Расчет токов для трехфазного короткого замыкания

3.2  РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

3.1   Характеристика питающей сети и составление расчетной

схемы замещения

Расчет токов короткого замыкания (далее токов КЗ) выполняется для определения требований к новой коммутационной аппаратуре для объектов рассматриваемой сети, проверки соответствия параметров устойчивости установленной аппаратуры к ожидаемым значениям токов короткого замыкания, и выбора необходимых мероприятий для снижения значений последних (если это требуется).

Расчет токов производится для трехфазного короткого замыкания, так это режим короткого замыкания является наиболее тяжёлым для трёхфазной сети. Уровень токов КЗ характеризуется следующими показателями:

- действующее значение периодической составляющей тока КЗ в начальный момент времени короткого замыкания (сверхпереходным током I’’) в максимальном режиме работы энергосистемы;

- относительным содержанием апериодической составляющей в суммарном значении тока КЗ;

- скоростью восстановления нормального уровня напряжения после отключения поврежденного участка.

Основные допущения принимаемые при расчете токов КЗ:

- сохранение симметрии трехфазной системы за исключение места КЗ;

- линейность всех элементов схемы;

- пренебрежение токами намагничивания трансформаторов;

- пренебрежение активным сопротивлением элементов электрической сети в сетях напряжением свыше 35 кВ;

- отсутствие учета распределенной емкости линий электропередач;

- нагрузка учитывается приближенной в виде постоянных индуктивных сопротивлений;

- отсутствуют качания генераторов.

Выбор места короткого замыкания и режима работы системы производится из следующих соображений:

- ток КЗ должен проходить по ветвям для которых выбирается аппаратура;

- для определения наибольшего значения тока КЗ режим работы системы выбирается максимальным;

- максимальный режим работы системы характеризуется следующими условиями:

- включены все источники питания;

- при расчете тока КЗ на землю включены все трансформаторы и автотрансформаторы у которых заземлена нейтраль и схема участка сети, непосредственно к точке КЗ такая, что по ней протекает максимальный ток.

Рисунок 3.1- Исходная расчетная схема

Расчет токов КЗ будем производить в именованных единицах, при известных: сопротивление системы Х_с =1,154 Ом; ток короткого замыкания на шинах 10кВ I_кз1=5,26 кА;   ток короткого замыкания на шинах 6кВ I_кз4=1,69 кА ;   

Определяем параметры элементов схемы замещения.

Сопротивление кабельной линии:

х_л = Ом                          

Определим параметры для схемы замещения трансформатора Т1, Трансформатор марки ТМ – 1600/10 имеет следующие параметры []:

Номинальная мощность S = 1600кВА;

Номинальное напряжение высокой стороны Uвн=10,5кВ;

Номинальное напряжение низкой стороны Uнн=6,3кВ ;

Напряжение короткого замыкания Uк вн-нн=5,5%;

Сопротивление обмотки трансформатора в относительных единицах вычисляется по следующей формуле:

х_т1 = Ом ;

Рисунок 3.2- Расчетная схема замещения для максимального режима

Ударный ток КЗ определяется по формуле:

                          ,                                                (3.10)

где k_у  - ударный коэффициент.

Начальное значение сверхпереходного тока КЗ на шинах РП 10 кВ :

I_КЗ1=5,26 кА;

Начальное значение сверхпереходного тока КЗ на шинах РУСН 10 кВ:

I_КЗ2=I_КЗ3=  кА;

Начальное значение сверхпереходного тока КЗ на шинах РУСН 6 кВ:

I_КЗ4=1,69 кА;

Используя выражение 3.10 определим ударные токи КЗ в расчетных точках:

Ударный  ток КЗ на шинах РП 10 кВ:                                          

 кА

Ударный  ток КЗ на шинах РУСН 10 кВ:                                          

 кА

Ударный  ток КЗ на шинах РУСН 6 кВ:                                          

 кА

Рассчитаем тепловой импульс от тока короткого замыкания по формуле:

  кА²ּс , где: I_КЗ – действующее значение периодической составляющей тока КЗ; t_отк. – время отключения тока КЗ; Т_а – постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ, Т_а=0,04 с при отсутствии конкретных условий;

тепловой импульс на шинах РП 10 кВ:

 кА²ּс;

тепловой импульс на шинах РУСН 10 кВ:

 кА²ּс;

тепловой импульс на шинах РУСН 6 кВ:

 кА²ּс;

3.2.1 Выбор выключателей на стороне 10 и 6 кВ

Выбор выключателей представим в табличной форме.

