Межгосударственный стандарт ГОСТ 28249-93 "Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ" (принят Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации 21 октября 1993 г.)

Межгосударственный стандарт ГОСТ 28249-93
"Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ"
(принят Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации 21 октября 1993 г.)

Short-circuits in elektrical installations. Calculation methods in а с electrical instalations with voltage below 1 kV

Дата введения 1 января 1995 г.

Взамен ГОСТ 28249-89

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 моменты 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 в 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 моменты 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) знамения 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 Ток 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 (х_с) в миллиомах, приведенное к ступени низшего напряжения сети, рассчитывают по формуле

При отсутствии указанных данных эквивалентное индуктивное сопротивление системы в миллиомах допускается рассчитывать по формуле

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, х_т) в миллиомах, приведенные к ступени низшего напряжения сети, рассчитывают по формулам:

2.1.2 Активные и индуктивные сопротивления нулевой последовательности понижающих трансформаторов, обмотки которых соединены по схеме Дельта/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_1p = r_2p = r_0p) в миллиомах рассчитывают по формуле

2.2.2 Индуктивное сопротивление реакторов (x_1p = x_2p = x_0p) в миллиомах принимают как указано изготовителем или рассчитывают по формуле

2.3 Активное и индуктивное сопротивления шинопроводов

При определении активного и индуктивного сопротивлений прямой и нулевой последовательностей шинопроводов следует использовать данные предприятия-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 (r_тэта) рассчитывают по формуле

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 сопротивлениями 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 проводить 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 (x"_d), а при определении постоянной времени затухания апериодической составляющей тока КЗ - индуктивным сопротивлением для токов обратной последовательности х_2 и активным сопротивлением обмотки статора r. При приближенных расчетах принимают:

       "                 "           "

      х     = 0,15; х = х ; r = 0,15x

       d(ном)        2   d           d

      *

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 х"     = 0,18;  активное

                                                  АД(ном)

                                                 *       "

сопротивление статора асинхронного двигателя r   = 0,36 х

                                              АД         АД

                                             *

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 таблице 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.

Таблица 1 - Параметры элементов комплексной нагрузки

Потребитель комплексной нагрузки	Обозначение на схемах	cos фи_ном	Значение сопротивления, отн. ед.
			Z_1 *	Z_2 *
Асинхронные электродвигатели	АД	0,8	0,07+j x 0,18	0,07 + j x 0,18
Синхронные электродвигатели	СД	0,9	0,03 +j x 0,16	0,03 + j x 0,16
Лампы накаливания	ЛН	1,0	1,0	1,33
Газоразрядные источники света	ЛГ	0,85	0,85 + j x 0,53	0,38 + j x 0,24
Преобразователи	П	0,9	0,9 + j x 0,44	1,66 + j x 0,81
Электротермические установки	ЭУ	0,9	1 + j x 0,49	0,4 + j x 0,2

2.11.2 В приближенных расчетах для узлов, содержащих до 70% асинхронных двигателей, допускается значения модулей полных сопротивлений комплексной нагрузки принимать равными

      Z   = Z   = 0,4; Z    = 3,0.

       1НГ   2НГ        0НГ

      *     *          *

2.12 Активное сопротивление дуги в месте КЗ

При определении минимального значения тока КЗ следует учитывать влияние на ток КЗ активного сопротивления электрической дуги в месте КЗ.

Приближенные значения активного сопротивления дуги приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Значения активного сопротивления дуги

Расчетные условия КЗ	Активное сопротивление дуги (r_а), мОм, при КЗ за трансформаторами мощностью, кВ x А
	250	400	630	1000	1600	2500
КЗ вблизи выводов низшего напряжения трансформатора:
- в разделке кабелей напряжением:
0,4 кВ 0,525 кВ 0,69 кВ	15 14 12	10 8 7	7 6 5	5 4,5 4	4 3,5 3	3 2,5 2
- в шинопроводе типа ШМА напряжением:
0,4 кВ 0,525 кВ 0,69 кВ	- - -	- - -	- - -	6 5 4	4 3,5 3	3 2,5 2
КЗ в конце шинопровода типа ШМА длиной 100-150 м напряжением:
0,4 кВ 0,525 кВ 0,69 кВ	- - -	- - -	- - -	6-8 5-7 4-6	5-7 4-6 3-5	4-6 3-5 2-4

Для других расчетных условий КЗ значения активного сопротивления дуги допускается рассчитывать по приложению 9.

3 Расчет начального значения периодической составляющей тока трехфазного КЗ

3.1 Методика расчета начального действующего значения периодической составляющей тока КЗ в электроустановках до 1 кВ зависит от способа электроснабжения - от энергосистемы или от автономного источника.

