3. Расчет токов трехфазного короткого замыкания

3.1. Основные теоретические положения

Короткими замыканиями (КЗ) называют замыкания между фазами (фазными проводниками электроустановки), замыкания фаз на землю (нулевой провод) в сетях с глухо- и эффективно-заземленными нейтралями, а также витковые замыкания в электрических машинах.

Короткие замыкания, как правило, сопровождаются увеличением токов в поврежденных фазах до значений, превосходящих в несколько раз номинальные значения.

Расчеты токов К.З. производятся для выбора или проверки параметров электрооборудования, а также для выбора или проверки уставок релейной защиты и автоматики.

Расчет токов при трехфазном К.З. выполняется в следующем порядке:

- для рассматриваемой энергосистемы составляется расчетная схема;

- по расчетной схеме составляется электрическая схема замещения;

- путем постепенного преобразования приводят схему замещения к наиболее простому виду так, чтобы каждый источник питания или группа источников, характеризующиеся определенным значением результирующей ЭДС Е^’’_рез, были связаны с точкой К.З. одним результирующем сопротивлением Х_рез;

- зная результирующую ЭДС источника и результирующее сопротивление, по закону Ома определяют начальное значение периодической составляющей тока К.З. I_по, затем ударный ток и при необходимости периодическую и апериодическую составляющие тока К.З. для заданного момента времени τ.

3.2 Расчет токов кз

Расчетные данные:

Генераторы:

S_НОМ=188,2 МВА, Х^”_d=0,226 о.е.

S_НОМ=125 МВА, Х^”_d=0,192 о.е.

Трансформаторы:

U_Н=220 кВ, S_НОМ=160 МВА, U_К%=10,5, U_ВН=121 кВ, U_НН=10,5 кВ;

U_Н=220 кВ, S_НОМ=100 МВА, U_К%=11, U_ВН=121 кВ, U_НН=10,5 кВ.

U_Н=110 кВ, S_НОМ=200 МВА, U_К%=11, U_ВН=121 кВ, U_НН=10,5 кВ.

Система:

S_НОМ1=9000 МВА, Е_с1= 1,1

ЛЭП:

Х_уд1=0,89Ом/км, L= 250 км

Расчеты ведем в системе относительных единиц (о.е.)

относительно S_б = 1000 МВ·А

Полный расчет приведен в приложении Б.

Итоговая таблица результатов расчетов токов трехфазного КЗ

Таблица 5.

Расчетные данные	К-1		К-2
Iп0, кА	7,5	5,4	7,5	5,4
IАП, кА	0,32	0,23	-	-
Iуд, кА	10,9	7,8	11,3	8,1
Iпτ, кА	14,6	7,6	20,25	10,5

4. Разработка схемы собственных нужд

Для привода большинства рабочих механизмов используют трехфазные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Для очень мощных механизмов могут использоваться синхронные электродвигатели. Для механизмов, требующих регулирования частоты вращения, применяют электродвигатели постоянного тока.

Нормальная работа электростанции возможна только при надежной работе всех механизмов с.н., что возможно лишь при их надежном электроснабжении. Потребители с.н. относятся к потребителям I категории.

Основными напряжениями, применяемыми в настоящее время в системе с.н., являются 6 кВ (для электродвигателей мощностью более 200 кВт) и 0,38/0,23 кВ для остальных электродвигателей и освещения. Применение напряжения 3 кВ не оправдало себя, так как стоимость электродвигателей 3 и 6 кВ мало отличается а расход цветных металлов и потери электроэнергии в сетях 3 кВ. значительно больше, чем в сетях 6 кВ. Если генераторы электростанции соединены в энергоблоки, то питание с.н. осуществляется отпайкой от энергоблока.

Питание собственных нужд осуществляется отпайкой от энергоблока через трансформаторы с.н. Распределительное устройство с.н. выполняется по схеме – одна секционированная система шин. При мощности энергоблока 160 МВт – две секции на блок, это необходимо для ограничения токов К.З.; при мощности блоков 60 МВт – одна секция на блок. Для резервного питания выполнена резервная магистраль.

Выбор мощности рабочих трансформаторов с.н. производится с учетом числа и мощности потребителей с.н. Мощность с. н. 0,4 кВ можно принять равной 15% общей мощности с.н.

В учебном проектировании с достаточной точностью можно определить нагрузку с.н. Рс.н. max и расход электроэнергии Wс.н. ориентировочно по таблице7.

Нагрузки, расход электроэнергии, коэффициент спроса установок собственных нужд Таблица 6.

Тип электроустановки	Рс.н. max/Руст, %	Wс.н./ Wвыр, %	Кс
ТЭЦ: газомазутная	5 – 7	6 – 10	0,8

Мощность трансформаторов с.н. определяется по условию

, МВ·А

Для блока с генератором ТВФ – 60:

По результатам расчета суммарной нагрузки выбираем мощность трансформатора с.н. равной 6300 кВА.

Выбираем ТМНС-6300/10, данные приведены в таблице 2.8

Для блока с генератором ТВВ – 160

Выбираем ТДНС-16000/10, данные приведены в таблице 2.8

Таблица 7.

Технические параметры рабочих трансформаторов собственных нужд.

Тип	Sном, МВ·А	Напряжение обмотки, кВ		Потери, кВт		Uк, %		Iх, %
		ВН	НН	Рх	Рк	ВН -НН	НН1-НН2
ТДНС – 16000/20	16	18	6,3	17	85	10	-	0,7
ТМНС – 6300/10	6,3	10,5	6,3	8	46,5	8	-	0,8

Примечание:

ТДНС-16000/20 – трансформатор трехфазный с регулировкой напряжения под нагрузкой, с принудительной циркуляцией воздуха и естественной циркуляцией масла, для систем с.н., номинальной мощностью 16 МВА, класс напряжение обмотки ВН 20 кВ;

ТМНС-6300/10 – трансформатор трехфазный с регулировкой напряжения под нагрузкой, с естественной циркуляцией воздуха и масла, для систем с.н., номинальной мощностью 6.3 МВА, класс напряжение обмотки ВН 10 кВ.

На блочных станциях резервный трансформатор должен обеспечить замену наиболее крупного рабочего источника и одновременно пуск или аварийный останов одного котла или турбины. Если в блоках генератор — трансформатор установлен выключатель, то резервный трансформатор выбирается той же мощности, что и рабочий. Мощность резервного трансформатора проверяется по условиям самозапуска.

Количество РТСН при наличии генераторных выключателей принимается 1 на 4 блока и 2 если количество блоков больше 4.

В соответствии с НТП принимаем один пускорезервный трансформатор, присоединенный к шинам РУ ВН 110 кВ, которые имеют связь с энергосистемой по линиям ВН (на случай аварийного отключения всех генераторов электростанции).

Мощность РТСН выбирается равной мощности наиболее мощного рабочего ТСН, чтобы обеспечить пуск самого мощного блока.

Выбираем РТСН типа ТДН – 16000/110, данные приведены в таблице 8.

Таблица 8.

Технические параметры резервного трансформатора собственных нужд.

Номер на схеме	Тип	Sном, МВ·А	Напряжение обмотки, кВ		Потери, кВт		Uк, %		Iх, %
			ВН	НН	Рх	Рк	ВН -НН	НН1-НН2
РТСН1	ТДНС –16000/110	25	115	6,3	18	85	10,5	-	0,7