ГОСТ 28249-93 Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ
Настоящий стандарт распространяется на трехфазные электроустановки напряжением до 1 кВ промышленной частоты, присоединенные к энергосистеме или к автономным источникам электроэнергии, устанавливает общую методику расчета токов симметричных и несимметричных коротких замыканий (КЗ) в начальный и произвольный момент времени с учетом параметров синхронных и асинхронных машин, трансформаторов, реакторов, кабельных и воздушных линий, шинопроводов и узлов комплексной нагрузки.
Стандарт не устанавливает методику расчета токов:
- при сложных несимметриях в электроустановках (например, одновременное КЗ и обрыв проводника фазы), при повторных КЗ и при КЗ в электроустановках с нелинейными элементами;
- при электромеханических переходных процессах с учетом изменения частоты вращения электрических машин;
- при КЗ внутри электрических машин и трансформаторов.
Пункты 1.5, 1.7, 2.4.2, 2.11, 2.12, 3.6 и приложения являются рекомендуемыми, остальные пункты - обязательными.
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Настоящий стандарт устанавливает общую методику расчета токов в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ, необходимых для выбора и проверки электрооборудования по условиям КЗ, для выбора коммутационных аппаратов, уставок релейной защиты и заземляющих устройств.
1.2. Стандарт устанавливает методику расчетов максимальных и минимальных значений тока при симметричных и несимметричных КЗ, виды которых определены в соответствии с ГОСТ 26522.
1.3. Величины, подлежащие расчету, и допускаемая погрешность их расчета зависят от указанных п. 1.1 целей.
Допускаются упрощенные методы расчетов токов КЗ, если их погрешность не превышает 10 %.
Расчету для выбора и проверки электрооборудования по условиям КЗ подлежат:
1) начальное значение периодической составляющей тока КЗ;
2) апериодическая составляющая тока КЗ;
3) ударный ток КЗ;
4) действующее значение периодической составляющей тока КЗ в произвольный момент времени, вплоть до расчетного времени размыкания поврежденной цепи.
Для других целей, указанных в п. 1.1, расчету подлежат максимальное и минимальное значения периодической составляющей тока в месте КЗ в начальный и произвольный момент времени, вплоть до расчетного времени размыкания поврежденной цепи. Для целей выбора заземляющих устройств расчету подлежит значение тока однофазного КЗ.
1.4. При расчетах токов КЗ в электроустановках до 1 кВ необходимо учитывать:
1) индуктивные сопротивления всех элементов короткозамкнутой цепи, включая силовые трансформаторы, проводники, трансформаторы тока, реакторы, токовые катушки автоматических выключателей;
2) активные сопротивления элементов короткозамкнутой цепи;
3) активные сопротивления различных контактов и контактных соединений;
4) значения параметров синхронных и асинхронных электродвигателей.
1.5. При расчетах токов КЗ рекомендуется учитывать:
1) сопротивление электрической дуги в месте КЗ;
2) изменение активного сопротивления проводников короткозамкнутой цепи вследствие их нагрева при КЗ;
3) влияние комплексной нагрузки (электродвигатели, преобразователи, термические установки, лампы накаливания) на ток КЗ, если номинальный ток электродвигателей нагрузки превышает 1,0 % начального значения периодической составляющей тока КЗ, рассчитанного без учета нагрузки.
1.6. При расчетах токов КЗ допускается:
1) максимально упрощать и эквивалентировать всю внешнюю сеть по отношению к месту КЗ и индивидуально учитывать только автономные источники электроэнергии и электродвигатели, непосредственно примыкающие к месту КЗ;
2) не учитывать ток намагничивания трансформаторов;
3) не учитывать насыщение магнитных систем электрических машин;
4) принимать коэффициенты трансформации трансформаторов равными отношению средних номинальных напряжений тех ступеней напряжения сетей, которые связывают трансформаторы. При этом следует использовать следующую шкалу средних номинальных напряжений: 37; 24; 20; 15,75; 13,8; 10,5; 6,3; 3,15; 0,69; 0,525; 0,4; 0,23 кВ;
5) не учитывать влияния асинхронных электродвигателей, если их суммарный номинальный ток не превышает 1,0 % начального значения периодической составляющей тока в месте КЗ, рассчитанного без учета электродвигателей.
1.7. Токи КЗ в электроустановках напряжением до 1 кВ рекомендуется рассчитывать в именованных единицах.
При составлении эквивалентных схем замещения параметры элементов исходной расчетной схемы следует приводить к ступени напряжения сети, на которой находится точка КЗ, а активные и индуктивные сопротивления всех элементов схемы замещения выражать в миллиомах.
1.8. При расчете токов КЗ в электроустановках, получающих питание непосредственно от сети энергосистемы, допускается считать, что понижающие трансформаторы подключены к источнику неизменного по амплитуде напряжения через эквивалентное индуктивное сопротивление системы. Значение этого сопротивления (хс) в миллиомах, приведенное к ступени низшего напряжения сети, рассчитывают по формуле
где - среднее номинальное напряжение сети, подключенной к обмотке низшего напряжения трансформатора, В;
- среднее номинальное напряжение сети, к которой подключена обмотка высшего напряжения трансформатора, В;
= - действующее значение периодической составляющей тока при трехфазном КЗ у выводов обмотки высшего напряжения трансформатора, кА;
S к - условная мощность короткого замыкания у выводов обмотки высшего напряжения трансформатора, МВ × А.
При отсутствии указанных данных эквивалентное индуктивное сопротивление системы в миллиомах допускается рассчитывать по формуле
где - номинальный ток отключения выключателя, установленного на стороне высшего напряжения понижающего трансформатора цепи.
Примечание . В случаях, когда понижающий трансформатор подключен к сети энергосистемы через реактор, воздушную или кабельную линию, (длиной более 1 км), необходимо учитывать не только индуктивные, но и активные сопротивления этих элементов.
1.9. При расчете токов КЗ в электроустановках с автономными источниками электроэнергии необходимо учитывать значения параметров всех элементов автономной электрической системы, включая автономные источники (синхронные генераторы), распределительную сеть и потребители.
2. РАСЧЕТ СОПРОТИВЛЕНИЙ РАЗЛИЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ
2.1. Активное и индуктивное сопротивления силовых трансформаторов
2.1.1. Активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности понижающих трансформаторов ( r т , хт) в миллиомах, приведенные к ступени низшего напряжения сети, рассчитывают по формулам:
где - номинальная мощность трансформатора, кВ × А;
- потери короткого замыкания в трансформаторе, кВт;
- номинальное напряжение обмотки низшего напряжения трансформатора, кВ;
и к - напряжение короткого замыкания трансформатора, %.
2.1.2. Активные и индуктивные сопротивления нулевой последовательности понижающих трансформаторов, обмотки которых соединены по схеме D / Y 0, при расчете КЗ в сети низшего напряжения следует принимать равными соответственно активным и индуктивным сопротивлениям прямой последовательности. При других схемах соединения обмоток трансформаторов активные и индуктивные сопротивления нулевой последовательности необходимо принимать в соответствии с указаниями изготовителей.
2.2. Активное и индуктивное сопротивления реакторов
2.2.1. Активное сопротивление токоограничивающих реакторов ( r 1 p = r 2 p = r 0 p ) в миллиомах рассчитывают по формуле
где D Р р.ном - потери активной мощности в фазе реактора при номинальном токе, Вт;
I р.ном - номинальный ток реактора, А.
2.2.2. Индуктивное сопротивление реакторов ( x 1 p = x 2 p = x 0 p ) в миллиомах принимают как указано изготовителем или рассчитывают по формуле
где w - угловая частота напряжения сети, рад/с;
L - индуктивность катушки трехфазного реактора, Гн;
М - взаимная индуктивность между фазами реактора, Гн.
2.3. Активное и индуктивное сопротивления шинопроводов
При определении активного и индуктивного сопротивлений прямой и нулевой последовательностей шинопроводов следует использовать данные завода изготовителя, эксперимента или применять расчетный метод. Рекомендуемый метод расчета сопротивлений шинопроводов и параметры некоторых комплектных шинопроводов приведены в приложении 1.
2.4. Активное и индуктивное сопротивление кабелей
2.4.1. Значения параметров прямой (обратной) и нулевой последовательности кабелей, применяемых в электроустановках до 1 кВ, принимают, как указано изготовителем или в приложении 2.
2.4.2. При определении минимального значения тока КЗ рекомендуется учитывать увеличение активного сопротивления кабеля к моменту отключения цепи вследствие нагревания кабеля током КЗ. Значение активного сопротивления кабеля в миллиомах с учетом нагрева его током КЗ ( ) рассчитывают по формуле
где - коэффициент, учитывающий увеличение активного сопротивления кабеля. При приближенных расчетах значение коэффициента допускается принимать равным 1,5. При уточненных расчетах коэффициент следует определять в соответствии с черт. 5- 8 приложения 2 в зависимости от материала и сечения жил кабеля, тока КЗ и продолжительности КЗ;
- активное сопротивление кабеля при температуре , равный плюс 20 ° С, мОм.
2.5. Активное и индуктивное сопротивления воздушных линий и проводов
Методика расчета параметров воздушных линий и проводов приведена в приложении 3.
2.6. Активные сопротивления контактов и контактных соединений
Переходное сопротивление электрических контактов любого вида следует определять на основании данных экспериментов или с использованием расчетных методик. Данные о контактных соединениях приведены в приложении 4. При приближенном учете сопротивлений контактов принимают: r к = 0,1 мОм - для контактных соединений кабелей; r к = 0,01 мОм - для шинопроводов; r к = 1,0 мОм - для коммутационных аппаратов.
2.7. Активные и индуктивные сопротивления трансформаторов тока
При расчете токов КЗ в электроустановках напряжением до 1 кВ следует учитывать как индуктивные, так и активные сопротивления первичных обмоток всех многовитковых измерительных трансформаторов тока, которые имеются в цепи КЗ. Значения активных и индуктивных сопротивлений нулевой последовательности принимают равными значениям сопротивлений прямой последовательности. Параметры некоторых многовитковых трансформаторов тока приведены в приложении 5. Активным и индуктивным сопротивлением одновитковых трансформаторов (на токи более 500 А) при расчетах токов КЗ можно пренебречь.
2.8. Активные и индуктивные сопротивления катушек автоматических выключателей
Расчеты токов КЗ в электроустановках напряжением до 1 кВ следует вести с учетом индуктивных и активных сопротивлений катушек (расцепителей) максимального тока автоматических выключателей, принимая значения активных и индуктивных сопротивлений нулевой последовательности равными соответствующим сопротивлениям прямой последовательности. Значения сопротивлений катушек расцепителей и контактов некоторых автоматических выключателей приведены в приложении 6.
2.9. Параметры автономных источников электроэнергии и синхронных электродвигателей
При расчете начального значения периодической составляющей тока КЗ автономные источники, а также синхронные электродвигатели следует учитывать сверхпереходным сопротивлением по продольной оси ротора ( ), а при определении постоянной времени затухания апериодической составляющей тока КЗ - индуктивным сопротивлением для токов обратной последовательности x 2 и активным сопротивлением обмотки статора r . При приближенных расчетах принимают: = 0,15; x 2 = ; r = 0,15 .
2.10. Параметры асинхронных электродвигателей
При расчетах начального значения периодической составляющей тока КЗ от асинхронных электродвигателей последние следует вводить в схему замещения сверхпереходным индуктивным сопротивлением. При необходимости проведения уточненных расчетов следует также учитывать активное сопротивление статора. Их значения рекомендуется определять, как указано в приложении 7. При приближенных расчетах принимают: сверхпереходное индуктивное сопротивление асинхронного двигателя = 0,18; активное сопротивление статора асинхронного двигателя = 0,36 .
2.11. Расчетные параметры комплексных нагрузок
2.11.1. При расчете токов КЗ от комплексных нагрузок следует учитывать их параметры прямой, обратной и нулевой последовательностей. Рекомендуемые значения сопротивлений прямой ( Z 1 ) и обратной ( Z 2 ) последовательностей отдельных элементов комплексной нагрузки приведены в табл. 1. Значения модулей полных сопротивлений прямой ( Z 1НГ ), обратной ( Z 2НГ ) и нулевой ( Z 0НГ ) последовательностей некоторых узлов нагрузки в зависимости от их состава допускается определять, как указано в приложении 8.