Общие сведения Расчетный ток короткого замыкания (КЗ) определяется исходя из условия повреждения в таких точках рассматриваемой системы электроснабжения, в которых при КЗ аппараты и проводники находятся в наиболее тяжелых условиях – при этом релейная защита должна обеспечивать надежное и селективное отключение при минимальных токах КЗ. Основным расчетным видом является симметричное трехфазное КЗ.
Для ограничения тока КЗ в системах электроснабжения применяется: раздельная работа линий, раздельная работа трансформаторов и секционирование сборных шин на всех ступенях электроснабжения.
При расчетах токов КЗ не считаются с кратковременными видоизменениями схемы, такими, как включение резервного трансформатора на параллельную работу (на двухтрансформаторных подстанциях). При расчете токов КЗ на подстанциях с двумя секциями шин должен учитываться режим работы обеих секций от одного трансформатора или ввода с учетом подпитки места КЗ от всех двигателей, подключенных к обеим секциям шин.
Для упрощения вычислений активными сопротивлениями проводников, электрических машин, трансформаторов и других элементов пренебрегают – учитываются только индуктивные сопротивления.
Рекомендуется токи КЗ в карьерных сетях рассчитывать в системе относительных базисных величин. Мощность электрической системы допускается принимать равной бесконечности. Для определения сопротивления системы необходимо иметь данные о токах и мощности КЗ или отключающую способность электрических аппаратов на вводах подстанций.
Токи КЗ, поступающие к расчетной точке КЗ от крупных синхронных и асинхронных электродвигателей рекомендуется определять в соответствии с [11] с использованием типовых кривых затухания периодических составляющих токов короткого замыкания для асинхронных и синхронных двигателей (рис. 7.1− 7.2)
Современные быстродействующие электрические защиты и аппараты способны отключать токи КЗ через 0,05 и 0,1 с. – поэтому токи КЗ рекомендуется определять для моментов времени 0; 0,05; 0,1; 0,2; ∞ с.
Рис. 7.1.Типовые кривые для асинхронных электродвигателей
Рис. 7.2. Типовые кривые для синхронных электродвигателей
Для получения расчетной схемы замещения все элементы схемы электроснабжения замещают соответствующими сопротивлениями, выраженными в относительных базисных единицах (табл.7.1): базисная мощность принимается равной мощности основного источника питания или равной 100, 1000 МВА; базисное напряжение для каждой ступени принимается на 5% выше номинального линейного напряжения сети. На схеме замещения сопротивления элементов схемы нумеруются в виде дроби: в числителе номера элементов схемы замещения; в знаменателе числовые значения приведенных индуктивных сопротивлений в относительных базисных величинах.
Таблица 7.1
Определение сопротивлений элементов электроснабжения в базисных единицах
| Элемент системы электроснабжения | Исходный параметр | Сопротивление элемента, отн. ед |
| Генератор | x”d*н SН.Г, МВА | 
|
| Энергосистема | SК, МВА IН.ОТК, кА x*Н.С, SН.С | 
|
| Трансформатор двухобмоточный | UК, % SН.Т, МВА | 
|
| Автотрансформа- тор и трехобмо- точный трансформатор (схема замещения - звезда) | UК,В-С, % UК,В-Н, % UК.С-Н, % SН.Т, МВА | 
|
| Трансформатор с расщепленной обмоткой низшего напряжения | UК.В-Н, % SН.Т, МВА | 
 
|
| Элемент системы электроснабжения | Исходный параметр | Сопротивление элемента, отн. ед |
| Реактор | xP, %; UН.Р,кВ; IН.Р, кА; xP, Ом | 
|
| ЛЭП | xУД, Ом/км, l, км | 
|
| Синхронные и асинхронные электродвигатели | 
SН.Д, МВА
|  ,
где  = 0,2
|
При упрощенных расчетах целесообразен следующий порядок вычислений: составляется однолинейная расчетная схема с указанием всех элементов сети и их номинальных характеристик, используемых при вычислении токов КЗ; на расчетной схеме выбираются расчетные точки КЗ; принимаются базисные условия (мощность Sб и напряжение Uб) и по ним вычисляется базисный ток Iб; приводятся сопротивления всех элементов схемы, выраженные в относительных единицах, к базисной мощности (табл. 6.1); составляется упрощенная схема замещения; определяется результирующее, отнесенное к базисной мощности сопротивление до точки КЗ 
; определяется ток короткого замыкания от электрической системы; определяются результирующие относительные базисные сопротивления от каждого двигателя до расчетных точек КЗ; определяются относительные начальные значения периодических составляющих токов КЗ и относительные номинальные начальные значения периодических составляющих токов КЗ от каждого из двигателей, для всех расчетных точек; определяются коэффициенты затухания периодических составляющих токов КЗ от каждого из двигателей до каждой точки КЗ по типовым кривым для асинхронных и синхронных двигателей; определяются периодические составляющие токов КЗ от двигателей для расчетных моментов времени; определяются ударные токи и мощности КЗ.
