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. (I²_к.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 (I²_к.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;

r_pc, r_r, x_pc, x_r - соответственно активные и индуктивные сопротивления высоковольтной распределительной сети и трансформатора, приведенные ко вторичной обмотке, Ом;

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

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

При определении расчетного тока (I²_к.з.min) допускается:

- не учитывать сопротивления распределительной сети при мощности участковых подстанций до 400 кВ×А включительно, т.е. принимать x_pc = 0, r_pc= 0;

- при мощности к.з. S_кз > 50MB×А принимать активное сопротивление распределительной сети равным нулю, т.е. r_pc = 0.

Полное, активное и индуктивное сопротивление вы­соковольтной распределительной сети при S_кз < 50МВ×А определяются по формулам:

где S_кз - мощность к.з. на вводе участковой подстанции или на шинах ближайшего питающего РПП-6, МВ×А.

Индуктивное и активное сопротивления трансформаторов определяются по формулам:

где U_к - напряжение короткого замыкания, %;

S_т - номинальная мощность трансформатора, кВ×А;

Р_к - 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 U_н - номинальное напряжение вторичной обмотки трансформатора, В;

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

r_k - 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 L_пр с учетом сопротивления контактов и элементов аппаратов и переходного сопротивления в месте к.з. определяется по формуле:

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

k_пр1-k_прn - коэффициенты приведения;

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

l_э = 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 (I²_к.з.min) в осветительных сетях необходимо указывать сопротивление контактов. Для этого к значению L_пр необходимо прибавлять величину 2n, где n - число светильников и тройниковых муфт в цепи к.з. в сети освещения.

Коэффициенты приведения k_пр сечений кабелей для определения расчетных минимальных токов к.з. (I²_к.з.min) приведены в таблице 1:

Таблица 1 – Коэффициенты приведения

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:

I³_к.з.min = 1,6×I²_к.з.min

Список использованной литературы

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

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

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

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

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

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

7. Сборник инструкций к Правилам безопасности в угольных шахтах том 2.