Для выполнения расчетов токов КЗ необходимо составить схему замещения электрической сети. Под схемой замещения понимается схема, в которой элементы электрической сети (электроприемники, линии, трансформаторы и т.п.) представлены их активными и индуктивными сопротивлениями (в соответствии с вышеизложенными допущениями для конкретной сети), источники мощности – ЭДС и их сверхпереходными сопротивлениями. При расчетах токов КЗ сетей до 1 кВ в схемах замещения учитываются активные, индуктивные сопротивления ВЛ и КЛ, шинопроводов, активные сопротивления контактов коммутационных аппаратов. Величины сопротивлений для некоторых элементов электрических сетей приведены в приложении А, табл. А.8, А.9, [8, 10].
Параметры схемы замещения приводятся к расчетному напряжению точки к. з. с использованием коэффициента трансформации силовых трансформаторов, связывающих сети разных напряжений. Так для приведения сопротивления питающей сети напряжением 10 кВ к напряжению расчетной точки КЗ в сети 0,4 кВ, Ом,
, (2.11)
где Хс10) = - эквивалентное сопротивление питающей системы, приведенное к расчетному напряжению сети 10 кВ;
Кт = – коэффициент трансформации трансформатора;
U BH – номинальное напряжение обмотки высокого напряжения трансформатора, кВ;
U НH – то же обмотки низкого напряжения, кВ.
Sк – см. (1.13), МВА.
Сопротивление двухобмоточного трансформатора в схеме замещения (рис.2.2- а) определяется по его паспортным данным следующей формулой, Ом,
(2.12)
где - номинальное напряжение трансформатора, кВ,
SТH - номинальная мощность трансформатора, МВА.
Активное сопротивление трансформатора определяется по паспортным данным потерь мощности при КЗ ΔР КЗ, кВт, (Приложение Б.1, Б.2, [6, 10]):
R T = ΔР КЗ(U н/ S TН)2 (2.13)
Трехобмоточные трансформаторы представляются трехлучевой схемой замещения (рис.2.2-б), в которой сопротивление каждого луча определяется по паспортным значениям для каждой пары обмоток.
ХВ |
ХТ |
ХН |
ХС |
RВ |
RH |
RC |
RN |
a) |
б) |
Рис.2.2 – Упрощенные схемы замещения трансформаторов (не учтен шунт намагничивания): а – двухобмоточного, б – трехобмоточного (Т-образная). |
(2.14)
где
(2.15)
В (2.15) , , - паспортные значения напряжений короткого замыкания между парами обмоток, приведенные к номинальному напряжению обмотки ВН трансформатора. При перерасчете параметров схемы на напряжение точки к.з. сопротивления, полученные по (2.15) должны быть пересчитаны с учетом Кт аналогично (2.11). Аналогично по паспортным значениям потерь мощности КЗ между соответствующими парами обмоток ΔР КВ-Н, ΔР К В-C и ΔР К C-H определяются активные сопротивления R T.В, R T.С, R T.Н, Ом:
;
; (2.16)
,
где ΔР К В = 0,5(ΔР К В-Н + ΔР К B-C – ΔР КC-H); | (2.17) |
ΔР К C = 0,5(ΔР К В-C + ΔР К C-H – ΔР К B-H); | |
ΔР К H = 0,5(ΔР К В-H + ΔР КCH – ΔР К B-C), кВт |
Данные схемы не учитывают влияние системы намагничивания, которое незначительно для трансформаторов мощностью до 63 МВА, используемых в системах электроснабжения предприятий.
При выполнении расчетов учитывают подпитку точки КЗ от мощных двигателей (приводов компрессоров, насосов и др.), если эти двигатели непосредственно подключены к точке КЗ или установлены в непосредственной близости. Для расчетов токов подпитки точки КЗ синхронными генераторами и синхронными двигателями в схему вводятся величины их сверхпереходных сопротивлений по продольной оси, обозначаемые х''d. Величина х''d задается в паспортных данных агрегатов в процентах или относительных единицах. Перевод в именованные единицы выполняется по формуле
, (2.18)
где U H, P H, cosφ H – номинальные (паспортные) данные электрической машины. Для упрощения расчетов токов КЗ допускается в сетях 0,4 кВ подпитку от асинхронных двигателей принимать равной 7-кратному номинальному току.
Расчетная схема замещения эквивалентируется относительно точки КЗ с использованием методов параллельного, последовательного и других способов преобразования схем, известных из курса электротехники. Расчетный установившийся ток в точке трехфазного КЗ определяется по формуле
Iк(3) = U КН / кА (2.19)
где U КН – напряжение в точке КЗ, кВ. При расчетах напряжение в точке КЗ, а также напряжение на шинах источника принимается на 5% выше расчетного номинального напряжения сети, т.е при расчете в сети 10 кВ U КН = 11кВ и т.д.,
Zрез = - полное результирующее сопротивление расчетной схемы относительно точки КЗ.