|
|||
|
|||
|
|||
|
|||
|
|||
|
|||
|
|||
|
|||
|
|||
|
|||
|
|||
|
|||
|
|||
Сейчас Вы — Гость на форумах «Проектант». Гости не могут писать сообщения и создавать новые темы.
Преодолейте несложную формальность — зарегистрируйтесь! И у Вас появится много больше возможностей на форумах «Проектант».
Последние сообщения на Электротехническом форуме
3.1 Расчет однофазных токов кз в системах с заземленной нейтралью
К
сетям с заземленной нейтралью относятся
сети с напряжением 110 кВ и выше. Нулевые
точки трансформаторов в таких сетях
соединяются с контуром заземления,
который укладывается по всей территории
открытой части подстанции.
Однофазный
ток КЗ в таких сетях определяется по
следующей формуле
, (9)
где х0
РЕЗ —
результирующее сопротивление нулевой
последовательности.
Если
принять, что х1
РЕЗ =
х2РЕЗ
, то (9) можно записать следующим образом
. (10)
Для
определения х0
РЕЗ
существуют следующие правила:
-
составляется
схема замещения для токов нулевой
последовательности; -
все
точки имеющие потенциал земли объединяются
в одну; -
схему
преобразуют к виду
Рисунок 3.1
Таблица 3.1 — Схемы
замещения трансформаторов для токов
нулевой последовательности
Схема соединения |
Схема замещения нулевой |
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица
3.2 — Сопротивления х00
для ВЛ
Тип ВЛ |
х00 |
|
одноцепной ВЛ |
двухцепной ВЛ |
|
Без грозозащитного
Со стальным Со |
3,5 3,0 2,0 |
5,5 4,7 3,0 |
Для кабельных
линий х00
= (3,5…4,6) х10
Произведем
расчет тока однофазного КЗ в РУ 110 кВ.
Преобразуем схему по рисунку 3.1 для
токов нулевой последовательности.
Рисунок 3.2
Объединим
заземленные точки.
Рисунок 3.3
Тогда
Рисунок 3.4
3.2 Расчет токов однофазных замыканий на землю в системах с изолированной нейтралью
К
таким линиям относятся сети с напряжением
6, 10, 35 кВ.
Если
в РУ только воздушные линии, то ток
замыкания на землю равен
где
lВЛ
— общая длина всех воздушных линий
данного РУ.
Если
в РУ только кабельные линии, то ток
замыкания на землю равен
где
lКЛ
— общая длина всех кабельных линий
данного РУ.
Если в РУ есть и
воздушные и кабельные линии, то ток
замыкания на землю равен
где
lКЛ
— общая длина всех кабельных линий
данного РУ.
Допустимые
токи замыкания на землю:
Для
6 кВ — 30 А;
Для
10 кВ — 20 А;
Для
35 кВ — 10 А.
4 Расчет токов к3 в электроустановках напряжением до 1 кВ
Особенности
расчета по сравнению с изложенной выше
методикой заключаются в следующем.
-
Необходимо
учитывать активные сопротивления
элементов схемы -
Индуктивные
и активные сопротивления удобно
вычислять в миллиомах (мОм) -
В
минимальном режиме учитывается активное
сопротивление электрической дуги в
месте К3, равное RД
15 мОм -
Для
расчетной проверки предохранителей
по току К3 в петле фаза-нуль необходимо
вычислять ток однофазного К3 в минимальном
режиме
I(1)КМIN. -
Удобно
задавать напряжения в вольтах (В), тогда
ток К3 получается в килоамперах (кА).
Наибольший
ток имеет место при трехфазном
металлическом К3 (нет электрической
дуги в месте К3) в максимальном режиме
(K(3)MAX).
Наименьший ток получается при дуговом
К3 в минимальном режиме, причем нужно
рассматривать два вида К3: двухфазное
(K(2)MIN)
и однофазное (K(1)MIN).
Методика
расчета тока при трехфазном К3 та же,
как и при напряжении выше 1 кВ. В расчете
токов двухфазного и однофазного К3
необходимо учитывать RД.
Расчет тока однофазного К3 ведется с
использованием значений сопротивлений
элементов токам отдельных (прямой,
обратной и нулевой) последовательностей.
