Расчет токов короткого замыкания.

Коротким замыканием называется непосредственное соединение между любыми точками разных фаз, фазы и нулевого провода и нулевого провода или фазы с землей, не предусмотренное нормальными условиями работы установки.

Различают несколько видов коротких замыканий:

- трехфазное короткое замыкание, при котором все три фазы замыкаются между собой в одной точке,

- двухфазное короткое замыкание, при котором происходит замыкание двух фаз между собой или на землю.

- однофазное короткое замыкание, при котором происходит замыкание одной из фаз на нулевой провод или на землю.

В большинстве случаев причиной возникновения коротких замыканий в системе является нарушение изоляции электрического оборудования вследствие износа изоляции, не выявленного своевременно, или из-за перенапряжений. Короткие замыкания могут быть вызваны ошибочными действиями обслуживающего персонала, схлестыванием, набросом проводов воздушных линий.

При возникновении коротких замыканий общее сопротивление цепи системы электроснабжения уменьшается, вследствие чего токи в ветвях системы резко увеличиваются, а напряжения на отдельных участках системы снижаются.

Токи короткого замыкания оказывают термическое и электродинамическое действие на оборудование.

Вычисление токов короткого замыкания производится для определения условий работы потребителей при аварийных режимах; выбора электрических аппаратов, шин, изоляторов, силовых кабелей; проектирования защитных заземлений; подбора характеристик разрядников для защиты от перенапряжений.

Для расчета токов короткого замыкания необходимо составить расчетную схему, соответствующую нормальному режиму работы системы электроснабжения при параллельном включении всех источников питания. По расчетной схеме составляют схему замещения, на которой все магнитосвязанные электрические сети заменяют эквивалентной электрически связанной цепью. При этом все входящие в расчёт величины можно выражать в именованных единицах (киловольт-амперах, амперах, вольтах, омах) или относительных единицах (долях и процентах принятой базисной величины). В схему замещения вводятся все источники питания, участвующие в питании места короткого замыкания, и все сопротивления, по которым проходит рассчитываемый ток короткого замыкания. В схеме замещения намечают вероятные точки для расчета токов короткого замыкания.

Выбор расчетных точек производится на основе анализа схемы электроснабжения с целью нахождения наиболее неблагоприятных условий повреждений, определяющих выбор аппаратов и проводников.

Как правило, расчетными точками являются выводы высшего напряжения понижающих трансформаторов, участки между выводами низшего напряжения трансформаторов, сборные шины распределительных устройств.

При наличии в схеме трансформаторов при составлении схемы замещения необходимо привести параметры элементов и Э.Д.С. различных ступеней трансформации к основной (базисной) ступени.

Исходная расчетная схема

рис. 2.1

1. Расчет в именованных единицах при среднем напряжении U_СР.1 = 112 кВ

Схема замещения для расчёта тока короткого замыкания в точке К1:

рис. 2.2

Сопротивление системы (элементов схемы до шин 35 кВ питающей ПС)

Ом.

Активное и индуктивное сопротивление ВЛ 110 кВ

Ом;

Ом,

где R_УД = 0,45 Ом/км – активное сопротивление 1 км провода марки АС-70. Удельное сопротивление проводов принимаем X_УД = 0,4 Ом/км.

Индуктивное сопротивление трансформатора при среднем напряжении U_СР.1 = 112 кВ

Ом,

где S_Н.Т. = 4 МВА – номинальная мощность трансформатора.

Результирующее полное сопротивление цепи до точки К1

Ом.

Ток трехфазного короткого замыкания в точке К1

кА или 2600 А.

Ток двухфазного короткого замыкания в точке К1

кА или 2240 А.

Ударный ток короткого замыкания в точке К1

кА

где к_У – ударный коэффициент, принимаем за к_У = 1,2.

Сверхпереходная мощность короткого замыкания в точке К1

МВА.

Результирующее полное сопротивление цепи до точки короткого замыкания К2 при среднем напряжении 112 кВ

Ом.

Ток трехфазного короткого замыкания в точке К2 при среднем напряжении 37 кВ

кА или 1600А.

Ток двухфазного короткого замыкания в точке К2 при среднем напряжении 37 кВ

кА или 130 А.

Ток трехфазного короткого замыкания в точке К2 при среднем напряжении U_СР2 = 6,3 кВ

кА или 1620 А

Ударный ток короткого замыкания в точке К2

кА

где к_У – ударный коэффициент к_У = 1,55.

Сверхпереходная мощность короткого замыкания в точке К2

МВА.

2. Расчет токов короткого замыкания в точке К2 в именованных единицах при среднем напряжении U_СР2 = 11 кВ.

Схема замещения

рис. 2.3

Сопротивления системы и ВЛ, приведенные к среднему напряжению ступени UСР2 = 11 кВ

Ом;

Ом;

Ом.

Индуктивное сопротивление трансформатора

Ом.

Результирующее сопротивление цепи до точки короткого замыкания К2

Ом.

Ток трехфазного короткого замыкания в точке К2

кА или 1720 А.

3. Расчет токов короткого замыкания в относительных единицах.

Принимаем за базисную мощность S_б = 100 МВА и приводим к ней все сопротивления.

Сопротивление системы в относительных единицах

,

где МВА – сверхпереходная мощность короткого замыкания на шинах 110 кВ питающей подстанции.

Относительные базисные сопротивления ВЛ 110 кВ

_;

_.

Относительное базисное сопротивление трансформатора

.

Схема замещения

Все сопротивления отнесены к одной и той же базисной мощности, поэтому составляем общую схему замещения для заданных двух точек КЗ и указываем на ней все относительные базисные сопротивления.

