Расчёт токов короткого замыкания

Постановка задачи (цель и объём расчёта, вид КЗ)

Для выбора электрооборудования, аппаратов, шин, кабелей, токоограничивающих реакторов и т. д., а также для выбора и проверки уставок релейной защиты и автоматики необходимо знать токи короткого замыкания. Коротким замыканием (КЗ) называют всякое непредусмотренное нормальными условиями работы замыкание между фазами, а в системах с заземленными нейтралями – также замыкание одной или нескольких фаз на землю (или на нулевой провод).

КЗ возникают при нарушении изоляции электрических цепей. Протекание токов КЗ приводит к увеличению потерь электроэнергии в проводниках и контактах, что вызывает их повышенный нагрев. Проводники и контакты должны быть термически стойкими, то есть без повреждений переносить в течение заданного времени нагрев токами КЗ. Протекание токов КЗ сопровождается также значительными электродинамическими усилиями между проводниками. Токоведущие части, аппараты и электрические машины должны быть сконструированы так, чтобы выдержать без повреждений усилия, возникающие при протекании токов КЗ, то есть обладать электродинамической стойкостью. Для обеспечения надежной работы и предотвращения повреждения оборудования при КЗ необходимо быстро отключать поврежденный участок.

Расчет токов при трехфазном КЗ выполняют в следующем порядке:

· для рассматриваемой установки составляют расчетную схему;

· по расчетной схеме составляют электрическую схему замещения;

· путем постепенного преобразования приводят схему замещения к простому виду – так, чтобы каждый источник питания или группа источников с результирующей ЭДС были связаны с точкой КЗ одним сопротивлением ;

· определяют начальное значение периодической составляющей тока КЗ , затем ударный ток КЗ и при необходимости – периодическую и апериодическую составляющие тока КЗ для заданного момента времени .

Составление расчётной схемы сети

Под расчетной схемой установки понимают упрощенную однолинейную схему электроустановки с указанием всех элементов и их параметров, которые влияют на ток КЗ и поэтому должны быть учтены при выполнении расчетов. На расчетной схеме намечают точки КЗ так, чтобы аппараты и токоведущие части схемы находились в наиболее тяжелых условиях работы.

Рис. 22. Расчётная схема ТЭЦ для определения токов короткого замыкания

Составление схемы замещения

При составлении схемы замещения примем следующие допущения:

· При расчёте токов КЗ в точках K-1 – K-4 не будем учитывать влияние двигателей собственных нужд, так как мощность этих источников невелика и они удалены от точек КЗ, поскольку приложены за значительными сопротивлениями;

· Нагрузка на ГРУ приложена за реакторами и за кабельными линиями, имеющими помимо большого индуктивного значительное активное сопротивление. Нагрузка, питающаяся от ОРУ 110 кВ, находится за протяжёнными линиями, также имеющими довольно большое сопротивление. Сама же нагрузка подключается в лучшем случае на напряжение 6-10 кВ (наиболее крупные двигатели), поэтому на участке от ОРУ 110 кВ до нагрузки имеется ещё и несколько трансформаций. По этим причинам столь удалённые нагрузки в схему замещения вводить не будем.

Составляем схему замещения, состоящую из ЭДС и сопротивлений. Поскольку напряжение электроустановки больше 1000 В и в ней нет кабельных линий, то в схему замещения согласно [2] войдут только индуктивные сопротивления.

Рис. 23. Схема замещения для расчёта токов короткого замыкания

Расчёт будем проводить в относительных единицах. Зададимся базисными условиями для расчёта токов КЗ. Примем базисную мощность равной , а базисные напряжения ступеней будем брать равными средненоминальному напряжению ступений. Определим базисные напряжения и токи всех ступеней:

, ;

Теперь рассчитываем значения параметров схемы замещения.

Расчёт ЭДС

Согласно [23], стр. 99 для турбогенераторов мощностью до 100 МВт рекомендуется принять .

Тогда:

Для системы согласно [23], стр. 99 . Тогда:

Расчёт сопротивлений

Сопротивления генераторов 63 МВт:

Сопротивления секционных реакторов:

Сопротивления трансформаторов ТДН-63000/110:

Сопротивления автотрансформаторов АТДЦТН-200000/220/110:

;

Напряжение короткого замыкания обмотки СН, имеющее отрицательное значение, в расчётах согласно [23] обычно принимают равным нулю. Тогда сопротивления обмоток автотрансформаторов:

;

Определяем сопротивления двух линий 220 кВ. Согласно [23], стр. 98 удельное сопротивление ВЛ 6-220 кВ принимается равным 0, 4 Ом/км. Тогда:

Сопротивление электрической системы:

В результате расчётов получили следующую схему замещения:

Рис. 24. Схема замещения для расчёта токов короткого замыкания

4.4. Расчёт параметров токов короткого замыкания (I_п0, I_пτ, i_у, i_аτ) для точки K-1

Теперь производим сворачивание схемы замещения относительно точки КЗ K-1.

