Tс.вык.€

1.10. Розрахунок струмів короткого замикання (скз) у розподільній мережі 10 кВ.

Сучасні розподільні мережі 10 кВ працюють з ізольованою нейтраллю або з компенсацією ємнісних струмів. Тому в них можливі такі пошкодження: трифазні, двофазні й подвійні замикання на землю, а також однофазні замикання на землю. У цьому курсовому проекті для вибору електрообладнання достатньо розрахувати трифазне коротке замикання. Розрахунки можна виконувати в іменованих одиницях, оскільки це дозволяє безперервно контролювати достовірність ведення розрахунку і правильність отримання результатів.

Для розрахунку струмів короткого замикання необхідно визначити опір до точки к.з.:

, (1.44)

де - опір системи, Ом; - опори елементів розподільної мережі, Ом.

Опір системи визначаємо як

(1.45)

де - потужність короткого замикання, МВА.

Сталий струм короткого замикання у будь-якій точці знаходимо так:

(1.46)

де Z_екв.- сумарний опір до точки короткого замикання.

При живленні від джерела нескінченної потужності його незмінна й періодична складова струму короткого замикання, тоді

, (1.47)

де початкове діюче значення періодичної складової струму короткого замикання. Ударний струм короткого замикання:

(1.48)

При визначенні періодичної складової СКЗ в момент розходження контактів вимикача можна вважати ЕРС системи і періодичну складову ТКЗ незмінними в часі, тобто = .

Аперіодична складова ТКЗ до моменту розходження контактів

, (1.49)

де τ – розрахунковий час, для якого треба знайти .

Розрахунковий час τ =t_з.мин. + t_с.вык.,

де t_з.мин.– мінімальний час дії релейного захисту (приймається рівним 0,01 с);

tс.вык.– особистий час відключення вимикача (приймається за каталогами залежно від типу вимикача).

Повний інтеграл Джоуля СКЗ є результатом дії періодичної ( _.) і аперіодичної ( _.) складових СКЗ:

(1.50)

При віддаленому КЗ, коли періодична складова СКЗ в часі не змінюється,

, (1.51)

де – час від початку КЗ до його відключення, с; - час дії релейного захисту, с; – повний час відключення вимикача з приводом, с.

Якщо =1¸2, то можна застосувати вираз

. (1.52)

Розрахувати струм короткого замикання в точках К1-К3 для схеми рисунок 1.9. Потужність короткого замикання .

Рисунок 1.9 – Розрахункова схема розподільної мережі 10 кВ

Визначаємо опір системи:

Визначаємо еквівалентні опори

Струм короткого замикання в точці К1 визначається:

.

Струм короткого замикання в точці К2:

Струм короткого замикання в точці К3:

Ударний струм короткого замикання в точках:

К1-

К2-

К3-

Аперіодичну складову СКЗ до моменту розходження контактів для точки короткого замикання К1 визначаємо за виразом (1.50). При цьому постійну часу Т_а для установок більше 1 кВ можна прийняти приблизно 0,05 с. Розрахунковий час, для якого потрібно знайти аперіодичну складову для наведеного прикладу, знаходимо з розрахунку мінімального часу дії релейного захисту (0,01 с) і власного часу відключення вимикача (0,1 с):

Аналогічно аперіодичну складову визначаємо для інших точок короткого замикання:

К2 –

К3 –

Повний інтеграл Джоуля СКЗ для точки К1 можна встановити за виразом

Аналогічно знаходимо інтеграл Джоуля СКЗ для інших точок короткого замикання:

К2 –

К3 –

Визначаємо мінімальний переріз кабелів за термічною стійкістю для ділянок:

(1.53)

де с – коефіцієнт, який для кабелів 10 кВ з бумажно-пропітоною ізоляцією дорівнює 100.

Ділянка 1-2 –

ділянка 2-3 –

На цих ділянках переріз повинен бути більший, ніж мінімальний, тоді за термічною стійкістю вони проходять. Розрахунки зводимо в таблицю 1.16.

Таблиця 1.27 – Розрахунок струмів короткого замикання

Найменування величини струму	К1	К2	К3
Сумарний опір до точки к.з. Zек, Ом	0,4	1,18	1,53
Стале значення струму к.з., I''=Iпо=Iк, кА	14,43	4,9	3,78
Ударний струм к.з., iу, кА	36,8	12,5	9,64
Аперіодична складова струму к.з., iaτ, кА	2,26	0,77	0,59
Тепловий імпульс при струмі к.з., Bк,кА2*с	33,32×106	3,84×106	2,29×106
Мінімальний переріз, F min, мм2	-	19,6	15,13
Прийнятий переріз, F,мм2	-

1.11. Вибір обладнання трансформаторних підстанцій і розподільчих пунктів

На ПС установленні камери КМ-ХХУІК.М-1. Раніше був обґрунтований вибір для встановлювання в житловому районі типових ТП єдиної серії К-42-630М4. У ТП установлені камери КСО-393 з вимикачами навантаження ВИР. З нижчої сторони ТП встановленні панелі типу ЩО-90 із запобіжниками ПН-2.[11]

Перевірку устаткування робимо за наступними умовами:

- За номінальній напрузі (ном. напруга мережі ≤ ном. напрузі вимикача);

- За номінальному тривалому струмі (тривалий ном. струм вимикача ≥ розрахунковому струму найбільш несприятливого експлуатаційного режиму);

- По електродинамічній стійкості (початкове значення періодичної складової струму КЗ ≤ граничному наскрізному струму,що допускається вимикачем, ударний струм КЗ ≤ ном. струму електродинамічної стійкості вимикача).

Схеми первинних з’єднань ТП визначаються їхнім призначенням і характером приєднаних споживачів. Приєднання ТП до живильної мережі може здійснюватись або через роз’єднувач і запобіжник, або через вимикач навантаження і запобіжник. Лінії що відходять напругою 1000 В захищають за допомогою запобіжників або автоматичних вимикачів. При виборі устаткування ТП 10/0,4 кВ, необхідно вибрати:

- З боку 10 кВ – плавкі запобіжники, вимикачі навантаження, вимикачі навантаження на ввідних лініях, секційний роз’єднувач;

- З боку 0,4 кВ – автоматичні вимикачі або плавкі запобіжники, секційний рубильник, рубильник на вводі від трансформатора, трансформатори струму.

Електричні апарати і струмоведучі пристрої, повинні надійно забезпечувати можливість тривалої роботи в нормальному режимі, при короткочасних перенапругах і перевантаженнях; припустиме нагрівання струмами в важкому режимі;стійкість у режимі КЗ.

У нормальному режимі надійність роботи досягається правильністю вибору по ном. напрузі і ном. струмі; в важкому – обмеженням значення і тривалості підвищення напруги або струму в таких межах, при яких ще гарантується нормальна робота ел. установок за рахунок запасу їх міцності; у режимі КЗ – відповідністю обраних параметрів умовам термічної і електродинамічної стійкості.

Введемо позначення U_с,ном, кВ – номінальна лінійна напруга трифазної мережі,для якої призначений апарат; U_у,ном, кВ, I_с,ном, А – номінальна напруга і струм, які він може витримати тривалий час; I_р,ном, А – діюче значення струму в нормальному режимі, яке пристрій може витримати тривалий час; I_доп, А – довгостроково припустимий струм; I_р,утж, А – діюче значення струму в ланцюзі в важкому режимі (максимально можливий тривалий струм навантаження при найбільш несприятливих експлуатаційних режимах); I_ном,т, А – номінальний струм термічної стійкості (діюче значення незатухаючого періодичного струму КЗ, яке апарат може витримати протягом номінально часу термічної стійкості t_{ном, Т}; В_k= (I_кз⁽³⁾)²× t_{ном, Т}, кА²с – тепловий імпульс КЗ, який характеризує кількість тепла, що виділяється в апараті за час дії струму КЗ; I_н,дин, А – діюче значення періодичної складової повного струму КЗ; I_{ном,дин}, кА – номінальне миттєве амплітудне значення повного струму КЗ, припустиме для пристрою; I_п.о, А – початкове діюче значення періодичної складової струму КЗ; i_у,обкл., А – струм відключення.

Вибір електричних пристроїв в електричній схемі ТП проводиться відповідно до розрахункових умов тривалого і короткочасного режимів. Для цього визначимо розрахункові струми I_р,ном, I_р,утж. Так як на ТП установлені два силових трансформатори, потужність по S_тр.ном=630 кВА кожний, то, з урахуванням припустимого навантаження, тривалі струми на стороні 10 кВ визначаються за формулами:

- у нормальному режимі (струм через секційний роз’єднувач відсутній)

(1.54)

- у ремонтному чи післяаваріному режимах, які допускають відключення 1-го з трансформаторів

(1.55)

- струм через секційний роз’єднувач:

(1.56)

Розрахунок струмів коротких замикань у мережі 10 кВ був виконаний у попередніх розділах.

Умови вибору електричних апаратів, їх каталожні дані і розрахункові значення приведені в таблицях.

Таблиця 1.27 - Вибір плавких запобіжників 10 кВ

Умови вибору	Розрахункові значенння	Каталожні значення
	58,2
	5,9

Приймаємо до уставки плавкі запобіжники типу ПКТ103-10-80-20 УЗ

Таблиця 1.28 - Вибір вимикачів навантаження 10 кВ.

Умови вибору	Розрахункові значення	Каталожні значення
	58,2
	14,92
	5,6´0,5=16,22

Приймаємо до уставки вимикачі навантаження типу ВНПу-10/400-1зпУЗ.

Таблиця 1.29 - Вибір секційного роз’єднувача 10 кВ.

Умови вибору	Розрахункові значення	Каталожні значення
	29,1
	14,92
	5,6´0,5=16,22

Приймаємо до уставки роз’єднувач типу РВЗ-10/400 УЗ

Тривалі струми на стороні 0,4 кВ визначаються за формулами:

- у нормальному режимі (струм через секційний рубильник відсутній)

(1.57)

- в ремонтному чи післяаваріному режимах ,які допускають відключення одного із трансформаторів

(1.58)

- струм через секційний рубильник:

(1.59)

Вибір плавких запобіжникав 0,4 кВ проводимо аналогічно вибору запобіжників 10 кВ. Для вибору устаткування ТП на стороні низької напруги потрібно зробити розрахунок струму трифазного КЗ на шинах0,4 кВ.

Опір трансформатора визначаємо по формулі:

(1.60)

Сумарний опір до місця КЗ:

(1.61)

Струм трифазного короткого замикання на шинах 0,4 кВ ТП 1

(1.62)

Струм трифазного короткого замикання на шинах:

(1.63)

Так як вторинна обмотка трансформаторів струму розрахована на підключення стандартних приладів, то перевірку трансформаторів по навантажувальній здібності не робимо.

1.11.1 Вибір засобів релейного захисту, автоматики і телемеханіки для розподільної мережі 10 кВ

При виборі типу захистів, обсягу автоматизації і телемеханізації в мережі 10 кВ будемо керуватися рекомендаціями, викладеними в розділі 6 [1]. Відповідно до цих рекомендацій як основний вид захистів КЛ 10 кВ від багатофазних коротких замикань приймаємо максимальний токовий захист із витримкою часу. Час дії захисту приймаємо мінімальним, виходячи з умови селективності. При цьому будемо пам’ятати, що граничний час відключення КЗ нами прийняте τ_пр=τ_з+τ_відкл=0,52с у випадку, якщо за умовами селективності в ці межі вкластися не можливо, то:

- будемо використовувати токові відсічення з часом дії 0,2 (0,3);

- для виправлення неселективної роботи відсічень на вимикачах лінії розглянемо варіант застосування на цих лініях АПВ одноразової дії.

Таблиця 1.31 – Вибір секційного рубильника 0,4 кВ.

Умови вибору	Розрахункові значення	Каталожні значення
	0,4	0,66
	728,3
	40,94
	16,84×0,5=8,42

Приймаємо до уставки рубильник типу РЕ13-41.[7]

Таблиця 1.32 – Вибір автоматичного вимикача 0,4 кВ.

Умови вибору	Розрахункові значення	Каталожні значення
	0,4	0,4
	1456,6
	40,94

Приймаємо до уставки автоматичні вимикачі типу АВМ15С

Таблиця 1.33 – Вибір рубильника 0,4 кВ на вводі від трансформатору.

Умови вибору	Розрахункові значення	Каталожні значення
	0,4	0,66
	1456,6
	40,94
	16,84×0,5=8,42

Приймаємо до уставки рубильник типу РЕ13-43

Таблиця 1.34 – Вибір трансформаторів струму 0,4 кВ.

Умови вибору	Розрахункові значення	Каталожні значення
	0,4	0,66
	1456,6
	40,94
	16,84×0,5=8,42

Приймаємо до уставки трансформатори струму типу ТШ-40

При цьому необхідно пам’ятати, що відсічення необхідно відбудувати відструмів КЗ на шинах 0,4 кВ у ТП.

На секційних вимикачах Цп 10 кВ передбачаємо максимальний токовийзахист із прискоренням дії після роботи АВР.

Для захисту трансформаторів у ТП із боку 10 кВ будемо використовувати запобіжники типу ПКТ із перевіркою забезпечення селективності їхньої роботи з максимальним токовим захистом на вимикачах ЦП і вимикачах АВМіз боку 0,4 кВ.

Для захисту кабельних ліній, що відходять 0,4 кВ у розподільцих панелях ІДО-90 установлюємо закриті плавкі запобіжники типу ПН2. Вибір плавких запобіжників було представлено раніше (дані вибору зведені в таблицю 1.36).

При розрахунку токового захисту варто пам’ятати, що для двопроменевих схем мережі з АВР, як це прийнято в данному проекті, на напрузі 10 кВ тривала рівнобіжна робота трансформаторів не допускається.

Захист мереж 10 кВ від замкнення на землю з дією на сигнал передбачаємо на шинах ЦП ПС.

Конкретні питання телемеханізації мережі в данному проекті не проробляються. Загальний обсяг телемеханізації в ЦП передбачаємо наступний:

а) телемеханізація положення масляних вимикачів у ЦП;

б) телевимірювання навантажень і напруги;

в) аварійно-попереджувальну сигналізація з наступними сигналами:

- «аварія»,

- «ремонт»,

- «земля на шинах».

З огляду на близькість живильних ПС до диспетчерської як канали зв’язку для ланцюгів телемеханіки передбачаємо використання спеціальних ліній зв’язку.

1.11.2. Перевірка необхідності установки ДГР

Відповідно до п.1.2.16 ПУЕ в мережі з ізольованої нейтраллю, у тому числі 10 кВ при визначених значеннях ємнісного струму замкнення на землю необхідно передбачити компенсацію ємнісних струмів. Для кабельних мереж 10 кВ компенсація ємнісних струмів замкнення на землю передбачається при струмах у нормальному режимі більш 20 А.

Компенсація ємнісних струмів однофазного замкнення на землю в розподільчої мережі 10 кВ здійснюється шляхом установки дугогасячих реакторів, що заземлюють, у РП 10 кВ ПС 110/10 кВ.

У системах електропостачання міст на енергопостачальних двотрансформаторних ПС-110/10 трансформатори працюють роздільно. Тобто ПС має дві секції 10 кВ. Необхідно розрахувати величину ємнісних струмів кожної секції РП 10 кВ ПС при різних схемах роботи мережі.

Величину ємнісного струму замкнення на землю кожної секції будемо знаходити шляхом множення питомого значення ємнісних струмів однофазного замкнення на землю на сумарну довжину кабелів данного перерізу. Довжини і перерізи ділянок КЛ приймемо по таблиці 1.36, питомі значення ємнісних струмів на погонний кілометр струмів приведені в таблиці 1.35. Також будемо вразовувати кількість рівнобіжних кабелів на одну секцію. При цьому, оскільки кабелі по секціях ПС розподілені рівномірно, отже і струми замкнення на землю на кожній секції вважаємо приблизно однаковими. Дані розрахунку зводимо в таблицю 1.36.

Таблиця 1.35 – Питомі ємнісні струми однофазного замкнення на землю

Переріз кабелю, мм2
Питомий стум	0,52	0,62	0,69	0,77	0,9	1,0	1,1	1,3	1,4

Таблиця 1.36 – Розрахунок струмів замкнення на землю в мережі 10 кВ при нормальному і аварійному режимі роботи мережі ( на одну секцію ПС)

Ділянка	Довжина КЛ, км	Переріз, №	Кількість кабелів на 1 секцію	Ємнісний струм ділянки, А
ДЖ-ТП1	1,19	2×35		0,82
ТП1-ТП3	0,3	2×25		0,19
ДЖ-ТП2	1,24	2×35		0,86
ТП2-ТП4	0,31	2×16		0,16

Таким чином, значення струмів нижче зазначених у ПУЕ і встановлювати ДГР не треба.

ВИСНОВКИ

У дипломному проекті зроблено розрахунок електропостачання мікрорайону міста Дрогобич. В ході проектування було вибрано напругу живлення 10 кВ і напруги розподільних мереж 10 кВ і 0,4 кВ, був зроблений вибір шести двотрансформаторних підстанцій з одиничною потужністю від 160 до 400 кВА. Було вибрано основне силове обладнання на напруги 10 кВ і 0,4 кВ. Зокрема, на РП-10 кВ були прийняті до установки комірки КСО-292, укомплектовані вакуумними вимикачами ВВ / TEL Севастопольського заводу. На ТП встановлені панелі розподільних щитів серії ЩО-70 на напругу 0,4 кВ. Було проведено розрахунок струмів короткого замикання, за підсумками якого була проведена перевірка вибраного обладнання на термічну і електродинамічну стійкістьУ розділі релейного захисту був виконаний розрахунок захисту кабельних ліній 10 кВ. Розглянуто питання безпеки робіт в електроустановках.

ОХОРОНА ПРАЦІ