Токи короткого замыкания (КЗ) играют критически важную роль при проектировании электрических сетей. Отключающая способность аппаратов защиты — автоматических выключателей, предохранителей, .автоматов — должна быть строго больше максимального тока короткого замыкания, который может возникнуть на отходящих клеммах аппаратов защиты и на шинах щитов. В противном случае аппарат не сможет безопасно отключить повреждённую цепь, что приведёт к разрушению оборудования, возгоранию, поражению персонала и длительным перерывам в энергоснабжении.
Есть и противоположная "сторона медали", слишком низкие токи КЗ в конце линии, не позволят быстро отреагировать аппаратам защиты и отключить повреждённый участок. Результат аналогичный, возгорание кабеля, поражению персонала и длительный перерыв в энергоснабжении
Расчёт токов короткого замыкания в любой точке сети 0,4 кВ сопровождается построением схемы замещения, начиная от трансформаторной подстанции — или даже от «системы» (источника питания), если известны параметры питающей сети высокого напряжения. Только так можно достоверно определить величину тока КЗ.
Построение схемы замещения
Схема замещения представляет собой эквивалентную электрическую схему, в которой все элементы сети (трансформаторы, кабели, шины, контакты) заменены их активными и индуктивными сопротивлениями.
В расчётах токов КЗ в сетях 0,4 кВ обычно применяется метод импедансов (сопротивлений), поскольку частота сети 50 Гц позволяет пренебречь ёмкостными составляющими.
Основные компоненты схемы замещения:
- Система питания (источник) — задаётся через ток КЗ на шинах ВН или через сопротивление системы (Zс).
- Трансформатор — основной источник тока КЗ в низковольтной сети.
Его сопротивление определяется по паспортным данным: напряжению короткого замыкания Uк% и номинальной мощности Sн. - Кабельные линии — учитываются по удельным активному (r0) и индуктивному (x0) сопротивлениям на 1 км, умноженным на длину линии.
- Разъединители, контакторы, шины — их сопротивления малы, но в точных расчётах (особенно для крупных объектов) учитываются.
Особенности расчёта для сетей 0,4 кВ
В отличие от высоковольтных сетей, в сетях 0,4 кВ значительную роль играют активные сопротивления кабелей и соединений. Часто индуктивное сопротивление составляет лишь 30–50% от общего, поэтому пренебрежение активными составляющими приводит к завышению тока КЗ на 15–30% — что может привести к неоправданному завышению стоимости защиты.
Также важно учитывать:
- Тип заземления нейтрали (TN-S, TN-C, TT, IT) — влияет на токи однофазного КЗ, которые часто выше, чем трёхфазные, из-за меньшего сопротивления петли фаза-нуль.
- Тип трансформатора — трансформаторы с высоким напряжением короткого замыкания (например, 6–8%) дают меньший ток КЗ, что может быть полезно для снижения динамических и тепловых нагрузок, но требует более чувствительной защиты.
- Длина кабельных линий — чем длиннее линия, тем меньше ток КЗ на её конце.
На нашем сайте на главной странице есть калькулятор Расчёт тока КЗ онлайн, который позволяет производить эти расчёты, и формировать отчёт с результатами, формулами и пояснениями.
Давайте разберём основные элементы управления:
- поз.1 - настройки отчёта, позволяют указать название листа и имя выгружаемого файла
- поз.2 - формат отчёта, краткий - минимум пояснений +результат, подробный - в отчёте присутствуют формулы и пояснения по расчёту конечной точки, а так же результаты сведённые в таблицу
- поз.3 - с помощью данных чек боксов можно выбрать типы коротких замыканий которые будут отображаться и присутствовать в отчёте. При наведении курсора на шапку таблицы, появляется комментарий с подробным названием тока КЗ
- поз.4 - кнопка reset удаляющая все позиции таблицы
- поз.5 - кнопки позволяющие добавить в таблицу новый элемент схемы
После добавления нового элемента в схему можно его подредактировать, нажатием иконки в конце строки или нажатием F2
Начать создавать схему можно с Системы или с Трансформатора
Открываем окно редактирования характеристик системы
В данном окне:
- Можно указать токи КЗ на стороне ВН трансформатора, в кА, усреднённого и минимального
- или если известно, прописать индуктивное сопротивление системы в Омах, и нажать кнопку "посчитать", и пересчитаются токи КЗ ВН
Открываем окно редактирования параметров трансформатора
В данном окне:
- Из списка можно выбрать наиболее подходящий трансформатор и справа от него появятся табличные значения напряжения Uкз и мощности Pкз короткого замыкания
- ниже можно опционально прописать конкретную марку трансформатора и название ТП
- если имеются точные характеристики трансформатора Uкз и Pкз их можно вручную прописать
В окне с характеристиками шин видим следующее
- Из списка можно выбрать необходимые габариты шин
- справа указать межшинное расстояние в мм, и длину шин от трансформатора до линейного выключателя
- ниже выбирается материал шин, алюминий или медь
- ниже опционально можно указать конкретную марку шин
Окна с параметрами для трансформаторов тока и коммутационных аппаратов похожи
- Из списка можно выбрать необходимые номиналы элементов сети
- и опционально можно указать конкретную марку элементов сети
В окне с характеристиками кабеля видим следующее
- В первом поле можно указать количество ниток кабеля, по умолчанию там стоит 1
- далее опционально можно прописать конкретную марку кабеля
- в выпадающем списке выбираем сечение кабеля
- в последнем поле указываем длину кабеля
- ниже выбирается материал жил кабеля, алюминий или медь
После всего этого нажимаем в строке навигации, вверху, иконку "сохранить" или комбинацию клавишь Ctrl+S. Таблица пересчитается, и отобразит токи КЗ в на каждом элементе вашей схемы.
Для получения отчета, в строке навигации кликните по иконке документа Word
Заключение
Расчёт токов короткого замыкания — это не формальность, а фундамент безопасной и надёжной электрической сети. Неправильный выбор аппаратов защиты по отключающей способности — одна из главных причин аварий в жилых, коммерческих и промышленных объектах.
Современные проекты требуют не только знания теории, но и внимания к деталям: типу кабеля, длине трассы, сопротивлению соединений и даже температуре проводников.