СОДЕРЖАНИЕ Следующая >

Источник: https://studwood.ru/1659535/matematika_himiya_fizika/raschyot_tokov_tryohfaznogo_korotkogo_zamykaniya

10. Пример расчета токов КЗ в сети напряжением 0,4 кВ

Категория: И.Л. Небрат «Расчеты токов короткого замыкания в сетях 0,4 кВ»

Расчет токов КЗ – трехфазных, двухфазных, однофазных в сети 0,4 кВ схемы, приведенной на рис. 7

Рис.8 Расчетная схема к примеру

         Необходимо рассчитать токи КЗ в сети 0,4 кВ собственных нужд электростанции. Расчет выполняется для проверки отключающей способности автоматических выключателей, проверки кабельных линий на термическую стойкость, а также для выбора уставок токовых катушек автоматических выключателей и проверки их чувствительности.

       С этой целью выполняются расчеты металлических и дуговых КЗ трехфазных, двухфазных и однофазных.

   Расчетная схема представлена на рис.7

       Расчет выполняется в именованных единицах, сопротивления расчетной схемы приводятся к напряжению 0,4 кВ и выражаются в миллиомах. Параметры элементов расчетной схемы приводятся в таблицах Приложения 1

       Расчеты выполняются в соответствии с методикой рекомендованной ГОСТ 28249-93 на расчеты токов КЗ в сетях напряжением до 1 кВ.

       Короткие замыкания рассчитываются на шинах 0,4 кВ РУ (точка К1) и на вторичной силовой сборке за кабелем КЛ1 (точка К2).

       В данном примере расчеты дуговых КЗ выполняются с использованием снижающего коэффициента КС , поэтому переходные сопротивления контактов, контактных соединений кабелей и шинопроводов в расчетных выражениях для определения суммарного активного сопротивления R∑ не учитываются, эти сопротивления учтены при построении характеристик зависимости коэффициента Кс от полного суммарного сопротивления до места К3, Кс = ∫(Z∑), полученных экспериментальным путем. Характеристики Кс = ∫(Z∑) приведены на рис. 6.

Трансформатор

ТС3-1000/6,0, схема соединения обмоток ∆/Y0

Sк=1000 кВ•А, UН ВН=0,4 кВ,

Uк=8%.

Сопротивления трансформатора, приведены к UН ВН=0,4 кВ, определяются по таблице 1 Приложения 1:

R1=R2=R0=1.9 мОм,

X1=X2=X0=12.65 мОм.

Шинопровод III 1

IIIМА-4-1600, длина 15м.

Удельное параметры шинопровода по данным таблицы II Приложения1

R1 уд=0,03 мОм/м

прямая последовательность

X1 уд =0,014мОм/м

R0 уд=0,037 мОм/м

нулевая последовательность

X0 уд =0,042мОм/м

Трансформаторы тока ТТ1

Удельные параметры трансформатора тока по данным таблицы 14 Приложения1:

Ктт=150/5,

R1=R0=0,33 мОм,

X1=X0=0.3 мОм.

Кабельная линия КЛ1

АВВГ- (3*185+1*70),

   =100м.

Удельные параметры кабеля по данным таблицы 7 Приложения 1:

R1 уд=0,208 мОм/м

прямая последовательность

X1 уд =0,063мОм/м

R0 уд=0,989 мОм/м

нулевая последовательность

X0 уд =0,244мОм/м

Автоматический выключатель АВ1

Тип “Электрон” , IН =1000А.

Из таблицы 13 Приложения 1 определяем сопротивления катушек АВ1:

Rкв= 0,25 мОм,

Хкв= 0,1 мОм.

Автоматический выключатель АВ2

Тип А3794С, Iн= 400А.

Из таблицы 13 Приложения 1 определяем сопротивления катушек АВ2:

Rкв= 0,65 мОм,

Хкв= 0,17 мОм.

Расчет параметров схемы замещения

Все сопротивления расчетной схемы приводятся к Uбаз= 0,4 кВ.

Система

Сопротивление системы учитывается индуктивным сопротивлением в схеме замещения прямой последовательности. По формуле (3)

Трансформатор

Для трансформатора со схемой соединения обмоток ∆/Y0 активные и индуктивные сопротивления обмоток одинаковы для всех трех последовательностей

R1Т= R2Т= R0Т=1,9 мОм,

X1Т= X2Т= X0Т=12,65 мОм.

