8 Расчет токов короткого замыкания

Вычисление токов короткого замыкания необходимо для:

1. выбора аппаратов, шин, изоляторов и проверки их работы при коротком замыкании.

2. выбора устройств ограничения токов короткого замыкания.

3. проектирования релейной защиты и ее настройки.

4. проектирования и расчета защитных заземлений.

В практических расчетах токов короткого замыкания существуют следующие допущения:

1. Считается, что трехфазная система симметрична.

2. Не учитываются переходные сопротивления в точке короткого замыкания, то есть короткое замыкание считается глухим.

3. Принимается, что в течение всего процесса короткого замыкания ЭДС всех генераторов системы совпадает по фазе.

4. Не учитывается насыщение магнитных систем, что позволяет считать постоянные, не зависящие от тока, индуктивные сопротивления всех элементов короткозамкнутой цепи.

5. Намагничивающими токами силовых трансформаторов пренебрегают.

6. Не учитываются емкости всех элементов цепи.

Расчет токов короткого замыкания проведен для нескольких точек (рисунок 8.1):

1. точка К-1 за выключателем на высшей стороне ГПП;

2. точка К-2 на шинах ГПП;

3. точка К-3 за выключателем на высшей стороне ТП;

4. точка К-4 на шинах ТП;

Принимаем следующие базисные условия: базисная мощность S_б=6,3 МВА; базисное напряжение U_б1=115 кВ.

Тогда базисное напряжение (кВ) остальных ступеней можно определить по выражению, кВ:

, (8.1)

Базисные напряжения:

,

.

Рис. 8.1 – Точки определения тока короткого замыкания в сети

Базисный ток на трех ступенях напряжения определяется по выражению, кА:

. (8.2)

Базисные токи:

,

,

.

Расчет в относительных единицах при базисных условиях сопротивлений элементов системы электроснабжения.

Сопротивления воздушной линии 110 кВ:

, (8.3)

. (8.4)

где r₀=0,422 Ом/км, x₀=0,432 Ом/км – сопротивления 1 км длины воздушной линии АС-70 по [4]; l - длина воздушной линии, км.

Сопротивление трансформатора ГПП:

(8.5)

. (8.6)

Сопротивление кабеля от ГПП до ТП 1:

, (8.7)

. (8.8)

где R_К, Х_К – активное и индуктивное сопротивление кабельной линии, Ом.

Сопротивление трансформатора ТП:

(8.9)

. (8.10)

Расчет К.З. в точке К-1

Сопротивление от источника питания до точки короткого замыкания:

, (8.11)

(8.12)

где - индуктивное сопротивление энергосистемы (при S_КЗ=1500 МВА).

,

Полное сопротивление до точки КЗ:

(8.13)

.

Ток К.З.:

, (8.14)

где - ЭДС энергосистемы.

Определим ударный ток КЗ в точке К-1.

Ударный коэффициент:

, (8.15)

где , тогда

Ударный ток КЗ, кА:

(8.16)

Расчет К.З. в точке К-2

Сопротивление от источника питания до точки короткого замыкания:

, (8.17)

(8.18)

Полное сопротивление до точки КЗ:

Ток К.З.:

Определим ударный ток КЗ в точке К-3.

Ударный коэффициент:

, тогда .

Ударный ток КЗ, кА:

Расчет КЗ в точке К-3.

Для точки К-3 пример расчета рассмотрен для линии ГПП-ТП 1.

Сопротивление от источника питания до точки короткого замыкания:

, (8.19)

(8.20)

Полное сопротивление до точки КЗ:

Ток КЗ.:

Определим ударный ток КЗ в точке К-3.

, тогда

Ударный ток КЗ, кА:

Для точки К-4 пример расчета рассмотрен для линии ГПП-ТП 1.

Сопротивление от источника питания до точки короткого замыкания:

, (8.21)

(8.22)

Полное сопротивление до точки КЗ:

Ток КЗ:

Определим ударный ток КЗ в точке К-4.

Ударный коэффициент:

, тогда

Ударный ток КЗ, кА:

Расчет для остальных подстанций аналогичен. Результаты расчета сведены в таблицу А.14 приложение А.

Для проверки проводников на термическую стойкость при коротком замыкании пользуются понятием теплового импульса B_k, характеризующего количество теплоты, выделившейся в проводнике (иногда его называют импульсом квадратичного тока короткого замыкания).

, (8.23)

где I_пτ – значение периодической составляющей тока короткого замыкания при t = τ; τ – расчетное время; T_a – постоянная времени цепи короткого замыкания.

Расчетное время определяется [3]:

, (8.24)

где t_рс – время срабатывания релейной защиты (не более 0,1 с); t_св – собственное время отключения выключателя (по каталогу), для современных выключателей оно не превышает 0,1 с; n – количество ступеней селективности; – продолжительность ступени селективности.

.

Определяем величину теплового импульса B_k:

Для ячейки ввода:

.

Для ячейки секционирования:

.

Для ячейки отходящих линий:

.

Расчет для остальных подстанций аналогичен. Результаты расчета сведены в таблицу А.14 приложение А.