Часто инженерам для проверки отключающей способности защитных аппаратов (автоматические выключатели, предохранители и т.д.), нужно знать значения токов короткого замыкания (ТКЗ). Но на практике не всегда есть возможность быстро выполнить расчет ТКЗ по ГОСТ 28249-93, из-за отсутствия данных по различным сопротивлениям, особенно это актуально при расчете однофазного тока короткого замыкания на землю.
Для решения этой задачи, можно использовать приближенный метод расчета токов короткого замыкания на напряжение до 1000 В, представленный в книге: «Е.Н. Зимин. Защита асинхронных двигателей до 500 В. 1967 г.».
Рассмотрим на примере расчет ТКЗ в сети 0,4 кВ для небольшого распределительного пункта, чтобы проверить отключающую способность предохранителей, используя приближенный метод расчета ТКЗ представленный в книге Е.Н. Зимина.
Обращаю Ваше внимание, что в данном примере будет рассматриваться, только расчет ТКЗ для предохранителей FU1-FU6 из условия обеспечения необходимой кратности тока короткого замыкания.
Известно, что двигатели получают питание от трансформатора мощность 320 кВА. Кабель от трансформатора до РЩ1 проложен в земле, марки АСБГ 3х120+1х70, длина линии составляет 250 м. На участке от распределительного щита ЩР1 до распределительного пункта РП, проложен кабель марки АВВГ 3х25+1х16, длина линии составляет 50 м. Однолинейная электрическая схема представлена на рис.1.
Расчет токов к.з. для точки К1
Для проверки на отключающую способность предохранителя FU1, нужно определить в месте его установки ток трехфазного короткого замыкания.
- Sт – мощность трансформатора, кВА;
- с – коэффициент, равный: 4 – для трансформаторов до 60 кВА; 3,5 – до 180 кВА; 2,5 – до 1000 кВА; 2,2 – до 1800 кВА;
- d – коэффициент, равный: 2 – для трансформаторов до 180 кВА; 3 – до 1000 кВА; 4 – до 1800 кВА;
- k = Uн/380, Uн — номинальное напряжение на шинах распределительного пункта.
2. Определяем активное и индуктивное сопротивление кабеля марки АСБГ 3х120+1х70:
- L – длина участка, км;
- Sф и S0 – сечение проводника фазы и соответственно нулевого провода, мм2;
- а – коэффициент, равный: 0,07 – для кабелей; 0,09 – для проводов, проложенных в трубе; 0,25 – для изолированных проводов, проложенных открыто;
- b – коэффициент, равный: 19 – для медных проводов и кабелей; 32 – для алюминиевых проводов и кабелей;
Для проверки на отключающую способность предохранителей FU2 – FU6, нужно определить однофазный ток короткого замыкания на землю в конце защищаемой линии.
Расчет токов к.з. для точки К2
5. Определяем суммарные активные и индуктивные сопротивления кабелей цепи короткого замыкания:
где:
Zт(1) = 22/Sт*k 2 – расчетное полное сопротивление трансформатора току короткого замыкания на землю, k=Uн/380.
Аналогично выполняем расчет ТКЗ для точек К3-К6, результаты расчетов заносим в таблицу 1. Зная токи к.з., можно теперь выбрать плавкие вставки для предохранителей FU1 – FU6, исходя из условия обеспечения необходимой кратности тока короткого замыкания.
Таблица 1 – Расчет токов к.з.
| Точка КЗ | Rф, Ом | R0, Ом | Хф, Ом | Х0, Ом | Rт, Ом | Хт, Ом | Zф-0, Ом | Zт, Ом | Iк.з.(3), А | Iк.з.(1), А |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| К1 | 0,07 | 0,02 | — | — | 0,0078 | 0,023 | — | 0,089 | 2468 | — |
| К2 | 0,241 | 0,374 | 0,022 | 0,022 | — | — | 0,674 | — | — | 326 |
| К3 | 0,374 | 0,598 | 0,0231 | 0,0231 | — | — | 0,99 | — | — | 222 |
| К4 | 0,174 | 0,278 | 0,022 | 0,022 | — | — | 0,512 | — | — | 429 |
| К5 | 0,694 | 1,11 | 0,0259 | 0,0259 | — | — | 1,8 | — | — | 122 |
| К6 | 0,174 | 0,278 | 0,022 | 0,022 | — | — | 0,512 | — | — | 429 |
Сегодня хочу вашему вниманию представить методику расчета токов короткого замыкания. Самое главное без всякой воды и каждый из вас сможет ей воспользоваться, приложив минимум усилий, а некоторые из вас получат и мою очередную программу, с которой считать будет еще проще.
Это уже вторая статья, посвященная токам короткого замыкания. я обратил ваше внимание на защиту протяженных электрических сетей и то, что в таких сетях, порой, не так просто подобрать защиту от токов короткого замыкания. Для того и проектировщик, чтобы решать подобные вопросы.
Теорию по расчету токов короткого замыкания можно найти в следующих документах:
1 ГОСТ 28249-93 (Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ).
2 РД 153-34.0-20.527-98 (Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору элетрооборудования).
3 А.В. Беляев (Выбор аппаратуры, защит и кабелей в сетях 0,4кВ).
В интернете я не нашел, где все четко было бы расписано от «А» до «Я».
Думаю вы со мной согласитесь, что токи короткого замыкания не так просто рассчитать, поскольку проектировщик не всегда досконально владеет всей необходимой информацией. Данный метод расчета является упрощенным, т.к. в нем не учитываются сопротивления контактов автоматических выключателей, предохранителей, шин, трансформаторов тока.
Возможно, позже все эти сопротивления я учту, но, на мой взгляд, эти значения на конечный результат влияют незначительно.
Последовательность расчета токов короткого замыкания.
1 Сбор исходных данных по трансформатору:
Uкз — напряжение короткого замыкания трансформатора, %;
Рк — потери короткого замыкания трансформатора, кВт;
Uвн – номинальное напряжение обмоток ВН понижающего трансформатора; кВ;
Uнн (Ел) – номинальное напряжение обмоток НН понижающего трансформатора; В;
Еф – фазное напряжение обмоток НН понижающего трансформатора; В;
Sнт – номинальная мощность трансформатора, кВА;
Zт – полное сопротивление понижающего трансформатора током однофазного к.з., мОм;
Активные и индуктивные сопротивления трансформаторов 6 (10)/0,4кВ, мОм
2 Сбор исходных данных по питающей линии:
Тип, сечение кабеля, количество кабелей;
L – длина линии, м;
Хо – индуктивное сопротивление линии, мОм/м;
Zпт – полное сопротивление петли фаза-ноль от трансформатора до точки к.з., измеренное при испытаниях или найденное из расчета, мОм/м;
3 Другие данные.
Куд – ударный коэффициент.
После сбора исходных можно приступить непосредственно к вычислениям.
Активное сопротивление понижающего трансформатора, мОм:
Активное сопротивление трансформатора
Индуктивное сопротивление понижающего трансформатора, мОм:
Активное сопротивление питающей линии, мОм:
R к = R уд.к* l / N к
Индуктивное сопротивление питающей линии, мОм:
Х к =Худ.к* l / Nк
Полное активное сопротивление, мОм:
R Σ = R т +R к
Полное индуктивное сопротивление, мОм:
X Σ =X т +X к
Полное сопротивление, мОм:
Ток трехфазного короткого замыкания, кА:
Ударный ток трехфазного к.з., кА:
Ток однофазного короткого замыкания, кА:
Zпт=Zпт.уд.* L
Рассчитав токи короткого замыкания, можно приступать к выбору защитных аппаратов.
По такому принципу я сделал свою новую программу для расчета токов короткого замыкания. При помощи программы все расчеты можно выполнить значительно быстрее и с минимальным риском допущения ошибки, которые могут возникнуть при ручном расчете. Пока это все-таки beta-версия, но тем не менее думаю вполне рабочий вариант программы.
Внешний вид программы:
Ниже в программе идут все необходимые таблицы для выбора нужных параметров трансформатора и питающей линии.
Также в месте с программой я прилагаю образец своего расчета, чтобы быстро можно было оформить расчет и предоставить всем заинтересованным органам.
Стоит заметить, что у меня появилась еще одна мелкая программа – интерполяция. Удобно, например, находить удельную нагрузку квартир при заданных значениях.
Жду ваших отзывов, пожеланий, предложений, уточнений.
Продолжение следует... будет еще
Нужно ли учитывать сопротивления коммутационных аппаратов при расчете к.з.?
Здравствуйте, уважаемые читатели и посетители сайта «Заметки электрика».
У меня на сайте есть статья про . Я в ней приводил случаи из своей практики.
Так вот чтобы минимизировать последствия от подобных аварий и инцидентов, необходимо правильно выбирать электрооборудование. Но чтобы его правильно выбрать, нужно уметь рассчитывать токикороткого замыкания.
В сегодняшней статье я покажу Вам как можно самостоятельно рассчитать ток короткого замыкания, или сокращенно ток к.з., на реальном примере.
Я понимаю, что многим из Вас нет необходимости производить расчеты, т.к. обычно этим занимаются, либо проектанты в организациях (фирмах), имеющих лицензию, либо студенты, которые пишут очередной курсовой или дипломный проект. Особенно понимаю последних, т.к. сам будучи студентом (в далеком двух тысячном году), очень жалел, что в сети не было подобных сайтов. Также данная публикация будет полезна энергетикам и для поднятия уровня саморазвития, или чтобы освежить в памяти когда-то прошедший материал.
Кстати, я уже приводил . Кому интересно, то переходите по ссылочке и читайте.
Итак, перейдем к делу. Несколько дней назад у нас на предприятии случился пожар на кабельной трассе около цеховой сборки №10. Выгорел практически полностью кабельный лоток со всеми там идущими силовыми и контрольными кабелями. Вот фото с места происшествия.
Сильно вдаваться в «разбор полетов» я не буду, но у моего руководства возник вопрос о срабатывании вводного автоматического выключателя и соответствие его для защищаемой линии. Простыми словами скажу, что их интересовала величина тока короткого замыкания в конце вводной силовой кабельной линии, т.е. в том месте, где случился пожар.
Естественно, что никакой проектной документации у цеховых электриков по расчетам токов к.з. на эту линию не нашлось, и мне пришлось самому производить весь расчет, который я выкладываю в общий доступ.
Сбор данных для расчета токов короткого замыкания
Силовая сборка №10, около которой случился пожар, питается через автоматический выключатель А3144 600 (А) медным кабелем СБГ (3х150) от понижающего трансформатора №1 10/0,5 (кВ) мощностью 1000 (кВА).
Не удивляйтесь, у нас на предприятии еще много действующих подстанций с изолированной нейтралью на 500 (В) и даже на 220 (В).
Скоро буду писать статью о том, как в сеть 220 (В) и 500 (В) с изолированной нейтралью . Не пропустите выход новой статьи — подпишитесь на получение новостей.
Понижающий трансформатор 10/0,5 (кВ) питается силовым кабелем ААШв (3х35) с высоковольтной распределительной подстанции № 20.
Некоторые уточнения для расчета тока короткого замыкания
Несколько слов хотелось бы сказать про сам процесс короткого замыкания. Во время короткого замыкания в цепи возникают переходные процессы, связанные с наличием в ней индуктивностей, препятствующих резкому изменению тока. В связи с этим ток к.з. во время переходного процесса можно разделить на 2 составляющие:
- периодическая (появляется в начальный момент и не снижается, пока электроустановка не отключится от защиты)
- апериодическая (появляется в начальный момент и быстро снижается до нуля после завершения переходного процесса)
Ток к.з. я буду расчитывать по РД 153-34.0-20.527-98.
В этом нормативном документе сказано, что расчет тока короткого замыкания допускается проводить приближенно, но при условии, что погрешность расчетов не составит больше 10%.
Расчет токов короткого замыкания я буду проводить в относительных единицах. Значения элементов схемы приближенно приведу к базисным условиям с учетом коэффициента трансформации силового трансформатора.
Цель — это А3144 с номинальным током 600 (А) на коммутационную способность. Для этого мне нужно определить ток трехфазного и двухфазного короткого замыкания в конце силовой кабельной линии.
Пример расчета токов короткого замыкания
Принимаем за основную ступень напряжение 10,5 (кВ) и задаемся базисной мощностью энергосистемы:
базисная мощность энергосистемы Sб = 100 (МВА)
базисное напряжение Uб1 = 10,5 (кВ)
ток короткого замыкания на сборных шинах подстанции №20 (по проекту) Iкз = 9,037 (кА)
Составляем расчетную схему электроснабжения.
На этой схеме указываем все элементы электрической цепи и их . Также не забываем указать точку, в которой нам нужно найти ток короткого замыкания. На рисунке выше я ее забыл указать, поэтому объясню словами. Она находится сразу же после низковольтного кабеля СБГ (3х150) перед сборкой №10.
Затем составим схему замещения, заменив все элементы вышеприведенной схемы на активные и реактивные сопротивления.
При расчете периодической составляющей тока короткого замыкания допускается активное сопротивление кабельных и воздушных линий не учитывать. Для более точного расчета активное сопротивление на кабельных линиях я учту.
Зная, базисные мощности и напряжения, найдем базисные токи для каждой ступени трансформации:
Теперь нам нужно найти реактивное и активное сопротивление каждого элемента цепи в относительных единицах и вычислить общее эквивалентное сопротивление схемы замещения от источника питания (энергосистемы) до точки к.з. (выделена красной стрелкой).
Определим реактивное сопротивление эквивалентного источника (системы):
Определим реактивное сопротивление кабельной линии 10 (кВ):
- Хо — удельное индуктивное сопротивление для кабеля ААШв (3х35) берем из справочника по электроснабжению и электрооборудованию А.А. Федорова, том 2, табл. 61.11 (измеряется в Ом/км)
Определим активное сопротивление кабельной линии 10 (кВ):
- Rо — удельное активное сопротивление для кабеля ААШв (3х35) берем из справочника по электроснабжению и электрооборудованию А.А. Федорова, том 2, табл. 61.11 (измеряется в Ом/км)
- l — длина кабельной линии (в километрах)
Определим реактивное сопротивление двухобмоточного трансформатора 10/0,5 (кВ):
- uк% — напряжение короткого замыкания трансформатора 10/0,5 (кВ) мощностью 1000 (кВА), берем из справочника по электроснабжению и электрооборудованию А.А. Федорова, табл. 27.6
Активным сопротивлением трансформатора я пренебрегаю, т.к. оно несоизмеримо мало по отношению к реактивному.
Определим реактивное сопротивление кабельной линии 0,5 (кВ):
- Хо — удельное сопротивление для кабеля СБГ (3х150) берем из справочника по электроснабжению и электрооборудованию А.А. Федорова, табл. 61.11 (измеряется в Ом/км)
- l — длина кабельной линии (в километрах)
Определим активное сопротивление кабельной линии 0,5 (кВ):
- Rо — удельное сопротивление для кабеля СБГ (3х150) берем из справочника по электроснабжению и электрооборудованию А.А. Федорова, табл. 61.11 (измеряется в Ом/км)
- l — длина кабельной линии (в километрах)
Определим общее эквивалентное сопротивление от источника питания (энергосистемы) до точки к.з.:
Найдем периодическую составляющую тока трехфазного короткого замыкания:
Найдем периодическую составляющую тока двухфазного короткого замыкания:
Результаты расчета токов короткого замыкания
Итак, мы рассчитали ток двухфазного короткого замыкания в конце силовой кабельной линии напряжением 500 (В). Он составляет 10,766 (кА).