Шинопровод III 1

Сопротивление шинопровода III 1 определяем по известным удельным сопротивлениям шинопровода и его длине:

R1Ш= R2Ш= 0,03•15=0,45 мОм;

X1Ш= X2Ш= 0,014•15=0,21 мОм;

R0Ш= 0,037•15=0,555 мОм;

X0Ш= 0,042•15=0,63 мОм.

   Двухфазное КЗ

   Ток металлического двухфазного КЗ определяется по формуле :

   Полное суммарное сопротивление до точки К1 при двухфазном КЗ определяется по формуле :

мОм

   Определяем ток двухфазного металлического КЗ

кА

проверяем                           кА

   Расчет дугового двухфазного КЗ :

   Определяем коэффициенты КС1 и КС2.

для мОм       КС1 = 0,68, а   КС2 = 0,6

   Определяем токи двухфазного дугового КЗ

                                        tКЗ » 0

     tКЗ> 0,05 с.

Однофазное К3

Ток металлического однофазного К3 IКм(1) определяется по формуле IКм(1) =

Полное суммарное сопротивление цепи до точки К1 при однофазном К3 определяем по формуле

;

Предварительно определяем суммарные активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности до точки К1 из схемы замещения на рис.10.

R0∑=1,9+0,555+0,25=2,7 мОм

   X0∑=12,65+0,63+0,1=13,38 мОм

Определяем полное сумарное сопротивление цепи для однофазного К3

мОм

Определяем ток однофазного металлического К3

кА

Расчет дугового однофазного К3:

Определяем коэффициенты Кс1 и Кс2.

Для =14,65 мОм   Кс1=0,66 , а Кс2=0,58.

Определяем токи однофазного дугового К3

=15,66•0,66=10,33 кА   tкз ≈0

=15,66•0,58=9,1 кА   tкз>0,05 с

Расчет токов короткого замыкания для точки К2.

Трехфазное К3

Определяем суммарные активное и индуктивное сопротивления до точки К2 в соответствии со схемой замещения на рис. 9.

R1∑=0,33+1,9+0,455+0,25+0,65+20,8=24,38 мОм

X1∑=1.6+0.3+12.65+0.21+0.1+0.17+6.3=21.33 мОм

             Суммарное сопротивление

мОм

Определяем ток однофазного металлического К3

кА

Определяем токи дугового К3.

В соответствии с графиком для мОм

Коэффициенты Кс1 и Кс2 соответственно равны 0,74 и 0,67.

Определяем токи дугового К3

=7,14•0,74=5,28 кА   tкз ≈0

=7,14•0,67=4,78 кА   tкз>0,05 с

Определяем ударный ток iу = Ку· ·

По отношению    Ку = 1,05, тогда

iу=1,05··7,14=10,6 кА.

Двухфазное К3

Для расчета двухфазного К3 в точке К2 определяем следующие величины.

Полное суммарное сопротивление до точки К3 для двухфазного К3

мОм.

Ток двухфазного металлического К3

По кривым на рис. 6 коэффициенты снижения Кс1 и Кс2 при =37,44 мОм соответственно равны 0,78 и 0,69.

Токи двухфазного дугового К3

=6,17•0,78=4,81 кА   tкз ≈0

=6,14•0,69=4,26кА  tкз>0,05 с

Однофазное К3

Для расчета однофазного К3 в точке К2 определяем следующие величины:

Суммарные активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности относительно точки К2 в соответствии со схемой замещения нулевой последовательности (рис. 10):

R0∑=1,9+0,555+0,25+0,65+98,9=102,25 мОм

X0∑=12,65+0,63+0,1+0,17+24,4=38 мОм.

Полное суммарное сопротивление до места К3 при однофазном К3

Ток однофазного металлического К3

кА.

Определяем токи дугового К3

По кривым на рис. 6 коэффициенты снижения Кс1 и Кс2 при =57,2 мОм соответственно равны 0,82 и 0,72.

=4,04•0,82=3,31 кА   tкз ≈0

Все результаты расчетов токов К3 приведены в таблице 4, что представляется удобным для дальнейшего анализа, выбора уставок защитных аппаратов и проверки кабелей.

