Файл: 2 Расчет токов короткого замыкания.docx

2 Расчет токов короткого замыкания

В процессе эксплуатации электрических станций, подстанций и сетей не редко возникают короткие замыкания.

Последствиями КЗ могут быть:

• 
  разрушение частей электроустановок, а также возгорания, вызванные нагревом токоведущих частей из-за действия больших значений токов КЗ;
  
• 
  нарушение электроснабжения потребителей вследствие недопустимого падения напряжения;
  
• 
  механические повреждения электрооборудования, вызванные воздействием больших электромагнитных сил между токоведущими частями;
  
• 
  нарушение статической устойчивости энергосистемы.
  

При коротком замыкании наибольшая опасность угрожает элементам системы, прилегающим к месту его возникновения. Короткие замыкания в зависимости от места их возникновения и продолжительности, могут иметь местный (удаленное от источников питания) характер, или отражаться на работе всей системы.

В данной работе расчет токов короткого замыкания необходим для:

1. 
   выбора аппаратов и проводников по условиям электродинамической и термической стойкости;
   
2. 
   выбора установок устройств РЗА;
   
3. 
   для проектирования заземляющих устройств;
   
4. 
   для выбора ограничителей перенапряжения.
   

1. 
   Расчет токов трехфазного короткого замыкания на шинах 6 кВ
   

Для правильного выбора высоковольтных выключателей КРУ 6 кВ необходимо рассчитать токи трехфазных КЗ на шинах 6 кВ подстанции.

Расчеты токов КЗ выполняются с учетом регулирования напряжения РПН для трех значений сопротивления трансформатора, соответствующих среднему и крайним положениям РПН. Значения Uкз для крайних положений РПН взяты из Приложения 2 [17].

Реактансы на шинах 35 кВ ПС 110/35/6 кВ «Технолог» приняты по данным диспетчерской службы.

Так же в схеме присутствуют 3 однотипных синхронных турбодвигателя, которые тоже следует учитывать, так как при коротком замыкании будут подпитывать точку КЗ.

Расчетная схема, для расчетов токов КЗ, представлена на рисунке 1.



Рисунок 1 – Схема замещения

1. 
   Расчет сопротивлений элементов схемы замещения
   

Расчеты сопротивлений линий 35 кВ и трансформатора производятся для базового напряжения 6.3 кВ по формулам:

	(2.1)
	(2.2)

где индуктивное удельное сопротивление линии, Ом/км;

активное удельное сопротивление линии, Ом/км

длина линии

Активное и индуктивное сопротивления линии принимаем по справочным данным [18].





Расчет сопротивления трансформатора для среднего и крайних положений обмоток РПН производится по выражению:

(2.3)

где Uкз – напряжение короткого замыкания в крайнем и среднем положении РПН трансформатора, %, [17, Приложение 2]

U – напряжение сети в крайнем и среднем положении РПН трансформатора, кВ;

Sном – номинальная мощность, кВА.

Приведем полученные значения к среднему номинальному напряжению 6.3 кВ по выражению:

(2.4)

где Uбаз – базисное напряжение, кВ

Uном – номинальное напряжение, кВ















Дальнейшие расчеты параметров элементов схемы замещения выполняются для базового напряжения 6.3 кВ.

Активное и индуктивное сопротивления линии принимаем по справочным данным [18].





Расчет сопротивлений отходящих линий 6 кВ для дальних точек по (2.1):





















Расчет сверхпереходного сопротивления СТД:

^{Из паспортных данных известен пусковой коэффициент СТД-1250-2РУХЛ4 K}п ^{= 6.48.}

Сверхпереходное сопротивление вычисляется по формуле и равно:

(2.5)

^{Сверхпереходная ЭДС (Е″}d*^{) определяется в практических расчетах по таблице 5.2 [17]} и равна 1.1 о.е.

Приведем полученные значения к напряжению 6.3 кВ:

	(2.6)
	(2.7)

Схема замещения для расчетов токов КЗ представлена на рисунке 2



Рисунок 2 – Схема замещения

1. 
   Расчет токов короткого замыкания в точке К1
   

Расчет токов КЗ выполняется для первой секции шин 6 кВ, так как подстанция питается по двум линиям с одинаковыми параметрами и на ней установлено 2 однотипных трансформатора. При расчете будет учитываться максимальная загруженность фидера 214-15 (РУ-6 кВ КНС Ввод-1), с двумя работающими СТД. Результаты можно считать действительными также для второй секции шин 6 кВ, так как питание одного из двигателей периодически осуществляется с разных секций.

Выполним преобразование схемы замещения с расчетом суммарного сопротивления для среднего и крайних положений РПН трансформатора в максимальном режиме сети и эквивалентной ЭДС и сопротивления СТД:
X_∑ср = 0.11 + 0.04 + 0.473 = 0.623 Ом;

X_∑max = 0.11 + 0.04 + 0.441 = 0.591 Ом;

X_∑min = 0.163 + 0.04 + 0.542 = 0.745 Ом;

R_∑ = 0.024 Ом;



X_{∑d экв} = 0.013 + 1,51 = 1,523;

R_{∑d экв} = 0.006 Ом;

E_{d экв} = 6.93 кВ.

Схема замещения после первого преобразования, для расчета КЗ в точке К1 представлена на рисунке 3.



Рисунок 3 – Преобразование схемы замещения для расчета тока КЗ в точке К1

Выполним дальнейшее преобразование схемы замещения.













Эквивалентная схема замещения для расчета КЗ в точке К1 представлена на рисунке 4.



