Расчет токов короткого замыкания.

 

Электрооборудование, устанавливаемое в системах электроснабжения, должно быть устойчиво к токам короткого замыкания (КЗ) и выбираться с учетом этих токов. При проектировании систем электроснабжения определяют максимально возможные и минимальные токи КЗ. Максимальные токи КЗ рассчитываются для проверки токоведущих частей электрических аппаратов на термическую и динамическую стойкость, для выбора устройств по ограничению токов КЗ или времени их действия. Минимальные значения токов КЗ необходимы для оценки чувствительности релейных защит.

Для получения максимального значения тока КЗ расчетным является трехфазное короткое замыкание. Расчетное место КЗ выбирают так, чтобы ток, проходящий через проверяемый аппарат, оказался максимально возможным, т.е. точка КЗ принимается непосредственно за проверяемым аппаратом. Все нормально работающие источники питания в том числе и двигатели, которые в момент короткого замыкания переходят в режим генератора, считаются включенными.

Расчетным для минимально возможного тока КЗ является одно- или двухфазное КЗ в конце рассматриваемого участка при минимально возможном числе источников питания.

При расчетах максимальных и минимальных значений токов КЗ принимаются допущения:

- все источники схемы электроснабжения, участвующие в питании рассматриваемой точки КЗ, работают одновременно и с номинальной нагрузкой;

- расчетное напряжение каждой ступени принимается при расчете максимального тока КЗ на 5% выше номинального значения, а при расчете минимального тока КЗ – равным номинальному напряжению сети;

- короткое замыкание происходит в момент времени, при котором ударный ток КЗ будет иметь наибольшее значение;

- сопротивление места КЗ считается равным нулю;

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

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

- не учитываются токи намагничивания трансформаторов.

Расчетным видом короткого замыкания для выбора или проверки электрооборудования считают трехфазное симметричное короткое замыкание. Расчетная схема процесса приведена в Приложении 1. Расчетная схема замещения приведена на Приложении 2.

В нормальном режиме все секционные выключатели находятся в отключенном состоянии, силовые трансформаторы работают раздельно на разные секции шин. Наиболее тяжелый режим работы может наступить при коротком замыкании в момент перевода нагрузки с одного силового трансформатора на другой. Этот режим и принят за расчетный.

Расчет проведем в относительных единицах. Задаемся базисной мощностью S_б = 100МВּ А и базисными напряжениями: U_бI = 37 кВ,
U_бII = 6, 3 кВ, U_бIII = 0, 69 кВ, U_бIV = 0, 4 кВ.

Базисные токи рассчитываются по формуле:

 

(2.17)

 

Определим базисные токи:

 

Сопротивления линий можно определить по формуле:

(2.18)

(2.19)

 

Рассчитаем сопротивления кабельных и воздушных линий, результаты расчетов представим в таблице 2.16:

Таблица 2.16

Расчет активных и реактивных сопротивлений линий

Наименование потребителя	Наименование провода/кабеля	Iдоп	l	r0	x0	R	X	Xd''	Xдв
КТП КНС	ВББШВ(3x10)		0, 3	1, 78	0, 073	0, 48	0, 02	0, 2	117, 6
КТП водозабор	ВББШВ(3x50)		0, 3	0, 4	0, 062	0, 11	0, 02	0, 2	35, 2
КТП КС	ВББШВ(3x95)		0, 35	0, 21	0, 06	0, 07	0, 02	0, 2	27, 1
КТП НПС	ВББШВ(3x95)		0, 25	0, 21	0, 06	0, 05	0, 01	0, 2	18, 1
КТП ГТЭС	ВББШВ(3x50)		0, 25	0, 4	0, 062	0, 09	0, 01	0, 2	23, 9
КТП ДНС	ВББШВ(3x95)		0, 4	0, 21	0, 06	0, 08	0, 02	0, 2	14, 3
ВЛ ПС-3	АС-50/8			0, 65	0, 292	10, 61	4, 77	0, 2	22, 7
ВЛ ПС-2	АС-50/8			0, 65	0, 292	6, 49	2, 91	0, 2	14, 8
ВЛ ПС-1	АС-50/8			0, 65	0, 292	9, 43	4, 24	0, 2	10, 7
ВЛ БУ	АС-25/4, 2			1, 38	0, 316	1, 92	0, 44	0, 2	7, 2
ВЛ КНС	АС-25/4, 2			1, 38	0, 316	1, 24	0, 28	0, 2	11, 0
ВЛ ДНС	АС-50/8			0, 65	0, 292	0, 90	0, 41	0, 2	3, 6
ВЛ НПС	АС-400/51		0, 25	0, 13	0, 06	0, 03	0, 01	0, 2	2, 5

 

Сопротивления трансформаторов определяется по формуле:

 

(2.20)

 

Рассчитаем сопротивления трансформаторов, результаты расчетов представим в таблице 2.17:

Таблица 2.17

Расчет сопротивлений трансформаторов

Наименование объектов	Sтр.ном	Uкз	Xтр
пс1
пс2
пс3		5, 5	5, 5
БУ		6, 4	2, 56
КТП БУ		5, 5	8, 730159
БУ		7, 5	1, 875
КНС
КНС водозабор		5, 5	8, 730159
КТП КНС		5, 5	8, 730159
ДНС			0, 8
КТП КС		5, 5	5, 5
КТП ДНС		5, 5	3, 4375
КТП НПС		5, 5	5, 5
ПС 10/35		9, 5	0, 38

 

Сопротивление высоковольтных двигателей и генераторов определим по формуле:

 

(2.21)

 

Рассчитаем сопротивления трансформаторов, результаты расчетов представим в таблице 2.18:

Таблица 2.17

Расчет сопротивлений двигателей и генераторов

Наименование потребителя	Sрасч	Xd''	Xдв
ЭД ПС 65 кВТ	77, 4	0, 2	258, 5
ЭД ПС 90 кВт	107, 1	0, 2	186, 7
ЭД БН 600 кВт	714, 3	0, 2	28, 0
ЭД БЛ 550 кВт	654, 8	0, 2	30, 5
ЭД СВП 800 кВт	952, 4	0, 2	21, 0
ЭД КНС 400 кВт	476, 2	0, 2	42, 0
ЭД ДНС 500 кВт	595, 2	0, 2	33, 6
ЭД НПС 2500 кВт	2502, 5	0, 2	8, 0

 

 

, (2.22)

где Z_∑ - общее сопротивление до точки короткого замыкания;

I_б – базисный ток для данной ступени трансформации.

 

Ударный ток КЗ равен:

 

, (2.23)

 

где К_уд – ударный коэффициент, зависящий от отношения (Х_∑ / R_∑ ).

 

Токи двухфазного КЗ определяются по формуле:

 

(2.24)

 

Рассчитаем значения токов короткого замыкания в максимальном и минимальном режимах. Результаты расчета сопротивлений и токов короткого замыкания приведены в табл. 2.18 и 2.19.

Таблица 2.18

Сопротивления короткого замыкания

Точка КЗ		Rмин	Rмакс	Xмин	Xмакс	Zмин	Zмакс
Шины ГТЭС 10кВ	К-0			0, 5	0, 3	0, 46	0, 31
Шины НПС 10кВ	К-1	0, 03	0, 03	0, 47	0, 32	0, 47	0, 32
Шины ПС10/35 35кВ	К-2			0, 8	0, 7	0, 84	0, 69
Шины ДНС 35кВ	К-3	0, 90	0, 90	1, 24	1, 09	1, 54	1, 42
Шины ДНС 10кВ	К-4	0, 90	0, 90	2, 04	1, 89	2, 23	2, 09
Шины КНС 35кВ	К-5	1, 24	1, 24	1, 12	0, 97	1, 67	1, 57
Шины КНС 10кВ	К-6	1, 24	1, 24	4, 12	3, 97	4, 30	4, 16
Шины БУ 35кВ	К-7	1, 92	1, 92	1, 28	1, 12	2, 30	2, 22
Шины БУ 0, 69кВ	К-9	1, 92	1, 92	3, 15	3, 00	3, 69	3, 56
Шины ПС-1 10кВ	К-10	9, 43	9, 43	4, 70	4, 54	10, 54	10, 47
Шины ПС-1 0, 4кВ	К-11	9, 43	9, 43	7, 70	7, 54	12, 17	12, 08
Шины ПС-2 10кВ	К-12	7, 39	7, 39	4, 96	4, 80	8, 90	8, 81
Шины ПС-2 0, 4кВ	К-13	7, 39	7, 39	7, 96	7, 80	10, 86	10, 75
Шины ПС-3 10кВ	К-14	11, 51	11, 51	6, 81	6, 66	13, 38	13, 30
Шины ПС-3 0, 4кВ	К-15	11, 51	11, 51	12, 31	12, 16	16, 86	16, 75

