При проектировании систем электроснабжения учитывают не только нормальные, продолжительные режимы работы электроустановок, но и аварийные режимы их. Одним из аварийных режимов является короткое замыкание.
Причинами коротких замыканий могут быть: механические повреждения изоляции – проколы и разрушение кабелей при земляных работах; поломка фарфоровых изоляторов; износ изоляции; увлажнение изоляции; перекрытие между фазами и т.д.
Последствиями коротких замыканий являются резкое увеличение тока в короткозамкнутой цепи и снижение напряжения в отдельных точках системы. Увеличение тока в ветвях электроустановка, примыкающих к месту кз, приводит к значительным механическим воздействиям на токоведущие части и изоляторы, на обмотки электрических машин. Прохождение больших токов вызывает повышенный нагрев токоведущих частей и изоляции, что может привести к пожару в распределительных устройствах, в кабельных сетях и других элементах электроснабжения.
При расчете токов короткого замыкания принимаются следующие допущения:
– трехфазная система симметрична;
– магнитные системы не насыщены;
– отсутствуют качания роторов синхронных машин;
– короткое замыкание считается металлическим.
Для упрощения расчетов для каждой электрической ступени в расчетной схеме указывается вместо ее действительного напряжения среднее номинальное напряжение. Для расчета токов трехфазного короткого замыкания в сетях и установках выше 1 кВ составляется расчетная схема для рассматриваемой системы электроснабжения. Расчет токов короткого замыкания в сетях выше 1 кВ имеет ряд особенностей:
– активные сопротивления элементов системы электроснабжения при определении тока короткого замыкания не учитываются;
– при определении тока КЗ учитывается подпитка от двигателей высокого напряжения.
Для расчетов токов КЗ на основании расчетной схемы составляется схема замещения системы электроснабжения предприятия. Схема замещения представляет собой электрическую схему, соответствующую расчетной схеме, в которой все магнитные связи заменены электрическими и все элементы системы электроснабжения представлены сопротивлениями.
Особенностями расчета токов КЗ в сетях до 1 кВ являются:
– активные сопротивления элементов системы электроснабжения играют существенную роль, и могут даже преобладать над индуктивными, что обуславливает необходимость в их учете при расчете токов КЗ;
– если установка до 1 кВ получает питание через понижающий трансформатор, то периодическую составляющую тока при коротком замыкании на стороне низкого напряжения трансформатора можно считать неизменной по амплитуде;
– расчет токов КЗ в установках до 1 кВ проводится в именованных единицах.
При определении сопротивления цепи КЗ учитываются не только активные и индуктивные сопротивления трансформаторов, кабелей, шин, но и сопротивления электрических аппаратов. При расчете необходимо учитывать переходные активные сопротивления всех контактных соединений, так как реальные величины токов КЗ значительно меньше расчетных, найденных без учета сопротивлений контактных соединений. Сопротивления всех элементов цепи проводятся к напряжению ступени КЗ и выражаются в именованных единицах. Влияние двигателей на величину тока КЗ учитывается в тех случаях, когда они непосредственно подключены к месту короткого замыкания проводом или кабелем длиной до 5 м.
Расчет токов короткого замыкания осуществляем с помощью ЭВМ по данным схемы замещения составленной для цепи «Энергосистема – ЭП №14».
В результате расчетов получаем следующие показатели:
- сверхпереходной ток трехфазного КЗ;
- ударный ток трехфазного КЗ;
- действующее значение периодической составляющей тока трехфазного КЗ;
- начальное значение периодической составляющей тока двухфазного КЗ;
- мощность КЗ в начальный момент;
- ток однофазного КЗ в одной точке.
Пример расчета токов КЗ для отдельно взятой точки
Расчет сопротивлений всех элементов производим в относительных единицах при базисной мощности 
.
Сопротивление системы определится как:
где 
– мощность системы, 
;
– сопротивление системы приведенное к ступени высшего напряжения (10 кВ), сопротивление системы приведенное к ступени 110 кВ, принимается 
.
Приводится сопротивление системы к напряжению системы внешнего электроснабжения (10 кВ).
;
Индуктивное сопротивление кабельной линии:
Предприятие питается от системы двумя кабелями проложенными в траншее.
Результирующее индуктивное сопротивление:
где 
– удельное сопротивление линии, 
;
– длина линии, 
.
Активное сопротивление линии определится как:
где 
– удельное сопротивление линии, 
.
Результирующее сопротивление всей цепи определится по выражению:
Определяется начальное значение периодической составляющей тока трехфазного КЗ
где 
– сверхпереходная ЭДС системы, 
;
– базисный ток.
Определяется значение ударного тока по выражению:
,
где 
– ударный коэффициент;
– постоянная времени, 
(табл. 6–2 [12]). По рис. 6–13 [12] определяется значение ударного коэффициента для 
- 
.
