Струми к. з. викликають додатковий нагрівання струмопровідних частин електричних апаратів, шин та жил електричних кабелів.

Тривалість, оскільки з. визначається часом, необхідним відключення ланцюга захисними пристроями. Для того щоб ушкодження від термічної дії, т.к. були найменшими, прагнуть відключити к. з. можливо швидше (час спрацьовування захисту має перевищувати 0,1 — 1 з).

Внаслідок короткочасності к. з. вважають, що все тепло, що виділяється, йде на нагрівання провідників, у той час як при нагріванні провідника струмом навантаження частина тепла, що виділяється, розсіюється в навколишньому середовищі.

Для спрощення розрахунків з обчислення кількості тепла, що виділяється при к. з., умовно приймають, що нагрівання провідника проводиться струмом, незмінним за величиною і рівним значенням періодичної складової т. к. з. При цьому дійсний час дії, т. к. з. замінюють так званим фіктивним часом t ф, протягом якого струм I ∞ виділить таку ж кількість тепла, як і дійсний змінюється т. к. з.

Після прийнятих припущень кількість теплоти Q до кал, що виділяється за законом Джоуля-Ленца в провіднику з опором, рівним R, при короткому замиканні складе:

Q до = 0,24 I 2 ∞ R tф

де t ф - фіктивний час дії струму к. з., с.

Температура пристрою, що нагрівається

υ= Q до /G c , (II-33)

де ϑ - ° С, якщо Q k , ккал; G - вага, кг; с -питома теплоємність, ккал/(кгХ°С).

Для досягнення динамічної та термічної стійкості обладнання вдаються у разі потреби до обмеження величини т. до. шляхом включення реакторів до зменшення часу к. з.

Реактор є котушкою з великим індуктивним і малим активним опором. Реактори надійно ізолюються від заземлених частин.

Реактори виконують без сталевих сердечників, що скорочує втрати електроенергії в них, зменшує їхню вагу та вартість; крім того, за наявності стали їхня індуктивність залежала б від величини струму, що призводило б до меншого обмеження т. к. з.

Номінальні параметри апаратури (струм, напруга, потужність відключення) повинні відповідати обчислювальним максимальним розрахунковим величинам у робочому режимі та при к. з.

Номінальні дані електричної установки - сукупність сумарних параметрів, що характеризують роботу електроустановки у номінальному режимі.

Для запобігання коротким замиканням та зменшення їх наслідків необхідно усунути причини, що викликають їх, правильно проектувати, монтувати та експлуатувати електроустановки, три цьому передбачати, щоб усі елементи електроустановок (апарати, проводи тощо) мали динамічну та термічну стійкість в умовах короткого замикання. .

Вибирати також вимикачі потужності, які під дією захисту швидко і надійно відключають пошкоджені елементи обладнання або ділянку мережі. Для цього треба вміти розраховувати, тому що з. і визначати спричинені ними зниження напруги у вузлах мережі.

Контрольні питання

1. Які причини коротких замикань?
2. Які наслідки можуть призвести до короткого замикання?
3. Що називається коротким замиканням?
4. Які види коротких замикань вам відомі?
5. За якого короткого замикання виникають найбільші струми?
6. Як визначаються повні опори ланцюга короткого замикання?
7. Які приймають припущення під час розрахунків струмів короткого замикання?
8. Навіщо проводиться розрахунок струмів короткого замикання?
9. У чому полягає процес короткого замикання?
10. Як проводиться розрахунок струмів короткого замикання?
11. У чому полягають особливості розрахунку струмів короткого замикання у мережах напругою до 1000?
12. У чому різниця розрахунків струмів короткого замикання в іменованих та відносних одиницях?
13. У чому виявляються дії струмів короткого замикання?
14. Як визначаються електродинамічні та термічні напруги?
15. Які заходи забезпечують теплову стійкість обладнання?
16. Які параметри апаратури враховуються під час розрахунку струмів короткого замикання?

"Електропостачання будівельно-монтажних робіт", Г.М. Глушків

Однак для точного розрахунку повний опір ланцюга к. з. слід визначати не шляхом арифметичного складання модулів повних опорів ділянок цього ланцюга (II-5), а як у виразі на малюнку: Приклад розрахунку. За розрахунковою схемою, наведеною на рис. II-4; визначення опорів елементів схеми – на рис. ІІ-6. Опір силового трансформатора ТМ 630/10, наведений до напруги 0,4…

iy = √2Ку Iк, де Ку - ударний коефіцієнт визначається з графіка Ку = f (X/R) Розрахункова схема X/R = 24/50 = 0,48. З графіка маємо Ку = 1 iу = 1,41 * 1 * 4,15 = 5,9 кА. Найбільший діючий струм к. з., яким перевіряється апаратура на динамічну стійкість протягом першого періоду к. з., становить: Iу=…

Опір системи Хс визначаємо за формулою Хc=Uc//√3I(30) Опір повітряної лінії: індуктивний Хл = x0l; активне Rл = r0l де х0, r0 - питомі індуктивний та активний опір лінії, Ом/км (див. довідник). l - Довжина лінії, км. Індуктивний опір обмоток силового трансформатора: Хт = Uk%U1N/√3I1N100%. Результуючий індуктивний опір Хрез - Хс + Хл + Хт Якщо Хрез > 1/3rл, то активним опором ...

