3.7. Расчет токов короткого замыкания

Значения токов короткого замыкания (КЗ) используются для проверки шин и аппаратов по условиям электродинамической и термической стойкости, для выбора токоограничивающих элементов, для проверки кабельных линий на термическое действие и др.

Расчет токов КЗ состоит из следующих этапов.

Составление расчетной схемы. Расчетная схема - это однолинейная схема электроустановки с указанием элементов, участвующих в расчете токов КЗ. Расчетная схема должна отражать нормальный режим работы установки.

Выбор вида КЗ. Для определения электродинамической стойкости аппаратов и шин принимают трехфазное КЗ; для определения термической стойкости - трехфазное или двухфазное КЗ. Проверку отключающей и включающей способности аппаратов проводят по трехфазному или однофазному току КЗ на землю в зависимости от его значения. В настоящем проекте ведется расчет только трехфазного КЗ.

Места расположения точек КЗ выбирают так, чтобы проверяемое оборудование и проводники находились в наиболее тяжелых условиях. Для коммутационной аппаратуры выбирают место КЗ на их выходных зажимах; проверку кабельных линий производят по току КЗ в начале линии; проверку оборудования на отходящих реактированных линиях ведут по току за реактором.

Расчетная продолжительность принимается различной в зависимости от назначения расчетов.

При проверке выключателя на коммутационную способность за расчетное время КЗ принимают момент начала расхождения его контактов

,

где t_з.min =0,01с - принимается как минимальное время действия релейной защиты; t_co6 - собственное время выключателя, с.

При проверке выключателя на термическую стойкость за расчетное время КЗ принимают полное время протекания тока короткого замыкания

где t₃ - полное время действия основной защиты; t_вык - полное время отключения выключателя по его паспорту. При расчете этого времени используются следующие ориентировочные значения времени действия защит t₃, которые определяются условиями селективности:

(1,0. ..1,2) с - для отходящих линий 6-10 кВ;

(1,5... 1,8) с - для межсекционных связей 6-10 кВ;

(2,0.. .2,4) с - для линий 35 кВ;

(2,5...3,0) с - для линий 110-330 кВ;

(3,0.. .3,6) с - для трансформаторов связи;

(4,0.. .4,6) с - для генераторов.

Определение расчетных параметров элементов сети. Параметры элементов (генераторов, трансформаторов линий и т.д.) приводят к базисным условиям, в качестве которых принимают базисную мощность S_б и базисное напряжение U_б. Базисное напряжение принимают для каждой ступени напряжения равным ее среднему номинальному значению. Расчет токов КЗ ведут в относительных или именованных единицах. При расчетах в относительных единицах сопротивления элементов приводят к базисной мощности

,

при расчетах в именованных единицах сопротивления элементов приводят к базисному напряжению

На рис. 3.7 представлена расчетная схема ТЭЦ и соответствующая ей схема замещения. На схемах показаны расчетные точки короткого замыкания К1 и К2.

Расчет токов КЗ производим в относительных единицах с приведением сопротивлений к базисным условиям.

Предварительный выбор секционных реакторов. Сопротивление секционных реакторов должно быть достаточным для того, чтобы ограничить ток КЗ до значений, соответствующих параметрам намечаемых к установке выключателей. Номинальный ток секционного реактора должен соответствовать мощности, передаваемой от секции к секции при нарушениях нормального режима. Но так как точный расчет режима секционных реакторов затруднен из-за неопределенности возможных нарушений, то поступают так: ток реактора принимают по току генератора:

,

а сопротивление предварительно задают в пределах х_р = 0,1 - 0,4 Ом. Сделав такой выбор, рассчитывают ток КЗ на шинах установки, а, если он окажется больше ожидаемого, изменяют сопротивление реактора и повторяют расчет. В соответствии с этими рекомендациями предварительно выбираем реактор с номинальным током не менее 0,5∙I_г.ном = 0,5∙4,33 = 2165 А. Из существующей номенклатуры реакторов [12] выбираем реактор типа РБГ 10-2500-0,20УЗ с номинальным током I _ном = 2500 А и сопротивлением х_р = 0,20 Ом.

а)

б)

Рис. 3.7. Расчетная схема (а) и схема замещения (б) для определения токов КЗ в точках К1 и К2

Задание базисных величин. Значения базисной мощности и напряжений принимаются исходя из соображений удобства проведения расчетов. В качестве базисных величин принимаем: S₆ = 1000 MBA;

кВ, кА;

кВ, кА.

Расчет сопротивлений схемы замещения. Расчет сопротивлений выпол­няется в относительных единицах при выбранных базисных условиях (для упрощения "звездочка" в индексах опущена).

1. Сопротивления энергосистем С1 и С2 соответственно

о.е.,

о.е.

2. Сопротивление ЛЭП (результаты расчетов сведены в табл. 3.10)

,

где х_уд - удельное сопротивление линии, Ом/км; n_ц - количество параллельных цепей; L - длина линии, км.

Таблица 3.10

ЛЭП	Uб1, кВ	xуд, Ом/км	nц	L, км	Сопротивление линии в схеме замещения, о. е.
W1	115	0,4	2	35	x3	0,529
W2	115	0,4	2	60	x4	0,907
W3	115	0,4	3	60	x5	0,605

3. Сопротивление генераторов (результаты расчетов сведены в табл. 3.11)

,

где х_д^’’ - относительное сверхпереходное индуктивное сопротивление по продольной оси; S_г,ном - номинальная мощность генератора.

Таблица 3.11

Генератор	Sг.ном, МВА	x"d, о.е.	Сопротивление схемы замещения, о.е.
G1,G2,G3,G4 (ГРУ)	78,75	0,1361	X18=x19=x20=x21	1,728
G5 (блок)	235,3	0,1900	X6	0,807

4. Сопротивление двухобмоточного трансформатора блока

о.е.,

где u_к - напряжение КЗ трансформатора, %; S_t.hom - номинальная мощность трансформатора, МВА.

5.Сопротивления трансформаторов связи с расщепленными обмотками: полное сопротивление трансформатора

о.е,

сопротивление обмотки высшего напряжения

о.е.,

сопротивление обмотки низшего напряжения

о.е.

7. Сопротивления секционных реакторов

^;

о.е.

Расчет ЭДС источников. В данной схеме источниками являются генераторы станции и две энергосистемы, к которым станция подключена (подпиткой от нагрузки пренебрегаем). Каждый источник вводится в схему замещения своей сверхпереходной ЭДС, которая определяется по формуле:



где U, I, φ - величины предшествующего (нормального) режима в относительных единицах (кроме φ).

1. ЭДС генераторов ГРУ

=1+0,1361·0,59=1,08 о.е.

2.ЭДС генератора блока

=1+0,19·0,52=1,10 о.е.

3. ЭДС энергосистем из-за их электрической удаленности

Примечание: в дальнейшем для всех физических величин, вычисленных в относительных единицах, обозначение "о.е." будет опускаться.

Расчет токов короткого замыкания в точке К1

Производим последовательное преобразование исходной схемы замещения к простейшему, лучевому, виду.

1. Определим суммарное сопротивление блока

2. Преобразуем треугольник сопротивлений х₃х₄х₅ в звезду х₂₃х₂₄х₂₅:

3. Введем сопротивления

и получим эквивалентное сопротивление для энергосистем

4. В связи с симметрией части схемы "ГРУ-трансформаторы связи" относительно точки К1 токи через секционные реакторы не протекают и поэтому их цепи считаем разомкнутыми. Это приводит к схеме, изображенной на рис. 3.8, и позволяет объединить генераторы ГРУ в эквивалентные источники с сопротивлениями:

- для генераторов G1 ,G2

,

- для генераторов G3,G4

5. Генераторы ГРУ объединим в один эквивалентный источник с сопротивлением

В результате показанных преобразований получена лучевая схема замещения (рис. 3.9) с тремя эквивалентными источниками. Ток КЗ в точке К1 будет равен сумме токов лучей.

Рис. 3.8 Рис. 3.9

Ток в луче определяется следующим образом:

1. сверхпереходный периодический ток в нулевой момент времени соответственно в относительных и именованных единицах

, о.е., ,кА;

2) ударный ток

, кА,

где к - ударный коэффициент, определяемый для характерных источников по справочникам [11,13,14].

Результаты расчетов токов короткого замыкания в точке К1 приведены

в табл. 3.12 (I₆₁ =5,02кА).

Таблица 3.12

Источник	E"*	xк, о.е.	I*п0, о.е.	Iп0, кА	iу, кА	ку
Системы 1 и 2	1,000	0,540	1,854	9,305	21,186	1,610
Блок	1,10	1,228	0,896	4,497	12,496	1,965
Генераторы ГРУ	1,080	1,265	0,854	4,286	8,379	1,955
Полный ток	-	-	-	18,092	32,205	-