Расчёт токов короткого замыкания

Цель работы:

 

Цель настоящей работы - дать необходимые  методы и справочные материалы для  расчёта токов короткого замыкания  с учётом накопленного опыта, требований ПУЭ, материалов научных исследований, а так же с учётом обновлённых справочных данных по электрооборудованию.

              Расчет т.к.з. выполняется с  целью выбора параметров и  проверки на электродинамическую и термическую стойкость электрооборудования и коммутационной способности отключающих аппаратов, а также для проверки селективности действия аппаратов защиты.

 

. Расчет т.к.з. на напряжении  выше 1000 В.

 

Данная задача обычно возникает  при выполнении дипломного проекта  по теме: «Электроснабжение завода».

Целью расчёта является определение  следующих параметров:

I - наибольшее начальное действующее значение периодической состовляющей т.к.з. ;

I - действующее значение периодической составляющей т.к.з. ;

i - ударный т.к.з.

Для выбора релейной защиты определяются наибольшие I k max и наименьшие I k min значения периодической составляющей т.к.з. в элементах сети, для которой проектируется релейная защита. Расчёт производится для начального момента времени.

Расчётам т.к.з. должны предшествовать анализ схемы электрической сети и определение наиболее тяжёлых, но достаточно вероятных, так называемых расчётных условий, в которых оказывается тот или иной её элемент. Эти условия находят отражение в расчётной схеме. Она представляет собой однолинейную схему Эл. Сети с электрическими аппаратами и проводниками, подлежащими выбору и проверке по т.к.з., а так же устройствами релейной защиты, для которых рассчитываются установки срабатывания и проверяется чувствительность. В расчётную схему вводятся все генераторы, синхронные и асинхронные электродвигатели напряжением выше 1 кВ, а также трансформаторы, автотрансформаторы, реакторы, токопроводы, воздушные и кабельные линии, связывающие источники питания с местом к.з. На рис. 1 приведена однолинейная схема электроснабжения завода для расчёта т.к.з.

Если в схеме электроснабжения (рис. 1)предусмотрена раздельная работа питающих источников на шины 10 кВ, разделённые  секционным выключателем  то расчётным  состоянием исходной схемы обычно является режим, когда один трансформатор отключён, а секционный выключатель включён. При этом все Эл. двигатели должны находиться в работе.

Расчётным видом т к.з. при выборе и проверке аппаратов и проводников  обычно является трёхфазное, реже ( в сетях 110 кВ и выше)- однофазное к.з. при расчётах цепей релейной защиты, как правило, является: в сетях 6-35 кВ двух и трёхфазное к.з.

Для определения т.к.з. в той или  иной расчётной точке составляется схема замещения, которая представляет собой расчётную схему, в которой  все электрические и магнитные (трансформаторные) связи представлены электрическими сопротивлениями. При расчёте т.к.з. генерирующие источники ( энергосистема, генераторы, электродвигатели) вводятся в схему замещения соответствующими Э.Д.С, а пассивные элементы, по которым проходит т.к.з., индуктивными и, при необходимости, активными сопротивлениями. Параметры элементов схем замещения можно определять в именованных или в относительных единицах.

При расчётах т.к.з. в сетях выше 1 кВ можно не учитывать активные сопротивления элементов схемы. При несложных схемах типа рис.1 расчёт проще выполнять в именованных единицах.

В целях упрощения расчётов вместо действительных напряжений на отдельных  ступенях трансформации допустимо принимать средние номинальные напряжения на шкале Uср. Ном       , кВ:0,23; 0,4; 0, 69; 6,3;10,5; 37; 115; 157; 230.

Формулы для определения сопротивлений  отдельных элементов системы  электроснабжения приведены в таблице 1.

При использовании именованных  едениц Э.Д.С. генерирующих источников и сопротивления всех элементов сети необходимо привести к ступени напряжения, на которой производится расчёт т.к.з. по следующим напряжениям;

=

где Еi – действительное значение Э.Д.С.  –го источника;

Xj- действительное значение сопротивления j –го элемента сети; n ; n , . . . , n - коэффициэнты трансформации трансформаторов, включённых последовательно между ступенями.