Преобразование для последовательно соединённых сопротивлений (см. рис. выше):

;

Преобразуем параллельно соединённые сопротивления и ЭДС эквивалентной ветви:

Преобразуем параллельно соединенные сопротивление:

Затем соединим последовательно:

Преобразуем параллельно соединённые сопротивления и ЭДС эквивалентной ветви:

Преобразуем параллельно соединенные сопротивление:

;

Сопротивления и окажутся соединенными последовательно:

Преобразуем параллельно соединённые сопротивления и ЭДС эквивалентной ветви:

Сопротивления и окажутся соединенными последовательно:

Таким образом, получим следующие эквивалентные схемы при КЗ в точке K-1:

Рис. 25. Схемы замещения после преобразований

Приближённо считая ЭДС источников одинаковыми, находим с помощью коэффициентов токораспределения взаимные сопротивления источников относительно точки КЗ.

Зададимся коэффициентом токораспределения в ветви с сопротивлением равным единице:

Тогда, двигаясь от точки КЗ и осуществляя обратное преобразование схемы, находим коэффициенты токораспределения в ветвях с источниками, находящимися в различной удалённости от места КЗ:

;

Таким образом, коэффициенты токораспределения для всех ветвей с источниками найдены.

Взаимное сопротивление генераторов 63 МВт на ГРУ относительно точки КЗ:

Взаимное сопротивление генератора блока с блочным трансформатором относительно точки КЗ:

В результате получили трёхлучевую схему замещения:

Рис. 26. Схема замещения после преобразований

Находим значения сверхпереходных токов от каждого источника:

;

Стоит уточнить, что токи как от генераторов, так и от системы являются величинами, приведенными к основной ступени напряжения (с целью упрощения символ над токами опущен).

Теперь определим значения ударных токов для каждой ветви. Согласно [25], стр. 110 для блока генератор-трансформатор с мощностью генератора 63 МВт ударный коэффициент принимается равным 1, 965, для ГРУ 1, 95. Для системы по тому же источнику примем ударный коэффициент равным 1, 78. Тогда ударные токи от каждого источника:

;

Теперь определим действующее значение периодической и мгновенное значение апериодической составляющих тока КЗ к моменту отключения. Время отключения согласно [2] определяется как:

где - время действия релейной защиты, принимаемое равным 0, 01 с; - собственное время отключения выключателя, зависящее от его типа. К установке на ОРУ 220 кВ будут приняты элегазовые выключатели (подробнее о выборе выключателей см. далее), у которых собственное время отключения согласно [14] составляет 0, 035 с. Тогда:

Для генераторов периодическая составляющая тока к моменту отключения определяется по формуле:

Для определения по кривым из [23], стр. 113 необходимо знать электрическую удалённость точки КЗ от генератора. Удалённость определяется долей тока КЗ от генератора, отнесённой к его номинальному току, приведённому ступени напряжения, где произошло КЗ. Определим удалённость КЗ для каждого из генераторов:

;

Теперь по [23], стр. 113 для генераторов с тиристорной системой самовозбуждения для момента времени 0, 045 с при найденной удалённости КЗ находим значения . Если , то принимается :

, .

Периодические составляющие тока КЗ от генераторов к моменту расхождения контактов:

;

Для системы согласно [2] обычно принимается . Поэтому .

Наконец, определяем апериодическую составляющую тока КЗ к моменту расхождения контактов. По [23] постоянные времени затухания апериодической составляющей равны: для генератора 63 МВт – 0, 39 с. Для системы по [23], стр. 110 постоянная времени равна 0, 04 с.

;

Составим сводную таблицу результатов расчёта токов КЗ для точки K-1:

Таблица 10. Результаты ручного расчёта токов короткого замыкания для точки K-1

Источник	, кА	, кА	, кА	, кА
Система	10, 96	27, 3	10, 96	4, 98
Генераторы G1-G3	0.95	2, 59	0, 95	1, 19
Генератор G4	0, 5	1, 38	0, 435	0, 62
Суммарный ток	12, 41	31, 27	18, 195	6, 79

⇐ Предыдущая 3 4 5 6 789 10 11 12 Следующая ⇒