7. Расчет токов короткого замыкания

7.1 Расчет трехфазных КЗ

При проектировании и эксплуатации электрических установок и систем для решения технологических вопросов требуется произвести расчет переходных процессов и в частности процессов при внезапном коротком замыкании. Рассмотрим режим трехфазного КЗ как наиболее тяжелый, с наибольшими токами. К числу задач для практического решения, которых производятся, такие расчеты относятся:

· Составление, оценка и выбор схем электрических соединений, как отдельных установок, так и системы в целом. Выбор аппаратов и проводников и их проверка по условиям работы при коротких замыканиях.

· Проектирование и установка устройств релейной защиты.

· Определения условий несинхронного включения синхронных машин, и включения их методом самосинхронизации.

· Конструктивные решения элементов распределительных устройств.

· Выбор числа и мощности дугогасящих реакторов.

· Проектирования и проверка защитного заземления.

Каждый из практических методов расчета электрических переходных процессов в частности процесса при КЗ основаны на некоторых допущениях.

Расчет проводим в режиме: когда питание ГПП осуществляется от РПС по ЛЭП 110кВ через ТРДН25000/110 при выключенном секционном выключателе. В качестве расчетных принимаем следующие точки КЗ:

К-1 для выбора оборудования на стороне 110кВ ГПП

К-2 для выбора оборудования на стороне 10кВ ГПП.

Для выбора и проверки электрооборудования необходимо определить:

1. начальное значение периодической составляющей тока КЗ (сверхпереходный ток)

2. значение ударного тока КЗ для проверки электрических аппаратов на электродинамическую стойкость

3. действующее значение установившегося тока КЗ для проверки электрических аппаратов на термическую стойкость.

4. мощность КЗ для проверки выключателей по отключающей способности.

7.2 Расчет параметров схемы замещения

Схема замещения для расчёта токов короткого замыкания.

Рис.4 Схема замещения.

Ом (исходные данные);

,

где (Ом/км), удельное сопротивление ЛЭП;

, где

U_н - номинальное линейное сопротивление трансформатора с высшей стороны (110 кВ);

- номинальная мощность трансформатора в МВА, = 25MВА;

где х₀ = 0,057 Ом/км, удельное сопротивление кабельной линии.

Определяем трёхфазные токи короткого замыкания в точках (К-1, К-2 и К-3) по формуле:

, где

- среднее напряжение ступени равное 115 кВ;

- суммарное сопротивление до точки КЗ.

Определяем трёхфазный ток КЗ в точке К-1:

Определяем ток трёхфазного КЗ в точке К-2:

Приводим этот ток КЗ к напряжению 10,5кВ:

Определяем ток трёхфазного КЗ в точке К-3:

Приводим этот ток КЗ к напряжению 10 кВ:

Определяем ударные токи КЗ (амплитудное значение с учётом апериодической составляющей) в точках К-1, К-2, К-3:

, где

- ударный коэффициент, зависящий от схемы сети, мощность системы и места КЗ, = 1,7.

Ударный ток:

в точке К-1:

в точке К-2:

в точке К-3:

Значения токов КЗ и ударных токов сводим в таблицу 13.

Таблица 13.

8. Выбор оборудования ГПП

8.1 Общие положения

Электрические аппараты, изоляторы и токоведущие устройства работают в условиях эксплуатации в трех режимах:

· в режиме длительной нагрузки;

· в режиме перегрузки;

· в аварийном режиме короткого замыкания.

В длительном режиме надежная работа аппаратов обеспечивается правильным выбором их по номинальному напряжению и номинальному току.

В режимах перегрузки надежная работа аппаратов и других устройств обеспечивается ограничением величины и длительности повышения напряжения и тока в таких пределах, при которых еще гарантируется нормальная работа электрических устройств за счет запаса прочности. В режимах КЗ надежная работа аппаратов обеспечивается соответствующим выбором параметров устройств по термической и электродинамической стойкости.

Для выключателей, предохранителей нагрузки добавляется условия выбора их по отключающей способности.

Выбранные аппараты должны отвечать требованиям технико- экономической целесообразности. Основные условия выбора электрооборудования:

1. По роду установки -наружная или внутренняя.

2. По номинальному напряжению.

3. По номинальному току.

4. По электродинамической стойкости.

5. По термической стойкости.

