Расчет токов КЗ и определение минимально допустимого сечения кабельных линий 10 кВ по термической стойкости токам КЗ

10.Расчет токов к.з. и определение минимально допустимого сечения кабельных линий 10 кВ по термической стойкости токам к.з.

В качестве расчетной схемы для определения токов к.з. рассматриваем схему, представленную на рис.

При составлении этой схемы исходим из того, что ни в одном из возможных режимов работы не предусматривается параллельная работа трансформаторов и линий 35 кВ.

Рис.  Расчетная схема подстанций для расчетов токов К.З

На основании расчетной схемы составляем схему замещения рис.

Принимаем, что расчет будет производить в относительных единицах. За базисные значении принимаем:

S_б  = 3200 МВ• А;

U_б1= 36,75 кВ;

U_б2= 10,5 кВ.

На основании базисных значений определяем базисные токи по формуле:

Расчеты выполняем с учетом установки трансформаторов на один шаг по шкале мощности выше, то есть  с учетом установки ТРДНС-25000-35/10 кВ [ ].

Основные параметры трансформатора представлены в табл. №

                                                                                  Таблица №

Произведем расчеты сопротивлений схемы замещений. Определяем сопротивления схемы замещения в относительных единицах:

для системы  

для  ВЛ-35 кВ 

где х₀=0,4 Ом/км удельное индуктивное сопротивление ВЛ-35 кВ одной цепи [ ] , табл. №    ;

для трансформатора

Определяем активные сопротивления цепи:

для системы

r_с = х_с / 50 = 1,0/50 = 0,02 ; для ВЛ-35 кВ

где    r₀ = 0,2  Ом/км  удельное активное сопротивление провода,

Определим сопротивление цепи до  ( . )  К1 ;

r₁= r_с  +  r_вл =  0,02 + 2,27 = 2,29 ; х₁= х_с + х_вл = 1,0 + 4,55 = 5,55.

Найдем соотношение      x₁ / r₁ = 5,55/2,29 = 2,42 < 3.

Следовательно, активное сопротивление цепи  до ( . ) К1 будем учитывать   

Определим сопротивление цепи до ( . )  К2

r₂  =  r₁  +   r_т  = 2,29  +  0,59  =  2,88 ; х₂= х₁ + х_т = 5,55 + 12,16 = 17,71.

Определяем отношение     x₂ / r₂ = 17,71/2,88 = 6,15 > 3.

Следовательно, активное сопротивление цепи до ( . )  К2 учитывать не будем.

Произведем расчеты токов трехфазного короткого замыкания:

Действующее значение трехфазного тока к.з. в ( . )  К1:

I^’’(3)_к1 = I_б1 •

То же в ( . ) К2:

I^’’(3)_к2 = I_б2 •

Определим ударные токи:

i_у = К_у •I’’ ⁽³⁾_к1 , где К_у – ударный коэффициент определяется по отношению х_к/r_к

из графика рис.     [ ].

Ударный ток в ( . ) К1:

i_у1 = К_у1• I^’’(3)_к1  = 1,41 • 1,29 • 8,3 =15,1кА, где для  х₁/r₁ = 2,42,     К_у1 = 1,29.

Определим ударный ток в ( . ) К2:

i_у2 = К_у2• I^’’(3)_к2  = 1,41 • 1,6 • 9,95 =22,4кА, где для  х₂/r₂ = 6,15,     К_у2 = 1,6.

Далее определим значение апериодических составляющих трехфазного тока к.з. по формуле:

i_{у t}  = I^’’(3)_к •е^{- t отк/Та} , где Т_а = х_к/w_сr_к  -  постоянная  времени затухания  апериодической составляющей тока ; х_к ; r_к  -  соответственно индуктивное и активное сопротивление до точки к.з. ; 

t_отк = t_с.в. +  t_р.з. время отключения к.з., равное сумме:

t_с.в. – собственное время отключения и  t_р.з. -  время действия релейной защиты ;

w_с = 314 _рад/с  -  угловая частота сети.

Для ( . )  К1 имеем:

T_а1 = х₁/w_сr₁ = 2,42/314 = 0,008с ;

I_{а t1} = 1,41• 8,3•е^-0,045/0,008  » 0,04кА » 0, где t _отк1 = t_св +  t_рз = 0,035 + 0,01 = 0,45с ;

t_cв = 0.035  -  собственное время отключения элегазового выключателя ВЭК-110 ;

t_{р з} = 0,01с – время действия релейной защиты.

Для  К2 имеем:

T_а2 = х₂/w_сr₁ = 6,15/314 = 0,02с ;

I_{а t2} = 1,41• 9,95•е^-0,065/0,02  = 0,54кА, где t _отк2 = t_св +  t_рз = 0,055 + 0,01 = 0,065с ;

t_св = 0,055с  собственное время отключения выключателя вакуумного типа ВВПЭ-10, а

t_{р з} = 0,01с  время действия релейной защиты.

Таблица №

Полученные значения токов к.з. позволяют определить минимально-допустимое сечение кабельных линий, отходящих от КРУ-10 кВ подстанции КРП 10 кВ, питающих нагрузки предприятия, по условию термической стойкости токами к.з.:

q_min ≥

где В_к = I²_к,¥ • t_п  - интеграл Джоуля ;

С  -  коэффициент тепловых характеристик материала, определяемый из табл. 1.15 [ ] , С=90 А/ мм² ;

t_п= t _а.п. + t _п.п , где t _а.п.  -  приведенное время действия для апериодической слагаемой тока к.з. ;

t _п.п  -  приведенное время действия для периодической слагаемой тока к.з.

Согласно [ ] , t _а.п. » 0,05 (b'' )²   и  при  b'' = 1      t _а.п. = 0,05с ;

t  _п.п.= ¦ ( t _к.з. ; b˝ ), определяется по кривым зависимости приведенного времени периодической составляющей тока к.з. при питании от генератора с АРВ.

При одноступенчатой схеме распределения электрической энергии время к.з. составляет t _п.п.= 0,05 + 0,6 = 0,65с, интеграл Джоуля тока к.з. в точке К2 (шины КРУ-10 кВ  ГПП)  будет равен:

В_к2 = 10,3²• 0,65 = 69,0 кА²•с.

Минимально допустимое сечение отходящих кабельных линий в этом случае буде равно:

q _min =

Выбор ближайшего большего по сечению кабеля в ряду стандартных промышленных сечений выполняем в соответствии с табл. 1.3.16 [ ]. Выбираем кабель  с алюминиевыми жилами сечением не менее 95 мм². Полученное значение размещаем в табл.    и  табл.