1.5 Расчет токов короткого замыкания

Токи короткого замыкания рассчитываются для выбора и проверки высоковольтного оборудования и токоведущих частей на устойчивость и проверки на чувствительность релейной защиты.

Расчет токов короткого замыкания производится в двух точках электроснабжения на стороне высшего напряжения и на стороне низшего напряжения цехового трансформатора в относительных базисных единицах и на стороне низшего напряжения в именованных единицах.

1.5.1 Расчет токов КЗ для точки К1

Принимаем базисные условия

МВА

кВ

Выбираем высоковольтный выключатель марки BB-TEL-10 с S_откл=350МВА

Определяем сопротивление системы

, (40)

где мощность отключения, равна 350Мва

Определяем индуктивное сопротивление кабельной линии

_{, (41)}

где -индуктивное сопротивление линии,

- длинна кабельной линии

Определяем активное сопротивление кабельной линии

Для определения удельного сопротивления необходимо выбрать сечение и материал кабельной линии. Выбор проводится по экономической плотности тока

, (42)

где - – рабочий максимальный ток, А;

_{, (43)}

где - максимальный рабочий ток,

-мощность цехового трансформатора,

- номинальное напряжение

₍₄₄₎

Выбираем кабель ААШв 3х35

Определяем активное удельное сопротивление кабельной линии

_, (45)

где: -удельное сопротивление кабеля,

-длинна кабеля,

-полная базисная мощность,

-базисное напряжение

, (46)

где - справочное значение кабеля[2,т.12],32,

S-сечение кабеля

Определяем суммарные сопротивления схемы замещения

x_Σ1 = x_c + x_k, (47)

где -cумарное индуктивное сопротивление в точке К1,

-сопротивление системы,

-сопротивление кабельной линии

x_Σ1 = 0,29 + 0,11 = 0,4 Ом

r_Σ1 = r_к = 1,2 Ом

_{, (48)}

где - полное сопротивление в точке К1,

-сумарное активное сопротивление кабеля в точке К2,

-сумарное индуктивное сопротивление кабеля в точке К2

Определяем установившийся ток

_{, (49)}

где -базисный ток,

-полная базисная мощность,

-базисное напряжение

, (50)

где -базисный ток,

- полное сопротивление в точке К1

Определяем ударный ток

, (51)

где к_у выбирается по кривым в справочной литературе [3,рис 45],выбираю 1,1

-установившейся ток

Определяем мощность тока КЗ кВА

_{, (52)}

где -базисная полная мощность,

Z –полное сопротивление в точке К1

1.5.2 Расчет токов КЗ для точки К2

Определяем сопротивление системы Ом

, (53)

где - номинальное напряжение на низкой стороне,

S_к1 –мощность короткого замыкания для точки К1

Определяем относительное сопротивление трансформатора Ом

_{, (54)}

где - номинальная мощность трансформатора

Определяем относительное индуктивное сопротивление трансформатора Ом

_{, (55)}

где - напряжение короткого замыкания

Определяем именованное сопротивление трансформатора Ом

, (56)

где - относительное активное сопротивление трансформатора,

- номинальное напряжение,

- номинальная мощность трансформатора

, (57)

Определяем полное сопротивление короткого замыкания Ом

_, (58)

где - именованное активное сопротивление,

- именованнон индуктивное сопротивление,

- индуктивное сопротивление системы

Определяем установившийся ток А

_, (59)

где: - номинальное напряжение,

- полная мощность схемы замещения

Определяем ударный ток

_, (60)

где К_у – ударный коэффициент, мощности трансформаторов на шинах низкого напряжения, при мощности более 400 кВА, равен 1,3,

-установившийся ток

Определяем мощность короткого замыкания

_{, (61)}

где -установившийся ток,

номинальное напряжение на низкой стороне

Результаты расчетов сводятся в таблицу 6.

Таблица 6 – Значение токов короткого замыкания

К1	4,59	6,6	79,4
К2	26,3	48,2	17,3

1.6 Расчет высоковольтного присоединения с выбором и проверкой электрооборудования на устойчивость к токам короткого замыкания

Выбор высоковольтного электрооборудования производится в табличной форме путем сравнения расчетных величин с допустимым для данного вида электрооборудования.

Предполагаем в ячейке ГПП =10 кВ, устанавливаем высоковольтный выключатель на выкатываемой тележке и трансформаторы тока.

На стороне высокого напряжения трансформаторной подстанции устанавливается выключатель нагрузки с предохранителем.

Высоковольтное электрооборудование выбираем в номинальном режиме, в режиме короткого замыкания, и проверяем на электродинамическую и электротермическую устойчивость к токам короткого замыкания.

Таблица 7 – Выбор высоковольтного электрооборудования

Условия выбора	Высоковольтный выключатель		Трансформатор тока		Выключатель нагрузки		Режим работы
	Расчет. величина	Допуст. величина	Расчет. величина	Допуст. величина	Расчет. величина	Допуст. величина
Uн ≤ Uн.ап, кВ	10	10	10	10	10	10	Нормальный
Imax ≤ Iн.ап, A	163	1000	163	200	51	100
I∞ ≤ Iоткл, кА	4,69	12,5	–	–	–	–	Режим к.з
Sк ≤ Sоткл, кА	79,4	216	–	–	–	–
iy ≤ imax, кА	11	78,1	11	46,5	11	12	электротермическая
, кА·с-2	6,6	32	6,6	198	-	-	электродинамическая
Тип аппарата	BB-TEL-12,5-1000-У2		ТПЛ-10-200/5		ВНПЗ-17 ПК-10/100

Определяем максимальный ток для высоковольтных выключателей и трансформаторов тока

, (62)

А

Определяем максимальный ток для высоковольтного выключателя нагрузки. А

_, (63)

Определяем термоустойчивость высоковольтного выключателя

, (64)

где t_п=0,5-1с, время действия тока короткого замыкания, складывается из времени отключения выключателя и времени срабатывания защиты

- ток короткого замыкания в точке К1

t_т=3с, время термической стойкости.