Таблица 3.1 - Выбор выключателя на стороне 10 кВ
Расчётные данные	Каталожные данные	Условие выбора
Uуст=10  кВ	Uном=10  кВ	Uном > Uуст
Iр=92,38  А	Iном = 800 А	Iном > Iр
Iкз=5,26 кА	Iоткл=13,1 кА	Iкз < Iоткл
iуд=13,39 кА	iдин=32,8 кА	iдин > iуд
Вк = 17,7 кА2ּс	It2ּt = 13,12ּ3=514,83 кА2ּс	Bk < It2ּt

Выбираем вакуумный выключатель типа  3АН5-1001-1 У3

Таблица 3.1 - Выбор выключателя на стороне 10 кВ
Расчётные данные	Каталожные данные	Условие выбора
Uуст=10  кВ	Uном=10  кВ	Uном > Uуст
Iр=92,38  А	Iном = 800 А	Iном > Iр
Iкз=5,02 кА	Iоткл=13,1 кА	Iкз < Iоткл
iуд=12,78 кА	iдин=32,8 кА	iдин > iуд
Вк = 16,13 кА2ּс	It2ּt =13,12ּ3=514,83 кА2ּс	Bk < It2ּt

Выбираем вакуумный выключатель типа  3АН5-1001-1 У3

Таблица 3.1 - Выбор выключателя на стороне 6 кВ
Расчётные данные	Каталожные данные	Условие выбора
Uуст=6  кВ	Uном=6  кВ	Uном > Uуст
Iр=186,35  А	Iном = 800 А	Iном > Iр
Iкз=1,69 кА	Iоткл=13,1 кА	Iкз < Iоткл
iуд=4,3 кА	iдин=32,8 кА	iдин > iуд
Вк = 1,83 кА2ּс	It2ּt =13,12ּ3=514,83кА2ּс	Bk < It^2*t

Выбираем вакуумный выключатель типа  3АН5-601-1 У3

Таблица 3.1 - Выбор выключателя на стороне 6 кВ
Расчётные данные	Каталожные данные	Условие выбора
Uуст=6  кВ	Uном=6  кВ	Uном > Uуст
Iр=60,6 А	Iном = 800 А	Iном > Iр
Iкз=1,69 кА	Iоткл=13,1 кА	Iкз < Iоткл
iуд=4,3 кА	iдин=32,8 кА	iдин > iуд
Вк = 1,83 кА2ּс	It2ּt =13,12ּ3=514,83кА2ּс	Bk < It^2*t

Выбираем вакуумный выключатель типа  3АН5-601-1 У3

Таблица 3.1 - Выбор выключателя на стороне 6 кВ
Расчётные данные	Каталожные данные	Условие выбора
Uуст=6  кВ	Uном=6  кВ	Uном > Uуст
Iр=506,99  А	Iном = 800 А	Iном > Iр
Iкз=1,69 кА	Iоткл=13,1 кА	Iкз < Iоткл
iуд=4,3 кА	iдин=32,8 кА	iдин > iуд
Ва = 1,83 кА2ּс	It2ּt =13,12ּ3=514,83кА2ּс	Bk < It^2*t

Выбираем вакуумный выключатель типа  3АН5-601-1 У3

3.2.2 Выбор молниезащиты элементов схемы

Проблема, возникающая при внедрении новых типов оборудования, является проблема совместимости его с эксплуатирующимся оборудованием. Например, замена масляных выключателей на вакуумные часто приводит к отказу изоляции работающего оборудования вследствие появления перенапряжений, обусловленных условиями гашения дуги в вакуумных выключателях. В этом случае установка вакуумных выключателей должна сопровождаться дополнительными мерами по ограничению таких перенапряжений.

В последнее время на вновь строящихся и реконструируемых объектах рекомендуется вместо вентильных разрядников применять нелинейные ограничители перенапряжения типа ОПН (3-750 кВ). В них отсутствуют искровые воздушные промежутки, а специальный керамический резистор на основе окиси цинка ZnO, обладающий высоконелинейным сопротивлением, позволяет при рабочем напряжении создавать ток утечки не более 1 мА, а при импульсных перенапряжениях – разрядный ток до 100 кА. Устройство ОПН имеет более пологую вольт-секундную характеристику