При протіканні провідниками електричного струму провідники нагріваються. При нагріванні провідника струмом навантаження частина виділеної теплоти розсіюється в довкілля, причому ступінь розсіювання залежить від умов охолодження.

При протіканні струму КЗ температура провідників значно зростає, оскільки струми при КЗ різко збільшуються, а тривалість КЗ мала, тому теплота, що виділяється в провіднику, не встигає передатися в навколишнє середовище і практично йде на нагрівання провідника. Нагрів провідника при КЗ може досягати небезпечних значень, призводячи до плавлення або обвуглювання ізоляції, деформації та плавлення струмопровідних частин тощо.

Критерієм термічної стійкості провідників є допустимі температури нагрівання струмами КЗ (х доп,°С).

Провідник чи апарат вважається термічно стійким, якщо його температура нагріву у процесі КЗ не перевищує допустимих величин. Умова термічної стійкості у випадку виглядає так,°С:

х кін? х дод (4.1.)

де х кон - кінцеве значення температури провідника як КЗ.

Кількісну оцінку ступеня термічного впливу струму КЗ на провідники та електричні апарати рекомендується проводити за допомогою інтегралу Джоуля

де i Kt – повний струм КЗ у довільний момент часу t, А; t вимк - розрахункова тривалість КЗ, с.

Інтеграл Джоуля є складною функцією, яка залежить від параметрів джерел енергії, конфігурації вихідної розрахункової схеми, електричної віддаленості місця КЗ від джерел та інших факторів. Для орієнтовних розрахунків інтеграла Джоуля В у ланцюгах, що мають значну віддаленість від джерел живлення, можна використовувати формулу, кА 2 *с,

де - Чинне значення періодичної складової струму КЗ у момент t = 0 від еквівалентного джерела, кА; - еквівалентна постійна часу загасання аперіодичної складової струму КЗ, с; t вимк - розрахункова тривалість КЗ, с.

Найбільш складним є випадок визначення інтеграла Джоуля при КЗ поблизу генераторів чи синхронних компенсаторів. Але в навчальному проектуванні і тут можна скористатися формулою (4.1.3.), тому що отримане при цьому значення В буде дещо завищено, а провідники та апарати, обрані в потужних приєднаннях (генератор, трансформатор зв'язку та ін.) за умовами тривалого режиму та електродинамічної стійкості, мають значні запаси з термічної стійкості. Виходячи з вищевикладених міркувань, у формулі (4.1.3.) як Т а.екв можна прийняти найбільше з значень Т а тих джерел, які підживлюють місце КЗ, якщо таких було кілька, тому що це веде до збільшення розрахункового інтеграла Джоуля і не дає похибки під час перевірки апаратів на термічну стійкість.

При визначенні інтеграла Джоуля необхідно досить точно визначити відкл. Відповідно до ПУЕ розрахункова тривалість КЗ t відкл складається з часу дії основного релейного захисту даного ланцюга (t pз) з урахуванням дії АПВ та повного часу відключення вимикача (t відкл.в), яке вказується в каталожних даних вимикачів, с,

t откл = t pз + t откл.в (4.4.)

Для ланцюгів генераторів з РномG? 60 МВт ПУЭ рекомендується приймати t откл = 4 з, тобто. за часом дії резервного захисту.

Заводи-виробники в каталогах наводять значення гарантованого середньоквадратичного струму термічної стійкості (t тер, кА) та допустимого часу його протікання (t тер, с) для електричних апаратів (вимикачів, роз'єднувачів, трансформаторів струму та ін.).

В цьому випадку умова термічної стійкості апаратів в режимі КЗ виглядає так, як 2 * с,

B до? t тер (4.5.)

При перевірці термічної стійкості провідника, що має стандартний переріз q станд, мм 2 повинна бути виконана умова

q станд? q min (4.6.)

У ПУЕ обумовлено низку випадків, коли припустимо не перевіряти провідники та апарати на термічну стійкість при КЗ. Це стосується проводів повітряних ЛЕП, апаратів та провідників ланцюгів, захищених плавкими запобіжниками, та ін.

У режимі короткого замикання струмопровідні елементи електричної установки (шини, кабелі та ін.) за невеликий час короткого замикання t(секунди або частки секунди) нагріваються струмом к. з. від деякої початкової температури θ н до температури макс. Струми к. з. у багато разів більше струмів нормального режиму, тому, незважаючи на малу тривалість короткого замикання, температура провідників різко зростає і θ макс стає набагато більше θ Н (рис. 6.1). Визначення температури θ макс і порівняння її з короткочасно допустимою теплових розрахунків для режиму к. з.

