Расчёт токов короткого замыкания необходим для выбора аппаратуры и проверки элементов электроустановок на электродинамическую и термическую устойчивость, проектирования и наладки релейной защиты.
Короткое замыкание - это аварийное состояние электроустановки, которую при возникновении короткого замыкания необходимо отключить. Основная причина возникновения коротких замыканий - нарушение изоляции между фазами или между фазами и землёй.
В месте короткого замыкания возникает электрическая дуга с очень высокой температурой (свыше 10 000 градусов Цельсия). Дуга оплавляет металлические части, повреждает изоляцию и может вызвать серьёзные разрушения, если её вовремя не отключить.
Для расчёта токов короткого замыкания составляем расчётную схему.
 | |||||
 |  | ||||
 | |||
 | |||
По расчётной схеме составляем эквивалентную схему замещения
 |
 |
Расчёт ведём методом относительных единиц.
Определяем сопротивление каждого элемента схемы в относительных единицах.
Определяем сопротивление энергосистемы:
Х с = S б / S к.з.с., (5.1)
Где S б - базисная мощность. За базисную мощность принимаем удобное для вычислений число.
S б = 100 МВА.
S к з с - мощность короткого замыкания энергосистемы. По материалам исходных данных:
S к з с = 350 МВА
Х с = 100 / 350 = 0,28
Определяем базисный ток в точке короткого замыкания К 1
I б = S б /√ 3 * U, А (5.2)
I б = 100 000 / 1,73 * 37 = 1 562,25 А
U - среднее напряжение равное 37 кВ
Определяем ток трёхфазного короткого замыкания в точке К 1
I к з = I б / Z. A (5.3)
Z = X. R = 0. X = X с.
I к з = 1 562,25 / 0,28 = 5 579,48 А
Определяем ток двухфазного короткого замыкания в точке К 1
I 2 к з = 0,87 * I 3к з (5.4)
I 2 к з = 0,87 *5 579,48 = 4 854,1 А
Определяем ударный трёхфазного короткого замыкания в точке К 1
I 3у = К у * √ 2 * I 3к з , кА (5.5)
Где К у - ударный коэффициент, в данном случае равный 1,8.
I 3у = 1,8 * 1,41 * 4 854,1 = 12,3 кА
Определяем ток трёхфазного короткого замыкания в точке К 2.
Определяем индуктивное и активное сопротивление до точки К 2
Х л = Х 0 * L * S б /U 2 с р , (5.6)
Где Х 0 - удельное индуктивное сопротивление провода АС – 70.
Х 0 = 0,4 Ом / км.
L - длина ЛЭП – 35. L = 18,5 км
Х л = 0,4 * 18,5 * 100 / 37 2 = 0,54
Определяем активное сопротивление ЛЭП – 35 кВ
R л = R 0 * L * S б / U 2с р , (5.7)
Где R 0 - удельное активное сопротивление провода АС – 70
R 0 = 0.42 Ом / км.
R л = 0,42 * 18,5 * 100 / 37 2 = 0,56
Определяем полное сопротивление до точки короткого замыкания К 2
Z = √ ∑ X 2 + ∑ R 2 (5.8)
∑ X = X с + Х л (5.9)
∑ Х = 0,28 + 0,54 = 0,82
∑ R = R л = 0,49
Z = √ 0.96 2 + 0.49 2 = 0.98
I б = 1 562,25 А
Определяем токи короткого замыкания в точке К 2
I 3к з = 1562,25 / 0,99 = 1578 А
I 2к з = 0,87 * 1 578 = 1 372,88 А
I 1к з = U * L / 350. A (5.10)
I 1 к з = 35 * 18,5/350 = 1,85 А
I 3у = 1,8 * 1,41* 1578 = 4 кА.
Определяем мощность короткого замыкания в точке К 2
S 3к з = √ 3 * I 3к з * U, МВА (5.11)
S 3к з = 1,73 * 1578 * 35 = 96, МВА.
6. ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ ЛЭП И ПРОВЕРКА ЕГО НА АВАРИЙНЫЙ РЕЖИМ
Надёжная и экономичная работа электрических аппаратов и токоведущих частей может быть обеспечена лишь при их правильном выборе по условиям работы как в длительном режиме (нормальном), так и в режиме короткого замыкания.
