Расчет тока кз в сетях напряжением свыше 1000 в

Общие сведения Расчетный ток короткого замыкания (КЗ) определяется исходя из условия повреждения в таких точках рассматриваемой системы электро­снабжения, в которых при КЗ аппараты и проводники находятся в наибо­лее тяжелых условиях – при этом релейная защита должна обеспечивать надежное и селективное отключение при минимальных токах КЗ. Ос­новным расчетным видом является симметричное трехфазное КЗ.

Для ограничения тока КЗ в системах электроснабжения применяет­ся: раздельная работа линий, раздельная работа трансформаторов и сек­ционирование сборных шин на всех ступенях электроснабжения.

При расчетах токов КЗ не считаются с кратковременными видоиз­менениями схемы, такими, как включение резервного трансформатора на параллельную работу (на двухтрансформаторных подстанциях). При расчете токов КЗ на подстанциях с двумя секциями шин должен учиты­ваться режим работы обеих секций от одного трансформатора или ввода с учетом подпитки места КЗ от всех двигателей, подключенных к обеим секциям шин.

Для упрощения вычислений активными сопротивлениями провод­ников, электрических машин, трансформаторов и других элементов пре­небрегают – учитываются только индуктивные сопротивления.

Рекомендуется токи КЗ в карьерных сетях рассчитывать в системе относительных базисных величин. Мощность электрической системы допускается принимать равной бесконечности. Для определения сопро­тивления системы необходимо иметь данные о токах и мощности КЗ или отключающую способность электрических аппаратов на вводах под­станций.

Токи КЗ, поступающие к расчетной точке КЗ от крупных синхрон­ных и асинхронных электродвигателей рекомендуется определять в со­ответствии с [11] с использованием типовых кривых затухания периоди­ческих составляющих токов короткого замыкания для асинхронных и синхронных двигателей (рис. 7.1− 7.2)

Современные быстродействующие электрические защиты и аппара­ты способны отключать токи КЗ через 0,05 и 0,1 с. – поэтому токи КЗ рекомендуется определять для моментов времени 0; 0,05; 0,1; 0,2; ∞ с.

Рис. 7.1.Типовые кривые для асинхронных электродвигателей

Рис. 7.2. Типовые кривые для синхронных электродвигателей

Для получения расчетной схемы замещения все элементы схемы электроснабжения замещают соответствующими сопротивлениями, вы­раженными в относительных базисных единицах (табл.7.1): базисная мощность принимается равной мощности основного источника питания или равной 100, 1000 МВА; базисное напряжение для каждой ступени принимается на 5% выше номинального линейного напряжения сети. На схеме замещения сопротивления элементов схемы нумеруются в виде дроби: в числителе номера элементов схемы замещения; в знаменателе числовые значения приведенных индуктивных сопротивлений в относи­тельных базисных величинах.

Таблица 7.1

Определение сопротивлений элементов электроснабжения в базисных единицах

Элемент системы электроснабжения	Исходный параметр	Сопротивление элемента, отн. ед
Генератор	x”d*н SН.Г, МВА
Энергосистема	SК, МВА IН.ОТК, кА x*Н.С, SН.С
Трансформатор двухобмоточный	UК, % SН.Т, МВА
Автотрансформа- тор и трехобмо- точный трансформатор (схема замещения - звезда)	UК,В-С, % UК,В-Н, % UК.С-Н, % SН.Т, МВА
Трансформатор с расщепленной обмоткой низшего напряжения	UК.В-Н, % SН.Т, МВА
Элемент системы электроснабжения	Исходный параметр	Сопротивление элемента, отн. ед
Реактор	xP, %; UН.Р,кВ; IН.Р, кА; xP, Ом
ЛЭП	xУД, Ом/км, l, км
Синхронные и асинхронные электродвигатели	SН.Д, МВА	, где = 0,2

При упрощенных расчетах целесообразен следующий порядок вычислений: составляется однолинейная расчетная схема с указанием всех элементов сети и их номинальных характеристик, используемых при вычислении токов КЗ; на расчетной схеме выбираются расчетные точки КЗ; принимаются базисные условия (мощность S_б и напряжение U_б) и по ним вычисляется базисный ток I_б; приводятся сопротивления всех элементов схемы, выраженные в относительных единицах, к базис­ной мощности (табл. 6.1); составляется упрощенная схема замещения; определяется результирующее, отнесенное к базисной мощности сопротивление до точки КЗ ; определяется ток короткого за­мыкания от электрической системы; определяются результирующие от­носительные базисные сопротивления от каждого двигателя до расчет­ных точек КЗ; определяются относительные начальные значения перио­дических составляющих токов КЗ и относительные номинальные на­чальные значения периодических составляющих токов КЗ от каждого из двигателей, для всех расчетных точек; определяются коэффициенты за­тухания периодических составляющих токов КЗ от каждого из двигате­лей до каждой точки КЗ по типовым кривым для асинхронных и синхронных двигателей; определяются периодические составляющие токов КЗ от двигателей для расчетных моментов времени; определяются удар­ные токи и мощности КЗ.

Порядок расчета

Составляется расчетная схема и схема замещения.

Расчеты токов КЗ рекомендуется сводить в табл. П.5.1. В столбцы таблицы вписываются следующие величины:

1 – номер точки КЗ – K1, K2,...KN;

2 – приводится наименование места КЗ;

3 – режим работы энергосистемы мах или min (соответственно для мак­симального или минимального тока КЗ от энергосистемы);

4 – номи­нальное напряжение электрической сети в рассматриваемой точке КЗ;

5 – базисный ток определяемый по формуле ;

6 – результирующие относительные базисные реактивные сопротивления соответственно от электрической системы до точек КЗ и от двигателей до точек КЗ

x_*рез(б)= x_*1(б) +x_*2(б)+x_*3(б)+x_*n(б);

7 – наименования источников питания точек КЗ (система, электродвига­тели);

8 – мощность системы или двигателей , питающих точку КЗ, МВА;

9 – сверхпереходная ЭДС : для синхронных двигателей 1,074; для асинхронных двигателей 0,93; для электрической системы в упрощен­ных расчетах не указывается;

10 – относительное начальное значение периодической составляющей тока

КЗ ;

11 – относительное номинальное начальное значение периодической составляющей тока КЗ

;

12, 13, 14, 15 – коэффициенты затухания периодической составляющей тока КЗ ; ; ; соответственно для моментов вре­мени 0; 0,05; 0,1; 0,2 с. по кривым (рисунок 7.1− 7.2);

16, 17, 18, 19, 20, 21 – периодические составляющие тока КЗ от электри­ческой системы и от двигателей:

– ток КЗ от электрической системы

, кА;

– токи КЗ от двигателей:

, кА;

, кА;

, кА;

, кА;

, кА; – для синхронных двигателей принимается , а для асинхронных двигателей принимается равным нулю.

, кА– ударный ток от всех источников подпитки точки КЗ

22 – мощность короткого замыкания в период времени : , МВА.

Пример 8. Определить токи короткого замыкания в расчетных точках для схемы распределения электроэнергии рис. 7.3.

Рис.7.3. Схема распределения для расчета токов КЗ

Токи трехфазного КЗ на стороне 35 кВ в точке К1 КТП-4000/35/6 составляют:

кА; кА.

Решение.Расчет выполняем в системе относительных базисных величин. Составляем схему замещения рис.7.4.

Рис.7.4. Схема замещения электрической сети

для расчета токов КЗ

1. Принимаем базисную мощность МВА.

2. Определяем максимальную и минимальную мощность короткого замыкания на стороне 35 кВ КТП – 4000/35/6:

, МВА;

, МВА,

где U_c = 1,05 U_н = 1,05×35 = 36,75 кВ – среднее напряжение.

3. Относительные базисные сопротивления системы (на схеме замещения рис. 6 – элемент № 1)

, о. е.;

, о. е.

4. Относительное базисное сопротивление трансформатора ТМН-4000/35/6 (на схеме замещения элемент № 2)

, о. е.,

где - напряжение короткого замыкания трансформатора по справочной литературе S_{ном, тр} = 4,0 МВА – номинальная мощность трансформатора.

5. Базисный ток в сети 6 кВ карьера

, кА

где кВ.

6. Результирующее относительное базисное сопротивление от системы до точки К2

, о.е.;

, о. е.

7. Ток КЗ в точке К2 от электрической системы в любой момент времени

кА;

кА.

8. Относительное базисное сопротивление участка № 1 воздушной (ВЛ) линий

, о.е.

где Ом/км – удельное индуктивное одного километра воздушной линии электропередачи, принимаемое в упрощенных расчетах одинаковым для любых сечений проводников; для кабельных линий Ом/км.

В табл. 7.2 приводятся относительные базисные сопротивления для всех участков линий расчетной схемы.

Таблица 7.2

	Сопротивления участков линий
Номер участка сети	Номер элемента на схеме замещения	Длина ВЛ или КЛ, км	худ, Ом/км	Sб, МВА	Uб, кВ
1 ВЛ		0,7	0,4		6,3	0,705
11 - 12 ВЛ		0,8	0,4		6,3	0,806
12 ВЛ		0,2	0,4		6,3	0,202
12 КЛ		0,25	0,08		6,3	0,0504
13 ВЛ		0,3	0,4		6,3	0,302
13 КЛ		0,25	0,08		6,3	0,0504

9. Относительное базисное сопротивление асинхронного двигателя № 1

, о.е.,

где - сверхпереходное индуктивное сопротивление двигателя, которое в упрощенных расчетах можно принимать для всех двигателей одинаковым равным 0,2 о.е.;

МВА,

где - номинальная мощность электродвигателя кВт; - номинальный коэффициент мощности электродвигателя.

В табл. 7.3 приводятся относительные базисные сопротивления всех сетевых высоковольтных электродвигателей экскаваторов

Таблица 7.3

Относительные базисные сопротивления электродвигателей
Механизм, в котором стоит двигатель	Номер элемента на схеме замещения	Х"d	Pн, кВт	cosjн	Sн, МВА	Sб, МВА	о.е.
№ 1 ЭКГ-5А		0,2		0,9	0,278		71,942

10. Результирующее базисное относительное сопротивление от двигателя экскаватора № 1 до точки КЗ К2 по схеме замещения

, о. е.

11. Относительное начальное значение периодической составляющей тока КЗ 1 в точке К2 от электродвигателя экскаватора № 1

, о. е.

12. Относительное номинальное начальное значение периодической составляющей тока КЗ от электродвигателя экскаватора № 1

, о. е.

13. Коэффициенты затухания периодической составляющей тока КЗ для моментов времени 0; 0,05; 0,1; 0,2 с. по кривым рис. 4 и рис. 5:

; ; .

14. Периодические составляющие тока КЗ от от двигателя для моментов времени 0; 0,05; 0,1; 0,2 с

, кА;

, кА

, кА

, кА

= 0, кА при времени t = ¥ ток от асинхронного двигателя принимается равным нулю.

15. Ток ударный i_у = 2,55 I_пt=0 = 2,55×0,106 = 0,27 кА.

16. Мощность короткого замыкания в период времени t = 0,2

МВА.

Результаты расчета приведены в табл.П. 4.1