ИЭ / 6 сем (станции+реле) / Наиважнейшие методические пособия / Учебное пособие_Производство электроэнергии_2012 г

2.2. Приведение сопротивлений элементов схемы к базисным условиям

В качестве базисной мощности Sб можно выбрать любую величину, например, 100 или 1000 МВ∙А. За базисное напряжение принимают среднее эксплуатационное напряжение той ступени, на которой предполагается короткое замыкание (0,4; 3,15; 6,3; 10,5; 13,8; 15,75;

20; 37; 115; 154; 230; 340; 515, 750 кВ).

Таким образом, в каждой точке к. з. получаем свое значение базисного тока Iб = Sб / 3Uб .

Далее приводятся формулы для определения сопротивлений всех элементов короткозамкнутой цепи в относительных единицах при базисных условиях.

Для синхронных генераторов и компенсаторов x = x S / S ,

г d б ном

где x − относительное сверхпереходное сопротивление по продоль-

d

ной оси полюсов генератора или компенсатора, определяемое по справочным данным.

Силовые трансформаторы и автотрансформаторы. Для двухобмоточных трансформаторов

x = uк Sб , 100 Sном

где uк — напряжение короткого замыкания, определяемое по справочным или паспортным данным, %.

Для трехобмоточных трансформаторов или автотрансформаторов напряжения короткого замыкания, приведенные к номинальной мощности трансформатора или автотрансформатора, даны для каждой пары обмоток uк в-н , uк с-н , uк в-с , %.

У трансформаторов с расщепленными обмотками в каталогах заданы uк в-н и uк н1-н2 , %.

Схемы замещения таких трансформаторов и относительные базисные сопротивления лучей схемы показаны в таблице 5.

51

Т а б ли ц а 5

Схемы замещения трансформаторов, автотрансформаторов

В каталогах реакторов указывают номинальное напряжение, номинальный ток и индуктивное сопротивление в омах. Относительное

базисное сопротивление реактора x р = xр Sб /U 2ном . Так же опреде-

ляют сопротивление одной ветви сдвоенного реактора. Относительное сопротивление линий, приведенное к базисным

условиям x л = xудlSб /U 2ср , где l — длина линий, км; xуд — индуктивное сопротивление линии на 1 км длины, Ом/км.

Можно воспользоваться следующими средними значениями xуд:

52

ющее сопротивление цепи короткого замыкания для данной точки к. з. путем постепенного преобразования схемы.

Возможны следующие преобразования схемы:

Сложение нескольких относительных сопротивлений, соединенных последовательно:

x = x 1 + x 2 + ... + x n

Замена сопротивлений, соединенных параллельно, одним равно-

Соединение звездой с относительными сопротивлениями лучей x*1 , x*2, x*3 (рис 24) может быть заменено эквивалентным соединением в треугольник:

Рис 24

При преобразовании треугольника относительных сопротивлений в эквивалентную звезду пользуются формулами:

Значительное упрощение схем достигается совмещением точек одинакового потенциала. Если принять ЭДС источников питания одинаковым, то в схеме (рис. 25, a) точки m и n будут равнопотенциальными. При совмещении равнопотенциальных точек сопротивления

54

одноименных элементов складываются параллельно, и получается схема (рис. 25, б).

В результате преобразований схему приводят к виду, удобному для расчета токов короткого замыкания по индивидуальному изменению в отдельных генераторах (или лучах) схемы (рис.26). Обычно ее сводят к двум-трем лучам, выделяя в отдельные лучи разнотипные генераторы (например, станции и системы) или однотипные, но с различной удаленностью относительно точки к. з.

Рис. 25

Рис. 26

При расчете токов к. з. при сворачивании схемы к одному эквивалентному источнику определяют эквивалентную ЭДС: E. Так для схемы на рис. 26

55

2.4. Аналитический расчет токов к. з.

Начальное значение периодической составляющей и ударный ток к. з. могут быть определены из выражений:

E

Iп0 = x Iб , iу = 2kу Iп0 ,

рез

где kу — ударный коэффициент, зависящий в свою очередь от постоянной времени затухания апериодической составляющей Тa,

kу =1 + exp(- 0,01/Tа ).

Методика расчета ударного тока в схеме с несколькими разнотипными источниками питания зависит от положения точки к. з. Можно выделить три характерных случая, для которых ударный ток определяют следующим образом:

1. При удаленном к. з. (в РУ и сети повышенных напряжений станций, в РУ напряжений подстанций, за линейными реакторами) iу = 2kу Iп0 , где Iп0 — ток к. з. от всех источников.

Постоянную времени Та и ударный коэффициент kу находят через результирующие активные и индуктивные сопротивления цепи

к. з. Можно воспользоваться средними значениями Та и kу для характерных точек электрической системы, приведенными в [3] и Приложении 3.

2. При к. з. вблизи генераторов (на сборных шинах ГН или на выводах генератора блока) выделяют составляющие ударного тока от генераторов данной станции и других источников системы:

iу г = 2kу г Iп0г , iу с = 2kу с Iп0с.

Значения Та и kу могут быть взяты из [3] и П3.

Как отмечалось в (2.1), для выбора аппаратов и шин в цепи генератора расчетным является больший из этих двух составляющих

56

тока к. з. Суммарный ток необходим лишь для выбора аппаратов и проводников, например, в цепи трансформатора СН, подключенного

кшинам ГН, или в отпайке от блока.

