Расчет токов короткого замыкания

 

По максимальному току производится проверка электротехнического оборудования на электродинамическое и термическое действие, по минимальному - работоспособность релейной защиты и автоматики.

Так как расчет релейной защиты и автоматики не входит в задание, расчетный ток короткого замыкания на шинах распредустройства примем 8,5 кА. Будем считать ЭДС источника постоянной. Тогда действующее значение сверхпереходного тока короткого замыкания будет равно действующему значению установившегося тока короткого замыкания, то есть:

                      (2.19)

 

Определим приведенное время короткого замыкания, для этого примем время действия защиты 1,2 с (линия от ПС до РУ -10 кВ).

1.Определим сечение линии по нагреву:

 

 (2.20)

 

 

Выбираем сечение кабеля 185 мм ² (предварительный расчет показал, что кабель сечением 150 мм² не пройдет по условиям прокладки 2-х кабелей при условии выбора 2-х кабелей, проложенных в одной траншее), однако токовая нагрузка такого кабеля составляет всего 340 А, следовательно, необходимо использовать 2 кабеля, так как в этом случае токовая нагрузка уменьшается в 2 раза.

 

 (2.21)

 

Коэффициент К₁ учитывает аварийную перегрузку (коэффициент предварительной загрузки был равен (280,4/340) ≈0,8, по таблицам ПУЭ находим коэффициент 1,2 при продолжительности максимума 6ч), К₂ учитывает количество прокладываемых кабелей в земле (в нашем случае 2 кабеля по таблицам ПУЭ находим коэффициент 0,9 при расстоянии в свету 100мм между ними).

Итак, 340 А > 259,63 А.

2. По термическому действию тока короткого замыкания.

Определяем действительное время короткого замыкания

 

 (2.22

 

Определим периодическую составляющую для приведенного времени тока короткого замыкания:

для , так как действительное время К.З. больше 1 с, то определения апериодической составляющей не требуется.

 

(2.23)

 

Таким образом, сечение кабеля, выбранного по нагреву, удовлетворяет условию нагрева током короткого замыкания.

Отметим тот факт, что определение термической устойчивости определялось по току короткого замыкания на шинах подстанции, что является некоторым допущением. Однако найденное значение тока короткого замыкания на шинах РУ -10 кВ не приведет к противоречию между выбором сечения, так как ток в этом случае получится несколько ниже.

В данном случае введения поправочных коэффициентов не требуется

Определим минимальное сечение термической стойкости кабельной линии:

для этого необходимо составить схему замещения рассматриваемого случая:

 

Рисунок 2.4 - Схема замещения

 

На рисунке 2.4 изображена схема замещения для расчета токов короткого замыкания сети выше 1 кВ. Точки короткого замыкания определены соответственно на шинах РУ - 10 кВ, а также у выводов обмоток высшего напряжения у трансформаторов КТП (ввиду однотипности кабельных линий к КТП выбрано 3 точки короткого замыкания, так как расчет для параллельно работающих кабелей будет однотипным).

Считаем, что ЭДС источников питания неизменны. Здесь необходимо отметить, что ничего общего нет между нахождением сопротивления системы бесконечной мощности, которая приравнивается к нулю в сетях высшего напряжения, когда источник короткого замыкания приближен к месту короткого замыкания и нахождением сопротивления по заданному току короткого замыкания на шинах подстанции.

Учитывая то, что в сетях промышленных предприятиях обычно периодическая составляющая считается неизменной, то . Следовательно, по этим данным можно приблизительно оценить мощность питающей системы. Определим x_*расч :

x_*расч = 0,6 (по таблицам справочников).

 

 (2.24)

 

Учитывая тот факт, что сверхпереходные значения токов короткого замыкания для двух источников одинаковы, следовательно, и мощности питающих систем одинаковы. Очевидно, что источники работают параллельно при отключенных секционных разъединителях, следовательно, будем рассматривать работу двух источников раздельно.

Определим ток короткого замыкания в точке К₁:

Определяем сопротивление системы:

За значение базисной мощности в электроустановках напряжением выше 1 кВ рекомендуется принимать S_б = 10000 МВА.

U_б = 6,3 кВ.

