4. Выбор расчетного режима и точек

КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

Проверка электрооборудования выполняется по наиболее тяжелому в отношении токов КЗ режиму СЭЭС. При этом расчетным видом КЗ является трехфазное металлическое КЗ. Токи КЗ возрастают при увеличении суммарной номинальной мощности включенных параллельно генераторов, их начальной нагрузки и суммарной номинальной мощности асинхронных двигателей, работающих в соответсвующих режимах. Поэтому для каждого элемента СЭЭС выбирается такой предшествующий КЗ режим, в котором все указанные мощности имеют максимальные значения.

На судах, поднадзорных Регистру РФ, учитываются и такие кратковременные режимы, как параллельная работа генераторов на время перевода нагрузки. (Для других судов и кораблей эти режимы допускается не учитывать.)

Влияние асинхронных двигателей на токи КЗ учитывается введением одного или нескольких эквивалентных асинхронных двигателей, подключенных непосредственно к шинам ГРЩ. Крупные асинхронные двигатели, соизмеримые по мощности с генераторами, вводятся в расчетную схему самостоятельно. Мощность и номинальный ток эквивалентного двигателя определяются по таблице нагрузок как сумма номинальных мощностей и номинальных токов асинхронных двигателей. При отсутствии таблицы нагрузок принимают, что мощность одного эквивалентного двигателя (на валу) составляет 0,75 от суммарной мощности параллельно работающих генераторов. Номинальный ток эквивалентного двигателя в килоамперах

; (10)

где подставляется в кВт, – номинальное напряжение эквивалентного двигателя (оно равно номинальному напряжению двигателя ), – номинальный коэффициент мощности двигателя, – номинальный КПД двигателя. Обычно принимают ; . Остальные параметры эквивалентного асинхронного двигателя приведены в приложении 5.

При частоте 50 Гц влияние асинхронных двигателей учитывается в промежутке времени от 0 до 0,05 с после начала КЗ, так как к этому времени большинство двигателей будет отключено их магнитными пускателями, а ток оставшихся двигателей станет в несколько раз меньше номинальных токов этих двигателей.

В курсовом проекте принимается, что предварительная нагрузка равна номинальной нагрузке (n – 1) генератора при номинальном коэффициенте мощности генератора, где n – число генераторов электростанции, а мощность эквивалентного асинхронного двигателя равна

, (11)

где – номинальная мощность генератора.

При КЗ в линии генератора полагается, что КЗ произошло в момент подключения этого генератора в параллель к (n – 1) работающему генератору. Для других точек КЗ считается, что КЗ произошло в режиме перевода нагрузки, когда все n генераторов имеют одинаковую нагрузку.

Для выбранного расчетного режима КЗ составляется однолинейная расчетная схема, в которую включаются следующие элементы: генераторы, работающие в рассматриваемом режиме; элементы, связывающие генераторы между собой и с аварийным участком (силовые трансформаторы, реакторы, коммутационно-защитная аппаратура, участки кабельных трасс и шинопроводы); синхронные двигатели; асинхронная нагрузка в виде одного или нескольких эквивалентных двигателей и отдельных двигателей большой мощности.

В расчетную схему следует включить и трансформаторы фазового компаундирования синхронных генераторов, имеющие относительно большое проходное сопротивление.

На схему наносятся необходимые для расчета технические данные:

- типы, номинальные мощности, напряжения синхронных генераторов и трансформаторов;

- типы, номинальные мощности синхронных двигателей и асинхронных двигателей большой мощности;

- мощности и номинальные токи эквивалентных асинхронных двигателей;

- типы коммутационно-защитной аппаратуры;

- сечения и длины токопроводов, а также выбранные точки КЗ.

Допускается не учитывать имеющие относительно низкие сопротивления измерительные трансформаторы тока и участки шин ГРЩ между автоматическими выключателями генераторов.

Отвечающая указанным рекомендациям расчетная схема представлена на рис.1. В нее включены четыре генератора (n = 4) с трансформаторами фазового компаундирования (ТФК), кабели генераторов и заданного асинхронного двигателя АД, их автоматические выключатели и участки шин ГРЩ от отводов ГРЩ до автоматических выключателей генераторов, а также эквивалентный двигатель (ЭД).

