2.2 Составление расчетной схемы
Р
асчетная
схема представляет собой упрощенную
однолинейную схему, на которой показывают
все элементы системы электроснабжения
и их параметры, влияющие на ток КЗ. На
расчетной схеме указываются также точки
коротких замыканий в виде условного
обозначения короткого замыкания и
буквенно-цифрового кода
и т.д. Их нужно расположить так, чтобы
токи по цепям коротких замыканий были
наибольшими, и чтобы в дальнейшем можно
было провести выбор или проверки
максимального числа аппаратов и
токоведущих частей СЭС. Как правило,
это сборные шины ГПП, РУ, РП или начала
отходящих от РУ или РП линий. Расчетная
схема выполняется для наиболее тяжелого
с точки зрения величины токов КЗ
возможного режима работы СЭС, например:
при возможном питании СЭС от одного из двух источников схему составить от того источника, суммарные сопротивления цепи питания точки КЗ от которого имеют меньшие значения;
секционные выключатели шин, нормально работающих раздельно, должны быть включены; такой режим может наступить при коротком замыкании в момент перевода нагрузки двухтрансформаторной подстанции с одного силового трансформатора на другой, т.е. в момент параллельной работы трансформаторов;
расщепленные обмотки трансформаторов с расщепленными обмотками, подключаемые в нормальном режиме к разным секциям шин, должны быть запараллелены включением секционного выключателя; такой режим кратковременно возможен в случаях, когда нагрузка секции шин превышает допустимую для подключенной обмотки трансформатора, а другая недогружена; именно в этот момент происходит короткое замыкание в точке за трансформатором со стороны питания.
В расчетных схемах контакты коммутирующих аппаратов не показываются.
На рисунке 3 для примера изображена расчетная схема СЭС.
Рисунок 3 – Расчетная схема СЭС
Расчет токов короткого замыкания выполняют в именованных или относительных единицах. При любом методе расчета исходной является схема замещения расчетной схемы в именованных единицах, составленная на основе схем замещения элементов СЭС.
2.3 Схемы замещения и сопротивления элементов сети
При расчетах токов КЗ необходимо определить сопротивления элементов и ЭДС, входящих в расчетную схему сети. Для этого необходимо элемент представить его схемой замещения и определить параметры этой схемы.
Схема замещения – это электрическая схема, в которой все магнитные связи заменяются электрическими, источники питания представляются ЭДС и сопротивлениями, а элементы СЭС, связывающие источники питания с точкой КЗ – сопротивлениями.
Сопротивления одного провода воздушной или одной жилы кабельной линии электропередачи:
активное
;
(2)
индуктивное сопротивление прямой последовательности
,
(3)
где
– погонное активное сопротивление
проводов ВЛ или жил кабеля КЛ при
расчетной температуре,
,
т.е. сопротивление
провода ВЛ или жилы кабеля КЛ; принимается
по каталожным данным, исходя из материала
и сечения провода (жилы) и конструкции
кабеля (приложения Б, В);
– длина линии,
;
– погонное
индуктивное сопротивление прямой
последовательности проводов ВЛ или жил
КЛ; принимается по справочным таблицам
для КЛ, исходя из сечения жил, конструкции
и напряжения кабеля (приложение В), для
ВЛ – марки (материала) и сечения провода,
напряжения и среднего геометрического
расстояние между проводами разных фаз
(приложения А, Б); среднее геометрическое
расстояние между проводами фаз ВЛ равно
.
(4)
Если отсутствуют
данные о сечениях проводов и жил,
допустимо принимать для ВЛ напряжением
до
[1], для КЛ напряжением
[3].
Схемы замещения выше рассмотренных элементов представляют цепочки из последовательно соединенных активного и индуктивного сопротивлений, рассчитываемых соответственно по формулам 2 и 3.
Для трехфазного двухобмоточного трансформатора необходимо определить активное и индуктивное сопротивления одной фазы трансформатора.
Условное графическое обозначение в расчетной схеме и упрощенная (без учета цепи намагничивания) схема замещения одной фазы этого трансформатора показаны на рисунке 4.
а)
б)
Рисунок 4 – Условное графическое обозначение в расчетной схеме и схема замещения одной фазы двухобмоточного трансформатора
а) условное графическое обозначение;
б) схема замещения.
Активное сопротивление одной фазы
,
(5)
где
– активное сопротивление короткого
замыкания;
– потери короткого
замыкания,
,
(из приложений Г и Д);
– номинальное
напряжение трансформатора на стороне
КЗ,
;
– номинальная
мощность трансформатора,
.
Индуктивное сопротивление одной фазы
,
(6)
где
– индуктивное сопротивление короткого
замыкания;
– номинальное
напряжение короткого замыкания
трансформатора,
,
(из приложений Г и Д).
Для трехфазного двухобмоточного трансформатора с обмоткой низшего напряжения, расщепленной на две ветви, определяют индуктивные сопротивления ветвей схемы замещения одной фазы трансформатора.
Условное графическое обозначение в расчетной схеме и схема замещения показаны на рисунке 5.
а)
б)
Рисунок 5 – Условное графическое обозначение в расчетной схеме и схема замещения одной фазы трансформатора с расщепленной обмоткой НН
а) условное графическое обозначение;
б) схема замещения.