Вводной автоматический выключатель А3144 имеет номинальный ток 600 (А). Уставка электромагнитного расцепителя у него выставлена на 6000 (А) или 6 (кА). Поэтому можно сделать вывод, что при коротком замыкании в конце вводной кабельной линии (в моем примере по причине пожара) и отключил поврежденный участок цепи.
Еще полученные значения трехфазного и двухфазного токов можно применить для выбора уставок релейной защиты и автоматики.
В этой статье я не выполнил расчет на ударный ток при к.з.
P.S. Вышеприведенный расчет был отправлен моему руководству. Для приближенного расчета он вполне сгодится. Конечно же низкую сторону можно было рассчитать более подробно, учитывая сопротивление контактов автоматического выключателя, контактных соединений кабельных наконечников к шинам, сопротивление дуги в месте замыкания и т.п. Об этом я как-нибудь напишу в другой раз.
Если Вам нужен более точный расчет, то можете воспользоваться специальными программами на ПК. Их в интернете множество.
Электрическая энергия несет в себе довольно высокую опасность, от которой не защищены ни работники отдельных подстанций, ни бытовые приборы. Ток короткого замыкания – это один из самых опасных видов электроэнергии, но существуют методы, как его контролировать, рассчитать и измерить.
Что это такое
Ток короткого замыкания (ТКЗ) – это резко возрастающий ударный электрический импульс. Главной его опасностью является то, что согласно закону Джоуля-Ленца такая энергия имеет очень высокий показатель выделения тепла. В результат короткого замыкания могут расплавиться провода или перегореть определенные электроприборы.
Фото – временная диаграммаОн состоит из двух основных слагающих – апериодическая составляющая тока и вынужденная периодическая слагаемая.
Формула – периодическая
Формула – апериодическая
По принципу, сложнее всего измерить именно энергию апериодического возникновения, которая является емкостной, доаварийной. Ведь именно в момент аварии разница между фазами имеет наибольшую амплитуду. Также его особенностью является не типичность возникновения этого тока в сетях. Схема его образования поможет показать принцип действия этого потока.
Сопротивление источников из-за высокого напряжения при КЗ замыкается на небольшом расстоянии или «накоротко» – поэтому это явление получило такое название. Бывает ток короткого трёхфазного замыкания, двухфазного и однофазного – здесь классификация происходит по количество замкнутых фаз. В некоторых случаях, КЗ может быть замкнут между фазами и на землю. Тогда, чтобы его определить, нужно будет отдельно учитывать заземление.
Фото – результат КЗ
Также можно распределить КЗ по типу подключения электрооборудования:
- С заземлением;
- Без него.
Для полного объяснения этого явления предлагаем рассмотреть пример. Скажем, есть конкретный потребитель тока, который подключен к локальной линии электропередач при помощи отпайки. При правильной схеме общее напряжение в сети равно разнице ЭДС у источника питания и снижению напряжения в локальных электрических сетях. Исходя из этого, для определения силы тока короткого замыкания может использоваться формула Ома:
R = 0; Iкз = Ɛ/r
Здесь r –сопротивление КЗ.
Если подставить определенные значения, то можно будет определить ток замыкания в любой точке на всей линии электропередач. Здесь не нужно проверять кратность КЗ.
Способы расчета
Предположим, что замыкание уже произошло в трехфазной сети, к примеру, на подстанции или на обмотках трансформатора, как тогда производится расчет токов короткого замыкания:
Формула – ток трехфазного замыкания
Здесь U20 – это напряжение обмоток трансформатора, а Z T – сопротивление определенной фазы (которая была повреждена в КЗ). Если напряжение в сетях – это известный параметр, рассчитывать требуется сопротивление.
Каждый электрический источник, будь-то трансформатор, контакт аккумуляторной батареи, электрические провода – имеет свой номинальный уровень сопротивления. Иными словами, Z у каждого свое. Но они характеризуются сочетанием активных сопротивлений и индуктивных. Также есть емкостные, но они не имеют значение при расчете токов высокой силы. Поэтому многими электриками используется упрощенный способ вычисления этих данных: арифметический расчет сопротивления постоянного тока на последовательно соединенных участках. Когда эти характеристики известны, не составит труда по формуле ниже рассчитать полное сопротивление для участка или целой сети:
Формула полного заземления
Где ε – это ЭДС, а r – величина сопротивления.
Учитывая, что во время перегрузок сопротивление равняется нулю, решение принимает следующий вид:
I = ε/r = 12 / 10 -2
Исходя из этого, сила при коротком замыкании этого аккумулятора равна 1200 Ампер.
Таким образом можно также рассчитать ток КЗ для двигателя, генератора и других установок. Но на производстве не всегда есть возможность рассчитывать допустимые параметры для каждого отдельного электрического устройства. Помимо этого, следует учитывать, что при несимметричных замыканиях нагрузки имеют разную последовательность, для учета которой требуется знать cos φ и сопротивление. Для расчета используется специальная таблица ГОСТ 27514-87, где указываются эти параметры:
Также существует понятие односекундного КЗ, здесь формула силы тока при коротком замыкании определяется при помощи специального коэффициента:
Формула – коэффициент КЗ
Считается, что в зависимости от сечения кабеля, КЗ может пройти незаметно для проводки. Оптимальным является длительность замыкания до 5 секунд. Взято из книги Небрат «Расчет КЗ в сетях»:
| Сечение, мм 2 | Длительность КЗ, допустимая для конкретного типа проводов | |||
| Изоляция ПВХ | Полиэтилен | |||
| Жилы медь | Алюминий | Медь | Алюминий | |
| 1,5 | 0,17 | нет | 0,21 | нет |
| 2,5 | 0,3 | 0,18 | 0,34 | 0,2 |
| 4 | 0,4 | 0,3 | 0,54 | 0,36 |
| 6 | 0,7 | 0,4 | 0,8 | 0,5 |
| 10 | 1,1 | 0,7 | 1,37 | 0,9 |
| 16 | 1,8 | 1,1 | 2,16 | 1,4 |
| 25 | 2,8 | 1,8 | 3,46 | 2,2 |
| 35 | 3,9 | 2,5 | 4,8 | 3,09 |
| 50 | 5,2 | 3 | 6,5 | 4,18 |
| 70 | 7,5 | 5 | 9,4 | 6,12 |
| 95 | 10,5 | 6,9 | 13,03 | 8,48 |
| 120 | 13,2 | 8,7 | 16,4 | 10,7 |
| 150 | 16,3 | 10,6 | 20,3 | 13,2 |
| 185 | 20,4 | 13,4 | 25,4 | 16,5 |
| 240 | 26,8 | 17,5 | 33,3 | 21,7 |
Эта таблица поможет узнать ожидаемую условную длительность КЗ в нормальном режиме работы, амперметраж на шинах и различных типах проводов.
Если рассчитывать данные по формулам нет времени, то используется специальное оборудование. К примеру, большой популярностью у профессиональных электриков пользуется указатель Щ41160 – это измеритель тока короткого замыкания фаза-ноль 380/220В. Цифровой прибор позволяет определить и рассчитать силу КЗ в бытовых и промышленных сетях. Такой измеритель можно купить в специальных электротехнических магазинах. Эта методика хороша, если нужно быстро и точно определить уровень тока петли или отрезка цепи.
Также используется программа «Аврал», которая быстро может определить термическое действие КЗ, показатель потерь и силу тока. Проверка производится в автоматическом режиме, вводятся известные параметры и она сама рассчитывает все данные. Это проект платный, лицензия стоит около тысячи рублей.