3.2 При электроснабжении электроустановки от энергосистемы через понижающий трансформатор начальное действующее значение периодической составляющей трехфазного тока КЗ (I_п0) в килоамперах без учета подпитки от электродвигателей рассчитывают по формуле

3.3 Если электроснабжение электроустановки осуществляется от энергосистемы через понижающий трансформатор и вблизи места КЗ имеются синхронные и асинхронные электродвигатели или комплексная нагрузка, то начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ с учетом подпитки от электродвигателей или комплексной нагрузки следует определять как сумму токов от энергосистемы (см. 3.2) и от электродвигателей или комплексной нагрузки.

Начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ от синхронных электродвигателей (I_п0СД) в килоамперах рассчитывают по формуле

Для синхронных электродвигателей, которые до КЗ работали с перевозбуждением, сверхпереходную ЭДС (Е"_(ф.СД)) в вольтах рассчитывают по формуле

Для синхронных электродвигателей, работавших до КЗ с недовозбуждением, сверхпереходную ЭДС (E"_(ф.СД)) в вольтах рассчитывают по формуле

Начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ от асинхронных электродвигателей (I_п0АД) в килоамперах рассчитывают по формуле

При необходимости учета комплексной нагрузки соответствующее начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ следует рассчитывать как указано в приложении 10.

3.4 В электроустановках с автономными источниками электроэнергии начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ без учета подпитки от электродвигателей (I_п0) в килоамперах рассчитывают по формуле

3.5 При необходимости учета синхронных и асинхронных электродвигателей или комплексной нагрузки в автономной электрической системе начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ следует определять как сумму токов от автономных источников (см. 3.4) и от электродвигателей или комплексной нагрузки (см. 3.3).

3.6 При необходимости учета влияния на ток КЗ активного сопротивления электрической дуги рекомендуется использовать указания приложения 9 (пункт 4).

4 Расчет апериодической составляющей тока КЗ

4.1 Наибольшее начальное значение апериодической составляющей тока КЗ (i_a0) в общем случае считают равным амплитуде периодической составляющей тока в начальный момент КЗ

4.2 В радиальных сетях апериодическую составляющую тока КЗ в произвольный момент времени (i_at) рассчитывают по формуле

При определении x_сигма и r_сигма синхронные генераторы, синхронные и асинхронные электродвигатели должны быть введены в схему замещения в соответствии с требованиями 2.9 и 2.10.

Комплексная нагрузка должна быть введена в схему замещения в соответствии с требованиями раздела 2.

4.3 Если точка КЗ делит расчетную схему на радиальные, независимые друг от друга ветви, то апериодическую составляющую тока КЗ в произвольный момент времени следует определять как сумму апериодических составляющих токов отдельных ветвей по формуле

5 Расчет ударного тока КЗ

5.1 Ударный ток трехфазного КЗ (i_уд) в электроустановках с одним источником энергии (энергосистема или автономный источник) рассчитывают по формуле

Кривые зависимости ударного коэффициента К_уд от отношений r/х и х/r

5.2 При расчете ударного тока КЗ на выводах автономных источников, а также синхронных и асинхронных электродвигателей допускается считать, что:

ударный ток наступает через 0,01 с после начала КЗ;

амплитуда периодической составляющей тока КЗ в момент времени t = 0,01 с равна амплитуде этой составляющей в начальный момент КЗ.

5.3 Ударный ток от асинхронного электродвигателя (i_уд.АД) в килоамперах рассчитывают с учетом затухания амплитуды периодической составляющей тока КЗ по формуле

При этом Т_р и Т_а допускается рассчитывать по формулам

5.4 Если точка КЗ делит расчетную схему на радиальные, не зависимые друг от друга ветви, то ударный ток КЗ (i_уд) определяют как сумму ударных токов отдельных ветвей по формуле

6 Расчет периодической составляющей тока КЗ от автономных источников электроэнергии в произвольный момент времени

6.1 В сложных автономных системах расчет периодической составляющей тока КЗ от источников электроэнергии (синхронных генераторов) в произвольный момент времени следует выполнять путем решения соответствующей системы дифференциальных уравнений переходных процессов с использованием ЭВМ.

6.2 В приближенных расчетах для определения действующего значения периодической составляющей тока КЗ в произвольный момент времени от автономных источников при радиальной схеме применяют кривые, приведенные на рисунке 2. Расчетные кривые характеризуют изменение этой составляющей во времени при разных удаленностях точки КЗ. Значения периодической составляющей тока КЗ в произвольный момент времени отнесены к начальному значению этой составляющей, т. е.

      Удаленность    точки    КЗ   от   синхронной    машины   (I       )

                                                                 п0(ном)

                                                                *

характеризуется    отношением    действующего    значения   периодической

составляющей  тока  этой  машины  в начальный момент КЗ к ее номинальному

току, т. е.