Рис.6.1 Нагрів провідника в режимі короткого замикання

Невеликий час tкороткого замикання дозволяє проводити теплові розрахунки при к. з. без урахування віддачі тепла у навколишнє середовище за цей час. Розглянемо нагрівання провідника періодичної складової струму к. з., залишивши поки що осторонь додатковий нагрів його аперіодичної складової струму к. з. Такий роздільний розгляд двох складових струму к. з. можливо, що безпосередньо випливає з виразу для струму короткого замикання I к.з. :

I 2 к.з = I 2 п t + I 2 at (6.1)

де I at - значення аперіодичної складової, а I п t - Періодичної складової.

Енергія, витрачена на нагрівання провідника струмом t п t виражається законом Ленца. Тоді вихідний вираз нагрівання провідника виглядає як:

i 2 п t R np t = C m θ (6.2)

де R np - Опір провідника, С -питома теплоємність матеріалу провідника, m - вага провідника.

З огляду на те, що струм змінюється протягом часу к.з. а теплоємність та опір провідника є функцією температури, вихідне рівняння нагріву є диференціальним:

i 2 п t ρ про (1+ αθ) dt = s lγc o(1+ β θ)d θ (6.3)

де i п t - Миттєве значення періодичної складової к.з.

ρ про (1+ αθ) - опір провідника при температурі θ про С, ом

c o(1+ β θ) -питома теплоємність матеріалу провідника при θ про С , Вт. с/р. про З

ρ про і c o– питомий опір та теплоємність при 0 про С

α та β температурні коефіцієнти зміни ρ та c

s l –обсяг провідника, см 3; γ - Завд. вага матеріалу провідника, г/см 3

Розділивши змінні та перегрупувавши коефіцієнти, перепишемо рівняння в наступному вигляді:

Dt = до d θ (6.4)

де до = γ

За час короткого замикання t температура провідника піднімається від початкового значення θ н до θ мах кінцевого значення, тому слід проінтегрувати обидві частини рівняння у зазначених межах:

Закон зміни величини i п t у часі досить складний, тому інтегрування цієї функції здійснюють заміною площ (інтегралів). Рис.6.2. ілюструє цей метод.

Рис.6.2 Графік визначення фіктивного часу періодичної складової.

На графіку рис.6.2 площа ОАВС, що відповідає часу к.з. t дорівнює теплу від струму к.з. за час t, тобто.

пл.ОАВС = dt

Таку ж кількість тепла міг виділити незмінний струм к.з. I 2 ∞ але вже за інший час t фп. Цей час можна знайти, побудувавши рівновеликий за площею прямокутник ODEF. Для визначення t фп за певного часу t за розрахунковими кривими струмів к.з. побудовано залежність t фп = f(λ) (рис.6.3), причому λ = I” / I∞. Таким чином можна обчислити інтеграл як:

t фп (6.6)

Рис.6.3 Криві визначення фіктивного часу

Тепло, що виділяється аперіодичною складовою струму к.з. i а t визначається рівнянням аналогічно до рівняння 6.6:

t ф.а. (6.7)

де t ф. - Час, за який встановився струм к.з. виділить таку ж кількість тепла, як і аперіодична складова струму к.з. під час короткого замикання t.

Аперіодична складова згасає з постійного часу ланцюга до точки к.з. Т а: i а t = √2 I ” o е - t/Ta (6.8)

де I ” o –відоме (рівняння 5.9) чинне значення надперехідної складової струму к.з. в момент часу, що дорівнює 0. Ця функція легко інтегрується і в результаті значення фіктивного часу аперіодичної складової:

t ф.а = Т а λ 2 (6.9)

де λ = I ” o /

Повний фіктивний час t ф = t фп + t ф.а

Інтегрування правої частини рівняння 6.5 складно і призводить до громіздкого виразу для визначення температур, що шукається θ мах. На підставі цього виразу побудовано розрахункові криві у припущенні, що початкова температура провідника θ н =0. Порядок користування кривими випливає з їхньої побудови. Спочатку знаходять початкову температуру провідника на момент к.з. θ н. :

θ н = θ середовища + (θ доп - θ середовища) I 2 раб / I 2 доп (6.10)

де θ середовища – розрахункова температура середовища

θ доп – тривало допустима температура провідника

I раб- Робочий струм через провідник

I дод- Припустимий струм через провідник

Значення θ доп наведені у довідкових таблицях вибору шин та кабелів. За θ середовища приймають максимально можливе під час експлуатації (наприклад +40 про С). Визначивши початкову температуру знаходять за кривими (рис. 6.4) значення відповідної абсциси а н. Потім підраховують t ф і визначають абсцису ак = а н + t ф. Значення θ мах визначають за значенням а к. Далі величину θ мах зіставляють з θ махдоп. для цього виду матеріалу провідника.

Рис.6.4 Криві визначення температури нагрівання провідників при коротких замиканнях.