Электроприемники
напряжением до 1 кв обычно получают
электропитание с помощью линий (кабельных,
воздушных) и понижающих трансформаторов
6/0,4 и 10/0,4 кВ. Сопротивления этих элементов
приведены в справочной литературе.
Питающая сеть заменяется эквивалентным
индуктивным сопротивлением ХСIМАХ.
ХСIМIN.
ХСI
приведенным к напряжению до 1 кВ.
Учитывая
это, ток
трехфазного КЗ
в максимальном режиме можно определить
с помощью выражения
, (11)
где
UРАСЧ
среднее наименьшее напряжение ступени
(в городской сети), равное 400 В;
Z(3)МАХ,
Х(3)МАХ,
R(3)МАХ
соответственно полное, индуктивное и
активное сопротивления цепи в максимальном
режиме.
Ударный
коэффициент при расчетах i(3)У
в РУ 0,4 кВ можно принять равным 1,5.
Ток
двухфазного
К3
с учетом электрической дуги вычисляется
по формуле
, (12)
где
Z(3)МIN
полное суммарное сопротивление цепи
току трехфазного КЗ с учетом электрической
дуги.
Ток
однофазного
К3
с учетом электрической дуги находят по
выражению
, (13)
где
полное сопротивление системы и
трансформатора току однофазного КЗ;
(14)
Х1Т,
Х2Т,
Х0Т,
R1Т,
R2Т,
R0Т
индуктивные и активные сопротивления
трансформатора токам прямой (1), обратной
(2) и нулевой (0) последовательностей;
ZПТ
полное сопротивление петли «фаза-нуль»
от трансформатора до точки КЗ.
Индуктивное
сопротивление питающей сети определяют
по формуле
; (15)
где
I(3)КМАХ
ВН
ток трехфазного КЗ в максимальном режиме
на стороне ВН трансформатора, питающего
сеть напряжением до 1 кВ;
UСР
НОМ ВН
ступень напряжения, к которой относится
сторона ВН трансформатора.
Если
ХIC
<0,1Х1Т,
то сопротивлением системы можно
пренебречь.
Пример.
Определить
токи I(3)КМАХ
,
I(2)К,
I(1)К,
i(3)У
в
конце кабельной линии с алюминиевыми
жилами сечением (3х120+1х50)мм2
, LЛ
= 100м, UРАСЧ
= 0,4 кВ. Питание кабеля производится от
ТП с трансформатором SH
= 400 кВА, uK,%
= 5,5 %, UBH
= 10 кВ, соединение обмоток У/У, I(3)КМАХ
ВН
= 11,42 кА.
Решение
-
По
справочным материалам находим параметры
элементов схемы:
-
трансформатора
Х1Т
=Х2Т
=17,1
мОм,
Х0Т
=148,7
мОм, R1Т
=R2Т
=5,5
мОм,
R0Т
=55,6
мОм; -
кабельной
линии
удельные сопротивления: активное
r0
=0,32
мОм/м, индуктивное
х0
=0,064
мОм/м, петли «фаза-ноль» zПТ0
=0,62
мОм/м.
-
Вычисляем
сопротивление питающей системы,
приведенное к UРАСЧ
= 0,4 кВ (5):
мОм.
-
Сопротивления
кабельной линии
ХКЛ
=
х0*L
=0,064*100=6,4
мОм; RКЛ
=
r0*L
=0,32*100=32
мОм;
ZПТ
=
z0*L
=0,62*100=62
мОм.
-
Полное
сопротивление току трехфазного КЗ в
максимальном режиме
-
Полное
сопротивление току двухфазного КЗ
-
Полное
сопротивление системы и трансформатора
току однофазного КЗ (4)
-
Ток
трехфазного металлического КЗ в
максимальном режиме (1)
.
-
Ток
двухфазного КЗ с учетом электрической
дуги (2)
кА.
-
Ток
однофазного КЗ с учетом электрической
дуги (3)
кА.
-
Ударный
ток трехфазного металлического КЗ в
максимальном режиме
кА.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
В электрических сетях периодически возникают различные аварийные ситуации. Среди них, наибольшую опасность представляет ток короткого замыкания, формула которого используется при расчетах и проектировании. Последствия аварийного режима достаточно серьезные – выходят из строя сами сети, а также подключенные приборы и оборудование. Все это причиняет большой материальный ущерб. Проводимые расчеты, в том числе и на ударный ток КЗ требуются, в первую очередь, для того, чтобы обеспечить надежную защиту на электрифицированном объекте.
