Расчет токов короткого замыкания

Значения токов короткого замыкания (КЗ) используются для проверки шин и аппаратов по условиям электродинамической и термической стойкости, для выбора токоограничивающих элементов, для проверки кабельных линий на термическое действие и др.

Расчет токов КЗ состоит из следующих этапов.

Составление расчетной схемы. Расчетная схема - это однолинейная схема электроустановки с указанием элементов, участвующих в расчете токов КЗ. Расчетная схема должна отражать нормальный режим работы установки.

Выбор вида КЗ. Для определения электродинамической стойкости аппаратов и шин принимают трехфазное КЗ; для определения термической стойкости - трехфазное или двухфазное КЗ. Проверку отключающей и включающей способности аппаратов проводят по трехфазному или однофазному току КЗ на землю в зависимости от его значения. В настоящем проекте ведется расчет только трехфазного КЗ.

Места расположения точек КЗ выбирают так, чтобы проверяемое оборудование и проводники находились в наиболее тяжелых условиях. Для коммутационной аппаратуры выбирают место КЗ на их выходных зажимах; проверку кабельных линий производят по току КЗ в начале линии; проверку оборудования на отходящих реактированных линиях ведут по току за реактором.

Расчетная продолжительность принимается различной в зависимости от назначения расчетов.

При проверке выключателя на коммутационную способность за расчетное время КЗ принимают момент начала расхождения его контактов

где t_з._min =0,01с - принимается как минимальное время действия релейной защиты; t_co₆ - собственное время выключателя, с.

При проверке выключателя на термическую стойкость за расчетное время КЗ принимают полное время протекания тока короткого замыкания

где t₃ - полное время действия основной защиты; t_вык - полное время отключения выключателя по его паспорту. При расчете этого времени используются следующие ориентировочные значения времени действия защит t₃, которые определяются условиями селективности:

(1,0...1,2) с - для отходящих линий 6-10 кВ;

(1,5... 1,8) с - для межсекционных связей 6-10 кВ;

(2,0...2,4) с - для линий 35 кВ;

(2,5...3,0) с - для линий 110-330 кВ;

(3,0...3,6) с - для трансформаторов связи;

(4,0...4,6) с - для генераторов.

Определение расчетных параметров элементов сети. Параметры элементов (генераторов, трансформаторов линий и т.д.) приводят к базисным условиям, в качестве которых принимают базисную мощность S_б и базисное напряжение U_б. Базисное напряжение принимают для каждой ступени напряжения равным ее среднему номинальному значению. Расчет токов КЗ ведут в относительных или именованных единицах. При расчетах в относительных единицах сопротивления элементов приводят к базисной мощности

при расчетах в именованных единицах сопротивления элементов приводят к базисному напряжению

На рис. 3.7 представлена расчетная схема ТЭЦ и соответствующая ей схема замещения. На схемах показаны расчетные точки короткого замыкания К1 и К2.

Расчет токов КЗ производим в относительных единицах с приведением сопротивлений к базисным условиям.

Предварительный выбор секционных реакторов. Сопротивление секционных реакторов должно быть достаточным для того, чтобы ограничить ток КЗ до значений, соответствующих параметрам намечаемых к установке выключателей. Номинальный ток секционного реактора должен соответствовать мощности, передаваемой от секции к секции при нарушениях нормального режима. Но так как точный расчет режима секционных реакторов затруднен из-за неопределенности возможных нарушений, то поступают так: ток реактора принимают по току генератора:

а сопротивление предварительно задают в пределах х_р = 0,1 - 0,4 Ом. Сделав такой выбор, рассчитывают ток КЗ на шинах установки, а, если он окажется больше ожидаемого, изменяют сопротивление реактора и повторяют расчет. В соответствии с этими рекомендациями предварительно выбираем реактор с номинальным током не менее 0,5∙I_г.ном = 0,5∙4,33 = 2165 А. Из существующей номенклатуры реакторов [12] выбираем реактор типа РБГ 10-2500-0,20УЗ с номинальным током I _ном = 2500 А и сопротивлением х_р = 0,20 Ом.

а)

б)

Рис. 3.7. Расчетная схема (а) и схема замещения (б) для определения токов КЗ в точках К1 и К2

Задание базисных величин. Значения базисной мощности и напряжений принимаются исходя из соображений удобства проведения расчетов. В качестве базисных величин принимаем: S₆ = 1000 MBA;

кВ, кА;

кВ, кА.

Расчет сопротивлений схемы замещения. Расчет сопротивлений выполняется в относительных единицах при выбранных базисных условиях (для упрощения "звездочка" в индексах опущена).

1. Сопротивления энергосистем С1 и С2 соответственно

о.е.,

о.е.

2. Сопротивление ЛЭП (результаты расчетов сведены в табл. 3.10)

где х_уд - удельное сопротивление линии, Ом/км; n_ц - количество параллельных цепей; L - длина линии, км.

Таблица 3.10

ЛЭП	U_б1, кВ	x_уд, Ом/км	n_ц	L, км	Сопротивление линии в схеме замещения, о. е.
W1		0,4			x₃	0,529
W2		0,4			x₄	0,907
W3		0,4			x₅	0,605

3. Сопротивление генераторов (результаты расчетов сведены в табл. 3.11)

где х_д^’’ - относительное сверхпереходное индуктивное сопротивление по продольной оси; S_г,ном - номинальная мощность генератора.

Таблица 3.11

Генератор	S_г.ном, МВА	x"_d, о.е.	Сопротивление схемы замещения, о.е.
G1,G2,G3,G4 (ГРУ)	78,75	0,1361	X₁₈=x₁₉=x₂₀=x₂₁	1,728
G5 (блок)	235,3	0,1900	X₆	0,807

4. Сопротивление двухобмоточного трансформатора блока

о.е.,

где u_к - напряжение КЗ трансформатора, %; S_t_._hom - номинальная мощность трансформатора, МВА.

5.Сопротивления трансформаторов связи с расщепленными обмотками: полное сопротивление трансформатора

о.е,

сопротивление обмотки высшего напряжения

о.е.,

сопротивление обмотки низшего напряжения

о.е.

7.Сопротивления секционных реакторов

о.е.

Расчет ЭДС источников. В данной схеме источниками являются генераторы станции и две энергосистемы, к которым станция подключена (подпиткой от нагрузки пренебрегаем). Каждый источник вводится в схему замещения своей сверхпереходной ЭДС, которая определяется по формуле: