2.5 Розрахунок струмів короткого замикання

РОЗРАХУНКОВА СХЕМА СХЕМА ЗАМІЩЕННЯ

СХЕМА СХЕМА

Рисунок 2.1 Схема заміщення у точці К1

2.5.1 Розрахунок струмів трифазного короткого замикання у точці К1 в іменованих одиницях.

2.5.1.1 Визначаємо опір енергосистеми (на шинах 6 кВ ГПП):

, (2.35)

,

2.5.1.2 Визначаємо опір кабельної лінії:

- активний

, (36)

,

де – довжина кабельної лінії;

- реактивний

, (2.37)

,

де – індуктивний опір на 1 км , для кожного кабелю свій, але для кабелів 6-10 кВ можливо приймати .

2.5.2 Визначаємо результуючий опір:

, (2.38)

.

2.5.3 Сталий струм трифазного короткого замикання в точці К1:

, (2.39)

.

2.5.4 Перевіряємо кабель на термічну стійкість, при цьому мінімальний переріз жили кабелю повинен бути:

, (2.40)

,

де - коефіцієнт, що відповідає різниці виділеної у провіднику теплоти після і до короткого замикання. Для кабелів напругою 6-10 кВ з алюмінієвими жилами по [2,с.245];

– приведений час к.з., вибираємо по [2,мал.6.12] для і ; ;

, (2.41)

,

де – час спрацювання релейного захисту;

– час відключення високовольтного вимикача.

Кабель термічно стійкий, тому кінцево обираємо перетин кабелю з допустимим струмом .

2.5.5 Визначаємо ударний струм короткого замикання:

, (2.42)

.

де - ударний коефіцієнт струму короткого замикання.

Для визначення ударного коефіцієнта знаходимо відношення :

,

.

Далі за [ 1,мал.7.4 ] визначаємо

2.5.5.1 Потужність короткого замикання дорівнює:

, (2.43)

.

2.5.6 Розрахунок струмів короткого замикання на стороні 0,4 кВ трансформатора в точці К2 в іменованих одиницях.

СХЕМА

Рисунок 2.2 Схема заміщення у точці К2

2.5.7 Приводимо опір системи і кабельної лінії до напруги 0,4 кВ:

, (2.44)

_.

, (2.45)

_,

, (2.46)

_.

2.5.8 Опір силового трансформатора:

, (2.47)

,

_, (2.48)

,

, (2.49)

.

2.5.9 Визначаємо номінальний струм трансформатора на боці 0.4 кВ:

, (2.50)

.

З урахуванням перевантаження 40% максимальний струм буде дорівнювати

_, (2.51)

_,

де

2.5.10 По [3; табл. 13] визначаємо опір автоматичного вимикача:

,

.

2.5.11 По [3; табл. 12] визначаємо опір первісних обмоток трансформаторів струму:

,

.

Згідно номінальному струму трансформатору обираю з [3; табл. 3] магістральний шинопровод ШМА 73 з допустимим струмом ;

2.5.12 Опір фази шинопроводу визначаємо по [3; табл. 3]:

,

.

2.5.13 Довжина шинопроводу до місця короткого замикання 5 м. Опір шинопроводу складе:

, (2.52)

,

, (2.53)

.

2.5.14 Опір контактних з'єднань шинопроводу визначаємо по формулі:

,

де – опір контактних з’єднань шинопроводу. Визначаємо по [3; табл. 10] ;

– опір роз’ємних контактів автоматичного вимикача. Визначаємо по [3; табл. 13] .

.

2.5.15 Визначаємо результуючий опір:

- активний:

, (2.54)

;

- реактивний:

, (2.55)

;

- повний:

, (2.56)

.

2.5.16 Сталий струм короткого замикання:

, (2.57)

.

Для визначення ударного коефіцієнта знаходимо відношення , що при короткому замиканні в точці К2:

.

За [ 1.,мал.7.4 ] визначаємо, що .

2.5.17 Визначаємо ударний струм короткого замикання від системи:

_, (2.58)

_.

