Проверка токоведущих частей и шин ПО условиям короткого замыкания

2. ПРОВЕРКА ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ И ШИН ПО

УСЛОВИЯМ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

2.1. Термическая стойкость проводников

Продолжительность КЗ составляет обычно доли секунды и, как исключение, может достигнуть нескольких секунд. В течение этого короткого промежутка времени выделение тепла настолько велико, что температура проводников и аппаратов выходит за пределы, установленные для нормального режима. Процесс нагревания прекращается в момент автоматического отключения поврежденного участка системы, после чего происходит относительно медленное остывание.

Свойство (способность) аппарата и проводника противостоять кратковременному тепловому действию тока КЗ без повреждений, препятствующих дальнейшей исправной работе, называется термической стойкостью. Критерием термической стойкости является конечная температура, которая ограничивается механической прочностью металлов, деформациями частей аппаратов, а также нагревостойкостью изоляции. Допустимые конечные температуры для аппаратов и проводников (табл. 2.1) установлены на основании опыта. Они выше допустимых температур при нормальной работе, поскольку изменение механических свойств металлов и износ изоляции определяются не только температурой, но также продолжительностью нагревания, которая в рассматриваемых условиях мала. Как видно из табл. 2.1, допустимые конечные температуры при КЗ лежат в пределах от 120 до 300^оС, в то время как допустимые температуры при нормальной работе, как правило, не превышают 60 – 80^оС.

Таблица 2.1

Допустимые конечные температуры проводников

и аппаратов при КЗ

Наименование проводников, частей аппаратов	Конечная температура, оС
Неизолированные медные и латунные проводники, части аппаратов	300
Неизолированные алюминиевые проводники, части аппаратов	200
Кабели с бумажной пропитанной изоляцией до 10 кВ с медными и алюминиевыми жилами	200
Кабели 20 – 220 кВ	125
Кабели и провода с поливинилхлоридной изоляцией, с медными и алюминиевыми жилами	150
То же, но, с полиэтиленовой изоляцией	120

При проверке на термическую стойкость пренебрегают теплоотдачей, что не вносит заметной ошибки.

Таким образом, процесс нагрева при КЗ определяется уравнениями:

                                                   (2.1)

где r_n, с_n- соответственно, сопротивление и теплоемкость проводника для  температуры n;

G – масса проводника.

После подстановки G, r_n и разделения переменных:

                                     (2.2)

где g, q – удельная проводимость и площадь поперечного сечения проводника.

 

Для неизолированных проводников при номинальных условиях n_нач=70^оС.

При этом

                                                   (2.4)

По значению А_к и рис. 2.1 определяется температура n_к в конце короткого замыкания.

Проводник термически устойчив, если n_к £ n_доп (табл. 2.1).

Часто определяют термическую стойкость шин и кабелей по минимально допустимой площади сечения:

                                         (2.5)

Значения коэффициентов С  приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2

Допустимые температуры и соответствующие им коэффициенты С

для шин и кабелей

	qк.доп, оС	С
Шины:
из меди	300	170
из алюминия	200	90
из стали, не соединенные непосредственно с аппаратом	400	65
из стали, соединенные непосредственно с аппаратом	300	60
Кабель до 10 кВ с бумажной изоляцией и жилами:
из меди	200	160
из алюминия	200	90

Условия термической стойкости при этом определяется выражением q_{min доп} £ q_расч, где q_расч – площадь сечения проводника выбранная по условиям рабочего режима.

2.2. Динамическая стойкость проводников

Определение интеграла Джоуля

Количество выделившегося тепла в проводнике определяется импульсом квадратичного тока

                                       (2.6)

Для электрически удаленного КЗ импульс квадратического тока определяют по выражению

                                              (2.7)

где t_отк = t_з +t_в, t_з – время действия основной релейной защиты, t_в – полное время отключения выключателя; Т_а – постоянная времени цепи КЗ.

В двухлучевой схеме вида "генератор-система" для расчета импульса от периодической составляющей тока КЗ используют кривые относительных импульсов – токовых Q_* и квадратичных токовых В_* (рис. 2.2). Относительный импульс  - это отношение импульса от затухающего периодического тока КЗ генератора к импульсу от незатухающего тока. При использовании относительных импульсов выражение для расчета В_n получит вид:

 

                           (2.8)

Импульс от апериодической составляющей тока в месте КЗ вычисляют следующим образом:

                          (2.9)

Значения постоянных времени затухания апериодической составляющей КЗ для элементов электрической системы приведены в таблице 2.3.

Термический импульс короткого замыкания

В_КЗ = В_п + В_а.                                               (2.10)

При КЗ вблизи группы электродвигателей она заменяется эквивалентным двигателем. Для двухлучевой схемы вида "двигатель – система" также тепловые импульсы определяются раздельно от периодической и апериодической составляющих тока.

                     (2.11)

где I_пос, I_под – соответственно сверхпереходной ток КЗ от системы