Материал: Электроснабжение подстанции

5. Расчет токов короткого замыкания

Выбор сечения питающей линии

Для определения сечения питающей линии необходимо определить нагрузку на стороне 10 кВ.

Определяем максимальную нагрузку одной секции S_max1, кВА, по формуле

S_max1=; (26)

где S_max1 - максимальная мощность наиболее нагруженной секции, кВА;

P_max1 - активная максимальная мощность наиболее нагруженной секции, кВт;

ΔР_m - активные потери мощности в силовом трансформаторе, кВт;

Q_max1 - реактивная максимальная мощность наиболее нагруженной секции, кВар;

Δ Q_m - реактивные потери мощности в силовом трансформаторе, кВАр

S_max1= = 389 кВА;

Определяем максимальный ток наиболее нагруженной секции I_max1, А, по формуле

I_{max1 с} = ,               (27)

I_max1= = 23 А;

Воздушные линии на напряжение выше 1000 В и питающие линии на напряжение до 1000 В выбираются по экономической плотности тока, по напряжению, и условия нагрева, и по доступным токовым нагрузкам по потере напряжения.

Экономически целесообразно сечение S_эк, А определяется по формуле

S_эк=;          (28)

где I_max1 - максимальный ток наиболее загруженной секции, А;

j_э - нормированное значение экономической плотности тока j_э=1, т.к. Т_и= 4600 ч.

S_эк= = 21 мм²;

Полученное сечение округляется до ближайшего стандартного сечения провода согласно [7. с. 513] АС - 25 мм², I_доп= 142 А; r₀ = 1,176 Ом/км, х₀ = 0,41 Ом/км.

Стандартное сечение кабеля выбирается с учетом напряжения линии

U_ном  U_уст;         (29)

 10

где U_ном - номинально напряжение провода, кВ;

U_уст - напряжение установки, кВ.

Выбранное сечение провода необходимо проверить из условия нагрева, по формуле

I_доп  I_max (30)

где I_доп -допустимая токовая нагрузка на провод

I_max -максимальный ток подстанции в аварийном режиме

I_{max п/ст} = ;

I_{max п/ст} = = 43 А;

 43

Выбранное сечение кабеля проверяется на потерю напряжения из условия

ΔU_доп %  ΔU_рас %, по формуле

ΔU_рас %= ; (31)

где I_max - максимальный ток подстанции в аварийном режиме, А;

L - длина линии, км;

r₀ - удельное сопротивление 1 км линии, Ом/км;

x₀ - индуктивное сопротивление 1 км линии;

cosφ - коэффициент мощности подстанции;

ΔU_доп % - (5 -6) % линии напряжением 6 -10 кВ.

Определяем коэффициент мощности cosφ, о.ед по формуле

cosφ= ; (32)

sinφ= ; (33)

cosφ= =0,95;

sinφ= =0,28;

ΔU_рас %= = 1,95 %;

 1,95

Расчет токов короткого замыкания на стороне высокого напряжения.

Производим расчет токов короткого замыкания в относительных единицах.

Составляем расчетную схему и схему замещения.

Рисунок 1-Схема замещения Рисунок 2- Расчетная схема

Определяем базисный ток I_б, кА по формуле

I_б= ; (34)

I_б= = 8,25 кА;

Определяем активное и реактивное сопротивления линии r_{* л}, x_{* л}, по формулам

r_{* л}= ; (35)

x_{* л}= ; (36)

r_{* л}= = 3,35

x_{* л}= = 1,17

Определяем активное и реактивное эквивалентное сопротивление цепи к.з. r_{* экв}, x_{* экв}, по формулам

r_{* экв} = r_{* л}; (37)

x_{* экв} = x_{* c}+ x_{* л}; (38)

r_{* экв} = 3,35

x_{* экв} = 0,35 + 1,17 = 1,52

Определяем отношение сопротивлений

r_{* экв}/ x_{* экв} (39)

== 2,86

Активное сопротивление линии учитывается.