2.5.18 Визначаємо ударний струм короткого замикання від електродвигунів:

_, (2.59)

де – пусковий струм електродвигунів;

- номінальний струм електродвигунів.

.

2.5.19 Визначаємо номінальний струм електродвигунів:

, (2.60)

,

де:

, (2.61)

.

2.5.20 Ударний струм в точці К₂ складе:

, (2.62) .

2.5.21 Потужність короткого замикання дорівнює:

, (2.63)

.

2.6 Вибір струмоведучих частин ,ізоляторів та обладнання високої напруги

2.6.1 Вибір і перевірка шин.

Переріз алюмінієвих шин обираємо за 2-ма умовами:

а) за економічною густиною струму

, (2.64)

,

де: , (2.65)

.

б) за термічною стійкістю

, (2.66)

,

для алюмінієвих шин [2, стр.245].

З [2, табл. П 5] обираємо алюмінієві шини перерізом з допустимим струмом .

2.6.2 Для встановлених плиском шин визначаю момент опору:

, (2.67)

.

а а

b

h

Розрахункове зусилля при довжині прольоту і відстані між фазами буде дорівнювати:

, (2.68)

.

Допустиме напруження на вигин для алюмінієвої шини

Визначаємо допустиме зусилля:

, (2.69) .

Так як , то шини динамічно стійкі. Отже, кінцево обираю вищезгадані шини.

2.6.3 Вибір і перевірка ізоляторів:

Розрахункове навантаження на ізолятор:

. (2.64)

Допустиме навантаження на ізолятор не повинно перевищувати 60% від руйнівного зусилля.

Обираємо за [ 4; табл. 31,21] опорні ізолятори типу ОФ-10-375-1 УЗ на номінальну напругу 10 кВ з мінімальним руйнівним зусиллям 375 кг ∙ с (3675Н)

Перевіряю ізолятори:

.

Ізолятори обрано вірно. Отже, кінцево обираю ізолятори типу ОФ-10

2.6.4 Вибір і перевірка високовольтного вимикача на підстанції ГПП. Для лінії обираємо з [ 4; табл. 31,4] вакуумний вимикач типу ВВТЭ-10-10/630 У2

Розрахункові і каталожні дані вимикача заношу у порівняльну таблицю 2.4

Таблиця 2.4 Вибір і перевірка високовольтного вимикача.

Величини ,що обираються і перевіряються	Розрахункові дані			Каталожні дані			Умови вибору і перевірки
	Позна- чення	Один. вим.	ве- ли- чина	Позна- чення	Один. вим.	ве- ли- чина
Напруга	Uн	кВ	6,3	Uкат.в	кВ	10,5	Uн ≤ Uкат.в
Тривалий струм	Ір	А	37,8	Ікат.в	А	200	Ір ≤ Ікат.в
Струм короткого замикання і відключення	Ік (3) гпп	кА	3,84	Ікат.відк.в	кА	25	Ік (3) гпп ≤ Ікат.відк.в
Потужність короткого замикання і відключення		МВА	41,9	Sкат.відк.к	МВА	433	≤ Sкат.відк.к
Ударний струм	і у (3)гпп	кА	9,77	і у (3)кат.в	кА	10	і у (3)гпп≤ і у (3)кат.в
Струм термічної стійкості	Ітс	кА	4,16	Ікат тс в tкат	кА с	10	Ітс≤ Ікат тс в

2.6.4.1 Визначаю ударний струм короткого замикання на шинах ГПП:

, (2.65)

де обираємо за [1,табл.7.1]. Місце короткого замикання - за знижувальним трансформатором потужністю менше 1000 МВА.

.

Визначаю потужність короткого замикання на шинах ГПП:

, (2.66)

.

Визначаю розрахунковий струм термічної стійкості:

, (2.67)

.

Визначаю потужність відключення вимикача:

, (2.68)

.

Як бачимо з таблиці, умови вибору і перевірки задовольняються. Отже, кінцево обираю вимикач типу ВМПП.

2.6.5 Вибір і перевірка вимикача навантаження та запобіжника до нього.

З [4,табл. 31,5 ] вибираю вимикач навантаження з заземлюючими ножами типу: ПКТ-ЭМ-Е-10 / 100. До вимикача навантаження з [4,табл. 31,14 ] обираю запобіжник типу ПК-6/150 з номінальним струмом і .

Розрахункові і каталожні дані вимикача навантаження та запобіжники заношу до таблиці 2.5

Таблиця 2.5 Вибір та перевірка вимикача навантаження та запобіжника до нього.

Величини,що обираються і перевіряються	Розрахункові дані			Каталожні дані			Умови Вибору і перевірки
	Позна- чення	Один. вим.	ве- ли- чина	Позна- чення	Один. вим.	ве- ли- чина
Напруга	Uн	кВ	6,3	Uкат.в Uкат.з.	кВ	12 12	Uн ≤ Uкат.в Uн ≤ Uкат.з
Тривалий струм	Ін тр	А	56,6	Ікат.н.в Ікат.н.з	А	400 1000	Ін тр ≤ Ікат.н.в Ін тр ≤ Ікат.н.з
Струм КЗ і відключення	Ік1 (3)	кА	3,84	Ікат.відк.в Ікат.відк.з	кА	12,5	І к1(3) ≤ Ікат.відк.в І к1(3) ≤ Ікат.відк.з
Потужність КЗ і відключення		МВА	41,7	Sкат.відк.в Sкат.відк.з	МВА	432,5 173	≤ Sкат.відк.в. ≤ Sкат.відк.з.
Ударний струм	і у к1 (3)	кА	3,3	і у.в.кат.	кА	10	і у к1(3)≤ і у кат.в
Струм термічної стійкості	Ітс	кА	41,9	Ікат тс в tкат	кА с	6 10	Ітс≤ Ікат тс в

Визначаємо тривалий струм трансформатору:

, (2.69)

.

Визначаємо струм термічної стійкості:

, (2.70)

.

Визначаємо потужність відключення вимикача:

, (2.71)

.

Визначаємо потужність відключення запобіжника:

, (2.72)

.

Як бачимо з таблиці, умови вибору і перевірки задовольняються. Отже, кінцево обираю вимикач навантаження типу ВНР-10/400-10з УЗ та запобіжник до нього типу ПК-6/150.

2.6.6 Вибір і перевірка роз'єднувача.

Вибираємо роз'єднувач типу РВЗ-10/630 за [4,табл. ].Розрахункові і каталожні дані заношу до таблиці 2.6

Таблиця 2.6 Вибір і перевірка роз'єднувача.

Величини, що обираються і перевіряються	Розрахункові дані			Каталожні дані			Умови вибору і перевірки
	Позна- чення	Один. вим.	ве- ли- чина	Позна- чення	Один. вим.	ве- ли- чина
Напруга	Uн	кВ	6	Uкат.р	кВ	10	Uн ≤ Uкат.р
Тривалий струм	Ір	А	62	Ікат.р	А	630	Ір ≤ Ікат.р
Ударний струм	і у к1 (3)	кА	7	і у кат. (3)	кА	41	іу.к1(3)≤іу.кат(3)р
Струм термічної стійкості	Ітс	кА	4	Ітс.р tкат	кА с	16 4	Ітс≤ Ікат тс р

Визначаємо струм термічної стійкості:

, (2.73)

.

Як бачимо з таблиці, умови вибору і перевірки задовольняються. Отже, кінцево обираю роз’єднувач типу РВЗ-10/630 .

2.6.7 Вибір і перевірка трансформаторів струму.

Обираю трансформатор струму типу ТПЛ-10 УЗ з номінальним первинним струмом 200А, з двома вторинними обмотками 0,5/10Р (для контрольно-вимірювальних приладів та захисних апаратів), клас точності – 0,5 за [4,табл. 31,9].

Трансформатори струму встановлені на ГПП на живлячих лініях у фазах А і С.

Розрахункові і каталожні дані трансформатору струму заношу до таблиці 2.8

Таблиця 2.7 Вибір і перевірка трансформатора струму.

Величини, що обираються і перевіряються	Розрахункові дані			Каталожні дані			Умови вибору і перевірки
	Позна- чення	Один. вим.	ве- ли- чина	Позна- чення	Один. вим.	ве- ли- чина
Напруга	Uн	кВ	6,3	Uн тс	кВ	12	Uн ≤ Uн тс
Тривалий струм	Ір	А	37,8	Ін тс.	А	100	Ір ≤ Ін тс
Навантаження на вторинну обмотку	S2	В∙ А	9,1	S2 тс	В∙ А	10	S2 ≤ S2 тс
Струм динамічної стійкості	іу(3)гпп	кА	9,77	І(3)н дин.	кА	35,3	іу(3)гпп≤І(3)ндин.
Струм термічної стійкості	Ітс	кА	47,8	Ікат тс tкат	кА с	108 3	Ітс≤ Ікат тс

Визначаю струм динамічної стійкості трансформатору струму:

, (2.74)

,

де – кратність електродинамічної стійкості по каталогу;

– номінальний первинний струм трансформатору.

Визначаю струм термічної стійкості:

, (2.75)

.

Визначаю струм термічної стійкості трансформатору струму:

, (2.76)

де – кратність термічної стійкості по каталогу;

– час термічної стійкості трансформатору струму.

.

Визначаємо розрахункове навантаження на вторинну обмотку, якщо ввімкнені такі прилади:

-амперметр Є-377 0,1 ВА -0,1 В·А - 2шт.

-лічильник СА4-И672 М -2,5 В·А

-лічильник СР4-И673 М -2,5 В·А

РАЗОМ 5,2 В·А

Переріз алюмінієвих проводів, що з’єднують прилади повинен бути не менше .

Розрахункове навантаження на вторинну обмотку трансформатору струму складе:

, (2.77)

де - навантаження приладів;

– номінальний струм вторинної обмотки;

– довжина проводів;

– питома провідність алюмінію;

- переріз алюмінієвих проводів;

– опір контактів.

.

Як бачимо з таблиці, умови вибору і перевірки задовольняються. Отже, кінцево обираю вищезгаданий трансформатор струму.

2.6.8 Вибір і перевірка трансформаторів напруги.

Для контролю величини напруги на шинах 6 кВ ГПП, обліку електроенергії і для релейного захисту обираємо трифазний п’ятистержневий трансформатор напруги типу НОМ-10-66 з двома вторинними обмотками. Фази першої вторинної обмотки з'єднані у зірку, фази другої вторинної обмотки з'єднані у розімкнений трикутник-для контролю стану ізоляції. Клас точності трансформатору - 0,5. Допустиме навантаження у цьому класі точності 75 В·А.

Визначаємо розрахункове навантаження на вторинну обмотку, якщо ввімкнені такі прилади і реле:

- вольтметр Э 377 - 2 В·А - 2 шт. 4 В·А

- лічильник СА4-И672 М -1,5 В·А

- лічильник СР4-И673 М -3 В·А

- реле напруги РЭВ-84 -15 В·А - 2 шт. 30 В·А

РАЗОМ – 38.5 В·А

Навантаження не перевищує допустиме у класі точності 1, отже, кінцево обираю трансформатор напруги типу НОМ-10-66.

2.7 Розрахунок та вибір низьковольтних мереж та захисних апаратів.

Застосовуємо розподільчі шинопроводу ШРА з допустимим струмом 400А. До кожного електроспоживача від шинопроводу підведений провід марки АПВ з алюмінієвими жилами і поліхлорвініловою ізоляцією. Для захисту від механічних ушкоджень і для пожежної безпеки проводи прокладаємо у сталевій трубі. Вибір перерізу проводів здійснюється разом з вибором елементів захисту. Переріз проводів обираємо по допустимому струмовому навантаженню.

Приклад вибору проводів і захисного апарату для №1.

2.7.1 Номінальний струм електродвигуна верстата

, (2.78)

.

2.7.2 Пусковий струм:

_, (2.79)

_.

2.7.3 За [ 1, табл.П.2.1 ] обираємо провід АПВ-3 ( 1 x 25 ) з допустимим

струмом

2.7.4 Струм спрацювання теплового розчеплювача автоматичного вимикача:

.

Обираємо автоматичний вимикач типу ВА52-25 з номінальним струмом і номінальним струмом теплового розчеплювача .

2.7.5 Визначаю струм спрацювання електромагнітної відсічки:

, (2.80)

,

.

Умова виконується, отже, під час пуску двигуна електромагнітна відсічка працювати не буде.

2.7.6 Перевіряємо відповідність перерізу проводу вимикаючого апарату:

,

де: – коефіцієнт захисту, значення якого визначаю з [ 1, табл. 3,10 ]

Умова виконується отже, автоматичний вимикач захистить двигун і провід від перевантаження.

2.7.7 Перевіряємо відповідність вимикаючого апарату умовам швидкого відключення однофазного короткого замикання на кожному з електроспоживачів (перевірка занулення):

_, (2.81)

_.

де: - допустима кратність мінімального струму короткого замикання по відношенню до номінального струму електромагнітної відсічки.

2.7.8 Визначаю струм однофазного короткого замикання:

, (2.82)

.

де: - фазна напруга мережі;

- повний опір петлі фаза-нуль лінії від трансформатору до ушкодженого електроспоживача;

- 0,043 Ом повний опір масляного трансформатору.

по [1 , табл.2.1 ]

2.7.9 Визначаю повний опір петлі фаза-нуль:

, (2.83)

,

де - питомий повний опір проводу від електроспоживача до місця приєднання на шинопроводі за [5.табл.103 ];

- питомий повний опір шинопроводу від трансформатора до місця приєднання цього проводу;

- довжина поводу від електроспоживача до місця приєднання на шинопроводі.

– довжина шинопроводу від трансформатору до місця з’єднання цього проводу.

Аналогічно проводимо розрахунок для інших приєднань і результати розрахунків записуємо у таблицю 2.8

2.8 Вибір релейного захисту, автоматики

2.8.1 Максимальний струмовий захист з витримкою часу на боці 6 кВ.

Забезпечується індуктивним реле типу РТ-80, підключеними до трансформаторів струму, обмотки яких з'єднані у неповну зірку. Ці реле забезпечують МСЗ з залежною від струму КЗ характеристикою часу спрацювання.

2.8.2 Максимальна струмова відсічка.

В даному випадку ми не застосовуємо додаткові реле відсічки, бо реле РТ-80 має вмонтовані електромагнітні елементи відсічки.

2.8.3 Захист від КЗ в обмотках трансформатора.

Цей захист виконує комплект кварцових запобіжників типу ПКТ-ЭМ-Е-10 / 100 з номінальним струмом вставки 75 А у кожній фазі.

2.8.4 Газовий захист.

Газовий захист обов'язково застосовується лише для трансформаторів потужністю 630 кВА і більше, а тому як у нас трансформатор на 630 кВА, обираємо газове реле типу РГЗЧ-66.

2.8.5 Захист від замикання на землю в мережі 6 кВ.

Даний захист виконаний на струмовому реле РТ-40, яке підключене до трансформатора струму нульової послідовності типу ТНП (він встановлений на кабелі лінії біля ВВТА-10-10/630У2 на ГПП, діє на сигнал).

2.8.6 Максимальний струмовий захист на землю у мережі 0,4 кВ.

Максимальний струмовий захист і максимальна струмова відсічка на боці 0,4 кВ виконані на вводі трансформатора на автоматичному вимикачі типу ВА53-39 з І_н =630 А.

2.8.7 Захист від замикання на землю у мережі 0,4 кВ.

Цей захист виконують автоматичні вимикачі електроспоживачів, а також вимикач типу ВА56-39. Розрахунок однофазного струму короткого замикання і надійності спрацювання автомата для кожного електроспоживача виконаний у розділі 2.7 [див.табл.8].