Порядок расчета
Составляется расчетная схема и схема замещения.
Расчеты токов КЗ рекомендуется сводить в табл. П.5.1. В столбцы таблицы вписываются следующие величины:
1 – номер точки КЗ – K1, K2,...KN;
2 – приводится наименование места КЗ;
3 – режим работы энергосистемы мах или min (соответственно для максимального или минимального тока КЗ от энергосистемы);
4 – номинальное напряжение электрической сети в рассматриваемой точке КЗ;
5 – базисный ток определяемый по формуле 
;
6 – результирующие относительные базисные реактивные сопротивления соответственно от электрической системы до точек КЗ и от двигателей до точек КЗ
x*рез(б) = x* 1 (б) + x* 2 (б) + x* 3 (б) + x*n(б);
7 – наименования источников питания точек КЗ (система, электродвигатели);
8 – мощность системы или двигателей 
, питающих точку КЗ, МВА;
9 – сверхпереходная ЭДС 
: для синхронных двигателей 1,074; для асинхронных двигателей 0,93; для электрической системы в упрощенных расчетах не указывается;
10 – относительное начальное значение периодической составляющей тока
КЗ 
;
11 – относительное номинальное начальное значение периодической составляющей тока КЗ
;
12, 13, 14, 15 – коэффициенты затухания периодической составляющей тока КЗ 
; 
; 
; 
соответственно для моментов времени 0; 0,05; 0,1; 0,2 с. по кривым (рисунок 7.1− 7.2);
16, 17, 18, 19, 20, 21 – периодические составляющие тока КЗ от электрической системы и от двигателей:
– ток КЗ от электрической системы
, кА;
– токи КЗ от двигателей:
, кА;
, кА;
, кА;
, кА;
, кА; – для синхронных двигателей принимается 
, а для асинхронных двигателей принимается равным нулю.
, кА– ударный ток от всех источников подпитки точки КЗ
22 – мощность короткого замыкания в период времени 
: 
, МВА.
Пример 8. Определить токи короткого замыкания в расчетных точках для схемы распределения электроэнергии рис. 7.3.
Рис.7.3. Схема распределения для расчета токов КЗ
Токи трехфазного КЗ на стороне 35 кВ в точке К1 КТП-4000/35/6 составляют:
кА; 
кА.
Решение. Расчет выполняем в системе относительных базисных величин. Составляем схему замещения рис.7.4.
Рис.7.4. Схема замещения электрической сети
для расчета токов КЗ
1. Принимаем базисную мощность 
МВА.
2. Определяем максимальную и минимальную мощность короткого замыкания на стороне 35 кВ КТП – 4000/35/6:
, МВА;
, МВА,
где Uc = 1,05 Uн = 1,05×35 = 36,75 кВ – среднее напряжение.
3. Относительные базисные сопротивления системы (на схеме замещения рис. 6 – элемент № 1)
, о. е.;
, о. е.
4. Относительное базисное сопротивление трансформатора ТМН-4000/35/6 (на схеме замещения элемент № 2)
, о. е.,
где 
- напряжение короткого замыкания трансформатора по справочной литературе Sном, тр = 4,0 МВА – номинальная мощность трансформатора.
5. Базисный ток в сети 6 кВ карьера
, кА
где 
кВ.
6. Результирующее относительное базисное сопротивление от системы до точки К2
, о.е.;
, о. е.
7. Ток КЗ в точке К2 от электрической системы в любой момент времени
кА;
кА.
8. Относительное базисное сопротивление участка № 1 воздушной (ВЛ) линий
, о.е.
где 
Ом/км – удельное индуктивное одного километра воздушной линии электропередачи, принимаемое в упрощенных расчетах одинаковым для любых сечений проводников; для кабельных линий 
Ом/км.
В табл. 7.2 приводятся относительные базисные сопротивления для всех участков линий расчетной схемы.
Таблица 7.2
| Сопротивления участков линий | ||||||
| Номер участка сети | Номер элемента на схеме замещения | Длина ВЛ или КЛ, км | худ, Ом/км | Sб, МВА | Uб, кВ | 
|
| 1 ВЛ | 0,7 | 0,4 | 6,3 | 0,705 | ||
| 11 - 12 ВЛ | 0,8 | 0,4 | 6,3 | 0,806 | ||
| 12 ВЛ | 0,2 | 0,4 | 6,3 | 0,202 | ||
| 12 КЛ | 0,25 | 0,08 | 6,3 | 0,0504 | ||
| 13 ВЛ | 0,3 | 0,4 | 6,3 | 0,302 | ||
| 13 КЛ | 0,25 | 0,08 | 6,3 | 0,0504 |
9. Относительное базисное сопротивление асинхронного двигателя № 1
, о.е.,
где 
- сверхпереходное индуктивное сопротивление двигателя, которое в упрощенных расчетах можно принимать для всех двигателей одинаковым равным 0,2 о.е.;
МВА,
где 
- номинальная мощность электродвигателя кВт; 
- номинальный коэффициент мощности электродвигателя.
В табл. 7.3 приводятся относительные базисные сопротивления всех сетевых высоковольтных электродвигателей экскаваторов
Таблица 7.3
| Относительные базисные сопротивления электродвигателей | |||||||
| Механизм, в котором стоит двигатель | Номер элемента на схеме замещения | Х"d | Pн, кВт | cosjн | Sн, МВА | Sб, МВА |  о.е.
|
| № 1 ЭКГ-5А | 0,2 | 0,9 | 0,278 | 71,942 |
10. Результирующее базисное относительное сопротивление от двигателя экскаватора № 1 до точки КЗ К2 по схеме замещения
, о. е.
11. Относительное начальное значение периодической составляющей тока КЗ 1 в точке К2 от электродвигателя экскаватора № 1
, о. е.
12. Относительное номинальное начальное значение периодической составляющей тока КЗ от электродвигателя экскаватора № 1
, о. е.
13. Коэффициенты затухания периодической составляющей тока КЗ для моментов времени 0; 0,05; 0,1; 0,2 с. по кривым рис. 4 и рис. 5:
; 
; 
.
14. Периодические составляющие тока КЗ от от двигателя для моментов времени 0; 0,05; 0,1; 0,2 с
, кА;
, кА
, кА
, кА
= 0, кА при времени t = ¥ ток от асинхронного двигателя принимается равным нулю.
15. Ток ударный iу = 2,55 Iпt=0 = 2,55×0,106 = 0,27 кА.
16. Мощность короткого замыкания в период времени t = 0,2
МВА.
Результаты расчета приведены в табл.П. 4.1