кА

Определяем мощность отключения высоковольтного выключателя ВВ ТЕ2-12,5-1000-92

_, (65)

мВА

Проверка трансформатора тока на электродинамическую устойчивость

, (66)

где К_дин – динамический коэффициент, определяется по справочной литературе

– максимальный ток первичной обмотки трансформатора тока

кА

Определяем расчетный ток термической стойкости трансформатора тока

_, (67)

Производим проверку трансформатора тока на электродинамическую устойчивость

_{, (68)}

Выбор высоковольтного выключателя производится по [2, табл. 1]

Выбор трансформатора тока по [2, табл. 4]

Выбор выключателя нагрузки по [2, табл. 3]

1.7 Расчет и выбор релейной защиты

Производим расчет максимальной токовой защиты

Определяем ток срабатывания реле

, (69)

где = 1-1,25 выдаёт преподаватель

= 1-выдаёт преподаватель

= 2-3 –выдаёт преподаватель

= , (70)

где I1- номинальный ток на высокой стороне,

I2- номинальный ток на низкой стороне

= 0,8-0,85 – выдаёт преподаватель

А

Принимаем уставку реле PT 40/20 с 11,5 А

Проверяем чувствительность защиты

, (71)

где - ток уставки реле,

- коэффициент трансформации у трансформатора тока

Производим расчет максимальной токовой отсечки

, (72)

где = 1,8 по справочной литературе

= 1 по справочной литературе

= 40 рассчитано выше в формуле (70)

А

А , (73)

где - ток короткого замыкания в точке К₂

-номинальное напряжение на низкой стороне,

-номинальное напряжение на высокой стороне

А

Принимаем уставку реле PT-40/50 с А.

Проверяем чувствительность защиты

, (74)

где: К_н – коэффициент надежности, равен 1,8,

К_сх - коэффициент схемы, для соединения трансформаторов тока в неполную звезду равен 1,

Кmа – коэффициент трансформации тока

Точка	Тип защиты	I уст	Тип реле	Коэфф.чувствительности	Время СРАБАТЫВАНИЯ
К1	МТЗ	11,5	PT-40/50	8,7	0,5
К2	МТО	45	PT-40/50	12,7	0

Таблица 8- выбор высоковольтного электрооборудования

1.8 Расчет и выбор заземляющего устройства.

Защитное заземление предназначено для устранения опасности поражения электрическим током людей при соприкосновении с металлическими частями электрооборудования, оказавшимся под напряжением. Принцип действия защитного заземления состоит в снижении до безопасного уровня напряжений прикосновения и шага, вызванных замыканием на корпус электрооборудования. Достигается это уменьшением потенциала заземленного оборудования за счет малого сопротивления заземлителя, а также путем выравнивания потенциалов основания, на котором находится человек и заземленного оборудования за счет подъема потенциала основания до уровня потенциала заземленного оборудования.

Таблица 9- Исходные данные для расчета заземления

Грунт	ρ, Ом·м	Климатическая зона	Re, Ом
Глина	100	II	80

Определяем сопротивление заземляющего устройства:

, (75)

где U_расч = 125 В, если контур заземления используется для заземления электрооборудования на стороне 10 кВ и 0,4 кВ;

I_з – ток заземляющего устройства

Ом

Определяем сопротивление искусственного заземлителя:

, (76)

где R_е- сопротивление естественного заземлителя,

R_з – сопротивление заземляющего устройства

Ом

Определяем по справочной литературе[2,т23.], коэффициент сезонности, зависящий от климатической зоны, вида заземлителя и учитывающего высыхание грунта летом и промерзание его зимой.

К_в=1,8-2

К_г=4,5-7

Определяем сопротивление грунта для горизонтальных электродов:

_расч.в = к_в ·  _,

где  - удельное сопротивление грунта (77)

_расч.в = Ом·м

_расч.г = к_г ·  _, (78)

где  - удельное сопротивление грунта

_расч.г = Ом·м

Определяем сопротивление одного вертикального электрода:

, (79)

где t – глубина заложения, равная расстоянию от поверхности земли до середины заземлителя, l – длина стержня,

d – диаметр стержня.

Выбираем в качестве электродов стержни длиной 3метров и диаметром 20 мм.

Ом

Определяем примерное число вертикальных электродов:

, (80)

где Коэффициент использования заземлителя учитывает увеличение сопротивления заземлителя вследствие явления экранирования соседних электродов. Определяется по справочной литературе [2,т25.],

R_овэ- сопротивление одного вертикального электрода

Принимаем 13 электрода, размещенных в ряд.

Определяем сопротивление горизонтального электрода:

, (81)

где l = 1,05·n_в·а – длина горизонтального электрода,

а – расстояние между вертикальными электродами,

t- глубина заложения

Ом

Уточняем сопротивление растеканию вертикального электрода:

, (82)

где R_г – сопротивление горизонтального электрода,

R_и- сопротивление искусственного заземлителя

Ом;

Определяем уточненное количество вертикальных электродов:

, (83)

где - коэффициент использования вертикальных электродов, принимаемый по справочной литературе[2,т24.]

Окончательно принимаю 13 вертикальных электродов, расположенных по внешней стороне здания. К которой примыкает подстанция. При этом сопротивление контура заземления не более 4 Ом