Расчет токов короткого замыкания
Для выполнения подобного расчета тока привлекаются квалифицированные специалисты. Они не только разрабатывают теоретическую сторону, но и отвечают за последующую эксплуатацию представленных схем. Здесь слишком много специфических особенностей, поэтому начинающие электрики должны хорошо представлять себе не только саму природу электричества, но и свойства проводников, диэлектриков, особенности изоляции и другие важные вопросы.
Результаты рассчитанные в домашних условиях, должны обязательно проверяться специалистами. Все расчеты, касающиеся короткого замыкания, выполняются с использованием специальных формул.
Трёхфазное короткое замыкание в электрических сетях до 1000В определяется с учетом следующих особенностей:
- Трехфазная система по умолчанию является симметричной.
- Трансформаторное питание считается неизменным, сравнимым с его номиналом.
- Возникновение короткого замыкания считается в момент максимального значения силы тока.
- Значение ЭДС принимается для источников питания, расположенных на большом расстоянии от места КЗ.
Кроме того, определяя параметры короткого замыкания, следует правильно вычислить общее сопротивление проводников, с привязкой к единому значению мощности. Обычные формулы могут привести к ошибкам из-за разных номинальных напряжений на отдельных участках в момент КЗ. Базовая мощность существенно упрощает расчеты и повышает их точность.
Изменения тока в процессе короткого замыкания
За период КЗ ток подвергается различным изменениям. В самом начале он увеличивается, далее – затухает до определенного значения, а потом автоматический регулятор возбуждения доводит его до стабильной величины.
Период времени, требуемый для изменения параметров тока короткого замыкания – ТКЗ, получил название переходного процесса. По окончании этого промежутка и до момента, когда КЗ будет отключено, наблюдается стабильный аварийный режим. Величина тока в различные промежутки времени необходима при выборе уставок для защитной аппаратуры, проверке динамической и термической устойчивости электрооборудования.
В каждой сети подключены нагрузки с установленными индуктивными сопротивлениями. Они препятствуют мгновенным изменениям тока, поэтому его величина меняется не скачкообразно, а нарастает постепенно, в соответствии с законом физики. Анализ и расчет тока в переходный период значительно упрощается, если его условно разделить на две составные части – апериодическую и периодическую.
- Первая – апериодическая часть ia – обладает постоянным знаком, появляется в момент КЗ и довольно быстро понижается до нулевой отметки.
- Вторая часть – периодическая составляющая тока КЗ Inmo – в первый момент времени представляет собой начальный ток короткого замыкания. Именно он используется при выборе уставок и проверке чувствительности защитных устройств. Данная сила тока короткого замыкания получила название сверхпереходного тока, поскольку при его расчетах схема замещения дополняется сверхпереходными ЭДС и сопротивлением генератора.
По завершении переходного периода периодический ток считается установившимся. Величина полного тока включает в себя апериодическую и периодическую составляющие на любом отрезке переходного периода. Показатель его максимального мгновенного значения представляет собой ударный ток короткого замыкания, определяемый при проверке динамической устойчивости электрооборудования.
Короткие замыкания в однофазных сетях
При выполнении расчетов энергосистем однофазного тока допускаются вычисления, производимые в упрощенной форме. Приборы и оборудование в таких сетях не потребляют большого количества электроэнергии, поэтому надежная защита может быть обеспечена обычным автоматическим выключателем, рассчитанным на ток срабатывания 25 ампер.
Ток однофазного короткого замыкания вычисляется в следующем порядке:
- Определение параметров трансформатора или реактора, питающих сеть, в том числе их электродвижущей силы.
- Устанавливаются технические характеристики проводников, используемых в сети.
- Разветвленную электрическую схему необходимо упростить, разбив на отдельные участки.
- Вычисление полного сопротивления между фазой и нулем.
- Определения полных сопротивлений трансформатора или других питающих устройств, если такие данные отсутствуют в технической документации.
- Все полученные значения вставляются в формулу.
В каждом случае сила тока короткого замыкания и формула, по которой рассчитывается однофазный процесс, показана на рисунке.
В ней Uf является фазным напряжением, Zt – сопротивлением трансформатора в момент КЗ. Zc будет сопротивлением между фазой и нулем, а Ik – однофазным током КЗ.