У зв'язку з тим, що тривалість короткого замикання мала (не перевищує декількох секунд), за θ махдоп приймають температури значно більші, ніж допустимі температури при тривалому нагріванні. При цьому враховується, що ізоляція провідників здатна витримати махдоп θ без шкоди для подальшої роботи.

Для голих провідників (шин розподільних пристроїв) махдоп приймають з умов механічної міцності матеріалу. Наприклад, для голих мідних шин махдоп = 300 про С.

Струмопроводи, що захищаються запобіжниками можна не перевіряти на термічну стійкість, так само як і струмопроводи, що захищаються струмообмежувальними вимикачами та вимикачами, без спеціальної витримки часу при спрацьовуванні.

Селективні автомати (автомати з витримкою часу при відключенні к.з.) на термічну стійкість перевіряють за умовою

I 2 ¥ t ф< (I 2 t) доп. ,

де I ¥ - Встановлений струм к.з.; t ф - фіктивний час к.з.;

(I 2 t) дод. - Термічна стійкість за технічними умовами (довідкові дані).

ЕЛЕКТРОДИНАМІЧНА ДІЯ СТРУМУ К,З,

При протіканні струму iу контурі в останньому виникає електродинамічна сила F, що прагне деформувати контур (рис.6.5). При постійному значенні струму збільшення енергії поля Wпри деформації контуру у напрямку ходно роботі, досконалою електромагнітною силою Fза той самий проміжок часу.

dW = Fdx(6.11)

де х- Координата напрямку сили.

Рівняння 6.11 називається рівнянням Максвелла.

Мал. 6.5 Дія електродинамічних сил на контур зі струмом.

Магнітна енергія Wу контурі з індуктивністю Lі струмом iвизначається відомим виразом:

F = (6.13)

При двох контурах з індуктивностями L 1 і L 2 тавідповідно струмами i 1 та i 2та взаємною індуктивністю Менергія магнітного поля Wвизначається виразом:

W = L 1 i 2 1 + L 2 i 2 2 + М i 1 i 2(6.14)

Електродинамічна сила, що прагне змінити взаємне розташування жорстких контурів ( L 1 = const; L 2 = const) дорівнює:

F = i 1 i 2 (6.15)

Взаємна індуктивність (Гн) двох паралельних провідників, розташованих в одній площині на відстані набагато меншій, ніж їх довжина.

М= 2l(ln - 1) 10 -7 Гн (6.16)

dM / dx = dM / da = (2l / a) 10 -7 (6.17)

і F = (2i 1 i 2 l/a) 10 -7 Н (6.18)

Цією формулою користуються визначення сили взаємодії між шинами розподільних пристроїв під час проходження струмів короткого замикання.

При розрахунках механічної міцності шин у режимі короткого замикання виходять з припущення, що шина кожної фази є багатопрогонової балкою, що вільно лежить на жорстких опорах і знаходиться під дією рівномірно розподіленого навантаження. Шини розподільного щита. задовольняють вимогам електродинамічної стійкості, якщо значення максимальної розрахункової напруги в шині менше або дорівнює максимально допустимої напруги, тобто. σ розрах. ≤ σ доп

а) зменшення величини струму короткого замикання;

б) збільшення відстані між осями шин;

в) зменшення довжини прольоту між опорними ізоляторами;

г) зміни розміру перерізу шин.

Максимальна напруга в шині при розташуванні шин плашмя визначається за співвідношенням:

При числі прольотів більше двох

σ розрах. = (1.06 К ф i 2 р L 2 / a h 2 b) * 10 -10 кПа (6.19.)

при числі прольотів, що дорівнює двом

σ розрах. = (1.33 К ф i 2 р L 2 / a h 2 b) * 10 -10 кПа (6.20)

При розташуванні шин згідно з рис.6.6 а. максимальна напруга

у шині одно: .

σ розрах. = (1.06 К ф i 2 р L 2 / a h b 2) * 10 -10 кПа (6.21)

при числі прольотів, що дорівнює двом,

σ розрах. = (1.33 К ф i 2 р L 2 / a h b 2) * 10 -10 кПа (6.22)

де i р – повний ударний струм короткого замикання;

а - відстань між осями фаз, см, зазвичай а = 6...7 см

L - Довжина прольоту, см, зазвичай L = 60 см;

h-висота шин, см;

б – товщина шин, см;

К ф - коефіцієнт форми шин, який визначається з кривих, представлених на рис.6.7

Мал. 6.6 Розташування однопрогонових шин

Мал. 6.7 Залежність коефіцієнта форми шин від взаємного розташування та конфігурації.

Автоматичні вимикачі перевіряють на електродинамічну стійкість ударного струму к.з. до вимкнення вимикача. Селективні (генераторні) автомати крім динамічної стійкості перевіряють і на граничну здатність, що відключає.

Гранична відключаюча здатність визначається допустимою величиною струму в момент розбіжності контактів. Умови перевірки на динамічну стійкість:

i уд. розрах.< i уд. доп. ;

на розривну здатність:

I t розрах.< I t доп,

де i уд. розрах. - Розрахунковий ударний струм к.з. для точки, вибраної з метою перевірки автомата; i уд. дод. - Припустиме значення ударного струму к.з. автомата; I t розр - розрахункове діюче значення струму к.з. у момент розходження дугогасних контактів (відповідне уставці за часом); I t доп, - допустиме значення струму вимикача, що діє, в момент розходження дугогасних контактів.

Якщо у двох паралельних провідниках протікають односпрямовані струмиι 1 і ι 2 , то ці провідники відчувають по відношенню один до одного силу тяжінняу вигляді рівномірно розподіленої суцільного механічного лінійного навантаження f [Н/м], що дорівнює

F = 2∙10 -7 до ф , (6.32)

де 1 , 2 - струми в провідниках, А;

а - відстань між провідниками, м 2;

до ф – коефіцієнт, що враховує нерівномірність розподілу струму за перерізом провідника (к ф ≈ 1 для круглого, квадратного та трубчастого перерізів при U< 6 кВ и для любого сечения при U >6 кВ; при U< 6 кВ для плоских шин к ф определяется по справочным кривым в зависимости от размеров сечения и расстояния между шинами).

При 3х фазному КЗ та розподілі провідників в одній площині найбільше зусилля від дії струму КЗ відчуває середня фаза. Максимальне (ударне) лінійне механічне навантаження для цієї фази дорівнює

F уд = 10 -7 до ф. (6.32)

Механічна навантаження викликає у жорстких провідниках (шинах) згинальний момент. У разі коли нескінченно довгий провідник розташований на рівномірно розставлених опорах (рис. 6.2), згинальний момент максимальний на самій опорі М макс, [Н∙м] і дорівнює

М макс = , (6.33)

l – проліт між опорами, м.

провідника, закріпленого на рівномірно розставлених опорах

При дії згинального моменту у металі виникає механічна напруга, σ, Н/м 2 або МПа. Найбільша механічна напруга в металі при згинанні дорівнює

де W - момент опору, м3.

Момент опору визначається розмірами провідника та напрямком чинної на провідник сили (способу розташування шин, рис. 6.3)

Мал. 6.3. Розташування шин на ізоляторах:

а – плашмя; б – на ребро

При розташуванні шин на ізоляторах плашмя (рис. 6.3, а), момент опору дорівнює

При розташуванні шин на ребро (рис. 6.3, б) момент опору дорівнює

Розрахункові значення напруг у металі шини σ розч повинні бути меншими за допустиме значення напруги σ доп для даного матеріалу, тобто. має виконуватися умова

σ розрахунки ≤ σ дод. (6.36)

Кінець роботи -

Ця тема належить розділу:

Конспект лекцій з дисципліни «Електропостачання промислових підприємств»

Приазовський державний технічний університет.. кафедра електропостачання промислових підприємств.

Якщо Вам потрібний додатковий матеріал на цю тему, або Ви не знайшли те, що шукали, рекомендуємо скористатися пошуком по нашій базі робіт:

Що робитимемо з отриманим матеріалом:

Якщо цей матеріал виявився корисним для Вас, Ви можете зберегти його на свою сторінку в соціальних мережах:

Всі теми цього розділу:

Коляда Л.І
Конспект лекцій з дисципліни «Електропостачання промислових підприємств» для студентів спеціально

Шляхи розвитку СЕС промислових підприємств
Системи електропостачання (СЕС) промислових підприємств ускладнюються з розвитком електроспоживання. При реконструкції (СЕС) та проектуванні нових систем повинні вирішуватись наступні основні зад

Підприємств
Приймачем електричної енергії є електрична частина технологічної установки або механізму, що отримує енергію з мережі та витрачає її на виконання технологічних процесів.

Характеристика ЕП промислових підприємств
Розглянемо характерні групи приймачів електричної енергії промислових підприємств. 1. Силові загальнопромислові установки. До цієї групи приймачів електричної енергії належать

Режими роботи електроприймачів
Правильне визначення електричних навантажень (ЕНГ) є вирішальним та найважливішим етапом при проектуванні та експлуатації систем електропостачання. Електричні навантаження характеризуються

Методи визначення розрахункових навантажень
Для розрахунку електричних навантажень промислових підприємств застосовують переважно два методи: метод коефіцієнта попиту та метод розрахункового коефіцієнта. До допоміжних методів отн

Визначення витрати електроенергії
Сумарне навантаження (активне, РΣ та реактивне, QΣ) на шинах напругою вище 1000 В визначається співвідношеннями: РΣ = (Σ

Елементи електричної мережі
У мережах промислових підприємств втрачається близько 10% електроенергії, що передається. Величина втрат залежить від багатьох факторів, але в першу чергу визначається режимом роботи електроприймачів і

Способи зниження втрат ЕЕ у системах електропостачання
Електроприймачі промислових підприємств вимагають своєї роботи як активну (Р), і реактивну (Q) потужності. Реактивна потужність виробляється, як і активна, синхронними генераторами стан