Где:

- предельный ток термической стойкости по каталогу,

- длительность протекания тока термической стойкости,

- расчетное время действия КЗ.

6. По отключающей способности.

Фактическое время действия токов КЗ необходимое для проверки электрооборудования и сечения кабельных линий на термическую стойкость, определяется временем действия релейной защиты () собственным временем срабатывания выключателя () и временем дуги ()по формуле:

где

= 0,5 с -выдержка времени защиты, расположенной ближе к источнику питания по сравнению с защитой, имеющей меньшую выдержку времени. Для цеховых ТП как для первого участка защищаемой сети защита имеет выдержку времени равную нулю. Время срабатывания выключателя 0,055с, время срабатывания токового реле 0,02с. Время горения дуги 0,002с, при расхождении контактов выключателя - будут составлять полное время отключения первогоучастка:

Время отключения вводного выключателя ГПП состоит из следующих составляющих:

Время отключения трансформатора ГПП со стороны 110кВ определяется следующим образом:

8.2 Выбор оборудования на напряжение 110 кВт

8.2.1 Выключателей

Выбор выключателя Q2,Q5(Q1,Q4).

Выбор выключателя Q2,Q5(Q1,Q4) в цепи силового трансформатора Т1 мощностью 25 МВА с учётом 40 % перегрузки.

В нормальном рабочем режиме через выключатель протекает ток

Определяем расчётный ток утяжелённого режима:

Расчётным током КЗ является ток на шинах высшего напряжения в точке К-1.

Выключатели распределительных устройств напряжением 35 кВ и выше выбираются обычно однотипными для всех цепей данного распределительного устройства и проверяются по наиболее тяжёлым условиям КЗ. К установке принимаем выключатель маломасляный трёхполюсный типа ВМТ-110-20/1000 с собственным временем отключения t_св = 0,04 с. Привод к выключателю пружинный типа ППК-2300. Расчётное значение периодической составляющей тока КЗ:

(удалённое КЗ).

Расчётное время

ф = t_з,min+ t_св = 0,01+0,04=0,05 с.

Апериодическая составляющая тока КЗ для ветви от энергосистемы:

, где

Т_а = 0,02; е=2,7 - натуральное число.

Завод-изготовитель гарантирует выключателю апериодическую составляющую в отключаемом токе для времени ф

, где

= 0,25 - , для ф = 0,05 с.

Тепловой импульс, выделяемый током КЗ:

, где

t_отк = t_р.з + t_с.в = 0.1 + 0,08 = 0,18 с ;

где T_а = 0,02;

t_р.з- время действия основной защиты трансформатора равное 0,1 с;

t_с.в- полное время отключения ВМТ-110-20/1000, равное 0,08 с.

Все расчётные и каталожные данные сводим в таблицу 14.

Выбираем разъединитель QS3 типа РНДЗ-2-110/630 привод ПРН-220М.

Таблица14

8.2.2 Трансформатора напряжения

Выбор трансформаторов напряжения TV1, TV2.

Выбираем TV1,TV2:

- по номинальному напряжению - U_уст ? U_ном принимаем U_ном = 110 кВ;

- по конструкции (наружной установки) и схеме соединения обмоток. Принимаем три однофазных трансформатора напряжения типа НКФ-110, соединённых с первичной стороны в звезду с заземлённой нейтралью;

- по классу точности кл.0,5;

- по вторичной нагрузке - не проверяем, так как в ОРУ-110 первой и второй секциях шин 110 кВ только лишь по одному присоединению (Т1 и Т2).

Таким образом, принимаем к установке TV1 и TV2 трансформаторы напряжения типа НКФ-110.

8.2.3 Трансформаторов тока

Выбор трансформаторов тока ТА1 и ТА2.

Выбор трансформаторов тока ТА1, он устанавливается в ОРУ-110 кВ в цепи силового трансформатора и предназначен для устройств релейной защиты, измерений электрических величин (тока, активной и реактивной мощности, для измерения активной и реактивной энергии).

Поэтому предусматривается трансформатор тока на номинальное напряжение 110 кВ в открытых распределительных устройствах (наружной установки) типа ТФЗМ 110-У1 (трансформатор тока, с фарфоровой покрышкой, для защит).

Сравнение расчётных и каталожных данных заносим в таблицу 15.

