Ток короткого замыкания: как рассчитать, таблица

Ни один проект по электрике не обходится без расчетов. Одним из них является расчет токов короткого замыкания. В статье рассмотрим пример расчета в сетях 0,4кВ.

Файл с примером расчета в Word вы сможете скачать ближе к концу статьи, а также выполнить расчет самостоятельно не покидая сайта (в конце статьи есть онлайн-калькулятор).

Исходные данные: ГРЩ здания запитан от трансформаторной подстанции с двумя трансформаторами по 630кВА.
где:

ЕC – ЭДС сети;

Rт, Xт, Zт – активное, реактивное и полное сопротивления трансформатора;
Rк, Xк, Zк – активное, реактивное и полное сопротивления кабеля;
Zц – сопротивление петли фаза-нуль для кабеля;
Zш – сопротивление присоединения шин;
K1 – точка короткого замыкания на шинах ГРЩ.

• Параметры трансформатора:
  Номинальная мощность трансформатора Sн = 630 кВА,
  Напряжение короткого замыкания трансформатора Uк% = 5,5%,
  Потери короткого замыкания трансформатора Pк = 7,6 кВт.
• Параметры питающей линии:
  Тип, число (Nк) и сечение (S) кабелей АВВГнг 2x (4×185),
  Длина линии L = 208 м
• Реактивное сопротивление трансформатора:
  
  Xт = 13,628 мОм
• Активное сопротивление трансформатора:
  
  Rт = 3,064 мОм
• Активное сопротивление кабеля:
  
  Rк = 20,80 мОм
• Реактивное сопротивление кабеля:
  
  Xк = 5,82 мОм
• Сопротивление энергосистемы:
  Xc = 1,00 мОм
• Суммарное реактивное сопротивление участка:
  XΣ=Xc+Xт+Xк=20,448 мОм
• Суммарное активное сопротивление участка:
  RΣ=Rт+Rк=23,864 мОм
• Полное суммарное сопротивление:
  
  RΣ=31,426 мОм
• Ток трехфазного короткого замыкания:
  
  IK3=7,35 кА (Icn)
• Ударный ток трехфазного короткого замыкания:
  
• iУ=10,39 кА (Icu)
• Ток однофазного короткого замыкания:
  
  IK1=4,09 кА

Чтобы не считать каждый раз вручную на калькуляторе и переносить цифры в Microsoft Word, я реализовал эти расчет прямо в Word. Теперь надо только ответить на вопросы, которые он задаёт. Вот так это выглядит:

Весь расчет занял меньше минуты.

Чтобы скачать пример расчета ТКЗ в Word, нажмите на кнопку: СКАЧАТЬ ПРИМЕР

Онлайн-калькулятор для расчет токов короткого замыкания

Для тех, кому нужно быстро рассчитать токи короткого замыкания, сделал калькулятор прямо на сайте. Теперь можете посчитать токи КЗ онлайн. Щелкайте переключателям, двигайте ползунки, выбирайте значения из списка — всё моментально автоматически пересчитается.

Удельные сопротивления меди и алюминия в онлайн-калькуляторе приняты в соответствии с рекомендациями ГОСТ Р 50571.5.52-2011, Часть 5-52 (1,25 удельного сопротивления при 20°С):

• удельное сопротивление меди — 0,0225 Ом·мм/м
• удельное сопротивление алюминия — 0,036 Ом·мм/м.

Источник: https://ddecad.ru/raschet-tokov-korotkogo-zamykaniya-v-setyakh-0-4kv/

Расчет токов короткого замыкания

Сегодня хочу вашему вниманию представить методику расчета токов короткого замыкания. Самое главное без всякой воды и каждый из вас сможет ей воспользоваться, приложив минимум усилий, а некоторые из вас получат и мою очередную программу, с которой считать будет еще проще.

Это уже вторая статья, посвященная токам короткого замыкания. В первой статье я обратил ваше внимание на защиту протяженных электрических сетей и то, что в таких сетях, порой, не так просто подобрать защиту от токов короткого замыкания. Для того и проектировщик, чтобы решать подобные вопросы.

Теорию по расчету токов короткого замыкания можно найти в следующих документах:

1 ГОСТ 28249-93 (Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ).

2 РД 153-34.0-20.527-98 (Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору элетрооборудования).

3 А.В. Беляев (Выбор аппаратуры, защит и кабелей в сетях 0,4кВ).

В интернете я не нашел, где все четко было бы расписано от «А» до «Я».

Думаю вы со мной согласитесь, что токи короткого замыкания не так просто рассчитать, поскольку проектировщик не всегда досконально владеет всей необходимой информацией. Данный метод расчета является упрощенным, т.к. в нем не учитываются сопротивления контактов автоматических выключателей, предохранителей, шин, трансформаторов тока.

• Возможно, позже все эти сопротивления я учту, но, на мой взгляд, эти значения на конечный результат влияют незначительно.
• Последовательность расчета токов короткого замыкания.
• 1 Сбор исходных данных по трансформатору:
• Uкз — напряжение короткого замыкания трансформатора, %;
• Рк — потери короткого замыкания трансформатора, кВт;
• Uвн – номинальное напряжение обмоток ВН понижающего трансформатора; кВ;
• Uнн (Ел) – номинальное напряжение обмоток НН понижающего трансформатора; В;
• Еф – фазное напряжение обмоток НН понижающего трансформатора; В;
• Sнт – номинальная мощность трансформатора, кВА;

Zт – полное сопротивление понижающего трансформатора током однофазного к.з., мОм;

Активные и индуктивные сопротивления трансформаторов 6 (10)/0,4кВ, мОм

1. 2 Сбор исходных данных по питающей линии:
2. Тип, сечение кабеля, количество кабелей;
3. L – длина линии, м;
4. Хо – индуктивное сопротивление линии, мОм/м;

Zпт – полное сопротивление петли фаза-ноль от трансформатора до точки к.з., измеренное при испытаниях или найденное из расчета, мОм/м;

Полное удельное сопротивление петли фаза-ноль для кабелей или пучка проводов

• 3 Другие данные.
• Куд – ударный коэффициент.

