Раздел 3 расчет токов короткого замыкания

3.1 Расчет токов короткого замыкания в высоковольтных сетях

Расчет ведется методом относительных единиц. При расчетах активными и емкостными сопротивлениям пренебрегают , а учитывают только индуктивные сопротивления отдельных элементов короткозамкнутой цепи.

Порядок расчета следующий:

1.Вычерчивается расчетная схема электроснабжения участка согласно раздела 1, на схеме наносится мощность источников питания, базисные напряжения U_Б1,U_Б2,U_Б3, потери в обмотках силовых трансформаторов ∆Р_к.з., кВт, напряжение короткого замыкания силовых трансформаторов U_к.з. %, длины воздушных и кабельных ЛЭП в км, проставляются наиболее вероятные точки короткого замыкания. Точки короткого замыкания проставляются перед приключательными пунктами и ПКТП, а также перед электроприемниками после приключательных пунктов и ПКТП.

К одной магистральной линии U>1 кВ разрешается подключать:

1. не более трех экскаваторов с ковшом до 5 м³ и трех ПКТП мощностью до 630 кВА;

2. не более двух экскаваторов с ковшом до 15 м³ и двух ПКТП мощностью до 630 кВА;

3. не более одного экскаватора с ковшом более 15 м³ и двух ПКТП мощностью до 630 кВА.

2. Составляется схема замещения, где каждый элемент расчетной схемы заменяется элементом сопротивления с проставлением точек К.З.

3. Выбираются или задаются базисными условиями.

4.Определяют относительные сопротивления отдельных элементов схемы замещения

5.Определяют суммарные относительные сопротивления до каждой точки К.З.

6. Определяют токи и мощность короткого замыкания в каждой точке К.З.

3.1.1 Определяем относительное сопротивление всей системы:

X*_с = [1 ст, 29]

X*_с=100

где S_Б – базисная мощность, мВА,

S_К.З. – мощность К.З. на шинах ГПП- 37 по данным энергослужбы в мВА.

За базисную мощность принимают величину 100; 1000 мВА.

Мощность К.З. можно определить по выражению:

S_К.З. = √3*U_Б*I ͚ мВА [ 2 ст, 10]

S_К.З. =1,73*6,3*37=403,2мВА

где U_Б – базисное напряжение в точке К.З., кВ,

I ͚ - установившийся ток К.З. на стороне 37 кВ, кА

Базисное напряжение принимается по следующей шкале: 0,23; 0,4; 0,69; 6,3; 10,5; 20; 37; 115; 154; 230 кВ

Если питающая система имеет бесконечно большую мощность, то можно принять Х*с=0

3.1.2 Определяем относительное сопротивление двухобмоточного трансформатора:

Х*т= [2 ст, 21]

Х*т=1.19Ом

где Uк.з.%- напряжение К.З. силового трансформатора в % (из технической характеристики трансформатора),

SБ=100 мВА- базисная мощность,

Sн- номинальная мощность силового трансформатора в мВА

3.1.3 Определяем относительное сопротивление линий электропередач (ЛЭП)

ДляЛЭП малой протяженности (к ним относятся карьерные ЛЭП) учитывают только индуктивные сопротивления:

Х* л = [2 ст, 35]

Х₃=0.5

Х₂₌0.08

Х₄=0.4

Х₅=0.4

Х₆=0.08

Х₇=0.08

где Хо- удельное индуктивное сопротивление 1км линии в ом/км указаны в приложении Д;

L- длина ЛЭП в км;

UБ=6,3 кВ- базисное напряжение

3. 1. 4 Определяем базисный ток:

IБ = [2 ст, 28]

IБ=9.2кА

3. 1. 5 Определяем установившееся значение тока К.З:

I ͚ = I³к.з.= [ 2 ст, 30]

I ͚ = I³к.з.₁= 9,2/1,69=5,44кА

I ͚ = I³к.з. ₂=9,2/1,77=5,19кА

I ͚ = I³к.з. ₃=9,2/1,59=5,78кА

I ͚ = I³к.з. ₄=9,2/1,63=5,64кА

I ͚ = I³к.з. ₅=9,2/1,45=6,34кА

где ∑Х* к.з.- суммарное относительное индуктивное сопротивление до точки, в которой определяем ток К.З.