Результаты расчетов токов К3

Виды К3Точка К3
IКМкА	IКД НАЧкА	IКД УСТкА	iУДкА	IКМкА	IКД НАЧкА	IКД УСТкА	IКМкА	IКД НАЧкА	IКД УСТкА
К1	15,27	10,23	8,86	34,6	13,2	8,98	7,92	15,66	10,33	9,1
К2	7,14	5,28	4,78	10,6	6,17	4,81	4,26	4,04	3,31	2,91

Этот пример наглядно показывает, что аналитические методы расчетов токов К3 очень трудоемкий, особенно для электроустановок с большим количеством элементов 0,4 кВ. Поэтому еще раз обращаем внимание на необходимости освоения и более широкого применения для практических расчетов компьютерных программ, в том числе, программа, которая разработана на кафедре РЗА ПЭИпк и успешно используется на многих энергообьектах (описание программы см. на стр. 3).

Источник: http://rza001.ru/komarov/11-knigi/nebrat/53-10-primer-rascheta-tokov-kz-v-seti-napryazheniem-04-kv

Ток короткого замыкания: как рассчитать, таблица

Электрическая энергия несет в себе довольно высокую опасность, от которой не защищены ни работники отдельных подстанций, ни бытовые приборы. Ток короткого замыкания – это один из самых опасных видов электроэнергии, но существуют методы, как его контролировать, рассчитать и измерить.

Что это такое

Ток короткого замыкания (ТКЗ) – это резко возрастающий ударный электрический импульс. Главной его опасностью является то, что согласно закону Джоуля-Ленца такая энергия имеет очень высокий показатель выделения тепла. В результат короткого замыкания могут расплавиться провода или перегореть определенные электроприборы.

Фото – временная диаграмма

Он состоит из двух основных слагающих – апериодическая составляющая тока и вынужденная периодическая слагаемая.

Формула – периодическаяФормула – апериодическая

По принципу, сложнее всего измерить именно энергию апериодического возникновения, которая является емкостной, доаварийной. Ведь именно в момент аварии разница между фазами имеет наибольшую амплитуду. Также его особенностью является не типичность возникновения этого тока в сетях. Схема его образования поможет показать принцип действия этого потока.

Сопротивление источников из-за высокого напряжения при КЗ замыкается на небольшом расстоянии или «накоротко» – поэтому это явление получило такое название. Бывает ток короткого трёхфазного замыкания, двухфазного и однофазного – здесь классификация происходит по количество замкнутых фаз. В некоторых случаях, КЗ может быть замкнут между фазами и на землю. Тогда, чтобы его определить, нужно будет отдельно учитывать заземление.

Фото – результат КЗ

Также можно распределить КЗ по типу подключения электрооборудования:

Для полного объяснения этого явления предлагаем рассмотреть пример. Скажем, есть конкретный потребитель тока, который подключен к локальной линии электропередач при помощи отпайки. При правильной схеме общее напряжение в сети равно разнице ЭДС у источника питания и снижению напряжения в локальных электрических сетях. Исходя из этого, для определения силы тока короткого замыкания может использоваться формула Ома:

R = 0; Iкз = Ɛ/r

Здесь r –сопротивление КЗ.

Если подставить определенные значения, то можно будет определить ток замыкания в любой точке на всей линии электропередач. Здесь не нужно проверять кратность КЗ.

Способы расчета

Предположим, что замыкание уже произошло в трехфазной сети, к примеру, на подстанции или на обмотках трансформатора, как тогда производится расчет токов короткого замыкания:

Формула – ток трехфазного замыкания

Здесь U20 – это напряжение обмоток трансформатора, а ZT – сопротивление определенной фазы (которая была повреждена в КЗ). Если напряжение в сетях – это известный параметр, рассчитывать требуется сопротивление.

Каждый электрический источник, будь-то трансформатор, контакт аккумуляторной батареи, электрические провода – имеет свой номинальный уровень сопротивления. Иными словами, Z у каждого свое. Но они характеризуются сочетанием активных сопротивлений и индуктивных.

Также есть емкостные, но они не имеют значение при расчете токов высокой силы. Поэтому многими электриками используется упрощенный способ вычисления этих данных: арифметический расчет сопротивления постоянного тока на последовательно соединенных участках.

Когда эти характеристики известны, не составит труда по формуле ниже рассчитать полное сопротивление для участка или целой сети:

Формула полного заземления

Рассмотрим на примере, как рассчитать ток короткого замыкания аккумулятора с ЭДС 12 В и внутренним сопротивлением 0,01 Ом. Для начала потребуется формула Ома для полной цепи:

I = ε/r

Где ε – это ЭДС, а r – величина сопротивления.

I = ε/r = 12 / 10-2

Исходя из этого, сила при коротком замыкании этого аккумулятора равна 1200 Ампер.

