5. Розрахунок струмів короткого замикання

Вихідною величиною для розрахунку струмів короткого замикання є потужність короткого замикання на шинах 10 кВ РТП-35/10 кВ.

Розрахунок струмів короткого замикання необхідний для перевірки вибраної апаратури на термічну і динамічну стійкість, чутливості релейного захисту і для узгодження характеристик релейного захисту лінії 10 кВ з характеристиками запобіжників ТП - 10/0,4 кВ.

У курсовому проекті необхідно визначити струми короткого замикання на шинах 10 кВ районної трансформаторної підстанції, на шинах 10 кВ розрахункової (заданої) та найбільш віддаленої споживчих підстанцій.

Розрахунок струмів короткого замикання можна виконувати у відносних або іменованих одиницях. Оскільки струми к. з. розраховуються у мережі одної напруги, зручніше користуватися іменованими одиницями.

Струм трифазного к. з. на шинах 10 кВ РТП обчислюють за формулою:

,

Iкз3=49/(sqrt(3)*10.5)=2,6 кА

де S_КЗ – потужність к. з., мВА;

U_Б – базисна напруга, кВ (U_Б = 10,5 кВ).

1. Ударний струм:

.

Iу=1.5*sqrt(2)*2.6=5,5А

Діюче значення ударного струму короткого замикання:

,

Iq=sqrt(1+2*(1.5-1)^2)*2.6=3,18

де К_У – ударний коефіцієнт ( 1 < К_У < 2 ).

Струм трифазного короткого замикання в інших точках мережі (5)

,

Iкз3=10.5/(sqrt(3)*3.14)=1,9 кА

де Z_КЗ – опір кола короткого замикання до розрахункової точки, Ом.

.

Zкз=sqrt((2.25+0.88)^2+0.32)=3,14 Ом

Опір системи:

.

Xс=10.5^2/49=2,25

Повні активний та індуктивний опори лінії

; ,

rл=0,18+0,3+0,36+0,36+0,12=1,32

xл=0,12+0,2+0,24+0,24+0,08=0,88

де r_0i, x_0i – питомі активний та індуктивний опори 1 км проводу лінії, Ом/км (див. додаток Д.13 );

L_і – довжина ділянки лінії 10 кВ, км.

Струм двофазного короткого замикання визначається:

Iкз2=sqrt(3)/2*3.3=2,8 кА

Ударний струм:

Iу=1.5*sqrt(2)*1.9=4 кА

Діюче значення ударного струму короткого замикання:

Iд=sqrt(1+2(1.5-1)^2)*1.9=2,32 кА

Струм трифазного короткого замикання в інших точках мережі (7)

,

Iкз3=10.5/(sqrt(3)*3.01)=2,01 кА

де Z_КЗ – опір кола короткого замикання до розрахункової точки, Ом.

.

Zкз=sqrt((2.25+0.76)^2+0.14^2)=3,01 кА

Опір системи:

.

Xс=10.5^2/49=2,25

Повні активний та індуктивний опори лінії

; ,

rл=0,18+0,3+0,24+0,42=1,14

xл=0,12+0,2+0,16+0,28=0,76

де r_0i, x_0i – питомі активний та індуктивний опори 1 км проводу лінії, Ом/км (див. додаток Д.13 );

L_і – довжина ділянки лінії 10 кВ, км.

Струм двофазного короткого замикання визначається:

Iкз2=sqrt(3)/2*2.01=1,74 кА

Ударний струм:

Iу=1.5*sqrt(2)*2.01=4,26 кА

Діюче значення ударного струму короткого замикання:

Iд=sqrt(1+2(1.5-1)^2)*2,01=2,46 кА

6. Вибір електричної апаратури розподільного пристрою 10 кВ (комірки лінії 10 кВ) районної трансформаторної підстанції

Апаратуру вихідної комірки лінії електропередачі 10 кВ і заданої споживчої підстанції вибирають за номінальною напругою, струмом та конструктивним виконанням (зовнішнє, внутрішнє або інше), класом точності (для трансформаторів струму) і струмом вимикання (для вимикачів).