Ударный коэффициент

1. После сбора исходных можно приступить непосредственно к вычислениям.
2. Активное сопротивление понижающего трансформатора, мОм:

Активное сопротивление трансформатора

• Индуктивное сопротивление понижающего трансформатора, мОм:

Индуктивное сопротивление трансформатора

1. Активное сопротивление питающей линии, мОм:
2. Rк=Rуд.к*l/Nк
3. Индуктивное сопротивление питающей линии, мОм:
4. Хк=Худ.к*l/Nк
5. Полное активное сопротивление, мОм:
6. RΣ = Rт+Rк
7. Полное индуктивное сопротивление, мОм:
8. XΣ=Xт+Xк
9. Полное сопротивление, мОм:

Полное сопротивление

• Ток трехфазного короткого замыкания, кА:

Ток трехфазного короткого замыкания

Ударный ток трехфазного к.з., кА:

Ударный ток трехфазного к.з.

Ток однофазного короткого замыкания, кА:

Zпт=Zпт.уд.*L 

Ток однофазного короткого замыкания

Рассчитав токи короткого замыкания, можно приступать к выбору защитных аппаратов.

По такому принципу я сделал свою новую программу для расчета токов короткого замыкания. При помощи программы все расчеты можно выполнить значительно быстрее и с минимальным риском допущения ошибки, которые могут возникнуть при ручном расчете. Пока это все-таки beta-версия, но тем не менее думаю вполне рабочий вариант программы.

Внешний вид программы:

Программа для расчета токов к.з.

1. Ниже в программе идут все необходимые таблицы для выбора нужных параметров трансформатора и питающей линии.
2. Также в месте с программой я прилагаю образец своего расчета, чтобы быстро можно было оформить расчет и предоставить всем заинтересованным органам.

Стоит заметить, что у меня появилась еще одна мелкая программа – интерполяция. Удобно, например, находить удельную нагрузку квартир при заданных значениях.

Интерполяция

Жду ваших отзывов, пожеланий, предложений, уточнений.
Продолжение следует… будет еще видеообзор измененной версии.
Нужно ли учитывать сопротивления коммутационных аппаратов при расчете к.з.?

Источник: http://220blog.ru/pro-raschet/raschet-tokov-korotkogo-zamykaniya.html

Расчет токов короткого замыкания (пример)

Здравствуйте, уважаемые читатели и посетители сайта «Заметки электрика».

У меня на сайте есть статья про короткое замыкание и его последствия. Я в ней приводил случаи из своей практики.

Так вот чтобы минимизировать последствия от подобных аварий и инцидентов, необходимо правильно выбирать электрооборудование. Но чтобы его правильно выбрать, нужно уметь  рассчитывать токикороткого замыкания.

В сегодняшней статье я покажу Вам как можно самостоятельно рассчитать ток короткого замыкания, или сокращенно ток к.з., на реальном примере.

Я понимаю, что многим из Вас нет необходимости производить расчеты, т.к. обычно этим занимаются, либо проектанты в организациях (фирмах), имеющих лицензию, либо студенты, которые пишут очередной курсовой или дипломный проект. Особенно понимаю последних, т.к.

сам будучи студентом (в далеком двух тысячном году), очень жалел, что в сети не было подобных сайтов. Также данная публикация будет полезна энергетикам и электрикам для поднятия уровня саморазвития, или чтобы освежить в памяти когда-то прошедший материал.

Итак, перейдем к делу. Несколько дней назад у нас на предприятии случился пожар на кабельной трассе около цеховой сборки №10. Выгорел практически полностью кабельный лоток со всеми там идущими силовыми и контрольными кабелями. Вот фото с места происшествия.

Сильно вдаваться в «разбор полетов» я не буду, но у моего руководства возник вопрос о срабатывании вводного автоматического выключателя и соответствие его номинального тока для защищаемой линии. Простыми словами скажу, что их интересовала величина тока короткого замыкания в конце вводной силовой кабельной линии, т.е. в том месте, где случился пожар.

Естественно, что никакой проектной документации у цеховых электриков по расчетам токов к.з. на эту линию не нашлось, и мне пришлось самому производить весь расчет, который я выкладываю в общий доступ.

Сбор данных для расчета токов короткого замыкания

Силовая сборка №10, около которой случился пожар, питается через автоматический выключатель А3144 600 (А) медным кабелем СБГ (3х150) от понижающего трансформатора №1 10/0,5 (кВ) мощностью 1000 (кВА).

В скобках около марки кабеля указано количество жил и их сечение (как рассчитать сечение кабеля). 

Не удивляйтесь, у нас на предприятии еще много действующих подстанций с изолированной нейтралью на 500 (В) и даже на 220 (В).

Скоро буду писать статью о том, как в сеть 220 (В) и 500 (В) с изолированной нейтралью установить счетчик. Не пропустите выход новой статьи — подпишитесь на получение новостей.

Понижающий трансформатор 10/0,5 (кВ) питается силовым кабелем ААШв (3х35) с высоковольтной распределительной подстанции № 20.

Некоторые уточнения для расчета тока короткого замыкания

Несколько слов хотелось бы сказать про сам процесс короткого замыкания. Во время короткого замыкания в цепи возникают переходные процессы, связанные с наличием в ней индуктивностей, препятствующих резкому изменению тока. В связи с этим ток к.з. во время переходного процесса можно разделить на 2 составляющие:

• периодическая (появляется в начальный момент и не снижается, пока электроустановка не отключится от защиты)
• апериодическая (появляется в начальный момент и быстро снижается до нуля после завершения переходного процесса)

Ток к.з. я буду расчитывать по РД 153-34.0-20.527-98.

В этом нормативном документе сказано, что расчет тока короткого замыкания допускается проводить приближенно, но при условии, что погрешность расчетов не составит больше 10%.

Расчет токов короткого замыкания я буду проводить в относительных единицах. Значения элементов схемы приближенно приведу к базисным условиям с учетом коэффициента трансформации силового трансформатора.

Цель — это проверить вводной автоматический выключатель А3144 с номинальным током 600 (А) на коммутационную способность. Для этого мне нужно определить ток трехфазного и двухфазного короткого замыкания в конце силовой кабельной линии.

Пример расчета токов короткого замыкания

Принимаем за основную ступень напряжение 10,5 (кВ) и задаемся базисной мощностью энергосистемы:

• базисная мощность энергосистемы Sб = 100 (МВА)
• базисное напряжение Uб1 = 10,5 (кВ)
• ток короткого замыкания на сборных шинах подстанции №20 (по проекту) Iкз = 9,037 (кА)

Составляем расчетную схему электроснабжения.

На этой схеме указываем все элементы электрической цепи и их параметры. Также не забываем указать точку, в которой нам нужно найти ток короткого замыкания. На рисунке выше я ее забыл указать, поэтому объясню словами. Она находится сразу же после низковольтного кабеля СБГ (3х150) перед сборкой №10.

Затем составим схему замещения, заменив все элементы вышеприведенной схемы на активные и реактивные сопротивления.

При расчете периодической составляющей тока короткого замыкания допускается активное сопротивление кабельных и воздушных линий не учитывать. Для более точного расчета активное сопротивление на кабельных линиях я учту. 

Зная, базисные мощности и напряжения, найдем базисные токи для каждой ступени трансформации:

Теперь нам нужно найти реактивное и активное сопротивление каждого элемента цепи в относительных единицах и вычислить общее эквивалентное сопротивление схемы замещения от источника питания (энергосистемы) до точки к.з. (выделена красной стрелкой).

Определим реактивное сопротивление эквивалентного источника (системы):

Определим реактивное сопротивление кабельной линии 10 (кВ):

• Хо — удельное индуктивное сопротивление для кабеля ААШв (3х35) берем из справочника по электроснабжению и электрооборудованию А.А. Федорова, том 2, табл. 61.11 (измеряется в Ом/км)
• l — длина кабельной линии (в километрах)

Определим активное сопротивление кабельной линии 10 (кВ):

• Rо — удельное активное сопротивление для кабеля ААШв (3х35) берем из справочника по электроснабжению и электрооборудованию А.А. Федорова, том 2, табл. 61.11 (измеряется в Ом/км)
• l — длина кабельной линии (в километрах)

Определим реактивное сопротивление двухобмоточного трансформатора 10/0,5 (кВ):

• uк% — напряжение короткого замыкания трансформатора 10/0,5 (кВ) мощностью 1000 (кВА), берем из справочника по электроснабжению и электрооборудованию А.А. Федорова, табл. 27.6

Активным сопротивлением трансформатора я пренебрегаю, т.к. оно несоизмеримо мало по отношению к реактивному. 

Определим реактивное сопротивление кабельной линии 0,5 (кВ):

• Хо — удельное сопротивление для кабеля СБГ (3х150) берем из справочника по электроснабжению и электрооборудованию А.А. Федорова, табл. 61.11 (измеряется в Ом/км)
• l — длина кабельной линии (в километрах)

Определим активное сопротивление кабельной линии 0,5 (кВ):

• Rо — удельное сопротивление для кабеля СБГ (3х150) берем из справочника по электроснабжению и электрооборудованию А.А. Федорова, табл. 61.11 (измеряется в Ом/км)
• l — длина кабельной линии (в километрах)

Определим общее эквивалентное сопротивление от источника питания (энергосистемы) до точки к.з.:

• Найдем периодическую составляющую тока трехфазного короткого замыкания:
• Найдем периодическую составляющую тока двухфазного короткого замыкания:

Результаты расчета токов короткого замыкания

Итак, мы рассчитали ток двухфазного короткого замыкания в конце силовой кабельной линии напряжением 500 (В). Он составляет 10,766 (кА).

Вводной автоматический выключатель А3144 имеет номинальный ток 600 (А). Уставка электромагнитного расцепителя у него выставлена на 6000 (А) или 6 (кА). Поэтому можно сделать вывод, что при коротком замыкании в конце вводной кабельной линии (в моем примере по причине пожара) автомат уверенно сработал и отключил поврежденный участок цепи.

Еще полученные значения трехфазного и двухфазного токов можно применить для выбора уставок релейной защиты и автоматики.

В этой статье я не выполнил расчет на ударный ток при к.з. 

P.S. Вышеприведенный расчет был отправлен моему руководству. Для приближенного расчета он вполне сгодится. Конечно же низкую сторону можно было рассчитать более подробно, учитывая сопротивление контактов автоматического выключателя, контактных соединений кабельных наконечников к шинам, сопротивление дуги в месте замыкания и т.п. Об этом я как-нибудь напишу в другой раз.

Если Вам нужен более точный расчет, то можете воспользоваться специальными программами на ПК. Их в интернете множество.

Если статья была Вам полезна, то поделитесь ей со своими друзьями:

Источник: http://zametkielectrika.ru/raschet-tokov-korotkogo-zamykaniya/

10. Пример расчета токов КЗ в сети напряжением 0,4 кВ

Категория: И.Л. Небрат «Расчеты токов короткого замыкания в сетях 0,4 кВ»

• Расчет токов КЗ – трехфазных, двухфазных, однофазных в сети 0,4 кВ схемы, приведенной на рис. 7
• 
• Рис.8 Расчетная схема к примеру

         Необходимо рассчитать токи КЗ в сети 0,4 кВ собственных нужд электростанции. Расчет выполняется для проверки отключающей способности автоматических выключателей, проверки кабельных линий на термическую стойкость, а также для выбора уставок токовых катушек автоматических выключателей и проверки их чувствительности.

