ГЛАВА 9. Расчет токов короткого замыкания, выбор аппаратов и токоведущих частей

Выбираемые по условиям нормального режима коммутационные аппараты, токоведущие части, изоляторы для повышения надежности должны проверятся на динамическую и термическую устойчивость от действия токов короткого замыкания, которые могут возникнуть в аварийном режиме. Токи короткого замыкания рассчитываются для всех напряжений в местах, где они могут достигнуть наибольшего значения: на первичной стороне трансформаторов ГПП, на сборных шинах 10 кВ, на первичной и вторичной стороне наиболее мощных цеховых трансформаторов.

9.1. Составление схемы замещения и определение ее параметров

Расчетная схема представлена на рисунке 10.1.

Принятая базисная мощность: S_б = 1000 МВ·А.

Базисное напряжение ступени 35 кВ: U_б37 = 37 кВ.

Базисное напряжение ступени 10 кВ: U_б10 = 10,5 кВ.

Базисный ток, кА:

,                                              (69)

для ступени 35 кВ:                          I_б35 = ;

для ступени 10 кВ:                              I_б10 = .

ЭДС системы, о.е.:

,                               (70)

где – сопротивление системы, приведенное к мощности системы S_С .

.

Сопротивления ВЛ-35, о.е.:

;                                              (71)

.                                                (72)

;

;

Сопротивления КЛ16 ГПП-РП3, о.е.:

;

Сопротивления КЛ10 ГПП-РП2, о.е.:

;

.

Сопротивления КЛ11 РП2-КТП9, о.е.:

;

.

Сопротивления КЛ13 ГПП-КТП11, о.е.:

;

.

Сопротивления КЛ4 ГПП-РП1, о.е.:

;

.

Сопротивления трансформатора, о.е.:

;                                            (73)

.                                         (74)

Для трансформатора ГПП:

;

.

Для трансформатора КТП11:

;

.

Для трансформатора КТП9:

;

.

Принимается, что 10 кВ нагрузкой КТП являются синхронные двигатели типа СДН-14-59-6 Р_ном=1250 кВт U_ном = 10 кВ, η = 95,8 % , cosφ = 0,9, = 7 и асинхронные двигатели 4АЗМ-2500 Р_ном=2500 кВт U_ном = 10 кВ, η = 97 % , cosφ = 0,89, = 5.

Сверхпереходная ЭДС двигателей, о.е.:

.                                   (75)

Для М1:

.

Для М2:

.

Сопротивление двигателей, о.е.:

.                                    (76)

Для М1:

,

Для М2:

,

Схема замещения представлена на рисунке 9.1.

Рисунок 9.1 – Расчетная схема и схема замещения

               9.2. Расчет токов КЗ выше 1 кВ

Пример расчета тока КЗ приводится для точки К2.

Сопротивление цепи КЗ, о.е.:

,                                    (77)

.

Начальное значение периодической составляющей тока КЗ, о.е.:

,                                                   (78)

.

Начальное значение периодической составляющей тока КЗ, кА:

,                                            (79)

.

Составляющей тока КЗ от синхронных и асинхронных двигателей можно пренебречь, так как двигатели отделены от точки КЗ трансформатором.

Действующее значение периодической составляющей тока КЗ, кА:

.

Ударный ток, кА:

,                                             (80)

где К_уд – ударный коэффициент:

,                                                (81)

где Т_а – постоянная времени затухания апериодической составляющей:

Значение апериодической составляющей к моменту времени 0,1 с, кА:

,                                                 (82)

,

.

.

,                                      (83)

.

Тепловой импульс, кА²·с:

,                                    (84)

где      t_отк =0,45 – время отключения КЗ;

t_рз = 0,8 – время действия релейной защиты;

.

Дальнейший расчёт произведен на компьютере с использованием программы «TKZ». Результаты расчета приведены в таблице 9.2.

Таблица 9.2 – Результаты расчета

	Iп0, кА	iуд, кА	iаτ, кА	BK,кА2·с
1	22,47	57,2	4,3	631,13
2	4,68	8,53	2,46.10-5	27,38
3	6,6	15,49	0,14	54,45
4	6,49	15,14	0,13	52,65
5	6,27	14,28	0,07	49,14
6	6,46	15,17	0,15	52,16
7	0,83	1,95	0,02	0,86
8	6,1	14,49	0,18	46,51

          9.3. Выбор высоковольтного оборудования

Для определения максимального тока необходимо рассчитать мощность, протекающую по участкам.

Мощность в начале линии 35 кВ, кВА:

                                             (90)

Потери мощности в линии 35 кВ, кВА:

Мощность, протекающая со стороны высокого напряжения ГПП, кВА:

                           (91)

Мощность в обмотках трансформтора ГПП, кВА:

                (92)

Таблица 9.3 – Выбор коммутационной аппаратуры в начале ВЛ-35

Расчетные данные	Каталожные данные
	ВБЭТ-35-25/1000У1	РНД3.1-35/1000 У1
U = 35 кВ	Uном = 35 кВ	Uном = 35 кВ
Imax = 266,82 кА	Iном = 1000 А	Iном = 1000 А
Iпτ = 22,47 кА	Iн.откл = 25 кА	-
Iаτ = 4,3 кА		-
Iп0 = 22,47 кА	Iдин = 160 кА	-
iуд = 57,2 кА	iдин = 410 кА	iдин = 63 кА
BK = 631,13 кА2·с	BK = 1602·4 = 102400 кА2·с	BK= 2976,75 кА2·с

      (93)

Таблица 9.4 – Коммутационная аппаратура на высокой стороне ГПП 35 кВ

Расчетные данные	Каталожные данные
	ВБЭТ-35-25/1000У1	РНД3.1-35/1000 У1
U = 35 кВ	Uном = 35 кВ	Uном = 35 кВ
Imax = 256,98 кА	Iном = 1000 А	Iном = 1000 А
Iпτ = 4,68 кА	Iн.откл = 25 кА	-
Iаτ = 0,0 кА		-
Iп0 = 4,68 кА	Iдин = 160 кА	-
iуд = 8,53 кА	iдин = 410 кА	iдин = 63 кА
BK = 27,38 кА2·с	BK = 1602·4 = 102400 кА2·с	BK= 2976,75 кА2·с

           (94)

Таблица 9.5 – Коммутационная аппаратура на низшей стороне ГПП (ЗРУ 10 кВ)

Расчетные данные	Каталожные данные
	ВВЭ-10-31,5/1000У3	РВЗ10/1000У3
U = 10 кВ	Uном = 10 кВ	Uном = 10 кВ
Imax = 866 кА	Iном = 1000 А	Iном = 1000 А
Iпτ = 6,6 кА	Iн.откл = 31,5 кА	-
Iаτ = 0,14 кА		-
Iп0 = 6,6 кА	Iдин = 31,5 кА	-
iуд = 15,49 кА	iдин = 80 кА	iдин = 100 кА
BK = 54,45 кА2·с	BK = 31,52·3 = 2976,75 кА2·с	BK= 6400 кА2·с

     (95)

Таблица 9.6 – Коммутационная аппаратура в ТП11

Расчетные данные	Каталожные данные
	ВВЭ-10-20/630У3	РВЗ10-20/630У3
U = 10 кВ	Uном = 10 кВ	Uном = 10 кВ
Imax = 47,28 кА	Iном = 630 А	Iном = 630 А
Iпτ = 6,46 кА	Iн.откл = 20 кА	-
Iаτ =0,15кА		-
Iп0 = 6,46 кА	Iдин = 20 кА	-
iуд = 15,17 кА	iдин = 52 кА	iдин = 52 кА
BK = 52,16кА2·с	BK = 202·3 = 1200 кА2·с	BK= 3400 кА2·с

                                     (96)

Таблица 9.7 – Коммутационная аппаратура в РП1

Расчетные данные	Каталожные данные
	ВВЭ-10-20/630У3	РВЗ10-20/630У3
U = 10 кВ	Uном = 10 кВ	Uном = 10 кВ
Imax = 55,43 кА	Iном = 630 А	Iном = 630 А
Iпτ = 6,27 кА	Iн.откл = 20 кА	-
Iаτ =0,07 кА		-
Iп0 = 6,27 кА	Iдин = 20 кА	-
iуд = 14,28 кА	iдин = 52 кА	iдин = 52 кА
BK = 49,14 кА2·с	BK = 202·3 = 1200 кА2·с	BK= 3400 кА2·с

                      (98)

Определение минимального сечения кабеля по термической стойкости

Минимальное сечение кабеля из условия термической стойкости,

Определение минимального сечения кабеля по термической стойкости, :

                                                       (99)

где С=90

Кабели отходящие от шин 10кВ ГПП

КЛ16:

Таким образом, кабельные линии сечением меньше 95  необходимо заменить на кабели ААБ 3х95

Кабели отходящие от шин 10кВ РП

КЛ16:

Таким образом, кабельные линии сечением меньше 95  необходимо заменить на кабели ААБ 3х95

   9.4. Расчет токов КЗ на стороне 0,4 кВ цеховой ТП

При расчете токов КЗ в электроустановках до 1000 В в общем случае необходимо учитывать активные и индуктивные сопротивления всех элементов короткозамкнутой цепи, в том числе проводников, кабелей, шин, токовых катушек расцепителей автоматических выключателей, первичных обмоток трансформаторов тока и др.

Сопротивления системы, Ом:

,                                 (100)

.

Сопротивления трансформатора ТП11, мОм:

,                                         (101)

.

,                           (102)

.

Максимальный ток, протекающий через трансформатор,А:

                                                    (103)

Выбирается по одной алюминиевой шине(10х100) по /15/ табл 12.9.

Параметры шин:

Сечение 10х100 мм, длина ℓ = 4 м, расстояние между фазами, r₀ = 0,017 мОм/м, х₀ = 0,08 мОм/м.

Сопротивление шин, мОм:

,

.

Сопротивлениями ТТ с первичными токами боле 500А можно пренебречь.

Сопротивления катушек автоматического выключателя при I_ном = 1600 А: r_а = 0,14 мОм, x_а = 0,08 мОм по /15/ табл. 12.3

Активное сопротивление болтовых контактных соединений принимается по /15/ табл. 12.4 :

Полные сопротивления цепи КЗ, мОм:

,                  (104)

,                                                   (105)

.

Периодическая составляющая тока КЗ в начальный момент времени, кА:

,                                                 (106)

.

Ударный ток КЗ, кА,

 определяется по кривым, в зависимости от отношения .

Тогда

Апериодическая составляющая тока КЗ в начальный момент времени, кА:

    

9.5 Выбор электрических аппаратов напряжением ниже 1000В.

Таблица 9.8 Выбор вводных автоматов на КТП11 (для остальных КТП аналогично)

Расчетные данные	Каталожные данные
	ВА 55-43
U = 0,4 кВ	Uном = 0,4 кВ
	Iном = 1600 Iном.расц = 1250
Iпτ = 14,65 кА	IПКС =80
Iуд =32,1 кА	Iдин = 80*2,2=176

Таблица 9.9 Выбор секционных автоматов на КТП11

Расчетные данные	Каталожные данные
	ВА 55-41
U = 0,4 кВ	Uном = 0,4 кВ
	Iном = 1000 Iном.расц = 1000
Iпτ = 14,65 кА	IПКС =55
Iуд =32,1 кА	Iдин = 55*2,2=121

 

Таблица 9.10 Выбор автоматов для установки конденсаторных батарей

№КТП	А	Каталожные данные
		Тип автомата	Iном/ Iном.расц
КТП11		ВА 53-39 /15/	630/630

Заключение

В данном курсовом проекте были рассмотрены вопросы, которые являются основополагающими в реальном проектировании электроснабжения промышленного предприятия.

В настоящее время передача электроэнергии на высоком напряжении, наиболее экономичное использование цветных металлов, выбор варианта электроснабжения предприятия с минимальными потерями электроэнергии и компенсации реактивной мощности с помощью батарей конденсаторов приводит к значительной экономии денежных средств.

Все перечисленные способы нашли свое отражение в выполненном курсовом проекте. В ходе курсового проекта были освоены необходимые методики расчетов, приобретены навыки работы с технической литературой.

 

                                                           

 

                                        Список литературы

1. Федоров А.А., Каменева В.В. Основы электроснабжения промышленных предприятий. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 472 с.

2. Волобринский С.Д. Электрические нагрузки и балансы промышленных предприятий.-М.: Энергия, 1976.-264 с.

3. Руководящий технический материал. Указания по расчету электрических нагрузок. РТМ36.18.32.4-92.-М.:ВНИПИТяжпромэлектропроект, 1992.-26 с.

4. Федоров А.А., Старкова Л.Е. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования.-М.: Энергоатомиздат, 1987.-368 с.

5. ГОСТ 14209 - 85. Трансформаторы силовые масляные общего назначения. Допустимые нагрузки. -М.: Госкомитет по стандартам, 1987. - 30 с.

6. Правила устройства электроустановок.-СПб., 1999.- 648с.

7. Справочник по проектированию электроснабжения промышленных предприятий / Под ред. Ю.Г. Барыбинаидр.-М.: Энергоатомиздат, 1990.-576с.

8. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию / Под общ. ред. А.А. Федорова.-М.: Энергоатомиздат, 1986.-Т. 1.-568с.Т.2.-581 с.

9. ГОСТ 27514-87. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением свыше 1 кВ.-М.: Госкомитет по стандартам, 1988.-40 с.

10. ГОСТ Р 50270-92. Короткие замыкания в электроустановках.. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1кВ. - М.: Госстандарт России, 1993. -60 с.