Расчет токов кз методом приведенных длин

Расчет токов короткого замыкания в низковольтной сети методом приведенных длин



Согласно Правил безопасности в угольных шахтах в подземных сетях при напряжении до 1200 В должна осуществляться защита:

а) трансформаторов и каждого отходящего от них присоединения от токов короткого замыкания - автоматическими выключателями с максимальной токовой защитой - мгновенная, в пределах до 0,2 с;

б) электродвигателей и питающих их кабелей:

		от токов короткого замыкания: мгновенная или селективная, в пределах 0,2 с;

		от перегрузки, перегрева, опрокидывания и несостоявшегося пуска электродвигателей, работающих в режиме экстремальных перегрузок;

		нулевая;

		от включения напряжения при сниженном сопротивлении изоляции относительно земли;

в) искроопасных цепей, отходящих от вторичных обмоток понижающего трансформатора, встроенного в аппарат, от токов короткого замыкания;

г) электрической сети от опасных утечек тока на землю - автоматическими выключателями или одним отключающим аппаратом в комплексе с одним аппаратом защиты от утечек тока на всю электрически связанную сеть, подключенную к одному или группе параллельно работающих трансформаторов; при срабатывании аппарата защиты от утечек тока должна отключаться вся сеть, подключенная к указанному трансформатору, за исключением отрезка кабеля длиной не более 10 м, соединяющего трансформатор с общесетевым автоматическим выключателем.

Общая длина кабелей, присоединенных к одному или параллельно работающим трансформаторам, должна ограничиваться емкостью относительно земли величиной не более 1 мкФ на фазу.

При питании подземных электроприемников с поверхности через скважины допускается установка автоматического выключателя с аппаратом защиты от утечек тока под скважиной на расстоянии не более 10 м от нее. В этом случае при срабатывании аппарата защиты от утечек тока электроприемники на поверхности и кабель в скважине могут не отключаться, если на поверхности имеется устройство контроля изоляции сети, не влияющее на работу аппарата защиты, а электроприемники имеют непосредственное отношение к работе шахты (вентиляторы, лебедки и др.) и присоединяются посредством кабелей.

Защита от утечек тока может не применяться для цепей напряжением не более 42 В, цепей дистанционного управления и блокировки КРУ, а также цепей местного освещения передвижных подстанций, питающихся от встроенных осветительных трансформаторов, при условии металлического жесткого или гибкого наружного соединения их с корпусом подстанции, наличия выключателя в цепи освещения и надписи на светильниках «Вскрывать, отключив от сети».

Требование защиты от утечек тока не распространяется на искробезопасные системы.

Во всех случаях защитного отключения допускается однократное АПВ при условии наличия в КРУ максимальной токовой защиты и защиты от утечек (замыканий) на землю, имеющих блокировки против подачи напряжения на линии или электроустановки после их срабатывания.

Сроки оснащения защитой от токов перегрузки устанавливаются руководством отрасли по согласованию с Ростехнадзором России.

Величина уставки тока срабатывания реле максимального тока автоматических выключателей, магнитных пускателей и станций управления, а также номинальный ток плавкой вставки предохранителей должны выбираться согласно требованиям к определению токов короткого замыкания, выбору и проверке уставок максимальной токовой защиты в сетях напряжением до 1200 В.

Таким образом, расчет эффективных значений токов короткого замыкания (к.з.) осуществляется с целью определения минимального значения тока двухфазного к.з., необходимого для выбора уставок средств защиты, а также максимального значения тока трехфазного к.з., необходимого для проверки коммутационной аппаратуры на отключающую способность.

Расчетный минимальный ток двухфазного металлического к.з. (I2к.з.min) в наиболее электрически удаленной от трансформатора точке сети определяется с учетом параметров высоковольтной распределительной сети, трансформатора передвижной подстанции и нагрева жил кабелей до 65°С, а также с учетом переходных сопротивлений контактов и элементов коммутационных аппаратов, в том числе и сопротивления в месте к.з.

Расчетный ток (I2к.з.min) в зависимости от приведенной длины кабелей и параметров сети может определяться по таблицам 1-5 Приложения [7, c.236-244].

Для промежуточных значений мощности к.з. и длин кабельных линий, не приведенных в таблицах, токи к.з. определяются методом линейной интерполяции.

Токи двухфазного к.з. могут быть определены по формуле:



где U - среднее номинальное напряжение ступени, принимается равным 0,133; 0,23; 0,4; 0,69 или 1,2 кВ;

rpc, rr, xpc, xr - соответственно активные и индуктивные сопротивления высоковольтной распределительной сети и трансформатора, приведенные ко вторичной обмотке, Ом;

rk, xk - соответственно активное и индуктивное сопротивления 1 км кабеля сечением 50 мм2, Ом/км;

Lпр - приведенная к сечению 50 мм2 или 4 мм2 длина кабельных линий, включенных в цепь к.з., км.

