Расчет токов короткого замыкания для схемы электроснабжения завода по выпуску многоцелевых трансформаторов

10. Расчёт токов короткого замыкания

Вычисление токов КЗ производится с целью: выбора электрических аппаратов; проверки устойчивости элементов схемы при электродинамическом и термическом действии токов КЗ; расчета релейной защиты.

Расчетным видом КЗ является трёхфазное, т.к. при нем обычно получаются большие значения сверхпереходного и ударного токов, чем при двухфазном и однофазном. Токи КЗ должны рассчитываться в таких точках схемы, где они имеют наибольшие значение.

Для вычисления токов КЗ составляется расчетная схема, включающая все элементы, по которым протекают токи к выбранным точкам. На схеме приводятся основные параметры оборудования, которые потребуются для последующего расчета. По расчетной схеме составляется схема замещения, в которой каждый элемент заменяется своим сопротивлением. Генераторы, трансформаторы, высоковольтные линии и короткие участки распределительных сетей обычно представляются индуктивными сопротивлениями.

Расчет токов КЗ может выполняться в относительных или именованных единицах. В сетях напряжением выше 1кВ наибольшее распространение получил метод расчета в относительных величинах, при котором все расчетные данные приводятся к базисным напряжению и мощности.

Расчет токов КЗ произведем в относительных единицах. За базисную мощность принимаем S_Б=1000 МВ×А, за базисное напряжение  U_Б=10,5 кВ.

Для вычисления токов КЗ составим расчётную схему (рисунок 10.1), включающую в себя все элементы, по которым протекают токи к выбранным точкам. На схеме приведём основные параметры оборудования, которое потребуется для последующего расчёта. По расчётной схеме составим схему замещения (рисунок 10.2), в которой каждый элемент заменяется своим сопротивлением. Для удобства расчетов составляем схему со сквозной нумерацию элементов (рисунок 10.3).

Рисунок 10.1 –  Расчетная схема

Рисунок 10.2 –  Схема замещения

Рисунок 10.3 –  Схема замещения элементов

Базисный ток определяем по выражению

                                                       (10.1)

Приведение сопротивлений к базисным условиям производится по следующим формулам.

Генераторов:

                                                                      (10.2)

где   - сверхпереходное относительное индуктивное сопротивление генератора;

 - номинальная мощность, МВА;

,                                        (10.3)

где    - напряжение короткого замыкания, %;

 - номинальная мощность трансформатора, МВ×А.

Кабельных линий:

а)индуктивное сопротивление

                                         (10.4)

где    - индуктивное сопротивление одного км линии, принимаемое равным для воздушных линий 6¸10 кВ X₀=0,4 Ом/км кабельных линий X₀=0,08 Ом/км;

 - длина кабельной линии, км.

б)активное сопротивление

                                         (10.5)

где    - активное удельное сопротивление одного км линии, принимаемое равным из [2] по таблица П6.1.

ЭДС генератора находим по формуле

                        (10.6)

Таблица 10.1 Выбор генераторов

Поз. Обозн	Тип	SномМВА	РномМВТ	cosφ	UномкВ	IномкА	Xd”
Г5-Г7	ТВФ-120-2У3	125.0	100	0,80	10.5	6.88	0.210
Г1-Г4	СВ-1500/170-96	117.7	100	0,85	13.8	4.92	0.192
Г8-Г9	ТВФ-63-2У3	78.8	63	0,80	10.5	4.33	0.153

На ТЭЦ-300 и ГРЭС-400 применяем блок

“Генератор-трансформатор”, на ТЭЦ-120 используем сборные шины ГРУ для питания рассматриваемого участка.

Выбирая трансформаторы предпологаем, что от шин ГРУ происходит расход энергии на собственные нужды и питание различных объектов, находящихся на незначительном расстоянии от ТЭЦ и ГРЭСС результаты сводим в таблицу 10.2

Таблица 10.2 Выбор трансформаторов

Поз. Обозн	Тип	Sном, МВА	Uвн, кВ	Uнн, кВ	Uкз, %	ΔPx, кВт	ΔPк, кВт
Т8-Т9	ТPДН-40000/110	40	115	10.5	10.5	34	170
Т1-Т4	ТДЦ-80000/110	80	121	13.8	11.0	85	310
Т5-Т7	ТДЦ-80000/110	80	115	10.5	10.5	58	310

По формуле (10.6) рассчитаем ЭДС генераторов Г1¸Г4

По формуле (10.6) рассчитаем ЭДС генераторов Г5¸Г7

По формуле (10.6) рассчитаем ЭДС генераторов Г8,Г9

По формуле (10.3) рассчитаем сопротивление трансформаторов Т1¸Т4

По формуле (10.3) рассчитаем сопротивление трансформаторов Т5¸Т7

По формуле (10.3) рассчитаем сопротивление трансформаторов Т8,Т9

Сопротивление генераторов Г1¸Г4 вычисляем по формуле (10.2)

Сопротивление генераторов Г5¸Г7 вычисляем по формуле (10.2)

Сопротивление генераторов Г8,Г9 вычисляем по формуле (10.2)

По формуле (10.5) рассчитаем сопротивление линии электропередач длиной 95 км

Аналогично вычисляем сопротивления остальных ВЛЭП, результаты сводим в таблицу 10.3.

Таблица 10.3 Сопротивления ВЛЭП

Наименование ВЛЭП	Длина кабельной линии, км	Индуктивные сопротивления ВЛЭП, Xл
1	2	3
Л1	95	2.87
Продолжение таблицы 10.3
1	2	3
Л2	95	2.87
Л3	70	2.12
Л4	90	2.72
Л5	90	2.72
Л6	60	1.81
Л7	60	1.81

Для дальнейших расчетов необходимо преобразовать схему замещения, используя способ токораспределения.

Рисунок 10.4 –  Преобразование схемы замещения

Свертываем схему по методу преобразования треугольника в звезду.

Рисунок 10.5 –  Преобразование схемы замещения

Рисунок 10.6 –  Преобразование схемы замещения

Рисунок 10.7 –  Преобразование схемы замещения

Рисунок 10.8 –  Преобразование схемы замещения

Рисунок 10.9 –  Преобразование схемы замещения

Рисунок 10.10 –  Преобразование схемы замещения

Рисунок 10.11 –  Преобразование схемы замещения

Ток установившегося КЗ определяется как

                                                           (10.7)

Ударный ток КЗ определяется по формуле

                                                       (10.9)

где     - ударный коэффициент, значение которого находим из [9] по     рисунку 6.2, в зависимости от отношения .

Ток установившегося КЗ на ГРУ определяем по (10.7)

Так как ток короткого замыкания не должен превышать 20 кА необходима установка реактора. Определим необходимое сопротивление реактора

Устанавливаем реактор РБУ 10-1000-0,35У3 с сопротивлением X=0,35 Ом.

Произведем пересчет тока короткого замыкания при установке реактора:

Чтобы посчитать ток КЗ в точке К2, выберем кабель ГРУ – РП. Подробно выбор кабелей 10 кВ будет приведен в пункте №11 пояснительной записки.

Расчетный ток на РП1 по расчетным мощностям

Тогда расчетный ток кабеля   ГРУ – РП1

Выбираем кабель по экономической плотности тока (11.1)

Принимаем к прокладке трёхжильный кабель напряжением 10кВ марки ААШвУ с сечением жил 240 мм2. Выбранный кабель ААШвУ-10(3x240) при прокладке в земле в нормальных условиях имеет Iдоп=355 (таблица П4.5 [2]).

Ток послеаварийного режима кабельной линии ГРУ-РП1 будет Iра=620.30 А.

Проверим выбранное сечение по допустимому току

  условие не выполняется, следовательно, выбранный кабель по условию