Таблица 15

Таким образом выбираем трансформатор тока в цепи силового трансформатора с высокой стороны ТФМЗ-110-400/5.

8.2.4 Разрядников (ограничителей перенапряжения)

Выбор разрядников (ограничителей перенапряжения) FV1, FV5

Высоковольтные разрядники (ограничители перенапряжения) выбираются:

- по номинальному напряжению - U_уст ? U_ном ;

- по конструктивному исполнению (для закрытых или открытых установок).

8.3 Выбор электрооборудования на напряжение 10 кВ

8.3.1 Разъединителей

Выбор разъединителя QS4,QS7.

Выбор разъединителя QS4 в цепи трансформатора собственных нужд мощностью S_н = 40 кВА.

Разъединитель выбирается:

- по номинальному напряжению - U_уст ? U_ном ;

- по номинальному длительному току - I_{раб.утяж} ? I_ном

;

2,31 А <200 А.

- по конструкции. Разъединитель QS4 должен быть наружной установки.

Предварительно выбираем РЛНД-1-10/200 У1. Это разъединитель линейный, наружной установки, двухколонковый, с одним заземляющим ножом (ножи медные), на U_н = 10 кВ, I_ном = 200 А (с медными ножами).

Проверяем по электродинамической стойкости или по предельному сквозному току:

10,4кА < 25 кА

= 10,4 кА = 25 кА

Таким образом, выбранный разъединитель РЛНД-1-10/200 У1 удовлетворяет расчётным и каталожным данным и принимается к установке.

8.3.2 Выбор трансформаторного выключателя Q3,Q6

Выбор трансформаторного выключателя с низкой стороны - 10 кВ (Q3) по следующим условиям:

- по номинальному напряжению - U_уст ? U_ном принимаем U_ном = 10 кВ;

- по номинальному току - I_{раб.утяж} ? I_ном.

Определяем:

с учётом 40 % перегрузки силового трансформатора.

Предварительно намечаем к установке в РУ вакуумных выключателей отечественного производства типа ВВЭ-СМ-10-31,5/2500 У3, у этого выключателя I_ном = 2500 А; I_утяж ? I_ном2021<2500 (А).

Собственное время отключения выключателяt_с.в =0,05 с; расчётное время

ф = t_{з. min}+ t_с.в= 0,01+0,055=0,065 с.

Расчётное значение периодической составляющей тока КЗ:

I_п,ф = I_п,0 = 16,9 (кА)

Апериодическая составляющая тока КЗ:

Завод-изготовитель гарантирует выключателю апериодическую составляющую в отключаемом токе для времени ф.

, где

, для ф = 0,065 с в = 0,1.

Проверяем выключатель на электродинамическую стойкость:

Тепловой импульс, выделяемый током КЗ:

Здесь t_отк = t_р.з + t_С.В.= 0.1 + 0,08 = 0,18 с

t_С.В= 0,08 с полное время отключения ВВЭ-СМ-10-31,5/2500 У3.

Все расчётные и каталожные данные сводим в таблицу 17.

Таблица 17.

Как видно из таблицы 3 все каталожные данные больше расчетных параметрам. Следовательно, вакуумный выключатель в цепи трансформатора 25 МВА ВВЭ-СМ-10-31,5/2500 У3выбран правильно.

Выбор секционного выключателя QB1.

Выбор секционного выключателя QB1 производится по следующим показателям:

- по номинальному напряжению - U_уст ? U_ном принимаем U_ном = 10 кВ;

- по номинальному току - I_{раб.утяж} ? I_ном.

Определяем ток при подключении секции к трансформатору, мощность подключаемая к секционному выключателю будет равна загрузке Т1 (Т2) в рабочем режиме, т.е. 0,6 S_{н тр-ра}, поэтому:

Предварительно намечаем к установке в РУ-10 кВ вакуумный выключатель ВВТЭ-М-10-20/1000, у этого выключателя I_ном = 1000 А,

I_утяж ? I_ном , 866 < 1000 А

Привод электромагнитный, собственное время отключения выключателя t_с.в = 0,055 с, расчётное время ф = t_з.min+ t_с.в = 0.5 + 0.055 = 0.555c, t_з.min = 0,5 с (для секционного выключателя).

