2.3 Расчет токов короткого замыкания и проверка элементов сети

В электроустановках могут возникать различные виды коротких замыканий, сопровождающихся резкими бросками тока. Электрооборудование, устанавливаемое в системах электроснабжения должно выбираться с учетом этих токов.

2.4.1 Выбор точек и расчет токов КЗ

Поэтому рассчитаем их по схеме электроснабжения рисунок 1

Г ПП КТП-400-81

ШР-1 ШР-2 ШР-3 ШР-4

Рисунок 1

Для расчета токов короткого замыкания в точке К1 составим схему замещения участка цепи до этой точки рисунок 2

К1

х_сис

r_к.в.

х_к.в.

где х_сис. - сопротивление системы (х_сис= 0,15 Ом);

r_к.в. – активное сопротивление линии высокого напряжения;

х_к.в. – индуктивное сопротивление линии высокого напряжения.

Рисунок 2

Определяем активное сопротивление кабеля на высокой стороне по формуле, r₀=1,98 Ом/км ([4], с.511);

(24)

Определяем индуктивное сопротивление кабеля на высокой стороне по формуле, x₀ =0,11 Ом/км ([4], с.513).

(25)

Определяем результирующее сопротивление линии в точке К1 по формуле, Ом

, (26)

Определяем трёхфазный ток короткого замыкания в точке К1 по формуле, кА

, (27)

где U_ср.ном – номинальное напряжение линии + 5%, кВ

10,5

I

 3 0,064

⁽³⁾_к1 = = 94,72.

Определяем мгновенное значение ударного тока короткого замыкания с учётом ударного коэффициента К_у по формуле, кА

i_{у к1}= К_у  2 I⁽³⁾_к1 , (28)

Находим ударный коэффициент по кривым (5, рис.7.4) К_у=1,02.

i_{у к1}= 94,72х 2х1,3=174,14

Для расчётов токов короткого замыкания в точке К2 составляем схему замещения рисунок 3

r т

x_т

r_а

x_а

r_тт

x_тт

r_к

где r_т – активное сопротивление трансформатора;

x_т – индуктивное сопротивление трансформатора;

r_a – активное сопротивление аппаратуры защиты;

x_a – индуктивное сопротивление аппаратуры защиты;

r_тт – активное сопротивление трансформатора тока;

x_тт – индуктивное сопротивление трансформатора тока;

r_к - активное сопротивление кабеля на высокой стороне.

Рисунок 3

Активное сопротивление трансформатора определяем по формуле, мОм

(29)

где Р_м – потери трансформатора в меди, кВт;

U_ср.ном – среднее номинальное напряжение на низкой стороне, В;

S_ном – номинальная мощность трансформатора, кВА.

Индуктивное сопротивление трансформатора определяем по формуле, мОм

(30)

где U_к – потери напряжения в трансформаторе, %.

Сопротивления трансформатора тока и аппаратуры защиты выбираем по (3, таб.2.54) с учётом номинального тока силового трансформатора на низкой стороне.

Определяем активное сопротивление трансформатора по формуле 29, мОм

.

Определяем индуктивное сопротивление трансформатора по формуле 30, мОм

. ^· · = 27,52.

Номинальный ток силового трансформатора на низкой стороне определяем по формуле, А

(31)

.

По (3, таб.2.54) определяем

r_а=0,12 мОм; x_а=0,084 мОм; r_тт=0,07 мОм; x_тт=0,05 мОм

Рассчитываем активное и индуктивное сопротивления трансформатора по формулам 29 и 30

r_т = 5,5 мОм; х_т = 17,2 мОм; r_к = 15,5 мОм – по условию.

Определяем активное результирующее сопротивление от точки К1 до точки К2, мОм

r_{рез к2} = .

Определяем индуктивное результирующее сопротивление от точки К1 до точки К2, мОм

.

Определяем полное результирующее сопротивление в точке К2 по формуле, мОм

(33)

. Определяем трёхфазный ток короткого замыкания в точке К2 по формуле 27, кА

.