1.        С этой целью выполняются расчеты металлических и дуговых КЗ трехфазных, двухфазных и однофазных.
2.    Расчетная схема представлена на рис.7
3.        Расчет выполняется в именованных единицах, сопротивления расчетной схемы приводятся к напряжению 0,4 кВ и выражаются в миллиомах. Параметры элементов расчетной схемы приводятся в таблицах Приложения 1
4.        Расчеты выполняются в соответствии с методикой рекомендованной ГОСТ 28249-93 на расчеты токов КЗ в сетях напряжением до 1 кВ.
5.        Короткие замыкания рассчитываются на шинах 0,4 кВ РУ (точка К1) и на вторичной силовой сборке за кабелем КЛ1 (точка К2).

       В данном примере расчеты дуговых КЗ выполняются с использованием снижающего коэффициента КС , поэтому переходные сопротивления контактов, контактных соединений кабелей и шинопроводов в расчетных выражениях для определения суммарного активного сопротивления R∑ не учитываются, эти сопротивления учтены при построении характеристик зависимости коэффициента Кс от полного суммарного сопротивления до места К3, Кс = ∫(Z∑), полученных экспериментальным путем. Характеристики Кс = ∫(Z∑) приведены на рис. 6.

Параметры расчетной схемы

Система

Мощность короткого замыкания

Sк=100мВ•А, UН ВН=6,3 кВ.

Трансформатор

• ТС3-1000/6,0, схема соединения обмоток ∆/Y0
• Sк=1000 кВ•А, UН ВН=0,4 кВ,
• Uк=8%.
• Сопротивления трансформатора, приведены к UН ВН=0,4 кВ, определяются по таблице 1 Приложения 1:
• R1=R2=R0=1.9 мОм,

X1=X2=X0=12.65 мОм.

1. Шинопровод III 1
2. IIIМА-4-1600, длина 15м.
3. Удельное параметры шинопровода по данным таблицы II Приложения1
4. R1 уд=0,03 мОм/м
5. прямая последовательность
6. X1 уд =0,014мОм/м
7. R0 уд=0,037 мОм/м
8. нулевая последовательность
9. X0 уд =0,042мОм/м

Трансформаторы тока ТТ1

• Удельные параметры трансформатора тока по данным таблицы 14 Приложения1:
• Ктт=150/5,
• R1=R0=0,33 мОм,

X1=X0=0.3 мОм.

Кабельная линия КЛ1

1. АВВГ- (3*185+1*70),
2.    =100м.
3. Удельные параметры кабеля по данным таблицы 7 Приложения 1:
4. R1 уд=0,208 мОм/м
5. прямая последовательность
6. X1 уд =0,063мОм/м
7. R0 уд=0,989 мОм/м
8. нулевая последовательность
9. X0 уд =0,244мОм/м

Автоматический выключатель АВ1

• Тип “Электрон” , IН =1000А.
• Из таблицы 13 Приложения 1 определяем сопротивления катушек АВ1:
• Rкв= 0,25 мОм,
• Хкв= 0,1 мОм.

Автоматический выключатель АВ2

1. Тип А3794С, Iн= 400А.
2. Из таблицы 13 Приложения 1 определяем сопротивления катушек АВ2:
3. Rкв= 0,65 мОм,
4. Хкв= 0,17 мОм.

Расчет параметров схемы замещения

Все сопротивления расчетной схемы приводятся к Uбаз= 0,4 кВ.

Система

• Сопротивление системы учитывается индуктивным сопротивлением в схеме замещения прямой последовательности. По формуле (3)
• 
• Трансформатор

Для трансформатора со схемой соединения обмоток ∆/Y0 активные и индуктивные сопротивления обмоток одинаковы для всех трех последовательностей

R1Т= R2Т= R0Т=1,9 мОм,

X1Т= X2Т= X0Т=12,65 мОм.

Шинопровод III 1

1. Сопротивление шинопровода III 1 определяем по известным удельным сопротивлениям шинопровода и его длине:
2. R1Ш= R2Ш= 0,03•15=0,45 мОм;
3. X1Ш= X2Ш= 0,014•15=0,21 мОм;
4. R0Ш= 0,037•15=0,555 мОм;
5. X0Ш= 0,042•15=0,63 мОм.

Кабельная линия КЛ1

• Сопротивление кабельной линии КЛ1 определяется по известным удельным сопротивлениям кабеля и его длине:
• R1кл= R2кл= 0,208•100=20,8 мОм;
• X1кл= X2кл= 0,063•100=6,3 мОм;
• R0кл= 0,989•100=98,9 мОм;
• X0кл= 0,244•100=24,4 мОм.

Схема замещения прямой ( обратной ) последовательности представлена на рис. 9, схема замещения нулевой последовательности – на рис. 10.

1. Рис. 10 Схема замещения нулевой последовательности к примеру
2. Расчет токов короткого замыкания для точки К1
3.    Трехфазное КЗ.
4.    Ток металлического трехфазного КЗ определяется по формуле:

•    По схеме замещения прямой последовательности суммарные сопротивления R1S и X1S определяем арифметическим суммированием сопротивлений до точки КЗ.
•                          R1S = 0,33 + 1,9 + 0,45 + 0,25 = 2,93 мОм
•                          X1S = 1,6 + 0,3 + 12,65 + 0,21 + 0,1 = 14,86 мОм
• Полное суммарное сопротивление до точки К1 :
• мОм
•    Ток трехфазного металлического КЗ :
• кА

   Ток трехфазного дугового КЗ определяется с использованием снижающего коэффициента КС . Кривые зависимости коэффициента КС от суммарного сопротивления до места КЗ, приведены на рисунке 6, построены для начального момента КЗ (кривая 1) и установившегося КЗ (кривая 2).

   Расчеты показывают, что разница токов дуговых КЗ для разных моментов времени незначительна, примерно составляет 10%.

Поэтому можно рекомендовать для практических расчетов дуговых КЗ определять ток по минимальному снижающему коэффициенту КС2 (кривая 2), полагая, что ток в процессе дугового КЗ практически не изменяется.

В данном примере расчет дуговых КЗ производится с использованием обеих характеристик, т.е. определяются и КС1 и КС2

   Расчет дугового трехфазного КЗ выполняется в следующем порядке :

1.     Определяются значения снижающего коэффициента для начального момента КЗ (КС2) по кривым 1 и 2 рис.6.

1. При мОм       КС1 = 0,67   КС2 = 0,58
2. 2.     Ток трехфазного дугового КЗ определяется по формуле :
4.                              = 15,27 × 0,67 = 10,23 кА       tКЗ » 0
5. = 15,27 × 0,58 = 8,86 кА         tКЗ > 0,05 с.
6.    Ударный ток КЗ определяется по формуле :
7. 
8.    Ударный коэффициент КУ определяется по характеристике, приведенной на рисунке 5.
9. Находим отношение                
10. Этому отношению соответствует КУ = 1,6
11. Определяем                           кА

   Двухфазное КЗ

•    Ток металлического двухфазного КЗ определяется по формуле :
•    Полное суммарное сопротивление до точки К1 при двухфазном КЗ определяется по формуле :
• мОм
•    Определяем ток двухфазного металлического КЗ
• кА
• проверяем                           кА
•    Расчет дугового двухфазного КЗ :
•    Определяем коэффициенты КС1 и КС2.
• для мОм       КС1 = 0,68, а   КС2 = 0,6
•    Определяем токи двухфазного дугового КЗ
•                                         tКЗ » 0
•      tКЗ> 0,05 с.

Однофазное К3

1. Ток металлического однофазного К3 IКм(1) определяется по формуле IКм(1) =
2. Полное суммарное сопротивление цепи до точки К1 при однофазном К3 определяем по формуле
3. ;

Предварительно определяем суммарные активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности до точки К1 из схемы замещения на рис.10.

• R0∑=1,9+0,555+0,25=2,7 мОм
•    X0∑=12,65+0,63+0,1=13,38 мОм
• Определяем полное сумарное сопротивление цепи для однофазного К3
• мОм
• Определяем ток однофазного металлического К3
• кА
• Расчет дугового однофазного К3:
• Определяем коэффициенты Кс1 и Кс2.
• Для =14,65 мОм   Кс1=0,66 , а Кс2=0,58.
• Определяем токи однофазного дугового К3
• =15,66•0,66=10,33 кА   tкз ≈0
• =15,66•0,58=9,1 кА   tкз>0,05 с
• Расчет токов короткого замыкания для точки К2.

Трехфазное К3

Определяем суммарные активное и индуктивное сопротивления до точки К2 в соответствии со схемой замещения на рис. 9.

R1∑=0,33+1,9+0,455+0,25+0,65+20,8=24,38 мОм

X1∑=1.6+0.3+12.65+0.21+0.1+0.17+6.3=21.33 мОм

1.              Суммарное сопротивление
2. мОм
3. Определяем ток однофазного металлического К3
4. кА
5. Определяем токи дугового К3.
6. В соответствии с графиком для мОм
7. Коэффициенты Кс1 и Кс2 соответственно равны 0,74 и 0,67.
8. Определяем токи дугового К3
9. =7,14•0,74=5,28 кА   tкз ≈0
10. =7,14•0,67=4,78 кА   tкз>0,05 с
11. Определяем ударный ток iу = Ку· ·
12. По отношению    Ку = 1,05, тогда
13. iу=1,05··7,14=10,6 кА.

Двухфазное К3

• Для расчета двухфазного К3 в точке К2 определяем следующие величины.
• Полное суммарное сопротивление до точки К3 для двухфазного К3
• мОм.
• Ток двухфазного металлического К3

По кривым на рис. 6 коэффициенты снижения Кс1 и Кс2 при =37,44 мОм соответственно равны 0,78 и 0,69.

1. Токи двухфазного дугового К3
2. =6,17•0,78=4,81 кА   tкз ≈0
3. =6,14•0,69=4,26кА  tкз>0,05 с
4. Однофазное К3
5. Для расчета однофазного К3 в точке К2 определяем следующие величины:
6. Суммарные активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности относительно точки К2 в соответствии со схемой замещения нулевой последовательности (рис. 10):
7. R0∑=1,9+0,555+0,25+0,65+98,9=102,25 мОм
8. X0∑=12,65+0,63+0,1+0,17+24,4=38 мОм.
9. Полное суммарное сопротивление до места К3 при однофазном К3
10. Ток однофазного металлического К3
11. кА.
12. Определяем токи дугового К3

По кривым на рис. 6 коэффициенты снижения Кс1 и Кс2 при =57,2 мОм соответственно равны 0,82 и 0,72.

• =4,04•0,82=3,31 кА   tкз ≈0
• =4,04•0,72=2,91кА   tкз>0,05 с
• Все результаты расчетов токов К3 приведены в таблице 4, что представляется удобным для дальнейшего анализа, выбора уставок защитных аппаратов и проверки кабелей.

Таблица 4

Результаты расчетов токов К3

Виды К3 Точка К3
IКМ кА	IКД НАЧ кА	IКД УСТ кА	iУД кА	IКМ кА	IКД НАЧ кА	IКД УСТ кА	IКМ кА	IКД НАЧ кА	IКД УСТ кА
К1	15,27	10,23	8,86	34,6	13,2	8,98	7,92	15,66	10,33	9,1
К2	7,14	5,28	4,78	10,6	6,17	4,81	4,26	4,04	3,31	2,91

Этот пример наглядно показывает, что аналитические методы расчетов токов К3 очень трудоемкий, особенно для электроустановок с большим количеством элементов 0,4 кВ.

Поэтому еще раз обращаем внимание на необходимости освоения и более широкого применения для практических расчетов компьютерных программ, в том числе, программа, которая разработана на кафедре РЗА ПЭИпк и успешно используется на многих энергообьектах (описание программы см. на стр. 3).

Источник: http://rza001.ru/nebrat/53-10-primer-rascheta-tokov-kz-v-seti-napryazheniem-04-kv

Как рассчитать ток короткого замыкания

Содержание:

Различные неисправности и аварии в электрических сетях способны причинить серьезный вред не только оборудованию, но и обслуживающему персоналу.

Наибольшие неприятности доставляют короткие замыкания, периодически возникающие в домашних сетях, в сложных схемах трансформаторных подстанций и электроустановок, питающих цепях, подключенных к мощному производственному оборудованию.

В связи с этим, на стадии проектирования выполняется расчет токов короткого замыкания, позволяющий предотвратить возникновение аварийного режима, и не допустить серьезных негативных последствий.

Для чего рассчитываются токи КЗ

Проектируя энергетическую систему, инженеры пользуются различными компьютерными программами, справочниками, графиками и таблицами. С помощью этих средств анализируется работа схемы в режиме холостого хода, рассчитываются токи при номинальной нагрузке и в аварийных ситуациях.

Особенно опасными считаются возможные аварии, при которых возникают неисправности, наносящие оборудованию непоправимый вред.

При этом, токопроводящие детали и предметы, послужившие причиной замыкания, обладают минимальным электрическим сопротивлением.

Основным параметром такого режима является ток короткого замыкания. Его появление связано с несколькими причинами:

• Нарушения работы защитных автоматических устройств.
• Техническое старение оборудования, вызывающее повреждения изоляции и короткое замыкание.
• Удары молний, вызывающие высокое напряжение и другие воздействия природной стихии.
• Ошибки, допущенные обслуживающим персоналом, неспособным определить ток.

Каждая электрическая схема создается под определенную номинальную нагрузку. Ток КЗ многократно превышает ее, создает высокую температуру, выжигающую наиболее слабые места в сети и оборудовании. Все заканчивается возгоранием и полным разрушением. Одновременно элементы схемы подвергаются механическим воздействиям.

Во избежание подобных ситуаций в процессе эксплуатации, еще во время проектирования принимаются меры специального характера.

В первую очередь выполняются теоретический расчет токов короткого замыкания, определяющие вероятность их появления и величину.

Полученные данные применяются в дальнейшем проектировании, а также при подборе силового оборудования и элементов защиты. Степень точности расчетов может быть разной, в зависимости от уровня надежности создаваемой защиты.

Исходные данные и критерии для расчетов

Напряжение, используемое в сети, бывает постоянным, переменным, с импульсной, синусоидальной и другой конфигурацией. Аварийные токи, случайно созданные любым из этих напряжений, полностью повторяют начальную форму, которая может изменяться под действием сопротивления или других факторов.

В первую очередь учитывается закон Ома, определяемый формулой I = U/R. Его принципы совершенно одинаковы как для номинальных нагрузок, так и для аварийных ситуаций, с небольшими отличиями.

В первом случае показатели напряжения и сопротивления находятся в стабильном состоянии, а их изменения не выходят за пределы нормативных данных. В аварийном режиме эти процессы проходят стихийно, под влиянием случайных факторов.

Поэтому и требуется расчет тока по специальным методикам.

Не менее важны показатели мощности источника напряжения. Данный критерий позволяет сделать оценку и вычислить энергетические возможности для разрушений, причиняемых токами коротких замыканий.

Однако, при слишком большой мощности, даже самая надежная схема не выдержит нагрузки и сгорит.

Методы расчетов зависит от конфигурации конкретной электрической схемы. В первую очередь, это подводка питания, выполняемая разными способами.

В бытовых сетях на 220 В обычно используется фаза и ноль, постоянное напряжение подается от плюсовой и минусовой клеммы источника, а трехфазный ток подается по отдельной схеме.

Изоляция проводников и токоведущих частей может быть нарушена в любом из этих вариантов, и в поврежденных местах начнут протекать токи короткого замыкания.

Замыкание случается одновременно между тремя или двумя фазами, между фазой и нулем или землей, между двумя или тремя фазами и землей. Каждый из этих режимов учитывается при составлении проекта.

Большое значение имеет электрическое сопротивление цепи. Оно зависит от протяженности линии от источника питания, особенно постоянного, до точки КЗ, отсюда и его возможности по ограничению тока.

К основному добавляются индуктивные и емкостные сопротивления, присутствующие в обмотках катушек, трансформаторов и в обкладках конденсаторов.

Они участвуют в формировании апериодических составляющих, вносят изменения в основные параметры.

Проведение расчетов

Для выполнения расчетов трёхфазного и однофазного тока привлекаются квалифицированные специалисты. Они отвечают не только за математическую часть, но и за дальнейшее поведение рассчитанной схемы в условиях эксплуатации.

Вычисления, сделанные в домашних условиях, требуют дополнительной проверки, чтобы исключить вероятность ошибок.

До начала расчетов начинающие электрики должны изучить основные понятия электричества, свойства проводников и диэлектриков, роль и значение надежной изоляции.

Все вычисления, в том числе затрагивающие трехфазное оборудование, выполняются по специальным методикам, включающим в себя различные формулы.

Следует обязательно учесть ряд особенностей:

• Все трехфазные системы условно относятся к симметричным.
• Питание, подведенное к трансформатору, считается неизменной величиной, приравненной к его номиналу.
• Сила тока принимает максимальное значение в момент возникновения аварийного режима. Потребуется расчет ударного тока короткого замыкания.
• Влияние ЭДС источника питания, расположенного на большом расстоянии от места появления короткого замыкания.

Параметры ТКЗ при необходимости дополняются результирующим сопротивлением проводников. С этой целью показатели мощности приводятся к единому значению.

