Электроснабжение промышленных предприятий

 

3.6 Расчет токов короткого замыкания

 

Токи короткого замыкания  рассчитывают для тех точек сети, при коротком замыкании в которых  аппараты и токоведущие части  будут находиться в наиболее тяжелых  условиях.

Особенность расчета  токов короткого замыкания в  установках напряжением до 1 кВ заключается в том, что кроме индуктивных учитываются и активные сопротивления цепи короткого замыкания (воздушных и кабельных линий, обмоток силовых трансформаторов, шин, коммутационной аппаратуры и т.д.). При расчетах, согласно ПУЭ и СН 174-75, следует исходить из следующих условий:

• напряжение трансформатора неизменно и мощность системы не ограничена, т.е. х_с=0 (это условие выполняется, если мощность системы примерно в 50 раз больше мощности трансформатора);
• по режиму короткого замыкания в сетях до 1 кВ должны проверяться лишь элементы, указанные в ПУЭ, т.е. распределительные щиты, силовые шкафы и токопроводы;
• по термической стойкости к токам короткого замыкания не проверяются элементы, защищаемые плавкими предохранителями, если время их перегорания менее 0,01с. При такой быстроте отключения цепи ток короткого замыкания не успевает достигнуть амплитудного значения и, следовательно, действие будет оказывать лишь то значение тока, при котором предохранитель сработал.

Для вычисления токов короткого замыкания составляют расчетную схему, на которую наносят все данные, необходимые для расчета, и точки, в которых следует определить токи короткого замыкания. По расчетной схеме составляют схему замещения, в которой все элементы представляют в виде индуктивных и активных сопротивлений, выраженных в относительных единицах или омах.

Для расчета токов  КЗ необходимо выбрать характерную  линию. Обычно это линия с наиболее мощным или наиболее удаленным электроприемником. Исходя из таблицы 5, таким приемником может быть № 23 – станок горизонтально-фрезерный. Таким образом, исходными данными для расчета токов КЗ являются:

Электроприемник № 23 – Продольно-фрезерные станки

P_н = 34кВт; cos φ = 0,5; tg φ = 1,73

L_ВН = 1,5 км; L_КЛ1 = 20 м; L_КЛ2 = 28 м; L_Ш = 1 м.

Требуется:

• Составить схему замещения, пронумеровать точки КЗ;
• Рассчитать сопротивления и нанести их на схему замещения;
• Определить токи КЗ в каждой точке и составить «Сводную ведомость токов КЗ».

1. Составляется схема  замещения и нумеруются точки  КЗ в соответствии с расчетной схемой.

2. Вычисляются сопротивления  элементов и наносятся на схему  замещения.

Для системы:

 

.

 

Наружная ВЛ АС – 3х10/1,8. I_доп = 84 А.;

 

.

;

;

.

 

Сопротивления приводятся к НН:

 

;

.

 

Рисунок 5 - Схема электроснабжения расчетная

Для трансформатора ТМ 400-10/0,4 по справочнику:

 

; ; .

 

Для автоматов по заданному  току, по справочнику:

 

1SF   ;

SF1   ;

 

Для кабельных линий по справочнику:

 

КЛ1:   ; .

 

Так как в схеме три параллельных кабеля, то

 

.

 

;

.

КЛ2:   ; .

;

.

 

Для шинопровода ШРА 630 по справочнику:

 

; ;

; .

 

;

.

 

Для ступеней распределения по справочнику:

; .

 

Рисунок 6 – Схема замещения

 

3. Упрощается схема замещения, вычисляются эквивалентные сопротивления на участках между точками КЗ и наносятся на схему (рисунок 3):

 

;

;

 

;

;

 

;

.

 

Рисунок 3 – Схема замещения упрощенная

 

4. Вычисляются сопротивления до  каждой точки КЗ и заносятся  в «Сводную ведомость» (таблица  1):

 

; ;

;

 

;

;

;

 

;

;

;

 

;

;

.