В табл .1 использованы следующие обозначения:

Uk- напряжения на к.з. трансформатора, %;

UквUквн - напряжения к.з. высоковольтной и низковольтной обмоток трансформатора с расщеплённой вторичной обмоткой, %;

Xном –номинальное сопротивление ветви реактора; Ом;

Ксв – коэф. Связи ( приводится при  сдвоенных реакторах), отн. ед;

Кр-коэф. расщепления  обмоток отн. ед;

Худ- удельное электрическое сопротивление кабельных  и воздушных линий длиной, Ом/км;

сверхпереходное сопротивление  для асинхронных двигателей, отн. ед;

-сверхпереходное сопротивление  для синхронных двигателей, отн.  ед;

-мощность к.з. энергосистемы,  МВ.А;

Sном - номинальная мощность трансформаторов и электродвигателей, МВ.А.

В табл. 2-4 приведены данные трансформаторов, реакторов и кабельных линий, необходимые для определения  Х. В общем случае т.к.з в любой  точке схемы электроснабжения ( например, точке К2 по рис.1) состоит из двух слагаемых:

-от системы, т.е. от основного  источника питания, которым может  быть трансформатор ГПП, генератор ТЭЦ, кабельная или воздушная линия ввода;

-от синхронных и асинхронных  электродвигателей.

Поэтому, если проводится расчёт минимального т.к.з. на элементе схемы электроснабжения ( например, для проверки чувствительности установок релейной защиты), то в этом случае необходимо определять только ток от наиболее электрически удалённого основного источника питания без учёта подпитки места к.з электродвигательной нагрузкой. Это связано с тем, что по различным технологическим причинам несколько электродвигателей находятся в отключённом состоянии.

Если проводится расчёт максимальной величины т.к.з. на элементе схемы электроснабжения (например, для проверки кабеля на термическую стойкость), то в этом случае необходимо учитывать подпитку места к.з. всеми электродвигателями, которые могут находиться во включённом состоянии.

 

Расчёт т.к.з. от ситемы:

 

Наибольшее начальное действующее  значение периодической составляющей т.к.з. от системы (в кА) необходимо определять:

-для трёхфазного т.к.з.

;

-для двухфазного т.к.з.

 

;

где - суммарное сопротивление от системы до расчётного места к.з.

Ударный т.к.з. от системы (в кА) необходимо определять:

;

Та- постоянная времени, которая определяется в соответствии с рекомендациями / I /.

Для упрощения расчётов можно принять:

Ку=1,8-1,9-при расчётной точке к.з. на сборных шинах Г.П.П;

Ку=1,6-1,9-при расчётной точке к.з. на РП и вводах в ТП, СД, АД;

 

 

 

 

 

 

Ку=1,4-1,5- при  расчётной точке к.з. за цеховым  трансформатором.

 

Расчёт  т.к.з с учётом подпитки места  к.з. высоковольтными двигателями:

 

В общем  случае учёт подпитки места к.з. двигательной нагрузкой как ЭДС генерирующих источников осуществляется по рекомендациям /1,2/ . В упрощенных расчётах при определении наибольшего начального действующего значения периодической составляющей т.к.з. от двигательной нагрузки можно пользоваться выражением , в кА:

 

;

где Iном.i – номинальные токи всех электродвигателей, участвующих в подпитке места к.з., кА.

 

                                                                                                                                         Таблица 2

 

Технические данные трёхфазных масляных трансформаторов классов напряжения 110 и 220 кВ

 

ТИП                                     Sном.т.                        Сочетание      напряжений                          Uк,%

                                              МВ.А. 

                                                                                      ВН                   НН

ТМН-6300/110   6.3                               115                   6,6; 11 10,5

ТДН- 10000/110                       10                               115                    6,6; 11 10,5

ТДН-16000/110                        16                               115                    6,6; 11 10,5

ТРДН-2500/110                       25                              115                    6,3; 10,5 10,5

ТРДН-40000/110  40                              115 6,3; 10,5 10,5

ТРДН-6300/110  63                              115 6,3; 10,5                              10,5

ТРДН-80000/110  80                              115 6,3; 10,5                              10,5

ТРДН-32000/220  32                              230 6,6; 11                                 11,5

ТРДНС-40000/220  40                              230 6,6; 11                                 11,5

ТРДН-63000/220* 63                              230 6,6; 11                                 11,5

ТРДЦН-100000/220* 100                            230 11                                        12,5

ТРДЦН-160000/220* 160                            230 11                                        12,5

ТРДЦН-200000/220* 200                            230 11                                        12,5

 

*) трансформаторы с расщеплённой  вторичной обмоткой

 

Для трансформатора с расщеплённой вторичной обмоткой Uк=Uквн, а Uквн1,2=20%, для первичного напряжения 115 кВ и Uквн1,2 =21%, для первичного напряжения 230 кВ

Таблица 3:

Технические данные бетонных реакторов

 

ТИП   1	Хном Ом 2	Ксв О.е. 3	Длительно допустимый ток, А 4
РБ:РБУ:РБГ10-400-0,35	Одинарные 0,35		400
РБ:РБУ:РБГ10-400-0,45	0,45		400
РБ:РБУ,РБГ10-630-0,25	0,25		630
РБ:РБУ:РБГ10-630- 0,4	0,4		630
РБ:РБУ,РБГ10-630- 0,56	0,56		630
РБ:РБУ:РБГ10-1000- 0,14	0,14		1000
РБ:РБУ:РБГ10-1000- 0,22	0,22		1000
РБ:РБУ,РБГ10-1000- 0,28	0,28		1000
РБ:РБУ,РБГ10-1000- 0,35	0,35		1000
РБ:РБУ,РБГ10-1000- 0,45	0,45		1000
РБ:РБУ,РБГ10-1000- 0,56	0,56		1000
РБ:РБУ,РБГ10-1600- 0,14	0,14		1600
РБ:РБУ:РБГ10-1600- 0,2	0,2		1600
РБ:РБУ:РБГ10-1600- 0,35	0,35		1600
РБД,РБДУ10-2500-0,14	0,14		2500
РБД,РБДУ10-2500-0,2	0,2		2500
РБДД10-4000-0,105	0,105		4000
РБС,РБСУ10-2х,630-0,25	Сдвоенные 0,25	0,46	630
РБС,РБСУ10-2х630-0,4	0,4	0,5	630
РБС,РБСУ10-2х630-0,56	0,56	0,53	630
РБС,РБСУ10-2х1000-0,14	0,14	0,49	1000
РБС,РБСУ10-2х1000-0,22	0,22	0,53	1000
РБС,РБСУ10-2х1000-0,28	0,28	0,53	1000
РБСД,РБСДУ10-2х1000-0,35	0,35	0,55	1000
РБСД,РБСДУ10-2х1000-0,45	0,45	0,49	1000
РБСД,РБСДУ10-2х1000-0,56	0,56	0,5	1000
РБС,РБСУ10-2х1600-0,14	0,14	0,56	1600
РБСД,РБСДУ10-2х1600-0,2	0,2	0,51	1600
РБСД,РБСДУ10-2х1600-0,25	0,25	0,52	1600
РБСДГ10-2х1600-0,35	0,35	0,46	1600
РБС ДГ10-2х2500-0,14	0,14	0,52	2500
РБСДГ10-2х2500-0,2	0,2	0,46	2500

 

 

 

 

 

Таьлица 4

Удельное сопротивление кабельных  линий с алюминиевыми жилами, Ом/км

Сечение жилы мм	Активное сопротивление	Индуктивное сопротивление С бумажной изоляцией 6 кВ	Индуктивное сопротивление С бумажной изоляцией 10 кВ	Кабель с резиновой или поливинилхлоридной изоляцией6,10кВ
1	2	3	4	5
10	2,94	0,11	0,122	0,0999
16	1,85	0,102	0,113	0,095
25	1,17	0,091	0,099	0,091
35	0,859	0,087	0,095	0,088
50	0,592	0,033	0,09	0,085
70	0,429	0,08	0,086	0,082
95	0,912	0,078	0,083	0,081
120	0,245	0,076	0,081	0,08
150	0,194	0,074	0,079	0,079
185	0,162	0,073	0,077	0,078
240	0,126	0,071	0,075	0,077

 

В упрощённых расчётах при определении ударного тока к.з. от двигательной нагрузки можно  пользоваться выражением, кА:

Таким образом  в упрощённых расчётах при определении  т.к.з. с учётом двигательной нагрузки необходимо использовать следующие выражения:

-для наибольшего  начального действующего значения  периодической составляющей т.к.з.

-для ударного тока к.з:

В том случае, если возникает необходимость  в определении действующего значения периодической составляющей т.к.з. в произвольный момент времени, необходимо пользоваться методикой, приведённой в / 1 /.