Определяем значение ударного тока по формуле 28, кА, учитывая ударный коэффициент К_у=1,08.

i _{у к2} = 1,08  2 9,72 =14,85 .

Для расчётов тока короткого замыкания в точке К3 составляем схему замещения рисунок 4

r_т

r_a

r_тт

r_к

r_к.н.

х_т

х_а

х_тт

х_к.н.

К2

К3

где r_к.н. – активное сопротивление линии низкого напряжения, мОм;

х_к.н.– индуктивное сопротивление линии низкого напряжения, мОм

Рисунок 4

Выбираем по (5, таб.2.8) кабель на низкой стороне для ЩР-2 с учётом номинального тока расцепителя автоматического выключателя на вводе в шкаф ( l_к.н.= 0,0264 км)

Определяем активное и индуктивное сопротивление кабеля на низкой стороне по формуле 24 и 25, мОм

r_к.н.= 0,6440= 25,6;

х_к.н.= 0,0640=2,4.

Определяем результирующие значения сопротивлений в точке К3, мОм

r_{рез к3} = 25,6+21,19=46,8;

х_{рез к3}= 2,4+17,334=19,7.

Определяем полное результирующее сопротивление в точке К3 по формуле 26, мОм

Z _{рез к3}=  46,8²+ 19,7² = 50,8.

Определяем ток короткого трехфазного замыкания в точке К3 по формуле 27, кА

400

I

 3 50,8

⁽³⁾_к3 = = 4,55.

Определяем значение ударного тока по формуле 28, кА, учитывая ударный коэффициент К_у=1,02.

i ук3 = 1,02  2 4,55= 6,6.

Определяем значение однофазного тока короткого замыкания по формуле, кА

(33)

где Uф – фазное напряжение сети, В;

Zтр – полное сопротивление трансформатора току однофазного короткого замыкания на корпус с учётом сопротивлений прямой и нулевой последовательности, мОм;

Zпетли – полное сопротивление петли фаза-нуль кабеля.

Определяем по (4, стр. 407)

Zтр= 65 мОм.

Определяем по (4, табл. 7)

Zоп= 1,48 мОм/м;

Zпетли= 1,48 40 = 59,2.

Определяем значение однофазного тока короткого замыкания по формуле 33, кА

2.4.2 Проверка элементов по токам КЗ

Выбираем автоматические выключатели ВА5135, ВА5131 устанавливаемые в шкафах серии ПР8501.

Номинальный ток теплового расцепителя I_н.р. выбираем исходя из условия заданного формулой, А

, (34)

где К_п – тепловой поправочный коэффициент по ([2], с.60) К_п = 1,25.

Ток срабатывания отсечки выбираем по условию, А

, (35)

где I_пик – пиковый ток станка, А.

Пиковый ток рассчитываем по формуле, А

, (36)

Выбор автоматических выключателей показываем на примере приемника №4. Определяем пиковый ток ЭП подъёмных ворот по формуле 36

.

Принимаем ближайшее стандартное значение тока отсечки I_отс=192.

Рассчитываем номинальный ток теплового расцепителя по формуле 34

.

Принимаем ближайшее стандартное значение тока расцепителя ([2], с.77) I_н.р.=16.

Так как условия 34, 35 выполнены, то автомат выбран верно. Аналогичным образом производим расчет автоматов для остальных приемников.

Выбор автомата на вводе в шкаф, аналогичен выше указанному. Различием является определение пускового тока.

Выбираем автомат для шкафа ПР 8501-062 по формуле, А

, (37)

где I_max –максимальный ток шкафа, А;

I_ном – сумма номинальный токов приемников, А.

Рассмотрим определение пикового тока на примере ШР1.

По формуле 37 находим пиковый ток для шкафа

I_{пик. шк}=94,63+8х153,72х (153,72х94,63\369,46)=1258,02

По формуле 34 находим ток срабатывания теплового расцепителя для вводного автомата шкафа РП1

.

Принимаем ближайшее стандартное значение тока теплового расцепителя I_н.р.=200А и устанавливаем автомат ВА52-37.

Данные выбора проводов и аппаратов защиты приводим в таблице 4

Выбор и проверка высоковольтного оборудования на токи короткого замыкания. Данные плавкого предохранителя ПКТ-101-10 ([1], с. 188, таблица 2,85) и заносим в таблицу 5.

Таблица 4

Линии к ЭП, тип автомата	Расчётный ток линии; (А)		Номинальный ток расцепителя; (А)				Ток мгновенного срабатывания отсечки; (А)		Коэф КЗ		Допустимая токовая нагрузка на кабель; (А)		Марка и сечения кабеля; (мм2)
	Iном.	Iпуск	Iрасч.р		Iном.р		Iпик	Iс.о.	Кз		Iрасч.теп.	Iпров.
ЩР1 (ПР 8501-062)
ЭП 1,3 ВА 51-31													АВВГ (516,0)
ЭП 9..11 ВА 51-31													АВВГ (56,0)
ЭП 16 ВА 51-31													АВВГ (52,5)
ЭП 26 ВА 51-31													АВВГ (516,0)
ЩР2 (ПР 8501-092)
ЭП 4,6 ВА 51-35	43,96	622,3	111,2		125		777,8	1250	1		125	126	АВВГ (550,0)
ЭП 7,8 ВА 51-35	31,2	852,8	152,3		160		1066	1600	1		160	168	АВВГ (570,0)
Линия к Ш Р2	75,16		628,7		630		1092	6300	1		315	336	АВВГ (450,0)
ЩР3 (ПР 8501-092)
ЭП 15,23 ВА 51-31	58,58	279,1	46,7	50		349,9		50	1	50		62	АВВГ (516,0)
ЭП 30,31 ВА 51-31	17,24	80,6	14,39	16		100,7		160	1	16		19	АВВГ (52,5)
ЭП 22,29 ВА 51-31	23,02	179,8	29,97	31,5		224,8		315	1	31,5		34	АВВГ (56,0)
Линия к ШР3	98,84		466,5	500		520,9		500	1	267,7		336	2АВВГ (470,0)
ЩР4 (ПР 8501-092)
ЭП 12,14 ВА 51-35	111,4	265,2	44,2		50		331,5	500	1		50	62	АВВГ (516,0)
ЭП 18,19 ВА 51-31	82,62	179,8	29,97		31,5		224,8	315	1		31,5	34	АВВГ (56,0)
ЭП 20,21 ВА 51-31	58,58	80,6	14,39		16		100,7	160	1		16	19	АВВГ (52,5)
ЭП 28 ВА 51-31	38,28	301,8	58,1		63		377,3	630	1	63		62	АВВГ (516,0)
Линия к ШР3	290		466,5		500		520,9	500	1	267,7		336	2АВВГ (470,0)

Таблица 5

Расчетные	Допустимые
Uном=10кВ Iном=23,12×2=46,24А IK(3) = 0,61 кА Вк1=9,85кА2/с S=10.5 кВ А	Uном=10кВ Iном.р.= 50A Iотк = 31,5 кА Вкв = 3969 кА 2/с S=346 кВ А

Находим тепловой импульс для разъединителя по формуле, кА²с

, (38)

где t_защ.- время срабатывания защиты от короткого замыкания, с;

T_a - постоянная времени апериодической составляющей тока короткого замыкания, с ([4], c.359).

Выбираем и проверяем выключатель нагрузки на высокой стороне РВ-10/400-У2.Данные высоковольтного предохранителя сводим в таблицу:

Таблица 6

Расчетные	Допустимые
Uном=10кВ Iном=23,12А iУ=3,1 кА Вк1=9,85 кА2/с	Uном=10кВ Iном=400 A iУ=41 кА Вкв = 1024 кА2/с