Расчет токов короткого замыкания. Выбор базисных условий и определение параметров элементов схемы замещения

4.  Расчет токов короткого замыкания

4.1. Составление схемы замещения электрической сети

Расчет токов к.з. производится для выбора и проверки  электрооборудования, а также параметров электрических  аппаратов релейной защиты. Точки короткого замыкания выбираем в таких местах системы, чтобы выбираемые в последующих расчетах аппараты были поставлены  в  наиболее тяжелые условия. Наиболее практичными точками являются сборные шины всех напряжений.

Составляем расчетную схему проектируемой подстанции. В схему замещения все элементы (система, генератор, трансформатор, линия) входят своими индуктивными сопротивлениями. Особенностью составления схемы замещения является то, что силовые трехобмоточные трансформаторы на понижающей  подстанции  работают  на  шины низкого напряжения раздельно. Это принято для снижения уровней токов короткого замыкания в электрической сети. Схема замещения представлена на рис. 4.

Рис. 4. Схема замещения электрической сети

4.2. Выбор базисных условий и определение параметров элементов схемы замещения

За базисную мощность принимаем мощность равную  S_б = 1100 МВА;

За базисное напряжение принимаем напряжения равные средним  номинальным напряжениям сети, которые равны 230 кВ, 115 кВ, 37 кВ и 10 кВ: U_б1 = 230 кВ, U_б2 = 115 кВ, U_б3 = 37 кВ, U_б3 = 10 кВ. Принятые базисные напряжения вытекают  из точек к.з., которые намечаются в расчетной схеме, т.е.  К1 - на шинах высокого напряжения подстанции, K2 и К3 – на шинах низкого и среднего напряжения соответсвенно.

Базисные токи определяются по формуле:

, кА                                             (4.1)

где   S_б - базисная мощность, МВА;

U_б - базисное напряжение, кВ.

 кА;

 кА;

 кА;

 кА;

Определяем сопротивления элементов схемы замещения.

Сопротивление системы определяется по выражению:

                                                         (4.2)

где   Хd - относительное сопротивление генератора (системы), о.е.;

n - количество генераторов;

Sн - номинальная мощность, МВ*А.

где   x_d - относительное сопротивление системы, о. е.;

x_с1 = =0.152, о.е.;

x_с2 = =0.16, о.е..

Сопротивление трансформаторов определяем по выражению:

                                                  (4.3)

где Uк - напряжение короткого замыкания, %;

S_н – номинальная мощность трансформатора, МВА.

Т3-T5:   Uк=12.5%

, о.е.;

Т1,Т2: Uк вн-сн =12.5%; Uк вн-нн =20%; Uк сн-нн =6.5%;

Uкв =0,5·( Uк вн-нн + Uк вн-сн - Uк сн-нн)= 0,5·( 12.5 + 20 - 6.5)=19.5%

Uкн =0,5·( Uк вн-нн + Uк вн-сн + Uк вн-сн)= 0,5·( 20 + 6.5 – 12.5)=7%

, о.е.;           

, о.е.;

Т6-Т10: Uк вн-сн =11%; Uк вн-нн =32%; Uк сн-нн =20%;

Uкв =0,5·( Uк вн-нн + Uк вн-сн + Uк сн-нн)= 0,5·( 11 + 32 - 20)=23%

Uкн =0,5·( Uк вн-нн + Uк вн-сн + Uк вн-сн)= 0,5·( 32 + 20 - 11)=41%

, о.е.;           

, о.е.;

ТСН:  Uк=8%

 ;

Сопротивление линий определяется по выражению:

,                                                                                            (4.4)

где  x_o - удельное сопротивление 1 км линии, равное 0,4 ом/км;

l - протяженность линии, км.

Х_л1 = = 1.497 о.е.;

Х_л2 = = 2.662 о.е.;

Х_л4 = = 0.416 о.е.;

4.3. Расчет токов к.з. на стороне 220 кВ.

Рассчитаем ток короткого замыкания на стороне высокого напряжения трансформатора, то есть в точке К1. Упростим схему замещения, для чего преобразуем её к следующему виду (см. рис. 4)

Рис.4.1. Упрощённая схема замещения электрической сети

Параметры схемы замещения, изображённой на рис. 4.1 следующие:

упростим схему до схемы на рис. 4.2.

Рис. 4.2. Схема замещения после преобразований и упрощений

Рассчитаем эквивалентные и результирующие сопротивления вновь образованной упрощенной схемы замещения:

Определим эквивалентные сопротивления:

Рассчитаем эквивалентные и результирующие сопротивления:

Определим эквивалентные сопротивления:

Сверхпереходной ток находим по формуле:

                                                                      (4.5)

где  I - сверхпереходной установившийся ток, о.е.;

Е - ЭДС системы или генератора, о.е.;

x - результирующее сопротивление ветви, о.е..

По стр. 106 [2] находим значение ЭДС системы и генератора в о.е.:

Суммарный ток замыкания в точке К1 в относительных единицах равен:

Ток короткого замыкания в точке К1 в именованных единицах равен:

 кА.

4.4. Расчет токов к.з. на стороне 10 кВ

Рассчитаем ток короткого замыкания на стороне низкого напряжения трансформатора, то есть в точке К2. Упростим схему замещения, для чего преобразуем её к следующему виду (см. рис. 4)

Рис.4.3. Упрощённая схема замещения электрической сети.

Так как параметры элементов схемы замещения  были определены в пункте 4.3 то заново вести их пересчет не имеет смысла тогда с учетом преобразований определим :

Рассчитаем эквивалентные и результирующие сопротивления:

Определим эквивалентные сопротивления:

Рис. 4.4. Схема замещения после преобразований и упрощений

По стр. 106 [2] находим значение ЭДС системы и генератора в о.е.:

Суммарный ток замыкания в точке К1 в относительных единицах равен:

Ток короткого замыкания в точке К1 в именованных единицах равен:

 кА.

4.5. Расчет токов к.з. на стороне 35 кВ

Рассчитаем ток короткого замыкания на стороне низкого напряжения трансформатора, то есть в точке К2. Упростим схему замещения, для чего преобразуем её к следующему виду (см. рис. 4)

Рис. 4.5. Упрощённая схема замещения электрической сети.

Так как параметры элементов схемы замещения  были определены в пункте 4.3 то заново вести их пересчет не имеет смысла тогда с учетом преобразований определим :

Рассчитаем эквивалентные и результирующие сопротивления: