Приклад розрахунку струмів к.З

Приймаємо, що напруга на шинах 6 кВ залишається незмінною, опір від джерела живлення до шин 6 кВ враховуємо. Розрахунок проводимо в іменованих одиницях.

Визначимо струми короткого замикання в точці К₁. Приймаємо U_б1=6,3 кВ.

Складемо схему заміщення.

Визначаємо опір від джерела живлення до шин 6 кВ ТП при заданому струмі вимкнення масляного вимикача 10 кА за формулою:

(44)

де - базова (середня) висока напруга, кВ;

- номінальний струм вимкнення автомата, кА

Визначаємо опір кабелю вводу за формулами:

(45)

де - довжина кабелю від ГПП до трансформаторної підстанції, км;

- індуктивний опір однієї фази, Ом/км

(46)

6 кВ

ВММ-10А-400-10У2

ААБ S=120×3мм² 2 шт.

l₁=0,5 км

х₀=0,08 Ом/км

К₁ шини 6 кВ

ААБ S=35×3

Р_н.дв=350 кВт l₂=100м l₃=100м

ТМ 1600/10

U_н=5,5%

К₂

шини 0,4 кВ

Рисунок 2 – Розрахункова схема для визначення струмів К.З.

де - довжина кабелю від ГПП до трансформаторної підстанції, км;

- активний опір, Ом/км

Визначимо опір кабелю від шин 6 кВ до двигуна аспераційного пристрою за формулами:

(47)

K₁

шини 6 кВ

Рисунок 3 – Схема заміщення №1

де - довжина кабелю від довжина кабелю від трансформаторної підстанції до двигуна, км;

- індуктивний опір однієї фази, Ом/км

(48)

де - довжина кабелю від довжина кабелю від трансформаторної підстанції до двигуна, км;

- активний опір, Ом/км

Визначимо опір двигуна аспераційної установки за формулою:

(49)

де - індуктивний опір у відносних одиницях електричних двигунів;

- базова (середня) напруга, кВ;

- номінальна потужність двигуна, МВ.А

(50)

Визначимо струм короткого замикання від системи за формулою:

(51)

де - базова (середня) висока напруга, кВ;

- сумарний індуктивний опір від джерела живлення до шин 6 кВ та від ГПП до трансформаторної підстанції, мОм;

- сумарний активний опір від ГПП до трансформаторної підстанції, мОм

(52)

де - індуктивний опір від джерела живлення до шин, мОм;

- індуктивний від ГПП до трансформаторної підстанції, мОм

(53)

де - активний опір від ГПП до трансформаторної підстанції, мОм

Визначимо струм короткого замикання від двигуна за формулою:

(54)

де - базова (середня) висока напруга, кВ;

- сумарний індуктивний опір від шин трансформаторної підстанції до двигуна та індивідуальний опір двигуна, мОм;

- сумарний активний опір від шин трансформаторної підстанції до двигуна,

(55)

де - індуктивний опір від шин трансформаторної підстанції до двигуна,

- індуктивний опір двигуна, мОм

(56)

де - активний опір від шин трансформаторної підстанції до двигуна, мОм

Визначимо сумарний струм короткого замикання в точці k₁ за формулою:

(57) де - струм короткого замикання від системи, кА;

- струм короткого замикання від двигуна М1, кА

Визначимо ударний струм короткого замикання від системи в точці К₁ за формулою:

(58)

де - струм короткого замикання від системи, кА;

- коефіцієнт

Визначимо ударний струм від двигуна за формулою:

(59)

де - струм короткого замикання від двигуна М1, кА;

- коефіцієнт

Визначимо сумарний ударний струм в точці k₁ за формулою:

(60)

де - ударний струм короткого замикання від системи, кА;

- ударний струм від двигуна, кА

При визначенні струмів короткого замикання на шинах 0,4 кВ цехової трансформаторної підстанції в точці k₂ приймаємо .

К₂

Рисунок 4 – Схема заміщення №2

Опір від системи до шин 6 кВ ТП приводимо до напруги 0,4 кВ:

(61)

де - сумарний індуктивний опір від джерела живлення до шин 6 кВ та від ГПП до трансформаторної підстанції, мОм;

- коефіцієнт трансформації

(62)

де - сумарний активний опір від ГПП до трансформаторної підстанції, мОм;

- коефіцієнт трансформації

В виду віддаленості синхронного двигуна М₁ від точки k₂, впливом його на величину струмів короткого замикання на шинах 0,4 кВ нехтуємо.

Визначаємо опір трансформатора 6/0,4 кВ за формулою:

(63)

де - потужність короткого замикання в трансформаторі, кВт;

- базова (середня) низька напруга, кВ;

- номінальна потужність трансформатора кВ^.А

(64)

де - потужність короткого замикання в трансформаторі, кВт;

- базова (середня) низька напруга, кВ;

- номінальна потужність трансформатора кВ^.А;

- напруга короткого замикання в трансформаторі, кВ

Визначимо опір асинхронного двигуна М2 за формулою:

(65)

де - базова (середня) низька напруга, кВ;

- номінальна потужність двигуна, МВ^.А;

- коефіцієнт

Визначимо сумарні опір від системи до шин 0,4 кВ ТП з урахуванням опору шин, з’єднуючий трансформатор із збірними шинами 0,4 кВ й перехідного опору контактів, які прийнято рівним r_доб=2мОм за формулами:

(66)

де - активний опір трансформатора, мОм;

- додатний опір, мОм

(67)

де - індуктивний опір трансформатора, мОм;

Опором кабелю, яким двигун М2 підключений до шин 0,4 кВ, нехтуємо малою довжиною кабеля:

Визначаємо струм короткого замикання від системи в точці k₂ за формулами:

(68) де - базова (середня) низька напруга, кВ;

- сумарний індуктивний опір від системи до шин 0,4 кВ, мОм;

- сумарний активний опір від системи до шин 0,4 кВ, мОм

Визначимо струм короткого замикання від двигуна М2 за формулою:

(69)

де - номінальний струм двигуна, кА

(70) де - номінальна потужність двигуна, кВт;

- коефіцієнт потужності;

;

- базова (середня) низька напруга, кВ

Визначимо ударний струм короткого замикання в точці k₂ від системи за формулою:

(71) де - коефіцієнт;

- струм короткого замикання від системи в точці k₂, кА

Визначимо ударний струм короткого замикання від двигуна М2 за формулою:

(72) де - номінальний струм двигуна, кА

Визначимо сумарні струми короткого замикання в точці k₂ за формулами:

(73)

де - струм короткого замикання від системи в точці k₂, кА;

- струм короткого замикання від двох двигунів, кА

(74) де - ударний струм короткого замикання в точці k₂ від системи, кА;

- ударний струм короткого замикання від двох двигунів, кА

Перевірка виковольтного обладнання та струмоведучих частин на дію струму к.з

Для перевірки апаратів і струмоведучих частин на термічну стійкість при к.з. необхідно визначити величину теплового імпульса В_к, пропорційного кількості виділюваного при цьому тепла. Процеси, що відбуваються при коротких замиканнях, дуже складні і для визначення величини теплового імпульсу на підстанціях промислових підприємств користуються формулою

де I_п.о. – зверхперехідний струм к.з., кА;

t_откл. – дійсний час протікання струму к.з., що визначається конкретно для заданої крапки схеми.

Наприклад, на стороні вищої напруги ГПП із віддільниками і короткозамикачами

де t_з.т. – час дії захисту трансформатора (диференціального чи токового відсічення);

t_к.з. – час включення короткозамикача (по технічним даним для обраного типу короткозамикача);

t_з.л. – час дії захисту лінії з боку живильної підстанції; варто взяти до уваги максимальний струмовий захист;

t _о.у - час відключення вимикача на живильній підстанції (по технічним даним зазначеного типу вимикача);

Та - постійна часу загасання аперіодичної складової струму к.з.

Величина Та визначається по табл.7.1 [2] При обчисленні теплового імпульсу короткого замикання на шинах цехової підстанції час протікання струму к.з. складається з

t_{откл =} t _{з +} t _о.у

де t _з - час дії максимального токового захисту t _з = 0,5-1 c

t _о.у - каталожний час відключення вимикача, прийнятого до установки.

Величина В_к повинна визначатися з урахуванням призначення і місця апарата в схемі, тому що час протікання струму к.з. по елементах схеми може бути по-різному. Наприклад, для віддільника і короткозамикача воно різне, але для навчального проектування можна допустити визначення В_к по найбільшому t_откл і використовувати це значення для всіх елементів схеми.

Для установки на стороні вищої напруги ГПП варто вибрати основне устаткування відповідно до схеми комутації: вимикач, роз'єднувач, віддільник, короткозамикач. Вибір апаратів варто представляти у табличній формі.

Перетин збірних шин розподільного устрою на 0,4 кВ вибирають за умовою нагрівання тривалим робочим струмом, а вище 1000В по економічній щільності струму . Для РУ 6-10 кв варто приймати алюмінієві шини прямокутного перетину. Табличне значення тривалого припустимого струму шин зменшується на 5% при положенні шин на опорних ізоляторах у горизонтальній площині, тому що погіршуються умови охолодження

I^’ _дл.доп = 0 95 • I _дл.доп

Довгостроково припустимі величини струмів визначаються по

[2],с.511 чи [1],с.359.

Умова вибору по нагріву I^’ _дл.доп ≥ I_расч

Шини перевіряються за умовами термічної і динамічної стійкості. При перевірці шин і кабелів на термічну стійкість визначається мінімально припустимий перетин по нагріванню струмом короткого замикання

де В_к - розрахункова величина теплового імпульсу к.з, А² • с;

С - термічний коефіцієнт (функція), А• с^1/2 /мм² ,

рівний для алюмінієвих шин - 95; для кабелів з

алюмінієвими жилами з паперовою ізоляцією 6 кв-98

і 10 кв-100; те ж, але з поліетиленовою ізоляцією -

62 і 65 відповідно.

Умова термічної стійкості S_мин ≤ S _выбр

S _выбр - перетин обраного чи кабелю шин.

При перевірці шин на динамічну стійкість розраховується механічна напруга в матеріалі шин σ_расч і порівнюється з припустимим значенням σ_доп .Умова динамічної стійкості

σ_расч≤ σ_доп

Значення припустимої напруги в матеріалі шин наприклад, для алюмінієвих шин марки АТ, А1 σ_доп =82,3 МПа.

Порядок визначення розрахункової величини напруги в матеріалі шин для односмужних шин наступний.

Визначається сила, що діє на шину середньої фази при трифазному короткому замиканні

де i_y - ударний струм к.з. А;

К_ф- коефіцієнт форми шин;

К_ф= I для прямокутних шин, тому що відстань між фазами значно більше периметра шин;

а - відстань між осями фаз, визначається безпосередньо для прийнятого до установки типу осередку РУ 6-10 кв; при відсутності таких даних для осередків КРУ можна приймати а = 260 мм;

l - відстань між сусідніми опорними ізоляторами, рівна розміру осередку КРУ по фасаду; для КРУ типів К-ХП

l = 900 мм, КМ-1Ф l = 750 мм чи 1125 мм.

Шина розглядається як багатопрогонова балка, що вільно лежить на опорах; згинальний момент шин

Далі визначається момент опору шини щодо осі, перпендикулярної дії зусилля. Для різного конструктивного виконання шинної конструкції ця величина розраховується по спеціальних формулах Для односмужних шин, розташованих в одній горизонтальній площині (рис,5) момент опору дорівнює

Н апруга в матеріалі шин, що виникає при впливі згинаючого моменту, дорівнює

Приклад розрахунку перевірки високовольтного обладнання на дію струмів короткого замикання

Перевіримо кабелі вводу на термічну стійкість

Визначимо тепловий імпульс короткого замикання за формулою:

(75)

де - струм короткого замикання в системі, кА;

- час відключення масляного вимикача, с;

- час для мереж напругою 6-10 кВ, с

(76)

де - час дії максимального струмового захисту, с;

- час вимкнення мало масляних вимикачів, с

Визначимо мінімально-допустимий перетин кабелю з умови нагріву за формулою:

(77)

де - тепловий імпульс короткого замикання, кА^2.с;

- коефіцієнт температури та матеріалу провідника: для кабелів , для шин

Перевіримо кабель за умовою термічної стійкості:

Приймаємо до установки обраний раніше кабель марки ААБ S1203

Визначимо мінімально-допустимий перетин шин з умови нагріву за формулою

Перевіримо шину за умовою термічної стійкості:

Приймаємо обрану раніше односмужну алюмінієву шину перетином S=506

Перевіримо шини на динамічну стійкість

Розрахуємо силу, що діє на шину при короткому замиканні за формулою:

(78)

де - коефіцієнт форми шин;

- ударний струм короткого замикання в системі, кА;

- розміри для шафів серії КРУ-ХІІ, мм

Визначимо вигинаючий момент шин за формулою:

(79)

де - сила, при короткому замиканні, Н;

- розмір для шафів серії КРУ-ХІІ, мм

Визначаємо момент опору шин при розташуванні шин плазом і в одній площині за формулою:

(80)

де , - розміри шини, мм

Визначимо розрахункову напругу у матеріалі шин за формулою:

(81)

де - вигинаючий момент шин, Н^.мм;

- момент опору шин, мм³

Перевіримо шини за допустимою напругою в матеріалі:

Остаточно приймаємо однополосну алюмінієву шину перетином S=506 мм

Вибір та перевірку вимикача проводимо у табличній формі:

таблиця

Умови вибору	Масляний вимикач вводу		Трансформатор струму вводу
	Розрахункові дані	Каталожні дані	Розрахункові дані	Каталожні дані
Вибір по напрузі	6	10	6	6
Вибір по робочому струму	328,9	400	328,9	400
Вибір по вимикаючій можливості	8,6	10
Перевірка на динамічну стійкість	16,8	25,5	16,8	52
Перевірка на термічну стійкість	84,5	300	84,5	420,3

Вимикач типу ВММ-10А-400-10У2 задовольняє умовам вибору та перевірки та може бути прийнятий до встановлення

Далі вирішюється питання про встановлення реакторів

Для штучного збільшеня опору короткозамкнутого ланцюга використовують струмообмежуючі реактори. Встановлення реакторів може бути продиктоване необхідністю використання в мережі електропостачання кабелів невеликого перетину. Максимально допустимий струм КЗ для кабелю певного перетину можна визначити за формулою

Якщо струм КЗ буде більше І_п.о.доп реактор вибирають по напрузі, струму, по індуктивному опору [Л2] стор 383