6. Расчет токов короткого замыкания

Питание печей ДСП-200 и ДСП-100 осуществляется по схеме представленной на рис. 6.1. Рассчитаем предложенную схему электроснабжения. Последовательность расчета токов короткого замыкания следующая:

составляется расчетная схема установки;

выбирается место условного короткого замыкания;

задаемся базисными условиями, выражаем сопротивления всех элементов в относительных единицах и составляем схему замещения;

путем постепенного преобразования сводим расчетную схему к простейшему виду;

определяем ток короткого замыкания.

При расчетах принимаем следующие допущения:

в течение всего процесса короткого замыкания ЭДС всех генераторов системы совпадают по фазе;

не учитывается насыщение магнитных систем, что позволяет считать постоянными и независящими от тока индуктивные сопротивления всех элементов короткозамкнутой цепи;

пренебрегают намагничивающими токами силовых трансформаторов;

не учитывают емкости всех элементов короткозамкнутой цепи, включая и воздушные и кабельные линии;

считают, что трехфазная система является симметричной.

По расчетной схеме составляется схема замещения, в которой указываются сопротивления всех элементов, и намечается точка для расчетов токов КЗ. В данном выборе места КЗ сопротивление системы будет меньше, тем самым токи КЗ больше, поэтому соединяем шины. Расчет ДСП проводится на максимальные токи КЗ.

Все сопротивления подсчитывают в относительных или именованных единицах. При наличии нескольких ступеней трансформации расчет схемы замещения удобнее вести в относительных базисных единицах. Для расчета сопротивлений задаются базовыми величинами: напряжением, мощностью, током. За базисное напряжение ступеней трансформации расчет схемы замещения ведут в относительных единицах. За базисную мощность принимают любое число, кратное 10, или суммарную мощность всех источников питания.

Исходные данные для заданной схемы для наглядности приведены на расчетной схеме (рис.6.1).

За базовое значение принимаем:

Релейный печь силовой ток

Рис.6.1 Расчетная схема питания цеха

Из заданной схемы питания цеха (рис. 6.1) получим схему замещения представленную (рис. 6.2) и вычислим базисные относительные сопротивления:

Рис.6.2 Схема замещения питания цеха для расчета тока КЗ

Сопротивления гидрогенераторов определяем по следующей формуле:

Сопротивление трансформатора определим по следующей формуле:

Сопротивление реактора определим по следующей формуле:

Сопротивление воздушных линий электропередач определим по следующей формуле

,

где сопротивление одного километра воздушной линии, l - длина линии.

Сопротивление кабельных линий электропередач определим по следующей формуле:

где сопротивление одного километра кабельной линии на напряжении 35кВ.

Сопротивление двухобмоточного трансформатора ТДЦ-160000/110 определим по следующей формуле

Упростим схему замещения питания цеха (рис. 6.2) до схемы рис.6.3.

Рис.6.3. Упрощенная схема замещения питания цеха

Преобразование схемы замещения и приведение ее к простейшему виду производится по выражениям:

параллельное соединение

- последовательное соединение:

В результате дальнейшего упрощения получим схему замещения рис. 6.4

Рис.6.4. Схема замещения питания цеха

Преобразуем звезду с сопротивлениями в треугольник с сопротивлениями

Сопротивление находиться параллельно сопротивлению и сопротивлению , тогда равно:

Преобразовав треугольник с сопротивлениями в звезду с сопротивлениями , получим схему замещения вида (рис.6.5.)

Рис.6.5. Схема замещения питания цеха

Найдем сопротивления для новой преобразованной схемы

В результате дальнейшего упрощения получим окончательную схему расчета КЗ рис. 6.6.

Рис.6.4 Схема расчета тока КЗ

Далее получаем трехлучевую звезду:

;

;

.

На заключительном этапе полученную трехлучевую звезду преобразуем в двухлучевую

;

Ток КЗ определим методом наложения от 2-х ветвей: ГЭС и системы, т.к. имеем два разнотипных источника - конечной мощности.

Электрическая удаленность однозначно характеризуется значением расчетного сопротивления, которое определяется как:

,

где - суммарная мощность генераторов.

Для ГЭС:

Случай неудаленного КЗ

По расчетным кривым рис. 1.58 [1] определяем кратность тока КЗ :

При .

где

Для системы:

При .

