8 Розрахунок струмів нормального, аварійного і післяаварійного режимів. Вибір електричних апаратів і проводників.
Для вірної експлуатації електричної мережі та обладнання, окрім розрахунків нормальних електричних режимів їх роботи, проводять розрахунки можливих аварійних режимів. Електричну мережу та обладнання вибирають таким чином, щоб вони витримували без пошкоджень дію найбільших можливих струмів КЗ. Для безперервної та надійності електропостачання споживачів застосовують швидкодіючий релейний захист та вимикачі, які вимикають аварійну ділянку, зменшуючи наслідки коротких замикань.
Задамося базисними величинами:
базисна потужність – Sб=100 МВА;
базисна напруга для точки К1 – Uб=37 кВ;
базисна напруга для точок К2, К3, К4 – Uб=10,5 кВ.
Опір системи розраховується за формулою:
xc=Uб/√3 ∙I˝к (8..1)
де Uб – значення базисної напруги;
I˝к – сверхперехідний струм КЗ.
xc=37/√3*8,4=2,54 Ом
Базисний струм розраховується за формулою:
Iб =Sб/√3* Uб (8.2)
де Sб ,Uб – базисні значеня потужності та напуги.
- для точки К1:
Iб =100∙103/√3∙ 37=1,56 кА
для точок К2, К3, К4:
Iб =100*103/√3* 10,5=5,5 кА
Розрахунок струмів коротких замикань проводиться методом відносних одиниць. Розрахункова схема на рисунку 8.1. Схема заміщення розрахунку струмів КЗ представлена на рисунку 8.2.
Рисунок 8.1 – Розрахункова схема для розрахунку струмів КЗ
Рисунок 8.1 – Схема заміщення
Для розрахунку струмів короткого замикання необхідно вибрати кабельні лінії та провести розрахунок їх опорів. Кабельні лінії вибираються:
по економічній густині струму,
по нагріву в режимі максимального навантаження.
Вибираємо найбільше стандартне значення з умови 1 та 2.
Вибір перерізу КЛ по економічній густині струму проводиться за формулою:
Sрозр.=Iрозр./jек (8.3)
де Iрозр – розрахунковий струм;
jек – значення економічної густини струму 1,1 –для алюміневих жил при Тмах=4500 год [7].
Розрахунковий струм обчислюється за формулами:
- для високовольтних двигунів
Iрозр.= Рном./(√3)*U (8.4)
- для КТП
Iрозр.= Sном./(√3)*U (8.5)
- для компенсуючих пристроїв на ВН
Iрозр.= Qном./(√3)*U (8.6)
де Рном., Qном, Sном – номінальні значення потужностей двигунів, КТП,
компенсуючих пристроїв .
Вибір перерізу КЛ по нагріву проводиться по розрахунковому максимальному струму із умови:
Iдл.доп.≥ Iрозр.max. (8.7)
- для високовольтних двигунів Iрозр.max. розраховується за формулою 8.4;
- для КТП
Iрозр.max.=1,4* Sном./(√3)*Uвн (8.8)
- для компенсуючих пристроїв
Iрозр.max.=1,3* Qном./(√3)*Uвн (8.9)
Розрахункові дані зводимо до таблиці 8.1. Для живлення КТП, компенсуючих пристроїв на боці ВН, АД доцільно вибрати радіальну схему, яка забезпечує надійність електропостачання і мінімальні втрати електроенергії у розподільчої мережі 10кВ. Розподільча мережа вибрана кабельними лініями із застосуванням кабелю марки ААШв з прокладкою у траншеї.