Тогда следует определить полное относительное сопротивление цепи к.з. Z_*, о.ед. по формуле

Z_*= ; (40)

Z_*= = 3,67

При Z_* > 3 определяем ток к.з. I_КЗ, кА по формуле

I_КЗ = I_∞ = I^″= ;

I_КЗ = I_∞ = I^″=

Определяем мощность КЗ S_t, МВА, по формуле

 S_КЗ = St₌₀ = ;  (41)

S_КЗ = St₌₀ =   

Определяем ударный ток i_у, кА, по формуле

i_у = К_у ×  × I^″; (42)

где К_у -ударный коэффициент

i_у = 1,3××2,24 = 4,2 кА;

Определение приведенного времени.

Производим расчет приведенного времени, необходимого для проверки аппаратов и токоведущих частей на термическую устойчивость токам к.з.

Определяем коэффициент β^″, о.ед по формуле

β^″= ; (43)

β^″= = 1

Определяем время отключения ступеней t_откл, с

t_откл1 = t_з + t_в; (44)

t_откл2 = t_откл1 + Δt; (45)

t_откл3 = t_откл2 + Δt; (46)

t_откл1 = 0,3 + 0,1 = 0,4 с;

t_откл2 = 0,4 + 0,5 = 0,9 с;

t_откл3 = 0,9 + 0,5 = 1,4 с;

Определяем периодическую составляющую приведенного времени t_пп для каждой ступени согласно [6, с. 244, рисунок6.12]

t_пп1 = f (t_откл1; β^″); (47)

t_пп2 = f (t_откл2; β^″);

t_пп3 = f (t_откл3; β^″);

t_пп1 = 0,42 с;

t_пп2 = 0,75 с;

t_пп3 = 1,2 с;

Определяем апериодическую составляющую приведенной времени t_па,с по формуле

t_па = 0,05 · ( β^″)²; (48)

t_па = 0,05 · (1)² = 0,05 с;

Определяем приведенное время t_пр, с для трех ступеней селективности, по формулам

t_пр1 = t_пп1 + t_па;      (49)

t_пр2 = t_пп2 + t_па;       (50)

t_пр3 = t_пп3;    (51)

t_пр1 = 0,42 + 0,05 = 0,47 с;

t_пр2 = 0,75 + 0,05 = 0,8 с;

t_пр3 = 1,2 с;

Селективность срабатывания выключателей и релейной защиты представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Селективность срабатывания защиты.

Расчет токов короткого замыкания низкой стороны подстанции.

Определяем расчетный ток I_р, А, по формуле

I_р=         (52)

I_р= = 1250 А

Определяем активное и индуктивное сопротивление силового трансформатора сначала в относительных (r_*тр, x_*тр, о.ед.), затем в именованных единицах (r_тр, x_тр, мОм)

r_*тр=  , (53)

x_*тр=  , (54)

r_тр= r_*тр×  , (55)

x_тр= x_*тр×  , (56)

где ∆Р_кз - потери к.з. в силовом трансформаторе, кВт;

U_кз% - напряжение к.з. силового трансформатора, %.

r_*тр= =0,012 о.ед.

x_*тр= =0,054 о.ед.

r_тр= =3,064 мОм

x_тр= = 13,6 мОм

Выбираем шину из условия нагрева по [5, стр.130,таблица 5-6], определяем активное и индуктивное удельное сопротивление шин по[5, стр.120,таблица 4-10], r_ш0 , x_ш0 ,мОм

I_доп ≥ I_р (57)

 1250

Шина марки АТ -80×8 мм², I_доп=1320 А; r_ш0=0,055 мОм/м; x_ш0=0,126 мОм/м.

