Расчёт токов короткого замыкания

Коротким замыканием (КЗ) является всякое не предусмотренное нормальными условиями работы соединение двух точек электрической цепи (непосредственно или через пренебрежительно малое сопротивление). Причинами КЗ являются механические повреждения изоляции, её пробой из-за перенапряжения и старения, обрывы, набросы и схлёстывания проводов воздушных линий (ВЛ), ошибочные действия персонала и тому подобное. В следствии КЗ в цепях возникают опасные для элементов сети токи, которые могут вывести их из строя. Поэтому для обеспечения надёжной работы электрооборудования, устройств релейной защиты и автоматики (РЗиА), электрической сети в целом производится расчёт токов КЗ.

В трёхфазных сетях и устройствах различают трёхфазные (симметричные), двухфазные и однофазные (не симметричные) КЗ. Могут иметь место также двухфазные КЗ на землю, КЗ с одновременным обрывом фаз. Наиболее частыми являются однофазные КЗ на землю (до 65% от общего числа КЗ), значительно реже случаются двухфазные КЗ на землю (до 20% от общего количества КЗ), двухфазные КЗ (до 10% от общего количества КЗ) и трёхфазные КЗ (до 5% от общего количества КЗ) [1].

Токи короткого замыкания (КЗ) рассчитывают для выбора и проверки аппаратов и токоведущих частей на термическую и динамическую стойкость, для выбора, при необходимости, устройств по ограничению этих токов, а также для выбора и оценки устройств релейной защиты.

Расчётным является трёхфазное короткое замыкание, т.к. токи КЗ в этом случае имеют максимальные значения. При расчётах токов КЗ принимаются допущения [12]:

• -все источники, участвующие в питании рассматриваемой точки КЗ, работают одновременно и с номинальной нагрузкой;
• -расчётное напряжение каждой ступени схемы электроснабжения принимается на 5% выше номинального значения;
• -короткое замыкание наступает в момент времени, при котором ударный ток КЗ будет иметь наибольшее значение;
• -сопротивление места КЗ считается равным нулю;
• -не учитывается сдвиг по фазе ЭДС различных источников питания, входящих в расчётную схему;
• -не учитываются ёмкости, а следовательно, и емкостные токи в воздушных и кабельных сетях;
• -не учитываются токи намагничивания трансформаторов;
• -напряжение источников питания остаются неизменным.

В сетях 110 кВ и выше, работающих с глухозаземленной нейтралью, расчёт токов КЗ производится для того вида КЗ (однофазное или трёхфазное), при котором ток в повреждённой фазе больше. В сетях менее 110 кВ, расчёт токов КЗ производится для трёхфазного вида КЗ.

В связи с необходимостью проверки выбираемого силового и коммутационного электрооборудования на правильную работу в режимах коротких замыканий, а также для правильной работы устройств РЗиА расчётным видом КЗ является трёхфазное симметричное КЗ.

В зависимости от назначения расчёта выбираются соответствующие режимы работы электрической сети.

Например, выбор и проверка коммутационной аппаратуры на термическую стойкость требует, чтобы в ветви с КЗ протекал максимально возможный ток. Этот режим требует включения в расчетной схеме всех источников питания и ветвей связи. Такой режим называется максимальным.

Наоборот, проверка чувствительности устройств релейной защиты должна производится с учётом ремонтных режимов сети, при которых отключена часть источников питания и ветвей связи, для того чтобы ток КЗ через проверяемую защиту был минимальным. Однако, хотя расчётные режимы и виды повреждения для проверки чувствительности устройств РЗиА должны устанавливаться, исходя из наиболее неблагоприятных условий работы системы, выбранный режим работы должен быть реально возможным [9].

Расчет сопротивлений всех элементов в относительных единицах производим в соответствии с [3] при базовой мощности Sб = 100 МВА. Каждому сопротивлению в схеме присваивается свой порядковый номер, который сохраняется за данным сопротивлением в течении всего расчета. В схеме сопротивление имеет дробное обозначение, где числитель — номер сопротивления, знаменатель — численное значение сопротивления. Для упрощения индекс опускаем, подразумевая, что все полученные значения сопротивлений даются в о.е. и приведены к базисным условиям.

1 Сопротивление энергосистемы:

(2.1).

2 Сопротивление линий электропередачи:

(2.2).

(2.3).

Рисунок 2.1 — Расчетная схема.

3 Сопротивление трансформаторов:

(2.4).

(2.5).

Схема замещения будет иметь вид показанный на рисунке 2.2.

Приведём схему к более простому виду:

(2.6).