Использование данной формулы позволяет определить ток однофазного КЗ и его параметры в соответствующих цепях с величиной погрешности в пределах 10%. Полученных данных вполне достаточно, чтобы рассчитать правильную и эффективную защиту сети. Основной проблемой при получении исходных данных считается определение величины Zc.
При наличии данных о параметрах проводников и значениях переходных сопротивлений, определить сопротивление между фазой и нулем вполне возможно по формуле:
Здесь rf и rn являются, соответственно, активными сопротивлениями фазного и нулевого проводов, измеряемыми в Омах, ra представляет собой сумму активных сопротивлений контактов в цепочке фаза-ноль (Ом), xf” и xn” – внутренние индуктивные сопротивления фазного и нулевого проводов (Ом), x’ – является внешним индуктивным сопротивлением в цепочке фаза-ноль (Ом).
Полученное значение подставляется в предыдущую формулу, после чего определение тока КЗ уже не составит особого труда. Главное – соблюдать правильную последовательность действий при выполнении расчетов.
Расчет токов КЗ для трехфазных сетей
Для того чтобы определить ток трехфазного короткого замыкания в соответствующих сетях, следует обязательно учитывать специфику возникновения и развития этого процесса. Прежде всего, это индуктивность, возникающая в замкнутом проводнике, из-за чего ток трехфазного КЗ изменяется не мгновенно, а нарастает постепенно в соответствии с определенными законами.
Точность производимых вычислений зависит в первую очередь от расчетов основных величин, вставляемых в формулу. С этой целью используются дополнительные формулы или специальное программное обеспечение, выполняющее сложнейшие вычислительные операции за очень короткое время.
Если же расчеты в трехфазных сетях выполняются ручным способом, в таких случаях нужные результаты про ток КЗ формула, приведенная ниже, позволяет определить с достаточно точными показателями:
- Iкз = Uc/(√3*Хрез) = Uc /(√3*(Хсист + Хвн)), в которой Хвн является сопротивлением между шинами и точкой КЗ, Хсист – это сопротивление во всей системе относительно шин источника напряжения, Uc – напряжение на шинах в данной системе.
При отсутствии какого-то из показателей, его значение определяется с использованием дополнительных формул или программ. Если же расчеты трехфазного КЗ производятся для сложных сетей с большим количеством разветвлений, в этом случае основная схема преобразуется в схему замещения, где присутствует лишь один источник электроэнергии и одно сопротивление.
Сам процесс упрощения производится в следующем порядке:
- Складываются все показатели сопротивлений, подключенных параллельно в данной цепи.
- Далее суммируются все сопротивления, подключенные последовательно.
- Результирующее сопротивление Хрез определяется как сумма всех подключенных параллельных и последовательных сопротивлений.
Расчеты токов двухфазного короткого замыкания выполняются с учетом отсутствия у них симметричности. У них нет нуля, а присутствую токи, протекающие в прямом и обратном направлении. Таким образом, ток двухфазного КЗ рассчитывается последовательно, по отдельным формулам, используемым для каждого показателя.
Ток КЗ в сетях с неограниченной мощностью
Довольно часто мощность источника электроэнергии значительно превышает величину суммарной мощности всех подключенных потребителей. В таких случаях при решении задачи, как найти значение короткого замыкания, величина напряжения считается условно неизменной.
Наличие подобных условий приводит к бесконечному показателю мощности, а сопротивление проводников принимает нулевое значение. Они используются для расчета только в тех случаях, когда место короткого замыкания располагается на большом расстоянии от источника напряжения, а величина результирующего сопротивления цепи многократно превышает показатели сопротивления всей системы.
В сетях с неограниченной мощностью, вычислить ток короткого замыкания позволяет следующая формула: Ik = Ib/Xрез, в которой Ib является базисным током, а Xрез – результирующим сопротивлением сети. При наличии исходных данных, очень быстро найдем достаточно точный конечный результат.
В данной статье, я буду рассматривать пример расчета тока однофазного КЗ (ОКЗ) используя в первом варианте справочные таблицы представленные в [Л1], а во втором варианте справочные таблицы из [Л2].
С методами определения величины тока однофазного КЗ и с приведенными справочными таблицами для всех элементов короткозамкнутой цепи, можно ознакомиться в статье: «Расчет токов однофазного кз при питании от энергосистемы».