Рисунок 4 – Эквивалентная схема замещения для расчета КЗ в точке К1

Расчет токов КЗ в точке К1.






Для упрощения дальнейших расчетов токов КЗ в сети 6 кВ с учетом регулирования напряжения на стороне ВН трансформатора и работы СТД суммарные сопротивления на шинах 6 кВ определяем по вычисленным значениям токов КЗ в точке К1.

Напряжение на шинах 6 кВ остается неизменным, так как назначение РПН – сохранять постоянным напряжение на стороне НН трансформатора, регулированием напряжения на стороне ВН.

Ток КЗ при максимальном положении РПН соответствует сопротивлению сети в минимальном режиме:





Ток КЗ при минимальном положении РПН соответствует сопротивлению сети в максимальном режиме:

1. 
   Распределение токов КЗ
   

К месту короткого замыкания через вводной выключатель не проходит ток КЗ, вырабатываемый СТД, поэтому, для правильного выбора оборудования, необходимо учесть распределение токов по ветвям схемы.

ЭДС источника питания и СТД отличаются друг от друга, поэтому токи будут определяться по падению напряжения в ветвях схемы от протекающего в них тока КЗ









Проверка:

Ток двухфазного короткого замыкания можно грубо выразить через ток двухфазного короткого замыкания с помощью следующего выражения:





2.2 Расчет токов однофазного замыкания на землю

Для определения необходимости компенсации емкостных токов замыкания на землю в сети 6 кВ необходимо произвести анализ схемы сети 6 кВ и рассчитать емкостные токи замыкания на землю.

В сети 6 кВ подстанции №214 используются металлические опоры воздушных линий электропередачи. В соответствии с пунктом 1.2.16 ПУЭ компенсация емкостных токов замыкания на землю требуется при значении тока более 10А для металлических опор.

На подстанции №214 секционный выключатель 6 кВ принят нормально разомкнутым. Емкостной ток замыкания на землю рассчитан для ремонтного и аварийного режимов работы сети с объединением секций шин 6 кВ.

Удельные емкости кабелей приняты по справочным данным завода изготовителя. Для учета емкости оборудования расчетные емкости увеличиваются на 12%.

По кабельным линиям питаются 4 присоединения подстанции, 2 отходящие линии и 2 ввода РУ-6 кВ КНС. Так же следует учесть кабельные линии, отходящие от РУ-6 кВ КНС.

Удельный емкостной ток замыкания на землю равен:



^{где U}ф ^{– фазное напряжение сети, кВ;} ω – угловая частота,рад/с;

^C0 ^{– удельная емкость кабельной линии, мкФ/км.}

Собственный емкостной ток кабельной линии равен:



где l – длина кабельной линии, км.

Расчетные данные по всем кабельным линиям, подключенным к сети 6 кВ подстанции, сведены в таблицу 3. Удельная емкость кабельных линий взята по паспортным данным завода изготовителя.

Таблица 3 – Расчетные данные по кабельным линиям сети 6 кВ подстанции №214

Наименование присоединения	Тип КЛ	С0, мкФ/км	Длина КЛ, км	IС, А/км	IС КЛ, А
1	2	3	4	5	6
Яч. 4	ААШВ-6 3х120	0.46	0.22	1.576	0.347
	ААШВ-6 3х150	0.47	0.09	1.61	0.15
Яч. 5	2ААШВ-6 3х185	0.53	0.08	3.632	0.29
Яч. 6	ААШВ-6 3х120	0.46	0.25	1.576	0.394
	ААШВ-6 3х150	0.47	0.085	1.61	0.137
Яч. 9	ААШВ-6 3х95	0.35	0.01	1.2	0.012
Яч. 14	ААШВ-6 3х120	0.46	0.095	1.5	0.143
Яч. 15	2ААШВ-6 3х185	0.53	0.08	3.632	0.29
Яч. 16	ААШВ-6 3х120	0.46	0.087	1.576	0.137
Яч. 18	ААШВ-6 3х95	0.35	0.09	1.2	0.11
Яч. 19	ААШВ-6 3х95	0.35	0.01	1.2	0.012
РУ-6 кВ КНС Ввод-1	2ААБлГ-6 3х35	0.33	0.03	1.13	0.034
	ААБл-6 3х50	0.36	0.023	1.23	0.028
	ААШВ-6 3х50	0.36	0.04	1.23	0.049
	АСБ-6 3х120	0.46	0.14	1.57	0.22
	СБГ-6 3х50	0.36	0.14	1.23	0.172
РУ-6 кВ КНС Ввод-2	АСБ-6 3х120	0.46	0.138	1.57	0.22
	ААБл-6 3х50	0.36	0.025	1.23	0.031
	СБГ-6 3х50	0.36	0.18	1.23	0.222
	ААБ-6 3х50	0.36	0.05	1.23	0.061
	ААБлГ-6 3х35	0.33	0.025	1.13	0.028
	АСБ-6 3х120	0.46	0.070	1.57	0.11

^{Суммарный ток замыкания на землю составил I}∑С ^{= 3.20 А, что не превышает} нормативное значение, установленное ПУЭ. Установка устройства компенсации емкостных токов не требуется.

Вывод:

В результате расчетов были получены следующие значения токов короткого замыкания:

• 
  трехфазный ток КЗ на шинах 6 кВ – 6.5 кА;
  
• 
  ток КЗ, проходящий через вводной выключатель 6 кВ – кА;
  
• 
  двухфазный ток КЗ 4.22 кА;
  

Так же было установлено что использование дугогасящего реактора для компенсации емкостных токов замыкания на землю не требуется.