3.При к. з. вблизи узла двигательной нагрузки (в РУ 6 кВ СН тепловых станций, в РУ 6–10 кВ подстанций) отдельно определяют ток к. з. от двигателей и всех других источников системы

iу = 2kу д Iп0д + 2kу с Iп0с ,

где kуд, kус — ударные коэффициенты для ветвей двигателей и системы, Iп0д — начальное значение периодической составляющей тока

к. з. от двигателей.

Расчетным является суммарный ток к. з.

Определение токов к. з. подпитки от двигателей

Большое влияние на величину тока к. з. оказывают асинхронные и синхронные двигатели, если они подключены близко к месту к. з. Так, при определении токов к. з. в сетях СН тепловых электростанций или на вторичном напряжении крупных промышленных подстанций эту подпитку необходимо учитывать.

Прямое включение двигателя в сеть рассматривают в теории электрических машин как к. з. за сопротивлением x˝д . На этом основании в практических расчетах принимают Iп0д = Iпуск = I пускIном .

При оценке влияния группы двигателей на ток к. з. целесообразно заменить их эквивалентным с усредненными параметрами. Для секций СН ТЭС действующие нормативы рекомендуют следующие параметры эквивалентного двигателя [3]:

= 5,6; д = 0,94 ; cosφ д=0,87; kуд =1,65; Тпд =0,07 с;

Тад=0,04 с.

Начальное значение периодической составляющей тока к. з. от эквивалентного двигателя секции

57

где Pном — суммарная номинальная мощность всех двигателей, электрически связанных с местом к. з.

Если точный состав двигателей СН неизвестен, то при питании от ТСН принимают Pном = Sтсн.

Для энергоблоков АЭС по данным [13] параметры эквивалентного двигателя:

Для мощных блоков, особенно на АЭС, можно снизить полученное значение тока к. з. примерно на 20% с учетом питания нагрузки на напряжении 0,4 кВ.

Вслучае трансформаторов с расщепленной обмоткой низкого напряжения полученные токи необходимо уменьшить в два раза.

Впроцессе к. з. токи от двигателей быстро затухают, для момента времени τ: (− /Tп д );

iа д = 2Iп 0 д exp(− /Tа д ).

2.5.Определение токов к. з. при выборе выключателей

Всоответствии с ГОСТ для выбора выключателей необходимо иметь следующие расчетные токи к. з.:

Iп0 , iу , Iп , iа — периодический и апериодический токи к моменту

размыкания дугогасительных контактов выключателя (τ). Время τ определяется суммой: τ=tз мин + tсв,

где tз мин = 0,01 с — минимальное время действия релейной защиты, tсв — собственное время отключения выключателя.

58

Для проверки на термическую стойкость необходимо рассчитать

tоткл

Bк = iк2t dt — импульс квадратичного тока к. з., пропорциональный

0

количеству тепла, выделенному током к. з. в проводнике.

Как и при определении ударного тока, здесь различают три характерных случая к. з.

1. При удаленном к. з. периодический ток принимают незатухающим и равным начальному значению периодического тока в месте

к. з.: Iп Σ = Iп0Σ .

Вычисляют апериодический ток к моменту отключения iа = 2Iп0 exp(− /Tа )

и полный импульс квадратичного тока

Bк = Iп20 (tоткл + Tа ).

Время отключения ( tоткл ) складывается из времени действия основной защиты данной цепи и полного времени отключения выключателя.

2. При к. з. вблизи синхронного генератора к моменту τ ток от генератора (Iпτг) заметно затухает; ток от системы (Iпτс) можно принять незатухающим. При этом Iпτг — периодический ток от генератора вычисляется по расчетным кривым [5].

Апериодический ток также находят по частям:

iа г = 2Iп0г exp(− /Tа г ), iа с = 2Iп0с exp(− /Tа с ).

Больший из составляющих токов принимают за расчетный. Импульс квадратичного тока к. з. вблизи генераторов имеет три

слагаемых от тока системы, тока генератора и совместного действия тока генератора и системы. Методика его определения изложена в [2, 3]. При учебном проектировании можно воспользоваться упрощенной формулой: Bк = Iп20 расч (tоткл + Tа ), тем более что проводники

59

и аппараты в мощных присоединениях имеют значительные запасы по термической стойкости.

3. При к. з. вблизи узла нагрузки с мощными двигателями расчетным является суммарный ток от двигателей и системы (см. 2.4).

Импульс квадратичного тока от периодических и апериодических составляющих токов системы и эквивалентного двигателя

Bкп = Iп20сtоткл + 0,5Iп20дТпд + 2Iп0сIп0дТпд , Bка = (Iп0с + Iп0д )2 Та сх,

где Та сх— расчетная постоянная временя изменения апериодического тока для всей схемы:

Т= ТасIп0с + Тад Iп0д .

асх Iп0с + Iп0д

Из приведенных формул видно, что для определения Вк необходимо знать время отключения tоткл. Согласно ПУЭ tоткл = tрз + tов.

Действующие нормативы рекомендуют для цепей генераторов 60МВт и выше с учетом их особой ответственности принимать tоткл = 4 с по времени действия резервной защиты.

В цепях 35–750 кВ tоткл определяют по времени действия основных защит (tрз = 0,1 с) и полному времени отключения выключателей tов (из каталога). Для цепей ТСН также принимают tрз = 0,1 с.

При выборе аппаратов и проводников в распределительной сети на линиях 6–10 кВ расчетным является ток к. з. за реакторами, а время t рз = 1…2 с, так как основная защита этих линий — максимальная токовая с выдержкой времени.

3. ВЫБОР АППАРАТОВ И ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК

3.1 Общие положения

Электрические аппараты распределительных устройств должны надежно работать как в нормальном режиме, так и при возможных отклонениях от него. При проектировании электрических установок

60