Расчет токов короткого замыкания

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 9Следующая ⇒

Основной причиной нарушения нормального режима работы системы электроснабжения является возникновение короткого замыкания (КЗ) в сети или элементах электрооборудования вследствие повреждения изоляции или неправильных действий обслуживающего персонала. Для снижения ущерба, обусловленного выходом из строя электрооборудования при протекании токов КЗ, а также для быстрого восстановления нормального режима работы системы электроснабжения (СЭС) необходимо правильно определять токи КЗ и по ним выбирать электрооборудование, защитную аппаратуру и средства ограничения токов КЗ.

При возникновении КЗ имеет место увеличение токов в фазах СЭС или электроустановок по сравнению с их значением в нормальном режиме работы. В свою очередь, это вызывает снижение напряжений в системе, которое особенно велико вблизи места КЗ.

В трехфазной сети различают следующие виды КЗ: трехфазные, двухфазные, однофазные и двойное замыкание на землю.

Трехфазные КЗ являются симметричными, так как в этом случае все фазы находятся в одинаковых условиях. Все остальные виды КЗ являются несимметричными, поскольку при каждом из них фазы находятся не в одинаковых условиях и значения токов и напряжений в той или иной мере искажаются.

Расчетным видом КЗ для выбора или проверки параметров электрооборудования обычно считают трехфазное КЗ. Однако для выбора или проверки уставок релейной защиты и автоматики требуется определение и несимметричных токов КЗ.

Расчет токов КЗ с учетом действительных характеристик и действительных режимов работы всех элементов СЭС сложен. Поэтому для решения большинства практических задач вводят допущения, которые не дают существенных погрешностей:

- не учитывается сдвиг по фазе ЭДС различных источников питания, входящих в расчетную схему;

- трехфазная сеть принимается симметричной;

- не учитываются токи нагрузки;

- не учитываются емкости, а следовательно, и емкостные токи в воздушной и кабельной сетях:

- не учитывается насыщение магнитных систем, что позволяет считать постоянными и независящими от тока индуктивные сопротивления во всех элементах короткозамкнутой цепи;

- не учитываются токи намагничивания трансформаторов.

В зависимости от назначения расчета токов КЗ выбирают расчетную схему сети, определяют вид КЗ, местоположение точек КЗ на схеме и сопротивления элементов схемы замещения.

5.1 Расчёт токов короткого замыкания в установках

напряжением выше 1000В.

Расчёт токов КЗ в установках напряжением выше 1кВ имеет ряд особенностей по сравнению с расчётом токов КЗ в установках напряжением до 1кВ. Эти особенности заключается в следующем:

1) активные сопротивления элементов системы электроснабжения при определении тока КЗ не учитывают, если выполняется условие:

R_å< (X_å/3), (5.1)

где R_å и X_å суммарные активные и реактивные сопротивления элементов системы электроснабжения до точки КЗ;

2) при определении токов КЗ учитывают подпитку от присоединенных к данной сети синхронных компенсаторов, синхронных и асинхронных электродвигателей. Влияние асинхронных электродвигателей на токи КЗ не учитывается при мощности электродвигателей до 100кВт в единице, если электродвигатели отделены от места КЗ одной ступенью трансформации, а также при любой мощности, если они отделены от места КЗ двумя и более ступенями трансформации либо если ток от них может поступать к месту КЗ только через те элементы, через которые проходит основной ток КЗ от сети и которые имеют существенное сопротивление (линии, трансформаторы и т.п.) [17].

Расчёт токов КЗ будем вести в относительных единицах. При этом все величины сравнивают с базисными, в качестве которых принимают базисную мощность S_б и базисное напряжение U_б. За базисную мощность принимаем мощность энергосистемы, то есть S_б= 1300 МВА, а сопротивление системы Х_с=0, 48 о.е. В качестве базисного напряжения принимают среднее напряжение той ступени, на которой имеет место КЗ. Сопротивление элементов системы электроснабжения приводят к базисным условиям.

Электрическая схема и схема замещения для расчетов токов КЗ приведены на рис. 5.1-5.2.

Расчет токов КЗ в точке К-1.

Базисное напряжение: U_Б(К-1)= 37, 5 кВ.

Базисный ток: (5.2)

Сопротивление системы, приведенное к базисным условиям:

(5.3)

Сопротивления воздушных ЛЭП [16]:

(5.4)

Постоянная времени затухания апериодического тока для точки К-1 [5, 10, 16]:

(5.5)

где X₍_k_-_i₎_å, R₍_k_-_i₎_å - соответственно индуктивное и активное сопротивления цепи КЗ;

(5.6)

Ударный коэффициент для точки К-1 [16]:

(5.7)

Полное сопротивление схемы замещения до точки К-1:

(5.8)

Начальное значение периодической составляющей тока К.3. в точке К-1:

(5.9)

где Е" _с — приведенное значение сверхпереходной ЭДС системы.

Действующее значение периодической составляющей тока К.3. от источника электроснабжения (системы) к моменту времени размыкания силовых контактов выключателя принимается равным начальному значению периодической составляющей [10]:

I" _П_t_(К1) = I”_ПO(К1).

Ударный ток КЗ в точке К-1 [5, 10, 16]:

(5.10)

Расчет токов КЗ в точке К-2.

Базисное напряжение: U_Б(К2)= 10, 5 кВ.

Базисный ток:

Сопротивление тpaнcфopмaтopa ТДН - 16000/110

Постоянная времени затухания апериодического тока для точки К-2 [5, 10, 16]:

Ударный коэффициент для точки К-2 [16]:

Полное сопротивление схемы замещения до точки К – 2:

Начальное значение периодической составляющей тока К.З. в точке К – 2

Согласно условия (5.1): I”_ПО(К-2)= 6, 645 кА.

Определим ток подпитки от синхронных двигателей (СД).

Сопротивление СД:

(5.11)

где (5.12)

Ток подпитки от СД:

(5.13)

Действующее значение периодической составляющей тока КЗ от СД к моменту времени t [10]:

I”_П_._СД=I”_ПО_._СД × g(t) = 5, 135 × 0, 58 = 2, 978 кА, (5.14)

где t - расчетное время отключения выключателя [10, 18]

t = t_p_з._min + t_c_.в._o_ткл = 1 + 0, 07 = 1, 07 с; (5.15)

t_p_з._min - минимальное время срабатывания релейной защиты, принимается равным 0, 01 с для первой ступени защиты и 0, 01 + Dt_c для последующих ступеней, где Dt_с - ступень селективности (0, 3 – 0, 5 с);

t_{с.в.откл.} – собственное время отключения выключателя;

g(t) = I_Пt/I_по - определяется по рис. 2.25 [10].

Суммарное начальное значение периодической составляющей тока КЗ в точке К-2:

I”_ПО(К-2)_å = I”_ПО(К-2) + I”_ПО.СД.= 6, 645 + 5, 135 = 11, 78 кА.

Суммарное значение периодической составляющей тока КЗ к моменту времени t в точке К-2:

I”_ПО(К-2)_å= I”_ПО(К-2) + I”_П_t_.СД.= 6, 645 + 2, 978 = 9, 623 к.А.

Ударный ток К3 в точке К-2:

где К_удСД – ударный коэффициент тока КЗ (табл. 2.45. [10]).

Расчет токов короткого замыкания в установках напряжением до 1000В.

Сети промышленных предприятий напряжением до 1000В характеризуется большой протяжённостью и наличием большого количества коммутационно-защитной аппаратуры. При напряжении до 1000В учитывают все сопротивления короткозамкнутой цепи, как индуктивные, так и активные.

Для установок напряжением до 1000В при расчетах токов КЗ считают, что мощность питающей системы не ограничена и напряжение на стороне высшего напряжения цехового трансформатора является неизменным.

Расчёт токов КЗ на напряжение до 1000В выполняют в именованных единицах.

Так как предполагается дальнейшее развитие энергосистемы необходимо, чтобы все выбранные аппараты при этом соответствовали своему назначению, расчёт токов КЗ выполняется без учёта сопротивления системы до цехового трансформатора.

Расчет токов КЗ в точке К-3

Участок сети от шин системы 110 кВ до трансформатора ТМЗ-160/10 принимаем системой бесконечной мощности (S_c = ¥, Х_с = 0).

Сопротивления трансформатора ТМЗ — 160/10:

R_т = 16, 6 мОм; Х_т = 41, 7 мОм из табл.2.50 [5]

Сопротивления трансформатора тока:

R_тт = 0, 11 мОм; Х_тт = 0, 17 мОм из табл.2.49[5].

Сопротивления шинопровода при длине 10 м на ток 400 А:

R_ш= 0, 21 мОм; Х_ш = 0, 21 мОм из табл.2.52[5].

Сопротивления автоматического выключателя на ток 400 А:

R_авт = 0, 65 мОм; Х_авт = 0, 17 мОм из табл.2.54[5].

Сопротивление дуги: R_дуги = 15 мОм.

Постоянная времени затухания апериодического тока для точки К-2 [5, 10, 16]: