Расчеты, связанные с аппаратурой в энергосистеме

Расчёт токов короткого замыкания

При проектировании любой электроустановки необходим расчёт токов короткого замыкания, так как на основании его результатов производится проверка выбранного оборудования, аппаратуры, токоведущих частей и расчёт релейных защит. Расчётным режимом для проверки аппаратуры и токоведущих частей ТП является режим трёхфазного к.з..

Расчётная схема тяговой подстанции

Составляем расчётную схему цепи к.з.. Для этого заданную схему внешнего электроснабжения дополняют схемой ТП, на которой указывают понижающие трансформаторы, преобразовательные агрегаты и шины всех РУ. Схему составляем для максимального расчётного режима, т.е. учитываем параллельную работу понижающих трансформаторов.

Рисунок 5. Расчётная схема ТП

Электрическая схема замещения

По расчётной схеме составляется электрическая схема замещения (рис.6), на которой все элементы представляются в виде сопротивлений. Сопротивления схемы замещения считаются чисто индуктивными, т.к. в высоковольтных цепях активные сопротивления много меньше индуктивных.

Рисунок 6. Электрическая схема замещения

Выполняем расчёт каждого из сопротивлений схемы замещения. Преобразовываем схему замещения цепи к.з. до состояния: от каждого источника до места к.з. одно результирующее сопротивление.

По расчётной рисунок и электрической схемах замещения (рис.6) находим относительные сопротивления энергосистемы до шин подстанции:

где Sб – базисная мощность, МВА;

Sкз1,2 – мощность трёхфазного к.з. каждой системы, МВА.

Расчёт относительного сопротивления энергосистемы до шин подстанции.

Относительные сопротивления линий:

где x0 – активное сопротивление 1 км линии, Ом/км;

l‘1,2 – длина каждой линии, км;

Uср – среднее напряжение в месте установки данного элемента, кВ.

Длина линий:

l2=l14(3.3.4)

Расчёт длины каждой линии, км:

Расчёт относительных сопротивлений линий, о.е.:

Расчётные значения напряжения к.з. обмоток трансформаторов:

где uкВ-С, uкВ-Н, uкС-Н – напряжения к.з. для каждой пары обмоток силового трансформатора, %.

Расчёт значений напряжений к.з. обмоток силового трансформатора, %:

Относительные сопротивления обмоток силового и районного трансформаторов:

,(3.3.12)

где Sн тр – номинальная мощность трансформатора, МВА; uк – напряжение к.з. для обмотки районного трансформатора, %. Расчёт относительных сопротивлений обмоток силового и районного трансформатора, о.е.:

Расчёт эквивалентного сопротивления до точки К-1 , о.е.:

,(3.3.14)

 (3.3.15)

 (3.3.16)

Расчёт эквивалентного сопротивления до точки К-2 , о.е.:

, (3.3.17)

, (3.3.18)

, (3.3.19)

, (3.3.20)

 (3.3.21)

При условии, что э.д.с. источников одинаковы по значению и фазе, сопротивление X*б6 линии, соединяющей оба источника, можно исключить, т.к. ток по нему не протекает.

, (3.3.22)

Расчёт эквивалентного сопротивления до точки К-3 , о.е.:

При условии, что э.д.с. источников одинаковы по значению и фазе, сопротивление X*б12 линии, соединяющей оба источника, можно исключить, т.к. ток по нему не протекает.

, (3.3.23)

, (3.3.23)

, (3.3.25)

, (3.3.26)

, (3.3.30)

Схема замещения для расчёта эквивалентного сопротивления до точки КЗ.

Расчёт токов короткого замыкания на шинах РУ

Расчёт токов к.з. на шинах 110 кВ.

Удалённость точки к.з. по величине расчётного сопротивления:

где X *рез1,2 – результирующее сопротивление от источника до места к.з. (X *рез1= X *б1; X *рез2= =X *б2);

Sc1,2 – мощность системы, МВА.

Расчёт удалённости точки к.з. для источников, о.е.:

По удалённости точки к.з. выбираем каким методом необходимо определять величины тока к.з.:

Действующее значение периодической составляющей 3-х фазного тока удалённого к.з. с помощью приближённого метода:

Расчёт периодической составляющей, кА:

Номинальный ток источника:

Расчёт номинального тока источника, кА:

Расчёт ведём для выключателя типа: ВГТ-220-40/2500 У1.

Для данного выключателя tСВ=0,035, с.

Время от начала к.з. до расхождения контактов выключателя:

где tРЗ min – время срабатывания релейной защиты, с, принимаемое tРЗ=0,01 с;

tСВ – собственное время отключения выключателя: от момента подачи импульса на электромагнит отключения привода выключателя до момента расхождения контактов, с.

Расчёт времени отключения, с:

Определяем n* по типовым кривым при τ=0,045 с. Получаем n*=0,945.

Расчёт действующего значения периодической составляющей 3-х фазного тока к.з., кА:

.

Максимальное значение апериодической составляющей 3-х фазного тока к.з. в момент расхождения контактов выключателя:

где Та – постоянная времени затухания апериодической составляющей тока к.з., с, получаемая из табл.7 [6]; для выключателя класса 110 кВ Та=0,03 с.

Расчёт апериодической составляющей 3-х фазного тока к.з. для двух источников, кА:

Ударное значение 3-х фазного тока к.з.:

где kу – ударный коэффициент, определяемый по табл.3 [4]; для выключателя класса 110 кВ

kу=1,72.

Расчёт ударного 3-х фазного тока к.з. для двух источников, кА:

Полный 3-х фазный ток к.з.:

Расчёт полного 3-х фазного тока к.з. для двух источников, кА:

Находим суммарные составляющие 3-х фазного тока к.з., кА:

Расчёт токов к.з. на шинах 2×25 кВ.

Расчёт удалённости точки к.з. для источников, о.е.:

Расчёт периодической составляющей 3-х фазного тока к.з., кА:

Расчёт номинального тока источника, кА:

Расчёт ведём для выключателя типа: ВВС-27,5-20/1600 УХЛ1.

Для данного выключателя tСВ=0,06, с.

Расчёт полного времени отключения, с:

Определяем n* по типовым кривым при τ=0,07 с. Получаем n*=1,01.

Расчёт действующего значения периодической составляющей 3-х фазного тока к.з., кА:

Расчёт апериодической составляющей 3-х фазного тока к.з. для двух источников (для выключателя класса 27,5 кВ Та=0,04 с), кА:

Расчёт ударного 3-х фазного тока к.з. для двух источников (для выключателя класса 27,5 кВ kу=1,6), кА:

Расчёт полного 3-х фазного тока к.з. для двух источников, кА:

Расчёт токов к.з. на шинах 10 кВ.

Расчёт удалённости точки к.з. для источников, о.е.:

Расчёт периодической составляющей 3-х фазного тока к.з. для двух источников, кА:

Расчёт ведём для выключателя типа: ВВ/TEL-10-12,5/1000.

Для данного выключателя tСВ=0,015, с.

Расчёт полного времени отключения, с:

Расчёт апериодической составляющей 3-х фазного тока к.з. для двух источников (для выключателя класса 10 кВ Та=0,01 с), кА:

Расчёт ударного 3-х фазного тока к.з. для двух источников (для выключателя класса 10 кВ kу=1,72), кА:

Расчёт полного 3-х фазного тока к.з. для двух источников, кА:

Проверка токоведущих частей, изоляторов и аппаратуры по результатам расчёта токов короткого замыкания

Выбранные по условию нормального режима работы аппараты, необходимо проверить по условиям короткого замыкания, т.е. на электродинамическую и термическую устойчивость.

Расчёт величины теплового импульса для всех РУ

Для удобства проверки выполняют расчёт величины теплового импульса для всех РУ по выражению:

где Iп – начальное значение периодической составляющей тока к.з., кА;

Та – постоянная времени затухания апериодической составляющей тока к.з., с.

Полное время отключения:

где tРЗ – время срабатывания релейной защиты рассматриваемой цепи;

tВ – полное время отключения выключения до погасания дуги, с.

РУ-110 кВ:

Марка выбранного выключателя: ВГТ-110-40/2500 У1.

Параметры для расчётов: tРЗ=2 с, tВ=0,055 с, Та=0,03 с.

Полное время отключения, с:

Расчёт величины теплового импульса, кА2×с:

РУ-2×25 кВ:

Марка выбранного выключателя: ВВС-27,5-20/1600 УХЛ1.

Параметры для расчётов: tРЗ=1 с, tВ=0,08 с, Та=0,04 с.

Полное время отключения, с:

Расчёт величины теплового импульса, кА2×с:

РУ-10 кВ:

Марка выбранного выключателя: ВВ/ТЕL-10-20/1000.

Параметры для расчётов: tРЗ=1 с, tВ=0,025 с, Та=0,01 с.

Полное время отключения, с:

Расчёт величины теплового импульса, кА2×с:

Фидера 2×25 кВ:

Марка выбранного выключателя: ВВС-27,5-20/1600 УХЛ1.

Параметры для расчётов: tРЗ=0,5 с, tВ=0,08 с, Та=0,04 с.

Полное время отключения, с:

Расчёт величины теплового импульса, кА2×с:

Фидера 10 кВ:

Марка выбранного выключателя: ВВ/ТЕL-10-20/1000.

Параметры для расчётов: tРЗ=0,5 с, tВ=0,025 с, Та=0,01 с.

Полное время отключения, с:

Расчёт величины теплового импульса, кА2×с:

Проверка токоведущих элементов

Проверку токоведущих элементов выполняют:

- на электродинамическую устойчивость:

Для этого необходимо определить механическое напряжение расч, возникающее в токоведущих элементах при к.з.:

где – расстояние между соседними опорными изоляторами, м (РУ-10 кВ =1 м);

а – расстояние между осями соседних фаз, м (в РУ-10 кВ а=0,25 м);

iу – ударный ток трёхфазного к.з., кА;

W – момент сопротивления шины относительно оси, перпендикулярной действию усилия, м3.

Момент сопротивления однополостных прямоугольных шин при расположении на ребро:

где b – толщина шины, м;

h – ширина шины, м.

Далее, расчётное напряжение сравнивают с допустимым для различных алюминиевых сплавов.

- на термическую устойчивость:

где q – выбранное сечение, мм2;

qmin – минимально допустимое сечение токоведущей части, при котором протекание тока к.з. не вызывает нагрев проводника выше кратковременно допустимой температуры (условие термической устойчивости), мм2;

С – коэффициент, значение которого для алюминиевых шин равно 90, А×с1/2/мм2.

- по условию отсутствия коронирования:

где Ео – максимальное значение начальной критической напряжённости электрического по-

ля, при котором возникает разряд в виде короны, кВ/см:

где m – коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности провода (для многопроволочных проводов m=0,82);

rпр – радиус провода, см;

Для вводов 110 кВ выбрали марку провода: АС-240/56.

Параметры для расчётов: rпр=1,12 см; q=241 мм2.

Проверка на термическую устойчивость, мм2:

Проверка по условию отсутствия коронирования, кВ/см:

Для обмотки ВН силового трансформатора выбрали марку провода: АС-240/56.

Параметры для расчётов: rпр=1,12 см; q=241 мм2.

Проверка на термическую устойчивость, мм2:

Проверка по условию отсутствия коронирования, кВ/см:

Для сборных шин ТП ВН выбрали марку провода: АС-240/56.

Параметры для расчётов: rпр=1,12 см; q=241 мм2.

Проверка на термическую устойчивость, мм2:

Проверка по условию отсутствия коронирования, кВ/см:

Для обмотки СН силового трансформатора выбрали марку провода: АС-300/39.

Параметры для расчётов: rпр=1,2 см; q=301 мм2.

Проверка на термическую устойчивость, мм2:

Проверка по условию отсутствия коронирования, кВ/см:

Для сборных шин ТП СН выбрали марку провода: АС-185/29.

Параметры для расчётов: rпр=0,94 см; q=181 мм2.

Проверка на термическую устойчивость, мм2:

Проверка по условию отсутствия коронирования, кВ/см:

Для РУ-10 кВ выбрали жёсткие шины марки: АДО-30×4.

Параметр для расчётов: q=4×30=120 мм2.

Проверка на термическую устойчивость, мм2:

Проверка на электродинамическую стойкость, МПа:

Для фидеров районных потребителей 10 кВ выбрали марку кабеля: ААБлШв-В-3×150-10.

Параметры для расчётов: q=150 мм2; ro=0,206 Ом/км; xo=0,079 Ом/км.

Проверка на термическую устойчивость, мм2:

Проверка по потери напряжения до потребителя:

где ΔUдоп – допустимое значение потери напряжения, которое равно для рабочих приёмников равно 5%;

ΔU – потеря напряжения в линии до потребителя, %.

При питании одного потребителя, находящегося в конце линии:

где Uн – номинальное напряжение линии, кВ;

ro и xo – активное и реактивное сопротивления 1 км линии, Ом/км;

Pmax – максимальная из мощностей потребителей, кВт.

Определяем максимальную мощность всех потребителей, кВт:

Находим потерю напряжения и проверяем условие (4.2.8), %:

Проверка изоляторов

Опорные и проходные изоляторы проверяются по допускаемой нагрузке:

где Fдоп – разрушающая нагрузка на изгиб изолятора, Н;

Fрасч – сила, действующая на опорный изолятор при к.з., Н:

iу – ударный ток 3-х фазного к.з., кА;

l - расстояние между соседними опорными изоляторами, м (для РУ-10 кВ l=1 м);

а – расстояние между осями шин соседних фаз, м.

Находим силу, действующую на опорный изолятор при к.з., Н:

Страницы: 1, 2, 3, 4