 

5. Определяются коэффициенты К_у и q:

 

;

;

;

 

;

.

 

6. Определяются трехфазные и двухфазные токи КЗ и заносятся в сводную ведомость токов КЗ (таблица 1):

 

;

;

;

 

;

;

;

 

;

;

;

 

;

;

.

 

7. Составляется схема замещения для расчета однофазных токов КЗ (рисунок 4) и определяются сопротивления элементов.

 

Рисунок 4 – Схема замещения  для расчета 1-фазных токов КЗ

 

Для кабельных линий

 

;

;

 

;

;

 

;

;

;

;

;

;

 

;

;

;

 

;

;

.

 

Ответ: результаты расчета токов  КЗ представлены в «Сводной ведомости  токов КЗ» (таблица 1)

 

Таблица 1 – Сводная ведомость  токов КЗ

Точка КЗ
К1	24,01	17,86	30	1,3	1,0	1	7,7	10,9	7,7	6,67	15	2,9
К2	62,46	19,44	65	3,2	1,0	1	3,38	4,77	3,38	3,55	39,62	2,1
К3	83	23,76	86,3	2,4	1,0	1	2,55	3,6	2,55	2,52	75,22	1,57

3.7 Проверка элементов цеховой сети

 

Электрические аппараты, провода, кабели и шины должны выдерживать  кратковременные импульсы электродинамических сил и тепловые импульсы, возникающие в момент короткого замыкания. Поэтому при выборе аппаратов и проводников необходимо рассчитывать их не только по условиям длительной работы в нормальном нагрузочном режиме, но и проверять динамическую устойчивость при коротком замыкании.

Шины выбирают по расчетному току, номинальному напряжению, условиям окружающей среды и проверяют  на термическую и динамическую устойчивости.

Кабели выбирают по расчетному току, номинальному напряжению, способу  прокладки, условиям окружающей среды и проверяют на термическую устойчивость при коротком замыкании.

Предохранители выбирают по конструктивному исполнению, роду установки, номинальным току и напряжению и проверяют на отключающую способность.

Включатели нагрузки выбирают по номинальным току и напряжению и проверяют на термическую и динамическую устойчивости, а также отключающую способность в нормальном рабочем режиме.

Проверку элементов  цеховой сети произведем для той  же линии, что и токи КЗ, для остальных  линий проверка производится аналогично.

Таким образом, исходными  данными для проверки является характерная  линия электроснабжения. Необходимо проверить аппараты защиты и проводники по токам КЗ, а также линию электроснабжения по потере напряжения.

1. Согласно условиям по токам КЗ аппараты защиты проверяются:

• на надежность срабатывания:

1SF: ; 2,9 кА 1,89кА.

SF1: ; 2,1кА 0,75кА.

FU: ; 1,57 кА ≥ 0,9кА.

Надежность срабатывания автоматов и предохранителя обеспечена.

• на отключающую способность:

1SF: ,

35 > 10,86.

SF1: ,

,

15 > 4,76.

Автоматы при КЗ отключаются  не разрушаясь.

• на отстройку от пусковых токов – учтено при выборе К_о для I_У(КЗ) каждого автомата: .

2. Согласно условиям проводники проверяют:

• на термическую стойкость:

КЛ (ШНН-ШМА): ,

=58,78 мм²,

.

КЛ (ШМА-ЭП): ,

.

По термической стойкости  кабельные линии удовлетворяют.

• на соответствие выбранному аппарату защиты – учтено при выборе сечения проводника.

3. Согласно условиям шинопровод проверяется:

• на динамическую стойкость:

.

Для медных шин .

.

.

.

.

.

.

Шинопровод динамически  устойчив.

• на термическую стойкость:

.

.

.

450мм²>58,78мм²

Шинопровод термически устойчив, следовательно, он выдержит кратковременно нагрев при КЗ до 200⁰С.

4. По потере напряжения линия электроснабжения должна удовлетворять условию . Составляется расчетная схема для потерь напряжения (рисунок 11) и нанося