Определяем базисный ток:

 

(2.25

 

Кабельная линия от ЗРУ подстанции до проектируемого распредустройства:

 

 (2.26)

(2.27

Определим сопротивление системы:

 

 (2.28)

 

Действительно, если проверить кабель (от ПС до РУ) на термическую стойкость по данному значению то минимальное сечение будет несколько меньше, чем рассчитанное выше.

Определим постоянную времени:

 

 (2.29)

К_у = 1,351

(2.30)

 

Определим ток короткого замыкания в точке К₂ (для КТП №1).

Для этого кабеля определим (по таблицам справочников или из технических данных) удельные активные и реактивные сопротивления:

R_уд150 = 0,206 Ом/км; X_уд150 = 0,074 Ом/км.

Определим ток короткого замыкания на выводах высшего напряжения трансформатора:

 

 

Определим суммарное сопротивление до точки К₂:

 

 

Активные сопротивления учитывались в обоих случаях, так как не выполнялось условие: R_* < X_*/3.

Ток короткого замыкания в точке К₂:

 

 

Постоянная времени:

 

 

Ударный коэффициент:

 

 

Ударный ток короткого замыкания:

 

 

Время действия защиты для РУ - 10 кВ (ступень селективности) примем равным 0,5 с.

Собственное время отключения выключателя примем 0,015 с (для выключателя ВВ/TEL).

Действительное время К.З. составит:

 

 

Приведенное время для апериодической составляющей составит приблизительно 0,05 с.

Для систем с источниками питания, ЭДС которых неизменна во времени, можно считать, что t_п.п = t_д .

Таким образом, приведенное время К.З:

 

.

 

Минимальное сечение по условию нагрева током короткого замыкания:

 

 

Ближайшее меньшее стандартное сечение: 50 мм ².

По экономической плотности тока:

 

 

Стандартное ближайшее сечение 150 мм ².

По потере напряжения проверять кабель не имеет смысла по причине небольшой длины.

Кабель работающий параллельно к двухтрансформаторной КТП №1 выбирается аналогично.

Определим токи короткого замыкания в точках К₃ .

 

 

Постоянная времени:

 

 

Ударный коэффициент:

 

 

Ударный ток короткого замыкания:

 

 

Определим токи короткого замыкания в точках К₄:

 

 

Постоянная времени:

 

 

Ударный коэффициент:

 

 

Ударный ток короткого замыкания:

 

 

Проверяем выбранные кабели на термическую устойчивость:

Минимальное сечение для кабеля второй КТП по условию нагрева током короткого замыкания определяется аналогично выбору термически стойкого сечения для КТП №1.

Ближайшее меньшее стандартное сечение: 50 мм ². По экономической плотности тока:

 

Стандартное ближайшее сечение 150 мм ².

По потере напряжения проверять кабель не имеет смысла по причине небольшой длины.

По экономической плотности тока:

 

 

Стандартное ближайшее сечение 150 мм ²

Проверим кабель по потере напряжения:

 

 

Потери напряжения незначительны.

Расчет токов короткого замыкания проводился в относительных единицах. Расчет для кабельной линии длиной 1, 76 км проводится аналогично, поэтому приведем значения токов короткого замыкания без расчетных формул.

Итак, ток короткого замыкания на второй шине составит: 7,39 кА, действительно, так как линия короче, то ток будет несколько выше. Причем активным сопротивлением в данном случае принебрегли. Ударный ток короткого замыкания при коэффициенте ударном 1,4 составил на шине 14,7 кА.

Составим итоговую таблицу расчета токов короткого замыкания:

 

Таблица 2.1- Расчета токов короткого замыкания

Место расчета тока короткого замыкания	От источника ПС №1		От источника ПС №2
	Iп,кА	iуд,кА	Iп, кА	iуд,кА
Шины РУ-10 кВ	6,9	13,2	7,39	14,7
Ввод трансформатора КТП №1	6,8	12,9	7,36	14,3
Ввод трансформатора КТП №2	6,3	11,1	6,5	11,7
Ввод трансформатора КТП №3	5,8	9,8	6	10,2

 

Результаты полностью соответствуют теоретическим положениям. Действительно, чем меньше сопротивление, тем больше ток. Результаты в первом и во втором случае отличаются незначительно.

Действительно, наибольшее минимальное сечение термически устойчивое к току короткого замыкания составит:

 

(2.31)