 

Таблица 2.19

Токи короткого замыкания

Точка КЗ		I(3)мин	I(3)макс	I(2)мин	i(уд)макс
Шины ГТЭС 10кВ	К-0	13, 2	21, 1	11, 4	53, 5
Шины НПС 10кВ	К-1	12, 5	19, 6	10, 9	49, 7
Шины ПС10/35 35кВ	К-2	2, 1	3, 0	1, 8	7, 6
Шины ДНС 35кВ	К-3	1, 3	1, 7	1, 1	4, 4
Шины ДНС 10кВ	К-4	3, 4	4, 7	2, 9	11, 9
Шины КНС 35кВ	К-5	1, 2	1, 6	1, 0	4, 1
Шины КНС 10кВ	К-6	2, 1	3, 0	1, 8	7, 7
Шины БУ 35кВ	К-7	0, 9	1, 3	0, 8	3, 2
Шины БУ 0, 69кВ	К-9	22, 7	23, 5	19, 6	59, 7
Шины ПС-1 10кВ	К-10	0, 9	1, 0	0, 8	2, 6
Шины ПС-1 0, 4кВ	К-11	19, 9	22, 5	17, 2	57, 1
Шины ПС-2 10кВ	К-12	0, 9	1, 2	0, 8	3, 0
Шины ПС-2 0, 4кВ	К-13	16, 9	21, 3	14, 6	54, 2
Шины ПС-3 10кВ	К-14	0, 7	0, 9	0, 6	2, 3
Шины ПС-3 0, 4кВ	К-15	11, 8	14, 7	10, 2	37, 2

 

ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ

Выбор шин

Выбор проводов, кабелей и шин распределительного устройства Сечение проводов и кабелей выбирают по техническим и экономическим соображениям.

Расчетный ток определяется:

(3.1)

Iрасч – расчетный ток цепи в нормальном режиме, А;

Sрасч – расчетная мощность наиболее загруженной секции шин, кВА;

Uн – номинальное напряжение, кВ.

Провода, кабели и шины выбирать с учетом экономически эффективной плотности тока сечения:

(3.2)

Iрасч – расчетный ток линии на пятом году ее эксплуатации, А;

Jэк – экономическая плотность тока (по таблице 1.3.36 ПУЭ).

Проверка выбранного по экономически целесообразному сечению провода производится из условия нагрева:

(3.3)

Iрасч – максимальный расчетный ток цепи, с учетом возможной перегрузки в послеаварийном режиме, А;

Iдоп – длительный допустимый ток выбранного провода, А;

 

Шины проверяются по условиям термической стойкости. Минимальное сечение шин при условии термической стойкости:

(3.4)

C – термический коэффициент, зависит от материала шин, C=92 для алюминиевых шин;

Tк – длительность КЗ в секундах.

Так же требуется произвести проверку шин на электродинамическую стойкость. Сила, действующая на шину, определяется по формуле:

(3.5)

Kф – коэффициент (1, 1);

Iуд – ударный ток короткого замыкания;

l – расстояние между опорными изоляторами, м;

a – высота изолятора, м.

Максимальный изгибающий момент:

(3.6)

F – сила взаимодействия между проводниками при протекани по ним ударного тока, Н;

l – расстояние между опорными изоляторами.

Момент сопротивления шины рассчитаем по формуле:

(3.7)

b – узкая сторона шины, м;

h – широкая сторона шины, м.

Расчётное значение напряжения в материале шин:

(3.8)

M – максимальный изгибающий момент, Н*м;

W – момент сопротивления сечения шины относительно оси, м³.

