МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ
КОРОТКИЕ ЗАМЫКАНИЯ
В ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ
Методы расчета электродинамического
и термического действия тока короткого замыкания
МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОВЕТ
ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ
Минск
МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ
КОРОТКИЕ ЗАМЫКАНИЯ В ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ
Методы расчета электродинамического и термического действия
тока короткого замыкания
Short circuit in electrical installations.
Calculation methods of thermal and electrodynamic
effects of short circuit currents
Дата введения 1994-01-01
Настоящий стандарт распространяется на трехфазные электроустановки промышленной частоты и определяет общую методику расчета и проверки проводников и электрических аппаратов на электродинамическую и термическую стойкость при коротких замыканиях.
Все пункты основного текста стандарта являются обязательными, а приложения - рекомендуемыми.
1.1 Выбор расчетных условий КЗ
1.1.1 При проверке проводников и электрических аппаратов электроустановок на электродинамическую и термическую стойкость при КЗ предварительно должны быть выбраны расчетные условия КЗ, т.е. расчетная схема электроустановки, расчетный вид КЗ в электроустановке, расчетная точка КЗ, а также расчетная продолжительность КЗ в электроустановке (последнюю используют при проверке на термическую стойкость проводников и на невозгораемость кабелей).
1.1.2 Расчетная схема электроустановки должна быть выбрана на основе анализа возможных электрических схем этой электроустановки при продолжительных режимах ее работы. К последним следует относить также ремонтные и послеаварийные режимы работы.
1.1.3 Расчетным видом КЗ следует принимать:
- при проверке электрических аппаратов и жестких проводников на электродинамическую стойкость - трехфазное КЗ;
- при проверке электрических аппаратов и проводников на термическую стойкость - трех- или однофазное КЗ, а на генераторном напряжении электростанций - трех- или двухфазное КЗ, в зависимости от того, какое из них приводит к большему термическому воздействию;
- при проверке гибких проводников по условию их допустимого сближения во время КЗ - трех- или двухфазное КЗ, в зависимости от того, какое из них приводит к большему сближению проводников.
1.1.4 В качестве расчетной точки КЗ следует принимать такую точку на расчетной схеме, при КЗ в которой проводник или электрический аппарат подвергается наибольшему электродинамическому или термическому воздействию.
Примечание. Исключения из этого требования допустимы лишь при учете вероятностных характеристик КЗ и должны быть обоснованы соответствующими ведомственными нормативно-техническими документами (НТД).
1.1.5 Расчетную продолжительность КЗ при проверке проводников и электрических аппаратов на термическую стойкость следует определять путем сложения времени действия основной релейной защиты, в зону которой входят проверяемые проводники и электрические аппараты, и полного времени отключения соответствующего выключателя, а при проверке кабелей на невозгораемость - путем сложения времени действия резервной релейной защиты и полного времени отключения ближайшего к месту КЗ выключателя.
При наличии устройств автоматического повторного включения (АПВ) цепи следует учитывать суммарное термическое действие тока КЗ.
1.1.6 При расчетной продолжительности КЗ до 1 с допустимо процесс нагрева проводников под действием тока КЗ считать адиабатическим, а при расчетной продолжительности КЗ более 1 с и при небыстродействующих АПВ следует учитывать теплоотдачу в окружающую среду.
2.1.1 Электродинамические силы взаимодействия двух параллельных проводников конечного сечения (F) в ньютонах следует определять по формуле
(1)
где 2×10-7 - постоянный параметр, Н/А2;
а - расстояние между осями проводников, м;
i1, i2 - мгновенные значения тока проводников, А;
l - длина проводников, м;
Кф - коэффициент формы.
Для проводников прямоугольного сечения коэффициент формы следует определять по кривым, приведенным на рисунке 1.
Диаграмма для определения коэффициентов формы шин прямоугольного сечения
Рисунок 1
Для круглых проводников сплошного сечения, проводников кольцевого сечения, а также проводников (шин) корытного сечения с высотой сечения 0,1 м и более следует принять Кф = 1,0.
2.1.2 Наибольшее значение электродинамической силы имеет место при ударном токе КЗ.
2.1.3 Максимальную силу (F) в ньютонах (эквивалентную равномерно распределенной по длине пролета нагрузки), действующую в трехфазной системе проводников на расчетную фазу при трехфазном КЗ, следует определять по формуле
(2)
где - ударный ток трехфазного КЗ, А;
- коэффициент, зависящий от взаимного расположения проводников;
а - расстояние между осями проводников, м;
l - длина пролета, м.
Значения коэффициента некоторых типов шинных конструкций (рисунок 2) указаны в таблице 1.
Схемы взаимного расположения шин
Рисунок 2
Таблица 1 - Значения коэффициента
|
Расположение шин |
Расчетная фаза |
Значение коэффициента для нагрузок |
|||
|
результирующей |
изгибающей |
растягивающей |
сжимающей |
||
|
1 В одной плоскости (рисунок 2а) |
В |
1,00 |
1,00 |
0 |
0 |
|
2 По вершинам равностороннего треугольника (рисунок 2б) |
А |
1,00 |
0,94 |
0,25 |
0,75 |
|
В |
1,00 |
0,50 |
1,00 |
0 |
|
|
С |
1,00 |
0,94 |
0,25 |
0,75 |
|
|
3 По вершинам прямоугольного равнобедренного треугольника (рисунок 2в) |
А |
0,87 |
0,87 |
0,29 |
0,87 |
|
В |
0,95 |
0,43 |
0,83 |
0,07 |
|
|
С |
0,95 |
0,93 |
0,14 |
0,43 |
|
|
4 По вершинам равностороннего треугольника (рисунок 2г) |
А, В, С |
1,00 |
0,50 |
1,00 |
0 |
При двухфазном КЗ
(3)
где - ударный ток двухфазного КЗ, А.
