Мета заняття: Навчитися розраховувати струми короткого замикання в електричних мережах напругою понад 1000В методом практичних та відносних одиниць
ТЕОРЕТИЧНІ ПОЛОЖЕННЯ
Коротким замиканням називається будь-яке, не передбачене нормальними умовами роботи, замикання між фазами, а в мережах із заземленою нейтраллю також замикання однієї або декількох фаз на землю (або на нульовий провід).
Найпростішим видом короткого замикання (к.з.), із точки зору сприйняття процесу, є симетричне трифазне коротке замикання. При такому к.з. опір усіх трьох фаз до точки к.з. буде однаковим.
До несиметричних к.з. можна віднести двофазне, двофазне через землю і однофазне к.з.. Останній вид к.з. може спостерігатися лише в мережах із заземленою нейтраллю.
Розрахунок струмів к.з. виконують для вибору струмоведучих частин та електричних апаратів, для перевірки їх на термічну та електродинамічну стійкість, для проектування, налаштування та перевірки на чутливість релейного захисту, для вибору засобів обмеження струмів.
Для визначення максимальних струмів к.з. в заданих точках мережі приймають ряд припущень:
– всі джерела живлення включені і працюють із номінальним навантаженням;
– всі синхронні генератори електростанцій оснащені пристроями автоматичного регулювання збудження (АРЗ) і мають форсування збудження;
– розрахункова напруга кожного ступеня мережі на 5% більша від номінальної;
– насичення магнітних систем відсутнє;
– для всіх елементів мережі враховується лише реактивний опір. Активний опір враховується лише тоді, коли його значення перевищує 0,33 індуктивного;
– струмами намагнічування трансформаторів нехтують;
– опір в місці к.з. приймається рівним нулю;
– при к.з. поблизу електростанцій частота обертання генераторів залишається незмінною.
Для розрахунку струмів к.з. необхідно скласти розрахункову схему електричної мережі (рисунок 9.1). Струми к.з. в мережі 10 кВ необхідно розраховувати в наступних точках:
– точка К1 (шини 10 кВ РТП 35(110)/10 кВ) – для вибору та перевірки на термічну та електродинамічну стійкість високовольтного вимикача (масляного, вакуумного та ін.), роз’єднувачів, шин, трансформаторів струму, а також для розрахунку параметрів релейного захисту обладнання підстанції та лінії;
– точкаК2 (шини 10 кВ найближчої до районної підстанції
споживчої ТП 10/0,4 кВ) – для розрахунку релейного захисту (струмової відсічки лінії);
– точкаК3 (шини 10 кВ будь-якої споживчої ТП 10/0,4 кВ, що проектується) – для вибору роз’єднувача і запобіжників на ТП 10/0,4 кВ;
– точкаК4 (шини 10 кВ віддаленої споживчої ТП 10/0,4 кВ) – для розрахунку параметрів релейного захисту лінії 10 кВ.
     |
Рисунок 9.1 – Розрахункова схема електричної мережі (приклад)
При визначенні струмів к.з., використовують один із двох методів:
1) метод практичних (іменованих) одиниць – параметри схеми виражають в іменованих одиницях (омах, амперах, вольтах та ін.);
2) метод відносних (умовних) одиниць – параметри схеми виражають в частках або відсотках від величини, що прийнята в якості основної (базисної).
Метод практичних одиниць застосовують для розрахунку струмів к.з. відносно простих електричних мереж із невеликою кількістю ступенів трансформації.
Методом відносних одиниць зручніше користуватися при розрахунку струмів к.з. в складних електричних мережах із декількома ступенями трансформації напруги.
Розрахунок струмів к.з. проводиться в наступній послідовності:
- вибирається метод розрахунку та розрахункові умови;
- складається розрахункова схема мережі;
- для розрахункової схеми складається еквівалентна схема
заміщення;
- визначається опір елементів схеми заміщення в практичних або іменованих одиницях;
- еквівалентна схема заміщення зводиться до простішого виду;
- визначаються результуючі опори до точок к.з.;
- визначаються значення струмів к.з. в розрахункових точках.
В електроустановках напругою понад 1000 В активний опір елементів мережі враховується тільки у випадках, коли виконується умова:
, (9.1)
де 
– відповідно активний та реактивний результуючий опір усіх елементів мережі, Ом.
Кожний елемент мережі необхідно виразити відповідним опором (рисунок 9.2).
Для того щоб знайти еквівалентний опір мережі необхідно привести всі опори елементів мережі до однієї напруги, яку називають базисною.
За базисну напругу приймають, як правило напругу того ступеню, де знаходиться точка к.з. Базисна напруга визначається як:
. (9.2)
 | |||||
 | |||||
 | |||||
Рисунок 9.2 – Схема заміщення електричної мережі (рисунок 9.1)
Опір елементів електричної мережі в практичних одиницях приведений до базисної напруги визначають за наступними виразами:
– опір лінії:
, (9.3) 
, (9.4)
де 
, 
– відповідно питомий активний та індуктивний опори лінії, Ом/км;
l – довжина лінії, км;
– середня номінальна напруга ступеня з якого виконується перерахунок, кВ; 
;
– опір трансформатора:
, (9.5)
де 
– напруга короткого замикання трансформатора, %;
– номінальна потужність трансформатора, МВА;
– опір генератора:
, (9.6)
де 
– індуктивний опір генератора у відносних одиницях;
– номінальна потужність генератора, МВА.