Таблиця 8.1 – Вибір КЛ
№ кабеля |
Від – КЛ - до
|
По економічній густині струму
|
По нагріву
|
Sст,мм2 |
|||||
jек,А/мм2 |
Iрозр., А |
Sроз,мм2 |
Sст,мм2 |
Iрозр.max,А |
Iдл.доп,А |
Sроз,мм2 |
|||
1 |
ГЗП – КТП 1 |
1,1 |
22,23 |
20,21 |
25 |
31,2 |
46 |
16 |
25 |
2 |
ГЗП – КТП 2 |
1,1 |
21,22 |
19,29 |
25 |
29,7 |
46 |
16 |
25 |
3 |
ГЗП – КТП 3 |
1,1 |
21,82 |
19,84 |
25 |
30,55 |
46 |
16 |
25 |
4 |
ГЗП – КТП 4 |
1,1 |
21,62 |
19,66 |
25 |
30,27 |
46 |
16 |
25 |
5 |
ГЗП – КТП 5 |
1,1 |
22,43 |
20,39 |
25 |
31,12 |
46 |
16 |
25 |
6 |
ГЗП н – КТП 6 |
1,1 |
12,35 |
11,23 |
16 |
17,29 |
46 |
16 |
16 |
7 |
ГЗП – КТП 7 |
1,1 |
49,02 |
44,56 |
50 |
68,62 |
105 |
50 |
50 |
8 |
ГЗП – КТП 8 |
1,1 |
16,12 |
14,65 |
16 |
22,57 |
46 |
16 |
16 |
9 |
ГЗП – АД |
1,1 |
21,74 |
17,76 |
25 |
21,74 |
46 |
16 |
25 |
10 |
ГЗП – КУ |
1,1 |
73,78 |
67,07 |
70 |
95,91 |
105 |
50 |
70 |
Параметри вибраних ліній зводимо до таблиці 8.2.
Таблиця 8.2 – Параметри КЛ
№ кабеля |
n однотипного ЕП |
Sст,мм2 |
Питомий опір |
Довжина l, км |
Rкл, Ом |
xкл, Ом |
|
Активний R0,Ом/км |
Реактивний x0, Ом/км |
||||||
1 |
1 |
25 |
1,24 |
0,099 |
84*10-3 |
0,104 |
0,0083 |
|
2 |
25 |
1,24 |
0,099 |
76*10-3 |
0,094 |
0,0075 |
2 |
1 |
25 |
1,24 |
0,099 |
55*10-3 |
0,0682 |
0,0054 |
|
2 |
25 |
1,24 |
0,099 |
61*10-3 |
0,0756 |
0,0061 |
Продовження таблиці 8.2
№ кабеля |
n однотипного ЕП |
Sст,мм2 |
Питомий опір |
Довжина l, км |
Rкл, Ом |
xкл, Ом |
||
Активний R0,Ом/км |
Реактивний x0, Ом/км |
|||||||
3 |
1 |
25 |
1,24 |
0,099 |
70*10-3 |
0,0868 |
0,0069 |
|
|
2 |
25 |
1,24 |
0,099 |
75*10-3 |
0,093 |
0,0074 |
|
4 |
1 |
25 |
1,24 |
0,099 |
68*10-3 |
0,084 |
0,0067 |
|
|
2 |
25 |
1,24 |
0,099 |
73*10-3 |
0,091 |
0,0072 |
|
5 |
1 |
25 |
1,24 |
0,099 |
67*10-3 |
0,083 |
0,0066 |
|
|
2 |
25 |
1,24 |
0,099 |
74*10-3 |
0,092 |
0,0073 |
|
6 |
1 |
16 |
1,94 |
0,113 |
64*10-3 |
0,124 |
0,0072 |
|
7 |
1 |
50 |
0,62 |
0,09 |
50*10-3 |
0,031 |
0,0045 |
|
8 |
1 |
16 |
1,94 |
0,113 |
88*10-3 |
0,171 |
0,0099 |
|
|
2 |
16 |
1,94 |
0,113 |
80*10-3 |
0,155 |
0,009 |
|
9 |
1 |
25 |
1,24 |
0,099 |
70*10-3 |
0,0868 |
0,0069 |
|
|
2 |
25 |
1,24 |
0,099 |
76*10-3 |
0,0942 |
0,0075 |
|
10 |
1 |
70 |
0,443 |
0,086 |
2*10-3 |
0,00089 |
0,00017 |
|
|
2 |
70 |
0,443 |
0,086 |
2*10-3 |
0,00089 |
0,00017 |
|
Для обраних повітряних ліній, пункт 7. дані зводимо до таблиці 8.3.
Таблиіця 8.3 – Параметри повітряних ліній
Тип ПЛ
|
n однотипного ЕП
|
Переріз Sст,мм2 |
Питомий реактивний опір x0, Ом/км |
l, км |
xпл, Ом |
АС – 50/8 |
1 |
50 |
0,435 |
7,4 |
1,54 |
2 |
50 |
0,435 |
7,6 |
1,67 |
Опори трансформаторів зводимо до таблиці 8.4
Таблиця 8.4 – Опори трансформаторів
№ КТП |
Тип трансформатора
|
Rтр, Ом
|
xтр, Ом
|
КТП 1, КТП 2, КТП 3, КТП 4, КТП 5 |
ТМ – 630/10 |
2,12 |
8,5 |
КТП 6
|
ТМ – 250/10 |
6,70 |
15,6 |
КТП 7
|
ТМ – 1000/10 |
1,22 |
5,35 |
КТП 9
|
ТМ – 400/10 |
3,70 |
10,6 |
Опори трансформаторів ТМН – 4000/35 главної знижувальної підстанції становить 0,075 в.о.
Усі опори приводяться до базисної потужності 100 МВА. Приведення проводиться за формулами:
для повітряних ліній та кабельних ліній
xб= x* Sб/U2б ; (8.10)
Rб=R* Sб/U2б . (8.11)
- для трансформаторів КТП
xб= x* Sб/Sном ; (8.12)
Rб=R* Sб/Sном . (8.13)
-для системи
xб= x* Sб/√3∙Iном.откл ∙ Uб ; (8.14)
де x – реактивний опір КЛ, ПЛ, трансформаторів, системи, Ом;
R – активний опір КЛ, трансформаторів, Ом.
Рассмотримо ланцюг система-повітряна ліния – трансформатор ГЗП- кабельна лінія4(довжиною l1=68∙10-3 та l2=73∙10-3 )- трансформаторів КТП4;
Таблиця 8.5 – Опори елементів у базисних одиницях
Назва елементу |
№ елементу |
Тип елементу |
Rб, в. о. |
xб, в. о. |
||
Кабельна лінія |
4 |
ААШв 3×25 |
0,076 |
0,0061 |
||
4 |
ААШв 3×25 |
0,083 |
0,0065 |
|||
ПЛ |
1 |
АС – 50/8 |
- |
0,11 |
||
2 |
АС – 50/8 |
- |
0,11 |
|||
КТП |
4 |
2 х ТМ 630/10 |
0,34 |
1,35 |
||
Трансформатори ГЗП |
1 |
2 х ТМН 4000/35 |
- |
0,075 |
||
Проводимо розрахунки струмів коротких замикань усіх точок КЗ що вказані на схемі заміщення (рисунок 8.2) по післяаварійному режиму (один із трансформаторів ГЗП виходить із ладу і електрозабезпечення відбувається з допомогою одного трансформатора).
Визначаємо загальний опір до точки К1 за формулою:
х1=хс+хпл (8.15)
де хс – опір системи (хс=0,19 в.о.);
хпл – опір повітряної лінії.
х1=0,19+0,11=0,3
Так як у відносних одиницях ЕРС системи Е˝с=1 в. о., тоді розраховуємо надперехідний струм КЗ за формулою:
Ι˝= (Е˝с/ х1)* Ιб1 ; (8.16)
Ι˝к1= (1/0,3)*1,56=5,2 кА .
Ударний струм КЗ розраховується за формулою:
iу=(√2)* kу* Ι˝ (8.17)
де kу – ударний коефіцієнт (kу=1,8).
iу=(√2)*1,8*5,2=13,2 кА
Двофазний струм точки К1
Визначаємо загальний опір до точки К2 за формулою:
х2=х1+хтр.гзп (8.18)
де хтр.гзп – опір трансформатору ГЗП.
х2=0,3+0,075=0,375
Надперехідний струм короткого замикання для точки К2 розраховуємо за формулою 8.16, він становить:
Ι˝к2= (1/0,375)*5,5=14,7 кА
Ударний струм короткого замикання обчислюємо за формулою 8.17, він становить:
iу=(√2)*1,8*14,7=37,3 кА
Аналогічно проводимо розрахунки , результати зводимо до таблиці 8.6.
Таблиця 8.6 – Розрахункові дані струмів КЗ
Точка КЗ |
Ι˝, кА |
Ік(2) кА |
iу, кА |
К 1 |
5,2 |
4,5 |
13,2 |
К 2 |
14,7 |
12,7 |
37,3 |
К З |
14,42 |
12,5 |
36,62 |
К4 |
3,09 |
2,67 |
7,84 |