Правила устройства электроустановок в вопросах и ответах. Пособие для изучения и подготовки к проверке знаний Красник Валентин

1.4. Проверка электрических аппаратов и проводников по условиям короткого замыкания

Вопрос 74. Какие электрические аппараты и проводники считаются стойкими при КЗ?

Ответ. Считаются такие, которые при расчетных условиях КЗ выдерживают электродинамическое, термическое и иные воздействия токов КЗ, не подвергаясь разрушениям или деформациям, препятствующим их дальнейшей нормальной эксплуатации.

Вопрос 75. Какие условия КЗ являются расчетными для электрического аппарата или проводника?

Ответ. Являются наиболее тяжелые условия, в которых может оказаться электрический аппарат или проводник при КЗ. Расчетные условия включают в себя расчетную схему электроустановки, расчетный вид КЗ, расчетную точку КЗ и расчетную продолжительность КЗ.

Вопрос 76. Что представляют собой расчетная схема электроустановки и расчетный вид КЗ?

Ответ. Представляют собой электрическую схему электроустановки и вид КЗ, при которых имеют место расчетные условия КЗ для рассматриваемого электрического аппарата или проводника.

Вопрос 77. Какие аппараты и проводники проверяются по условиям КЗ в электроустановках выше 1 кВ (исключение см. в ответе на вопрос 79)?

Ответ. Проверяются следующие аппараты и проводники:

на ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКУЮ СТОЙКОСТЬ – электрические аппараты, токопроводы, жесткие шины, гибкие провода ВЛ, гибкие шины ОРУ и ЗРУ, вводы, герметичные кабельные проходки, кабельные муфты, а также опорные и несущие конструкции для проводников;

на ТЕРМИЧЕСКУЮ СТОЙКОСТЬ – электрические аппараты, вводы, герметичные кабельные проходки, кабельные муфты, кабели (как жилы, так и экраны – при их наличии), токопроводы, защищенные провода, шины, а также провода ВЛ, оборудованных устройствами АПВ;

на КОММУТАЦИОННУЮ СПОСОБНОСТЬ – электрические аппараты, предназначенные для отключения и включения электрических цепей;

на НЕВОЗГОРАЕМОСТЬ – кабели и изолированные проводники.

Вопрос 78. Какие аппараты и проводники проверяются по условиям КЗ в электроустановках до 1 кВ?

Ответ. Проверяются следующие аппараты и проводники:

на ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКУЮ СТОЙКОСТЬ – токопроводы,

ошиновка РУ и щитов, сборок и распределительных пунктов, а также коммутационные аппараты, установленные в РЩ, силовых сборках и силовых шкафах;

на ТЕРМИЧЕСКУЮ СТОЙКОСТЬ – автоматические выключатели, самонесущие изолированные провода и кабели с бумажной и пластмассовой изоляцией, за исключением кабелей, защищенных автоматическими выключателями, если последние выбраны по условию обеспечения работы токовой отсечки при повреждении в конце защищаемой КЛ;

на КОММУТАЦИОННУЮ СПОСОБНОСТЬ – предохранители и автоматические выключатели;

на НЕВОЗГОРАЕМОСТЬ – кабели и изолированные проводники.

Вопрос 79. Какие аппараты и проводники не проверяются в электроустановках выше 1 кВ по условиям КЗ?

Ответ. Не проверяются следующие аппараты и проводники:

на ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКУЮ СТОЙКОСТЬ – кабели, а также электрические аппараты и проводники, защищенные предохранителями с плавкими вставками на номинальный ток до 60 А;

на ТЕРМИЧЕСКУЮ СТОЙКОСТЬ – электрические аппараты

и проводники, защищенные предохранителями, независимо от номинального тока и типа предохранителей, если их отключающая способность выбрана в соответствии с требованиями настоящих Правил и они способны отключать наименьший возможный аварийный ток в данной цепи, а также провода ВЛ, не оборудованных устройствами АПВ;

на ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКУЮ и ТЕРМИЧЕСКУЮ СТОЙКОСТЬ:

а) проводники в цепях индивидуальных электроприемников, а также трансформаторов промышленных предприятий суммарной мощностью до 2,5 МВ-А и с высшим напряжением до 20 кВ, если соблюдены одновременно следующие условия:

