Глава I-4. Выбор электрических аппаратов и проводников по условиям короткого замыкания

Глава I-4 *
Выбор электрических аппаратов и проводников по условиям короткого замыкания

------------------------------

* Утверждена Техническим управлением по эксплуатации энергосистем Государственного производственного комитета по энергетике и электрификации СССР 29 июня 1963 г.

------------------------------

Область применения

I-4-1. Настоящая глава Правил распространяется на выбор и применение по условиям короткого замыкания электрических аппаратов и проводников в электроустановках переменного тока частоты 50 гц, напряжением до и выше 1 000 в.

Общие требования

I-4-2. По режиму короткого замыкания должны проверяться (исключения см. в I-4-3):

1. В электроустановках напряжением выше 1 000 в:

а) электрические аппараты, токопроводы и другие проводники, а также опорные и несущие конструкции для них;

б) подходы линий электропередачи к подстанциям и ответвительные опоры при очень больших токах короткого замыкания (ударный ток 50 ка и более) для предупреждения схлестывания проводов при динамическом действии токов короткого замыкания.

Кроме того, для линий с расщепленными проводами должны быть проверены расстояния между распорками расщепленных проводов.

2. В электроустановках напряжением до 1 000 в только распределительные щиты, токопроводы и силовые шкафы.

Аппараты, предназначенные для отключения токов короткого замыкания или могущие по условиям своей работы включать короткозамкнутую цепь, должны, кроме того, обладать способностью производить эти операции при всех возможных токах короткого замыкания.

Устойчивыми при токах короткого замыкания являются те аппараты, проводники и устройства, которые при расчетных условиях выдерживают воздействия этих токов, не подвергаясь электрическим, механическим и иным разрушениям или деформациям, препятствующим их дальнейшей нормальной эксплуатации.

I-4-3. По режиму короткого замыкания при напряжении выше 1 000 в не проверяются:

1. Аппараты и проводники, защищенные плавкими предохранителями с вставками на номинальный ток до 60 а, - по динамической устойчивости.

2. Аппараты и проводники, защищенные плавкими предохранителями независимо от их номинального тока и типа, - по термической устойчивости.

Цепь считается защищенной плавким предохранителем, если его отключающая способность выбрана в соответствии с требованиями настоящих правил и он способен отключить наименьший возможный аварийный ток в данной цепи.

3. Проводники в цепях к индивидуальным электроприемникам, в том числе к цеховым трансформаторам общей мощностью до 1 000 ква и с высшим напряжением до 20 кв, если соблюдены одновременно следующие условия:

а) в электрической или технологической частях предусмотрена необходимая степень резервирования, выполненного таким образом, что отключение указанных электроприемников не вызывает расстройства технологического процесса;

б) повреждение проводника при коротком замыкании не может вызвать взрыва;

в) возможна замена проводника без значительных затруднений.

4. Проводники к индивидуальным электроприемникам, указанным в п. 2, а также к отдельным небольшим распределительным пунктам, если такие индивидуальные электроприемники и распределительные пункты являются неответственными по своему назначению, и если для них выполнено хотя бы только условие, приведенное в п. 3, "б".

5. Трансформаторы тока в цепях напряжением до 20 кв, питающих трансформаторы или реактированные линии в случаях, когда выбор трансформаторов тока по условиям короткого замыкания требует такого завышения коэффициентов трансформации, при котором не может быть обеспечен необходимый класс точности присоединенных измерительных приборов (например, расчетные счетчики); при этом в цепях силовых трансформаторов рекомендуется избегать применения неустойчивых трансформаторов тока на стороне высшего напряжения, питая приборы учета от трансформаторов тока на стороне низшего напряжения.

6. Провода отходящих воздушных линий (см. также I-4-2, п. 1 "б").

7. Аппараты и шины цепей трансформаторов напряжения при условии расположения их в отдельной камере или за добавочным сопротивлением.

I-4-4. При выборе расчетной схемы для определения токов короткого замыкания следует исходить из предусматриваемых для данной электроустановки условий длительной ее работы и не считаться с кратковременными видоизменениями схемы этой электроустановки, которые не предусмотрены для длительной эксплуатации (например, при переключениях).

Расчетная схема должна учитывать развитие внешних сетей и генерирующих источников, с которыми электрически связывается рассматриваемая установка, не менее чем на 5 лет вперед, считая от ввода ее в эксплуатацию. При этом допустимо вести расчет токов короткого замыкания приближенно для начального момента короткого замыкания.

I-4-5. В качестве расчетного вида короткого замыкания следует принимать:

1. Для определения динамической устойчивости аппаратов и жестких шин с относящимися к ним поддерживающими и опорными конструкциями - трехфазное короткое замыкание.

2. Для определения термической устойчивости аппаратов и проводников - трехфазное короткое замыкание; на генераторном напряжении электростанций - трехфазное или двухфазное, в зависимости от того, какое из них приводит к большему нагреву.

3. Для выбора отключающей и включающей способности аппаратов - по большей из величин, получаемых для случаев трехфазного короткого замыкания и однофазного короткого замыкания на землю (в сетях с большими токами замыкания на землю); если выключатель характеризуется двумя величинами отключающей способности - трехфазной и однофазной - соответственно по обеим величинам.

I-4-6. Расчетный ток короткого замыкания следует рассчитывать, исходя из условия повреждения в такой точке рассматриваемой цепи, при коротком замыкании в которой аппараты и проводники этой цепи находятся в наиболее тяжелых условиях (исключения см. в I-4-7 и I-4-17, п. 3).

Со случаями одновременного замыкания на землю различных фаз в двух разных точках схемы допустимо не считаться.

I-4-7. На реактированных линиях в закрытых распределительных устройствах проводники и аппараты, расположенные до реактора и отделенные от питающих сборных шин (на ответвлениях от линий - от элементов основной цепи) разделяющими полками, перекрытиями и т. п., выбираются по току короткого замыкания за реактором, если последний расположен в том же здании и соединение выполнено шинами.

Шинные ответвления от сборных шин до разделяющих полок и проходные изоляторы в последних должны быть выбраны, исходя из короткого замыкания до реактора.

I-4-8. При расчете термической устойчивости в качестве расчетного времени следует принимать сумму времен, получаемую от сложения времени действия основной защиты, установленной у ближайшего к месту короткого замыкания выключателя, и полного времени отключения этого выключателя (включая время горения дуги).

При наличии мертвой зоны у основной защиты (по току, напряжению, сопротивлению и т.д.) термическую устойчивость необходимо также проверить, исходя из времени действия защиты, реагирующей на повреждение в этой зоне, плюс полное время отключения выключателя. При этом в качестве расчетного тока короткого замыкания следует принимать то значение его, которое соответствует этому месту повреждения.

Определение величин токов короткого замыкания для выбора аппаратов и проводников

I-4-9. В электроустановках напряжением до и выше 1 000 в при определении токов короткого замыкания для выбора аппаратов и проводников и определения воздействия на несущие конструкции следует исходить из нижеследующего:

1. Все источники, участвующие в питании рассматриваемой точки короткого замыкания, работают одновременно с номинальной нагрузкой.

2. Все синхронные машины имеют автоматические регуляторы напряжения и устройства быстродействующей форсировки возбуждения.

3. Короткое замыкание наступает в такой момент времени, при котором ток короткого замыкания будет иметь наибольшее значение.

4. Электродвижущие силы всех источников питания совпадают по фазе.

5. Расчетное напряжение каждой ступени принимается на 5% выше номинального напряжения сети.

6. Влияние от возникновения короткого замыкания присоединенных к данной сети синхронных компенсаторов, синхронных и асинхронных электродвигателей учитывается, кроме следующих случаев для асинхронных электродвигателей:

а) для времен третьего периода и более;

б) для времен менее третьего периода при мощности до 100 квт в единице, если они отделены от места короткого замыкания не меньше, чем одной трансформацией, а также при любой мощности, если они отделены от места короткого замыкания двумя и более трансформациями или если ток от них может поступать к месту короткого замыкания только через те элементы, через которые протекает основной ток короткого замыкания от сети и которые имеют существенное сопротивление (линии, трансформаторы и т. п.).

I-4-10. В электроустановках напряжением выше 1 000 в следует учитывать индуктивные сопротивления электрических машин, силовых трансформаторов и автотрансформаторов, реакторов, воздушных и кабельных линий, а также токопроводов. Активное сопротивление следует учитывать только для воздушных линий с проводами малых сечений и стальными проводами, а также для протяженных кабельных сетей малых сечений с большим активным сопротивлением.

I-4-11. В электроустановках напряжением до 1 000 в следует учитывать как индуктивные, так и активные сопротивления всех элементов короткозамкнутой цепи. При этом допустимо пренебречь сопротивлениями одного вида (активными или индуктивными), если суммарное их влияние на величину приведенного полного сопротивления цепи не превысит 10%.

I-4-12. В случае питания электрических сетей напряжением до 1 000 в от понижающих трансформаторов при расчете токов короткого замыкания следует исходить из условия, что подведенное к трансформатору напряжение неизменно и равно его номинальному напряжению.