∑Х* к.з.= Х*с+Х*т+Х*в.л.+Х*к.л. [ 2 ст, 42]

∑Х* к.з.=100+1,19+62,5+62,5=226,2

По этому току проверяют электрические аппараты, шины, проходные изоляторы и кабели на термическую устойчивость

3. 1. 6 Определяем двухфазный ток К.З.:

I²к.з.= , кА [ 2 ст, 51]

I²к.з.₁=1,73/2*5,44=4,67кА

I²к.з. ₂=1,73/2*5,19=4,46кА

I²к.з. ₃=1,73/2*5,78=4,97кА

I²к.з. ₄=1,73/2*5,64=4,85кА

I²к.з. ₅=1,73/2*6,34=5,45кА

По этому току определяют надежность действия защитной аппаратуры

3. 1. 7 Определяем ударный ток К.З.:

Iу=√2* Ку*I ͚ , кА [ 3ст, 2]

Iу₁=13.8 кА

Iу₂=13.04 кА

Iу₃=14.6 кА

Iу₄=14.3 кА

Iу₅=16.09 кА

где Ку- ударный коэффициент (для карьерных сетей Ку=1,8 при ∑R=0)

По этому току проверяют электрические аппараты, шины, изоляторы на электродинамическую устойчивость

3. 1. 8 Определяем действующее значение тока К.З.:

Iд= 1,52*I ͚ , кА [3 ст, 11]

Iд₁=8.59 кА

Iд₂=8.2 кА

Iд₃=9.1 кА

Iд₄=8.9 кА

Iд₅=8.9 кА

3. 1. 9 Определяем мощность К.З.:

Sк.з.= √3*U_Б*I ͚ , мВА [ 3 ст, 15]

Sк.з.₁=6,3*1,73*5,44=59,29 мВА

Sк.з.₂=6,3*1,73*5,19=56,56 мВА

Sк.з.₃=6,3*1,73*5,78=62,99 мВА

Sк.з.₄=6,3*1,73*5,64=61,47 мВА

Sк.з.₅=6,3*1,73*6,34=69,09 мВА

По этой мощности проверяют выключатели по предельно допустимой отключаемой мощности

Подобным образом ведём расчёт токов К.З. в остальных расчётных точках К.З., только изменяя суммарное расчётное относительное сопротивление, приведённое к базисным условиям. Результаты расчёта сводим в таблицу 3.1

Точки К.З.		Длина ЛЭП, км		∑Хк.з., о.е.		∑Rк.з., мОм			Iк.з(3), кА			Iк.з(2), кА			Iу, кА			Iд, кА			Sк.з, МВА
Сети напряжения свыше 1000 В
К1		1,5		1,69		-			5,44			4,67			13,8			8,59			59,29
К2		0,5		1,77		-			5,19			4,46			13,04			8,2			56,56
К3		0,4		1,59		-			5,78			4,97			14,6			9,1			62,99
К4		0,2		1,63		-			5,64			4,85			14,3			8,9			61,47
К5		0,25		1,45		-		6,34			5,45			16,09			8,9			69,09
Сети напряжения до 1000 В
К	0,08		66,61		38		3,01			2,6			5,56			3,31			2,08

3.2 Расчет токов короткого замыкания в низковольтных сетях

При расчётах токов К.З. в низковольтной сети необходимо учитывать активные и индуктивные сопротивления элементов схемы электроснабжения

Расчёт токов К.З. удобнее вести в именованных величинах, выражая напряжение в киловольтах, ток в килоамперах, мощность в киловольтамперах, сопротивление в миллиомах (1 Ом= 1000 мОм)

3.2.1 Определяем сопротивление питающей системы:

X_с = 1000000*U²Б / Sк.з., мОм [ 3 ст, 23]

X_с = 1000000*0,4²/69090=2,31мОм

где Sк.з.- мощность К.З. с высокой стороны по данной точке К.З. в кВА

U_Б =0,4кВ-базисное напряжение на стороне высокого напряжения

3.2.2 Определяем сопротивление трансформатора:

Хт ,мОм [3 ст, 26]

Хт=10000*0,4*4,5/400=1,8мОм

Rт= , мОм [3 ст, 28]