Исходные данные:
- масляный трансформатор напряжением 6/0,4 кВ, мощностью 1000 кВА со схемой соединения обмоток – Y/Yо.
- от трансформатора до ВРУ используется кабель марки ААШвУ 3х95 длиной 120 м.
- от ВРУ до двигателя используется кабель марки ААШвУ 3х95+1х35 длиной 150 м.
Рис.1 — Расчетная схема сети эл. двигателя
Вариант I
1. Расчет тока однофазного КЗ будет выполнятся по формуле приближенного метода при большой мощности питающей энергосистемы (Хс < 0,1Хт) [Л1, с 4 и Л2, с 39]:
где:
- Uф – фазное напряжение сети, В;
- Zт – полное сопротивление трансформатора току однофазного замыкания на корпус, Ом;
- Zпт – полное сопротивление петли фаза-нуль от трансформатора до точки КЗ, Ом.
2. По таблице 2 [Л1, с 6] определяем сопротивление трансформатора при вторичном напряжении 400/230 В, Zт/3 = 0,027 Ом.
3. Определяем полное сопротивление цепи фаза-нуль для участка от тр-ра до точки КЗ по формуле 2-27 [Л2, с 40]:
где:
- Zпт.уд.1 = 0,729 Ом/км – полное удельное сопротивление петли фаза-нуль для кабеля марки ААШвУ 3х95, определяется по таблице 12 [Л1, с 16];
- l1 = 0,120 км – длина участка №1.
- Zпт.уд.2 = 0,661 Ом/км – полное удельное сопротивление петли фаза-нуль для кабеля марки ААШвУ 3х95+1х35, определяется по таблице 13 [Л1, с 16];
- l2 = 0,150 км – длина участка №2.
4. Определяем ток однофазного КЗ:
Обращаю ваше вниманию, что при определении величины тока однофазного КЗ приближенным методом, сопротивления контактов шин, аппаратов, трансформаторов тока в данном методе не учитываются, поскольку арифметическая сумма Zт/3 и Zпт создает не который запас [Л2, с 40].
Вариант II
Определим ток однофазного КЗ по справочным таблицам из [Л2].
1. По таблице 2.4 [Л2, с 29] определяем сопротивление трансформатора Zт/3 = 33,6 мОм.
2. Определяем полное сопротивление цепи фаза-нуль для участка от тр-ра до точки КЗ по формуле 2-27 [Л2, с 40]:
где:
- Zпт.уд.1 = 0,83 мОм/м – полное удельное сопротивление петли фаза-нуль для кабеля марки ААШвУ 3х95, определяется по таблице 2.11 [Л2, с 41];
- l1 = 120 м – длина участка №1.
- Zпт.уд.2 = 1,45 мОм/м – полное удельное сопротивление петли фаза-нуль для кабеля марки ААШвУ 3х95+1х35, определяется по таблице 2.10 [Л2, с 41].
Обращаю ваше внимание, что в данной таблице значение Zпт.уд. приводится для кабелей независимо от материала оболочки кабеля.
Если же посмотреть [Л1, с 16], то в таблице 13 для 4-жильных кабелей с алюминиевой оболочкой 3х95+1х35, Zпт.уд. = 0,661 мОм/м. Принимаю Zпт.уд.2 = 1,45 мОм/м, для того чтобы было наглядно видно, на сколько будет отличатся значение тока однофазного КЗ от расчета по «Варианту I». На практике же, лучше совмещать справочные таблицы из [Л1 и Л2].
3. Определяем ток однофазного КЗ:
Как видно из результатов расчета (вариант I: Iк = 1028 А; вариант II: Iк = 627 А), полученные значения тока однофазного КЗ почти в 2 раза отличаются. По каким справочным таблицам выполнять расчет тока однофазного КЗ, уже решайте сами, в любом случае это приближенный метод, поэтому, если нужны точные значения тока однофазного КЗ, следует рассчитывать по формуле представленной в ГОСТ 28249-93.
Литература:
1. Рекомендации по расчету сопротивления цепи «фаза-нуль». Главэлектромонтаж. 1986 г.
2. Беляев А.В. Выбор аппаратуры, защит и кабелей в сети 0,4 кВ. Учебное пособие. 2008 г.
Всего наилучшего! До новых встреч на сайте Raschet.info.