4. Расчет токов короткого замыкания.
Для проверки электрооборудования, аппаратов, шин, кабелей, токоограничивающих реакторов необходимо знать токи короткого замыкания. При этом необходимо определить ток трехфазного короткого замыкания в месте повреждения. На основании расчетной схемы установки составляется схема замещения и приводится к наиболее простому виду. Данная схема замещения предусматривает раздельную работу секций шин по низкой стороне. При расчете токов короткого замыкания принимают определенные базовые условия.
За базовое значение мощности принимают либо суммарное значение мощности всех источников питания, либо цифру кратную 10.
За базовое значение напряжения принимают напряжение той ступени на которой рассматривается точка короткого замыкания, равное средне-номинальному.
Определяем базовый ток Iб для точки К1:
I
=
;
кА. (4.1)
По расчетным кривым /6,10/ определяется для момента времени t = 0 и X*с сверхпереходный ток .
Осуществляется переход от относительных единиц к именованным:
;
кА. (4.2)
Определяем ударный ток короткого замыкания:
iУ = 2,55*Iкз , кА. (4.3)
Определяем мощность короткого замыкания:
Sкз =Sб*I* ,МВА. (4.4)
Расчет токов короткого замыкания, в точке К-2.
Принимаются базовые условия:
Uб =Ucр(нн);
Sб =100 MBA.
Определяется сопротивление трансформатора в относительных единицах:
Х*тр = UK*Sб/100*SHT (4.5)
Суммарное сопротивление до точки к.з. равно:
Х∑ = Х*с + Х*тр (4.6)
По расчетным кривым /6,10/ определяется для времени t=0 и X*∑ сверхпереходный ток I"(2), затем определяется ток в именованных единицах.
Определяется ударный ток короткого замыкания:
Iу = 2,55*I"(2), кА (4.7)
Определяется мощность короткого замыкания:
Sкз = Sб*I", МВА (4.8)
Все данные расчета токов короткого замыкания сводятся в таблицу №2.
Таблица №2:
Наименование точки КЗ |
Uб, кВ |
Sб, МВА |
I", кА |
Iу ,кА |
Sкз, МВА |
К1 |
|
|
|
|
|
К2 |
|
|
|
|
|
Для проверки шин, кабелей и электрических аппаратов на термическую стойкость при коротком замыкании используется понятие тепловой импульс Вк, характеризующий количество теплоты, выделившейся в проводнике (при протекании тока короткого замыкания), который определяется:
Bк = I2кз*tкз; (4.9)
где Iкз - значение периодической составляющей тока к.з. при t = 0;
tкз - время к.з. зависящее от уровня (места) на котором рассматривается точка к.з.
Время короткого замыкания определяется в зависимости от уровня (места) к.з. по формуле:
tкз = tрз + tв + Ta, (4.10)
где tpз - время срабатывания релейной защиты принимается лежащим в пределах (0,01 - 0,02с);
tв - действительное время срабатывания выключателя, принимается для быстродействующих выключателей равным (0.07 – 0.1)с;
Та – постоянная времени цепи к.з., учитывает влияние апериодической составляющей в токе к.з.
Та – определяется в зависимости от соотношения результирующих индуктивного и активного сопротивлений цепи к.з, с.
В учебном проектировании можно воспользоваться средними значениями Та и Kiуд.
Для системы, связанной со сборными шинами, где рассматривается точка короткого замыкания, для трансформаторов единичной мощностью:
32-80
МВА – Тас
принимается
лежащим в пределах 0,05-0,01, Ку
1,82-1,9:
для
трансформаторов мощностью от 5,6-32 МВА
– Ку
1,6
0,02-0,05
с.
Принимаем, что на подстанции будут установлены быстродействующие выключатели и их время срабатывания равно tв ≤ 0,1 с. Тогда время короткого замыкания для отходящей линии равно:
tкзл = 0,02+ 0,1 +0,05 = 0,17 с
Время короткого замыкания для секционного выключателя определяется по формуле:
tкзсв = tрз +tв + Та + ∆t (4.11)
где ∆t - время ступени селективности, добавляется чтобы секционный выключатель не сработал раньше выключателя линии, ∆t =(0,3-0,5 и т.д.) с.
Время короткого замыкания для выключателя ячейки ввода определяется по формуле:
tкзяв= tрз + Та + tв+2∆t, (4.12)
Действительное время короткого замыкания на стороне высокого напряжения определяется:
tкзBH = tрз + tв + Ta+3∆t, (4.13)
Затем определяют тепловой импульс для отходящей линии, секционного выключателя, выключателя ячейки ввода, для аппаратов на стороне ВН, и все расчеты сводим в таблицу №3.
Таблица №3:
Наименование ячейки |
Значение |
|
|
tкз |
Вк = I"2 ∙ tкз |
Отходящая линия |
|
|
Секционная ячейка |
|
|
Ячейка ввода |
|
|
Сторона ВН |
|
|
В течение последних десятилетий токи короткого замыкания в электрических системах сильно увеличиваются вследствие увеличения мощности станций и развития сетей. Поэтому в электроустановках применяют искусственные меры координации токов короткого замыкания, чем обеспечивается возможность применения более дешевого электрооборудования.
Для ограничения токов короткого замыкания на подстанции:
1) применяют раздельную работу трансформаторов на стороне НН;
2) применяют трансформаторы с расщепленными обмотками;
3) применяют разземленные нейтрали трансформаторов в установках 110 кВ для ограничения токов однофазного короткого замыкания.
4) применяют схемное решение, т.е. раздельную работу питающих линий на стороне ВН.
5) устанавливают при необходимости реакторы.