Для таких расчетов нежелательно использовать обычные формулы, изучаемые на курсе физики. Здесь вполне возможны ошибки из-за разных номиналов напряжения на различных участках цепи в момент начала аварийного режима.

Единая базовая мощность делает расчеты более простыми, существенно повышая точность результатов.

Номинальное напряжение, используемое при вычислениях, берется с увеличением на 5%. В сетях 380 вольт этот показатель составит 400В, а при 220В итоговое значение будет 231В.

Как вычислить ток при трехфазном замыкании

Расчет тока трехфазного короткого замыкания необходимо рассмотреть более подробно, учитывая все особенности и сопутствующие факторы этого процесса.

В проводнике, попавшем под действие короткого замыкания, не будет мгновенного изменения силы тока. Его значение нарастает постепенно, в соответствии с установленными физическими законами.

Существуют специальные методики на расчет трехфазного тока, для которых требуются данные всех основных величин, определяемые математическим путем.

Полученные результаты затем использует специальная формула.

Одна из формул выглядит следующим образом: Iкз = Uc/√3*xрез = Uc/√3*(хсист + хвн). В ней Uc – величина напряжения на шинах, xрез – результативное или общее сопротивление. Оно состоит из хсист – соотношения сопротивления всей системы и шин источника питания, и хвн – сопротивления на участке между шинами и точкой КЗ.

Если какой-либо показатель отсутствует, его можно рассчитывать по дополнительным формулам или с помощью специальных компьютерных программ. При выполнении расчетов в сложных разветвленных сетях, они преобразуются в схемы замещения. Каждая отдельно взятая схема представлена в виде источника электроэнергии и одного сопротивления. Процесс упрощения происходит в следующем порядке:

• Складываются все показатели сопротивлений, подключенных параллельно.
• То же самое выполняется в отношении последовательно подключенных сопротивлений.
• Величина результирующего сопротивления в относительных единицах определяется сложением всех сопротивлений с параллельным и последовательным подключением.

Современная вычислительная техника предоставляет возможность выполнения сложнейших операций буквально за несколько секунд. Это дает возможность получения точных результатов, используемых в проектировании.

Расчеты токов КЗ в однофазных сетях

В однофазных электрических сетях расчет токов короткого замыкания выполняется по упрощенной методике. Это связано с незначительным энергопотреблением электроприборов на 220В. То есть, надежно защитить частный дом или квартиру вполне возможно с помощью автоматических выключателей на 25А.

Примерно рассчитать ток однофазного короткого замыкания можно по формуле № 1, в которой Ik будет однофазным током КЗ, а Uf – фазное напряжение.

Параметры Zt и Zc представляют собой сопротивление трансформатора в момент КЗ и сопротивление между фазой и нулем. Погрешность вычислений с использованием этой формулы составляет примерно 10%.

Этих данных вполне достаточно, чтобы спланировать надежную защиту сети.

Основные сложности могут возникнуть при решении задачи, как определить параметр Zc. Однако, при наличии данных о переходных сопротивлениях и характеристиках проводника, величина сопротивления между фазным и нулевым проводом достаточно легко находится по формуле № 2.

В ней параметры rf и rn являются, соответственно, активными сопротивлениями фазы и нуля (Ом). Внутренние индуктивные сопротивления фазного и нулевого проводников обозначаются как xf и xn (Ом).

Еще две величины – ra и x’ являются суммарным активным сопротивлением контактов цепочки фаза-нуль и внешним индуктивным сопротивлением этой же цепи.

При вычислении токов однофазного КЗ, расчетная схема должна выполняться в определенной последовательности:

• Вначале нужно установить параметры источника питания.
• Определить характеристики проводников, используемых в цепи.
• Слишком разветвленную схему нужно упростить путем замещения сложных компонентов простыми. С этой целью составляется схема замещения для расчета токов короткого замыкания.
• Найти величину полного сопротивления на участке фаза-ноль.
• При отсутствии технической документации определяется полное сопротивление источника питания, измеряемое в относительных единицах.

Все полученные значения подставляются в формулу, после чего вычисленным результатом можно пользоваться при составлении проектов.

Источник: https://electric-220.ru/news/kak_rasschitat_tok_korotkogo_zamykanija/2019-08-29-1738

Ток короткого замыкания и его определение. Как рассчитать ток КЗ?

   Здравствуйте, дорогие друзья! В данной статье вы узнаете, что такое ток короткого замыкания, его причины и как его рассчитать.

Короткое замыкание происходит, когда токоведущие части различных потенциалов или фаз, соединяются между собой. Замыкание может образоваться и на корпусе оборудования, имеющем связь с землей.

Данное явление характерно также для электрических сетей и электрических приемников.

Причины и действие тока короткого замыкания  

   Причины возникновения короткого замыкания могут быть самыми различными. Этому способствует влажная или агрессивная среда, в которой значительно ухудшается сопротивление изоляции.

Замыкание может стать результатом механических воздействий или ошибок персонала во время ремонта и обслуживания. Суть явления заключается в его названии и представляет собой укорачивание пути, по которому проходит ток. В результате, ток протекает мимо нагрузки, обладающей сопротивлением.

   Токи короткого замыкания оказывают на аппаратуру и электроустановки электродинамическое и термическое воздействие, что в конечном итоге, приводит к их значительной деформации и перегреву. В связи с этим, необходимо заранее производить расчеты токов короткого замыкания.  

Как рассчитать ток короткого замыкания в домашних условиях

   Знание величины тока короткого замыкания крайне необходимо для обеспечения пожарной безопасности.

Очевидно, что если измеренный ток короткого замыкания меньше тока уставки максимальной защиты автомата или 4-х кратного значения номинала тока предохранителя, то время срабатывания (перегорания плавкой вставки) будет больше, а это, в свою очередь, может привести к чрезмерному нагреву проводов и их возгоранию.