в электрической или технологической части предусмотрена необходимая степень резервирования, причем последнее выполнено так, что отключение указанных электроприемников не вызывает нарушения технологического процесса;

повреждение проводника при КЗ не может вызвать взрыва или пожара;

возможна замена проводника без значительных затруднений;

б) проводники к отдельным распределительным пунктам (с общей установленной мощностью потребителей до 0,5 МВТ);

в) трансформаторы тока, установленные в цепях до 20 кВ силовых трансформаторов, электродвигателей или реактированных линий, если по условиям КЗ требуется такое завышение их коэффициентов трансформации, при котором не может быть обеспечен необходимый класс точности; при этом на стороне высшего напряжения силовых трансформаторов рекомендуется избегать применения ТТ, не отвечающих требованиям стойкости к току КЗ;

г) аппараты и шины цепей ТН при расположении их в отдельной камере.

Вопрос 80. Что не проверяется по условиям КЗ в электроустановках до 1 кВ?

Ответ. Не проверяются ТТ, а также аппараты и проводники вторичных цепей.

Вопрос 81. Какие виды КЗ в электроустановках принимаются в качестве расчетного вида?

Ответ. Принимаются следующие виды КЗ:

трехфазное КЗ – при проверке на электродинамическую стойкость электрических аппаратов и жестких шин с относящимися к ним поддерживающими и опорными конструкциями;

трехфазное КЗ, а на генераторном напряжении электростанций – трехфазное или двухфазное КЗ, в зависимости от того, какое из них приводит к большему термическому воздействию тока КЗ, – при проверке на термическую стойкость электрических аппаратов и проводников;

трехфазное или однофазное КЗ (в сетях с глухо или эффективно заземленной нейтралью), в зависимости от того, какое из них приводит к большему току КЗ в расчетный момент времени – при проверке электрических аппаратов на коммутационную способность;

двухфазное КЗ – при проверке гибких проводников ВЛ и гибких шин РУ на возможность сближения проводников разных фаз, опасного в отношении пробоя.

Вопрос 82. Какая точка на расчетной схеме электроустановки выбирается в качестве расчетной точки КЗ?

Ответ. Выбирается такая точка, при КЗ в которой электрические аппараты и проводники соответствующей цепи находятся в наиболее тяжелых условиях. Случаи одновременного замыкания на землю различных фаз в двух разных точках электроустановки допускается не учитывать.

Вопрос 83. Какое время принимается в качестве расчетной продолжительности КЗ при проверке электрических аппаратов и проводников на термическую стойкость?

Ответ. Принимается минимально возможное время воздействия тока КЗ, определяя его путем сложения времени действия основной защиты присоединения (с учетом действия АПВ), установленной у ближайшего к месту КЗ выключателя, и полного времени отключения этого выключателя. При наличии зоны нечувствительности у основной защиты (по току, напряжению, сопротивлению и т. д.) термическую стойкость аппаратов и проводников дополнительно проверяют, определяя расчетную продолжительность КЗ путем сложения времени действия защиты, реагирующей на повреждение в этой зоне, и полного времени отключения выключателя.

Вопрос 84. Какое время принимается в качестве расчетной продолжительности КЗ при проверке выключателей выше 1 кВ на отключающую способность?

Ответ. Принимается собственное время отключения выключателя с добавлением 0,01 с.

Вопрос 85. Какое время принимается в качестве расчетной продолжительности КЗ при проверке кабелей и других изолированных проводников на невозгораемость при КЗ?

Ответ. Определяется путем сложения времени действия резервной защиты, установленной у ближайшего к месту КЗ выключателя, и полного времени отключения выключателя.

Вопрос 86. Какие условия принимаются при составлении расчетной схемы электроустановок и расчете токов КЗ с целью проверки электрических аппаратов и проводников по условиям КЗ и определения степени воздействия электродинамических сил на несущие конструкции?