Для длительного режима аппараты выбирают по номинальному напряжению, допускаемому нагреву при длительном протекании тока, конструктивному исполнению, типу установки и условиям окружающей среды.
При выборе оборудования по номинальному напряжению должно быть соблюдено условие:
U н.а. ≥ U н.уст., (6.1)
где U н.а. - номинальное напряжение аппарата, кВ;
U н. уст. - номинальное напряжение установки, кВ.
Проверка электрических аппаратов на термическую устойчивость производится по условию:
В н ≤ I 2 т.н. * t т. н. (6.2)
где В к - тепловой импульс тока.
В к = I к.з.(3) 2 * (t о + t а), (6.3)
где I к.з.(3) 2 - максимальный ток трёхфазного короткого замыкания, кА;
t o + t a - длительность короткого замыкания, с
Для электродинамической устойчивости необходимо соблюдать условие:
I у (3) ≤ i max, (6.4)
Где i у(3) - ударный ток трёхфазного короткого замыкания, кА.
i max - амплитудное значение тока, гарантированное заводом.
I 2 * t = 1,578 2 * 2 = 4,98 кА
I у(3) = 4 кА
I к.з.(3) = 1,578 кА
I р.max = 34,35 А
U н = 35 кВ
Выбираем оборудование ОРУ - 35 кВ.
Для включения и отключения электрических цепей без тока или с незначительным током и для видимого разрыва электрических цепей выбираем разъединители типа РАНДА -10/630 и проверяем его на аварийный режим.
Выбор разъединителя сводим в таблицу 6.1
Таблица 6.1
Выбор разъединителя
Разъединитель проходит по всем параметрам.
Для отключения обесточенных цепей или тока намагничивания трансформаторов выбираем отделители типа ОД - 35 / 630
Выбор отделителя сводим в таблицу 6.2
Таблица 6.2
Выбор отделителя
| Техническая характеристика ОД – 35 / 630 | Ед. изм. | Расчётные параметры сети | Ед. изм. |
| Номинальное напряжение - 35 | кВ | Напряжение сети - 35 | кВ |
| Номинальный ток - 630 | А | Расчётный ток - 26,42 | А |
| Максимальный ток - 80 | кА | Ударный ток к. з. - 4 | кА |
| Ток термической устойчивости - 12,5 | кА | Ток термической устойчивости расчётный - 5,08 | кА |
Отделитель проходит по всем параметрам
Для создания искусственного короткого замыкания в электрической сети выбираем короткозамыкатель типа КЗ – 35 У
Выбор короткозамыкателя сводим в таблицу 6.3
Таблица 6.3
Выбор короткозамыкателя
| Техническая характеристика короткозамыкателя КЗ - 35 | Ед. изм. | Расчётные параметры сети | Ед. изм. |
| Номинальное напряжение - 35 | кВ | Напряжение сети - 35 | кВ |
| Максимальный ток - 42 | кА | Ударный ток к. з. - 4 | кА |
| Ток термической устойчивости - 12,5 | кА | Ток термической устойчивости расчётный - 5,08 | КА |
Короткозамыкатель проходит по всем параметрам.
Для включения и отключения тока выбираем выключатель
Таблица 6.4
Выбор выключателя
| Техническая характеристика выключателя типа С – 35М | Ед. изм. | Расчётные параметры сети | Ед. изм. |
| Номинальное напряжение - 35 | кВ | Напряжение сети - 35 | кВ |
| Номинальный ток - 630 | А | Расчётный ток сети - 26,42 | А |
| Ток термической устойчивости - 10 | кА | Ток термической устойчивости расчётный - 5,08 | кА |
| Ток максимальный - 20 | кА | Ударный ток к. з. - 4 | кА |
| Ток отключения номинальный - 10 | кА | Ток короткого замыкания - 1,5 | кА |
Параметры принятого выключателя соответствуют расчётным данным
Выбираем измерительные трансформаторы тока типа ТФЗМ - У1
Техническая характеристика
U н = 35 кВ
I 1 н = 50 А
I 2 н = 5 А
К т.т. = 50 / 5 = 6
Класс точности - 0,5
Выбираем измерительные трансформаторы напряжения типа 3 НОЛ - 35
Техническая характеристика
U 1 н = 35 кВ
U 2 н = 100 В
Класс точности = 0,5Всё оборудование соответствует условиям выбора и может быть принято к установке.