Расчетное значения напряжения в материале шин не должно превышать максимально допустимое:

(3.9)

Для проверки возможности возникновения механического резонанса в шинах определим частоту свободных колебаний шин:

(3.10)

l – пролет шины;

E – модуль упругости материала шин, для алюминия E = 7, 2 * 10¹⁰ Н/м²;

m – масса единицы длины шины, кг/м;

J – момент инерции сечения шин относительно оси изгиба.

Необходимо чтобы частота свободных колебаний шины превышала 200 Гц.

Рассчитаем шины ГТЭС (10кВ) мощностью 21194, 52 кВА.

Расчетную мощность ГТЭС поделим на два, т.к. ГТЭС имеет две секции шин с одинаково распределенной нагрузкой

Iрасч=	21194, 52	=582, 7 A
√ 3 *10, 5*2

С учетом экономически эффективной плотности тока сечения (формула 3.2) получим сечение шины Sэк=529, 73 мм.

Учитывая так же, что в послеаварийном режиме все потребители будут подключены к одной шине, максимальный ток послеаварийного режима будет I_макс = I_расч * 2 = 1165, 40 А, поэтому выбираем шину А 80х8, допустимый ток которой превышает значение максимального расчетного тока послеаварийного режима.

Для проверки шины на электродинамическую стойкость, рассчитаем силу, действующую на шину по формуле 3.5

F = 3640, 7 Н

Максимальный изгибающий момент по формуле 3.6 будет равен

M = 3640, 7 * 1 / 10 = 364, 07 Н*м

А момент сопротивления шины W = (0, 008*0, 08²)/6 = 0, 000008533 М³

По формуле 3.8 определим расчетное значение напряжения в материале шины σ _расч = 4, 27 МПа, что удовлетворяет условиям электродинамической стойкости.

Необходимо проверить шины на механический резонанс, для этого определим частоту свободных колебаний шины по формуле 3.10

f = 3.56 / 1, 4² * √ (7, 2 * 10¹⁰ * 2, 56 * 10^-7 / 1, 295 ) = 250 Гц

Полученное значение превышает 200 Гц и удовлетворяет требованиям.

Аналогично рассчитаем шины для других объектов.

Результаты расчета экономически целесообразного сечения, проверки шин на длительно допустимый ток представлены в таблице 3.1.1, результаты расчетов и проверка шин на электродинамическую стойкость представлены в таблице 3.1.2, проверка шин на механический резонанс представлена в таблице 3.1.3.

Таблица 3.1.1

Шины	Iрасч/2	jэк	Sэк	Шины	I доп	I max	Проверка	g
ГТЭС	582, 70	1, 1	529, 73	А 80x8		1165, 40	1320> 1165=> Iдоп> Imax	324, 26
ПС1	51, 35	1, 1	46, 68	А 15x3		102, 70	165> 103=> Iдоп> Imax	6, 96
НПС	218, 47	1, 1	198, 61	А 40x4		436, 94	480> 437=> Iдоп> Imax	134, 56
ПС 10/35	80, 45	1, 1	73, 13	АС 70/11		160, 89	265> 161=> Iдоп> Imax	40, 99
КНС 35	14, 38	1, 1	13, 07	АС 16/2, 7		28, 76	111> 29=> Iдоп> Imax	15, 74
ДНС 35	43, 95	1, 1	39, 95	АС 35/6, 2		87, 90	175> 88=> Iдоп> Imax	20, 66
ПС2	37, 11	1, 1	33, 74	А 15x3		74, 23	165> 74=> Iдоп> Imax	8, 20
ПС3	24, 22	1, 1	22, 02	А 15x3		48, 44	165> 48=> Iдоп> Imax	6, 12
БУ 35	22, 12	1, 1	20, 11	АС 16/2, 7		44, 23	111> 44=> Iдоп> Imax	15, 22
КНС 10	49, 99	1, 1	45, 44	А 15x3		99, 97	165> 100=> Iдоп> Imax	20, 79
ДНС 10	152, 78	1, 1	138, 89	А 40x4		305, 56	480> 306=> Iдоп> Imax	45, 60
БУ 10	76, 88	1, 1	69, 89	А 20x3		153, 77	215> 154=> Iдоп> Imax	15, 49