Ответ. Принимаются следующие условия:

учету подлежат все источники, влияющие на ток КЗ, – синхронные генераторы и компенсаторы, синхронные и асинхронные двигатели. Влияние АД допустимо не учитывать при мощности электродвигателей до 100 кВт в единице, если они отделены от расчетной точки КЗ токоограничивающим реактором или силовым трансформатором, а также при любой мощности электродвигателей, если они отделены от расчетной точки КЗ двумя плечами сдвоенного реактора или двумя и более ступенями трансформации;

все источники, введенные в расчетную схему, работают одновременно, а к моменту возникновения КЗ имеют номинальную нагрузку и номинальное напряжение на выводах;

все синхронные машины имеют автоматическое регулирование напряжения и устройства для форсировки возбуждения;

ЭДС всех источников во время КЗ совпадают по фазе;

расчетное напряжение каждой ступени трансформации выбирается из следующего ряда средненоминальных напряжений: 0,23; 0,4; 0,525; 0,69; 1,0; 3,15; 6,3; 10,5; 13,8; 15,75; 18; 20; 24; 27; 37; 115; 154; 230; 340; 515; 770;1175 кВ;

короткое замыкание происходит в такой момент времени, при котором ударный ток КЗ оказывается наибольшим;

если вблизи расчетной точки КЗ имеются конденсаторные батареи, то они учитываются при определении ударного тока КЗ.

Вопрос 87. Что принимается в качестве расчетных сопротивлений при расчете периодической составляющей тока КЗ для любого момента времени в электроустановках выше 1 кВ?

Ответ. Принимаются индуктивные сопротивления электрических машин, силовых трансформаторов и автотрансформаторов, токоограничивающих реакторов, ВЛ и КЛ, а также токопроводов. Если в расчетную схему входят ВЛ с проводами малых сечений или стальными проводами, а также протяженные КЛ с кабелями малых сечений, учитываются и их активные сопротивления, если при этом суммарное эквивалентное активное сопротивление расчетной схемы относительно точки КЗ составляет больше 30 % суммарного эквивалентного индуктивного сопротивления.

Вопрос 88. Какие сопротивления учитываются при расчете токов КЗ в электроустановках до 1 кВ?

Ответ. Учитываются как индуктивные, так и активные сопротивления всех элементов цепи, а также переходные сопротивления контактных соединений. Допустимо пренебрегать сопротивлениями одного вида (активными или индуктивными), если при этом полное сопротивление цепи уменьшается не более чем на 10 %.

Вопрос 89. Как проверяются элементы цепи, защищенной плавкими предохранителями или автоматическими выключателями с то-коограничивающим действием?

Ответ. Проверяются на электродинамическую стойкость по наибольшему мгновенному значению тока КЗ, пропускаемого предохранителями или выключателями (исключение см. ответ на вопрос 72).

Вопрос 90. Какой ток нормируется для электрических аппаратов?

Ответ. Нормируется предельный сквозной ток (наибольший пик и начальное действующее значение периодической составляющей) или ток электродинамической стойкости либо электродинамические усилия на головки изоляторов.

Вопрос 91. Какие напряжения нормируются для электрических проводников?

Ответ. Нормируются механические напряжения, зависящие от материала проводников.

Вопрос 92. Как рассчитываются электродинамические силы, действующие на жесткие шины и передающиеся последними на изоляторы и поддерживающие жесткие конструкции?

Ответ. Рассчитываются по ударному току трехфазного КЗ с учетом взаимного расположения проводников разных фаз, сдвига по фазе токов разных фаз, и без учета механических колебаний шинной конструкции.

Вопрос 93. Как дополнительно проверяется жесткая ошиновка электроустановок 35 кВ и выше, оборудованных устройствами АПВ?

Ответ. Дополнительно проверяется на электродинамическую стойкость при неуспешных повторных включениях.

Вопрос 94. Какие показатели являются расчетными при проверке гибких проводников ВЛ и гибких шин РУ на электродинамическую стойкость при КЗ?

Ответ. Являются максимальное тяжение в проводниках и максимальное отклонение (смещение) проводников. Последнее не должно превышать значений, при которых сближение проводников разных фаз опасно в отношении пробоя.

Вопрос 95. В каких случаях проверку на сближение можно не производить?

Ответ. Можно не производить, если выполняется условие:

где I_п0⁽²⁾– начальное значение периодической составляющей тока двухфазного КЗ, кА;

t_откл – расчетная продолжительность КЗ, с;

a– расстояние между фазами, м;

q– погонная сила тяжести провода, Н/м;

– коэффициент, учитывающий влияние апериодической составляющей тока КЗ и зависящий от постоянной времени ее затухания T₃ и расчетной продолжительности КЗ t_откл; так при t_откл/Т₃ равных 0,1; 0,2; 0,4; 0,6; 1,0; 2,0; 4,0 коэффициент X составляет соответственно 2,8; 2,65; 2,4; 2,2; 1,88; 1,5; 1,23. При t_откл/Т₃, превышающих 4,0, принимается  = 1.

