Электроснабжение механического завода местной промышленности

8. Расчет токов короткого замыкания

Токи КЗ рассчитываются на линейных вводах высшего напряжения трансформатора ППЭ (К-1), на секциях шин 6 кВ ППЭ (К-2), на шинах 0,4 кВ ТП4 (К-3). Исходная схема для расчета токов КЗ представлена на рис.9, а схемы замещения на рис.10 для расчета токов КЗ выше 1000 В, на рис. 11 для расчетов КЗ ниже 1000 В.

Расчет токов КЗ в точке К-1 и К-2 проводим в относительных единицах. Для точки К-4 расчет будем проводить в именованных единицах без учета системы, так как система большой мощности и её можно считать источником питания с неизменной ЭДС и нулевым внутренним сопротивлением. Для точки К-2 будем учитывать подпитку от электродвигателей.

Рис. 9. Исходная схема для расчетов токов КЗ

Рис. 10 Схема замещения для расчета токов КЗ выше 1000 В

Рис.11 Схема замещения для расчета токов КЗ ниже 1000 В

Расчет токов короткого замыкания в установках напряжением выше 1000 В имеет ряд особенностей:

·        Активные элементы систем электроснабжения не учитывают, если выполняется условие r<(x/3), где r и x-суммарные сопротивления элементов СЭС до точки К.З.

·        При определении тока К.З. учитывают подпитку от двигателей высокого напряжения.

Расчет [КА1] токов короткого замыкания производится для выбора и проверки электрических аппаратов и токоведущих частей по условиям короткого замыкания, с целью обеспечения системы электроснабжения надежным в работе электрооборудованием.

Базисные условия: Sб=950 МВА, Uб1=115 кВ, Uб2=6,3 кВ ; Xc=0,6;

Базисный ток определяем из выражения

кА.

кА.

Точка К-1.

Сопротивление воздушной линии, приведенное к базисным условиям

;

Х0-удельное реактивное сопротивление провода, Ом/км.

l-длина линии, км;

Uб- среднее напряжение;

Сопротивления системы до точки К-1

ХК1=Хс+ХВЛ=0,6+0,218=0,818;

Начальное значение периодической составляющей тока в точке К-1:

 кА.

Принимаем значение ударного коэффициента kуд=1,8, тогда значение ударного тока

 кА.

Где Куд- ударный коэффициент тока К.З. 2.45 [2]по таблице, кА.

I”по(к-1)-начальное действующее значение периодической составляющей, кА.

Точка К-2

Точка К-2 расположена на шинах РУНН ПГВ.

Сопротивление силового трансформатора на ППЭ :

Трансформатор типа ТРДН-25000/110 с расщепленной обмоткойН.Н

.

,

.

К сопротивлениям до точки К-1 прибавляется сопротивление трансформатора.

ХК-2=ХК-1+ХВ +ХН1 =0,818+6,982+0,498=8,3.

Ток короткого замыкания от системы:

 кА.

В этой точке необходимо учитывать подпитку тока КЗ от синхронных двигателей.

Определяется сопротивление подпитывающей цепочки.

Сопротивление двигателей и кабельной линии от двигателей цеха № 13 до шин РУНН ПГВ (для двигателей мощностью P=630кВт СДН15-34-12-у3):

F=150; l=0,24 км; Х0=0,074 Ом/км; r0=0,206 Ом/км.

;

;

;

где Х”d- сверхпереходное индуктивное сопротивление двигателя.

.

Сопротивление двигателей и кабельной линии от двигателей цеха №19 до шин РУНН ПГВ (для двигателей мощностью P=1250 кВт СДН16-41-12у3):

F=50; l=0,209 км; Х0=0,083Ом/км; r0=0,62 Ом/км.

;

;

;

где Х”d- сверхпереходное индуктивное сопротивление двигателя.

.

Сопротивление кабельной линии от ПГВ до РП2.

l=0,256 км; Х0=0,074 Ом/км; r0=0,206 Ом/км.

;

;

.

Сопротивление двигателей и кабельной линии от цеха №24 до РП2 (для двигателей мощностью P=630 кВт СДН15-34-12у3):

F=50; l=0,09 км; Х0=0,083 Ом/км; r0=0,62 Ом/км.

;

;

;

где Х”d- сверхпереходное индуктивное сопротивление двигателя.

.

Сопротивление двигателей и кабельной линии от двигателей цеха № 22 до шин РП2 (для двигателей мощностью P=500 кВт СДН-14-41-12у3):

F=50; l=0,17 км; Х0=0,083 Ом/км; r0=0,62 Ом/км.

;

;

;

где Х”d- сверхпереходное индуктивное сопротивление двигателя.

.

Сопротивление двигателей и кабельной линии от двигателей цеха №3 до шин РП1 (для двигателей мощностью P=800 кВт СДН-14-49-6у3):

F=150; l=0,04 км; Х0=0,074 Ом/км; r0=0,206 Ом/км.

;

;

;

где Х”d- сверхпереходное индуктивное сопротивление двигателя.

.

Сопротивление кабельной линии от ПГВ до РП1.

l=0,213 км; Х0=0,073 Ом/км; r0=0,167 Ом/км.

;

;

.

Сопротивление двигателей и кабельной линии от цеха №5 до РП1 (для двигателей мощностью P=630 кВт СДН15-34-12-у3):

F=120; l=0,114 км; Х0=0,076 Ом/км;

r0=0,258Ом/км.

;

;

;

где Х”d- сверхпереходное индуктивное сопротивление двигателя.

.

Производим дальнейшие преобразования:

Эквивалентное сопротивление двигателей и кабельных линий:

Эквивалентное сопротивление :

Ток подпитки от двигателей:

 кА.

. тока:

Тогда значение ударного

 кА.

Точка [КА2] К-3

Определяется периодическая составляющая тока короткого замыкания в точке К-3.

;

; ;

;

.

Периодическая составляющая тока короткого замыкания в момент времени t=0 в точке К-3:

 кА.

Ток подпитки от синхронного двигателя:

 кА.

Полный ток короткого замыкания:

=9,67+9,39=19,1 кА;

Приняв ударный коэффициент kуд=1,4, получаем ударный ток К.З.

 кА.

Точка К-4.

Определяется ток К.З.в точке К-4.

Для практических расчетов принято считать, что всё, находящееся выше шин ВН ТП есть система с бесконечной мощностью(Sс=¥; хс=0).. Расчет производится в именованных единицах для ТП-5

Сопротивление трансформаторов ТМЗ-630/6 таблица 2.50 [2]:

RТ = 3,4 мОм; ХТ = 13,5 мОм;

Для определения сечения шинопровода находится расчетный ток в ПАР:

А.

где Ip-расчетный ток в аварийном режиме;

Выбираются шины прямоугольного сечения 100х6 Iдоп=1425А, длина шины 10м.

Сопротивление шин(R0=0,034 мОм/м Х0=0,016 мОм/м):

Rшин=0,34 мОм; Хшин=0,16мОм

Сопротивление автоматического выключателя включает в себя сопротивление токовых катушек расцепителей и переходных сопротивлений подвижных контактов(3): Тип ВА55-43 Iном=1600 А;

Rавт=0,14 мОм;    Хавт=0,08 мОм;

Трансформатор тока типа ТПОЛ-1500/5-одновитковый Хтт=0;Rтт=0;

Cопротивление дуги определяется расстоянием между фазами проводников в месте короткого замыкания .Для трансформатора ТМЗ 630/6 Rдуги=7 мОм;

Результирующее сопротивление схемы замещения до точки K-4:

 мОм.

Начальное значение тока короткого замыкания:

 кА.

Ударный коэффициент :

 кА.

Значение токов короткого замыкания по заводу.

Таблица 8

9. Выбор электрических аппаратов

9.1 Выбор аппаратов напряжением 110 кВ

Выберем выключатель 110 кВ

Условия выбора:

1.По номинальному напряжению

2.По номинальному длительному току.

Условия проверки выбранного выключателя.