Видео: защита электрической сети от короткого замыкания
Защита и указания по выбору оборудования
Несмотря на всю опасность этого явления, все же есть способ, как ограничить или свести к минимуму вероятность возникновения авариных ситуаций. Очень удобно использовать электрический аппарат для ограничения короткого замыкания, это может быть токоограничивающий реактор, который значительно снижает термическое действие высоких электрических импульсов. Но для бытового использования этот вариант не подойдет.
Фото – схема блока защиты от кз
В домашних условиях часто можно встретить использование автомата и релейной защиты. Эти расцепители имеют определенные ограничения (максимальный и минимальный ток сети), при превышении которых отключают питание. Автомат позволяет определять допустимый уровень ампер, что помогает повысить безопасность. Выбор производится среди оборудования с высшим классом защиты, нежели нужно. Например, в сети 21 ампер рекомендуется использовать автомат для отключения 25 А.
Расчет токов короткого замыкания (КЗ) необходим для выбора аппаратуры и проверки элементов электроустановок (шин, изоляторов, кабелей и т. д.) на электродинамическую и термическую устойчивость , а также уставок срабатывания защит и проверки их на чувствительность срабатывания. Расчетным видом КЗ для выбора или проверки параметров электрооборудования обычно считают трехфазное КЗ. Однако для выбора и проверки уставок релейной защиты и автоматики требуется определение и несимметричных токов КЗ.
Расчет токов КЗ с учетом действительных характеристик и действительных режимов работы всех элементов системы электроснабжения сложен.
Поэтому для решения большинства практических задач вводят допущения, которые не дают существенных погрешностей:
Трехфазная сеть принимается симметричной;
Не учитываются токи нагрузки;
Не учитываются емкости, а следовательно, и емкостные токи в воздушной и кабельной сетях;
В зависимости от назначения расчета токов КЗ выбирают расчетную схему сети, определяют вид КЗ, местоположение точек КЗ на схеме и сопротивления элементов схемы замещения. Расчет токов КЗ в сетях напряжением до 1000 В и выше имеет ряд особенностей, которые рассматриваются ниже.
При определении токов КЗ используют, как правило, один из двух методов:
Метод именованных единиц - в этом случае параметры схемы выражают в именованных единицах (омах, амперах, вольтах и т. д.);
Метод относительных единиц - в этом случае параметры схемы выражают
в долях или процентах от величины, принятой в качестве основной (базисной).
Метод именованных единиц применяют при расчетах токов КЗ сравнительно простых электрических схем с небольшим числом ступеней трансформации.
Метод относительных единиц используют при расчете токов КЗ
в сложных электрических сетях с несколькими ступенями трансформации, присоединенных к районным энергосистемам.
Если расчет выполняют в именованных единицах, то для определения токов КЗ необходимо привести все электрические величины к напряжению ступени, на которой имеет место КЗ.
При расчете в относительных единицах все величины сравнивают с базисными, в качестве которых принимают базисную мощность одного трансформатора ГПП или условную единицу мощности, например 100 или 1000 МВА.
В качестве базисного напряжения принимают среднее напряжение той ступени, на которой произошло КЗ (U ср = 6,3; 10,5; 21; 37; 115; 230 кВ). Сопротивления элементов системы электроснабжения приводят к базисным условиям в соответствии с табл. 3.1.
Таблица 3.1
Средние удельные значения индуктивных сопротивлений воздушных и кабельных линий электропередачи
Расчет токов КЗ начинают с составления расчетной схемы электроустановки. На расчетной схеме указываются все параметры, влияющие на величину тока КЗ (мощности источников питания, средне номинальные значения ступеней напряжения, паспортные данные электрооборудования), и расчетные точки, в которых необходимо определить токи КЗ. Как правило, это сборные шины ГПП, РУ, РП или начало питающих линий. Точки КЗ нумеруют в порядке их рассмотрения начиная с высших ступеней.
По расчетной схеме составляется электрическая схема замещения. Схемой замещения называется схема, соответствующая по своим параметрам расчетной схеме, в которой все электромагнитные (трансформаторные) связи заменены электрическими. На рис. 3.1 приведен пример расчетной схемы, а на рис. 3.2 - соответствующая ему схема замещения.
При составлении схемы замещения для электроустановок выше 1000 В учитывают индуктивные сопротивления электрических машин, силовых трансформаторов и автотрансформаторов, реакторов, воздушных и кабельных линий. Средние удельные значения индуктивных сопротивлений воздушных и кабельных линий электропередачи приведены в табл. 3.2. Активные сопротивления учитывают только для воздушных линий с проводами небольшого сечения и со стальными проводами, а также для протяженных кабельных линий с небольшим сечением.
Активное сопротивление трансформаторов учитывают в случае, когда среднее номинальное напряжение ступени, где находится точка короткого замыкания, В и мощность трансформатора 
кВА или питающая и отходящая линии выполнены из стальных проводов.
| Рис. 3.1. Расчетная схема | Рис. 3.2. Схема замещения |
После составления схемы замещения необходимо определить ее параметры. Параметры схемы замещения определяются в зависимости от выбранного метода расчета токов КЗ в именованных или относительных единицах. Формулы для определения параметров схемы замещения приведены в табл. 3.2.
Далее схему замещения путем постепенного преобразования (последовательное и параллельное сложение, преобразование треугольника в звезду и др.) приводят к простейшему виду так, чтобы источник питания был связан с точкой КЗ одним результирующим сопротивлением. Преобразования схемы замещения производятся для каждой точки КЗ отдельно.
Расчетные выражения для определения приведенных значений сопротивлений
| Элемент электроустановки | Исходный параметр | Именованные единицы, Ом | Относительные единицы, о. е. |
| Генератор (G ) | ; , МВ?А |  |
 |
| , %; , МВ?А |  |
 |
|
| Энергосистема (С) | S к, МВ?А | ||
| I откл.ном, кА |  |
 |
|
| ; , МВ?А |  |
 |
|
| Трансформатор (Т) | u к, % S ном. т, МВ?А |  |
 |
| Автотрансформатор и трехобмоточный трансформатор (Т) (схема замещения - звезда) | u к,В−С , %; u к,В−Н , %; u к,С−Н , %; , МВ?А |  ;  ;  |
 ;  ;  |
Окончание табл. 3.2
| 2 | |||
| Трансформатор с расщепленной обмоткой низшего напряжения (Т) | U к,В−Н , %; S ном. т, МВ?А |  ;  |
 ;  |
| Синхронные и асинхронные электродвигатели, компенсаторы (М) | ; S ном. М , МВ?А |  |
 |
| Реактор (LR ) | x ном. LR , Ом |  |
 |
| Линия электропередачи (W ) | x уд, Ом/км; l , км |  |
 |
| Примечание: S ном - номинальные мощности элементов (генератора, трансформатора, энергосистемы), МВ?А; S б - базисная мощность, МВ?А; S к - мощность КЗ энергосистемы, МВ?А; I откл. ном - номинальный ток отключения выключателя, кА; х *ном. С − относительное номинальное сопротивление энергосистемы; u к % − напряжение КЗ трансформатора; I б - базисный ток, кА; U ср - среднее напряжение в месте установки данного элемента, кВ; x уд - индуктивное сопротивление линии на 1 км длины, Ом/км; l - длина линии, км |
Зная результирующее сопротивление до точки КЗ, по закону Ома определяют токи КЗ .Z рез - полное приведенное сопротивление от источника питания до точки КЗ; S б - базисная мощность.
При расчете токов КЗ в большинстве случаев требуется знать следующие значения:
- начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ (сверхпереходной ток);
i у - ударный ток КЗ;
I у - действующее значение полного тока КЗ за первый период;
I ∞ − ток установившегося режима;
I п t - периодическая составляющая тока КЗ в момент времени t = τ.