   Как этот ток определить? Существуют специальные методики и специальные приборы для этого. Здесь рассмотрим вопрос как это сделать, имея лишь мультиметр или даже вольтметр. Очевидно, что этот способ имеет не очень высокую точность, но всё же достаточную для обнаружения несоответствия максимально-токовой защиты к величине этого тока.

   Как это сделать в домашних условиях? Необходимо взять достаточно мощный приёмник, например, электрический чайник или утюг. Ещё неплохо бы иметь тройник.

К тройнику подключаем наш потребитель и вольтметр или мультиметр в режиме измерения напряжения. Записываем установившуюся величину напряжения (U1). Отключаем потребитель, и записываем величину напряжения без нагрузки (U2).

Дальше производим расчёт. Нужно разделить мощность вашего потребителя (P) на разность замеренных напряжений.

                                                                       Iк.з.(1) = Р/(U2 – U1)

   Посчитаем на примере. Чайник 2 кВт. Первый замер – 215 В, второй замер – 230 В. По расчёту получается 133,3 А.

Если стоит, например, автомат ВА 47-29 с характеристикой С, то его уставка будет от 80 до 160 Ампер. Следовательно, возможно, что этот автомат сработает с задержкой.

По характеристике автомата можно определить, что время срабатывания может быть при этом до 5 секунд. Что в принципе опасно. 

   Что делать? Нужно увеличить величину тока короткого замыкания. Увеличить этот ток можно заменив провода питающей линии на большее сечение.

Полезное КЗ

   Казалось бы, очевидный факт состоит в том, что короткое замыкание – явление крайне скверное, неприятное и нежелательное. Оно может привести в лучшем случае к обесточиванию объекта, отключению аварийной защитной аппаратуры, а в худшем – к выгоранию проводки и даже пожару.

Следовательно, все силы нужно сосредоточить на том, чтобы избежать этой напасти. Однако расчет токов короткого замыкания имеет вполне реальный и практический смысл. Изобретено немало технических средств, работающих в режиме высоких токовых значений.

При сварке в точке касания окончания электрода проходят огромные токи (они измеряются в десятках ампер), в результате чего выделяется достаточно тепла для местного расплавления металла и создания прочного шва.

Будем рады, если подпишетесь на наш Блог!

[wysija_form id=»1″]

Источник: https://powercoup.by/stati-po-elektromontazhu/tok-korotkogo-zamyikaniya

Расчет токов КЗ

Расчет токов короткого замыкания (КЗ) необходим для выбора аппаратуры и проверки элементов электроустановок (шин, изоляторов, кабелей и т. д.

) на электродинамическую и термическую устойчивость, а также выбора уставок срабатывания защит и проверки их на чувствительность срабатывания.

С целью упрощения расчетов токов КЗ для решения большинства практических задач вводят допущения, которые не дают существенных погрешностей [15]:

• трехфазная сеть принимается симметричной; не учитываются токи нагрузки;
• не учитываются емкости, а следовательно, и емкостные токи в воздушной и кабельной сетях;
• не учитывается насыщение магнитных систем, что позволяет считать постоянными и не зависящими от тока индуктивные сопротивления всех элементов короткозамкнутой цепи;
• не учитываются токи намагничивания трансформаторов.
• При определении токов КЗ используют, как правило, один из двух методов:

метод именованных единиц – в этом случае параметры схемы выражают в именованных единицах (омах, амперах, вольтах и т. д.);

1. метод относительных единиц – в этом случае параметры схемы выражают в долях или процентах от величины, принятой в качестве основной (базисной).
2. Метод именованных единиц применяют при расчетах токов КЗ сравнительно простых электрических схем с небольшим числом ступеней трансформации.
3. Метод относительных единиц используют при расчете токов КЗ в сложных электрических сетях с несколькими ступенями трансформации, присоединенных к районным энергосистемам.
4. Если расчет выполняют в именованных единицах, то для определения токов КЗ необходимо привести все электрические величины к напряжению ступени, на которой имеет место КЗ.
5. При расчете в относительных единицах все величины сравнивают с базисными, в качестве которых принимают базисную мощность одного трансформатора ГПП или условную единицу мощности, например, 100 или 1000 МВА.

В качестве базисного напряжения принимают среднее напряжение той ступени, на которой произошло КЗ (Uср = 6,3; 10,5; 21; 37; 115; 230 кВ). Сопротивления элементов системы электроснабжения приводят к базисным условиям в соответствии с табл. 5.1.

 Электроснабжение. Учеб. пособие к практ. занятиям

-66-

• 5. РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
• Таблица 5.1
• Средние удельные значения индуктивных сопротивлений воздушных и кабельных линий электропередачи

Линия электропередачи	xуд, Ом/км
Одноцепная воздушная линия, кВ:
6−220	0,4
220−330 (при расщеплении на два провода в фазе)	0,325
400−500 (при расщеплении на три провода в фазе)	0,307
750 (при расщеплении на четыре провода в фазе)	0,28
Трехжильный кабель, кВ:
6−10	0,08
35	0,12
Одножильный маслонаполненный кабель 110−220 кВ	0,16

Расчет токов КЗ начинают с составления расчетной схемы электроустановки. По расчетной схеме составляется электрическая схема замещения. На рис. 5.1 приведен пример расчетной схемы, а на рис. 5.2 – соответствующая ему схема замещения.

При составлении схемы замещения для электроустановок выше 1000 В учитывают индуктивные сопротивления электрических машин, силовых трансформаторов и автотрансформаторов, реакторов, воздушных и кабельных линий.

Средние удельные значения индуктивных сопротивлений воздушных и кабельных линий электропередачи приведены в табл. 5.2.

Активные сопротивления учитывают только для воздушных линий с проводами небольшого сечения и со стальными проводами, а также для протяженных кабельных линий с небольшим сечением.

Активное сопротивление трансформаторов учитывают в случае, когда среднее номинальное напряжение ступени, где находится точка короткого замыкания, Uср ≤500 В и мощность трансформатора Sном.т

Источник: https://studfile.net/preview/5337789/