Енергосистема
Для промислових підприємств основним джерелом електропостачання є електростанції, об'єднані в енергетичні системи. Кількість електроенергії, що виробляється ге

Електростанції промислового призначення
Електростанції промислового призначення (заводські електростанції) належать до місцевих джерел активної потужності. Наявність місцевих джерел має обґрунтовуватися техніко-економікою

Силові трансформатори у системі електропостачання
Силові трансформатори є основним електричним обладнанням, що забезпечує передачу та розподілення електричної енергії від електростанцій до споживачів. За допомогою силових тран

Режими роботи нейтралі в системах електропостачання
Електротехнічні установки та електричні мережі напругою вище 1000 В, згідно з ПУЕ, поділяються на установки з великими струмами замикання на землю (сила однофазного короткого замикання струму)

Незамкнуті та замкнуті мережі
Незамкненими (відкритими) називаються мережі, лінії яких утворюють замкнутих контурів. Такі мережі мають одне основне джерело живлення, підключене до одного з вузлів мережі.

Типи провідників, що застосовуються
Для виконання електричних мереж застосовуються неізольовані (голі) та ізольовані дроти, кабелі, струмопроводи. Голі дроти не мають ізолюючих покривів. Їх

Електропроводка із ізольованими проводами
Електропроводками прийнято називати мережі постійного та змінного струму напругою до 1 кВ, що виконуються ізольованими проводами, а також кабелями малих перерізів (до 16 мм2).

Кабельні лінії
Кабелі застосовуються в мережах промислових підприємств усіх напруг (до 110 кВ включно) як усередині будівель та споруд, так і по території підприємства та у зовнішньому електропостачанні.

Шинопроводи
Шинопроводом називають лінії передачі електроенергії, провідниками яких є жорсткі шини. Шинопроводи можуть бути відкритими (неізольовані шини на опорних

Повітряні лінії
Повітряною лінією електропередачі (ПЛ або ВЛЕП) називають пристрій передачі електроенергії по проводам. ПЛ можуть використовуватися в мережах високої і низької напруги для розподілу.

Короткі замикання в електричних мережах
Коротким замиканням (КЗ) називається навмисне або випадкове, не передбачене нормальними умовами роботи з'єднання двох точок електричної мережі через дуже мале з

Розрахунок струму КЗ із незмінною періодичною складовою
Періодичну складову струму КЗ, відповідно до похибок, що допускаються, можна вважати практично незмінною в часі, якщо її зміни залишаються в межах 10%. Якщо рас

Розрахунок струму КЗ із змінною періодичною складовою
Якщо умова х* ≥ 3 не виконується, при розрахунку струмів КЗ необхідно враховувати перехідні процеси в генераторах. Спрощено можна прийняти, що ці явища надають

Теплова (електротермічна) дія струму КЗ
Перехідний процес (ПП) нагріву провідників струмом КЗ характерний тим, що його тривалість (τпп ≈ кілька секунд) набагато менша, ніж постійна часу нагріву провідників

Обмеження струмів короткого замикання
Для промислових електричних мереж характерна наявність потужних джерел живлення та, відповідно, великих значень струмів КЗ. Це може істотно збільшити вартість системи електропостачання з

Схеми цехових трансформаторних підстанцій
Цехові підстанції живлять мережу ПН. На цехових трансформаторних підстанціях напругою 6-10/0,4 кВ використовуються, як правило, схеми без збірних шин ВН. Схеми трансформаторні

Схеми основних низьких підстанцій
Для надійного харчування споживачів І та ІІ категорій головні низькі підстанції (ГПП та ПГВ), як правило, споруджуються двотрансформаторними. Живляться підстанції від енергосистем

Основне електрообладнання підстанцій
Основним електрообладнанням підстанцій є: силові трансформатори, комутаційні апарати, роз'єднувачі, ізолятори та шини розподільчих пристроїв, вимірювальні трансф.

Ізолятори та шини розподільчих пристроїв
Струмопровідні частини електроустановок кріпляться та ізолюються один від одного за допомогою ізоляторів. Ізолятори поділяються на лінійні, апаратні, опорні та прохідні. Лінійні ізолятори пр

Призначення релейного захисту
У разі експлуатації електроустановок можливі ушкодження окремих елементів системи електропостачання. Сукупність спеціальних пристроїв, що контролюють стан усіх елементів системи

Основні засади дії релейного захисту
Однією з ознак виникнення КЗ є збільшення струму лінії. Ця ознака використовується для виконання релейних захистів (РЗ), які називаються струмовими. Токові РЗ набувають чинності при ув

Підприємств
Релейний захист – це лише частина автоматики, яка отримала застосування в системах електропостачання раніше за інші автоматичні пристрої. Однак лише релейний захист не може

8. Розрахунок термічної дії струмів короткого замикання та перевірка електрообладнання на термічну стійкість при коротких замиканнях

8.1. загальні положення

8.1.1. Для перевірки провідників та електричних апаратів на термічну стійкість при КЗ попередньо повинні бути обрані не лише вихідна розрахункова схема та розрахункова точка КЗ, а й розрахунковий вид КЗ та розрахункова тривалість КЗ.