1.  Проверка на электродинамическую стойкость:

1.1.    По удельному периодическому току КЗ

1.2.    По ударному току КЗ

2.            Проверка на включающую способность.

2.1.    По удельному периодическому току КЗ

2.2.    По ударному току КЗ

3.            Проверка на отключающую способность

3.1.    По номинальному периодическому току отключения

3.2.    По номинальному апериодическому току отключения

4.            Проверка на термическую стойкость.

Расчетные данные сети:

Расчетный ток послеаварийного режима IР = 165 А был найден в пункте 5.3. по формуле (5.3.4)

Расчетное время

где tРЗ – время срабатывания релейной защиты (обычно берется минимальное значение); в данном случае для первой ступени селективности tРЗ = 0,01 с.

tСВ – собственное время отключения выключателя (в данный момент пока не известно) действующее значение периодической составляющей начального тока КЗ IПО = 5,83 кА было рассчитано в пункте 7.1.;

Периодическая составляющая тока КЗ в момент расхождения контактов выключателя IПt в следствие неизменности во времени тока КЗ принимается равной периодической составляющей начального тока КЗ: IПt = IПО = кА;

Апериодическая составляющая полного тока КЗ в момент расхождения контактов выключателя определяется по выражению:

и будет определено позже;

расчетное выражение для проверки выбранного выключателя по апериодической составляющей полного тока КЗ:

расчетный импульс квадратичного тока КЗ

будет определено позже.

Согласно условиям выбора из [7] выбираем выключатель ВВЭ-110Б-16/1000 со следующими каталожными данными:

UНОМ = 110 кВ; IНОМ = 1000 А; IН откл = 16 кА; b = 25%; iпр СКВ = 67 кА; Iпр СКВ = 26 кА; iН вкл = 67 кА; IН вкл = 26 кА; IТ = 26 кА; tТ = 3 с; tСВ = 0,05 с.

Определяем оставшиеся характеристики:

Расчетное время по формуле :

  с

Апериодическая составляющая полного тока КЗ в момент расхождения контактов выключателя по формуле :

 кА

Расчетное выражение согласно формуле :

кА

Расчетный импульс квадратичного тока КЗ по формуле :

 кА2×с

Расчетные данные выбранного выключателя: проверка выбранного выключателя по апериодической составляющей полного тока КЗ

  кА

Проверка по термической стойкости:

  кА2×с

Выбор и проверка выключателя представлен в табл. 13.

Выберем разъединитель 110 кВ

Условия выбора:

1.По номинальному напряжению.

2.По номинальному длительному току.

Условия проверки выбранного разъединителя:

1.Проверка на электродинамическую стойкость.

2.Проверка на термическую стойкость.

Для комплексной трансформаторной подстанции блочного типа КТПБ-110/6-104 тип разъединителя согласно [7] РНД3.2-110/1000 или РНД3-1б-110/1000.

Согласно условию выбора с учетом вышесказанного из [7] выбираем разъединитель РНД3.2-110/1000 У1 со следующими каталожными данными:

UНОМ = 110 кВ; IНОМ = 1000 А; iпр СКВ = 80 кА; IT = 31,5 кА; tТ = 4 с.

Расчетные данные выбранного разъединителя термическая стойкость:

  кА2×с

Выбор и проверка разъединителя представлены в табл. 13

Таблица 13. Выбор аппаратов напряжением 110 кВ

9.2 Выбор аппаратов напряжением 6 кВ

Выберем ячейки распределительного устройства 6 кВ.

Так как РУНН принято внутреннего исполнения будем устанавливать перспективные малогабаритные ячейки серии «К» с выкатными тележками.

Расчетный ток с учетом расщепления вторичной обмотки трансформаторов ППЭ.

Выбираем малогабаритные ячейки серии К-104 с параметрами: UНОМ = 6 кВ; IНОМ = 1600 А; iпр СКВ = 81 кА; IН откл = 31,5 кА; тип выключателя ВК-10.

Выберем вводные выключатели 6 кВ:

Расчетные данные сети:

Расчетный ток ПАР IР = 1046,75 А

Расчетное время t = tРЗ +tСВ; t = 0,01+0,05 = 0,06 с действующее значение периодической составляющей начального тока КЗ IПО = 9,213 кА было рассчитано в пункте 7.2.

Периодическая составляющая тока КЗ в момент расхождения контактов выключателя:

 кА;

Расчетное выражение для проверки выбранного выключателя по апериодической составляющей полного тока КЗ:

  кА

Расчетный импульс квадратичного тока КЗ:

 кА2×с

Выбираем выключатель ВК-10-1600-20У2 со следующими каталожными данными:

UНОМ = 10 кВ; IНОМ = 1600 А; IН откл = 31,5 кА; b = 20%; iпр СКВ = 80 кА; Iпр СКВ = 31,5 кА; iН вкл = 80 кА; IН вкл = 31,5 кА; tТ = 4 с; tСВ = 0,05 с

Расчетные данные выбранного выключателя: проверка выбранного выключателя по апериодической составляющей полного тока КЗ:

  кА

Проверка по термической стойкости:

  кА2×с

Выбор и проверка выключателя представлены в табл. 14

Выберем выключатель на отходящей линии 6 кВ

Расчетные данные сети:

Расчетный ток ПАР:

  А

Расчетное время t = tРЗ +tСВ; t = 0,01+0,05 = 0,06 с

Остальные величины имеют те же значения что и для выключения ввода.

Выбираем выключатель ВК-100-630-20У2 со следующими каталожными данными:

UНОМ = 10 кВ; IНОМ = 630 А; IН откл = 20 кА; b = 20%; iпр СКВ = 52 кА; Iпр СКВ = 20 кА; iН вкл = 52 кА; IН вкл = 20 кА; IТ = 20 кА; tТ = 4 с; tСВ = 0,05 с

Расчетные данные выбранного выключателя:

  кА2×с

Выбор и проверка выключателя представлены в табл. 14

Таблица 14. Выбор выключателей 6 кВ.

Выберем трансформаторы тока.

Условия их выбора:

1.По номинальному напряжению.

2.По номинальному длительному току.

Условия проверки выбранных трансформаторов:

1.Проверка на электродинамическую стойкость. (если требуется)

2.Проверка на термическую стойкость.

3.Проверка по нагрузке вторичных цепей.

Расчетные данные сети:

Расчетный ток IР = 1046,75 А

Ударный ток КЗ iуд = 25,02 кА

Расчетный импульс квадратичного тока КЗ ВК = 15,28 кА2×с

Согласно условиям выбора их [7] выбираем трансформаторы тока типа ТПШЛ-10 со следующими каталожными данными:

UНОМ = 10 кВ; IНОМ = 1500 А; r2Н = 1,2 Ом; IT = 35 кА; tT = 3 с.

Расчетные данные выбранного трансформатора тока: так как выбран шинный трансформатор тока, то проверка на электродинамическую стойкость не требуется;

Проверка термической стойкости:

  кА2×с

Трансформаторы тока (ТТ) включены в сеть по схеме неполной звезды на разность токов двух фаз. Чтобы трансформатор тока не вышел за пределы заданного класса точности, необходимо, чтобы мощность нагрузки вторичной цепи не превышала нормальной: r2Н ³ r2. Перечень приборов во вторичной цепи ТТ приведен в табл. 16, схема их соединения – на рис. 12.

Таблица. 15. Приборы вторичной цепи ТТ.

Наиболее нагруженной является фаза А

Общее сопротивление приборов

где Sприб – мощность приборов, ВА

I2 НОМ – вторичный ток трансформатора тока, А.

 Ом

Допустимое сопротивление проводов:

 Ом

Минимальное сечение приводов:

где r = 0,0286 – удельное сопротивление проводов согласно [3], Ом/м;

lрасч = 50 – расчетная длина проводов согласно [3], м.

 мм2

Принимаем контрольный кабель АКРВГ с жилами сечением 2,5 мм2, тогда:

  Ом

Полное расчетное сопротивление:

 Ом

Выбор и проверка ТТ представлены в табл.16

Таблица 16. Выбор трансформаторов тока

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12