Расчет токов короткого замыкания распределительных сетей

Для расчетов токов КЗ составим схему замещения (рисунок 11.5).

Полная мощность SСсистемы MB ×А:

SС= Ö3 × ХС*× I КЗ Ш × Ub ,

где ХС* = 0,5 -относительное сопротивление системы;

IКЗ Ш= 12 = I¥= IСП- ток короткого замыкания заданный (допустимый) для шин распределительной подстанции кА;

Ub= 10,5 — базисное напряжение системы кВ;

SС= Ö3 × ХС*× I КЗ I Ш × Ub =Ö3 ×0,5 ×12 × 10,5 = 109. MBA

Номинальный ток системы напряжением 10,5 кВ:

I НОМ = SС / (Ö3 × Ub);

Подставляем значения:

I НОМ = SС / (Ö3 × Ub) = 109/ ( 1,732 ×10,5 ) = 6. кА

       
  Расчет токов короткого замыкания распределительных сетей - student2.ru   Расчет токов короткого замыкания распределительных сетей - student2.ru


А SС В

ХС

ХС .

РУ 10 кВ

ААШв (3´150) ХК Л

L = 0,14 КЗ 1

КЗ 1

T ХТ RТ

W1 XW1 RW1

Э25

FQ1 XQF1 RFQ1

КЗ 2 КЗ 2

Рисyнок 11.5 - Расчетная схема (A) и схема замещения (B) к расчету токов короткого замыкания

Приводим все сопротивления к базисной мощности:

Сопротивление кабельной линии РП — ТП1. Активное сопротив­ление 1 км кабельной линии r0 [Ом / км] определяем по формуле:

r0 = 1000 / (s × s );

где s — удельная проводимость проводов, принимаемая для алюминиевых проводов равной 32 м/(Ом • мм2);

s— сечение проводов одной фазы (150 мм2);

Выполняем вычисления:

r0 = 1000 / s × s = 1000 / (32 × 150) = 02. [Ом / км]

Активное сопротивление rК Л кабельной линии [Ом] :

rК Л = r0 × L × Sb / (UНОМ )2 ;

Производим вычисление активного сопротивления rК Л кабельной линии:

rК Л = r0 × L × Sb / (UНОМ )2 = 0,2 • 0,14 • 109 / 102 = 0,03. Ом

Реактивное сопротивление хК Л кабельной линии [Ом] :

хК Л = х0 × L × Sb / (UНОМ )2 ;

где х0 = 0,074 — активное сопротивление 1 км кабельной линии, [Ом/км] .

Подставляем значения:

хК Л = х0 × L × Sb / (UНОМ )2 = 0,074 • 0,14 • 109 / 102 =0,01 Ом;

Реактивное сопротивление трансформатора ХТ* в относительных единицах. При номинальной мощности трансформаторов SНОМ ³ 630 кВА:

ХТ* = UKЗ* × Sb / SТ НОМ ;

где UKЗ* = UKЗ % /100 % = (5,5 / 100) = 0,055 - напряжение короткого замыкания трансформатора в относительных единицах;

находим реактивное сопротивление трансформатора:

ХТ* = UKЗ* × Sb / SТ НОМ = 0,055× 109/ 630 = 0,01.

Величину переходного сопротивления контактов автомата RW1 и шина – кабель RПК не учи­тываем, так как они относительно малы.

1. Определяем ток короткого замыкания в точке КЗ 1.

Реактивное сопротивление системы и линии ХS:

ХS = ХС + ХК Л =0,5 + 0,01 = 0,51. Ом

Активное сопротивление при расчете не учитывается, так как вы­полняется соотношение: rК Л = rS << ( хК Л / 3 ); 0,03 << 0,51 / 3.