Таблиця 9. Умови вибору апаратів (вимикачів)

Параметри вимикача	Умови вибору	Отримані дані	ВММ-10-400 (привод ППВ)
Номінальна напруга Номінальний струм Допустимий струм вимикання Струм динамічної стійкості Струм термічної стійкості	UНВ > UН ІНВ > ІР.МАКС ІД.ВИМ > IР.ВИМ іМАКС > іУ tН > ( )2tК (*)	10 63,97 4,5 8 4*1,085	10 кА 400 А 10 кА 25 кА 10^2*4

(*) – t_Н – номінальний час термічної стійкості вимикача при протіканні струму І_t, ( t_Н = 4 с);

t_К = t_СВ +t_РЗ + Т_а;

t_К = 0,2+0,7+0,185=1,085 с

t_СВ – час спрацювання вимикача ( t_СВ = 0,2 с) ;

t_РЗ – час спрацювання релейного захисту , с (див. розділ 7);

Т_а – постійна часу затухання аперіодичної складової струму короткого замикання (для сільських мереж рекомендується Т_а = 0,185 с).

I p=1108/(sqrt(3)*10)=63,97 А­

R=0,18+0,3+0,36+0,36+0,12+0.24+0.42=1,98

X=0,12+0,2+0,24+0,24+0,08+0.16+0.28=1,32

Z=sqrt((2.25+1.32)^2+1.98^2)=4

I3=10.5/(sqrt(3)*4)=1,51

Iу=1.5*sqrt(2)*1.5=3,18 кА

Iд=sqrt(1+2(1.5-1)^2)*1.5=1,8 кА

3. Вибрану апаратуру перевіряють на термічну та динамічну стійкість при дії струму к.з. При виборі апаратури рекомендується складати таблицю, порівнюючи розрахункові та паспортні дані апаратів. Для вимикачів і роз'єднувачів теж необхідно вибирати привод.

Дані електричної апаратури наведено в додатках Д.7, Д.8 та Д.9.

Вибір роз'єднувачів виконується аналогічно (не враховується тільки допустимий струм вимикання).

1. Таблиця 10. Вибір трансформаторів струму

Параметри трансформатора струму	Умови вибору	Отримані дані	ТПЛ-10
Номінальна напруга Номінальний первинний струм Номінальний вторинний струм Клас точності Номінальна вторинна потужність Кратність струму: термічної стійкості Кt=Іt/ІН1 динамічної стійкості КД = іМАКС/( ІН1)	UНТ > UН ІН1 > ІР.МАКС ІН2 = 5 А (*) SН2 >S2 (КtІН1)2>( )2tК ІН1КД>іУ	10 63,97 0,7 5,5 7	10 75 5 0,5 10 45 26,5

(*) - у відповідності з приєднуваними приладами.

Клас точності трансформаторів струму, до яких приєднують лічильники електричної енергії для комерційного розрахунку, повинен бути 0,5; для технічного обліку електроенергії допускається клас точності 1,0. Для приєднання реле і різноманітних пристроїв достатніми є класи точності 3,0 і 10,0.

Щоб забезпечити задану точність вимірювання, потужність S₂ приладів, приєднаних до вторинної обмотки трансформатора, не повинна перевищувати зазначене в паспорті трансформатора струму номінальне вторинне навантаження S_Н2. Залежно від класу точності знаходять номінальну вторинну потужність S_Н2.

Навантаження трансформаторів струму

S₂ = S_ПР + (R_ПРОВ + R_КОН),

S2=2.6+5^2*(0.8+0.1)=25,1

де – номінальний вторинний струм (у більшості випадків 5 А);

S_ПР – сумарна потужність послідовно ввімкнених приладів (лічильників, амперметрів), ВА;

R_ПРОВ – опір з'єднувальних провідників, Ом;

R_КОН – опір контактів (R_КОН = 0,1 Ом).

Допустимий опір провідників обчислюється, виходячи з умови S₂ = S_Н2:

.

Sпров=(7-2.6-5^2-0.1)/5^2=0,8

Отже, необхідний переріз з'єднувальних провідників:

,

Fпр=0.0175*3/0.8=0,06

де ρ – питомий опір металу з'єднувальних проводів, (Ом·мм²)/м;

L_Р – розрахункова довжина проводів, м (2,5...3м).

За результатом розрахунку приймають ближчий стандартний перетин, але не менше 2,5 мм² для мідних проводів, або 4мм² для алюмінієвих.

У комірках лінії 10 кВ РТП-35/10 кВ, як правило, встановлюється один двоелементний лічильник активної енергії, наприклад, типу СА4УИ675 (S_ПР = 2,5 ВА). Для вимірювання струму використовують один амперметр типу Е-335 (S_ПР = 0,5 ВА) або Е-378 (S_ПР = 0,1 ВА).