1250 А

t_y = 1 c

K₃

АД

1250 А

t_y = 1 c

1250 А

t_y = 1 c

K₁

K₂

ЭД

Рис. 1. Расчетная схема для определения токов КЗ

В курсовом проекте не предусмотрен выбор секционных выключателей сборных шин, сопротивления которых при расчете токов КЗ не учитывают. Поэтому на рис. 1 эти выключатели не показаны.

В соответствии с (11) мощность эквивалентного двигателя равна кВт. Номинальный ток этого двигателя определяется по формуле (10)

кА .

Точки КЗ выбираются с таким расчетом, чтобы через проверяемый элемент проходил наибольший ток. При КЗ в точке , расположенной на выводах выключателя генератора Г1 (или на участке шин генератора, примыкающем к этим выводам), через выключатель проходит ток КЗ от трех других генераторов. Этот ток используется для проверки выключателя и шин генератора. По току КЗ в точке проверяются кабели генератора. В соответствии с общепринятыми рекомендациями эта точка располагается в конце проверяемого участка – на выводах трансформатора фазового компаундирования. Точка расположена в кабеле двигателя на расстоянии 10 м от ГРЩ, а не на выводах выключателя фидера двигателя, что допускается для проверки коммутационной аппаратуры и кабелей фидеров, отходящих от распределительных щитов.

Необходимые для расчета исходные данные источников приведены в табл. 2.

Установившееся значение тока КЗ на зажимах генератора в относительных единицах равно расчетному значению кратности установившегося тока КЗ.

Сопротивления генератора даны в относительных единицах генератора, а эквивалентного асинхронного двигателя – в относительных единицах этого двигателя. Номинальное сопротивление двигателя равно

мОм . (12)

Номинальное сопротивление генератора МС 99 – 8/8 равно 227 мОм.

Таблица 2

Исходные данные источников

	Наименование	Обозначение	Численное значение
	1	2	3
	Для генераторов Г1, Г2, Г3 и Г4 Тип Полная номинальная мощность, кВА Номинальное напряжение, В Номинальный ток, кА Активное сопротивление обмотки статора, о.е. Сверхпереходное индуктивное сопротивление по продольной оси, о.е. Сверхпереходное индуктивное сопротивле ние по поперечной оси, о.е.	МС 99-8/8	 700 400 1,015 0,0098 0,13 0,15
	Переходное индуктивное сопротивление по продольной оси, о.е. Синхронное индуктивное сопротивление по продольной оси, о.е. Синхронное индуктивное сопротивление по поперечной оси, о.е. Сверхпереходная постоянная времени по продольной оси, с. Постоянная времени обмотки возбуждения при разомкнутой обмотке статора, с. Установившееся значение тока КЗ на зажимах генератора, о.е. Для эквивалентного асинхронного двигателя Номинальная мощность, кВт 15. Номинальный ток, кА		0,20 1,15 0,65 0,010 1,80 3,1 1260 2,82
	продолжение таблицы 2
1		2	3
16. Активное сопротивление обмотки статора, о.е. 17. Переходное индуктивное сопротивление обмотки статора, о.е. 18. Индуктивное сопротивление обмотки статора, о.е. 19. Коэффициент магнитной связи обмоток статора и ротора 20. Постоянная времени обмотки ротора, с. 21. Переходная постоянная времени обмотки ротора, с			0,040 0,186 2,61 0,929 0,232 0,0165

5. СОПРОТИВЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ РАСЧЕТНОЙ СХЕМЫ

Сопротивление токопроводов находится по формулам

; , (13)

где и  фазные индуктивное и активное сопротивления одного метра кабелей или шин, которые находятся по приложениям 1 и 2,  число параллельно включенных кабелей (для шин и кабеля двигателя ),  длина токопровода.

Температура жилы кабеля принимается для кабелей главных цепей (генераторных и т.п.) равной максимально допустимой температуре в длительном режиме (для кабелей КНР  это 65^С), а для кабелей распределительной сети  равной 20^С.

Сопротивления, найденные по формулам ( 13 ), переводятся в относительные единицы делением на номинальное сопротивление генератора . Полученные значения сопротивлений токопроводов приведены в табл. 3.