Изменение периодической составляющей тока КЗ от синхронной машины

Действующее значение периодической составляющей тока КЗ в произвольный момент времени от синхронной машины (или нескольких однотипных синхронных машин, находящихся в одинаковых условиях по отношению к точке КЗ) (I_пt), следует определять по формуле

причем при нескольких машинах под номинальным током следует понимать сумму номинальных токов всех машин.

7 Расчет периодической составляющей тока КЗ от синхронных и асинхронных электродвигателей в произвольный момент времени

7.1 Точный расчет периодической составляющей тока КЗ от синхронных и асинхронных электродвигателей в произвольный момент времени следует выполнять путем решения системы дифференциальных уравнений переходных процессов.

7.2 При приближенных расчетах для определения действующего значения периодической составляющей тока КЗ от синхронных электродвигателей в произвольный момент времени при радиальной схеме используют типовые кривые, приведенные на рисунке 2.

7.3 При приближенных расчетах для определения действующего значения периодической составляющей тока КЗ от асинхронных электродвигателей в произвольный момент времени при радиальной схеме используют кривые, приведенные на рисунке 3. Значения периодической составляющей тока КЗ в произвольный момент времени отнесены к начальному значению этой составляющей, т. е.

Изменение периодической составляющей тока КЗ от асинхронных двигателей

Удаленность точки КЗ от асинхронного электродвигателя характеризуется отношением действующего значения периодической составляющей тока этого электродвигателя в начальный момент КЗ к его номинальному току

Действующее значение периодической составляющей тока КЗ в произвольный момент времени от асинхронного электродвигателя (I_пtАД) (или нескольких асинхронных электродвигателей, находящихся в одинаковых условиях по отношению к точке КЗ) рассчитывают по формуле

8 Расчет токов несимметричных КЗ

8.1 Составление схем замещения

8.1.1 Расчет токов несимметричных КЗ выполняют с использованием метода симметричных составляющих. При этом предварительно необходимо составить схемы замещения прямой, обратной и нулевой последовательностей.

8.1.2 В схему замещения прямой последовательности должны быть введены все элементы расчетной схемы, причем при расчете начального значения тока несимметричного КЗ автономные источники, синхронные и асинхронные электродвигатели, а также комплексная нагрузка должны быть введены сверхпереходными ЭДС и сверхпереходными сопротивлениями.

Схема замещения обратной последовательности также должна включать все элементы расчетной схемы. При этом ЭДС обратной последовательности синхронных и асинхронных машин, а также комплексной нагрузки, следует принимать равными нулю. Сопротивление обратной последовательности синхронных машин следует принимать по данным каталога, асинхронных машин - принимать равным сверхпереходному сопротивлению, а комплексных нагрузок - в соответствии с таблицей 1.

Сопротивление обратной последовательности трансформаторов, реакторов, воздушных и кабельных линий следует принимать равным сопротивлению прямой последовательности.

8.2 Расчет токов однофазного КЗ

8.2.1 Если электроснабжение электроустановки напряжением до 1 кВ осуществляется от энергосистемы через понижающий трансформатор, то начальное значение периодической составляющей тока однофазного КЗ от системы (I(1)_п0) в килоамперах рассчитывают по формуле

8.2.2 В электроустановках с автономными источниками энергии начальное значение периодической составляющей тока однофазного КЗ (I(1)_п0) в килоамперах рассчитывают по формуле

Значения r_1сигма и х_1сигма определяют в соответствии 3.4, а r_0сигма и х_0сигма - по 8.2.1.

8.2.3 Начальное значение периодической составляющей тока однофазного КЗ с учетом синхронных и асинхронных электродвигателей в килоамперах рассчитывают как указано в 8.2.2.

8.2.4 При необходимости определения периодической составляющей тока однофазного КЗ в произвольный момент времени применяют методы расчета, приведенные в разделах 2, 6 и 7.

8.3 Расчет токов двухфазного КЗ

8.3.1 При электроснабжении электроустановок напряжением до 1 кВ от энергосистемы через понижающий трансформатор начальное значение периодической составляющей тока двухфазного КЗ (I(2)_п0) в килоамперах рассчитывают по формуле

где

8.3.2 В электроустановках с автономными источниками энергии начальное значение периодической составляющей тока двухфазного КЗ (I(2)_п0) в килоамперах рассчитывают по формуле

8.3.3 Начальное значение периодической составляющей тока двухфазного КЗ с учетом асинхронных электродвигателей (I(2)_п0АД) в килоамперах рассчитывают по формуле

8.3.4 Начальное действующее значение периодической составляющей тока двухфазного КЗ с учетом синхронных электродвигателей в килоамперах определяют как указано в 8.3.3.

8.3.5 При необходимости определения периодической составляющей тока двухфазного КЗ в произвольный момент времени применяют методы расчета, приведенные в разделах 6 и 7.