где

Определим токи КЗ:

7. ВЫБОР СИЛОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ ЭТУ

1. Выключатель высокого напряжения QF1, QF2, QF3, QF4

Условия выбора выключателя:

1)

)

)

)

)

)

) а)

;

;

Выбираем воздушный выключатель ВВУ-35А-40/3200У1

1) 35 кВ ≥ 35 кВ

2) 3200 А ≥ 2630 А

) 3200 А ≥ 3156 А

) 40 кА ≥ 7,65 кА

5) 40 кА ≥ 7,65кА

6) 40 кА ≥ 7,65кА

) 40 кА ≥ 19,49 кА

б) Выключатель высокого напряжения QF5 и QF6

Условия выбора выключателя:

;

Выбираем вакуумный выключатель ВБН/ЭЛКО/ТЭ-35

1) 35 кВ ≥ 35 кВ

2) 1600 А ≥ 989,7 А

3) 1600 А≥ 1187,7 А

4) 25 кА ≥ 7,65 кА

5) 25 кА ≥ 7,65кА

) 25 кА ≥ 19,49 кА

. а) Разъединители QS1 - QS8

Условие выбора разъединителя:

1)

)

)

)

) 35 кВ ≥ 35 кВ

) 3200 А ≥ 2630 А

) 3200 А ≥ 3156 А

4) 125 кА ≥ 19,49 кА

Выбираем разъединитель РВР-35/3200УЗ.

б) Разъединители QS9 - QS12

) 35 кВ ≥ 35 кВ

) 2000 А ≥ 989,7 А

) 2000 А ≥ 1187,64 А

) 115 кА ≥ 19,49 кА

Выбираем разъединитель РВР-35/2000УЗ.

в) Разъединители QS13

) 35 кВ ≥ 35 кВ

) 630А ≥ 0,01А

) 630А ≥ 0,012А

) 51кА ≥ 19,49 кА

Выбираем разъединитель РВ-35/630УЗ.

. Шины. Питание к вакуумному выключателю от сборных шин осуществляется шинами

,

где

= 170 -максимально допустимая температура и напряжение на которую используется шина

Проверка на расчетные нагрузки:

где = 1500 мм=150 см - длина шин;

а = 320 мм = 32 см - расстояние между шинами.

, на изоляторе плашмя лежит шина

- для медных шин

) 360 мм² 219,9 мм²

2) 1125 А ≥ 989,7 А

3) 250мм² ≥ 0.01 мм²

4) 170 МПА ≥ 130 Мпа

Выбираем медные шины 60x6 мм

4. а) Трансформатор тока ТА1

Условие выбора трансформатора тока

1)

)

)

)

)

)

Измерительные приборы, питающиеся от трансформатора в таблице

Приборы	Обозначение	Класс точности	,ВА(Вт)
Амперметр	Э351	1.5	0.5
Счетчик Вт-часов	СЭТ3а-02-74-06	1	2.5
Ваттметр	Д-305	1,5	2
Фазометр	Д-301	1,5	5
Счетчик ВА-часов	СЭТ3р-02-34-10	1	2.5

,

где -сопротивление соединительных проводов, -сопротивление подключенных приборов, -сопротивление контактов.

=0,1 Ом;

Выбираем медные провода с

Выбираем медный провод марки ПВ3 сечением =2,5мм².

.

Выбираем трансформатор тока ТПОЛ-35/1500УЗ, класс точности 1

;

;

.

) 35 кВ ≥ 35кВ

) 1500А ≥ 989А

) 1500А ≥ 1186,8А

) 99,9кА≥ 19,49 кА

) 234,23кА²с≥ 14,63 кА²с

) 3,0 Ом ≥ 0,78 Ом

б) Трансформатор тока ТА2 между трансформаторами

Приборы	Обозначение	Класс точности	,ВА(Вт)
Амперметр	Э355	1.5	0.5

Выбираем трансформатор тока ТВТ35-I-1500/1, класс точности 1,5.

;

;

.

1) 35 кВ ≥ 35 кВ

2) 1500А ≥ 989А

3) 1500А ≥ 1186А

) 99,9кА≥ 19,49 кА

5) 189 кА²с ≥ 14,63 кА²с

6) 3,0 Ом ≥ 0,78 Ом

. Трансформатор напряжения TV1

Условие выбора трансформатора напряжения

1)

)

Измерительные приборы:

Приборы	Обозначение	Класс точности	,ВА(Вт)
Вольтметр	Э379	1.5	3
Фазометр	Д-301	1,5	2
Ваттметр	Д-305	1,5	2
Счетчик ВА-часов	СЭТ3а-02-74-06	1	8
Счетчик Вт-часов	СЭТ3р-02-34-10	1	8

=3+2+2+8+8+=23 ВА.

Выбираем трансформатор напряжения НОМ-35-66У1, класс точности 3.

1) 35 кВ ≥ 35 кВ

2) 600 ВА ≥ 23 ВА.