Определяем суммарное активное и реактивное сопротивление цепи к.з. r_Σ, x _Σ, мОм, по формуле

r_Σ= r_тр+ r_шо×L_ш+ r_к+ r_д , (58)

x _Σ= x_тр+ x_шо× L_ш , (59)

где L_ш - длина шины, м;

r_к, r_д - сопротивление контактов и электрической дуги, r_к=15 мОм; r_д=0,1мОм.

r_Σ = 3,064 + 0,055×10 + 0,1+15=18,9 мОм

x _Σ = 13,6 + 0,126 ×10= 15,05 мОм

Определяем результирующее сопротивление цепи короткого замыкания Z_Σ, мОм, по формуле

Z_Σ= , (60)

Z_Σ= = 24,2 мОм

Определяем ток к.з. для удаленной точки I_кз, кА, по формуле

I_кз= ,                  (61)

где U_2н -номинальное напряжение цепи короткого замыкания, В.

I_кз=  = 9,55 кА

Определяем отношение x_Σ/r_Σ=0,53, по которому находим ударный коэффициент К_у ,по [6, стр.228,рисунок 6.2], К_у=1,1.

Определяем ударный ток i_у, кА, по формуле

i_у= × К_у × I_кз , (62)

i_у=× 1,1× 9,55 = 14,9 кА

Определяем мощность короткого замыкания S_кз, мВА, по формуле

S_кз= ×U_2н × I_кз , (63)

S_кз=× 0,4×14,9 = 10,3 мВА

.1 Выбор электрооборудования высокой стороны подстанции

Выбор электрооборудования начинаем с выбора высоковольтной ячейки. Ячейку КРУ типа КМ-1 выбираем согласно[2, с. 512, таблица 9.5].

Технические данные ячейки сводим в таблицу 4.

Таблица 4- Технические данные высоковольтной ячейки.

Выбор высоковольтного выключателя

Высоковольтный выключатель выбирается в соответствии с выбранной ячейкой по номинальному току и напряжению, роду установки и проверяется на термическую и динамическую устойчивость токам короткого замыкания, а так же на ток и мощность отключения.

Выбираем высоковольтный выключатель согласно[2, с.228, таблица 5.1], типа ВМПП -10 -630 -20У3. Технические данные выключателя сводим в таблицу 5.

Таблица 5 - Технические данные высоковольтного выключателя.

Выбор изолятора

Изоляторы выбираем по напряжению, роду установки, допускаемой механической нагрузке. Проходные изоляторы дополнительно выбираем по номинальному току.

Выбираем опорный изолятор по напряжению из условия

U_{из ном} ≥ U_{уст ном}; (64)

где U_{из ном} - номинальное напряжение изолятора, кВ

≥ 10

Напряжение изолятора может превышать напряжение установки на

-15%.

По допустимой механической нагрузке изоляторы выбираются из условия

F_расч ≤ 0,6 ·F_разр; (65)

где F_расч - расчетная нагрузка на изолятор при трехфазном ударном токе, Н; F_разр -минимальная разрушающая сила на изгиб, взятая по каталогу, Н.

≤ 0,6 ·4000=2400

Определяем силу, действующую на шину средней фазы, F⁽³⁾, Н по формуле

F⁽³⁾= ; (66)

где l - расстояние между опорными изоляторами в пролете (ширина высоковольтной ячейки), м;

а - расстояние между рядами изоляторов, м; а = 0,15.

F⁽³⁾= = 16 Н;

Выбираем опорный изолятор согласно[2, с.288], типа И4 -80УХЛ3;

Выбираем проходной изолятор по напряжению из условия

U_{из ном} ≥ U_{уст ном}; (67)

≥ 10;

По допустимой механической нагрузке изоляторы выбираются из условия

F_расч ≤ 0,6 ·F_разр;

Для проходных изоляторов

F_расч= 0,5 · F⁽³⁾;

F_расч= 0,5 ·16 = 8 Н;

≤ 0,6 ·3678=2207;

По номинальному ток проходные изоляторы выбираются из условия нагрева

I_{из ном} ≥ I_{max п/ст}; (68)

630 ≥ 220,4