2.2.1 Методику расчета электродинамической стойкости шинных конструкций и гибких токопроводов следует выбирать на основе расчетной механической схемы, учитывающей их особенности.
2.2.2 Следует различать:
- статические системы, обладающие высокой жесткостью, у которых шины и изоляторы при КЗ остаются неподвижными;
- динамические системы с жесткими опорами, у которых изоляторы при КЗ могут считаться неподвижными, а шины колеблются;
- динамические системы с упруго податливыми опорами, в которых при КЗ колеблются шины и опоры;
- динамические системы с гибкими проводами.
2.2.3 Расчетные механические схемы шинных конструкций различных типов, обладающих высокой жесткостью, представлены в таблице 2.
Таблица 2 - Расчетная схема шинных конструкций
|
Номер схемы |
Расчетная схема |
Тип балки и опоры |
Коэффициенты |
|||
|
l |
b |
r1 |
||||
|
1 |
Однопролетная А и B - изоляторы-опоры |
8 |
1 |
3,14 |
||
|
2 |
Однопролетная А - защемление шины; В - изолятор-опора |
8 |
1,25 |
3,93 |
||
|
3 |
А и В - защемление шины на жестких опорах |
12 |
1 |
4,73 |
||
|
4 |
Балка с двумя пролетами |
8 |
1,25 |
3,93 |
||
|
5 |
Балка с тремя и более пролетами |
10* 12** |
1,13 1 |
4,73 |
||
|
* Для крайних пролетов, ** Для средних пролетов. |
||||||
Расчетные схемы имеют вид равнопролетной балки, лежащей или закрепленной на жестких опорах и подвергающейся воздействию равномерно распределенной нагрузки.
Различают следующие типы шинных конструкций и соответствующих расчетных механических схем:
- шинные конструкции с разрезными шинами, длина которых равна длине одного пролета; расчетной схемой для них является балка с шарнирным опиранием на обеих опорах пролета (таблица 2, схема 1);
- шинные конструкции с разрезными шинами, длина которых равна длине двух пролетов, с жестким креплением на средней опоре; расчетной схемой для них является балка с жестким опиранием (защемлением) на одной и шарнирным на другой опоре пролета (таблица 2, схема 2);
- многопролетная шинная конструкция с неразрезными шинами; расчетной схемой для средних пролетов является балка с жестким опиранием (защемлением) на обеих опорах пролета (таблица 2, схема 3);
- шинные конструкции с разрезными шинами, длина которых равна двум, трем и более пролетам, без жесткого крепления на промежуточных опорах; расчетной схемой для них являются соответственно схемы 4 и 5 (таблица 2).
2.2.4 Расчетной схемой шинной конструкции с упруго податливыми опорами следует считать схему, в которой масса шины распределена по длине пролета, а опоры представлены телами с эквивалентной массой М и пружинами с жесткостью Соп.
2.2.5 Для гибких токопроводов в качестве расчетной схемы применяют схему с жестким стержнем, ось которого очерчена по цепной линии. Гирлянды изоляторов вводят в механическую схему в виде жестких стержней, шарнирно соединенных с проводами и опорами. Размеры стержней, расчетной схемы определяют из статического расчета на действие сил тяжести.
2.3.1 Допустимое напряжение в материале жестких шин (sдоп) в паскалях следует принимать равным 70 % от временного сопротивления разрыву материала шин sр
(4)
Допустимые напряжения в материале шин следует принимать ниже пределов текучести этого материала.
Временные сопротивления разрыву и допускаемые напряжения в материалах шин приведены в таблице 3.
В случае сварных шин их временное сопротивление разрыву снижается. Значения временных сопротивлений разрыву в области сварных соединений определяют экспериментально; при отсутствии экспериментальных данных эти значения и значения допустимых напряжений следует принимать, используя данные таблицы 3.
Таблица 3 - Основные характеристики материалов шин
|
Материал шины |
Марка |
Временное сопротивление разрыву, МПа |
Допустимое напряжение, МПа |
Модуль упругости, 1010 Па |
||
|
материала |
в области сварного соединения |
материала |
в области сварного соединения |
|||
|
1 Алюминий |
А0, А АД0 |
118 59-69 |
118 59-69 |
82 41-48 |
82 41-48 |
7 7 |
|
2 Алюминиевый сплав |
АД31Т |
127 |
120 |
89 |
84 |
7 |
|
АД31Т1 |
196 |
120 |
137 |
84 |
7 |
|
|
АВТ1 |
304 |
152 |
213 |
106 |
7 |
|
|
1915T |
353 |
318 |
247 |
223 |
7 |
|
|
3 Медь |
МГМ |
245-255 |
- |
171,5-178 |
- |
10 |
|
МГТ |
245-294 |
- |
171,5-206 |
- |
10 |
|
2.3.2 Допустимую нагрузку на изолятор (изоляционную опору) (Fдоп) следует принимать равной 60 % от минимальной разрушающей нагрузки Fразр, приложенной к вершине изолятора (опоры) при изгибе или разрыве
(5)
2.3.3 В зависимости от взаимного расположения шин и изоляторов последние подвергаются воздействию электродинамических сил, работая на изгиб или растяжение (сжатие) или одновременно на изгиб и растяжение (сжатие). Допустимые нагрузки на изоляторы при изгибе (Fдоп.изг.) и растяжении (Fдоп.р ) в ньютонах в этих случаях следует принимать соответственно равными:
