Проектирование электрической части подстанции (стр. 2 из 4)
Определение токов нормального и утяжеленного режимов в цепях НН (6-10 кВ) силовых трансформаторов (автотрансформаторов) подстанции дает возможность наметить тип распределительного устройства (РУ) на стороне НН подстанции.
Если ном I < 3200 А, то РУ может быть выполнено комплектным для внутренней или наружной установки КРУ (Н) с установкой вакуумных или элегазовых выключателей с номинальным током отключения 20 кА или 31,5 кА.
Если 3200 < ном I < 5000 А, то в цепях НН силовых трансформаторов и секционного выключателя устанавливают шкафы КР10-Д10 с выключателем МГГ-10 с ном I = 5000 А, а в цепях отходящих линий шкафы с вакуумными или элегазовыми выключателями на соответствующие номинальные токи. В этом случае намечается РУ – комплектное внутренней установки (КРУ).
Если I > 5000 А, то в цепях силовых трансформаторов и секционного выключателя устанавливают выключатели серии МГУ-20 или другого типа. В этом случае РУ намечается закрытого типа (ЗРУ) с установкой в цепях отходящих линий шкафов КРУ.
3.4 Выбор средств ограничения токов короткого замыкания
Короткими замыканиями (КЗ) называют замыкания между фазами (фазными проводниками электроустановки), замыкания фаз на землю (нулевой провод) в сетях с глухо- и эффективно-заземленными нейтралями, а также витковые замыкания в электрических машинах.
Короткие замыкания возникают при нарушении изоляции электрических цепей. Причины таких нарушений различны: старение и вследствие этого пробой изоляции, набросы на провода линий электропередачи, обрывы проводов с падением на землю, механические повреждения изоляции кабельных линий при земляных работах, удары молнии в линии электропередачи и др.
Чаще всего КЗ происходят через переходное сопротивление, например через сопротивление электрической дуги, возникающей в месте повреждения изоляции. Иногда возникают металлические КЗ без переходного сопротивления. Для упрощения анализа в большинстве случаев при расчете токов КЗ рассматривают металлическое КЗ без учета переходных сопротивлений.
В трехфазных электроустановках возникают трех- и двухфазные КЗ. Кроме того, в трехфазных сетях с глухо - и эффективно-заземленными нейтралями дополнительно могут возникать также одно- и двухфазные КЗ на землю (замыкание двух фаз между собой с одновременным соединением их с землей)
При трехфазном КЗ все фазы электрической сети оказываются в одинаковых условиях, поэтому его называют симметричным. При других видах КЗ фазы сети находятся в разных условиях, в связи, с чем векторные диаграммы токов и напряжений искажены. Такие КЗ называют несимметричными.
Короткие замыкания, как правило, сопровождаются увеличением токов в поврежденных фазах до значений, превосходящих в несколько раз номинальные значения
Протекание токов КЗ приводит к увеличению потерь электроэнергии в проводниках и контактах, что вызывает их повышенный нагрев. Нагрев может ускорить старение и разрушение изоляции, вызвать сваривание и выгорание контактов, потерю механической прочности шин и проводов и т. п. Проводники и аппараты должны без повреждений переносить в течение Обычно это имеет место, когда сопротивление хк превышает сопротивление генератора в 4-6 раз. В этом случае форсировка возбуждения не только компенсирует снижение напряжения на генераторах, но и сообщает дополнительное приращение потоку Ф и ЭДС.
При дальнейшем увеличении электрической удаленности места повреждения ток КЗ уменьшается и короткое замыкание все в меньшей степени влияет на работу генератора.
Удаленной точкой КЗ условно называют такое место в электрической сети, при коротком замыкании в котором ток в генераторах изменяется настолько незначительно, что можно пренебречь изменением ЭДС и напряжений генераторов и считать напряжение на их зажимах неизменным и равным номинальному. Поэтому при коротком замыкании в удаленной точке периодическая составляющая тока не изменяется и с первого же момента времени ток КЗ принимает свое установившееся значение.
В цепях отходящих линий от шин НН подстанции номинальные токи, в большинстве случаев, не превышают 630 А и в шкафах КРУ (Н) устанавливаются выключатели с номинальным током отключения не более 20 кА или 31,5 кА. Поэтому необходимо рассчитать значения токов КЗ на стороне НН (6 – 10 кВ) подстанции в обоих вариантах и решить вопрос об их ограничении.
При ограничении токов КЗ исходят из двух условий:
• по условию отключающей способности выключателей, установленных в цепях отходящих линий 6 – 10 кВ,
• по условию обеспечения термической стойкости кабелей отходящих линий 6 – 10 кВ.
По второму условию необходимо выбрать сечения кабеля в цепи отходящей линии меньшей мощности и проверить его на термическую стойкость. При расчете минимального сечения кабеля по условию термической стойкости требуется определение времени прохождения (отключения) тока КЗ.
Указывается, что время прохождения тока КЗ (
) определяется установкой защиты, имеющей наибольшую выдержку времени. Для кабельных линий 6 – 10 кВ время отключения будет определяться выдержкой времени максимальной токовой защиты, при этом время отключения тока КЗ составит 1,2-2,2 с. Если при расчетных значениях токов КЗ в обоих вариантах обеспечивается отключающая способность выключателей и термическая стойкость кабелей, то в ограничении токов КЗ нет необходимости. При невыполнении этих условий следует выяснить, какое из них является определяющим, и выбрать средства ограничения токов КЗ.3.5 Расчет токов короткого замыкания
Расчеты токов КЗ производятся для выбора или проверки параметров электрооборудования, а также для выбора или проверки установок релейной защиты и автоматики.
Расчет тока КЗ с учетом действительных характеристик и действительного режима работы всех элементов энергосистемы, состоящей из многих электрических станций и подстанций, весьма сложен. Вместе с тем для решения большинства задач, встречающихся на практике, можно ввести допущения, упрощающие расчеты и не вносящие существенных погрешностей. К таким допущениям относятся следующие:
· принимается, что фазы ЭДС всех генераторов не изменяются (отсутствие качания генераторов) в течение всего процесса КЗ;
· не учитывается насыщение магнитных систем, что позволяет считать постоянными и не зависящими от тока индуктивные сопротивления всех элементов короткозамкнутой цепи;
· пренебрегают намагничивающими токами силовых трансформаторов;
· не учитывают, кроме специальных случаев, емкостные проводимости элементов короткозамкнутой цепи на землю;
· считают, что трехфазная система является симметричной;
· влияние нагрузки на ток КЗ учитывают приближенно;
· при вычислении тока КЗ обычно пренебрегают активным сопротивлением цепи, если отношение х/г более трех. Однако активное сопротивление необходимо учитывать при определении постоянной времени затухания апериодической составляющей тока КЗ Та.
Указанные допущения наряду с упрощением расчетов приводят к некоторому преувеличению токов КЗ (погрешность практических методов расчета не превышает 10%, что принято считать допустимым).
На схеме замещения намечаются точки КЗ, в которых определяют значения токов КЗ для выбора и проверки электрических аппаратов и токоведущих частей. Необходимое количество точек КЗ и их место расположения определяется согласно расчетным условиям. Необходимо определить начальное значение периодической составляющей тока КЗ, ударный ток, значения апериодической и периодической составляющих тока КЗ. Расчетные точки КЗ в цепях подстанции находятся на значительной электрической удаленности от источника (системы).
При выборе электрических аппаратов в распределительных устройствах (РУ) 110 кВ и выше необходимо рассчитывать ток однофазного КЗ
. Если 
, то необходимо принять меры по его ограничению, чтобы выполнялось условие 
3.6 Выбор электрических аппаратов
При проектировании подстанции необходимо выбрать:
• выключатели в РУ ВН, (СН), НН;
• разъединители;
Выключатели в зависимости от применяемых в них дугогасительной и изолирующей сред подразделяются на масляные, воздушные, элегазовые, вакуумные и выключатели с магнитным гашением дуги. В сетях 6…20 кВ применяются малообъемные масляные выключатели, выключатели с магнитным гашением дуги, вакуумные и элегазовые. В качестве генераторных выключателей мощных блоков и синхронных компенсаторов применяются так же воздушные выключатели. На напряжении 35…220 кВ применяются малообъемные масляные выключатели при предельных токах отключения 25…40 кА, а так же элегазовые и вакуумные выключатели. В сетях 110 и 220 кВ находят применение также воздушные выключатели с током отключения от 50 до 63 кА. В сетях 330 кВ и выше применяются воздушные и элегазовые выключатели. При выборе выключателей, как и прочего оборудования, следует стремиться к однотипности, что упрощает эксплуатацию.
Выключатели выбирают
По номинальному напряжению Uуст ≤ Uном
по номинальному току Iнорм ≤ Iном; Imax ≤ Iном,
по отключающей способности.
По ГОСТ 687-78Е отключающая способность выключателя характеризуется следующими параметрами:
а) номинальным током отключения Iотк.ном в виде действующего значения периодической составляющей отключаемого тока;
б) допустимым относительным содержанием апериодической составляющей в токе отключения βн, %;
в) нормированными параметрами переходного восстанавливающего напряжения (ПВН).
Номинальный ток отключения Iотк.ном и βн отнесены к моменту прекращения соприкосновения дугогасительных контактов выключателя τ. Время τ от начала короткого замыкания до прекращения соприкосновения дугогасительных контактов определяют по выражению: