Электрооборудование, шинные конструкции и проводники, выбранные по условиям нормального режима, должны быть также устойчивыми при электродинамических и термических действиях токов короткого замыкания.
ПУЭ предписывают, какие виды электрического оборудования должны выбираться с учетом электродинамической и термической устойчивости при коротких замыканиях. К ним в первую очередь относятся электрические аппараты высокого напряжения станций и подстанций, шины, кабели, изоляторы. Провода воздушных линий, как правило, по условиям короткого замыкания не проверяются. В установках напряжением до 1 000 В требования устойчивости при коротких замыканиях предъявляются только к главным и распределительным щитам, предохранителям и автоматическим выключателям. Для электрических аппаратов в качестве справочной информации приводятся значения предельного тока электродинамической стойкости. Аппарат пригоден для установки в данной цепи, если его амплитудное значение тока эллектродинамической стойкости I ДИН равно или превышает ударный ток I УД(3) трехфазного короткого замыкания:
I ДИН ³ I УД(3). (10.22)
Шинннопровод будет обладать электродинамической стойкостью, если соблюдаются условия:
s МАХ ³ [ s Д ]; F МАХ ³ [ F Д ]; (10.23)
где s МАХ и [ s Д ], F МАХ и [ F Д ] - максимальные и допустимые значения напряжений [ МПа ] в шинах и усилий [ Н ] на изоляторы.
Максимальное напряжение s МАХ в материале шины и нагрузка F МАХ на изолятор высокожесткого шинопровода при трехфазном коротком замыкании определяют по формулам:
; ; (10.24)
где - максимальное усилие [ Н ], возникающее при трехфазном коротком замыкании;
L - длина проводника [ м ] (между опорами),
W - момент сопротивления [ м 3 ] поперечного сечения шины определяемые по таблице 10.2;
l и b - табличные коэффициенты, зависящие от условий опирания (закрепленея) шин;
а - расстояние [ м ] между осями проводников (шин);
К Ф и К РАСП - коэффициенты формы и взаимного расположения проводников (шин);
I УД(3) - ударный ток [ кА ] трехфазного короткого замыкания.
Таблица 10.2 - Момент сопротивления W [ м 3 ] поперечного сечения шины
Сечение шин | Рачяетные формулы |
Y b h | W Y = b h 2 / 6 |
b Y Х h | W Y = h b 2 / 6 |
Y y Х b h | W Y = b h 2 / 3 |
Y d DX | W Y = p(D 4 - d 4) / 32 D |
Силовые кабели и также провода воздушных линий электропередач достаточно устойчивые конструкции к возникающим механическим усилиям и на электродинамическую стойкость не проверяются.
Защитные аппараты дополнительно проверяются на отключающую способность - способность отключить ток короткого замыкания, которая характеризуется номинальным током отключения I НОМ ОТКЛ, который должен быть больше или равен начального действующего значения периодической
составляющей тока трехфазного короткого замыкания I П0(3): I НОМ ОТКЛ ³ I П0(3). (10.25)
Термическое воздействие тока короткого замыкания I КЗ в произвольный момент времени t на проводники и электрические аппараты в течении расчетного времени продолжительности короткого замыкания t ОТКЛ определяется тепловым импульсом В k (Джоулевым интегралом):
В k = tОТКЛ ò0 (I КЗ)2 dt; (10.26)
Для определения теплового импульса В k в электрических сетях систем электроснабжения можно воспользоваться выражением:
В k = (I П0(3))2(t КЗ + Т А); (10.27)
где I П0(3) - действующего значения периодической составляющей тока трехфазного короткого замыкания [ кА ];
t КЗ - время протекания тока короткого замыкания [ с ];
Т А - постоянная времени затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания. [ с ].
В справочной литературе приводят ток I ТС и время t ТС термической стойкости аппаратов, которые термически стойки, если выполняется условие:
I ТС2 × t ТС ³ В k. (10.28)
Критерием термической стойкости проводников являются допустимые температуры нагрева их токами короткого замыкания (таблица 10.3).
Таблица 10.3 - Предельно допустимые температуры t ДОП нагрева проводников ° C при коротком замыкании
Виды проводников | t ДОП, ° С |
Шины алюминиевые | |
Кабели с бумажной изоляцией на напряжение, кВ 6-10 110-220 | |
Кабели и изолированные провода с изоляцией: из поливинилхлорида резины сшитого полиэтилена | |
Не изолированные провода | 160...200 |
..
Условие термической стойкости определяет выражение:
q К £ q ДОП; (10.29)
где q К и q ДОП - конечная и допустимая температура ° С проводника в режиме короткого замыкания.
Для соблюдения условия термической стойкости проводников при коротком замыкании определяют минимальное сечение проводника по условию термической стойкости (S ТЕР.МИН [ мм 2 ]). Термическая стойкость проводника обеспечивается, если площадь его сечения (S) удовлетворяет неравенству: S ³ S ТЕР.МИН . (10.30)
Если нагрузка проводника до короткого замыкания близка к продолжительно допустимой, то минимальное сечение проводника S ТЕР МИН , термически стойкого при коротком замыкании, определяет выражение:
; (10.31)
где С Т - параметр термической стойкости (таблицы 10.4-10.6).
Таблица 10.4 – Параметр термической стойкости С Т кабелей
Характеристика кабеля | C Т, [ А × с1/2/мм2], |
Кабель напряжением до 10 кВ с медными жилами с алюминиевыми жилами | |
Кабели и провода с резиновой и ПВХ изоляцией медный алюминиевый | |
Кабели и провода с полиэтиленовой изоляцией медный алюминиевый |
Таблица 10.5 – Параметр термической стойкости С Т жестких шин
Система легирования | Материал проводника или марка сплава | C Т, [ А × с1/2/мм2], при начальной температуре, °С | ||
— | Медь | - | - | |
А1 | АДО | |||
АД1Н | ||||
АДОМ. АД 1М | ||||
Al-Mg-Si | АД31Т1 | |||
АД31Т | ||||
АДЗЗТ1 | ||||
АДЗЗТ | ||||
АВТ1 | ||||
АВТ | ||||
Al-Zn-Mg | ||||
1915, 1915Т | ||||
Al-Mg-Мn | АМг5 |
.
Местом короткого замыкания для расчетов токов короткого замыкания при проверке элементов системы электроснабжения на термическую и динамическую стойкость является: для электрических аппаратов — выходные клеммы сразу за аппаратом; для кабельных линий — клеммы в начале линии.
Таблица 10.6 – Параметр термической стойкости С Т проводов
Материал провода | Марка провода | С Т, [ А × с1/2/мм2], при температуре, °С | ||
Медь | М | - | ||
Алюминий | А, АКП, Ал, АпКП | - | ||
Алюминиевый сплав | АН, АНКП | - | ||
АЖ, АЖКП | - | |||
Алюминий – сталь | АСК, АпС, АСКС, АпСКС, АпСК, АС, АСКП | - |
Пренебрегая переходным сопротивлением контактов электрических аппаратов при проверке указанных элементов на действие токов короткого замыкания, расчетной точкой короткого замыкания можно считать сборные шины распределительного устройства, к которым присоединены электрические аппараты, с которых уходят кабельные линии электропередачи.