рис. 2.4

КЗ в точке К1

Базисное напряжение U_б = U_СР1 = 112 кВ.

Базисный ток первой ступени (определяется при заданной величине S_б и U_б = U_СР1 в месте короткого замыкания К1)

кА.

Результирующее относительное базисное сопротивление цепи короткого замыкания до точки К1

.

Ток трехфазного короткого замыкания в точке К1

кА.

Короткое замыкание в точке К2.

Базисное или среднее напряжение ступени U_б = U_CP.2 = 11 кВ.

Базисный ток при среднем напряжении в точке короткого замыкания

кА.

Результирующее относительное базисное сопротивление цепи короткого замыкания до точки К2

.

Ток трехфазного короткого замыкания в точке К2

кА.

Результаты расчета токов короткого замыкания в именованных и относительных единицах совпадают. Расчет в именованных единицах более нагляден, расчет в относительных единицах более удобен.

Выбор разъединителей

По условиям техники безопасности при производстве работ в установках необходимо иметь видимые разрывы цепи, откуда может быть подано напряжение. Указанное требование обеспечивается разъединителями, которые не имеют устройств для гашения дуги и не допускают переключений под нагрузкой.

В системе электроснабжения применяют разъединители наружной и внутренней установки. Разъединители наружной установки выполняют горизонтально-поворотного типа с ножами, вращающимися в горизонтальной плоскости, параллельной основанию.

Данные по разъединителям

Условия выбора	Расчётные данные	Каталожные данные
1. По напряжению Uуст £ Uном	Uуст = 110 кВ	Uном = 110 кВ
2. По длительному току Iнорм£ Iном	Iнорм= 120 А I мак=210 А	Iном = 1000 А
3. По электродинамической стойкости Iп0 £ Iпр.с iу £ Iпр.с	Iп0 = 2,1 кА iу = 3,56 кА	Iпр.с = 63 кА
4. По термической стойкости	Bк = =0,517 кА^2·с	Iтер = 25 кА tтер = 60 мс =

На стороне 110 кВ выбираем разъединитель типа РНДЗ-110Б/1000У1.

Обозначение типа разъединителя:

Р – разъединитель; Н – наружней установки; Д – двухколонковый; З – с заземляющими ножами; 110 – номинальное напряжение, кВ; 1000 – номинальный ток, А; У1 – климатическое исполнение (У – район с умеренным климатом, 1 – на открытом воздухе)

Выбор выключателей

На настоящем этапе развития технологий установка новых масляных выключателей взамен старых становится неоправданной. Поэтому целесообразней устанавливать вакуумные выключатели, имеющие преимущества перед масляными выключателями: малые эксплуатационные расходы, большой ресурс работы, экологически чистая дугогасящая среда. Более высокая цена вакуумных выключателей компенсируется меньшими расходами на его обслуживание.

Данные по выключателям 110 кВ

Условия выбора	Расчётные данные	Каталожные данные
1. По напряжению Uуст £ Uном	Uуст = 110 кВ	Uном = 110 кВ
2. По длительному току Iнорм£ Iном	Iнорм= 120 А	Iном = 1600 А
3. По отключающей способности		Iоткл.н = 25 кА

4. По включающей способности Iп0 £ Iвкл iу £ iвкл	Iп0 = 2,1 кА iу = 3,56 кА	Iвкл = 25 кА iвкл = 63 кА
5. По термической стойкости	Bк = =0,517 кА^2·с	Iтер = 25 кА tтер = 3 с =

На стороне 110 кВ выбираем 2 одинаковых вакуумных выключателя типа ВБС-110III-25/1600УХЛ1.

Данные по выключателям 10 кВ

Условия выбора	Расчётные данные	Каталожные данные
1. По напряжению Uуст £ Uном	Uуст = 6 кВ	Uном = 6 кВ
2. По длительному току: Iнорм£ Iном	Iнорм= 678 А	Iном = 800 А
3. По отключающей способности		Iоткл.н = 25 кА

4. По включающей способности Iп0 £ Iвкл iу £ iвкл	Iп0 = 3,53 кА iу = 7,69 кА	Iвкл = 12,5 кА iвкл = 32 кА
5. По термической стойкости	Bк = =4,42 кА^2·с	Iтер = 12,5 кА tтер = 3 с =

На стороне 10 кВ выбираем вакуумные выключатели типа ВБЭТ-10-12,5/800 УХЛ2.

Выбор ограничителей перенапряжения

Для подстанции 110/10 кВ выбираем ограничитель перенапряжения типа ОПН-110

Ограничители перенапряжений нелинейные ОПН-110 представляют собой разрядники без искровых промежутков, в которых используется высоконелинейные резисторы (варисторы), изготовленные на базе окиси цинка (ZnO). Они предназначены для защиты электрооборудования от перенапряжений.

Способ установки: "фаза-земля". Ограничители выпускаются в исполнениях: П1 - опорное, П2 - подвесное.

Выбор трансформаторов напряжения

Для подстанции 110/10 кВ выбираем трансформатор напряжения типа НКФ-110-58

Трансформатор типа НКФ-110-58 предназначен для измерения напряжения, для питания цепей автоматики, сигнализации и релейной защиты линий электропередач. Для питания электрических измерительных приборов и защитных устройств. Их применяют в сетях переменного тока напряжением 110 кВ, частотой 50-60 Гц с изолированной нейтралью. Трансформаторы могут быть использованы для работы в трехфазной группе по схеме 1/1/1-0-0.

Дата добавления: 2015-07-15