7 Расчет токов короткого замыкания

В электрических сетях могут возникать различные виды коротких замыканий (КЗ). Все электрооборудование должно быть устойчивым к токам КЗ и выбираться с учетом этого тока.

Основными причинами возникновения КЗ могут быть:

повреждение изоляции отдельных частей электроустановок;
неправильные действия обслуживающего персонала;
перекрытие токоведущих частей установки.

Для предотвращения КЗ и уменьшения их последствий необходимо:

устранить причины, вызывающие КЗ;
уменьшить время действия защиты, действующей при КЗ;
применять быстродействующие выключатели;
правильно вычислить величину токов КЗ и по ним выбирать соответствующую аппаратуру.

При выполнении расчетов введем ряд упрощений:

не учитываем сдвиг по фазе ЭДС различных источников питания, входящих в расчетную схему;
трехфазную сеть принимаем симметричной;
не учитываем токи нагрузки;
не учитываем емкостные токи кабельных и воздушных линий;
не учитываем насыщение магнитных систем (считаем индуктивные сопротивления всех элементов сети постоянными и независящими от протекающего тока);
не учитываются токи намагничивания трансформаторов;
в сетях напряжением выше 1000 В не учитываем активные сопротивления элементов.

Принятые допущения позволяют произвести расчет с точностью, не выходящей за допустимые 10%.

Расчет токов КЗ выполняем в нижеприведенном порядке.

1) Для рассматриваемой установки составляем расчетную схему (рисунок 7.1). Она представляет собой однолинейную схему электрической сети с электрическими аппаратами и проводниками, подлежащими выбору и проверке по условиям КЗ. В расчетную схему включаем все синхронные электродвигатели выше 1000 В, трансформаторы, ВЛ и КЛ, связывающие источники питания с местом КЗ. Для решения задачи проверки и выбора аппаратов и проводников по условиям КЗ, расчетную схему составляем таким образом, чтобы ток КЗ в выбираемом или проверяемом элементе сети был наибольшим. Этому случаю соответствует максимальный режим работы питающей энергосистемы. Так как в схеме электроснабжения предусмотрена раздельная работа питающих источников на сборные шины 10 кВ (в нормальном режиме секционный выключатель 10 кВ ГПП отключен), то за расчетный режим принимаем режим, когда один трансформатор отключен, а секционный выключатель 10 кВ ГПП включен. При этом все высоковольтные электродвигатели находятся в работе. Однотипные (одинаково соединенные с точкой КЗ) электродвигатели на расчетной схеме изображаем в виде одного эквивалентного электродвигателя, номинальная мощность которого равна сумме мощностей объединенных электродвигателей.

Рисунок 7.1 – Расчетная схема

2) По расчетной схеме составляем электрическую схему замещения (рисунок 7.2). Схема замещения представляет собой схему, в которой все электрические и магнитные связи представлены электрическими сопротивлениями. При расчетах трехфазных токов КЗ генерирующие источники (энергосистема, электродвигатели) вводим в схему замещения соответствующими ЭДС, а пассивные элементы (по которым проходит ток КЗ) – индуктивными сопротивлениями. Расчет токов КЗ и определение параметров схемы замещения будем производить в относительных единицах. Для расчетов вместо действительных напряжений на отдельных ступенях трансформации принимаем средние номинальные напряжения () 115 кВ и 10,5 кВ.

Рисунок 7.2 – Электрическая схема замещения

3) Путем постепенного преобразования приводим схему замещения к простейшему виду таким образом, чтобы каждый источник питания или группа источников с результирующей ЭДС были связаны с точкой КЗ одним сопротивлением .