Расчёт токов короткого замыкания, выбор аппаратов и токоведущих частей схемы ТЭЦ

Расчёт токов короткого замыкания

Расчёт токов короткого замыкания (КЗ) является важнейшим этапом проектирования любого электротехнического сооружения, так как на основании его результатов производится проверка выбранного оборудования, токоведущих частей электроустановки и расчёт установок релейных защит.

Токи КЗ в высоковольтных цепях переменного тока рассчитываются по относительным сопротивлениям элементов цепи до точки КЗ Х*, которые определяют при единой базисной мощности SБ, базисном напряженииUБ, равному среднему напряжению ступени, и базисном токе IБ.

Целесообразно соблюдать такую последовательность расчёта токов КЗ:

составление расчётной схемы;

определение относительных сопротивлений элементов схемы;

составление эквивалентных схем замещения и преобразования;

определение суммарного сопротивления до характерных точек КЗ;

расчёт токов КЗ и мощности КЗ для указанных точек.

Расчётную схему составляют по известной схеме первичного электроснабжения и принятой однолинейной схеме проектируемой станции или подстанции. На расчётной схеме в однолинейном изображении указывают все источники питания и все элементы системы электроснабжения. Определение относительных сопротивлений элементов схемы: За единую мощность принимаем SБ = 1000 МВА. За базисное напряжение принимаем UБ = 110 кВ, тогда базисный ток при базисном напряжении будет равен:

= кА;

Относительное сопротивление генератора:

=.

Относительное сопротивление трансформатора:

Относительное сопротивление линии:

.

где Х0 — удельное сопротивление воздушной линии = 0,4 Ом/км.

L — длина линии = 100 км.

Uн — напряжение на линии = 110 кВ.

Относительное сопротивление группового реактора:

Заменяя элементы расчётной схемы относительными сопротивлениями, вычисленными для случая трёхфазного КЗ при базисных условиях, составим эквивалентную схему замещения. Эквивалентная схема замещения для расчёта трёхфазного КЗ показана на рис. 7. Расчёт токов КЗ проводится методом наложения. Метод предполагает расчёт тока КЗ от каждого источника до точки КЗ в отдельности. После нахождения токов КЗ от каждого источника, токи складываются и получаем искомый ток КЗ (для точки К1).

Суммарное сопротивление для этой схемы:

Периодический ток от системы равен:

Ударный ток:

Найдём ток КЗ от первого генератора до точки КЗ Определяем суммарное сопротивление:

= =.

Периодический ток равен:

Ударный ток:

Полная периодическая составляющая тока равна Полный ударный ток:

Выбор аппаратов и токоведущих частей электроустановок Электрические аппараты распределительных устройств должны надёжно работать как в нормальном режиме, так и при возможных отключениях от него. При проектировании электрических установок все аппараты и токоведущие части выбирают по условиям длительности работы при нормальном режиме и проверяют по условиям работы при коротких замыканиях.

Все аппараты и токоведущие части подвергаются динамическому и теоретическому воздействию токов КЗ. За расчётное принимают трёхфазное КЗ.

Электродинамическая стойкость характеризуются максимально допустимым током аппарата Imax, который должен быть равен или больше расчётного ударного тока трёхфазного КЗ.

Проверка на термическую стойкость сводится к определению наибольшей температуры нагрева их токами КЗ, для чего необходимо знать расчётное время действия тока КЗ и время отключения КЗ tоткл. В эту величину входит время действия релейной защиты t3 и полное время отключения выключателя tоткл.= t3 + tB.

Значение t3 и tB приведены в справочниках по выключателям и релейной защите. Чаще всего принимается tB = 0,08 c, как для быстродействующих выключателей и t3 = 0,02 c.

tотк = t3 + tB = 0,08+0,02=0,1 с.

Для проверки на термическую стойкость нужно определить величину ВК теплового импульса короткого замыкания, характеризующего количество тепла, выделяющегося в аппарате проводнике за время отключения.

Проводники и аппараты, выбранные для мощных присоединений по условиям длительного режима и динамической стойкости, имеют значительные запасы по термической стойкости. Поэтому величину теплового импульса Вк можно определить как:

Вк = (tотк + Та);

где Iпо — периодический ток, кА;

Та — постоянная времени, для РУ повышенного напряжения подстанции = 0,05 с.

tотк — время отключения КЗ Вк =.

Выбор высоковольтных выключателей.

В соответствии с ГОСТ 687– — 70 для выбора выключателей необходимо иметь следующие точки КЗ:

• 1) начальный периодический ток Iпо;
• 2) ударный ток iуд;
• 3) расчётный ток I расч.

Расчётный ток отходящей линии приближённо может быть принят:

А где n — число отходящих линий;

Smax — берётся из формы подсчёта суточных нагрузок, Smax = МВА.

Uн = 110 кВ.

Iрасс =.

Апериодический ток:

Выключатели выбираем в табличной форме (табл.8).

Таблица № 8 Условия выбора выключателей.

Расчётные величины.	Каталожные данные выключателя.	Условия выбора.
Uуст = 110 кВ.	Uуст = 110 кВ.	Uуст Uн.
Iрасч. = 556 А.	Iрасч. = 2000 А.	Iрасч I ном.
Iпо = 5,51 кА.	Iдин = 40 кА.	Iно Iдин.
iуд = 14,05 кА.	Iдин = 102 А.	Iуд i дин.
In = 5,51 кА.	Iоткл = 40 А.	Iно Iотк.
= 13,24 кА.	= 0,3 (Iотк (1+)=16,97).	Iотк (1+).
Вк = 4,55 кА2С.	I2терм > tтерм = 7500 кА2с.	ВК Т2терм терм.

По результатам условия выбора включателей принимаем выключатель типа:

ВГУ-110 НПО «Уралэлектротяжмаш».

Выбор разъединителей.

Разъединители выбираем по длительному номинальному току, номинальному напряжению, проверяем на термическую и динамическую устойчивости (табл. 11). Расчётные величины те же, что и для выключателей.

Таблица № 9 Условия выбора разъединителей.

По результатам условия выбора разъединителей принимаем разъединитель типа РНД — 110/650 Т1.

Выбор кабеля и сечения отходящих воздушных линий.

Силовые кабели выбирают по условиям нормального режима и проверяют на термическую устойчивость токам КЗ. Обычно применяют трёхжильные бронированные алюминиевые кабели.

Сечение отходящих воздушных линий выбираем по экономической плотности тока j эк.

мм2.

где — экономическая плотность тока, А/ мм2, значение которого приведено в таблице 17 [1], принимаем равной 1,4, как для сибирского района.

максимальный ток линии, А, IMAX = IРАСЧ = 556 A.

Округляем до наибольшего стандартного сечения.

400 мм².

Наименьшее сечение жилы кабеля, допускаемое по условиям термической устойчивости, находят из выражения:

= 76,7 мм².

где = 88 — коэффициент алюминиевых проводников.

Так как сечение кабеля, выбранное по нормальному режиму, больше Smin, то кабель термически устойчив. После этого выбираем сталеалюминевый проводсо следующими характеристиками:

Таблица № 11.

Выбор измерительных трансформаторов тока и напряжения.

Выбор трансформатора тока.

Режим работы генераторов ТЭЦ, а так же режим нагрузки оборудования распределительных устройств контролируется с помощью измерительных приборов датчиков сигнализации, срабатывающих при отклонении параметров контролируемых величин от заданных значений и действующих на соответствующую сигнализацию.

Для питания измерительных приборов устанавливают трансформаторы тока ТТ и трансформаторы напряжения ТН.

ТТ для питания измерительных приборов выбирают по номинальному первичному и вторичному токам, по классу точности и проверяют на термическую и динамическую устойчивость.

Таблица № 12 Условия выбора ТТ.

По результатам условия выбора ТТ принимаем ТТ типа ТВС — 110.

Класс точности ТТ по ПУЭ для присоединения счётчиков выбираем равным 0,5. Работа ТТ в заданном классе точности обеспечивается, если его номинальная нагрузка вторичной цепи S2H больше или равна расчётной S2 :

где Zприб. — сумма сопротивлений последовательно включенных обмоток приборов;

Rпров. — сопротивление соединённых проводов;

Rконт. — - сопротивление контактов, если имеется более трёх приборов Таблица № 13.

Расчётная мощность S2 ТТ равна 5,5 ВА, т.к. ТТ присоединяется на одну фазу.

Находим Zприб.:

Зная вторичное сопротивление ТТ, RВТОР. = 1,2 Ом, находим сопротивление соединительных проводов:

и определяем их минимальное сечение:

S =.

где lРАСЧ.- расчётная длина проводов (для цепи РУ 110 кВ длина проводов = 75 100 м, принимаем lРАСЧ = 0,1 км).

= 29 — удельное сопротивление алюминия, Соединительные провода для ТТ принимаются с номинальным сечением SПРОВ. = 4 мм².

Таблица № 14 Выбор трансформатора напряжения.

Для подсчёта S2 при выборе ТН рекомендуется форма записи, приведённая в табл. № 15.

Таблица № 15 Вторичная нагрузка трансформатора напряжения.

=.

Номинальная мощность S2H TH равна 30 ВА, что приемлемо для питания приборов, следовательно, ТН выбираем типа НКФ — 110 — 57.

Сечение проводов к ТН типа НКФ — 110 — 57 принимаем, по алюминию, равное 2,5 мм².