3. Выбор кабелей

Кабели выбирают по напряжению установки

≤ ; (3.1)

По экономической плотности тока

(3.2)

где - расчетный ток нормального режима, А; - экономическая плотность тока, А/мм².

Выбранные по экономической плотности тока кабели проверяют по условиям нагрева в послеаварийном режиме по условию ≤ , где - длительно допустимый ток с учетом поправки на число рядом проложенных в земле кабелей k₁, на температуру окружающей среды k₂ и допустимую перегрузку кабеля k_n = 1.3 (ПУЭ)

k₁ и k₂ (табл.П.3.5 и П.3.6)

, (3.3)

n - число параллельно проложенных кабелей

Пример 3.1

Выбрать кабель к электродвигателю мощностью 360 кВт, = 6 кВ; = 68 А.

Решение

Выбираем кабель марки ААШ_В, = 6 кВ, трехжильный. Определяем экономическое сечение (ПУЭ)

Принимаем один трехжильный кабель сечением 50 мм 1 (3х50) с = 110 А, поправочный коэффициент на температуру воздуха k₂ = 0.87 [2].

При выборе одного кабеля k₂ = 1. В соответствии с (3.3) выполняем проверку:

, т.е. условие соблюдается

Пример 3.2

Выбрать и проверить по условиям нагрева в рабочем режиме кабели с алюминиевыми жилами, связывающие распределительные пункты РП1 и РП2 (рис.3.1) с шинами 10 кВ ПГВ. Максимальная нагрузка РП1 составляет: = 8 МВт, пункта РП2 - = 3 МВт; коэффициент мощности нагрузки φ = 0.9.

Кабели проложены в земле, температура почвы t = 15 ⁰ С. = 5100 ч.

Рисунок 3.1 – Схема электроснабжения РП1 и РП2

Решение

Выбор и проверка кабелей к РП1

Расчетный ток нормального режима:

При = 5100 ч; J = 1.2 А/мм².

Экономическое сечение кабеля составляет

.

Ближайшее к экономическому стандартное сечения кабеля 240 мм² [2].

Длительно допустимый ток кабеля напряжением 10 кВ с алюминиевыми жилами = 355 А. (П.3.1 П.3.4)

Наибольший ток послеаварийного режима

Выбранный кабель сечением 240 мм­² не удовлетворяет условиям нагрева, т.е.:

.

Кабели сечением более 240 мм² на напряжение 10 кВ не выпускается, поэтому принимаем к прокладке два кабеля.

Ближайшие к экономическому сечению =214 мм² оказываются кабели сечением по 120 мм²

мм²

Выбираем два кабеля по 120 мм² с длительно допустимым током I_д.ном. = 240 А. При k₁ = 1.11; k₂ = 0.9; n = 2.

> = 514 А.

Следовательно, выбранные сечения кабелей удовлетворяют условию.

Выбор и проверка кабелей, питающих РП2. Расчетный ток нормального режима равен

Экономическое сечение кабеля

мм²

Выбираем ближайшее стандартное сечение кабеля S = 150 мм² с 257А

Для данной линии наибольший рабочий ток равен расчетному току нормального режима.

Исходя из этого,

> = 193 А.

3.1 Задачи для самостоятельного решения

Используя условия задач 1.1÷1.25 возможно выбирать сечения кабельных линий к синхронным и асинхронным двигателям, к наиболее мощным потребителям и распределительным подстанциям (РП).

Значение сечений и допустимые длительные токи приведены в табл. П.3.1÷П.3.4.

Поправочные коэффициенты k₁ и k₂ приведены в табл. П.3.5 и П.3.6

4. РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

4.1 Рассматриваемые вопросы

1. Расчет аналитическим способом действующего значения периодической составляющей токов КЗ в электроустановке (в разных точках электроустановки) в начальный и произвольный момент времени, ударного тока и апериодической составляющей тока КЗ в заданный момент времени.

2. Расчет начального значения периодической составляющей тока КЗ и ударного коэффициента.

4.2 Общие методические указания

Для выбора и проверки электрооборудования по условиям короткого замыкания необходимо предварительно определить:

- начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ и значение этой составляющей в расчетный момент времени;

- ударный ток КЗ.

Расчет тока КЗ аналитическим способом включает:

- составление расчетной и эквивалентной схемы замещения и определение значений параметров ее элементов;

- преобразование схемы с целью приведения ее к простейшему виду;

- определение искомого тока КЗ.

Расчеты токов КЗ можно вести как в именованных, так и в относительных единицах. При нахождении токов КЗ необходимого для выбора электрооборудования напряжением свыше 1 кВ по условиям КЗ часто применяют систему относительных единиц.

Для определения числовых значений параметров элементов эквивалентной схемы замещения в относительных единицах (о.е.) произвольно задаются базисной мощностью , МВ∙А (она для всех ступеней напряжения одинакова).

При выбранных базисных условиях относительные значения индуктивных сопротивлений различных элементов схемы замещения вычисляют по формулам

, (4.1)

или

, (4.2)

где Х и Х – индуктивные сопротивления элементов расчетной схемы, подлежащие приведению, соответственно в именованных (Ом) и относительных единицах при номинальных условиях: S – номинальная мощность этого элемента, МВ∙А; U – среднее номинальное напряжение ступени.

Формулу (4.1) применяют для приведения к базисным условиям сопротивлений реакторов, а также воздушных и кабельных линий. В последнем случае Х определяется как произведение удельного сопротивления линии Х (Ом/км) на длину линии (км), Х = Х ∙l

Формулу (4.2) применяют для приведения к базисным условиям сопротивлений системы, генераторов, синхронных компенсаторов, электродвигателей, трансформаторов.

После нахождения значений параметров всех элементов схемы замещения последнюю путем преобразований приводят к простейшему виду и вычисляют эквивалентную ЭДС и результирующее эквивалентное сопротивление относительно точки КЗ. Искомое начальное действующее значение периодической составляющей тока в месте КЗ определяют по формуле:

, (4.3)

где - базисный ток той ступени напряжения сети, где находится точка КЗ.

Для определения периодической составляющей тока КЗ от синхронных машин обычно применяют метод типовых кривых. Он основан на использовании кривых изменения во времени отношения действующих значений периодической составляющей тока КЗ в произвольный и начальный момент времени при разных удаленностях точки КЗ. Удаленность находится как отношение периодической составляющей тока генератора (синхронного компенсатора, СД) в начальный момент КЗ к номинальному току машины и может быть найдена как

, (4.5)

Так - характеризует удаленность точки КЗ от синхронной машины.

Если ≥ 2, то на рис. П.4.1 подбирают кривую, соответствующую этому значению. По выбранной кривой для расчетного момента находят коэффициент .

Определяют искомое значение периодической составляющей тока КЗ в расчетный момент времени

, (4.6)

В тех случаях, когда < 2, действующее значение периодической составляющей принимают неизменным во времени, т.е. считают, что = 1 и = .

При расчетах апериодической составляющей тока КЗ, необходимой для выбора или проверки электрооборудования по условиям КЗ, исходят из следующих допущений:

- начальное значение апериодической составляющей тока КЗ по абсолютному значению равно амплитуде периодической составляющей тока в начальный момент КЗ, т.е.

, (4.7)

- апериодическая составляющая затухает по экспоненциальному закону с так называемой эквивалентной постоянной времени

, (4.8)

где и - результирующие эквивалентные сопротивления эквивалентной схемы замещения.

Значение апериодической составляющей тока КЗ в произвольный момент времени определяется выражением

, (4.9)

Ударный ток КЗ определяется по формуле

, (4.10)

где - ударный коэффициент.

Если ≥ 10, то ударный коэффициент можно определить по формуле

, (4.11)

Пример 4.1

Параметры элементов расчётной схемы (рис. 4.1):

генераторы: G₁ и G₂: Р = 110 МВт; U = 10,5 кВ; cosφ = 0.8; = 0.189; X = 0,23; Т = 0,41 с;

трансформаторы Т1 и Т2: S _­ = 80 МВ∙А; n = 115/10.5; U_K = 11%;

Определить начальное значение периодической составляющей тока КЗ в точках К и К , а также значение периодической составляющей тока КЗ в момент времени t = 0.2 c.

Решение

Расчет тока КЗ производим в наиболее тяжелом режиме (при выводе одного из силовых трансформаторов в ремонт), при S_{кз max} = 4000 МВ∙А.

Принимаем базисные условия: S_б = 100 МВ∙А; U_б1 = 115 кВ; U_б2 = 10,5 кВ;

I_б1 = кА; I_б2 = кА.

Рисунок 4.1 – Расчётная схема

Рисунок 4.2 – Эквивалентная схема замещения

Используя формулы (4.1 и 4.2) определим сопротивления элементов схемы замещения (рис. 4.2).

Расчет производим в относительных единицах.

Сопротивление генератора

Сопротивление силового трансформатора

Сопротивление системы

Сопротивление ВЛЭП

Определим суммарное сопротивление короткозамкнутой цепи до точки К1

Периодическая составляющая тока КЗ в точке К1 от системы

Сверхпереходное ЭДС генератора ( ) определим но формуле

Преобразуем схему замещения (рис. 4.2) в схему замещения (рис. 4.3)

Рисунок 4.3 - Преобразованная схема замещения

Производим дальнейшие преобразования

После преобразования схема примет вид (рис. 4.4)

Рисунок 4.4 -Преобразованная схема замещения

По условию 0.4≤ ≤2.5 проверим возможность объединения двух лучей с генераторами Г1 и Г2

, следовательно, объединение возможно,

преобразуем схему (рис.4.4) в двухлучевую звезду

Рисунок 4.5- Двухлучевая схема замещения

Определяем периодическую составляющую тока КЗ в точке К2 от системы

периодическую составляющую токи КЗ в начальный момент от генераторов

Суммарный ток КЗ в точке К2

Найдем значение периодической составляющей тока КЗ от генераторов через 0,2 с с момента возникновения КЗ.

Определяем электрическую удаленность

Так как ^< 2, действующее значение периодической составляющей принимаем неизменным но времени, т.е. и .

Ударный ток КЗ в точке К1

Ударный ток КЗ и точке К2

Пример 4.2

Рассчитать ток трехфазного КЗ на шинах 10 кВ и 110 кВ ГПП.

Исходные данные для расчета.

Трансформатор ГПП: ; 110/10.5 кВ с расщепленной обмоткой 10.5 кВ, схема соединения обмоток .

Мощность КЗ питающей системы МВ∙А; кВ; кВ. При МВ∙А; кА; кА. кВт; ; ; ; кВт; ; ; ; кВт; ; ; сопротивление реактора Ом; А.

Исходная схема и схема замещения приведены на рис. 4.6 (а и б).

Рисунок 4.6 – Расчетная схема и схема замещения к примеру 4.2:

а) расчетная схема, б) схема замещения.

Определим сопротивления элементов схемы, приведенные к базисным условиям, МВ∙А.

Сопротивление питающей системы

Высоковольтные линии ВЛЭП 115 кВ

Сопротивление силового трансформатора

Сопротивление трансформатора мощностью 6.3 МВ∙А

Реактора 400 А, Ом.

Сопротивления кабельных линий, вследствие их незначительной величины принимаем равными нулю

.

Сопротивление синхронных двигателей

.

Суммарное сопротивление короткозамкнутой цепи от питающей сети до точки К1 (подпитку точки КЗ от СД не учитываем)

Начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ в точке К1 от системы

Ударный ток КЗ в точке К1

Преобразуем схему замещения рис.4.6,б относительно точки К2.

Сопротивление короткозамкнутой цепи от питающей сети до точки К2.

.

Начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ от системы в точке К2

Выполняем преобразование схемы относительно точки К2

.

Проверим на объединении СД 2 и СД 5 по условию 0.4 ≤ ≤ 2.5; , объединение возможно.

Проверим на объединение СД 1 и СД 2.5 0.99 > 0.4, объединение возможно.

В результате преобразований получим схему (рис.4.7)

Рисунок 4.7- Преобразованная схема замещения.

Определим периодическую составляющую тока КЗ в начальный момент времени от СД в точки К2

.

Ток КЗ в точке К2 через 0.2 с от СД определим по тепловым кривым.

Электрическая удалённость СД от точки КЗ

А.

При электрической удаленности = 6.1, по кривым определяем коэффициент

кА.

Суммарный ток КЗ в точке К2 в начальный момент времени

кА.

Ток через 0.2 с.

кА.

кА.

Преобразуем схему замещения для расчета тока КЗ в точке К3

Проверим на объединение двигатели СД3 и СД4

, объединение возможно

Рисунок 4.8 – Схема замещения для расчета тока КЗ в точке К3

Ток КЗ от СД в начальный момент времени

Электрическая удаленность

при = 7,4,

ток от СД через 0,2 в точке К2 равен

кА

кА

кА

кА