Расчет токов короткого замыкания для выбора аппаратов

4. Расчет токов короткого замыкания для выбора аппаратов.

          Расчеты токов короткого замыкания производятся для выбора параметров электрооборудования. Наиболее объемного расчета токов короткого замыкания требует выбор выключателей. Для этого рассчитываются значения периодической составляющей тока короткого замыкания для начального момента времени  I_П0 и к моменту расхождения контактов выключателя I_Пτ, апериодическую составляющую i_аτ , ударный ток i_уд.

          Составим для рассматриваемой части энергосистемы расчетную схему.

Под расчетной схемой понимают упрощенную однолинейную схему электроустановки с указанием всех элементов и их параметров, которые влияют на ток короткого замыкания и поэтому должны быть учтены при выполнении расчетов. Также на данной схеме указываются расчетные точки короткого замыкания.

          Точки замыкания должны быть выбраны таким образом, чтобы через проверяемое оборудование протекал наибольший возможный ток короткого замыкания.

          В целях упрощения расчетов для каждой электрической ступени в расчетной схеме указывается среднее напряжение.

       

Рисунок 24 – Расчетная схема КЭС

                                                                             Таблица 9.

Параметры трансформаторов и автотрансформаторов.

Тип трансформатора	Sном, МВА	Uk,%
ТДЦ-400000/220/20	400	11
ТЦ-1000000/500/24	1000	14,5
3хАОДЦТН-267000/500/220	3х267	Uk_вн-сн=11,5%
		Uk_вн-нн=37%
		Uk_сн-нн=23%

          В соответствии с расчетной схемой составим схему замещения для расчета токов короткого замыкания. Схемой замещения называют электрическую схему замещения, в которой все магнитные связи заменены электрическими.

       Для составления схемы замещения рассчитаем её параметры.

          Расчет цепей с несколькими уровнями напряжения удобнее выполнять в относительных базисных единицах. Примем величину базисной мощности равной  S_б= 1000 МВА. Напряжение на шинах принимаем равным среднему номинальному напряжению ступени: 20 ; 24; 230; 515 кВ.

          Расчет параметров схемы замещения:

1)  сопротивления генераторов, подключенных к РУ 220 кВ:

;

2)  сопротивления генераторов, подключенных к РУ 500 кВ:

3)  сопротивления трансформаторов блока, присоединенных к шинам РУ 220 кВ:

;

4)  сопротивления трансформаторов блока, присоединенных к шинам РУ 500 кВ:

;

5)  Для расчета сопротивлений автотрансформаторов проведем расчет U_k%  для каждой ступени напряжения:

;

;

сопротивления автотрансформаторов:

;

;

;

6)  для линий электропередач, с помощью которых осуществляется связь с системой на напряжении 500 кВ, принимаем удельное индуктивное сопротивление равным 0,3 Ом/км. Тогда сопротивление линии:

;

7)  сопротивление системы:

8)  ЭДС генераторов блока подключенных к РУ 220 кВ:

 

9)  ЭДС генераторов блока, подключенных к РУ 500 кВ:

Рисунок 25 – Схема замещения для расчета токов короткого замыкания

4.1. Расчет тока короткого замыкания в токе К3

(выводы генератора, подключенного к РУ 220 кВ).

Рассмотрим короткое замыкание в точке К3.  

Рисунок 26 –Схема замещения для расчетной точки К4

Путем постепенных преобразований приведем схему замещения к виду двухлучевой звезды.

Суммарное сопротивление генератора Г2 и трансформатора блока РУ 220 кВ:

 ;

Суммарное сопротивление генератора Г3 и обмотки низкого напряжения автотрансформатора блока:

 

Ввиду отдаленности генераторов Г3, Г4, Г5, Г6 считаем, что напряжение на их выводах постоянно, т.е. E’’=1 и в дальнейшем объединяем с ЭДС системы.

Поскольку автотрансформаторы блока работают параллельно, тогда  эквивалентное сопротивление генераторов и обмоток низкого напряжения АТБ:

.

Эквивалентное сопротивление обмоток высокого напряжения автотрансформатора блока:

Суммарное сопротивление генератора и трансформатора блока РУ 500 кВ:

 .

Эквивалентное сопротивление генераторов и трансформаторов блока

РУ 500 кВ:

Эквивалентное сопротивление линий связи с системой:

Эквивалентное сопротивление линий связи и системы:

Эквивалентное сопротивление линий связи, системы, генераторов и трансформаторов РУ 500 кВ:

Эквивалентное сопротивление линий связи, системы, генераторов и трансформаторов РУ 500 кВ, обмоток высокого напряжения АТБ:

Эквивалентное сопротивление линий связи, системы, генераторов и трансформаторов РУ 500 кВ, обмоток высокого напряжения АТБ, обмоток низкого напряжения АТБ:

Эквивалентное сопротивление линий связи, системы, генераторов и трансформаторов РУ 500 кВ, обмоток высокого напряжения АТБ, обмоток низкого напряжения АТБ, генератора Г2 и трансформатора РУ 220 кВ:

Значение эквивалентной ЭДС генератора Г2 и ЭДС системы:

Эквивалентное сопротивление линий связи, системы, генераторов и трансформаторов РУ 500 кВ, обмоток высокого напряжения АТБ, обмоток низкого напряжения АТБ, генератора Г2 и трансформатора РУ 220 кВ, трансформатора блока генератора Г1:

Исходная расчетная схема после данных преобразований принимает вид:

Рисунок 27 – Эквивалентная схема замещения для расчета тока короткого замыкания в точке К3

Расчет тока короткого замыкания произведем по ветвям:

от генератора Г1:

;

от системы и генераторов Г2-Г6:

.

          Максимальное мгновенное значение полного тока наступает через 0,01 с после начала короткого замыкания, которое носит название ударного тока. Расчет  значения ударного тока требуется для последующей проверки выбранного электрооборудования на электродинамическую стойкость.

Значение ударного тока определяется как:

,

где k_у – ударный коэффициент, зависящий от постоянной времени затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания. Для упрощения расчета воспользуемся средними значениями T_a и k_у, приведенными в таблице 3 [1, стр.19].

Для ветви генератора Г1 примем значение k_у=1,975, Т_а=0,45 с.

.

Для ветви системы и генераторов Г2-Г6 значение k_у=1,9, Т_а=0,15 с.

.

Значения периодической и апериодической составляющих тока короткого замыкания для времени t>0 необходимо знать для выбора тока отключения выключателя.