Выбор коммутационных аппаратов и токоведущих частей распределительных устройств - Расчетные условия для проверки

1.2 Расчетные условия для проверки электрических аппаратов и токоведущих частей по режиму короткого замыкания
При проверке выбранных электрических аппаратов и токоведущих частей электроустановки на термическую и динамическую устойчивость при коротком замыкании (КЗ) необходимо правильно выбрать положение расчетной точки и расчетный вид КЗ.
Расчетную точку КЗ для проверки выбирают так, чтобы через электрический аппарат или токоведущую часть электроустановки протекал наибольший ток КЗ.
Расчетным видом КЗ, для проверки электрических аппаратов и токоведущих частей на динамическую и термическую устойчивость, является трехфазное КЗ [2] . По трехфазному току КЗ производится так же проверка выключателей на отключающую способность, а в сетях напряжением 110 кВ и выше - дополнительно по однофазному току КЗ. При проверке на термическую стойкость проводников и аппаратов в цепях генераторного напряжения электростанций расчетным током короткого замыкания может быть двухфазное КЗ, если оно обуславливает больший нагрев проводников и аппаратов, чем при трехфазном КЗ [2].
Для проверки электрических аппаратов и токоведущих частей на термическую устойчивость, а выключателей дополнительно на отключающую способность, необходимо знать расчетное время протекания тока КЗ, т.е. время через которое происходит отключение тока КЗ. Согласно [2, 3] время отключения тока КЗ для проверки проводников и электрических аппаратов на термическую стойкость складывается из времени действия основной релейной защиты рассматриваемой цепи и полного времени отключения выключателя :
. (1.11)
Электрические аппараты и токопроводы, применяемые в цепях генераторов мощностью 63 МВт и более, а также в цепях блоков генератор-трансформатор такой же мощности, должны проверяться по термической устойчивости, исходя из времени протекания тока КЗ четыре секунды [3].
При проверке электрических аппаратов на отключающую способность в качестве расчетного времени протекания тока КЗ следует принимать сумму минимального времени действия релейной защиты данного присоединения и собственного времени отключения выключателя , т.е [2].
Термическая устойчивость (стойкость) электрических аппаратов и токоведущих частей проверяется по тепловому импульсу тока КЗ.
Электрический аппарат удовлетворяет условию термической стойкости, если выполняется условие
, (1.12)
где - тепловой импульс (интеграл Джоуля) тока КЗ в рассматриваемой цепи, А2 с;
- допустимое значение теплового импульса (интеграла Джоуля) для проверяемого аппарата, А2 с.
Проводник удовлетворяет условию термической стойкости, если конечная его температура к моменту отключения КЗ не превышает предельно допустимую температуру нагрева при КЗ , т.е. если выполняется условие:[2].
Определение теплового импульса тока КЗ для оценки термической стойкости зависит от местоположения точки КЗ в рассматриваемой электроустановке. В соответствии с [4, 5] можно выделить три основных случая: удаленное КЗ, КЗ вблизи генераторов и КЗ вблизи группы электродвигателей. Тепловой импульс тока КЗ имеет две составляющие: периодическую и апериодическую :
. (1.13)
При удаленном КЗ, если отношение действующего значения периодической составляющей тока любого генератора (синхронного компенсатора) в начальный момент КЗ к его номинальному току меньше двух, т. е. при , это обычно сборные шины напряжением 35 кВ и выше, все источники исходной схемы объединяются в один эквивалентный источник. В этом случае периодическая составляющая тока КЗ принимается незатухающей, т.е. , а апериодическая составляющая затухающей по экспоненте с постоянной времени системы , которая берется из таблицы 1.1. Таким образом, при удаленном КЗ, тепловой импульс тока КЗ согласно [2] определяется по формуле:
, (1.14)
где - начальное значение периодической составляющей тока КЗ от эквивалентного источника.
В том случае, если тепловой импульс тока КЗ можно определять по формуле
. (1.15)
Таблица 1.1 ‑ Значения постоянной времени затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания

По выражению (1.15)можно вычислять тепловой импульс тока КЗ в цепях генераторного напряжения ТЭЦ, если место КЗ находится за реактором, а также на шинах низкого напряжения подстанций, если нет крупных электродвигателей и синхронных компенсаторов.
При КЗ вблизи генератора, последний выделяется в отдельную ветвь, а все остальные источники объединяются в эквивалентный источник. В этом случае апериодическая и периодическая
составляющие теплового импульса тока КЗ определяются по выражениям:
,(1.16)
где - начальный периодический ток генераторов эквивалентного источника;
- относительный тепловой импульс тока КЗ от периодической составляющей тока генераторов, определяемый по [2] или кривым, представленным на рисунке 1.1,а;
-относительный токовый импульс от генераторов, определяемый по [2] или кривым рисунка 1.1,б.

а б
Рисунок 1.1- Кривые для определения относительного теплового импульса тока КЗ и относительного токового импульса от синхронных генераторов с тиристорной системой возбуждения

, (1.17)

где - постоянные времени изменения токов в цепях системы и генераторов, определяемые по таблице 1.1, с.
В том случае, если , тепловой импульс тока КЗ допускается определять по выражению [2]
((1.18)
Если же , то тепловой импульс тока КЗ можно рассчитывать по формуле
(1.19)
При КЗ вблизи группы электродвигателей все электродвигатели заменяются эквивалентным электродвигателем, а все источники объединяются в эквивалентный источник, который является системой по отношению к эквивалентному электродвигателю. Для определения суммарного теплового импульса тока КЗ с учетом электродвигателей рекомендуется [2] пользоваться выражениями (1.16) - (1.19), в которых необходимо заменить и соответственно на и эквивалентного электродвигателя.
Согласно [1, 6] группа электродвигателей заменяется эквивалентным электродвигателем со следующими параметрами: постоянная времени периодической составляющей тока ; постоянная времени апериодической составляющей тока коэффициент полезного действия , коэффициент мощности , кратность пускового тока .
Начальный периодический ток эквивалентного электродвигателя определяется по выражению
(1.20)
Относительный тепловой импульс тока КЗ и относительный токовый импульс от эквивалентного электродвигателя определяются по [2] или кривым, приведенным на рисунках 1.2 и 1.3.

а б
Рисунок 1.2-Кривые для определения относительного теплового импульса тока КЗ и относительного токового импульса от синхронного электродвигателя

Допустимое значение теплового импульса для коммутационных аппаратов зависит не только от указанного заводом-изготовителем нормированного тока термической стойкости , но и от соотношения между расчетной продолжительностью тока КЗ и допустимым временем термической стойкости [2].
Если в этом случае допустимое значение теплового импульса равно
. (1.21)
В том случае если , то допустимое значение теплового импульса равно
. (1.22)

а б
Рисунок 1.3-Кривые для определения относительного теплового импульса тока КЗ и относительного токового импульса от асинхронного электродвигателя