При определении расчетного тока (I2к.з.min) допускается:

- не учитывать сопротивления распределительной сети при мощности участковых подстанций до 400 кВА включительно, т.е. принимать xpc = 0, rpc = 0;

- при мощности к.з. Sкз > 50MBА принимать активное сопротивление распределительной сети равным нулю, т.е. rpc = 0.

Полное, активное и индуктивное сопротивление высоковольтной распределительной сети при Sкз < 50МВА определяются по формулам:



где Sкз - мощность к.з.  на вводе участковой подстанции или на шинах ближайшего питающего РПП-6, МВА.

Индуктивное и активное сопротивления трансформаторов определяются по формулам:



где Uк - напряжение короткого замыкания, %; 

Sт - номинальная мощность трансформатора, кВА;

Рк -  потери короткого замыкания трансформатора, Вт.

Активное и индуктивное сопротивления жил кабеля принимаются по каталожным данным и пересчитываются для температуры нагрева 65°С. Для указанной температуры нагрева и сечения медных жил 50 мм2 активное сопротивление равно 0,423 Ом/км, а индуктивное - 0,075 Ом/км.

Суммарное переходное сопротивление контактов и элементов аппаратов, а также переходное сопротивление в месте к.з. принимаются равным 0,005 Ом на один коммутационный аппарат, включая точку к.з.

Расчетный минимальный ток к.з. в наиболее электрически удаленной точке отходящего от аппарата искроопасного присоединения напряжением до 42 В достаточно точно определяется по формуле:



где Uн - номинальное напряжение вторичной обмотки трансформатора, В;

rr -сопротивление трансформатора, приведенное ко вторичной обмотке, Ом (указывается в инструкциях по эксплуатации аппаратов);

rk - сопротивление одной жилы кабеля, Ом (принимается равным 0,008; 0,005; 0,0033 и 0,002 Ом/м для кабелей сечением жил 2,5; 4; 6 и 10 мм2 соответственно).

Приведенная длина кабельных линий Lпр с учетом сопротивления контактов и элементов аппаратов и переходного сопротивления в месте к.з. определяется по формуле:



где L1..Ln - фактические   длины   кабелей   с различными сечениями жил, м;

kпр1-kпрn - коэффициенты приведения; 

k - число  коммутационных  аппаратов, последовательно включенных в цепь к.з., включая автоматический выключатель ПУПП;

lэ = 10 м - приведенная длина кабельной линии, эквивалентная переходным сопротивлениям в точке к.з. и элементов коммутационных аппаратов.

При проверке уставки тока срабатывания защиты аппарата, защищающего питающий кабель и электрооборудование горных машин с многодвигательным приводом, необходимо к L, определенной по последней формуле, прибавлять приведенную длину кабеля с сечением жилы 50 мм2, токоограничивающее влияние которого эквивалентно включению в защищаемую сеть элементов внутреннего монтажа. Эта величина указывается в заводских инструкциях по эксплуатации машин.

При определении (I2к.з.min) в осветительных сетях необходимо указывать сопротивление контактов. Для этого к значению Lпр необходимо прибавлять величину 2n, где n - число светильников и тройниковых муфт в цепи к.з. в сети освещения.

Коэффициенты приведения kпр сечений кабелей для определения расчетных минимальных токов к.з. (I2к.з.min) приведены в таблице 1:



Таблица 1 – Коэффициенты приведения

Сечение основной жилы кабеля, мм2

Коэффициент приведения 

Сечение основной жилы кабеля, мм2

Коэффициент приведения 

Для сетей напряжением 380-1140 В (сечения приведены к 50 мм2)

4

12,3

35

1,41

6

8,22

50

1,00

10

4,92

70

0,72

16

3,06

95

0,54

25

1,97

120

0,43

Для сетей напряжением 127 - 220 В (сечения приведены к 4 мм2)

2,5

1,6

6

0,67

4,0

1,0

10

0,40



Максимальный ток трехфазного к.з. на вводе аппарата может быть вычислен исходя из значения минимального тока двухфазного к.з., определенного для той же точки с учетом температурного  коэффициента  и  повышенного напряжения вторичной обмотки трансформатора, по формуле:

I3к.з.min = 1,6I2к.з.min



















Список использованной литературы



		Плащанский Л.А. Основы электроснабжения горных предприятий. М.: Издательство МГГУ, 2004.

		Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах. М.: 1985.

		Гимоян Г.Г., Лейбов P.M. Релейная защита подземного электрооборудования и сетей. М.: Изд-во «Недра», 1970. 

		Блок В.М. Электрические сети и системы. М.: 1986.

		Колосюк В.П, Техника безопасности при эксплуатации рудничных электроустановок. М.: Недра, 1987. 

		Риман Я.С. Защита шахтных участковых сетей от токов короткого замыкания. 2-е изд., перераб, и доп. М.: Недра, 1985.

		Сборник инструкций к Правилам безопасности в угольных шахтах том 2. 

















2