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.