Электроснабжение гальванического и термического производств автомобильного завода (Расчет токов короткого замыкания и выбор выбор электрических аппаратов выше 1 кВ)

11.  Расчет токов короткого замыкания и выбор

выбор электрических аппаратов выше 1 кВ.

11.1 Расчет токов короткого замыкания.

Вычисление токов КЗ проводиться с целью:

а) выбора электрических аппаратов;

б) проверки устойчивости элементов схемы при электродинамическом и термическом действии токов КЗ;

в) расчета релейной защиты.

Расчетным видом КЗ является трехфазное, т. к. при нем обычно получаются большие значения сверхпереходного и ударного токов, чем при двухфазном и однофазном. Для вычисления токов КЗ составляется расчетная схема, включая все элементы, по которым протекают токи к выбранным расчетным точкам (сборные шины подстанции системы, РП). На схеме приводятся основные параметры оборудования, которые потребуются для дальнейшего расчета. Схема питания  автомобильного завода представлена на рис 11.1.

Рис. 11.1. Расчетная схема электроснабжения автомобильного завода .

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. В сетях выше 1 кВ наибольшее распространение получил метод расчета в относительных величинах, при котором все расчетные данные приводятся к базисным напряжению и мощности. За базисное напряжение U_Б принимается среднее номинальное напряжение сети U_СР  = 115 кВ. Базисную мощность принимаем равной S_Б = 10000 МВ^.А. Приведение сопротивлений элементов схемы к базисным условиям производится по следующим формулам:

1) для генератора

           где x_d’’ – сверхпереходное относительное индуктивное сопротивление;

      Р_Н  – активная номинальная мощность, МВт;

cos j _н – номинальное значение коэффициента мощности генератора.

       2) для двухобмоточного трансформатора где U_К  – напряжение короткого замыкания, %;

S_НТ  – номинальная мощность трансформатора, МВ^.А.

3) для трансформатора с расщепленной обмоткой, схема замещения которого   представляет собой два луча, сопротивление которых где: к_Р – коэффициент связи;     к_Р = 4((U_{K ВН}/U_{Н ВН})-1)

4) для воздушной или кабельной линии

где x_о – индуктивное сопротивление одного км линии, Ом/км (для воздушных       линий x_о = 0,4 Ом/км, кабельных – x_о = 0,08 Ом/км);

l – длина линии, км.

Схема замещения после преобразования должна содержать между источником питания и точкой КЗ результирующее сопротивление x_РЕЗ. Ток КЗ определяется по следующему выражению

              где I_Б – базисный ток, кА, определяемый по выражению

Ударный ток КЗ определяется по формуле где к_у – ударный коэффициент .

Генераторы в схему замещения представляются ЭДС, которая рассчитывается по формуле

Составляем схему замещения (рис. 11.2) и определяем ее параметры.

По формуле (11.1) определяем сопротивление генератора G1

Сопротивления генераторов G2…G4 и G4…G7 определяются аналогично и равны соответственно x_Г1= 15,36.

По формуле (11.2) определяем сопротивление трансформатора Т1:

Сопротивления генераторов Т2…Т4 и Т4…Т11 определяются аналогично и равны соответственно x_Т1= 8,4.

Сопротивление блока генератор-трансформатор определяется суммой сопротивлений генератора и трансформатора т. е.:

В эквивалентную схему замещения блок генератор-трансформатор вводим эквивалентным сопротивлением:

Определим сопротивление воздушной линии Л1 по (11.4):

Рассчитываем сопротивление  воздушной линии Л2 по (11.4):

Определим сопротивление трансформаторов Т12 – Т13 по (11.3):

где: к_Р=4*((20/10,5)-1)=3,62.

определим сопротивление кабельной линии Л3 по (11.4):

Также для расчета ЭДС генератора можно использовать формулу:

Учитывая то, что на обеих электростанциях ТЭЦ-400 и ГРЭС-700 установлены однотипные генераторы одинаковой единичной мощности, представляем данные генераторы в схеме замещения одинаковой эквивалентной ЭДС  по формуле (11. 7):

По выражению (13.6) определяем базисный ток:

Рис. 11.2. Схема замещения.

Сворачиваем схему к точке КЗ К1. Результирующее ЭДС Е_*РЕЗ = Е_*1 =Е_*2 =1,126. Определяем результирующее сопротивление при помощи последовательного и параллельного сложения сопротивлений.

Определим коэффициенты распределения:

Находим результирующее сопротивление:

Определяем условные сопротивления, связывающие источник питания с К2:

Сворачиваем схему к точке КЗ К2. Результирующее ЭДС Е_*РЕЗ  = 1,126.           Рис 11.3 Расчет КЗ в точке К2.

Находим ток короткого замыкания в точке К2 по формуле (11.5)

Определяем ударный ток по формуле (11.7)

Расчет для точки К2 окончен.

Для точки К1 проводим аналогичный расчет.

Находим результирующее сопротивление:

Определяем условные сопротивления, связывающие источник питания с точкой КЗ:

Сворачиваем схему к точке КЗ К1. Результирующее ЭДС Е_*РЕЗ  = 1,126.

    Рис 11.4   Расчет КЗ в точке К1

Находим ток короткого замыкания в точке К1 по формуле (11.5)

Определяем ударный ток по формуле (11.7)

Расчет для точки К1 окончен.

11.2  Расчет токов короткого замыкания в сети до 1кВ.

Расчет токов к.з. в сетях до 1 кВ производится в именованных единицах. При этом учитываются активные и индуктивные сопротивления всех элементов цепи. Заметное влияние на результаты расчета оказывают сопротивления различных контактных соединений. При отсутствии достоверных данных о числе и о сопротивлении контактов рекомендуется учитывать их совокупно, вводя в цепь к.з. дополнительное сопротивление следующей величины: 1) при к.з. на шине ТП - 15 мОм, 2) при к.з. на цеховых РП - 20 мОм, 3) при к.з. на вторичных цеховых РП, а также на зажимах аппаратов, питаемых от первичных РП - 25 мОм, 4) при к.з. на зажимах аппаратов, получающих питание от вторичных РП - 30 мОм. При расчете считаем, что напряжение на первичной обмотке трансформатора цеховой ТП равно номинальному. Сопротивление системы в мОм:

                                                                      (11.10)

где I^пкз - начальное значение периодической составляющей тока к.з., кА.

Активное сопротивление трансформатора:

,                                                                   (11.11)

Индуктивное сопротивление трансформатора:

                                   (11.12)

Активное и индуктивное сопротивления проводов, кабелей