Проектирование электрических сетей (стр. 6 из 19)
Переход одного вида КЗ в другой чаще всего объясняется действиемэлектрической дуги.
Причины возникновения КЗ разнообразны. В сетях напряжением 6-35 кВ первоначальными причинами часто являются нарушения изоляции оборудования, вызванные её старением, перенапряжением, низкой культурой эксплуатации, механическими повреждениями (например, повреждение кабеля при выполнении земляных работ, падении деревьев и др.). Имеют место случаи возникновения КЗ из-за прикосновения к токоведущим частям людей, животных, птиц и др. В сетях напряжением до 1кВ в последние годы часты случаи КЗ на воздушных линиях из-за набросов проводниковых материалов на проводах с целью хищения последних. Возникающий при этом ток КЗ отключается предохранителями, т.е. с проводов снимается напряжение, и снятие проводов становится безопасным.
Расчет токов короткого замыкания производится для:
1. Сопоставления и выбора наиболее рационального вариантапостроения схемы электроснабжения.
2. Определения условий работы потребителей при аварийных режимах.
3. Выбора электрических аппаратов, шин, изоляторов, силовых кабелей и др.
4. Выбора средств ограничения токов короткого замыкания.
5. Определения влияния линий электропередач на линии проводной связи.
6. Проектирования и настройки устройств релейной защиты и автоматики.
7. Проектирования защитного заземления.
8. Подбора характеристик разрядников для защиты от перенапряжений.
9. Анализа происходящих аварий.
В современных электрических системах полный расчет токов короткого замыкания и учёт всех действительных условий очень сложен и практически невозможен. С другой стороны, требуемая точность расчёта зависит от его назначения. Например, для выбора электрических аппаратов достаточно приближённого определения токов короткого замыкания, так как интервалы между значениями параметров, характеризующих различные типы аппаратов, велики.
2.2.2 Расчёт токов КЗ на шинах высокого напряжения подстанции П25
Для расчета токов короткого замыкания использовалась программа расчета нормальных и аварийных режимов с множественной продольно-поперечной несимметрией в электрической сети энергосистем с учетом нагрузки «RTKZ 2.03». В имеющийся расчётный файл всей энергосистемы рассматриваемого энергорайона были добавлены новые проектируемые элементы, параметры которых были определены в предыдущем разделе. Исключение составят сопротивления нулевой последовательности проектируемых линий, которые для одноцепных линий с заземлённым стальным тросом определяются по следующей формуле:
х0л = 3 · х1л ,(2.1)
где х1л - сопротивление прямой последовательности линии (см. первыйраздел).
Для ЛЭП П8-П25:
х0л = 3 · 5,6 = 16,8 Ом;
Распечатка результатов расчётов токов КЗ в точке К1, находящейся в узле 2501 приведена в приложении Д1.
Как видно из результатов расчётов, ток трёхфазного КЗ больше тока однофазного КЗ, следовательно, в дальнейших расчётах будем использовать только ток трёхфазного КЗ.
Сверхпереходной ток трёхфазного КЗ в точке К1 равен:
I'' = 4,764 кА.
Эквиваленные сопротивления системы для точки К1:
хΣк1 = 15,3 Ом; rΣк1 = 4,5 Ом.
Ударный ток КЗ определяется по следующей формуле:
iу = 2·ку · I'',(2.2)где кy– ударный коэффициент, определяется по следующей формуле:
ку = 1 + е -0,01/Ta, (2.3)
где Ta – постоянная времени затухания апериодического тока, определяетсяпо следующей формуле:
Ta = хΣк1 / ( 314 · rΣк1 ) (2.4)
Апериодическая составляющая тока КЗ в момент времени τ определяется по следующей формуле:
iаτ = λτ 2 · I'',(2.5)где λτ - коэффициент затухания апериодической составляющей тока КЗ,определяется по следующей формуле:
λτ = e- τ / Ta, (2.6)
τ- момент времени расхождения контактов выключателя, определяемый по следующей формуле:
τ = tрз min + tсв, (2-7)
где tрз min - минимальное время действия РЗ, принятое равным 0,01 с. [4];
tce - собственное время отключения выключателя.
Действующее значение периодической составляющей тока КЗ определяется по формуле:
Int = γt · I'', (2.8)
где γt - коэффициент затухания периодической составляющей тока КЗ, определяемый по типовым кривым [4].
