Электроснабжение машиностроительного завода

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 9.1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10. РАСЧЁТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

Проверка правильности выбора аппаратов и проводников напряжением  

6 – 35 кВ производится по току  трёхфазного короткого замыкания (к.з.), а напряжением 110 кВ и выше  – по току трёхфазного и  однофазного к.з. Расчёт токов  к.з. производят в основных коммутационных  узлах схемы электроснабжения. Для  определения наибольшего возможного  тока к.з. в каждом узле следует  считать включенными все генераторы  в системе, все трансформаторы  и линии электропередачи (ЛЭП) подстанции.

Схема замещения для расчёта токов к.з. представлена на рисунке 10.1

 

10.1 Проверка КЛ на термическую  стойкость

Расчёт токов к.з. осуществляется в относительных единицах. Принимается за базисные величины Sс = Sб = 1200 МВА и среднее напряжение ступени  с точками к.з. Uб1 = 115 кВ, Uб2 = 10,5 кА.

Рисунок 10.1 Схема замещения для расчётов токов короткого замыкания

Базисный ток определяется по формуле:

 

Тогда для ступени ВН:

 

для ступени НН:

 

Расчёт тока КЗ в точке К1.

Сопротивление системы в относительных единицах

 

где xсб – сопротивление системы в относительных базисных единицах;

      xс – сопротивление в о.е. xс = 0,4 о.е.

 

индуктивное и активное сопротивление ЛЭП

 

 

где r0 и x0 – удельные активное и реактивное сопротивления ЛЭП, принимаются по таблице 7.38 /14/ для АС70/11: r0 = 0,428 Ом/км,

x0 = 0,444 Ом/км;

       l – длина ЛЭП, l = 8 км.

 

 

суммарные активные и реактивные сопротивления до точки К1

 

 

Расчётное сопротивление до точки К1

 

 

Ток трёхфазного КЗ в точке К1

 

где Кт – кратность тока КЗ;

      Iб – базисный ток ступени напряжения, где определяется ток КЗ.

 

 

По кривым кратностей тока, рисунок 4.3 /11/, определяются кратности токов для времени КЗ: t = 0с, t = 0,055с, t = ∞.

Кт0 = 0,89, Кт0,055 = 0,85, Кт∞ = 1,02

Iпоt=0 = 6,025*0,89 = 5,362 кА,

Iпоt=0,055 = 6,025*0,85 = 5,121 кА,

Iпоt=∞ = 6,025*1,02 = 6,145 кА.

Ударный ток

 

где Куд – ударный коэффициент, определяется по таблице 2.45/9/, Куд=1,8;

       Iпо выбирается при t = 0с.

 

Расчёт тока КЗ в точке К2

Активное и реактивное сопротивление трансформатора на ГПП

 

 

 

 

Суммарные сопротивления до точки К2

 

 

 

 

т.к. rΣ2 < xΣ2 , то активное сопротивление не учитывается.

Ток трёхфазного КЗ в точке К2

 

где Ес – ЭДС источника, в данном случае системы, принимается равной 1, т.к. система является источником бесконечной мощности;

      Iб2 – базисный ток для ступени НН.

 

Постоянная времени КЗ

 

где ω – промышленная частота напряжения сети ω = 314 рад/с.

 

Ударный коэффициент

 

 

Ударный ток

 

Проверка сечений КЛ, отходящих от ГПП на стойкость к токам КЗ

 

где Smin – минимальное термически стойкое сечение кабеля;

      С – тепловая функция при  номинальных параметрах, С = 94 А*с2/мм2 по таблице 2.72/9/ для кабелей с алюминиевыми жилами и бумажной изоляцией;

      tпп – приведённое время для периодической составляющей тока КЗ, определяется по рисунку 4.8/9/ для β” = 1 и tπ;

      tп – время действия релейной защиты.

 

где tсв – время отключения выключателя на районной подстанции, tсв=0,055 с;

      tсх – время срабатывания узлов схемы, tсх=0,05 с;

      tип – время пробега электромагнитного импульса по схеме,  tип=0,05с;

      tрз – время срабатывания РЗ, tрз=0,747 с.

 

 

 

Расчёт тока КЗ в точке К3

В этой точке необходимо учитывать подпитку от синхронных двигателей. Расчёт ведётся для двух источников раздельно: система и СД, найденные токи КЗ суммируются и определяется искомый.

Ток КЗ от системы

Активное и реактивное сопротивление КЛ определяются по формулам (10.3) и (10.4). КЛ на участке ГПП – РП1: l = 165 м., по таблице 7.28/14/ для F=120 мм2 r0 = 0,258 Ом/км, x0 = 0,12 Ом/км

 

 

Суммарные сопротивления до точки К3

 

 

т.к. rΣ3 < xΣ3/3=4,44, то активное сопротивление не учитывается.

Ток КЗ от системы

 

Постоянная времени КЗ

             

Ударный коэффициент Куд = 1,708.

Ударный ток

 

Ток подпитки от СД

По таблице 2.48/9/ определяются сверхпереходное реактивное сопротивление двигателя по продольной оси x`d = 0,137 в о.е., и постоянная времени Та = 0,04 с.

 

             

Активное сопротивление СД

 

 

Приведённое значение сверхпереходной ЭДС в начальный момент КЗ

 

 

КЛ на участке РП1 – СД: l = 18 м., для F = 25 мм2 по таблице 7.28/14/ r0= 1,24 Ом/км, x0 = 0,099 Ом/км

 

 

Суммарные сопротивления до точки К3

 

 

т.к. rΣ3 = 18,051 < xΣ3 / 3 = 74,564, то активное сопротивление не учитывается.

Ток КЗ от системы

      

Постоянная времени КЗ

 

Ударный коэффициент Куд = 1,774

Ударный ток

 

Суммарный ток КЗ в точке К3

 

 

Проверка сечений КЛ, отходящих от РП1 на стойкость к токам КЗ

tп = 0,4 с, tпп = 0,3 с

                 

Расчёт тока КЗ в точке К4

КЛ на участке ГПП – РП2: l = 260 м., для F = 120 мм2, r0 = 0,258 Ом/км, x0 = 0,12 Ом/км

 

 

Суммарные сопротивления до точки К4

 

 

т.к. rΣ4 = 1,737 < xΣ4 / 3 = 4,554, то активное сопротивление не учитывается.

Ток КЗ от системы

 

Постоянная времени КЗ

 

Ударный коэффициент Куд = 1,329

Ударный ток

 

Проверка сечений КЛ, отходящих от РП2 на стойкость к токам КЗ

tп = 0,4 с, tпп = 0,3 с

 

Расчёт тока КЗ в точке К5

КЛ на участке ГПП – РП3: l =405 м., по таблице 7.28/14/ для F = 150 мм2, r0 = 0,122 Ом/км, x0 = 0,079 Ом/км

 

 

Суммарные сопротивления до точки К5

 

 

т.к. rΣ5 = 1,545 < хΣ5 / 3 =4,557, то активное сопротивление не учитывается.

Ток КЗ от системы

 

Ударный коэффициент Куд = 1,7

Ударный ток

 

Проверка сечений КЛ, отходящих от РП3 на стойкость к токам КЗ

tп = 0,4 с, tпп = 0,3 с

 

Расчёт тока КЗ в точке К6

КЛ на участке ГПП – ТП7: l = 45 м., по таблице 7.28/14/ для F=35 мм2, r0 = 0,89 Ом/км, x0 = 0,095 Ом/км

 

 

Суммарные сопротивления до точки К6

,443  о.е.,

 

т.к. rΣ6 = 1,443 < хΣ6 /3 = 4,456, то активное сопротивление не учитывается.

Ток КЗ от системы

 

Постоянная времени КЗ

 

Ударный коэффициент Куд = 1,717

Ударный ток

 

Проверка сечений КЛ, отходящих от ТП7

tп = 0,9 с, tпп = 0,75 с

 

Расчёт тока КЗ в точке К7

КЛ на участке РП2 – ТП2:  l = 40 м., по таблице 7.28/14/ для F=50 мм2, r0 = 0,62 Ом/км, x0 = 0,09 Ом/км

 

 

Суммарные сопротивления до точки К7

 

 

т.к. rΣ7 = 2,007 < xΣ7 / 3 = 4,567, то активное сопротивление не учитывается.

Ток КЗ от системы

 

Постоянная времени КЗ

 

Ударный коэффициент Куд = 1,635

Ударный ток

 

Проверка сечений КЛ, отходящих от ТП2 на стойкость к токам КЗ

tп = 0,4 с, tпп = 0,3 с

 

Таблица 10.1 Проверка сечений КЛ на термическую стойкость к токам КЗ

Участок	Fст,мм2	Ток КЗ в начале участка, кА	Iуд, кА	Smin, мм2	Fст, мм2	Iдоп, А	I`доп, А
Шины ГПП		5,362	13,657
ГПП-РП1	120,00	4,953	12,529	45,63
РП1.1-ТП1а	50,00	4,874	11,775	30,48
ТП1а-ТП1в	50,00	4,731	9,895	28,96
РП1.1-ТП8а	25,00	4,537	9,123	24,43
ТП8а-ТП8в	16,00	4,312	9,036	23,56	25	90,00	105,30
РП1.1-СД	35,00	5,231	12,471	30,48
ГПП-РП2	120,00	4,953	12,529	45,63
РП2.1-ТП2а	50,00	4,83	9,078	28,14
ТП2а-ТП2в	35,00	4,793	9,008	27,93
ТП2в-ТП3а	35,00	4,696	8,987	27,062
ТП3а-ТП3в	16,00	4,601	8,959	26,98	35	115,00	149,50
РП2.1-ТП4а	25,00	4,83	9,078	28,14	35	115,00	149,50
ТП4а-ТП5а	16,00	4,816	8,987	28,062	35	115,00	149,50
РП2.1-АД	35,00	2,734	5,677	25,18
ГПП-РП3	150,00	4,953	12,529	45,63
РП3.1-ТП7а	35,00	4,827	11,605	28,13
ТП7а-ТП6а	16,00	4,743	9,923	27,636	35	115,00	149,50
ТП6а-ТП6в	16,00	4,691	9,341	27,463	35	115,00	149,50
РП3.1-ТП3г	35,00	4,782	9,965	27,864
ТП3г-ТП3е	16,00	4,703	9,801	27,403	35	115,00	149,50
РП3.1-ИП	70,00	4,827	11,605	28,13
ГПП-ДСП	70,00	4,953	12,529	45,63
ГПП-БСК	240	4,953	12,529	45,63

 

10.2 Проверка оборудования 110 и 10 кВ на устойчивость к токам КЗ

10.2.1 Компоновка РП

Схема электроснабжения предприятия имеет три РП. РП укомплектованы камерами типа КСО – 285. Все РП, включая РП ГПП, выполнены двухсекционными на напряжение 10 кВ. От РП ГПП запитаны РП1, РП2, РП3 и ДСП. От РП1 запитаны ТП1, ТП8 и СД. От РП2 запитаны ТП2, ТП3-I, ТП4, ТП5 и АД. От РП3 запитаны ТП7, ТП6, ТП3-I и ИП.

На каждой секции сборных шин РП установлены трансформаторы напряжения, служащие для измерительных приборов учёта, контроля электроэнергии и релейной защиты.

10.2.3 Компоновка ЦТП

В дипломном проекте  к установке применяются комплектные ТП с трансформаторами  на 250, 400 и 630 кВА. Тип: КТПГ – 250/10; КТПГ – 400/10; КТПГ – 630/10.

На стороне 10 кВ установлены шкафы ввода ШВВ – 3 в которых установлены выключатели нагрузки типа ВНРп – 10, а также силовые предохранители типа ПКТ 101-10.

На стороне 0,4 кВ приём и распределение энергии со шкафов ШНВ – 2К, в которых установлены выключатели ВА 55-43. Для секционирования шин 0,4 кВ, применяются шкафы типа ШНС-2 с секционными выключателями ВА 55-41.

10.2.4 Проверка оборудования на стороне 110 кВ

Компоновка ОРУ 110 кВ ГПП

При проверке на термическую стойкость используется выражение теплового импульса.

 

tоткл = tрз.max + tпв – время отключения короткого замыкания, с;

tрз.max = 1 с – максимальное время действия релейной защиты;

tпв = 0,06 с – полное время отключения выключателя;

Та = 0,055 с – постоянная затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания.

 

Рабочий максимальный ток

 

где n – число ЛЭП.

 

Рабочий форсированный ток

 

 

Выбор гибких шин

По формуле (6.1) определяется экономическое сечение шин

 

Принимаются по /14/ гибкие шины АС 70/11, Iдоп = 210 А.

Проверка выбранного сечения проводов

1) по  механической прочности минимальное  стандартное сечение по таблице 2.5.4/1/ равно 35 мм2;

2) по  условию короны минимальное сечение  определяется по таблице 2.5.6/1/ и  соответствует 70 мм2;

3) по  допустимому току в форсированном  режиме

 

4) т.к. iуд = 13,657 кА < 20 кА, то проверка на схлёстывание не производится, согласно 4.2.56/1/;

Выбранное сечение провода F = 70 мм2 соответствует всем требованиям.

Для выбора аппаратов необходимы следующие параметры: