Расчет токов короткого замыкания представляет собой решение широкого круга вопросов, которые возникают при проектировании электроэнергетических систем, поэтому очень важно учитывать вероятность нарушения их работы. Расчет выполняется для выбора и проверки основного оборудования, выбора устройств релейной защиты, заземления и молниезащиты подстанции и т. д.

Приступая к расчету токов короткого замыкания, необходимо составить расчётную схему сети. На ней указываются марка и сечение проводов, длина участков, напряжения и мощности силовых трансформаторов.

На основе расчётной схемы составляется схема замещения, на которой указываются расчётные точки короткого замыкания, порядковые номера элементов, соответствующие расчётной элементам электрической схемы и соответствующие им сопротивления и источники ЭДС.

В рамках курсового проектирования рассматривается упрощенный метод расчета токов короткого замыкания [4, 7, 8].

Расчёт токов короткого замыкания производится с учётом следующих допущений:

- напряжение на высшей стороне понижающего трансформатора 10/0,4 кВ в линиях 0,38 кВ, постоянно и равно номинальному значению;

- не учитывается ток намагничивания трансформаторов и автотрансформаторов;

- принимаются симметричными все трехфазные элементы электрической сети, которые входят в расчетную схему;

- сопротивления любого элемента расчетной схемы принимаются равными активному сопротивлению;

- при коротких замыканиях не учитываются вероятностные характеристики токов и напряжений;

- при расчёте токов короткого замыкания в сети напряжением до 1 кВ учёт индуктивных сопротивлений элементов схемы является обязательным.

Ток трехфазного короткого замыкания – ток между всеми тремя фазами. Его значение рассчитывают на шинах 10 и 0,4 кВ. При этом определяется его максимальное значение. Для шин 10 кВ значение тока трехфазного КЗ требуется для проверки электродинамической стойкости аппаратуры защиты и согласования действий релейной защиты трансформатора. Для шин 0,4 кВ данный параметр необходим для выбора и проверки автоматических выключателей отходящих линий 0,38 кВ.

Двухфазное короткое замыкание – это замыкание между двумя фазами в трехфазной электрической системе. Значение двухфазного короткого замыкания рассчитывается для проверки на электродинамическую стойкость гибких проводников, проводников и аппаратов в цепях генераторного напряжения электростанций на термическую стойкость в случае возникновения нагрева большего, чем при трехфазном КЗ.

Однофазное замыкание – замыкание на землю одной из фаз в трехфазной электрической системе. Расчет однофазного тока КЗ проводится для проверки действенности системы зануления и выполняется в конце линии.

Выполняя расчет токов КЗ, выбирают систему, по которой будут производить расчет: либо система именованных единиц, либо система относительных единиц.

Система относительных единиц значительно упрощает сами расчеты, при этом они принимают обобщённый вид. Система именованных единиц наиболее часто используется при расчете токов КЗ в сети 0,38 кВ.

Рисунок 3.5 – Схема сети 0,38 кВ

Если рассматривать схему, представленную на рисунке 3.5, то, принимая во внимание вышесказанное, можно представить следующую схему замещения на рисунке 3.6.

Рисунок 3.6 – Схема замещения сети 0,38 кВ

Если сопротивление элемента х задано в Омах, ток трёхфазного короткого замыкания на шинах 0,4 кВ (точка К2) будет определяться:

(3.49)

где U_ср.ном – среднее номинальное напряжение, которое принимается для сетей до 220 кВ:

.

(3.50)

В случае, когда х задано в относительных единицах, значение определяется как:

(3.51)

где I_ном – номинальный ток элемента, за которым произошло короткое замыкание.

Трехфазный ток КЗ в точке К2 рассчитывается по формуле:

.

(3.52)

Для приведения тока трехфазного КЗ к напряжению 10 кВ, используется выражение:

.

(3.53)

Двухфазный ток КЗ рассчитывается через трехфазный ток КЗ по формуле [21]:

(3.54)

При проверке аппаратуры на динамическую стойкость определяют ударный трехфазный ток КЗ:

,

(3.55)

где k_y – коэффициент, зависящий от соотношения расчетных индуктивного и активного сопротивлений.

Токи однофазного КЗ в сетях 0,38 кВ, необходимые для оценки чувствительности защиты, допускается рассчитывать по формуле [21]:

,

(3.56)

где U_ф – фазное напряжение сети; Z_т – полное сопротивление трансформатора току замыкания на корпус; Z_ц – полное сопротивление фазный-нулевой провод, которое находят по выражению:

                              ,                   (3.57)

где r_ф, r_н – активные сопротивления фазного и нулевого проводов, Ом; r_а – суммарное активное сопротивление контактов цепи фаза-нуль;     ,   – внутренние индуктивные сопротивления фазного и нулевого проводов, Ом/км;  х' – внешнее индуктивное сопротивление цепи фаза-нуль.