Таким образом можно также рассчитать ток КЗ для двигателя, генератора и других установок. Но на производстве не всегда есть возможность рассчитывать допустимые параметры для каждого отдельного электрического устройства. Помимо этого, следует учитывать, что при несимметричных замыканиях нагрузки имеют разную последовательность, для учета которой требуется знать cos φ и сопротивление. Для расчета используется специальная таблица ГОСТ 27514-87, где указываются эти параметры:

Устройства	cos φ	Сопротивление, Ом
Последовательность прямая	Обратная
Синхронные электродвигатели высоковольтные	0,9	0,04+ j 0,22	0,04+ j 0,22
Асинхронные электродвигатели высоковольтные	0,9	0,06+ j 0,18	0,06+ j 0,18
Асинхронные электродвигатели низковольтные	0,8	0,09+ j 0,154	0,09+ j 0,154
Лампы накаливания	1,0	1,0	1,33
Газоразрядные источники света	0,85	0,85+ j 0,53	0,382+ j 0,24
Преобразователи	0,9	0,9+ j 0,44	1,66+ j 0,814
Электротермические установки	0,9	1+ j 0,49	0,4+ j 0,196

Также существует понятие односекундного КЗ, здесь формула силы тока при коротком замыкании определяется при помощи специального коэффициента:

Формула – коэффициент КЗ

Считается, что в зависимости от сечения кабеля, КЗ может пройти незаметно для проводки. Оптимальным является длительность замыкания до 5 секунд. Взято из книги Небрат «Расчет КЗ в сетях»:

Сечение, мм2	Длительность КЗ, допустимая для конкретного типа проводов
Изоляция ПВХ	Полиэтилен
Жилы медь	Алюминий	Медь	Алюминий
1,5	0,17	нет	0,21	нет
2,5	0,3	0,18	0,34	0,2
4	0,4	0,3	0,54	0,36
6	0,7	0,4	0,8	0,5
10	1,1	0,7	1,37	0,9
16	1,8	1,1	2,16	1,4
25	2,8	1,8	3,46	2,2
35	3,9	2,5	4,8	3,09
50	5,2	3	6,5	4,18
70	7,5	5	9,4	6,12
95	10,5	6,9	13,03	8,48
120	13,2	8,7	16,4	10,7
150	16,3	10,6	20,3	13,2
185	20,4	13,4	25,4	16,5
240	26,8	17,5	33,3	21,7

Эта таблица поможет узнать ожидаемую условную длительность КЗ в нормальном режиме работы, амперметраж на шинах и различных типах проводов.

Если рассчитывать данные по формулам нет времени, то используется специальное оборудование. К примеру, большой популярностью у профессиональных электриков пользуется указатель Щ41160 – это измеритель тока короткого замыкания фаза-ноль 380/220В. Цифровой прибор позволяет определить и рассчитать силу КЗ в бытовых и промышленных сетях. Такой измеритель можно купить в специальных электротехнических магазинах. Эта методика хороша, если нужно быстро и точно определить уровень тока петли или отрезка цепи.

Также используется программа «Аврал», которая быстро может определить термическое действие КЗ, показатель потерь и силу тока. Проверка производится в автоматическом режиме, вводятся известные параметры и она сама рассчитывает все данные. Это проект платный, лицензия стоит около тысячи рублей.

: защита электрической сети от короткого замыкания

Защита и указания по выбору оборудования

Несмотря на всю опасность этого явления, все же есть способ, как ограничить или свести к минимуму вероятность возникновения авариных ситуаций. Очень удобно использовать электрический аппарат для ограничения короткого замыкания, это может быть токоограничивающий реактор, который значительно снижает термическое действие высоких электрических импульсов. Но для бытового использования этот вариант не подойдет.

Фото – схема блока защиты от кз

В домашних условиях часто можно встретить использование автомата и релейной защиты. Эти расцепители имеют определенные ограничения (максимальный и минимальный ток сети), при превышении которых отключают питание. Автомат позволяет определять допустимый уровень ампер, что помогает повысить безопасность. Выбор производится среди оборудования с высшим классом защиты, нежели нужно. Например, в сети 21 ампер рекомендуется использовать автомат для отключения 25 А.

Обсудить на форуме ОЦЕНИТЬ: (6 4,67 из 5)
Загрузка…

Источник: https://www.asutpp.ru/tok-korotkogo-zamykaniya.html