Розрахунок струмів короткого замикання (приклад)

Здрастуйте, шановні читачі та відвідувачі сайту «Нотатки електрика».

У мене на сайті є стаття про коротке замикання і його наслідки. Я в ній наводив випадки зі своєї практики.

Так от щоб мінімізувати наслідки від подібних аварій і інцидентів, необхідно правильно вибирати електрообладнання. Але щоб його правильно обрати, потрібно вміти розраховувати струми короткого замикання.

У сьогоднішній статті я покажу Вам, як можна самостійно розрахувати струм короткого замикання, або скорочено струм к. з., на реальному прикладі.

Я розумію, що багатьом з Вас немає необхідності проводити розрахунки, т. к. зазвичай цим займаються, або проектанти в організаціях (фірмах), що мають ліцензію, або студенти, які пишуть черговий курсовий або дипломний проект. Особливо розумію останніх, оскільки сам будучи студентом (в далекому двох тисячному році), дуже шкодував, що в мережі не було подібних сайтів. Також дана публікація буде корисною енергетиків та електриків для підняття рівня саморозвитку, або щоб освіжити в пам’яті, коли-то минулий матеріал.

До речі, я вже наводив приклад розрахунку захисту асинхронного двигуна. Кому цікаво, то переходьте по ссилочку і читайте.

Отже, перейдемо до справи. Кілька днів тому у нас на підприємстві сталася пожежа на кабельній трасі близько цехової складання №10. Вигорів практично повністю кабельний лоток з усіма там йдуть силовими і контрольними кабелями. Ось фото з місця події.

Сильно вдаватися в «розбір польотів» я не буду, але у мого керівництва виникло питання про спрацювання ввідного автоматичного вимикача і відповідність його номінального струму для лінії, що захищається. Простими словами скажу, що їх цікавила величина струму короткого замикання наприкінці вступної силовий кабельної лінії, тобто в тому місці, де сталася пожежа.

Природно, що ніякої проектної документації у цехових електриків по розрахунках струмів к. з. на цю лінію не знайшлося, і мені довелося самому виробляти весь розрахунок, який я викладаю в загальний доступ.

Збір даних для розрахунку струмів короткого замикання

Силова збірка №10, біля якої сталася пожежа, харчується через автоматичний вимикач А3144 600 (А) мідним кабелем СБГ (3х150) від понижуючого трансформатора №1 10/0,5 (кВ) потужністю 1000 (кВА).

В дужках біля марки кабелю зазначено кількість жил і їх перетин (як розрахувати перетин кабелю).

Не дивуйтеся, у нас на підприємстві ще багато діючих підстанцій з ізольованою нейтраллю на 500 (В) і навіть на 220 (В).

Скоро буду писати статтю про те, як в мережу 220 (В) та 500 (В) з ізольованою нейтраллю встановити лічильник. Не пропустіть вихід нової статті — підпишіться на отримання новин.

Понижуючий трансформатор 10/0,5 (кВ) живиться силовий кабель ААШв (3х35) з високовольтної розподільчої підстанції № 20.

Деякі уточнення для розрахунку струму короткого замикання

Кілька слів хотілося б сказати про сам процес короткого замикання. Під час короткого замикання в ланцюзі виникають перехідні процеси, пов’язані з наявністю в ній індуктивностей, що перешкоджають різкого зміни струму. У зв’язку з цим струм к. з. під час перехідного процесу можна розділити на 2 складові:

• періодична (з’являється в початковий момент і не знижується, поки електроустановка не відключиться від захисту)
• апериодическая (з’являється в початковий момент і швидко знижується до нуля після завершення перехідного процесу)

Струм к. з. я буду розраховувати по РД 153-34.0-20.527-98.

В цьому нормативному документі сказано, що розрахунок струму короткого замикання допускається проводити наближено, але за умови, що похибка розрахунків не складе більше 10%.

Розрахунок струмів короткого замикання я буду проводити у відносних одиницях. Значення елементів схеми наближено приведу до базисних умов з урахуванням коефіцієнта трансформації силового трансформатора.

Мета — це перевірити ввідний автоматичний вимикач А3144 з номінальним струмом 600 (А) на комутаційну здатність. Для цього мені треба визначити струм трифазного і двохфазного короткого замикання в кінці силовий кабельної лінії.