Для определения γtнеобходимо знать расчётное сопротивление, которое определяется по формуле:
xрасч= хΣк1 · SнΣ / U2ср.н, (2.9)
где SнΣ- сумма номинальных мощностей всех генераторов, питающих точку КЗ;
Uср.н – среднее номинальное напряжение ступени КЗ.
Максимальное время существования КЗ определяется по формуле:
tоткл= tрз max+ tов , (2.10)
где tрз max– максимальное время действия РЗ, принятое равным 0,1 с. [4];
tов – полное время отключения выключателя.
Определим ударный ток КЗ по (2.2)
Ta = 15,2969/ (314 · 4,53241 ) = 0,01075,
ку = 1 + е -0,01/0,01075 = 1,39446,
iу = 2 · 1,39446 · 4,764 = 9,3949 .Определим апериодическую составляющую тока КЗ в момент времени τ по (2.5):
τ = 0,01+ 0,05 = 0,06с,
λτ = e– 0,06 / 0,01075 = 0,003767 ,
iаτ = 0,003767 2 · 4,764 = 25,3815,Определим действующее значение периодической составляющей тока КЗ в момент времени τ по (2.8):
xрасч=15,2969· 1 250 / 1152 = 4,09 ,
Int = 1 · 4,764 = 4,764 кА.
Определим действующее значение периодической составляющей тока КЗ в момент времени tотклпо (2.8):
tоткл = 0,1 + 0,07 = 0,17c,
Int = 1 · 4,764 = 4,764 кА.
2.2.3 Расчет токов КЗ на шинах низкого напряжения подстанции П25
Для расчета токов короткого замыкания использовалась программа расчета нормальных и аварийных режимов с множественной продольно-поперечной несимметрией в электрической сети энергосистем с учетом нагрузки «RTKZ 2.03». В имеющийся расчётный файл всей энергосистемы рассматриваемого энергорайона были добавлены новые проектируемые элементы, параметры которых были определены в предыдущем разделе.
Распечатка результатов расчётов токов КЗ в точке К2, находящейся на шине 10 кВ, в узле 2501 приведена в приложении Д2.
Как видно из результатов расчётов, ток трёхфазного КЗ больше тока однофазного КЗ, следовательно, в дальнейших расчётах будем использовать только ток трёхфазного КЗ.
Сверхпереходной ток трёхфазного КЗ в точке К2 равен:
I'' = 8,162 кА.
Эквивалентные сопротивления системы для точки К2:
хΣк1 = 0,78 Ом; rΣк1 = 0,08 Ом.
Определим ударный ток КЗ по (2.2):
Ta = 0,783963 / ( 314 · 0,0811 ) = 0,0308,
ку = 1 + е -0,01/0,0308 = 1,7228,
iу = 2 · 1,7228 · 8,162 = 19,8855.Определим апериодическую составляющую тока КЗ в момент времени τ по (2.5):
τ = 0,01 + 0,09 = 0,1с,
λτ = e– 0,1 / 0,0308 = 0,039 ,
iаτ = 0,039 2 · 8,162= 0,449.Определим действующее значение периодической составляющей тока КЗ в момент времени τ по (2.8):
xрасч=0,783963 · 3538,25 / 10,52 = 25
Int = 1 · 8,162 = 8,162.
Определим действующее значение периодической составляющей тока КЗ в момент времени tотклпо (2.8):
tоткл = 0,1 + 0,11 = 0,21c,
Int = 1 · 8,162 = 8,162.
2.3 Выбор электрических аппаратов на ОРУ 110 кВ
2.3.1 Выбор выключателей
Выбор выключателя производят:
- по номинальному напряжению:
UномQ≥ UhРУ= 110 кВ; (2.10)
- по номинальному току:
Iр.ф. = 100А ≤ Iном , (2.11)
где Iр.ф.- максимальное значение тока, протекающего через подстанцию в послеаварийном режиме (см. приложение А1).
Примем к установке воздушный выключатель типа ВВБМ-110Б-31,5/2000У1 со следующими параметрами:
Номинальное напряжение UнQ110 кВ
Наибольшее рабочее напряжение Umax126 кВ
Номинальный ток IhQ2000 A
Номинальный ток отключения Iно 31,5кА
Нормированное содержание апериодической составляющей
тока кз βн 32%
Допустимая скорость восстанавливающегося 1,2
напряжения СВНдоп кВ/мкс
Наибольший пик предельного сквозного тока inc102 кА
Действующее значение сквозного тока Inc40 кА
Наибольший пик номинального тока включения iнв 90 кА