Находим ток трехфазного короткого замыкания в точке КЗ 1:

I КЗ 1 = Ub / Ö3 ×ХS= [10,5 / (1,73 × 0,51)] = П.8. кА

Определяем ударный ток короткого замыкания в точке линии КЗ 1:

I У 1 = I КЗ 1 Ö[1 + 2(k У -1)2] ; ( I УД 1 = I КЗ 1 k У Ö2 );

где k У - ударный коэффициент, принимаемый равным 1,8 для цепей, рассчи­тываемых без учета активных сопротивлений: цепи

I У 1 = I КЗ 1Ö[1 + 2(k У -1)2] = 11,8Ö1 + 2(1,8 -1)2 = 17,8 ; кА

I УД 1=I КЗ 1 k У Ö2 = 11,8 × 1,8 × 1,4 = 29,7. кА

2. Ток короткого замыкания в точке КЗ 2. Суммарное сопро­тивление цепи:

ХS 2= ХS 1 + Х Т = 0,51 + 0,006 = 0,516. Ом

Активное сопротивление из – за его малости при расчете не учитывается. Ток короткого замыкания в точке КЗ 2:

I КЗ 1 = Ub /Ö3 ×ХS= [10,5 / (1,73 × 0,516)] = П.7. кА

Ударный ток короткого замыкания за трансформатором::

I У 1 = I КЗ 1Ö[1 + 2(k У -1)2] = 11,7 Ö1 + 2(1,8 -1)2 = 17,5 . кА

Выбор электрооборудования

Выбран­ные сечения кабельных линий должны защищаться плавкими предохранителями или автоматическими воздушными выключателями (автоматами). Электрооборудование должно : соответствовать условиям окружающей среды; иметь номинальные параметры, удовлетворяющие условиям работы в нормальном режиме и при коротких замыканиях; отвечать технико-экономическим требованиям .

Выключатели. Проверяем высоковольтные выключатели ВМП-10-630-20К. Расчетные параметры, номинальные данные выключателей, условия выбора и проверки выключателей даны в таблице 11.8.

Расчетный ток термической стойкости определяем по формуле:

IРt= I¥Ö tП / tНt ;

где tНt— время, к которому отнесен номинальный ток термической стойкости IНtвыкл.чателей, принимаемое равным 10 [ с ];

tП = ( tП П + tП А ) - приведенное время короткого замыкания, [ с ], соответствующее полному току короткого замыкания;

tП П , tП А - приведенное время для периодической и апериодической слагаю­щих тока короткого замыкания соответственно.

Таблица 11.8 – Параметры высоковольтных выключателей ВМП-10-630-20К

Проверяемая величина Расчетные параметры Номинальные параметры Расчетная формула Проверки
Номинальное напряжение кВ UНОМ УСТ = 10 UНОМ = 10 UНОМ ³ UНОМ УСТ
Номинальный ток А IМАХ Р = 576 IНОМ = 630 IНОМ ³ IМАХ Р
Номинальный ток откл кА IР ОТКЛ = 12 IНОМ ОТКЛ =20 IНОМ ОТКЛ ³ IР ОТКЛ
Ном. мощность. откл МВА SР ОТКЛ = 208 - -
Допуст ударн ток кА IУДАРН Д = 36,4 IНОМ ДИН = 64 IНОМ ДИН ³ IУДАРН Д
Допуст ударн ток КЗ кА IУДАРН = 18,1 IУД ДОП = 18,1 IУД ДОП ³ IУДАРН
Ток терм стойкости кА IРt tП = 4,2 ItНt = 20 ItНt³ IРt tП

Учитывая время срабатывания защиты, принимаем действительное время tД отключения короткого замыкания, равным 1,5 с и по расчетным кривым при tД = 1,5 с и bСП = IСП / I¥ = 1 находим tП П= 1,2.

где IСП и I¥ - сверхпереходный и установившийся токи КЗ.