Таблица 3.1.2

Шины	Fрасч	M	W	σ расч	σ доп	Проверка
ГТЭС	3640, 70	364, 07	0, 000008533	4, 27		4> 82=> σ доп> σ max
ПС1	8, 39	0, 84	0, 000000113	0, 75		1> 82=> σ доп> σ max
НПС	3134, 68	313, 47	0, 000000600	5, 22		5> 82=> σ доп> σ max
ПС2	11, 64	1, 16	0, 000000113	1, 03		1> 82=> σ доп> σ max
ПС3	6, 48	0, 65	0, 000000113	5, 76		6> 82=> σ доп> σ max
КНС 10	74, 84	7, 48	0, 000000113	6, 65		7> 82=> σ доп> σ max
ДНС 10	180, 02	18, 00	0, 000001067	1, 69		2> 82=> σ доп> σ max
БУ 10	20, 77	2, 08	0, 000000200	1, 04		1> 82=> σ доп> σ max

Таблица 3.1.3

Шины	m	f	Проверка
ГТЭС	1, 295		fрасч> 200
ПС1	0, 122		fрасч> 200
НПС	0, 324		fрасч> 200
ПС2	0, 122		fрасч> 200
ПС3	0, 122		fрасч> 200
КНС 10	0, 122		fрасч> 200
ДНС 10	0, 324		fрасч> 200
БУ 10	0, 122		fрасч> 200

Выбор изоляторов

 

Выбор опорных изоляторов производится по назначению, номинальному напряжению и допустимой механической нагрузке. Расчетное усилие на изоляторах при максимальном ударном токе короткого замыкания определим по формулам:

(3.11)

Fрасч – наибольшее расчетное усилие на изоляторах при максимальном ударном токе короткого замыкания, Н;

Fразр – максимально допустимое усилие на изоляторах, Н.

Проходные изоляторы дополнительно выбирают по номинальному току.

(3.12)

Результаты выбора и проверки изоляторов представлены в таблице 3.2

Таблица 3.2

Шины	Fрасч	Fразр	Fдоп	Проверка	Тип изолятора	Пр изоляторы
ГТЭС	1820, 35			Fдоп> Fрасч	ИО-10-3, 75 I УЗ	ИП-10/1600-7, 5 УХЛ
ПС1	4, 19514			Fдоп> Fрасч	ИО-10-3, 75 I УЗ	ИП-10/630-7, 5 УХЛ
НПС	1567, 339			Fдоп> Fрасч	ИО-10-3, 75 I УЗ	ИП-10/630-7, 5 УХЛ
ПС2	5, 819684			Fдоп> Fрасч	ИО-10-3, 75 I УЗ	ИП-10/630-7, 5 УХЛ
ПС3	3, 240028			Fдоп> Fрасч	ИО-10-3, 75 I УЗ	ИП-10/630-7, 5 УХЛ
КНС 10	37, 42072			Fдоп> Fрасч	ИО-10-3, 75 I УЗ	ИП-10/630-7, 5 УХЛ
ДНС 10	90, 01239			Fдоп> Fрасч	ИО-10-3, 75 I УЗ	ИП-10/630-7, 5 УХЛ
БУ 10	10, 38333			Fдоп> Fрасч	ИО-10-3, 75 I УЗ	ИП-10/630-7, 5 УХЛ

 

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. DFD - диаграмма потоков данных
2. I. Ток срабатывания пусковых токовых реле МНЗ.
3. I. Токовая отсечка (ТО) на линиях с односторонним питанием.
4. Анализ движения денежных потоков
5. Виды информационных потоков. Взаимосвязь информационных и материальных потоков
6. Графики информационных потоков
7. Закон Ампера. Взаимодействие параллельных токов
8. Изображение материальных потоков (ГОСТ 14202-69)
9. Источник тока для цепи смещения на токовых зеркалах
10. Какая работа в электроустановках относится к выполняемой без снятия напряжения на токоведущих частях или вблизи них?
11. Классификация методов исследования информационных потоков
12. Конвейеры-накопители и участки разделения и сужения потоков тары