Вопрос 96. Как определяются механические напряжения при применении шин составных профилей (многополосные, из двух швеллеров и т. д.)?

Ответ. Определяются как арифметическая сумма напряжений от сил взаимодействия, возникающих между проводниками разных фаз и между составными элементами проводников каждой фазы. Наибольшие механические напряжения в материале жестких шин любого профиля и любой конструкции принимаются не более 0,7 временного сопротивления разрыву, нормируемого для материала шин.

Проверка электрических аппаратов и проводников на термическую стойкость при коротких замыканиях

Вопрос 97. Как производится проверка коммутационных электрических аппаратов на термическую стойкость при КЗ?

Ответ. Производится путем сравнения интеграла Джоуля В_к, найденного при расчетных условиях КЗ, с его допустимым значением В_{тер. доп}, которое зависит от указанного в технической документации изготовителя нормируемого тока термической устойчивости I_{тер. норм} и от соотношения между расчетной продолжительностью КЗ t_откл и предельно допустимым (нормируемым) временем воздействия нормированного тока термической устойчивости t_{тер. норм} .

Если t_откл t_{тер. норм} , допустимое значение интеграла Джоуля определяется по формуле:

B_{тер. доп} =I²_{тер. норм} t_{тер. норм}

Если же t_откл < t_{тер. норм} , то

B_{тер. доп} =I²_{тер. норм} t_откл

Вопрос 98. Как обеспечивается термическая стойкость кабелей и проводников при КЗ?

Ответ. Обеспечивается, если температура их нагрева к моменту отключения КЗ не превышает предельных по условию термической стойкости значений, приведенных в настоящих Правилах (п.1.4.21).

Вопрос 99. Как производится проверка кабелей на термическую устойчивость при КЗ в тех случаях, когда для кабелей известны значения односекундного тока термической стойкости (допустимого односекундного тока КЗ)?

Ответ. Производится путем сравнения интеграла Джоуля В_к с квадратом односекундного тока термической стойкости. Термическая стойкость кабеля обеспечивается, если выполняется условие:

В_к I²_{тер. доп1}

Вопрос 100. Где приведены значения односекундного тока термической стойкости для кабелей и проводов?

Ответ. Приведены в таблицах 1.4.1–1.4.7 настоящих Правил.

Вопрос 101. Как рассматриваются расщепленные провода ВЛ при проверке на термическую стойкость при КЗ?

Ответ. Рассматриваются как провод суммарного сечения.

Вопрос 102. Как проверяются выключатели выше 1 кВ?

Ответ. Проверяются:

на отключающую способность при КЗ с учетом процентного содержания апериодической составляющей и параметров восстанавливающегося напряжения (для выключателей 110 кВ и выше);

на включающую способность при КЗ. При этом выключатели, установленные на стороне генераторного напряжения, проверяются также на несинхронное включение в условиях противофазы.

Вопрос 103. Как проверяются предохранители на отключающую способность при КЗ?

Ответ. При такой проверке в качестве расчетного тока принимается ожидаемое начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ, т. е. ее значение без учета токоограничивающего действия предохранителей.

Вопрос 104. Как проверяются выключатели нагрузки и короткозамыкатели?

Ответ. Проверяются по предельно допустимому току при включении на КЗ.

Вопрос 105. Требуется ли проверять на коммутационную способность при КЗ отделители и разъединители?

Ответ. Проверять не требуется.

Вопрос 106. Как проверяются коммутационные электрические аппараты до 1 кВ (автоматические выключатели, предохранители и др.)?

Ответ. Проверяются в соответствии с расчетными условиями КЗ на отключающую и включающую способность.

Вопрос 107. Какая точка принимается в качестве расчетной точки КЗ при проверке кабелей на невозгораемость при КЗ?

Ответ. Принимается точка, находящаяся:

для одиночных кабелей, имеющих одинаковое сечение по длине, – в начале кабеля;

для одиночных кабелей со ступенчатым сечением по длине – в начале каждого участка нового сечения;

для двух и более параллельно включенных кабелей одной КЛ – в начале каждого кабеля.

1.5. Учет электроэнергии