3.7. Расчет токов короткого замыкания

Значения токов короткого замыкания используются для проверки шин и аппаратов по условиям электродинамической и термической стойкости, для выбора токоограничивающих элементов, для проверки кабельных линий на термическое действие и др.

Расчет токов КЗ состоит из следующих этапов:

Составление расчетной схемы. Расчетная схема – это однолинейная схема электроустановки с указанием элементов, участвующих в расчете токов КЗ. Расчетная схема должна отражать нормальный режим работы установки.

Выбор вида КЗ. Для определения электродинамической стойкости аппаратов и шин принимают трехфазное КЗ; для определения термической стойкости – трехфазное или двухфазное КЗ. Проверку отключающей и включающей способности аппаратов проводят по трехфазному или однофазному току КЗ на землю в зависимости от его значения. В настоящем проекте ведется расчет только трехфазного КЗ.

Места расположения точек КЗ выбирают так, чтобы проверяемое оборудование и проводники находились в наиболее тяжелых условиях. Для коммутационной аппаратуры выбирают место КЗ на их выходных зажимах; проверку кабельных линий производят по току КЗ в начале линии; проверку оборудования на отходящих реактированных линиях ведут по току за реактором.

Расчетная продолжительность принимается различной в зависимости от назначения расчетов.

При проверке выключателя на коммутационную способность за расчетное время КЗ принимают момент начала расхождения его контактов

,

где t_з.min = 0,01 – принимается как минимальное время действия релейной защиты, с; t_coб – собственное время выключателя, с.

При проверке выключателя на термическую стойкость за расчетное время КЗ принимают полное время протекания тока короткого замыкания

,

где t₃ – полное время действия основной защиты; t_вык – полное время отключения выключателя по его паспорту. При расчете этого времени используются следующие ориентировочные значения времени действия защит, которые определяются условиями селективности.

(1,0…1,2) с – для отходящих линий 6–10 кВ;

(1,5…1,8) с – для межсекционных связей 6–10 кВ;

(2,0…2,4) с – для линий 35 кВ;

(2,5…3,0) с – для линий 110–330 кВ;

(3,0…3,6) с – для трансформаторов связи;

(4,0…4,6) с – для генераторов.

Определение расчетных параметров элементов сети. Параметры элементов (генераторов, трансформаторов линий и т. д.) приводят к базисным условиям, в качестве которых принимают базисную мощность S_б и базисное напряжение U_б. Базисное напряжение принимают для каждой ступени напряжения равным ее среднему номинальному значению. Расчет токов КЗ ведут в относительных или именованных единицах.

При расчетах в относительных единицах сопротивления элементов приводят к базисной мощности

,

при расчетах в именованных единицах сопротивления элементов приводят к базисному напряжению.

На рис. 3.7 представлена расчетная схема ТЭЦ и соответствующая ей схема замещения. На схемах показаны расчетные точки короткого замыкания К1 и К2. Расчет токов КЗ производим в относительных единицах с приведением сопротивлений к базисным условиям.

Предварительный выбор секционных реакторов. Сопротивление секционных реакторов должно быть достаточным для того, чтобы ограничить ток КЗ до значений, соответствующих параметрам намечаемых к установке выключателей. Номинальный ток секционного реактора должен соответствовать мощности, передаваемой от секции к секции при нарушениях нормального режима. Так как точный расчет режима секционных реакторов затруднен из-за неопределенности возможных нарушений, то поступают так: ток реактора принимают по току генератора

,

сопротивление предварительно задают в пределах х_р = 0,1 – 0,4 Ом. Сделав такой выбор, рассчитывают ток КЗ на шинах установки. Если он окажется больше ожидаемого, изменяют сопротивление реактора и повторяют расчет. В соответствии с этими рекомендациями предварительно выбираем реактор с номинальным током не менее 0,5 ∙ I_г.ном = 0,5 ∙ 4,33 = 2165 А. Из существующей номенклатуры реакторов [12] выбираем реактор типа РБГ 10–2500–0,20УЗ с номинальным током I_ном = 2500 А и сопротивлением х_р = 0,20 Ом.

а

б

Рис. 3.7. Расчетная схема (а) и схема замещения (б) для определения токов КЗ в точках К1 и К2

Задание базисных величин. Значения базисной мощности и напряжений принимают исходя из соображений удобства проведения расчетов. В качестве базисных величин принимаем S₆ = 1000 MB·A;

Расчет сопротивлений схемы замещения. Расчет сопротивлений выпол­няется в относительных единицах при выбранных базисных условиях (для упрощения «звездочка» в индексах опущена).

1. Сопротивления энергосистем С1 и С2 соответственно

2. Сопротивление ЛЭП (результаты расчетов сведены в табл. 3.10)

,

где х_уд – удельное сопротивление линии, Ом/км; n_ц – количество параллельных цепей; L – длина линии, км.

Таблица 3.10

ЛЭП	Uб1, кВ	xуд, Ом/км	nц	L, км	Сопротивление линии в схеме замещения, о. е.
W1	115	0,4	2	35	x3	0,529
W2	115	0,4	2	60	x4	0,907
W3	115	0,4	3	60	x5	0,605

3. Сопротивление генераторов (результаты расчетов сведены в табл. 3.11)

,

где х_d^’’ – относительное сверхпереходное индуктивное сопротивление по продольной оси; S_г,ном – номинальная мощность генератора.

Таблица 3.11

Генератор	Sг.ном, МВА	x"d, о.е.	Сопротивление схемы замещения, о. е.
G1,G2,G3,G4 (ГРУ)	78,75	0,1361	х18 = x19 = x20 = x21	1,728
G5 (блок)	235,3	0,1900	х6	0,807

4. Сопротивление двухобмоточного трансформатора блока

где u_к – напряжение КЗ трансформатора, %; S_t.hom – номинальная мощность трансформатора, МВА.

5. Сопротивления трансформаторов связи с расщепленными обмотками: полное сопротивление трансформатора

сопротивление обмотки высшего напряжения

сопротивление обмотки низшего напряжения

о. е.

6. Сопротивления секционных реакторов

^;

о. е.

Расчет ЭДС источников. В данной схеме источниками являются генераторы станции и две энергосистемы, к которым станция подключена (подпиткой от нагрузки пренебрегаем). Каждый источник вводится в схему замещения своей сверхпереходной ЭДС, которая определяется по формуле



где U, I, φ – величины предшествующего (нормального) режима в относительных единицах (кроме φ).

1. ЭДС генераторов ГРУ

= 1 + 0,1361 · 0,59 = 1,08 о. е.

2. ЭДС генератора блока

= 1 + 0,19 · 0,52 = 1,10 о. е.

3. ЭДС энергосистем из-за их электрической удаленности

.

Примечание. В дальнейшем для всех физических величин, вычисленных в относительных единицах, обозначение «о. е.» будет опускаться.