Розрахунковим видом КЗ при перевірці провідників та електричних апаратів електроустановок напругою 110 кВ і вище є три- або однофазне КЗ, в електроустановках понад 1 кВ аж до 35 кВ - трифазне КЗ, а в електроустановках генераторної напруги електростанцій - трифазне або двофазне того, яке їх призводить до більшого термічного впливу.

Розрахункову тривалість КЗ при перевірці провідників та електричних апаратів на термічну стійкість при КЗ слід визначати додаванням часу дії основного релейного захисту, до зони дії якого входять провідники та апарати, що перевіряються, та повного часу відключення найближчого до місця КЗ вимикача, а при перевірці кабелів на непогораність - додаванням часу дії резервного релейного захисту та повного часу відключення відповідного вимикача.

За наявності пристрою автоматичного повторного включення (АПВ) слід враховувати сумарну термічну дію струму КЗ.

8.1.2. При розрахунковій тривалості КЗ до 1 з процесом нагрівання провідників під дією струму КЗ допустимо вважати адіабатичним, а при розрахунковій тривалості більше 1 с і при нешвидкодіючих АПВ слід враховувати тепловіддачу в навколишнє середовище.

8.2. Термічна дія струму короткого замикання. Визначення інтеграла Джоуля та термічно еквівалентного струму короткого замикання

8.2.1. Кількісну оцінку ступеня термічного впливу струму КЗ на провідники та електричні апарати рекомендується проводити за допомогою інтегралу Джоуля

де iдо t - струм КЗ у довільний момент часу t, А;

tвимк - розрахункова тривалість КЗ, с.

Кількісну оцінку ступеня термічної дії струму КЗ допускається також проводити за допомогою термічно еквівалентного струму КЗ Iтер.ек, тобто. незмінного по амплітуді (синусоїдального) струму, який за час, що дорівнює розрахунковій тривалості КЗ, надає на провідник або електричний апарат такий же термічний вплив, як і реальний струм КЗ за цей же час. Цей струм пов'язаний з інтегралом Джоуля простим співвідношенням

8.2.2. Інтеграл Джоуля допускається визначати приблизно як суму інтегралів від періодичної та аперіодичної складових струму КЗ, тобто.

Удо = Ук.п+ Ук.а (8.3)

де Ук.п – інтеграл Джоуля від періодичної складової струму КЗ;

Ук.а - інтеграл Джоуля від аперіодичної складової струму КЗ.

8.2.3. Інтеграл Джоуля (і термічно еквівалентний струм КЗ) є складною функцією параметрів джерел енергії (генераторів, синхронних компенсаторів, електродвигунів), конфігурації вихідної розрахункової схеми, положення розрахункової точки КЗ щодо джерел енергії, віддаленості від останніх та інших факторів. Тому методика аналітичних розрахунків інтеграла Джоуля (термічно еквівалентного струму КЗ), що рекомендується, залежить від особливостей розрахункової схеми.

Попередньо за вихідною розрахунковою схемою слід скласти схему заміщення, в якій, як і при розрахунку початкового значення періодичної складової струму КЗ (див. п. 5.2.2), синхронні та асинхронні машини повинні бути представлені наведеними до базисного ступеня напруги або вираженими у відносних одиницях за вибраних базисних умов надперехідними опорами та надперехідними ЕРС. Потім цю схему слід перетворити на найпростішу схему, вид якої залежить від вихідних умов (див. пп. 8.2.4 - 8.2.7), і, нарешті, залежно від отриманої найпростішої схеми за однією з наведених нижче формул визначити інтеграл Джоуля або термічно еквівалентний струм КЗ.

8.2.4. Якщо вихідна розрахункова схема має довільний характер, але всіх генераторів і синхронних компенсаторів розрахункове КЗ є віддаленим, тобто. відношення діючого значення періодичної складової струму будь-якого генератора (синхронного компенсатора) у початковий момент КЗ до його номінального струму не досягає двох, то шляхом перетворень еквівалентної схеми заміщення всі джерела енергії (генератори, синхронні компенсатори та джерела більш віддаленої частини електроенергетичної системи) слід замінити одним еквівалентним джерелом, ЕРС якого вважати незмінною за амплітудою, а індуктивний опір рівним еквівалентному результуючого опору Хіз розрахункової схеми (див. рис. 8.1 , а). При цьому інтеграл Джоуля слід визначати за такою формулою

, (8.4)

де Iп.с - чинне значення періодичної складової струму КЗ від еквівалентного джерела енергії (системи), А;

Та.ек – еквівалентна постійна часу загасання аперіодичної складової струму КЗ, с.

Мал. 8.1. Найпростіші схеми заміщення відповідні

різним вихідним розрахунковим схемам

Термічно еквівалентний струм КЗ в даному випадку становить

. (8.5)

У тих випадках, коли tвимк ³ 3 Та.ек, інтеграл Джоуля та термічно еквівалентний струм КЗ допустимо визначати за більш простими формулами:

; (8.6)

. (8.7)

8.2.5. Якщо вихідна розрахункова схема містить чи кілька однотипних генераторів (синхронних компенсаторів), причому останні перебувають у однакових умов щодо розрахункової точки КЗ (всі машини чи блоки приєднані до загальним шин), а розрахункове КЗ є близьким, тобто. діюче значення періодичної складової струму генератора (синхронного компенсатора) у початковий момент КЗ перевищує його номінальний струм у два і більше разів, то схема заміщення також повинна бути перетворена на найпростішу схему, що містить еквівалентний опір, що результує. Хг та ЕРС Ег (мал. 8.1 , б), проте ця ЕРС змінюється у часі.

, (8.8)

де Iп0г - початкове значення значення періодичної складової струму КЗ від генератора (синхронного компенсатора). А;

Та.г - постійна часу загасання аперіодичної складової струму КЗ від генератора (синхронного компенсатора), с;

Відносний інтеграл Джоуля:

, (8.9)

де Iп t г - чинне значення періодичної складової струму КЗ від генератора (синхронного компенсатора) у довільний момент часу, А.

Значення відносного інтеграла Джоуля за різних віддаленості розрахункової точки КЗ від генератора (синхронного компенсатора) , тобто. різних відношеннях діючого значення періодичної складової струму машини в початковий момент КЗ до її номінального струму можуть бути визначені по кривих на рис. 8.2.

У цьому випадку термічно еквівалентний струм КЗ слід визначати за формулою

. (8.10)

При tвимк ³ 3 Та.г визначення інтеграла Джоуля і термічно еквівалентного струму КЗ допустимо використовувати формулы

; (8.11)

. (8.12)

Мал. 8.2.

8.2.6. Якщо вихідна розрахункова схема містить різні джерела енергії, а розрахункове КЗ ділить схему на дві незалежні частини, одна з яких містить джерела енергії, для яких КЗ є віддаленим, а інша - один або кілька генераторів (синхронних компенсаторів), що знаходяться в однакових умовах щодо точки КЗ, причому для цієї машини або групи машин розрахункове КЗ є близьким, то еквівалентна схема заміщення має бути перетворена на двопроменеву (рис. 8.1 , в): всі джерела енергії, для яких КЗ є віддаленим, і елементи, що їх зв'язують з точкою КЗ, слід подати у вигляді однієї гілки з незмінною по амплітуді еквівалентної ЕРС Е Хс, а машина або група машин, для якої КЗ є близьким, - у вигляді іншої гілки з ЕРС, що змінюється в часі Ег та відповідним еквівалентним опором Хг .

В цьому випадку інтеграл Джоуля слід визначати за формулою

(8.13)

де - відносний інтеграл від періодичної складової струму у місці КЗ, обумовленої дією генератора (синхронного компенсатора):

Значення відносного інтеграла при знайденій віддаленості точки КЗ можна визначити за кривими. Такі криві для синхронних генераторів з незалежною тиристорною системою збудження наведені на рис. 8.3.

Мал. 8.3. Криві для визначення синхронних генераторів

з тиристорною системою збудження

У тих випадках, коли 3 Та.г > tвимк ³ 3 Та.ек, визначення інтеграла Джоуля допустимо використовувати вираз

(8.15)

Якщо ж tвимк ³ 3 Та.г, то допустимо використати формулу

Термічно еквівалентний струм КЗ слід визначати за формулою (8.2), підставивши до неї попередньо знайдене значення Удо.

8.2.7. Якщо вихідна розрахункова схема містить різні джерела енергії, а розрахунковий КЗ ділить схему на дві незалежні частини, одна з яких містить джерела енергії, для яких КЗ є віддаленим, а інша - групу однотипних електродвигунів (синхронних або асинхронних), для яких КЗ є близьким, то еквівалентна схема заміщення також має бути перетворена на двопроменеву (рис. 8.1 , г): всі джерела енергії, для яких КЗ є віддаленим, і елементи, що їх пов'язують з точкою КЗ, слід подати незмінною за амплітудою еквівалентної ЕРС Ез і результуючим еквівалентним опором Хс, а група електродвигунів - еквівалентна ЕРС Ед і еквівалентним опором Хбуд.

У цьому випадку інтеграл Джоуля слід визначати за однією з формул, наведених у п. 8.2.6, попередньо замінивши в ній Iп0г та Та.г відповідними величинами Iп0д і Та.д для еквівалентного електродвигуна, а також і-відносними інтеграламиіеквівалентного електродвигуна. Криві залежності для синхронних та асинхронних електродвигунів за різних відносин діючого значення періодичної складової струму еквівалентного електродвигуна в початковий момент КЗ до його номінального струму наведено на рис. 8.4-8.7.

Термічно еквівалентний струм КЗ слід визначати за формулою (8.2), підставивши до неї попередньо знайдене значення інтеграла Джоуля Удо .