Величину tП А определяем по формуле;

tП А = (bСП )2 × 0,05 = 0,05. [ с ]

Следовательно, находим tП :

tП = ( tП П + tП А )= 1,2 + 0,05 = 1,25. [ с ]

Находим расчетный ток термической стойкости:

IРt = I¥Ö tП/ tНt= 12Ö 1,25/ 10 = 4,2. [ кА ]

Выключатель удовлетворяет требованиям сетевой нагрузки. К выключателю нагрузки выбираем привод ПЭ-11.

Аналогично проверяем остальные выключатели.

Трансформаторы тока. Выбор трансформаторов тока (ТТ) состоит в выборе типа, в соответствии с расчетной нагрузкой, проверки на термическую и динамическую стойкость. Тип ТТ опреде­ляется номинальным напряжением установки UbНОМ УСТ, расчетным ра­бочим током присоединения IМАХ Р ,требованиями в отношении точ­ности измерения и родом установки. Принимаем к установке шинные проходные ТТ с литой синтетической изоляцией типа ТПШЛ-10 с ис­полнением сердечника в классе 0,5Д (0,5 — для подключения измери­тельных приборов; Д — для релейной защиты) для внутренней установ­ки. Трансформаторы тока предназначены для присоединения реле тока, амперметра, ваттметра, счетчиков активной и реактивной энергии. Схема подключения токовых обмоток измерительных приборов к ТТ, соединенных по схеме неполной звезды, приведена на рисунке 11.6.

Расчетное полное сопротивление нагрузки Z2 обмотки трансформатора тока:

Z2 = SZПР + RСПР + ZК ;

где SZПР - сумма сопротивлений последовательно включенных обмоток измерительных при­боров;

RСПР - сопротивление соединительных проводов;

ZK @ 0,1 [ Ом ] - суммарное со­противление контактов.

. А В С А Р Рh РQ Расчет токов короткого замыкания распределительных сетей - student2.ru ТА1А   ТА1С     ТА2С К релейной защите   ТА2А Рисунок 11.6 - Фрагмент схемы подключения токовых обмоток измерительных приборов к трансформаторам тока  

Пренебрегая сопротивлением обмотки счетчика реактивной элек­троэнергии, включенной в обратный провод, получаем распределение нагрузки между ТТ, приведенное в таблице 11.9.

Таблица 11.9 - Распределение нагрузки между трансформаторами тока

  Прибор Нагрузка ТТ от измерительных приборов, Ом
Фаза А Фаза С
Амперметр Э140 Ваттметр Д585 Счетчик активной энергии ИТ Счетчик реактивной энергии ИТР Итого: 0,069 0,056 0,021 0,011 0,157   0,056 0,021 0,011 0,088

Согласно таблице наи­большую нагрузку несет трансформатор тока фазы А ТА1А.

Номинальное значение сопротивления нагрузки вторичной обмотки ТТ типа ТПШЛ-10, класса точности 0,5 равна 0,8 Ом. Исходя из допустимой величи­ны полного сопротивления нагрузки Z2НОМ вторичной обмотки ТТ определяем необходимое расчетное сечение соединительных проводов:

SПР = LРАСЧ × r / RСПР = 1,73× 3 × 0,0175 / 0,543 = 0,167, мм2

где LРАСЧ = LÖ 3 при схеме соединения ТТ в неполную звезду;

L — расстояние от ТТ до места установки приборов, принимаемое равным 3 м при установке их в ячейке выключателя;

р = 0,0175 [ Ом × мм2/м ] — удельное сопро­тивление медного провода.

Тогда расчетное полное сопротивление нагрузки Z2 вторичной обмотки трансформатора тока:

Z2 = SZПР + RС ПР + ZК = 0,8 + 0,157 + 0,1 = 0,543. Ом

Выбираем SПР = 2,5 мм2, минимально допустимое по условиям ме­ханической прочности. Сопротивление соединительных проводов:

RСПР РАСЧ = LРАСЧ ×r / SПР = 1,73 × 3 × 0,0175 / 2,5 = 0,036 Ом.

Расчетная полное сопротивление нагрузки вторичной обмотки ТТ:

Z= SZПР + RР С ПР + ZК = 0,157 + 0,036 + 0,1 = 0,293 Ом.

Условия выбора, расчетные данные и номинальные параметры ТТ приведены в таблице 11.10.

Таблица 11.10 – Параметры трансформаторов тока ТПШЛ-10(Т) – 2000 / 5

Проверяемая величина Расчетные Параметры Номинальные параметры Расчетная формула Проверки
Номинальное напряжение кВ UНОМ УСТ = 10 UНОМ = 10 UНОМ ³ UНОМ УСТ
Номинальный ток А IМАХ Р = 576 I1НОМ = 2000 I1НОМ ³ IМАХ Р
Мах расч. вторичн. ток А IМАХ 2Р = 1,44 I 2 НОМ = 5 I 2 НОМ ³ IМАХ 2Р
Класс точности 0,5 / Р 0,5 / Р По ПУЭ
Ном сопротивление нагрузки вторичной обмотки Ом. Z= 0,293 Z2НОМ = 0,8 Z2НОМ ³ Z
Кратность тока динамической стойкости КДИН   (IУД/IНОМ1Ö2) = =(29,7/1,4×29,7) = 10,6 КДИН Н ³ 1 КДИН ³ КДИН Н
Кратность односекундного тока термической стойкости КТЕРМ 1С (I¥ÖtП/I1НОМ) = =(12Ö 1,25/ 2) = 6,7 КТЕРМ 1СН = 70 КТЕРМ 1СН ³ КТЕРМ 1С

Трансформаторы тока удовлетворяют требованиям сетевой нагрузки.

Трансформаторы напряжения. Трансформаторы напряжения (ТН) выбираются по: номинальному напряжению и классу точности при дан­ной вторичной нагрузке. Суммарная мощность, потребляемая измерительными приборами, присоединенными к ТН, приведена в таблице 11.12.

Таблица 11.12 - Суммарная мощность, потребляемая измерительными приборами, присоединенными к ТН

  Прибор   Тип Мощность, потребляемая катуш­кой, В×А Число при­боров   cosj Потребляемая Мощность
  Вт ВАр В-А
Вольтметр Э762
Ваттметр Д772 __
Частотомер Д762
Счетчик актив­ной энергии САЗУ 1,75 0,38 2,66 6,5
Счетчик ре­активн. Энергии СРЗУ 1,75 0,38 0,66 1,62
Итого:     57,32 8,12

Устанавливаем трехфазный пятистержневой трансформа­тор напряжения типа НТМИ-10, класса точности 0,5, обеспечивающий необходимую мощность, потребляемую измерительными приборами.

Трансформатор напряжения присоединяем к шинам РП через плав­кие предохранители типа ПКТ-10.

Условия выбора, расчетные данные и номинальные параметры ТН приведены в таблице 11.13.

Таблица 11.13 – Параметры трансформатора напряжения НТМИ-10-66 У3

Проверяемая величина Расчетные Параметры Номинальные параметры Расчетная формула Проверки
Номинальное напряжение кВ UНОМ УСТ = 10 UНОМ = 10 UНОМ ³ UНОМ УСТ
Номинальная мощность вторичной обмотки ВА S = 58 S 2НОМ = 120 S 2НОМ ³ S
Класс точности 0,5 0,5 По ПУЭ

Трансформатор напряжения удовлетворяет требованиям сетевой нагрузки.

Шины распределительной подстанции. Выбор и проверку шин РП выполняем по максимально­му рабочему току IМАХ Р , термической стойкости SТСТ , допустимому напряжению в шине [ sД ] на изгиб с учетом возможности появления механического резонанса.

Длительно допустимый ток IДОП для шин определяем из выражения:

IДОП = k1 × k2 × k3 × IДОП ­;

где IДОП ­- длительно допустимый ток для одной полосы при температуре шины 70 'С, температуре воздуха 25 °С и расположении шин вертикально;

k1 = 0,95 - по­правочный коэффициент для горизонтальных шин ;

k2 =1- коэффициент для многополосных шин;

k3 =1 -поправочный коэффициент при температуре воздуха, отличаю­щейся от 25 °С.

