2.4 Расчёт токов короткого замыкания

Основной причиной нарушения нормального режима работы системы электроснабжения является возникновение короткого замыкания (КЗ) в сети или в элементах электрооборудования в следствии повреждения изоляции или неисправных действий обслуживающего персонала.

Короткое замыкание является всякое случайное или предусмотренное, предусмотренное нормальным режимом, электрическое соединение токоведущих частей отдельных фаз между собой, а в установках с заземлённой нейтралью также с землёй или с нулевым проводом.

Причинами КЗ являются механическое повреждение изоляции, её пробой из-за перенапряжения или старения, обрыва, набросы и схлёстывание проводов ВЛ, ошибочные действия персонала и тому подобное. В следствии КЗ в цепях возникают опасные для элементов сети токи, которые могут вывести из троя. Поэтому для обеспечения надёжной работы электрооборудования, устройств релейной защиты и автоматики (РЗиА), электрической сети в целом производится расчёт токов КЗ.

Для снижения ущерба, обусловленного выходом из строя электрооборудованияпри протекании токов КЗ, а также для быстрого становления нормального режима работы системы электроснабжения необходимо правильно определять токи КЗ и по ним выбирать электрооборудование, защитную аппаратуру и средства ограничения токов КЗ.

2.4.1 Составление схемы замещения

Для расчёта токов КЗ составляем расчётную схему системы электроснабжения и на её основе схему замещения, которые приведены соответственно на рисунках 2.1 и 2.2

Расчётная схема представляет собой упрощённую однолинейную схему, на которой указываются все элементы электроснабжения и их параметры влияющие на ток КЗ. Здесь же указываются точки, в которых надо определить ток КЗ.

Схема замещения представляет собой электрическую схему, соответствующую расчётной схеме, в которой все магнитные связи заменены электрическими и все элементы системы электроснабжения заменены сопротивлениями.

Начальным шагом в расчёте токов КЗ будет определение сопротивления отдельных элементов сети, приведённых к базисным условиям. В связи с отсутствием данных по энергосистеме, принимаем систему бесконечной мощности S_c = ; X_c = 0 Ом.

Рисунок 2.1- Расчётная схема сети

Рисунок 2.2 - Схема замещения

_{Сопротивление воздушных линий:}

_(2.22)

Ом,

, (2.23)

Ом.

Сопротивление автотрансформатора.

Сопротивления для трансформатора установленного на подстанции 500/220/110/10 кВ «Демьянское» рассчитаны и приведены в таблице 2.3

Таблица 2.3. Сопротивления трансформаторов АОДЦТН- 167000/500/220/10

Тип трансформатора	SН.Т., МВ*А	Напряжение обмоток, кВ			UКЗ, %			ΔРк, Вар
		ВН	СН	НН	ВН-СН	ВН-НН	СН-НН	ВН-СН	ВН-НН	СН-НН
АОДЦТН -167000/500/220	167	500	230	11	11	35	21,5	340	100	80

Активные сопротивления ветвей схемы замещения (фазных обмоток):

_{, (2.24)}

_{, (2.25)}

где – активные сопротивления соответственно фазных обмоток ВН, СН и НН;

– потери короткого замыкания соответствующих пар обмоток, кВт.

Ом,

Ом.

Индуктивные сопротивления схемы замещения (фазных обмоток):

_{, (2.26)}

_{, (2.27)}

где – номинальные напряжения короткого замыкания соответствующих пар обмоток,в %.

Ом,

Ом.

Сопротивление реактора:

Параметра реактора установленного на подстанции 500/220/110/10кВ «Демьянское» приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2. характеристики реактора РСТ 10-1600 [5]

Тип реактора	Номинальный ток реактора, А	Номинальное индуктивное сопротивление, Ом	Номинальные потери реактора, кВт	Удельные потери реактора, Вт/кВ·А одинарного
РСТ 10-1600	1600	0,35	41,4	17

Сопротивления двигателей:

Сопротивления синхронных двигателей подключенных к РУ 10 кВ «НПС-3» находятся по формуле:

, (2.28)

где X_*d – реактивное сопротивление СД или АД в относительных единицах, представляющее собой отношение падения напряжения на данном сопротивлении при номинальном токе к номинальному сопротивлению. X_*d = 0,2;

S_НОМ – полная номинальная мощность двигателя.

Реактивное сопротивление каждого из двигателей подключаемых к РУ 10 кВ НПС-3:

,

.

Сопротивления кабельных линий:

Ом,

,

Ом.

Общее сопротивление двух последовательно включенных элементов находится по формуле:

. (2.29)

Общее сопротивление двух параллельно включенных элементов находится по формуле:

. (2.30)

Активные и реактивные сопротивления вычисляются аналогично.

Схема замещения составлена, все ее параметры вычислены и приведены в таблице 2.3, перейдем к расчету токов КЗ для точки К1.

Периодическая составляющая тока трёхфазного КЗ в точке К1 от системы:

.

Постоянная времени схемы определяется как отношение суммарного реактивного сопротивления схемы к суммарному активному:

.

Ударный коэффициент определяется по формуле:

.

Ударный ток:

.

Ток КЗ в точке К1 должен рассчитываться с учетом подпитки от синхронных двигателей подключенных к РУ 10 кВ.

Периодическая слагающая тока трёхфазного КЗ в точке К1 от синхронных двигателей:

.

Постоянная времени:

.

Ударный коэффициент:

.

Ударный ток КЗ от двигателей:

.

Результирующий ток КЗ в точке К1 от системы и от синхронных двигателей по первому закону Кирхгофа:

.

Ударный ток КЗ:

.

Результаты расчёта токов КЗ в точках приведены в таблице 2.4.

Таблица 2.4 - Расчёт токов трёхфазного КЗ ЗРУ 10 кВ НПС-3 «Демьянское»

Точка КЗ	Uб, кВ	Сопротивления, Ом			Iк, кА	kуд	iуд, кА
		RΣ	ХΣ	ZΣ
К1c	10,5	0,28	0,85	0,89	6,8	1,36	13,08
К1М	10,5	0,02	0,69	0,691	8,77	1,913	23,73
К1Σ	10,5				15,57		36,81