Материал: Проектирование системы электроснабжения предприятия по изготовлению бетонных строительных материалов

Активное сопротивление болтовых контактных соединений:

К = rк · n, RК = 0,003 · 12 = 0,036 Ом.

Расчет начального значения периодической составляющей тока трехфазного КЗ. В электроустановках с автономными источниками электроэнергии начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ без учета подпитки электродвигателей следует рассчитывать по формуле

где -сверхпереходная ЭДС (фазное значение) автономного источника, кВ;

RΣ и XΣ - суммарные активные и индуктивные сопротивления цепи КЗ, Ом.

При этом учтем, что короткое замыкание будет чисто металлическим, т.е. без учета активного сопротивления дуги.

Суммарные сопротивления равны:

RΣ = rст + RтА + Rкв + Rш + Rк ,

ХΣ = х”d + XтА + Rкв + Xш ,

где rст - активное сопротивление статора автономного источника, мОм;

Rк - активное сопротивление различных контактов и контактных соединений, мОм;

x”d - сверхпереходное сопротивление по продольной оси ротора, мОм;

RтА и XтА - активное и индуктивное сопротивление первичных обмоток трансформаторов тока, мОм;

Rкв и Xкв - активные и индуктивные сопротивления токовых катушек и переходных сопротивлений подвижных контактов автоматических выключателей, мОм;

Rш и Xш- активное и индуктивное сопротивления шинопроводов, мОм.

Тогда, для нашей цепи получим:

RΣ = 0,248 + 0,085 + 0,13 + 0,035 = 0,498 мОм;

ХΣ = 16,5 + 0,07 + 0,04 = 16,6 мОм,

13,9 кА.

Расчет ударного тока. Ударный ток трехфазного КЗ в электроустановках рассчитывают по формуле

где Куд - ударный коэффициент, который может быть определен по кривым или рассчитан по формуле (6.6).

где Та - постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ, с;

tуд - время от начала КЗ до появления ударного тока, с.

;

;

.

В тех случаях когда ХΣ/RΣ ≥ 5, tуд принимают равной 0,01 с.

В нашем случае, получим:

Учет сопротивления электрической дуги. Учет электрической дуги в месте КЗ рекомендуется производить введением в расчетную схему активного сопротивления дуги Rд, которое определяется на базе вероятностных характеристик влияния устойчивости (непогасающейся) дуги на ток КЗ.

Среднее значение активного сопротивления дуги в начальный момент КЗ, определим по формуле

,

где Кс - среднестатическое значение поправочного коэффициента, учитывающего снижение тока в начальный момент дугового КЗ по сравнению с током металлического КЗ, который можно определить по формуле:

,

где Zк - полное сопротивление цепи КЗ, мОм.

Рассчитаем сопротивление дуги:

Тогда ток дугового КЗ, определяется с введением в расчетную схему активного сопротивления дуги:

Учет комплексной нагрузки. Влияние комплексной нагрузки учитывать не будем.

Расчет периодической составляющей тока КЗ для произвольного момента времени. Данный расчет необходим для проверки РЗ генераторов. Расчет будем вести для трехфазного металлического КЗ на выводах генератора в установившемся режиме т.е. для t = ∞.

,

где Iп0(В) - ток трехфазного КЗ на выводах генератора, А, определяется по выражению 6.2;

γt - коэффициент находящийся по типовым кривым (рисунок 6.3).

Рисунок 6.3 - Типовые кривые для синхронного генератора автономных систем электроснабжения напряжением 400/230 В

Тогда для нашего случая получим:

Результаты по расчетам токов КЗ для цепи генератора представлены в таблице 6.2.

Таблица 6.2 - Результаты расчетов токов КЗ

5.2 Расчет тока КЗ цепи трансформатора

Расчетная схема для расчета тока КЗ цепи трансформатора приведена на рисунке 6.4.

Рисунок 6.4 - Расчетная схема цепи трансформатора

Исходные данные для расчета приняты из[14], [16] представлены в таблице 6.1.

Таблица 6.3 - Параметры элементов схемы

* длина кабельной линии предварительно взята исходя из того, что в радиусе 2 км от обекта проектирования имеется 3 источника электроснабжения.

Составим схему замещения. В случаях, когда трансформатор подключен к сети энергосистемы через реактор, воздушную или кабельную линию (длиной более 1 км), необходимо учитывать не только индуктивные, но и активные сопротивления этих элементов.

Рисунок 6.5 - Схема замещения для цепи трансформатора

Расчет будем вести в именованных единицах и при приближенном приведении.

Определим параметры схемы замещения.

- Сопротивление системы: при отсутствии указанных данных о системе индуктивное сопротивление системы допускается рассчитывать по формулеI

,

где Uср.НН - среднее номинальное напряжение сети, подключенной к обмотке низшего напряжения трансформатора, В;

Uср.ВН - среднее номинальное напряжение сети, к которой подключена обмотка высшего напряжения трансформатора, В;

Iоткл.ном - номинальный ток отключения выключателя, установленного на стороне высшего напряжения понижающего трансформатора, кА.

Для большинства выключателей на напряжение 10 кВ - Iоткл.ном равна 20 кА, это также справедливо и для предохранителей серии ПКТ. Тогда сопротивление системы получим:

- Сопротивление кабельной линии: для определения сопротивления КЛ необходимо предварительно определить ее сечение. Сечение определим по методу экономической плотности тока, в качестве расчетного тока примем Iраб.утяж.= 3233 А. Тогда, при Тм = 5800 ч для кабелей с алюминиевыми жилами и пластмассовой изоляцией получим:

принимаем сечение 90 мм2, согласно [12]: Iдоп = 253 А (при прокладке в земле), rуд.кб = 0,443 мОм/м, худ.кб = 0,119 мОм/м. Тогда сопротивление приведенное к стороне 0,4 кВ, равно

Сопротивление трансформатора:

где ΔРк.з - потери короткого замыкания в трансформаторе, кВт;

UНН.ном - номинальное напряжение обмотки низшего напряжения трансформатора, кВ;

uк.з. - напряжение короткого замыкания трансформатора, %.

Активное и индуктивное сопротивление шинопровода:

ш = rш · l, Rш = 0,013 · 5 = 0,065 Ом,

Xш = xш · l, Xш = 0,015 · 5 = 0,075 Ом.

Активное сопротивление болтовых контактных соединений:

К = rк · n, RК = 0,003 · 12 = 0,036 Ом.

Расчет начального значения периодической составляющей тока трехфазного КЗ.

RΣ = 1,29 + 0,91 + 0,065 + 0,1 + 0,036 = 2,41 Ом;

ХΣ = 0,44 + 0,35 + 6,62 + 0,075 + 0,05 = 7,49 Ом;

Расчет ударного тока.

;

;

Учет сопротивления электрической дуги.

Сопротивление дуги рассчитаем аналогично п 5.1:

Тогда ток трехфазного КЗ с учетом сопротивления дуги равен:

Учет комплексной нагрузки. Влияние комплексной нагрузки учитывать не будем.

Результаты по расчетам токов КЗ для цепи трансформатора представлены в таблице 6.4.

Таблица 6.4 - Результаты расчетов токов КЗ

5.3 Проверка выбранного оборудования по условию КЗ

Проверка автоматических выключателей. Проверку выключателей следует проводить по условиям:

Iоткл ≥ IпО;

iпр.с. ≥ iуд;

Вк ≥ I2тер. · tтер.

Определим термическое действие тока короткого замыкания, по формуле:

,

где Вк - тепловой импульс, выделяемый током КЗ или интеграл Джоуля, кА2×с;

tотк = tр.з.+ tо.в.;

tр.з - время действия максимальной токовой защиты, равное 0,3 с;

tо.в. - полное время отключения выключателя, равно 0,003, с.

-для цепи генератора:  кА2×с;

для цепи генератора:  кА2×с.

Все расчетные и каталожные данные по выбору и проверке выключателей сводим в таблицу 6.5.

Таблица 6.5 - Данные для выбора выключателей

Проверка жестких шин. Жесткие шины, укрепленные на изоляторах, представляют собой динамическую колебательную систему, находящуюся под воздействием электродинамических сил. В такой системе возникают колебания, частота которых зависит от массы и жесткости конструкций. Электродинамические силы, возникающие при КЗ, имеют составляющие, которые изменяются с частотой 50 и 100 Гц. Если собственные частоты колебательной системы шины - изоляторы совпадут с этими значениями, то нагрузки на шины и изоляторы возрастут. Если собственные частоты меньше 30 и больше 200 Гц, то механического резонанса не возникает.

Определение частоты собственных колебаний для:

алюминиевых шин:

медных шин:

где l - длина пролета между изоляторами, м, примем 0,8 м;

J - момент инерции поперечного сечения шины относительно оси, перпендикулярной направлению изгибающей силы, см4,[15] ;

q - поперечное сечение шины, см2.

Необходимо произвести проверку на электродинамическую стойкость с учетом механических колебаний.

Если каждая фаза выполняется из двух полос (рисунок 5.1), то возникают усилия между полосами и между фазами. Усилие между полосами не должно приводить к их соприкосновению. Для того чтобы уменьшить это усилие, в пролете между полосами устанавливают прокладки (рисунок 6.6).

Рисунок 6.6 - Расположение двух полосных шин

Пролет между прокладками  выбирается таким образом, чтобы электродинамические силы, возникающие при КЗ, не вызывали соприкосновение полос:

.

Механическая система две полосы - изоляторы должна иметь частоту собственных колебаний больше 200Гц, чтобы не произошло резкого увеличения усилия в результате механического резонанса. Исходя из этого, величина lп выбирается еще по одному условию:

,

где  - расстояние между осями полос, см;

 - момент инерции полосы, ;

 - коэффициент формы, определяется по кривой, приложение;

 - масса полосы на единицу длины, кг/м;

Е - модуль упругости материала шин.

Для РУ генераторов:

 см;

см.