6. Выбор предохранителя

Условие выбора предохранителя:

)

)

)

Выбираю предохранитель ПКТ101-35-3,2УЗ

Номинальный ток предохранителя для трансформатора НОМ-35-66У1 с первичным напряжением

) 35 кВ ≥ 35 кВ

) 2 А ≥ 0,01 А

) 3,2 кА ≥ 0,01 А

. Выбор разрядника FV1-FV3

Условие выбора разрядника:

1)

)

Выбираю разрядник РТФ-35-2/10У1

) 35 кВ ≥ 35 кВ

2) 2 кА < 7,65 кА

8. Выбор опорного изолятора

Условие выбора опорного изолятора:

1)

)

Выбираем опорный изолятор ОФ-35-1250У3.

Низ=21,5 см, Н = 6 см,

) 35 кВ ≥ 35 кВ

)

. Выбор проходного изолятора

Условие выбора проходного изолятора

)

)

)

)

Выбираем проходной изолятор ИП-35/1600-1250У

1) 35 кВ ≥ 35 кВ

2) 1600 А ≥ 989,7А

) 1600 А ≥ 1187,64А

4)

. РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ СРАБАТЫВАНИЯ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ

. Максимальная токовая защита.

Является основным видом релейной защиты в электрических сетях промышленных предприятия, срабатывающий от резкого увеличения тока цепи при КЗ или перегрузках. МТЗ выполнена с помощью токовых реле мгновенного действия серии РТ-40, а выдержки времени, и время действия которого не зависит от проходящего в цепи тока КЗ или перегрузки, т.е. представляет собой защиту с независимой характеристикой времени срабатывания. Защита охватывает также питающую линию и осуществляет отключение установки, воздействуя на защитный или оперативно-защитный выключатель. Ток срабатывания реле

;

где ;

kн = 1,2-1,5- коэффициент надежности;

;

- коэффициент трансформации печного трансформатора;

k= 1,7 - кратность тока эксплуатационного КЗ

I2ном= 62,7 кА - номинальный ток электрода,

. Защита от перегрузки.

Защита от перегрузки будет по низкой стороне и осуществляется реле РТ-80 с зависимой от тока выдержкой времени, включенным на разность токов. Защита от перегрузки действует на сигнал или на отключение оперативного или оперативно-защитного выключателя. Защита выполняется в 3-фазном 3-релейном исполнении с помощью реле косвенного действия индукционного типа, имеющего ограниченно-зависимую характеристику. Ток срабатывания реле:

,

где kн =1,2-1,25;

kв=0,85-коэффициент возврата;

;

9. РАЗРАБОТКА СИЛОВОЙ СХЕМЫ ПИТАНИЯ УСТАНОВКИ ДСП 100

Схема питания установки ДСП-100 представлена на рис. 7.

Ввод на печную подстанцию, включающую силовой трансформатор, шкаф КРУ с вакуумным выключателем и трансформатор напряжения, осуществляется шинами 60x6 мм. Питание к электропечному трансформатору от шкафа КРУ с вакуумным выключателем осуществляется медными шинами 60×6 мм.

Печной трансформатор ЭТЦ-63000/35 питается от системы сборных шин через высоковольтный воздушный выключатель QF5 и QF6 ВБН/ЭЛКО/ТЭ-35. Этим выключателем производится включение и отключение печи от сети. Разъединители QS1-QS4 предназначены для того, чтобы показать видимый разрыв цепи при отключении печи. Первичное напряжение для трансформатора - 35 кВ. Предохранители FU1 - FU3 защищают измерительные приборы при превышении определенного значения тока (при КЗ). Разрядники FV1-FV3 предназначены для защиты изоляции электроустановок от опасных повышений напряжения.

Контроль за работой установки осуществляется по показателям счетчиков активной PI и реактивной PK энергии, комплекта ваттметров PW и фазометров P, вольтметров PV1 - PV2 и амперметров PA1 - PA3. Токовые цепи измерительных приборов подключаются через трансформаторы тока типа ТПОЛ-35 (TA1-1, ТА1-2), цепи напряжения - к двум трансформаторам напряжения типа НОМ-35 (TV3-1,TV3-2), собранным в схему открытого треугольника. На высокой стороне трансформатора установлена максимально-токовая защита от КЗ мгновенного действия, собранная на трех электромагнитных реле типа РТ-40 (KA1 -KA3).

Контроль электрического режима плавки ведется по амперметрам PA4 PA6, подключенным к трансформаторам тока TA2. Кроме того, защита от перегрузки устанавливается по низкой стороне на реле РТ-80 индукционного типа с выдержкой времени (KA4 - KA6) и выполняется в 3-фазном 3-релейном исполнении. Измерение напряжения дуг производится вольтметрами PV3 - PV5.

Рис. 7. Схема питания ДСП-100