Модуль 3. Расчет внутризаводской сети напряжением 6-10 кВ

Лекция 11.

Модуль 3. Расчет внутризаводской сети напряжением 6-10 кВ

Тема 3. «Расчет токов короткого замыкания в сети выше 1000В»

Вопросы:

1. Расчет токов короткого замыкания в сетях выше 1000 В.

2. Электродинамические и термические действия токов короткого замыкания.

1. Расчет токов короткого замыкания в сетях выше 1000 В.

На практике расчет токов КЗ в сетях высокого напряжения наиболее часто ведут в относительных единицах. При этом все расчетные данные приводят к базисному напряжению и базисной мощности.

За базисное напряжение принимают средне номинальные напряжения:

U_Н = 0, 23; 0, 4; 0, 69; 3, 15; 6, 3; 10, 5; 20; 37; 115; 230 кВ.

За базисную мощность S_б принимают (исходя из условий) мощность системы, суммарную номинальную мощность генераторов электростанций или удобное число, кратное ста (100, 200... 1000 МВА). Базисный ток определяется:

Реактивное и активное сопротивления в относительных единицах (обозначаемые звездочками в индексах) представляют собой отношение падения напряжения на данном сопротивлении при номинальном токе к номинальному напряжению:

Сопротивление элементов системы электроснабжения дано в относительных единицах.

1. Относительное сопротивление источника

2. Относительное сопротивление питающей линии

где U_ср.н - среднее номинальное напряжение линии х₀,

l — соответственно удельное сопротивление и длина линии.

3. Относительное сопротивление трансформатора

;

где S_Н.ТР - номинальная мощность трансформатора;

Р_К.З - потери меди трансформатора, т.е. мощность короткого замыкания, кВт.

1. Относительное сопротивление реактора

;

где I_Н.Р - номинальный ток реактора.

Сопротивление элементов системы электроснабжения в режиме короткого замыкания при вычислении ТКЗ в установках свыше 1000 В учитывают индуктивные сопротивления элементов, существенно влияющих на величину этих токов. К таким элементам относятся генераторы, компенсаторы, электродвигатели, силовые трансформаторы, реакторы, воздушные и кабельные линии.

Активное сопротивление перечисленных элементов, как правило, не учитывают, за исключением случаев расчета ТКЗ при большой протяженности воздушных и кабельных линий. Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания рекомендуют учитывать суммарное активное сопротивление цепи КЗ ( ) в том случае, если оно больше одной трети суммарного индуктивного сопротивления цепи КЗ: ( ).

При расчете токов КЗ принимают указанные ниже сопротивления элементов системы электроснабжения:

Синхронные генераторы, компенсаторы, двигатели.

Синхронные машины учитывают их индуктивным сопротивлением для начального момента КЗ (сверхпереходным сопротивлением по продольной оси полюсов) х" _d. Значения х" _d для различных машин можно брать из каталогов (см. приложение 13). При отсутствии таких данных можно принимать средние значения х" _d , отнесенные к номинальной мощности и номинальному напряжению машины:

для турбогенераторов 0, 125

для гидрогенераторов с успокоительной обмоткой 0, 2

для гидрогенераторов без успокоительной, обмотки 0, 27

для синхронных компенсаторов 0, 16

для синхронных двигателей 0, 2

Сопротивление источника питания (сопротивление системы) в именованных, единицах:

Силовые трансформаторы.

Индуктивное сопротивление силового трансформатора задается напряжением К.З. и_к%. Поскольку и_к % численно равно падению напряжения в трансформаторе при номинальной нагрузке, то исходя из понятия относительного сопротивления следует, что и_к% = z_T %, а без учета активного сопротивления

и_к % = х_Т %. Значения и_К % принимают по каталогам, на силовые трансформаторы (см. приложение 12).

Для двухобмоточных трансформаторов ц_к%=5, 5 14%, а для трехобмоточных значения и_к % даются для каждой пары обмоток: и_к_I_–_I _I %, и_к_I_-_I _I _I %, и_к_I _I_–_I _I _I %, причем их относят к номинальной мощности трансформатора, за которую принимают мощность первичной обмотки.

Сопротивление двухобмоточного трансформатора в именованных единицах:

Индуктивные сопротивления каждой обмотки трехобмоточного трансформатора определяют по формулам:

3. Реакторы.

Сопротивление реактора в именованных единицах

Индуктивные сопротивления реакторов задаются в Oмах или процентах (см. приложения 18, 19).

Если индуктивное сопротивление задано в процентах, то при учете сопротивления реактора необходимо знать его номинальное напряжение и ток.

