Материал: Пример расчета Электроснабжение ремонтномеханического цеха Исходные данные

Расчет токов короткого замыкания и проверка электрооборудования на устойчивость

1. 
   Расчет токов трехфазного короткого замыкания на стороне 0,4 кВ и проверка оборудования на устойчивость
   

Согласно ПУЭ (раздел 1.4.2 пункт 2) по режиму КЗ в электроустановках должны проверяться распределительные щиты, токопроводы и силовые шкафы, аппараты, предназначенные для отключения ТКЗ или могут включать короткозамкнутую сеть.Расчетный ток КЗ следует определять, исходя из условия повреждения в такой точке рассматриваемой цепи, при КЗ в которой аппараты и проводники этой цепи находятся в наиболее тяжелых условиях (раздел 1.4.6 [9]).На однолинейной схеме электроснабжения цеха назначаются критические точки КЗ (рис. 15), далее составляется однолинейная расчетная схема (рис. 16). Если схема сложная составляется схема замещения и производится ее свертка.При расчете токов короткого замыкания в сети до 1 кВ учитываются [12]: сопротивления всех элементов цепи, включая силовые трансформаторы, проводники, трансформаторы тока, токовых катушек автоматических выключателей; активные сопротивления различных контактов и контактных соединений. Рис. 15. Однолинейная схема электроснабжения с расчетными точками КЗРис. 16. Расчетная схемаСогласно выше изложенному, для расчета выбираются следующие точки:К1 – для проверки вводного выключателя Q2 на отключающую способность и ШНВ и ШМ на электродинамическую стойкость;К2 – для проверки выключателя Q3 (защита ШР) на отключающую способность;К3 – для проверки ШР на электродинамическую стойкость;К4 – для проверки выключателя Q4 (защита ответвления от ШР к электроприемнику) на отключающую способность;К5 – для проверки чувствительности выключателя Q5 (рассчитывается ток однофазного КЗ).Расчет ведется в именованных единицах. Все магнитные связи заменяются электрическими и определяются сопротивления всех элементов участвующих в схеме замещения.Сопротивления системы, высоковольтного кабеля и трансформатора, рассчитанные выше приводятся к низкому напряжению (0,4 кВ) по формулам ;

,

Сопротивление системы



При отсутствии данных о КЗ в системе эквивалентное индуктивное сопротивление системы допускается рассчитывать по формуле, мОм



где I_откл.н – номинальный ток отключения выключателя, установленного на стороне высшего напряжения понижающего трансформатора сети.

Сопротивление высоковольтного кабеля





Сопротивления трансформатора





Сопротивления автоматического выключателя Q2 «Электрон Про» с I_н=1600А определяются по таблице П10.4 (при отсутствии данных завода изготовителя): R_Q2=0,14мОм, X_Q2=0,08 мОм.

Активное сопротивление контактов (R_к) определяется на основании данных экспериментов или с использованием расчетных методик. Данные о контактных соединениях приведены в приложении 4 [12] или табл. П10.1 – П10.3. Приближенно сопротивления контактов можно принять по таблице 17.

Активное сопротивление дуги в месте КЗ учитывается при определении только минимального КЗ.

Таблица 17

Приближенные сопротивления контактных соединений

Соединение	Rк, мОм
Контактные соединения кабелей	0,1
Шинопроводов	0,01
Коммутационных аппаратов	1

Суммарные активные и реактивные сопротивление до точки К1 =0,65+3,06+0,14+1=4,85 мОм;Начальное действующее значение периодической слагающей ТКЗ I_по в точке К1Ударный ток КЗ рассчитывается по формуле ,где К_уд – ударный коэффициент, который может быть определен по кривым (рис. 17 или рис. 1 [12]).

Рис. 17. Кривые зависимости ударного коэффициента К_уд от отношений r/x и x/r По соотношению R/X=4,85/14,59=0,33 К_уд ≈1,37. Ударный ток в точке К1Проверка электрооборудования:ШНВ: Электродинамическая стойкость шкафов КТП i_д=51 кА>i_уд =29,13 кА – условие выполняется;ШМ: i_д=50 кА >i_уд =29,13 кА – условие выполняется;Q2: I_cu=50 кА >I_по =15,02 кА– условие выполняется.Сопротивление ШМ до ответвления к ШР4Расчет ТКЗ в точке К2Сопротивление трансформатора тока (ТТ) с коэффициентом трансформации 1500/5, класс точности 1 (входит в состав ШНВ) определяется по таблице П9.5 при коэффициенте трансформации до 500/5, при ТТ на токи более 500 А активным и индуктивным сопротивлением при расчетах токов КЗ можно пренебречь.R_тт=0 мОм, Х_тт=0 мОм.Сопротивления ШМ длиной от трансформатора до отпаечной коробки для подключения ШР4 6,4 м (определяется по плану). мОм; мОм.Сопротивление контакта ШМ по таблице П9.2 0,03мОм. Контактов 4, R_кШМ=4∙0,003=0,012мОм.Защита ШР4 осуществляется выключателем Q3 ВА5135 с I_н=250А сопротивлением (по табл. П 10.4) R_Q3=1,1мОм, Х_Q3=0,5мОм.Сопротивление контактов выключателя R_кQ3=0,6мОм (табл. П10.3).Суммарное сопротивление до точки К2 мОм; мОм.Начальное действующее значение периодической слагающей ТКЗ I_по в точке К2 кА.Проверка выключателя Q3: I_cu=15кА >I_по =13,87кА– условие выполняется.Расчет ТКЗ в точке К3Сопротивление кабеля от ШМ к ШР4, длинной 3,5м (высота прокладки ШМ 6м, ШР4 2,5м от пола). мОм, мОм.Контактное сопротивление кабеля по табл. П9.1 R_к.к=0,029мОм.Контактное сопротивление ШР4 (табл. П9.2) R_кШР4

= 4∙0,009 = 0,036мОм.

Сопротивление до точки К3

=6,77+1,56+0,03+0,036=8,4 мОм;

мОм.

Начальное действующее значение периодической слагающей ТКЗ I_по в точке К3

кА

По соотношению R/X=8,4/15,42=0,54 (рис. 7 или рис. 1 [12]) К_уд ≈1,16. Ударный ток в точке К1

кА.

Проверка ШР4 на электродинамическую стойкость: i_д=15кА <i_уд =21,57 кА – условие не выполняется, следовательно необходимо выбрать другой шинопровод с большей электродинамической стойкостью - шинопровод КLM-R с I_н=250А и i_д=41кА и R₀=0,156мОм/м, Х₀=0,168мОм.

Расчет ТКЗ в точке К4

Сопротивление ШР4 до ответвления к ближайшему станку длиной 8м (по плану)

мОм;

мОм.

Сопротивление автомата Q4 к станку №60 АЕ2046 с I_н=63А R_Q4=3,5мОм, Х_Q4=2мОм.

Сопротивление контактов выключателя R_кQ4=1мОм (табл. П9.3).

Суммарное сопротивление до точки К4

=8,4+0,12+3,5+1=13,03мОм;

мОм.

Начальное действующее значение периодической слагающей ТКЗ I_по в точке К4

кА.

Проверка выключателя Q4 АЕ2046: для I_т.р.=3,15 (табл. П8.6) I_cu=0,4кА <I_по =10,56кА – условие не выполняется. Автоматический выключатель не проходит по ПКС, следовательно, необходимо заменить его на более стойкий ВА13-29 с I_cu=12кА (табл. П9.9).

2. 
   Расчет однофазного тока короткого замыкания и проверка чувствительности защиты
   

Для проверки аппаратов защиты на чувствительность определяется минимально возможный ток короткого замыкания в сети. Для сети напряжением 0,4 кВ обычно это ток однофазного КЗ с учетом сопротивления дуги в месте КЗ.

Ток однофазного КЗ определяется по формуле [12, 14, 15]где R_1∑ и Х_1∑ - суммарные активное и реактивное сопротивления прямой последовательности до точки КЗ; R_0∑ и Х_0∑ - суммарные активные и реактивные сопротивления нулевой последовательности расчетной схемы относительно точки КЗ. Эти сопротивления в общем случае равны:где R_0т и Х_0т – сопротивления нулевой последовательности трансформатора; R_тт и Х_тт – сопротивления трансформаторов тока (аналогичны прямой последовательности); R_кв и Х_кв – сопротивления контактов выключателя (аналогичны прямой последовательности);R_к – суммарное активное сопротивление различных контактов;R_0Ш и Х_0Ш – сопротивления нулевой последовательности шинопроводов;R_0к и Х_0к – сопротивления нулевой последовательности кабелей R_д - сопротивление дуги, которое, при отсутствии достоверных данных может определяться по табл. 2 [12] или рассчитываться.Среднее значение активного сопротивления дуги в месте КЗ допустимо определять по формуле [14]где I_по – начальное значение периодической составляющей тока металлического КЗ; К_с – среднестатистическое значение поправочного коэффициента, учитывающего снижение тока в начальный момент дугового КЗ по сравнению с током металлического КЗ, который можно определить по формуле ,где Z_к – сопротивление цепи КЗ, зависящее от вида КЗ:при трехфазном КЗ ;при двухфазном КЗ ;при однофазном КЗ Однофазный ток дугового КЗВ случае, когда известны полные сопротивления петли фаза – ноль, можно использовать упрощенную формулу определения периодической слагающей однофазного тока КЗ [15, 18]