Проходные активное и индуктивное сопротивления трансформатора фазового компаундирования системы ПАФК с индуктивными компаундирующими сопротивлениями находятся по формулам

, (14)

, (15)

где  уточненное значение коэффициента трансформации по току,  эквивалентное фазное входное сопротивление выпрямителя и обмотки возбуждения при токе возбуждения холостого хода,  основной расчетный параметр системы ПАФК,  отношение сопротивления намагничивающего контура компаундирующего трансформатора к . Для системы ПАФК с трехобмоточным трансформатором эти параметры имеют следующие значения: , , , . В результате расчета по формулам ( 14 ) и ( 15 ) получено ; . Эти величины, а также их относительные значения, найденные делением на , сведены в табл. 3.

Для резонансной системы ПАФК величина в формулах ( 14 ) и ( 15 ) принимается равной нулю.

Согласно действующим методикам расчета токов КЗ сопротивления проверяемых выключателей и аппаратов коммутации и защиты учитывать не следует. Эта рекомендация относится к выключателю генератора Г1 при расчете тока КЗ в точке К₁ и к выключателю двигателя при расчете тока КЗ в точке К_{3 ,} следовательно_, расчет токов КЗ в точке К₁ , равносилен расчету токов при КЗ на сборных шинах ГРЩ.

Не учитываются также сопротивления переходных контактов кабельных наконечников и сопротивление в месте КЗ.

Таблица 3

Сопротивления участков расчетной схемы

Участок схемы	характеристика элемента	x		r
		мОм	о.е.	мОм	о.е.
1. Цепь генератора трансформатор фазового компаундирования кабель шины автоматический выключатель	kI=0,0714; rэх=0,2680 Ом m=3,1; m=2,34 КНР 6 (395)  10 м 3 (606)  1 м ВА 74 – 43, 1250 А	0,656 0,125 0,134 0,050	0,00289 0,00055 0,00059 0,00022	0,874 0,378 0,061 0,020	0, 00385 0,00167 0,00027 0,00009
Итого:		0,965	0.00425	1,333	0,00587
2. От ГРЩ до точки К2 автоматический выключатель шины кабель	ВА 74 – 43, 1250 А 3 (606)  1 м КНР 6 (395)  10 м	0,050 0,134 0,125	0,00022 0,00059 0,00055	0,020 0,061 0,378	0,00009 0,00027 0,00167
Итого:		0,309	0,00136	0,459	0,00202
3. От ГРЩ до точки К3 кабель	КНР 3185  10 м	0.730	0,00322	0.995	0,00438
Итого:		0,730	0,00322	0,995	0,00438

6. БАЗИСНЫЕ ВЕЛИЧИНЫ

Расчет токов КЗ обычно производят в относительных единицах, выраженных в долях базисных величин. Такие относительные единицы принято называть базисными. в качестве базисных величин используют номинальные величины эквивалентного генератора.

Базисная мощность равна сумме мощностей генераторов, питающих точку КЗ. В случае генераторов одинаковой мощности

, (16)

где  число генераторов, питающих точку КЗ,  полная номинальная мощность генератора. Для точек КЗ и , а для точки .

Базисное напряжение равно номинальному напряжению генераторов .

Базисный ток

. (17)

При одинаковой мощности генераторов

. (18)

Базисное сопротивление

, мОм. (19)

При одинаковых мощностях генераторов

, (20)

где  номинальное сопротивление генератора.

ЭДС, напряжение, ток, мощности и сопротивления, выраженные в именованных единицах, переводятся в базисные единицы следующим образом:

, , , ,

(21)

, , , ,

где звездочка означает, что величина выражена в относительных единицах, а индекс   что она приведена к базисным величинам.

Пересчет сопротивлений, заданных в номинальных единицах, в базисные производится по соотношениям:

, о.е.; , о.е. (22)

Коэффициент при может быть выражен через отношение других величин:

. (23)

При генераторах одинаковой мощности

. (24)

Для двигателей, в том числе эквивалентного асинхронного двигателя, у которых , коэффициент , используемый в выражениях ( 22 ), определяется следующим образом:

. (25)

П еревод величин из базисных единиц в именованные производится по формулам:

, ,

, ,

, , (26)

, .