Для сдвоенного реактора нужно знать величину коэффициента связи к_с. У наиболее часто применяемых реакторов x_P = 3 10 %; х_P = 0, 1 0, 5 Ом.

Индуктивное сопротивление одной ветви сдвоенного реактора 0, 14-0, 5 Ом, индуктивные сопротивления обеих ветвей сдвоенного реактора 0, 4 - 1, 7 Ом; k_c 0, 5.

Асинхронные двигатели.

Для расчета тока КЗ с учетом подпитки от асинхронных двигателей должны быть известны:

- номинальные мощность и напряжение двигателя;

- номинальная скорость двигателя;

- кратность пускового тока.

Перечисленные выше параметры принимаются по каталожным данным асинхронных двигателей с короткозамкнутым или фазным ротором или берутся из каталожных данных.

Расчетные схемы и определение результирующих сопротивлений цепи КЗ. При расчете ТКЗ пользуются упрощенной однолинейной схемой установки, называемой расчетной. На ней указывают параметры элементов, которые должны быть учтены при расчете ТКЗ. Для выбранной точки К.З. К составляют схему замещения, в которой все элементы связаны электрически. Намагничивающими токами трансформаторов пренебрегают.

Суммарное, или, как его принято называть, результирующее, сопротивление цепи КЗ может быть определено в именованных или относительных единицах.

Определение результирующего сопротивления в именованных единицах (Ом). Система электроснабжения имеет, как правило, несколько ступеней напряжения, связанных между собой трансформаторами. При этом сопротивления всех элементов цепи К.З. должны быть приведены к одному и тому же базисному напряжению.

2. Электродинамические и термические действия токов короткого замыкания

Электроустановка - совокупность взаимоподключенного друг к другу электрооборудования, выполняющая определенную функцию, например, производство, преобразование, передачу, распределение, накопление или потребление электроэнергии.

1.1.2. Электрооборудование - совокупность электротехнических изделий используемых для производства, преобразования, передачи, распределения, накопления или потребления электроэнергии.

1.1.3. Короткое замыкание - непредусмотренное нормальными условиями работы системы соединение между фазами или между фазами и землей, являющееся следствием нарушения изоляции фаз.

1.1.4. Ток короткого замыкания - ток, протекающий в системе в режиме короткого замыкания. Принципиальный вид кривой изменения во времени тока короткого замыкания в одной фазе трехфазной системы приведен на чертеже.

1.1.5. Электродинамическая стойкость к действию тока короткого замыкания - способность электроустановок противостоять действию ударного тока короткого замыкания.

1.1.6. Термическая стойкость к действию тока короткого замыкания - способность электроустановок противостоять тепловому действию тока короткого замыкания в течение определенного времени при заданных условиях эксплуатации.

- ток короткого замыкания;

- огибающая;

- апериодическая составляющая тока короткого замыкания; i_k- мгновенное значение тока короткого замыкания; t - время

1.2. Параметры режима, определяющие электродинамические и термические воздействия

1.2.1. Начальный ток короткого замыкания - периодическая составляющая тока короткого замыкания в момент возникновения короткого замыкания указывается действующим (эффективным) значением.

1.2.2. Установившийся ток короткого замыкания I_k - ток, который протекает после окончания переходного процесса, возникающего в связи с коротким замыканием. Указывается действующим (эффективным) значением.

1.2.3. Ток включения - наибольшее мгновенное значение тока при включении выключателя. Наибольший возможный ток включения, свободный от каких-либо воздействий, равен наибольшему ударному току короткого замыкания в месте установки выключателя.

1.2.4. Полное время отключения:

1) для коммутационых аппаратов без шунтирующих резисторов - сумма собственного времени отключения аппарата и времени гашения дуги;

2) для коммутационных аппаратов с шунтирующими резисторами - сумма собственного времени и времени гашения основной дуги;

3) для предохранителей - сумма времени плавления вставки и времени гашения дуги.

1.2.5. Время короткого замыкания - сумма полного времени отключения и времени действия релейной защиты.

1.2.6. Ударный ток короткого замыкания I_s - наибольшее мгновенное значение тока короткого замыкания.

1.2.7. Среднеквадратичное значение тока короткого замыкания за время его протекания (термически действующее среднее значение тока короткого замыкания) - действующее (эффективное) значение тока, который создает за заданное время то же количество тепла, что и затухающий ток короткого замыкания в течение полного времени его протекания.

1.3. Параметры электроустановок, характеризующие их электродинамическую и термическую стойкость к действию тока короткого замыкания

1.3.1. Номинальный ток включения - наибольшее допустимое мгновенное значение тока при включении данной электроустановки при заданных условиях.

1.3.2. Номинальный ток термической стойкости - действующее (эффективное) значение тока, термическое действие которого должна выдерживать данная электроустановка в течение заданного времени без повреждений, нарушающих ее работоспособность.

1.3.3. Номинальный ударный ток короткого замыкания - ударный ток короткого замыкания, динамическое действие которого должна выдерживать электроустановка без повреждений, нарушающих ее работоспособность

1.3.4. Жесткие проводники - проводники, которые способны передавать на опоры изгибающие моменты.

1.3.5. Гибкие (нежесткие) проводники - проводники, не способные передавать на опоры изгибающие моменты.

1.3.6. Статическая нагрузка, вызываемая натяжением гибкого проводника - сила натяжения гибкого проводника в месте крепления.

1.3.7. Динамическая нагрузка, вызываемая натяжением гибкого проводника - сила, с которой гибкий проводник воздействует на крепление при коротком замыкании.

УСЛОВИЯ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕЛИЧИН ТОКА КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

2.1. Общие требования

2.1.1.Для выбора электроустановок по электродинамической и термической стойкости принимаются условия, при которых протекает наибольший возможный ток короткого замыкания.

Электродинамическая и термическая стойкость как при одностороннем, так и при многостороннем питании должна проверяться по току короткого замыкания в цепи, где установлено проверяемое электрооборудование.

Примечания:

1. При проверке электродинамической и термической стойкости допускается принимать не наибольший возможный ток, а меньшее значение этого тока.

2. Допускается учитывать влияние потребителей на ток короткого замыкания.

2.1.2. Для определения параметров режима короткого замыкания, характеризующих электродинамическое и термическое действие тока короткого замыкания, необходимо принять за основу схему системы, предназначенную для длительной эксплуатации. Изменения схемы системы, которые возникают из-за кратковременных переключений, приводящих к повышенным значениям тока короткого замыкания, не учитываются.

Примечание. Под кратковременным режимом понимается режим переключения, например, от одного генерирующего блока на другой.

Ремонтные и аварийные режимы не относятся к кратковременным.

2.1.3. При определении токов короткого замыкания необходимо учитывать прогнозируемое развитие системы.

2.1.4. Электроустановки, предусмотренные исключительно в качестве холодного резерва и не включенные в процесс эксплуатации, не следует учитывать при определении параметров тока короткого замыкания.

2.1.5. Необходимо учитывать влияние синхронных компенсаторов, синхронных и асинхронных двигателей.

2.1.6. Вид короткого замыкания должен быть выбран из расчета наиболее тяжелых электродинамических и термических воздействий на данную электроустановку.

2.2. Указания по методам расчета

2.2.1. Для определения параметров тока короткого замыкания следует применять один из нижеперечисленных методов:

1) аналитические расчеты с использованием эквивалентных схем замещения электрической сети;

2) расчеты на аналоговых вычислительных машинах (сетевых моделях);

3) расчеты на электронных цифровых вычислительных машинах;

4) измерение токов короткого замыкания в электроустановках, а также на физических моделях электроустановок.

2.2.2. В качестве исходных следует использовать фактические параметры электроустановки. Если они не известны, то следует применять номинальные, средние или ориентировочные значения параметров, обеспечивающие требуемую точность расчетов.

Лекция 11.

Модуль 3. Расчет внутризаводской сети напряжением 6-10 кВ

Тема 3. «Расчет токов короткого замыкания в сети выше 1000В»

Вопросы:

1. Расчет токов короткого замыкания в сетях выше 1000 В.

2. Электродинамические и термические действия токов короткого замыкания.

1. Расчет токов короткого замыкания в сетях выше 1000 В.

За базисное напряжение принимают средне номинальные напряжения:

U_Н = 0, 23; 0, 4; 0, 69; 3, 15; 6, 3; 10, 5; 20; 37; 115; 230 кВ.

Сопротивление элементов системы электроснабжения дано в относительных единицах.

1. Относительное сопротивление источника

2. Относительное сопротивление питающей линии

где U_ср.н - среднее номинальное напряжение линии х₀,

l — соответственно удельное сопротивление и длина линии.

3. Относительное сопротивление трансформатора

;

где S_Н.ТР - номинальная мощность трансформатора;

Р_К.З - потери меди трансформатора, т.е. мощность короткого замыкания, кВт.

1. Относительное сопротивление реактора

;

где I_Н.Р - номинальный ток реактора.

При расчете токов КЗ принимают указанные ниже сопротивления элементов системы электроснабжения:

12 Следующая ⇒