Rт=1000000*0,4²*5,5/400²=5,5мОм

где Sн –номинальная мощность трансформатора в кВА,

Uн- номинальное напряжение со стороны выхода трансформатора в кВ,

∆Pк.з.- потери мощности в обмотке трансформатора при К.З. в кВт,

Uк.з.%- напряжение К.З.трансформатора в %

∆Pк.з., Uк.з.% принимаются из технической характеристики трансформатора

3.2.3 Определяем сопротивление линии электропередач:

Хл=1000*Хо* L, мОм [ 3 ст, 31 ]

Хл=1000*0,25*0,25=62,5мОм

Rл=1000* Rо *L, мОм [ 3 ст, 37]

Rл=1000*0,13*0,25=32,5мОм

где Хо –удельное индуктивное сопротивление ЛЭП, Ом/км,

Rо -удельное активное сопротивление ЛЭП, Ом/км,

L – длина ЛЭП, км;

Хо, Rо принимаются по справочнику или из приложения Н

3.2.4 Определяем суммарное сопротивление до расчётной точки К.З.:

∑Rк.з. = Rт + Rл, мОм [ 3 ст, 40]

∑Rк.з. = 5,5+32,5=38мОм

∑Х к.з.= X_с +X_т + X_л, мОм [ 3 ст, 45]

∑Х к.з.=1,8+62,5+2,31=66,61мОм

3.2.5 Определяем трёхфазный ток К.З.:

I³к.з.= , кА [ 3ст, 52]

I³к.з.=1000*0,4/1,73* =3,01кА

где Uб - базисное напряжение в кВ,

∑Rк.з. – суммарное активное сопротивление цепи до расчетной точки К.З.в мОм,

∑Хк.з. – суммарное индуктивное сопротивление цепи до расчетной точки К.З. в мОм.

По этому току определяют аппаратуру управления на ее предельную отключающую способность.

3.2.6 Определяем двухфазный ток К.З.:

I⁽²⁾к.з.= , кА [3 ст, 61]

I⁽²⁾к.з.=1000*0,4/2* =2,6кА

По этому току проверяют надежность действия защитной аппаратуры, надежность срабатывания предохранителей и максимальных токовых реле при К.З.

3.2.7 Определяем ударный ток К.З.:

Iу=1,85*I⁽³⁾к.з., кА [3 ст, 65]

Iу=1,85*3,01=5,56кА

3.2.8 Определяем действующее значение тока К.З.:

Iд=1,1*I⁽³⁾к.з., кА [3 ст, 69]

Iд=1,1*3,01=3,31кА

3.2.9 Определяем мощность К.З.:

Sк.з.=Uб *I⁽³⁾к.з., МВА [ 3 ст, 71]

Sк.з.=0,4*1,73*3,01=2,08МВА

Подобным образом ведем расчеты токов К.З. в остальных расчетных точках К.З, только изменяя суммарные расчетные значения активных и индуктивных сопротивлений.

Результаты расчета сводим в табл. 3.1

Таблица 3.1- Расчётные значения токов короткого замыкания

Наименование	Кол	Sн.тснкВА Pн.дв , кВт	Pу, , кВт Sу, , кВА	Кс	cosр		tgр	Расчетная мощность
								Рр=КспPу, кВт		Qр=Ррtgр, квар
ЭлектроприемникиU = 6 кВ (в/в нагрузка)
Добыча
ЭКГ-12	1	1250	1250	0,7		0,7	-1	875		-875
ТСН	1	250	250				+1	175		175
Вскрыша
ЭШ-20/90	1	2500	2500	0,7		0,7	-1	1750		-1750
ТСН	2	400	800	0,7		0,7	+1	560		560
Итого по в/в нагрузке									Pр вв 3360		Qр вв -1890
ЭлектроприемникиU = 0,4 кВ (н/в нагрузка)
СБШ Электросварка	1	390	390	0,7		0,7	+1	273		273
Освещение	10	1	10	1		1	0,35	10		3,5
Водоотлив	1	132	132	0,75		0,75	0,88	99		87,12
Итого по н/в нагрузке									Pр нВ 382		Qр нВ 363,62
Всего									Pр вв + Pр нВ 3742		Qр вв + Qр нВ -1526,38