Расчётное значение периодической составляющей тока КЗ:

I_п,ф = I_п,0 = 10,4 (кА)

Апериодическая составляющая тока КЗ:

Постоянная времени Т_а = 0,03 с.

Завод-изготовитель гарантирует выключателю апериодическую составляющую в отключаемом токе для времени ф. При ф? 70 мс, в = 0, да и по кривой рис. 3 видно .

Рис. 3.

Проверяем выключатель на электродинамическую стойкость:

Тепловой импульс, выделяемый током КЗ:

Здесь t_отк = t_р.з + t_С,В = 0,5 + 0,08 = 0,58 с

t_С.В = 0,065 с полное время отключения ВВТЭ-М-10-20/1000.

Все расчётные и каталожные данные сводим в таблицу 18.

Таблица 18.

Секционный выключатель выбран правильно, расчётные параметры соответствуют каталожным данным.

Выбор линейного выключателяQ7.

Выбор линейного выключателя наиболее загруженной линии Q7 по следующим показателям:

- по номинальному напряжению - U_уст ? U_ном принимаем U_ном = 10 кВ;

- по номинальному току - I_{раб.утяж} ? I_ном.

В качестве самой нагруженной линии выбираем линию, отходящую от ГПП на литейный цех с ДСП-5, расчётная мощность которого 9443,1кВА.

Определяем:

Предварительно намечаем к установке в РУ-10 кВ для наиболее загруженной линии вакуумный выключатель ВБСК-10-20/630 УХЛ2,

I_утяж ? I_ном , 545 А < 630 А.

Привод электромагнитный, собственное время отключения выключателя t_с.в=0,055 с; расчётное времяф = t_{з. min}+ t_с.в= 0,01+0,055=0,065 с, t_{з. min} = 0,01 с (так как на кабельных и воздушных линиях устанавливается токовая отсечка).

Расчётное значение периодической составляющей тока КЗ:

I_п,ф = I_п,0 = 16,9 (кА)

Апериодическая составляющая тока КЗ:

Завод-изготовитель гарантирует выключателю апериодическую составляющую в отключаемом токе для времени ф.

, где

определяется по кривой рис. 2, для ф = 0,065 с в = 0,1.

В связи с тем, что апериодическая составляющая тока КЗ

= , а завод-изготовитель гарантирует , то допускается проверка по отключающей способности производить по полному току КЗ:

Проверяем это неравенство:

25,4 кА <31,1 кА - условие соблюдается.

Проверяем выключатель на электродинамическую стойкость:

Тепловой импульс, выделяемый током КЗ:

Здесь t_отк = t_р.з + t_С.В= 0,1 + 0,08 = 0,18 с

t_С.В = 0,08 с полное время отключения ВВТЭ-М-10-20/630 У3.

Все расчётные и каталожные данные сводим в таблицу 19.

Таблица 19.

Из таблицы следует, что линейный выключатель для наиболее загруженной линии выбран правильно, все расчётные данные соответствуют каталожным данным выключателя ВБСК-10-20/630 УХЛ2.

8.3.3 Выбор трансформатора напряжения

Выбор трансформаторов напряжения TV3,TV4.

Трансформатор напряжения на сборных шинах 10 кВ предназначен для питания параллельных катушек измерительных приборов и для контроля изоляции в сетях с малыми токами замыкания на землю, поэтому целесообразно использовать трансформатор напряжения типа НАМИТ-10. Трансформатор напряжения устанавливается на каждой секции сборных шин 10 кВ и к нему подключаются только измерительные приборы всех присоединений секции (число линий = 7, плюс присодинение силового трансформатора, итого 8 присоединений), а также приборы контроля изоляции сети 10 кВ.

Согласно однолинейной схемы ГПП-110/10кВ к TV3(TV4) подключаются:

Таблица 20

Вторичная нагрузка .

Выбранный трансформатор напряжения НАМИТ-10 имеет номинальную мощность в классе 0,5 ( = 120 ВА).

Таким образом,=96< = 120 ВА, трансформатор напряжения будет работать в выбранном классе точности.

8.3.4 Выбор трансформатора тока для наиболее загруженной линии

Выбор трансформатора тока ТА7в цепи наиболее загруженной линии.

Расчёт производится в той же последовательности, что и ТА1 и ТА3:

- по номинальному напряжению - U_уст ? U_ном принимаем U_ном = 10 кВ;

- по номинальному току - I_{1 ном} ? 1,2•I_{раб.утяж} ,

определяем:

принимаем ближайший стандартный первичный номинальный ток трансформатора тока , номинальный вторичный ток 5А, K_I= 750/5;

- по конструкции. Трансформатор тока устанавливается в комплектных распределительных устройствах КРУ, в выкатных тележках.

На основе этого принимаем трансформатор тока ТОЛ-10-1-750/5.

Сравнение расчётных и каталожных данных заносим в таблицу 21.

Таблица 21

Следовательно, выбранный трансформатор тока, для наиболее загруженной кабельной линии, ТОЛ-10-1-750/5выбран правильно.

8.3.5 Выбор трансформаторов тока

Выбор трансформаторов тока в цепи силового трансформатора с низкой стороны (ТА3,ТА6).

ТА3 устанавливается в комплектных распределительных устройствах (КРУ). Трансформаторы тока серии ТПЛ-10-1(трансформатор тока с литой изоляцией, конструкция проходной) предназначены для передачи сигнала измерительной информации измерительным приборам и устройствам защиты и управления, а также для изолирования цепей вторичных соединений от высокого напряжения в комплектных распределительных устройствах переменного тока на класс напряжения до 10 кВ. Определяем первичный номинальный ток ТА3.

Принимаем = 4000 А.

Сравнение расчётных и каталожных данных заносим в таблицу 23.

Таблица 23

Каталожные данные трансформатора тока удовлетворяют расчётным.

Окончательно выбираем трансформатор тока ТА3(TA6)типа ТЛП-10-1.

8.3.6 Выбор предохранителей

FU1,FU2 в цепи трансформатора собственных нужд

Высоковольтные предохранители выбираются:

- по номинальному напряжению - U_уст ? U_ном принимаем U_ном = 10 кВ;

- по номинальному току плавкой вставки, где

I_ном.п.в = (1,5ч2) I_ном = 2 • 2,31 = 4,62 (А) , где

Принимаем I_ном.п.в =8 А, выбираем предохранитель ПК1-10-8-20У1.

Предохранитель проверяется по предельному отключающему току

, где

- ток трёхфазного короткого замыкания в месте установки предохранителя = 9 кА, = 20 кА, 20 кА >9 кА.

Предохранитель ПКТ 101-10-8-20 У1 выбран правильно.

FU3,FU4 в цепи трансформатора напряжения выбираем по

- по номинальному напряжению - U_уст ? U_ном;

- по конструкции, роду установки.

Предохранители ПКН 001-10, номинальное напряжение этого предохранителя 10кВ.

Так как 10кВ =10кВ то предохранитель ПКН 001-10У3 выбран правильно

Вывод

В данной курсовой работе разработана система электроснабжения станкостроительного завода в пределах 110/10кВ.

Произведен расчет и выбор трансформаторов ГПП. Выбраны трансформаторы ТРДН-25000/110 в количестве 2-х штук. Произведен расчет и выбор трансформаторов цеховых 10/0,4кВ. Осуществлен выбор защиты ГПП. Рассчитаны нагрузки цехов, центр нагрузок, относительно которого осуществлялось размещение ГПП. Рассчитаны кабельные линии, выбраны сечения кабелей.

Литература

1. «Расчет системы внутризаводского электроснабжения промышленных предприятий», Рассоха Д.П., Таганрог,2010г.

2. «Внутризаводское электроснабжение и режимы» (Часть 1, 2) 2005г.

3. «Справочник электрика», Киреева Э.А. и Цырука С.А., 2007г.

4. Методическое указание по выполнению к выполнению курсовой работы по предмету «Высоковольтные аппараты»,составитель: И. А. Тибейко Таганрог 2010г.

5. Учебник пособие «Электрические и электронные аппараты», Разынов Ю.К., Москва 2001г.

6. Учебное пособие «Электрические и электронные аппараты», Часть II,И.О.Бекетова, Таганрог 2007г.

7. Правила устройства электроустановок (ПУЭ), М., Энергоатомиздат, 1988 г.

8. Интернет:

www.avkenergo.ru - каталог электротехнической продукции;

www.vectoralfa.biz - электротехнический интернет-портал;

www.forca.ru - электроэнергетика, оборудование, документация.

Размещено на Allbest.ru