5. Розрахунок струмів короткого замикання

5.1. Методичні рекомендації до розрахунку

Коротке замикання (КЗ) - це ненавмисне електричне з’єднання струмоведучих частин 2-х 3-х фаз ( або однієї фази з землею у разі заземленої нейтралі) внаслідок аварійної ситуації в системі електропостачання (механічне ушкодження, електричний пробій ізоляції і таке ін.)

У разі КЗ опір ланцюга від джерела живлення до точки з єднання струмоведучих частин стрімко знижується, а струми в елементах короткозамкненого ланцюга зростають до небезпечних величин і перевищують струми нормального режиму навантаження в десятки разів. Для того, щоб уникнути ушкодження елементів ланцюга схеми за час його вимкнення вимикачем під дією релейного захисту (долі секунди), визначають очікувані параметри КЗ (струми, потужність), щоб правильно вибрати апарати за термічною і електродинамічною стійкістю до струмів КЗ.

Струми КЗ залежать від потужності енергосистеми (джерела живлення), від еквівалентного внутрішнього опору джерела та опору ланцюга до точки КЗ. Значення їх опорів зазвичай надаються у відносних одиницях. З цієї причини розрахунок струмів КЗ доцільно виконувати у відносних базисних одиницях , тобто в одиницях, що приводять до довільної базисної потужності S_б, кратної десяти (10;100;1000мВА). За базисні напруги U_бі, приймають номінальні напруги трансформаторів і-х ступенів напруги системи (0.4 - 0.69 - 6.3 - 10.5 - 36.5 -115кВ). Базисні (умовні) струми на і-му ступені напруги визначають за співвідношенням

За базисними величинами струму КЗ і-го ступеню напруги та сумарним опором у відносних базисних одиницях (в б. о.) до точки КЗ визначають параметри короткого замикання:

а) діюче значення струму трифазного КЗ для і-ої точки ланцюга

б) потужність трифазного короткого замикання в і-ій точці

в) струм двофазного короткого замикання

в) миттєве значення ударного струму КЗ через півперіоду (0.01с) після виникнення КЗ

де k_У- ударний коефіцієнт, що вибирається за кривою залежності k_У=ƒ(х/r). Згідно з [1,2] для мереж високої напруги приймають k_У=1.8;

д) діюче значення повного струму КЗ

де .

Значення k_у та q наведені в [1] табл. 6.1 згідно якої можливо прийняти: k_у=1,8; q=1.52 для мережі 6 - 10 кВ.

Слід зауважити, що звичайно розрахунки КЗ виконують для найнесприятливіших очікуваних умов. Отже, допускаючи, що потужність енергосистеми необмежена, а напруга в мережі при КЗ залишається незмінною, то діючі значення надперехідного струму КЗ (І''), усталеного (І_∞) та струму трифазного КЗ І_К^(З) можна вважати рівними

між собою: І′′= І_∞= І_k^(З) .

Для того, щоб виконати розрахунки параметрів КЗ потрібно скласти схему заміщення (Д6.1-Д6.2) розрахункової однолінійної схеми електропостачання та визначити опір елементів схеми у відносних базових одиницях. Формули приведення параметрів елементів розрахункової схеми до параметрів у в.б.о. наведені в табл. Д7.1

5.2. Розрахункова схема та схема заміщення.

Розрахункову схему складають в однолінійному зображенні на базі вихідної. До її складу входять: джерела живлення, трансформатори лінії, реактори та електродвигуни, як такі, що додатково можуть підживлювати точку КЗ. На розрахунковій схемі показують основні параметри елементів схеми: потужність S та напругу КЗ u_R% трансформаторів; довжини та перерізи ліній; параметр завдання системи (S_НОМ.С.; x_C; S_K; І_ВИМ або І_К^(З)); характерні точки схеми, для яких потрібно виконати розрахунки параметрів КЗ.

За розрахунковою схемою складають схему заміщення, де всі її елементи замінюють опорами у в.б.о.. Далі, у разі необхідності, спрощують схему шляхом заміни послідовних, паралельних та інших з'єднань опорів еквівалентними [2]. Наприклад, еквівалентний опір послідовно з'єднаних елементів у в.б.о. виконуються таким же чином, як і з опорами в абсолютних величинах:

де - еквівалентний повний опір;

- індуктивний опір від джерела до точки КЗ;

- активний опір від джерела до точки КЗ.

Звичайно, якщо , то активним опором такого елемента можна знехтувати. В мережах 6 - 10кВ дана нерівність практично завжди виконується і активний опір можна не враховувати.

Приклад складання схеми заміщення розрахункової схеми з двохобмотковими трансформаторами показано на рис. Д6.1., а з триобмотковими трансформаторами - на рис. Д6.2. Схема заміщення двохобмоткового з розщепленою вторинною обмоткою відрізняється від триобмоткового лише умовним зображенням в схемі та параметрами напруги КЗ.

Принцип приведення опорів елементів схеми до відносних одиниць (в.б.о.), що наведено в табл. Д 7.1, полягає в наступному [1]:

а) у разі, коли елемент заданий в іменованих одиницях, наприклад ліній (Х₀L, Ом), опір у в.б.о.: