10 Расчет токов короткого замыкания

Расчет токов короткого замыкания (КЗ) в проектируемой системе электроснабжения должен выявить величины токов КЗ в точках расчетной схемы, где намечается установка соответствующих высоковольтных и низковольтных аппаратов и производится выбор токоведущих частей (шин и кабелей).

При проектировании системы электроснабжения токи КЗ рассчитывают от источника неограниченной мощности и по расчетным кривым.

За расчетную принимают схему длительного режима при условии, что включены все рабочие и резервные источники питания и с учетом подпитки места КЗ от высоковольтных двигателей двух секций при включенном секционном выключателе. Не следует рассматривать параллельный режим работы трансформаторов, если он создается в момент оперативных переключении. В расчетных схемах электроустановок напряжением выше 1000 В обычно принимают во внимание только индуктивные сопротивления электрических машин, силовых трансформаторов, реакторов, воздушных и кабельных линий, токопроводов. Активные сопротивления кабельных линий и цеховых трансформаторов учитывают для удаленных точек КЗ, когда результирующее активное сопротивление составляет более 0,3 от суммарного индуктивного.

В схеме замещения результирующее сопротивление отдельных элементов цепи КЗ выражают в Ом, МОм и в относительных единицах, приведенных к базисному напряжению или базисной мощности. За базисные напряжения принимают 0,23; 0,4; 0,525; 0,69; 3,115; 6,3; 10,5; 37; 115; 230 кВ, за базисную мощность - мощность, равную 1. Например, можно принимать системы, генераторов станций, трансформаторов подстанций или число, удобное для расчета – кратное 10 (10, 100, 1000 МВ·А).

Все электрические аппараты, токоведущие части и изоляторы схемы электроснабжения выбирают по условию нормального режима и проверяют на устойчивость действия при КЗ. При этом определение токов КЗ необходимо для следующих целей:

а) проверки элементов системы электроснабжения на динамическую устойчивость (расчет ударного тока КЗ i_у и наибольшего значения тока КЗ за первый период I");

б) проверки элементов системы электроснабжения на термическую устойчивость (рас-чет действующего значения установившегося тока КЗ I_∞ и приведенного времени t_п, соответствующего полному току КЗ);

в) проверки выключателей по отключающей способности (расчет действующего значения периодической составляющей тока КЗ I_t для t=0,2 c - времени отключения выключателя).

Таким образом, результатом расчета токов КЗ является определение следующих величин: i_у, I", I_∞, t_п,I_0.2 .

Значение токов КЗ на шинах напряжением 6-10 кВ подстанций промышленного предприятия, как правило, должно быть ограничено величиной, позволяющей применять КРУ серийного промышленного производства. При этом оптимальное значение расчетного тока КЗ должно определяться с учётом двух факторов:

а) обеспечения возможности применения электрических аппаратов с более лёгкими параметрами и проводников возможно меньшего сечения;

б) ограничения отклонений и колебаний напряжения при резкопеременных толчковых нагрузках.

В необходимых случаях расчётную величину тока КЗ определяют на основании ТЭР по минимуму приведённых затрат на ограничение токов КЗ.

Расчетная схема и схема замещения приведены на рисунке 11 . Мощность трансформатора питающей ГПП S_н.т = 200 МВА, мощность системы 100 МВА, реактивное сопротивление на стороне 110 кВ, отнесенное к мощности системы, 0,7. Расстояние от подстанции энергосистемы до завода 5 км.

Составим схему замещения для данной системы.

Рисунок 11- Схема замещения

Сопротивления выражены в относительных единицах.

Требуется рассчитать токи к.з. в точках К1, К2,…, К8. Индуктивные сопротивления элементов схемы:

1. Сопротивление системы

S_б=100 МВ·А

2. Сопротивление воздушной линии

,

где - сопротивление, Ом/км.

3. Сопротивление трансформатора по схеме замещения:

а)

б)

4. Сопротивление кабелей системы

Рассчитаем сопротивление кабеля линии №1. Его длина – 52,1 м. Индуктивное сопротивление – 0,071 Ом/км. Относительное сопротивление рассчитаем по формуле . Число кабелей – 5. Они соединены параллельно, поэтому , отсюда х_Σ=0,019.

Расчет по остальным кабелям аналогичен. Сведем его в таблицу 16.

Таблица 16 – Относительное сопротивление кабелей линий секции №1

№ линии	Длина, м	Х, Ом/км	Хотн	Число каб.	ХΣ
1	52,1	0,071	0,0093	5	0,0019
2	20,4	0,073	0,0038	3	0,0013
3	315,1	0,073	0,0579	4	0,0145
4	61,2	0,071	0,0109	6	0,0018
5	90,7	0,073	0,0167	1	0,0167
6	188,1	0,071	0,0337	7	0,0048
7	249,3	0,071	0,0446	5	0,0089
8	251,6	0,074	0,0469	1	0,0469
9	602,9	0,074	0,1124	1	0,1124
10	430,7	0,074	0,0803	1	0,0803
11	442,0	0,073	0,0813	3	0,0271
12	464,7	0,074	0,0866	1	0,0866
13	83,9	0,073	0,0154	1	0,0154

5. Сопротивление трансформатора по схеме замещения

(28)

6. Сопротивление трансформатора по схеме замещения

.

Подсчитаем сопротивления в точках короткого замыкания:

1. Подсчет сопротивлений для точки К1

.

2. Подсчет сопротивлений для точки К2

.

3. Подсчет сопротивлений для точки К3

4. Подсчет сопротивлений для точки К4

5. Подсчет сопротивлений для точки К5

6. Подсчет сопротивлений для точки К6

7. Подсчет сопротивлений для точки К7

8. Подсчет сопротивлений для точки К8

Рассчитаем токи КЗ в точках по формуле:

(29)

1. Расчет тока КЗ для точки К1

Аналогично рассчитываем токи КЗ и для остальных точек. Данные сведем в таблицу 17.

Таблица 17 – Токи КЗ в точках короткого замыкания.

Место КЗ	Х, о.е.	Iб, кА	Iкз, кА
К1	0,7137	5,500	7,706
К2	0,9365	5,500	5,873
К3	0,9383	5,500	5,862
К4	0,9509	5,500	5,784
К5	0,9531	5,500	5,770
К6	0,9454	5,500	5,818
К7	1,0489	5,500	5,244
К8	0,9635	5,500	5,708