I-4-13. Элементы цепей, защищенных плавкими предохранителями с токоограничивающим действием, следует проверять на динамическую устойчивость по наибольшему мгновенному значению тока короткого замыкания, пропускаемого предохранителем.

Выбор проводников и изоляторов, проверка несущих конструкций по условиям динамического действия токов короткого замыкания

I-4-14. Усилия, действующие на жесткие шины и передающиеся ими на изоляторы и поддерживающие жесткие конструкции, следует рассчитывать по наибольшему мгновенному значению тока трехфазного короткого замыкания i _У с четом сдвига между токами в фазах и без учета механических колебаний шинной конструкции.

Импульсы силы, действующие на гибкие проводники и поддерживающие их изоляторы, выводы и конструкции, рассчитываются по среднеквадратичному (за время протекания) току двухфазного замыкания между соседними фазами. При расщепленных проводниках и гибких токопроводах взаимодействие токов короткого замыкания в проводниках одной и той же фазы определяется по действующему значению трехфазного короткого замыкания.

Гибкие токопроводы должны проверяться на схлестывание.

I-4-15. Найденные расчетом в соответствии с I-4-14 механические усилия, передающиеся при коротком замыкании жесткими шинами на опорные и проходные изоляторы, должны составить в случае одиночных изоляторов не более 60% соответствующих гарантийных величин наименьшего разрушающего усилия; при спаренных опорных изоляторах - не более 100% разрушающего усилия одного изолятора.

При применении шин составных профилей (многополосные, из двух швеллеров и т.д.) механические напряжения находятся как арифметическая сумма напряжений от взаимодействия фаз и взаимодействия составных элементов каждой шины между собою.

Наибольшие механические напряжения в материале жестких шин не должны превосходить 0,7 временного сопротивления разрыву по ГОСТ.

Выбор проводников по условиям нагрева при коротком замыкании

I-4-16. Температура нагрева проводников при коротком замыкании должна быть не выше предельно допустимых величин, приведенных в табл. I-4-1.

I-4-17. Проверка кабелей на нагрев от токов короткого замыкания в тех случаях, когда это требуется в соответствии с I-4-2 и I-4-3, должна производиться для:

1. Одиночных кабелей одной строительной длины, исходя из коротких замыканий в начале кабеля.

2. Одиночных кабелей со ступенчатыми сечениями по длине, исходя из короткого замыкания в начале каждого участка нового сечения.

3. Пучка из двух и более параллельно включенных кабелей - исходя из короткого замыкания непосредственно за пучком (по сквозному току короткого замыкания).

I-4-18. При проверке на термическую устойчивость проводников линий, оборудованных быстродействующим автоматическим повторным включением, должно учитываться повышение нагрева из-за увеличения суммарной продолжительности обтекания таких линий током короткого замыкания.

Расщепленные провода воздушных линий при проверке на нагрев в условиях коротких замыканий рассматриваются как один провод суммарного сечения.

Таблица I-4-1

Допустимые температуры нагрева при коротком замыкании

Вид и материал проводника	Наибольшая допустимая температура, °C
Шины медные	300
Шины алюминиевые	200
То же стальные, не имеющие непосредственного соединения с аппаратами	400
То же с непосредственным присоединением к аппаратам	300
Кабели с бумажно-пропитанной изоляцией напряжением до 10 кв с медными и алюминиевыми жилами	200
То же на напряжения 20 - 220 кв	125
Кабели и изолированные провода с полихлорвиниловой или резиновой изоляцией с медными и алюминиевыми жилами	150
То же с полиэтиленовой изоляцией	120
Медные голые провода при тяжениях менее 2 кГ/мм 2	250
То же при тяжениях более 2 кГ/мм 2	200
Алюминиевые голые провода при тяжениях менее 1 кГ/мм 2	200
То же при тяжениях более 1 кГ/мм 2	160
Алюминиевая часть сталеалюминиевых проводов	200

Выбор аппаратов по отключающей способности

I-4-19. Для выбора выключателей напряжением выше 1000 в по отключающей способности необходимо определить расчетный отключаемый ток в рассматриваемой цепи в соответствии с условиями, приведенными в I-4-4.

При этом под расчетным отключаемым током следует понимать действующее значение полного тока короткого замыкания (включая апериодическую составляющую тока), определенного для расчетного времени расхождения контактов выключателя, равного сумме собственного времени выключателя (от подачи команды на отключение до момента расхождения дугогасительных контактов) и условного времени срабатывания релейной защиты (0,02 сек.).

I-4-20. При выборе плавких предохранителей по отключающей способности за расчетный отключаемый ток следует принимать действующее значение начального периодического тока короткого замыкания в рассматриваемой цепи (без учета токоограничивающей способности предохранителей).