Приклад розрахунку струмів короткого замикання

Приймаємо за основну щабель напруга 10,5 (кВ) і задаємося базисної потужністю енергосистеми:

• базисна потужність енергосистеми Ѕб = 100 (МВА)
• базисне напруга Uб1 = 10,5 (кВ)
• струм короткого замикання на збірних шинах підстанції №20 (за проектом) Ікз = 9,037 (кА)

Складаємо розрахункову схему електропостачання.

На цій схемі вказуємо всі елементи електричного кола та їх параметри. Також не забуваємо вказати точку, в якій нам потрібно знайти струм короткого замикання. На малюнку вище я її забув вказати, тому поясню словами. Вона знаходиться відразу ж після низьковольтного кабелю СБГ (3х150) перед складанням №10.

Потім складемо схему заміщення, замінивши всі елементи вищенаведеної схеми на активні і реактивні опору.

При розрахунку періодичної складової струму короткого замикання допускається активний опір кабельних і повітряних ліній не враховувати. Для більш точного розрахунку активний опір на кабельних лініях я врахую.

Знаючи, базисні потужності і напруги, знайдемо базисні струми для кожного ступеня трансформації:

Тепер нам потрібно знайти реактивний і активний опір кожного елемента ланцюга у відносних одиницях і обчислити загальний еквівалентний опір схеми заміщення від джерела живлення (енергосистеми) до точки к. з. (виділено червоною стрілкою).

Визначимо реактивне опір еквівалентного джерела (системи):

Визначимо реактивне опір кабельної лінії 10 (кВ):

• Хо — питомий індуктивний опір кабелю ААШв (3х35) беремо з довідника по електропостачанню і електроустаткування А. А. Федорова, том 2, табл. 61.11 (вимірюється в Ом/км)
• l — довжина кабельної лінії (у кілометрах)

Визначимо активний опір кабельної лінії 10 (кВ):

• Rо — питомий активний опір кабелю ААШв (3х35) беремо з довідника по електропостачанню і електроустаткування А. А. Федорова, том 2, табл. 61.11 (вимірюється в Ом/км)
• l — довжина кабельної лінії (у кілометрах)

Визначимо реактивне опір двообмоткового трансформатора 10/0,5 (кВ):

• ік% — напруга короткого замикання трансформатора 10/0,5 (кВ) потужністю 1000 (кВА), беремо з довідника по електропостачанню і електроустаткування А. А. Федорова, табл. 27.6

Активним опором трансформатора я нехтую, т. до. воно незрівнянно мало по відношенню до реактивного.

Визначимо реактивне опір кабельної лінії 0,5 (кВ):

• Хо — питомий опір для кабелю СБГ (3х150) беремо з довідника по електропостачанню і електроустаткування А. А. Федорова, табл. 61.11 (вимірюється в Ом/км)
• l — довжина кабельної лінії (у кілометрах)

Визначимо активний опір кабельної лінії 0,5 (кВ):

• Rо — питомий опір для кабелю СБГ (3х150) беремо з довідника по електропостачанню і електроустаткування А. А. Федорова, табл. 61.11 (вимірюється в Ом/км)
• l — довжина кабельної лінії (у кілометрах)

Визначимо загальний еквівалентний опір від джерела живлення (енергосистеми) до точки к. з.:

Знайдемо періодичну складову струму трифазного короткого замикання:

Знайдемо періодичну складову струму двофазного короткого замикання:

Результати розрахунку струмів короткого замикання

Отже, ми розрахували струм двофазного короткого замикання в кінці силовий кабельної лінії напругою 500 В. Він становить 10,766 (кА).

Ввідний автоматичний вимикач А3144 має номінальний струм 600 (А). Уставка електромагнітного розчіплювача у нього виставлена на 6000 (А) або 6 (кА). Тому можна зробити висновок, що при короткому замиканні в кінці вступної кабельної лінії (в моєму прикладі унаслідок пожежі) автомат впевнено спрацював і відключив пошкоджену ділянку ланцюга.

Ще отримані значення трифазного та двофазного струмів можна застосувати для вибору уставок релейного захисту і автоматики.

У цій статті я не виконав розрахунок на ударний струм при к. з.

P. S. Вищенаведений розрахунок був відправлений мого керівництва. Для наближеного розрахунку він цілком згодиться. Звичайно ж низьку сторону можна було розрахувати більш докладно, враховуючи опір контактів автоматичного вимикача, контактних з’єднань кабельних наконечників до шин, опір дуги в місці замикання і т. п. Про це я як-небудь напишу іншим разом.

Якщо Вам потрібен більш точний розрахунок, то можете скористатися спеціальними програмами на ПК. Їх в інтернеті безліч.