Выбираем окрашенные однополосные шины (алюминиевые, пря­моугольного сечения) сечением SШ = 50 ´5 = 250 [ мм2 ], расположенные горизонтально, с длительно допустимым током IДОП ­= 665 [ А ],

Находим длительно допустимый ток IДОП шин РП:

IДОП = k1 × k2 × k3 × IДОП ­= 0,95 × 1 × 1 × 665 = 632. [ А ]

Минимальное допустимое сечение шин по термической стойкости к токам короткого замыкания определяем по формуле:

SШ ТСТ МИН = a ×Ö tП × I ¥ ,

где a(Аl) = 11- термический коэффициент устойчивости шин из алюминия;

Находим допустимое сечение шин по термической стойкости

SШ ТСТ МИН =a×ÖtП × I ¥ =11 ×Ö1,25×12 =148. [ мм2 ]

Расчетное напряжение в шине на изгиб определяем по формуле:

s РАСЧ = F × L2 / 10W,

где F = 0,176 ×I 2УД / a = 0,176 ×29,72/ 25 = 6,23 сила взаимодействия между шинами разных фаз, [ Н ];

L = 90 - расстояние между опорными изоляторами, [ см ];

W = ( b×h 2/ 6 ) = 0,5×52 / 6 = 2,1 [см3] - момент со­противления сечения;

bи h- ширина и высота шины, [ см ].

а - расстояние между осями фазных шин, принимаемое равным 250 мм; IУД - ударный ток короткого замыкания.

Тогда, расчетное напряжение s РАСЧ в шинах на изгиб:

s РАСЧ = F × L2 / 10W = 6,23 × 902/( 10 ×2,1) = 2403 [ Н/см2 ] =

= 24 [ Н/мм2 ] < [ sД ] = 70 [Н/мм2]

Для более полной оценки принятого сечения шин и их располо­жения учитываем дополнительную механическую нагрузку, появляю­щуюся в результате возникновения резонанса в ошиновке при опреде­ленных размерах ее выполнения. Появление механического резонанса может привести к значи­тельному превышению напряжения на шинах сверх допустимого, в результате чего при коротком замыкании может произойти разрушение шин и изо­ляторов. Расчетная частота собственных колебаний алюминиевых шин:

fC РАСЧ = 5,02 ×105 × b / L2= 5,02 ×105 ×0,5 / 902 = 31, [ Гц ]

где b =0,5 - сторона поперечного сечения шины, параллельная направлению ко­лебаний, [ см ].

Частота собственных колебаний fC РАСЧ = 31 [ Гц ] < fCЕТИ = 50 [ Гц ] отличается от критических частот: 50 [ Гц ] (частоты сети) и 150 [ Гц ] (третьей гармоники) и, следовательно, собственные колебания не влияют на механические напряжения в шинах.

Шинные изоляторы. Устанавливаем шины на изоляторах ОФ–10–375.

Наибольшая расчетная нагрузка на опорный изолятор составляет:

F РАСЧ = 0,176 ×I 2УД × L / a = 0,176 ×29,72 ×90/ 25 = 559 . [ Н ]

Допустимая нагрузка F ДОП на головку изолятора составляет 60% разрушающего изолятор усилия F РАЗР = 3750 [ Н ] :

F ДОП = 0,6 F РАЗР = 0,6 ×3750 = 2250 [ Н ] > F = 6,23 [ Н ];

РАСЧ = 0,176 ×I 2УД × L / a = 0,176 ×29,72 ×90/ 25 = 559 . [ Н ]

Допустимая нагрузка F ДОП на головку изолятора значительно превышает силу взаимодействия между шинами разных фаз F , воздействующую на изоляторы.

Наши рекомендации