Расчет токов кз и выбор основного оборудования

Расчет выполним в соответствии указаниями [11]. Расчетные точки КЗ показаны на рис.4. Точка К1, на шинах 35 кВ РТП – для выбора выключателей 35 кВ защиты ВЛ W1 и трансформаторов ГПП. Точка К2, на шинах 10 кВ ГПП – для выбора выключателей РУ-10 кВ на ГПП и проверки отходящих КЛ на термическую стойкость к токам КЗ. Точка К3 – для выбора оборудования РУ-6 кВ ТП6.

Расчетная схема представлена на рис.4.

Рисунок 4. Расчетная схема варианта №1

Расчет токов КЗ выполним в относительных единицах с приведением сопротивлений схемы к базисным условиям по средним значениям напряжения. В качестве базисных значений примем МВА, для энергосистемыкВ, на шинах 35 кВ – кВ, на шинах 10 кВ – кВ, на шинах 6 кВ – кВ. Найдем базисные токи и сопротивления

кА,

Ом.

Для остальных ступеней расчет выполним аналогично. Результаты сводим в таблицу 16.

Таблица 16 – Базисные условия расчета токов КЗ

Ступень расчета	Sб, МВА	Uб, кВ	Iб, кА	Zб, Ом
1. Энергосистема 110 кВ	500	115	2,51	26,45
2. Шины 35 кВ	500	37	7,80	2,74
3. Шины 10 кВ	500	10,5	27,49	0,22
4. Шины 6 кВ	500	6,3	45,82	0,08

Примем допущения [11]:

1. Точку КЗ можно считать удаленной, если она находится за двумя трансформаторами, или реактором, сопротивление которых не менее чем в два раза превышает сверхпереходное сопротивление всех генераторов системы [11]. ГПП комбината расположена не менее чем за двумя трансформаторами: трансформатором связи станции с энергосистемой и трансформатором районной подстанции (по заданию). На этом основании, все точки КЗ будем считать удаленными от энергосистемы. Для удаленной точки КЗ можно считать токи периодической составляющей, в любой момент времени, одинаковыми и равными начальному значению тока КЗ [11]

.

2. При расчете начального действующего значения периодической составляющей тока трехфазного КЗ в электроустановках напряжением свыше 1 кВ в исходную расчетную схему должны быть введены все синхронные генераторы и компенсаторы, а также синхронные и асинхронные электродвигатели мощностью 100 кВт и более, если между электродвигателями и точкой КЗ отсутствуют токоограничивающие реакторы или силовые трансформаторы [11]. На этом основании, учтем влияние СД цеха 13 на начальное значение тока КЗ только для точки К3, на шинах РУ-6 кВ ТП7. Для всех остальных точек, К1 и К2 влиянием СД пренебрегаем, так как эти точки, по отношению к ЭДС выбега СД, находятся за трансформаторами ТП7.

3. Для расчета начального действующего значения периодической составляющей тока КЗ аналитическим методом по принятой исходной расчетной схеме предварительно следует составить эквивалентную схему замещения, в которой синхронные и асинхронные машины должны быть представлены приведенными к базисной ступени напряжения или выраженными в относительных единицах при выбранных базисных условиях сверхпереходными сопротивлениями и сверхпереходными ЭДС. Исходные значения сверхпереходных ЭДС следует принимать численно равными их значениям в момент, предшествующий КЗ.

4. Схему замещения, полученную в соответствии с предыдущими указаниями, следует путем преобразований, привести к простейшему виду и определить результирующую эквивалентную ЭДС и результирующее эквивалентное сопротивление относительно расчетной точки КЗ.

5. Начальное действующее значение периодической составляющей тока в месте КЗ составляет

, (5.6)

где – базисный ток той ступени напряжения сети, на которой находится расчетная точка КЗ.

6. Методика учета комплексной нагрузки при расчете начального действующего значения периодической составляющей тока КЗ изложена в п. 5.7, а методика расчета начального действующего значения периодической составляющей тока при несимметричных КЗ - в п. 5.9 [11].

7. При приближенных расчетах начальное действующее значение периодической составляющей тока в месте КЗ допускается определять, приняв в соответствии с теоремой об активном двухполюснике (см. п. 3.7, [11]) ЭДС всех источников энергии равными нулю и используя формулу

(5.7)

или

, (5.8)

где - напряжение (линейное) в расчетной точке КЗ к моменту возникновения КЗ;

U_ном - номинальное напряжение (линейное) сети, в которой произошло КЗ;

с - коэффициент, который рекомендуется принимать равным:

с = 1,1 - при определении максимального значения тока КЗ;

с = 1,0 - при определении минимального значения тока КЗ.

8. В расчете периодической составляющей тока КЗ будем пренебрегать активными сопротивлениями элементов расчетной схемы. Активные сопротивления будем учитывать только при вычислениях постоянных времени затухания апериодической составляющей тока КЗ и ударных коэффициентов.

Сопротивление энергосистемы. По заданию сопротивление энергосистемы на шинах 110 кВ равно 17,5 Ом. Найдем сопротивление энергосистемы в относительных единицах

.

Сопротивления трансформаторов районной подстанции. По заданию, питание комбината может быть осуществлено от подстанции энергосистемы, на которой установлено два трансформатора типа ТДТН-63000/110/35/10. Номинальные параметры трансформаторов, принятые по [11, Таблица П.2], представлены в табл.17.

Таблица 17. Номинальные параметры трансформаторов районной подстанции (РТП) энергосистемы

Тип трансформаторов	Напряжение обмотки, кВ			Потери	uк, %
	ВН	СН	НН	Рк, кВт	ВН-СН	ВН-НН	СН-НН
ТДТН-63000/110	115	34	11	200	10,5	17,5	6,5

Сопротивления трехлучевой звезды схемы замещения трансформатора найдем по формулам [11]

где МВА – номинальная мощность трансформатора.

Активное сопротивление отнесем к первичной обмотке 110 кВ и найдем по формуле

,

где кВт – потери короткого замыкания трансформатора РТП в номинальном режиме.

Сопротивления ЛЭП-35 кВ W1 определены ранее (39) в именованных единицах и составляют Ом, Ом. В относительных единицах получим

,

.

Сопротивления трансформаторов ГПП. Номинальные параметры трансформаторов ГПП представлены в табл.13. Активное сопротивление трансформатора

,

Индуктивное сопротивление

.

Сопротивления кабельной линии W7 между ГПП и ТП7 10/6 кВ определены ранее (табл.15) и в именованных единицах составляют = 0,025 Ом, = 0,002 Ом. В относительных единицах получим

,

.

Сопротивления трансформаторов ТП7 найдем по паспортным данным (табл.11).

Активное сопротивление трансформаторов ТП7

,

Индуктивное сопротивление

.

Обобщенные параметры СД цеха 13, подключенных к одной из секций ТП7 12×150 кВт, найдем по рекомендациям [11, табл.5.1], исходя из средних значений параметров СД, приведенных к их номинальной мощности , , =0,9.

Активное сопротивление СД

,

Индуктивное сверхпереходное сопротивление СД

.

Обобщенные параметры АД, подключенных к одной из секций ТП3

а)9×100 кВт, найдем по рекомендациям [11, табл.5.1], исходя из средних значений параметров АД, приведенных к их номинальной мощности , , =0,87.

Активное сопротивление АД

,

Индуктивное сверхпереходное сопротивление АД

.

б)10×100 кВт, найдем по рекомендациям [11, табл.5.1], исходя из средних значений параметров АД, приведенных к их номинальной мощности , , =0,87.

Активное сопротивление АД

,

Индуктивное сверхпереходное сопротивление АД

.

Суммируем АД: =9,5 , =161,5

При расчете начального действующего значения периодической составляющей тока трехфазного КЗ в электроустановках напряжением свыше 1 кВ в исходную расчетную схему должны быть введены все синхронные генераторы и компенсаторы, а также синхронные и асинхронные электродвигатели мощностью 100 кВт и более, если между электродвигателями и точкой КЗ отсутствуют токоограничивающие реакторы или силовые трансформаторы. В автономных электрических системах следует учитывать и электродвигатели меньшей мощности, если сумма их номинальных токов составляет не менее 1 % от тока в месте КЗ, определенного без учета этих электродвигателей.

Для расчета начального действующего значения периодической составляющей тока КЗ аналитическим методом по принятой исходной расчетной схеме предварительно следует составить эквивалентную схему замещения, в которой синхронные и асинхронные машины должны быть представлены предварительно приведенными к базисной ступени напряжения или выраженными в относительных единицах при выбранных базисных условиях сверхпереходными сопротивлениями и сверхпереходными ЭДС. Исходные значения сверхпереходных ЭДС следует принимать численно равными их значениям в момент, предшествующий КЗ.

Для синхронных генераторов и электродвигателей сверхпереходную ЭДС в предшествующем режиме следует определять по формуле

, (5.3)

а для синхронных компенсаторов по формуле

. (5.4)

В формулах (5.3) и (5.4) знак «+» относится к синхронным машинам, которые к моменту КЗ работали в режиме перевозбуждения, а знак «-» - к работавшим с недовозбуждением.

Сверхпереходную ЭДС асинхронных электродвигателей в момент, предшествующий КЗ, следует определять по формуле

, (5.5)

где Х"_АД — сверхпереходное индуктивное сопротивление электродвигателя.

Примечание. При расчете тока КЗ с применением системы относительных единиц и приведением значений параметров элементов расчетной схемы к выбранным базисным условиям в формулы (5.3) — (5.5) целесообразно подставлять , , X" в относительных единицах при номинальных условиях машины, т.е. соответственно , и ; при этом допустимо принимать равным единице, а для генераторов и электродвигателей рекомендуется определять по формуле

;

для синхронных компенсаторов

.

Полученную ЭДС следует затем привести к базисным условиям:

.

Схему замещения, полученную в соответствии с указаниями п. 5.2.2, [11], следует путем преобразований привести к простейшему виду и определить результирующую эквивалентную ЭДС Е"эк (или ) и результирующее эквивалентное сопротивление (или ) относительно расчетной точки КЗ.

Начальное действующее значение периодической составляющей тока в месте КЗ составляет

, (5.6)

где I_б - базисный ток той ступени напряжения сети, на которой находится расчетная точка КЗ.

Методика учета комплексной нагрузки при расчете начального действующего значения периодической составляющей тока КЗ изложена в п. 5.7, а методика расчета начального действующего значения периодической составляющей тока при несимметричных КЗ - в п. 5.9 [11].

При приближенных расчетах начальное действующее значение периодической составляющей тока в месте КЗ допускается определять, приняв в соответствии с теоремой об активном двухполюснике (см. п. 3.7, [11]) ЭДС всех источников энергии равными нулю и используя формулу

(5.7)

или

, (5.8)

где - напряжение (линейное) в расчетной точке КЗ к моменту возникновения КЗ;

U_ном - номинальное напряжение (линейное) сети, в которой произошло КЗ;

с - коэффициент, который рекомендуется принимать равным:

с = 1,1 - при определении максимального значения тока КЗ;

с = 1,0 - при определении минимального значения тока КЗ.

Периодическая составляющая тока КЗ от энергосистемы.

Тока К1 на шинах 35 кВ РТП.

Суммарное сопротивление до точки К1

.

Ток периодической составляющей

кА.

Тока К2 на шинах 10 кВ ГПП.

Суммарное сопротивление до точки К2

.

Ток периодической составляющей

кА.

Тока К3 на шинах 6 кВ ТП7.

Суммарное сопротивление до точки К3

Ток периодической составляющей

кА.

Периодическая составляющая тока КЗ от СД 6 кВ цеха 13.

Влияние СД на ток КЗ учтем только на шинах 6 кВ ТП7 цеха №13, где эти двигатели присоединены непосредственно к точке КЗ, через короткие ответвления кабельных линий к двигателям. В остальных точках КЗ эти двигатели присоединены к точкам КЗ через трансформаторы подстанции ТП7, и их влиянием [11] пренебрегаем.

Начальное значение тока периодической составляющей от двигателей найдем по формуле

кА.

Суммарное значение тока КЗ в точке К3.

Постоянные времени апериодической составляющей.

Точка К1 на шинах 35 кВ РТП с.

где – суммарное активное сопротивление до точки К1;

рад/с – угловая частота сети.

Точка К2 на шинах 10 кВ ГПП с.

где – суммарное активное сопротивление до точки К2;

Точка К3 на шинах 6 кВ ТП7 с от энергосистемы.

где – суммарное активное сопротивление от энергосистемы до точки К3;

Точка К3 на шинах 7 кВ ТП7 от СД с.

где обобщенные параметры СД цеха 13 определены ранее.

Ударные коэффициенты.

В тех случаях, когда , ударный коэффициент допустимо определять по формуле [11]

, (41)

где Т_а - постоянная времени в точке КЗ.

В противном случае [11]

, (42)

где .

Указанное выше условие не выполняется только для цепи К2 на шинах 10 кВ ГПП. Точка К3 на шинах 6 кВ ТП7 Поэтому ударные коэффициенты для токов от энергосистемы для всех точек КЗ найдем по формуле (41), а для тока К2 и точка К3 на шинах 6 кВ ТП7 – по формуле (42).

Точка К1 на шинах 35 кВ РТП .

Точка К2 на шинах 10 кВ ГПП ,

где рад.

Точка К3 на шинах 6 кВ ТП7 .

где рад.

Так как исходная расчетная схема содержит только последовательно включенные элементы, то ударный ток определим по формуле [11]

.

Точка К1 на шинах 35 кВ РТП

.=*5,735*1,95=15,815

Точка К2 на шинах 10 кВ ГПП

.=*3,163*1,87=8,365

Точка К3 на шинах 6 кВ ТП7

Суммарное значение ударного тока в точке К3 на шинах 6 кВ ТП7.

В тех случаях, когда исходная расчетная схема является многоконтурной, но расчетная точка КЗ делит ее на несколько независимых частей [11], то ударный ток допустимо принимать равным сумме ударных токов от соответствующих частей схемы, т.е.

, (5.21)

где I_п0i - начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ от i-й части схемы;

K_удi - ударный коэффициент тока КЗ от i-й части схемы, определяемый по формулам (5.17, а), (5.18, а) или (5.20, а).

Определим апериодическую составляющую тока КЗ в точке К1 по формуле:

,

где τ=0,1 с – расчётное время тока КЗ:

кА.

Таблица 18. Расчёт токов короткого замыкания.

Место к.з.	Iпо(3), кА	iуд(3), кА	iа(3), кА
К1	5,735	15,815	9,315
К2	3,163	8,365	3,44
К3	1,413	3,837	1,3