Как видно из рисунка 5б, схема замещения представляет трехлучевую звезду, индуктивные сопротивления лучей которой
;
,
(7)
где
– индуктивное сопротивление фазной
обмотки ВН;
– индуктивные
сопротивления ветвей фазной обмотки
НН;
– номинальное
напряжение короткого замыкания между
обмоткой ВН и параллельно соединенными
ветвями обмотки НН,
,
(из приложений Г, Д);
– номинальное
напряжение короткого замыкания между
ветвями обмотки НН при разомкнутой
обмотке ВН,
,
(из приложений Г, Д).
Для трехфазного трехобмоточного трансформатора определяют активное и индуктивное сопротивления обмоток одной фазы трансформатора.
Условное графическое обозначение в расчетной схеме и схема замещения одной фазы этого трансформатора приведены на рисунке 6.
Рисунок 6 – Условное графическое обозначение в расчетной схеме и схема замещения одной фазы трехобмоточного трансформатора
а) условное графическое обозначение;
б) схема замещения.
Схема замещения представляет трехлучевую звезду, сопротивления ветвей которой равны сопротивлениям фазных обмоток ВН, СН и НН.
Активные сопротивления ветвей схемы замещения (фазных обмоток)
;
;
(8)
,
где
– активные сопротивления соответственно
фазных обмоток ВН, СН и НН;
– потери короткого
замыкания соответствующих пар обмоток,
,
(из приложений Г, Д).
Индуктивные сопротивления лучей схемы замещения (фазных обмоток)
;
;
(9)
,
где
– номинальные напряжения короткого
замыкания соответствующих пар обмоток,
,
(из приложений Г, Д).
Если для
трехобмоточного трансформатора приведено
в справочных данных только значение
для любой пары обмоток, то допустимо
определить активное сопротивление
короткого замыкания этой пары обмоток
по формуле двухобмоточного трансформатора,
найти отношение
этих обмоток и принять его одинаковым
для всех обмоток [1].
Одинарный токоограничивающий реактор имеет условное графическое обозначение и схему замещения, изображенные на рисунке 7.
а)
б)
Рисунок 7 – Условное графическое обозначение в расчетной схеме и схема замещения одинарного реактора
а) условное графическое обозначение;
б) схема замещения.
Активное сопротивление одинарного реактора
,
(10)
где
– номинальные потери мощности в реакторе,
;
– номинальный
ток реактора,
.
Индуктивное сопротивление одинарного реактора
,
(11)
где
– относительное индуктивное сопротивление
реактора,
;
– номинальное напряжение реактора, .
Для сдвоенного токоограничивающего реактора определяют индуктивные сопротивления лучей схемы его замещения, которая представляет собой трехлучевую звезду.
Условное графическое обозначение в расчетной схеме и схема замещения сдвоенного реактора изображены на рисунке 8.
а)
б)
Рисунок 8 – Условное графическое обозначение в расчетной схеме и схема замещения сдвоенного реактора
а) условное графическое обозначение;
б) схема замещения.
Индуктивное сопротивление луча со стороны среднего зажима – зажима, обращенного в сторону источника питания
,
(12)
где
– коэффициент связи между ветвями
реактора;
–
номинальное
индуктивное сопротивление реактора –
сопротивление одной ветви реактора при
отсутствии тока в другой.
Индуктивные сопротивления двух других лучей схемы замещения
.
(13)
Условное графическое обозначение и схема замещения синхронного двигателя (СD) приведены на рисунке 9.
а)
Рисунок 9 – Условное графическое обозначение в расчетной схеме и схема замещения синхронного двигателя
а) условное графическое обозначение;
б) схема замещения.
Индуктивное сопротивление фазной обмотки статора СД
,
(14)
где
– сверхпереходное относительное
индуктивное сопротивление по продольной
оси; при отсутствии справочных данных
можно принимать [3]
.
– сверхпереходная
ЭДС синхронного двигателя
,
(15)
где
– сверхпереходная относительная ЭДС
синхронного двигателя;
для перевозбужденных,
для недовозбужденных СД;
– среднее напряжение
сети в месте подключения СД.
Активное сопротивление
фазной обмотки СД
и обычно при расчетах токов КЗ не
учитывается.
Условное графическое обозначение и схема замещения асинхронного двигателя (AD) показаны на рисунке 10.
а)
б)
Рисунок 10 – Условное графическое обозначение в расчетной схеме и схема замещения асинхронного двигателя
а) условное графическое обозначение;
б) схема замещения.
Индуктивное сопротивление фазной обмотки статора AД
,
(16)
где
– сверхпереходное относительное
индуктивное сопротивление асинхронного
двигателя; можно принять [3]
.
– сверхпереходная
ЭДС асинхронного двигателя
,
где
– относительное значение сверхпереходной
ЭДС асинхронного двигателя;
.
Активное сопротивление
фазной обмотки статора АД
и в расчетах токов КЗ не учитывается.
Как показывает практика расчетов токов КЗ в сетях напряжением выше 1000В, необходимо обязательно учитывать индуктивные сопротивления электродвигателей, генераторов, трансформаторов, реакторов, воздушных и кабельных ЛЭП, токопроводов и активные сопротивления проводов ВЛ и жил кабелей КЛ.