Действующее значение тока КЗ определяется по выражению:
Таблица 1.17. Расчетные данные по расчету токов КЗ до наиболее удаленного электроприемника
| № узла | U, кВ | Элемент участка | Параметры участка |
| 1 | 10,5 | Электрическая система |  ;  ; 
|
| 2 | 10,5 | Кабельная линия ААШв 3х120 мм2 |  ;  ; 
|
| 3 | 10,5 | Кабельная линия участка ГПП-ТП1 AAШВ 3х50 мм2 |  ;  ; 
|
| 4 | 10,5 | ТП1 – 2xТМЗ-400 kVA |  ;  ;
 ; 
|
| 5 | 0,4 | Ошиновка КТП от трансформатора до сборных шин ячеек 0,4 кB А-60x6 |  ;  ;  ;  ; 
|
| 6 | 0,4 | Вводной автомат
АВМ10, 
|  ; 
|
| 7 | 0,4 | Tрансформатор тока TНШ – 0,66 1000/5 |  ; 
|
| 8 | 0,4 | Участок сборных шин в пределах вводной ячейки А-30x4 |  ;  ;  ;  ; 
|
| 9 | 0,4 | Линейный выключатель
АВМ-4С, 
|  ; 
|
| 10 | 0,4 | Трансформатор тока ТНШ – 0,66 300/5 |  ; 
|
| 11 | 0,4 | Кабель 2×АВВГ 3х95+1х70мм2 |  ;  ;  ;  ; 
|
| 12 | 0,4 | Шинопровод распределительный типа ШРА73УЗ |  ;  ;  ;  ; 
|
1.10 Выбор аппаратуры и токоведущих частей
Аппараты и проводники РУ всех напряжений подстанций выбираются по условиям продолжительного режима работы и проверяются по режиму короткого замыкания.
Расчётными токами продолжительного режима являются:
- наибольший ток нормального режима;
– наибольший ток ремонтного или после аварийного (форсированного) режима.
Выбор выключателей 10 кВ
Выключатели высокого напряжения служат для коммутации электрических цепей во всех эксплуатационных режимах: включение и отключение токов нагрузки, токов намагничивания трансформаторов и зарядных токов линий и шин, отключения токов кз, а также при изменениях схем электрических установок.
Выбор выключателей производится по:
– напряжению 
;
– длительному току 
;
– отключающей способности
,
где 
– нормированное значение содержания апериодической составляющей в отключаемом токе, %.
Проверка выключателей на электродинамическую стойкость производится по условию:
,
где 
– наибольший пик (ток электродинамической стойкости) по каталогу;
– действующее значение периодической составляющей предельно сквозного тока КЗ.
Проверка выключателей на термическую стойкость проводится по условию:
,
где 
– тепловой импульс тока кз по расчету;
– среднеквадратичное значение за время его протекания (ток термической стойкости);
– длительность протекания тока термической стойкости, определяется по каталогу.
– время октлючения, 
.
Принимается к установке выключатели ВМПЭ-10–630–1600–31,5. Расчетные и каталожные данные представлены в табл. 5.5. Распределительное устройство 10 кВ компонуется комплектными распределительными ячейками КРУ типа К-XXVI. Основные технические данные приведены в табл. 1.20.
Таблица 1.20. Основные технические данные КРУ внутренней установки 10 кВ
| Параметры | К – XXVI |
| Номинальное напряжение, кВ | 10 |
| Номинальный ток, А сборных шин шкафов | 1000 630 |
| Номинальный ток отключения, кА | 31,5 |
| Электродинамическая стойкость, кА | 80 |
| Тип выключателя | ВМПЭ-10–630–1600–31,5 |
| Тип привода к выключателю | встроенный ПЭВ-11А |
| Габариты шкафа, мм ширина глубина высота | 900 1700 2400 |
Определение токов КЗ для расчетного времени размыкания дугогасительных контактов выключателя:
где 
- собственное время отключения выключателя, 
(табл. 31.1 [2]).
Точка короткого замыкания находится на большой электрической удаленности от шин системы, следовательно значение периодической составляющей тока КЗ от энергосистемы при трехфазном коротком замыкании для любого момента времени можно считать постоянным и равным:
где 
- действующее значение периодической составляющей тока трехфазного КЗ в начальный момент времени, 
(табл. 1.20).
.
Апериодическая составляющая тока КЗ:
где - постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ, 
(табл. 3.8 (16).
Таблица 1.21. Расчетные и каталожные данные
| Расчетные данные | Каталожные данные |
| Выключатель ВМПЭ-10–630–315Т3 | |
| 
|
| 
|
| 
|
| 
|
| 
|
| 
|
Выбор трансформатора тока 10 кВ
Выбор трансформаторов тока осуществляется по следующим параметрам:
по напряжению: 
по току: 
;
по конструкции и классу точности;
по электродинамической стойкости:
; 
,
где кэд – кратность электродинамической стойкости;
I 1ном – номинальный первичный ток трансформатора тока;
i дин – ток электродинамической стойкости;
по термической стойкости:
; 
,
где кТ – кратность термической стойкости;
по вторичной нагрузке:
,
где z 2 – вторичная нагрузка трансформатора тока;
– номинальная допустимая нагрузка трансформатора тока в выбранном классе точности.
Расчетные параметры:
Максимальный ток питающей кабельной линии – 
;
Ударный ток – 
;
Тепловой импульс – 
По табл. 31.9 [2] выбирается трансформатор тока ТПК-10. Технические характеристики: 
; 
; класс точности – 0,5; номинальная нагрузка в классе точности 0,5 – 10 В·А; 
; 
; 
.
Проверка на электродинамическую стойкость:
Проверка на термическую стойкость:
Проверка по вторичной нагрузке:
Для проверки трансформатора тока по вторичной нагрузке, пользуясь схемой включения и каталожными данными приборов, определяется нагрузка по фазам для наиболее загруженного трансформатора тока. Перечень приборов установленных во вторичной обмотке трансформатора тока приведен в табл. 1.22.
Таблица 1.22. Вторичная нагрузка трансформатора тока ТПК-10
| Прибор | Тип | Нагрузка фазы, ВА | ||
| А | В | С | ||
| Амперметр | Э-335 | 0,5 | - | 0,5 |
| Счётчик активной энергии | СА3-И681 | 2,5 | - | 2,5 |
| Счётчик реактивной энергии | СР4-И676 | 2,5 | - | 2,5 |
| Ваттметр | Д-345 | 0,5 | - | 0,5 |
| Варметр | Д-345 | 0,5 | - | 0,5 |
| Итого | 6,5 | - | 6,5 | |
Из таблицы 1.22 видно, что наиболее загружены трансформаторы тока фазы А и С.
Общее сопротивление приборов определяется
где 
- суммарная полная мощность приборов установленных во вторичной обмотке трансформатора тока, 
, (табл. 1.22).
Допустимое сопротивление проводов:
где 
- сопротивление контактов, 
(с. 374 [16]);
Сопротивление соединительных проводов зависит от их длины и сечения
Зная r пр можно определить сечение соединительных проводов:
,
где ρ – удельное сопротивление материала провода, во вторичной цепи принимаются провода с алюминиевыми жилами (ρ = 0,0283 Ом·мм2/м);
l расч – расчётная длина, зависящая от схемы соединения трансформатора тока, для схемы соединения в неполную звезду:
где 
- длина соединительных проводов от трансформатора тока до приборов, принимается 
(стр. 375 [16]).
Принимается контрольный провод АКРВГ с алюминиевыми жилами сечением 6 мм2.
Общее сопротивление вторичной нагрузки:
Условие работы трансформатора тока в заданном классе точности:
Условие выполняется, таким образом, трансформатор тока будет работать в заданном классе точности.
Таблица 1.23. Выбор трансформатора тока
| Расчётные данные | Каталожные данные | Условие выбора |
| Трансформатор тока ТПК-10 | ||
| U уст = 10 кВ | U ном = 10 кВ | U уст  U ном
|
| Imax = 95 А | I ном = 100 А | Imax I ном
|
| 
| 
|
| iy = 10,54 кА | i дин = 73,5 кА | iy i дин
|
| z2 = 0,39 Ом | 
| 
|
Выбор трансформатора напряжения СШ-10 кВ
На стороне 10 кВ по табл. 31.13 [2] выбирается трансформатор напряжения НТМИ-10–66УЗ. Технические характеристики: 
номинальная мощность в классе точности 0,5 – 
. Перечень приборов подключенных во вторичную цепь трансформатора напряжения приведен в табл. 1.24.
Таблица 1.24. Вторичная нагрузка трансформатора напряжения НТМИ-10–66УЗ
| Прибор | Тип | Нагрузка фазы, ВА. |
| Вольтметр | Э – 335 | 2 |
| Ваттметр | Д-345 | 2 |
| Варметр | Д-345 | 2 |
| Счетчик активной мощности | СА3 – И681 | 24 |
| Счетчик реактивной мощности | СР4У – И689 | 24 |
| Итого: | 54 |
Вторичная нагрузка трансформатора напряжения первой секции
Трансформатор напряжения будет работать в выбранном классе точности 0,5, так как выполняется условие:
Выбор трансформатора напряжения для второй секции производится аналогично.
Для соединения трансформатора напряжения с приборами принимается контрольный кабель АКРВГ с сечением жил 2,5 мм2 по условию механической прочности.
Для защиты трансформатора напряжения от токов перегрузки и токов КЗ выбирается предохранитель типа ПКН001–10У3.
Дата: 2019-12-22, просмотров: 296.
