2.6 Расчет токов короткого замыкания

Короткие замыкания (КЗ) являются одной из основных причин нарушения нормального режима работы электроустановок и энергосистем в целом. При проектировании подстанции расчёт токов КЗ производится с целью проверки выбранного электрооборудования, установки релейной защиты и токоведущих частей.

Расчет токов короткого замыкания производим для следующих точек:

1. Система шин 110 кВ.

2. Система шин 10 кВ с включённым секционным выключателем.

3. Система шин 10 кВ с выключенным секционным выключателем.

Составление расчётной схемы

Под расчётной схемой электроустановок понимают упрощенную однолинейную схему установки с указанием всех элементов и их параметров, которые влияют на ток КЗ и поэтому должны быть учтены при выполнении расчетов.

На рисунке 2.5 представлена расчетная схема ПС.

Рисунок 2.5 – Расчетная схема

Расчет токов КЗ на ПС выполнены в программе Rastr. Результат расчета приведены в таблице 2.4.

Т а б л и ц а 2.4 - Сводная таблица токов короткого замыкания

Точка короткого замыкания	Начальное значение периодической составляющей тока Iп.0, кА	Значение ударного тока iу, кА	Апериодическая составляющая тока iаτ, кА	Периодическая составляющая тока Iп.τ, кА
К1 (110 кВ)	2,27	5,49	3,09	2,27
К2 (10 кВ, СВ включен)	6,82	18,31	3,54	6,82
К2’ (10 кВ, СВ отключен)	4,34	11,65	1,73	4,34

2.7 Выбор выключателей и разъединителей

Выключатель служит для коммутации цепей при аварийных режимах, а также для оперативных переключений и отключений электрических цепей.

При выборе выключателей предъявлялись следующие требования:

1. Надёжное отключение любых токов;

2. Быстрота действия;

3. Быстрое включение выключателя сразу же после отключения, т.е. пригодность для быстродействующего автоматического повторного включения;

4. Лёгкость ревизии и осмотра контактов;

6. Взрыво- и пожаробезопасность;

7. Удобство транспортировки и эксплуатации.

Разъединители предназначены для коммутации обесточенных цепей и создания видимого разрыва между токоведущими частями, выведенными в ремонт.

Допускается использовать разъединители для коммутации:

1. Незначительных токов намагничивания трансформаторов;

2. Нейтралей трансформаторов и заземляющих дугогасящих реакторов при отсутствии в сети короткого замыкания на землю.

Выбор и проверка оборудования производится по токам короткого замыкания приведенных в таблице 2.4.

В открытое распределительное устройство 110 кВ выбираем:

- выключатели ВЭБ-110-40/2500 УХЛ1 – элегазовый выключатель с номинальным током 2500 А и номинальным током отключения 40 кА:

- разъединитель РГ-110/1000 УХЛ1 с одним комплектом заземляющих ножей.

Выбираем выключатели по условиям:

(2.13)

(2.14)

(2.15)

где – номинальное напряжение выключателя;

– номинальный ток выключателя;

– номинальный и максимальный токи цепи [2].

(2.16)

(2.17)

где – номинальная мощность трансформатора, следующего по шкале ГОСТ 9680-77;

Выбранный выключатель проверяем по следующим условиям:

- на ток отключения:

(2.18)

- на возможность отключения :

(2.19)

где н% - нормативное содержание апериодической составляющей в полном токе короткого замыкания.

- на динамическую устойчивость:

(2.20)

- на термическую устойчивость:

, (2.21)

где I_t – ток термической стойкости, кА;

t_T – время протекания тока термической стойкости, определяем из паспортных данных, с.

Выбранный выключатель типа ВЭБ 110-40/2500 УХЛ1 удовлетворяет всем требованиям.

На ОРУ-110 кВ устанавливаем выключатель элегазовый баковый ВЭБ-110-40/2500 УХЛ1 с пружинным приводом типа ППрА-2000 и встроенными трансформаторами тока предназначен для эксплуатации в открытых и закрытых распределительных устройствах в сетях переменного тока частотой 50 Гц с номинальным напряжением 110 кВ, в районах с умеренным и холодным климатом.

Расчет для выключателя 10 кВ выполняется аналогично результатам расчета для 110 кВ и результаты внесем в таблицу 2.5.

Разъединители выбираются в тех же цепях, что и выключатели и по тем же условиям, а проверяются на термическую и динамическую устойчивость.

Предполагаем установить на ОРУ-110 кВ разъединители типа РГ –110/1000 УХЛ1.

Разъединители выбираем по следующим условиям:

Выбранный разъединитель проверяем по следующим условиям:

- на динамическую устойчивость:

- на термическую устойчивость (2.21):

Выбранный разъединитель типа РГ–110/1000 УХЛ1 удовлетворяет всем требованиям.

Разъединитель РГ–110/1000 УХЛ1 предназначен для включения и отключения находящихся под напряжением обесточенных участков электрических цепей, заземления при помощи заземлителей отключенных участков, отключения токов холостого хода трансформаторов и зарядных токов воздушных и кабельных линий. Данный разъединитель горизонтально поворотного типа, климатическое исполнение − умеренный и холодный климат с категорией размещения 1 (на открытом воздухе). Изготавливается на предприятии ЗАО "ЗЭТО".

Параметры выключателей и разъединителей показаны в таблице 2.5.

Таблица 2.5 – Параметры выключателей и разъединителей

Расчетные данные	Данные по каталогам
	Выключатели	Разъединители
1	2	3
ОРУ 110 кВ
	ВЭБ 110-40/2500 УХЛ1	РГ-110/1000 УХЛ1 - -

Продолжение таблицы 2.5.

1	2	3
ЗРУ 10 кВ
	ВБЧЭ 10-31,5/3150 УХЛ2	Разъединители не выбираются т.к. выключатели встроены в КРУ2-10
	ВВТЭ-M-10-20/630 УХЛ2	Разъединители не выбираются т.к. выключатели встроены в КРУ2-10

2.8 Выбор измерительных трансформаторов тока и напряжения

2.8.1 Выбор измерительных трансформаторов тока на ОРУ 110 кВ

Трансформаторы тока выбираем в тех же цепях, что и выключатели и по тем же условиям. На ОРУ 110 кВ установлены выключатели ВЭБ-110 40/2500 УХЛ1, которые имеют встроенные трансформаторы тока, поэтому выбираем трансформаторы тока типа ТВ – 110 – I – 200/5 УХЛ1. Трансформаторы тока выбираются по условиям:

(2.22)

(2.23)

(2.24)

Для уменьшения погрешностей первичный ток трансформатора должен быть как можно ближе к действительному току цепи.

Выбранные трансформаторы тока проверяются по условиям:

- на электродинамическую устойчивость:

(2.25)

• на термическую устойчивость:

(2.26)

- на вторичную нагрузку:

. (2.27)

Так как, индуктивное сопротивление вторичной цепи трансформатора тока мало, то принимаем:

;

. (2.28)

Для определения r_приб. , составляется таблица 2.6 с приборами, подключаемыми к трансформатору тока.

Таблица 2.6 – Нагрузка трансформаторов тока 110 кВ

Наименование	Тип прибора	Потребляемая мощность, ВА
Учет	СЭТ-4ТМ	0,2
Измерение	UMG 511	0,2
РЗА	ТОР 300	0,5
Итого:		0,7

Определяем r_приб. по формуле:

(2.29)

Определяем r_пров. из формулы (2.28):

r_пров. = z_2ном – r_приб.– r_конт. = 0,5 – 0,028 – 0,05 = 0,4 Ом,

где r_конт. = 0,05 Ом при числе приборов до трех, включительно.

Определяем сечение проводов. Согласно ПУЭ [7] сечение кабеля должно быть не менее 2,5 мм²:

(2.30)

где − удельное сопротивление провода с медными жилами; − длина соединительных проводов от трансформатора тока до приборов (принимаем [4, стр. 301]);

Принимаем ближайшее стандартное сечение жилы кабеля 4,0 мм². Выбираем медный провод марки КВВГЭнг − LS 5x4 мм².

Зная сечение кабеля, определяем истинное значение сопротивления проводов:

(2.31)

Таким образом z_2расч будет равно (2.21):

z_2расч = 0,036 + 0,1 + 0,33 = 0,46 Ом.

Проверяем условие (2.19):

0,5 Ом > 0,46 Ом.

Таким образом, трансформатор тока ТВ – 110 – I – 200/5 УХЛ1 с коэффициентом трансформации 200/5 и классом точности 0,2S/20 ВА; 0,5/20 ВА; 10Р/30 ВА; 10Р/30 ВА; 10Р/30 ВА проходит по всем параметрам.

2.9 Выбор измерительных трансформаторов тока на РУ - 10 кВ

Поскольку на РУНН устанавливаются КРУ поставляемые уже со встроенными измерительными трансформаторами тока, то нет необходимости их выбирать и проверять. В КРУ2-10 устанавливают ТШЛ-10-1/600 УЗ.

2.10 Выбор измерительных трансформаторов напряжения на ОРУ 110 кВ

Трансформаторы напряжения выбираем по условиям :

U_номTV ≥ U_уст; (2.32)

Схема соединения ; (2.33)

S_{н TV} ≥ S_расч. (2.34)

Предполагаем установить на ОРУ 110 кВ измерительный трансформатор напряжения типа НКФ-110-58 УХЛ1:

110 кВ  110 кВ;

схема соединения ;

S_{н TV} ≥ S_расч.

Для определения вторичной нагрузки на 110 кВ составляем таблицу 2.7.

Таблица 2.7 – Вторичная нагрузка трансформаторов напряжения 110 кВ

Наименова-ние цепи	Наименование приборов	Тип	Потребляемая мощность 1 кат.	Кол-во катушек.	Количество приборов	Sрасч (ВА)
Линия 110 кВ	Счетчик электроэнергии	СЭТ-4ТМ	0,1	2	1	0,1
Релейная защита линии	РЗА	ТОР-300	0,5	-	11	0,5
Итого:							0,6

.

Намеченный ранее трансформатор напряжения проходит по вторичной нагрузке.

2.11 Выбор измерительных трансформаторов напряжения на РУ-10 кВ

Намечаем трансформатор напряжения ЗНОЛП-06-10.

Условия выбора трансформатора напряжения:

10 кВ  10 кВ;

Схема соединения ;

S_{н TV} ≥ S_расч.

Для определения вторичной нагрузки на 10 кВ составляем таблицу 2.8.

Наименование цепи и приборов			Тип		Потребл. мощн. 1 кат.		Кол-во катушек		Количество приборов		Sрасч (ВА)
Линия 10кВ	Счетчик энергии	СЭТ-4ТМ		0,1		10		1		1
	РЗА	ТОР 300		0,5		11		1		5,5
Итого:										6,5

Таблица 2.8 – Вторичная нагрузка трансформаторов напряжения 10 кВ

Проверим условие:

.

Намеченный ранее трансформатор напряжения ЗНОЛ-06-10 проходит по вторичной нагрузке.