Результуючий опір мережі до точки короткого замикання:
(9.7)
де 
– сума активних опорів елементів мережі до точки к.з., Ом;
– сума реактивних опорів елементів мережі до точки к.з., Ом.
Для складних схем користуються методом відносних одиниць. В цьому випадку всі величини схеми виражають у відносних одиницях
(в частках) від базисних величин. В якості основної базисної величини приймають базисну потужність. Базисна потужність приймається рівною довільному значенню або, для зручності розрахунку, кратною 10 МВА (10, 100, 1000 та ін.).
Базисні величини пов’язані між собою наступними виразами:
(9.8) 
; (9.9)
, (9.10) 
. (9.11)
Опір елементів електричної мережі у відносних одиницях приведений до базисних умов визначають за наступними виразами:
– опір лінії:
(8.12) 
, (9.13)
де 
– базисна напруга і -го ступеню мережі, кВ.
– опір трансформатора:
; (9.14)
– опір генератора:
. (9.15)
Якщо опір елементу схеми задається в іменованих одиницях то перевести його у відносні базисні одиниці можна за виразом:
, (9.16)
де 
– базисна потужність, МВА.
Результуючий опір мережі до точки к.з.:
(9.17)
Якщо відомо потужність або струм короткого замикання в місці приєднання до системи, то крім опорів схеми, що розглядалися вище, до схеми заміщення заносять також опір системи (від джерела живлення до місця приєднання сільської електричної мережі).
Опір системи в практичних одиницях визначають за виразами:
; (9.18)
, (9.19)
де 
– потужність трифазного к.з. на шинах системи, МВА.
– струм трифазного к.з. на шинах системи, кА.
Опір системи у відносних одиницях визначають за виразами:
; (9.20)
. (9.21)
Струм трифазного к.з. визначається за наступними виразами:
В практичних одиницях:
, (9.22) 
. (9.23)
У відносних одиницях:
(9.24) 
. (9.25)
Ударний струм трифазного к.з. (миттєве значення) визначається за виразом:
, (9.26)
де 
– ударний коефіцієнт;
– при коротких замиканнях на шинах 35 та 10 кВ підстанцій із напругою вищого ступеня 110 кВ і більше 
= 1,8;
– при к.з. на шинах 35 та 10 кВ підстанцій з вищим ступенем напруги 35 кВ = 1,5;
– при к.з. у розподільних мережах напругою 10 кВ, на шинах 10 кВ споживчих підстанцій 10/0,4 кВ та в низьковольтних мережах напругою 0,38/0,22 кВ = 1.
Діюче значення повного струму трифазного к.з. за перший
період визначається за виразом:
(9.27)
Для мереж напругою 10 та 0,38 кВ 
, тоді для таких мереж справедливо, що
Струм двофазного к.з. (мінімальний струм к.з. в мережах напругою 6…35 кВ):
. (9.28)
Потужність трифазного к.з. визначається за наступними виразами:
– в практичних одиницях:
, (9.29)
– у відносних одиницях:
. (9.30)
КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ
1. Що називається коротким замиканням?
2. Які наслідки виникнення струмів к.з. в мережі?
3. Які є види коротких замикань?
4. З якою метою розраховують струми к.з. в електричних мережах?
5. Які методи розрахунку струмів к.з. існують?
6. В яких випадках для розрахунку струмів к.з. використовують метод іменованих (практичних) одиниць?
7. В яких випадках для розрахунку струмів к.з. використовують метод відносних (умовних) одиниць?
8. Порядок розрахунку струмів к.з.
9. Як приводяться опри мережі до базисних умов.
10. Що таке розрахункова схема мережі?
11. Що таке еквівалентна схема мережі?
12. Як враховується активний опір елементів при розрахунку струмів к.з. в мережах напругою понад 1000В?
13. Як визначаються опори окремих елементів мережі?
14. Як враховується опір системи електропостачання?
ЛІТЕРАТУРА
2 с. 168-194, 429-432; 3 с. 172-194, 458, 470, 473; 4 с.179-196, 498, 510, 513; 5 с. 204-224; 6 с.169-195; 7 с.218-226; 8 с. 101-126; 9 с175-185; 10 с.137-154.
Задача 9.1
Визначити струм та потужність трифазного короткого замикання в точках К1 та К2 електричної мережі, що наведена на рисунку 9.3. Активним опором елементів мережі знехтувати. Вихідні дані для розрахунку наведені на схемі (рисунок 9.3). Задачу розв’язати методом практичних та відносних одиниць.
Рисунок 9.3 – Розрахункова схема електричної мережі
РОЗВ’ЯЗАННЯ:
За розрахунковою схемою (рисунок 9.3) складаємо еквівалентну схему заміщення мережі і зводимо її до простішого виду (рисунок 9.4).
Рисунок 9.4 – Еквівалентні схеми заміщення мережі
