6.Расчёт токов коротких замыканий

Расчёт токов КЗ производится с целью:

1 выбор электрических аппаратов;

2 проверка устойчивости элементов схемы при электродинамическом и термическом действии токов КЗ;

3 расчёт релейной защиты.

Расчётным видом КЗ является трёхфазное, т.к. при нём обычно получаются большие значения сверхпереходного и ударного токов, чем при двухфазном и однофазном.

Для вычисления токов КЗ составим расчётную схему (рис.6.1), включающую в себя все элементы, по которым протекают токи к выбранным точкам. На схеме приведём основные параметры оборудования, которое потребуется для последующего расчёта. По расчётной схеме составим схему замещения (6.2), в которой каждый элемент заменяется своим сопротивлением. Генераторы, трансформаторы, высоковольтные линии представим индуктивным сопротивлением.

Произведём расчёт в относительных величинах, при котором все расчётные данные приводятся к базисным напряжению и мощности. За базисное напряжение U_ср=10,5кВ.

В качестве базисной мощности принимаем равной мощности короткого замыкания на шинах подстанции, т.е. S_б = 1000 МВА.

Для ограничения токов короткого замыкания ,на шинах РП, выбираем токоограничивающие реакторы РБ-10-1000-0,28.

Рис6,1

Принимаем базисные условия. Базисное напряжение U_б=10,5кВ, базисная мощность S_б=1000МВА.

Сопротивление системы x­_с, расчитаем по формуле:

, (6,1)

Сопротивление трансформатора с расщепленной обмоткой x_т, найдем по формуле:

, (6,2)

где U_к% - напряжение короткого замыкания, %;

S_нт – номинальная мощность трансформатора, МВА;

Кпр – коэффициент приведения, равный 1,875.

Сопротивление кабельных линий:

, (6,3)

где X₀ –удельное сопротивление кабельной линии.

l – длина кабельной линии, км.

Для опредления сопротивления необходимо предварительно выбрать сечение кабеля.

Сечения жил кабеля по экономической плотности тока выбирают по условию:

F_э=I_рл/j_э, (6,4)

где I_рл – расчётный ток линии в нормальном режиме работы, А;

j_э – экономическая плотность тока, А/мм², принимаем j_э=1.7А/мм² при Т_м=4000ч.

Базисный ток I_б,кА, рассчитаем по формуле:

; (6,5)

Ток трехфазного короткого замыкания определяем по формуле:

, (6,6)

где X_∑ - суммарное сопротивление последовательно соединенных элементов до точки короткого замыкания.

Максимальные расчётные токи линии I_рmax, А, рассчитаем по номинальной мощности трансформатора:

.

Допустимая перегрузка кабеля на 30%, к_пк=1.3, для двухтрансформаторных подстанций допускается перегрузка одного из трансформаторов, при выходе из строя другого, на 40%, к_пт=1.4

Проверка кабеля по перегрузочной способности производится по условию:

к_п∙I_доп к_пт ∙I_рmax (6,7)

Условие соблюдается, значит кабель проходит по уловию нагрева.

После выбора кабеля прозводим проверку термической стойкости кабеля.

Проверка кабеля по термической стойкости заключается в том, чтобы допустимые токи к.з не превышали значениям односекундных токов к.з. соответствующих сечений :

, (6,8)

где К- поправочный коэффициент

t- время длительности к.з. Для шин РП t=1.6c, для шин цеховых ТП t=0.6c

Из двух найденных сечений (по экономической плотности тока и термической стойкости) принимается большее.

Приведем пример расчета тока КЗ для точки К1 и выбор кабеля для ТП1.

.

Определим сопротивления системы и трансформатора:

;

.

По (6,4) выберем сечения кабеля для завода.

(6,9)

А

F_э=340,2/1,7=200,1мм²

По [1] выбираем три одножильных кабеля типа АПвВ 1240- 10с I_доп=440 А.

Произведем проверку кабеля по условию (6,8). При выходе из строя одного кабеля по другому будет протекать ток всего завода:

А

1,23∙440=608,9А <680.4А

Следовательно берем три одножильных кабеля большего сечения

АПвВ 1630 -10 с I_доп=750 А

Хо=0,145Ом/км.

Произведем проверку кабеля по термической стойкости:

;

;

По (6,8) проверяем выбранный кабель по термической стойкости:

По (6,8) проверяем экран кабеля по термической стойкости:

Принимаем экран сечением 35 мм²

Выберем кабель от РП до ТП3:

F_э=118.3/1,7=69,5мм²

По [2] выбираем три одножильных кабеля типа АПвВ 170 -10 с I_доп=210 А

Xo=0.082Ом/км

210 >57,73А

Произведем проверку кабеля по термической стойкости:

;

;

Принимаем экран сечением 25 мм²

Выберем кабель от РП до ТП1:

F_э=118.3/1,7=69,5мм²

По [2] выбираем три одножильных кабеля типа АПвВ 170 -10 с I_доп=210 А

Xo=0.082Ом/км

1,23∙210=258,3А >1.4∙57,73=80.8А

Произведем проверку кабеля по термической стойкости:

;

;

Принимаем экран сечением 25 мм²

Расчет токов КЗ и выбор кабелей для остальных ТП производим аналогично данные сводим в таблицу 6,1

Расчет токов КЗ и выбор кабелей Таблица 6,1

	,А	Fэ, мм2	Марка кабеля	Iдоп, А	кпт ∙I­p.max, А	х0, Ом/км	XΣ	,кА	Fэ, мм2
РП-ТП1	118,3	69,5	3хАПвВ 1х70 -10	210	80,8	0,119	10,19	5,4	25
РП-ТП3	118,3	69,5	3хАПвВ 1х70 -10	210	57,73	0,119	10,14	5,42	25
РП-ТП5	62,06	36,5	3хАПвВ 1х70 -10	170	80,8	0,119	10,06	5,46	25
РП-ТП6	62,06	36,5	3хАПвВ 1х70 -10	170	57,73	0,119	10,12	5,43	25
РП-ТП7	142,7	83,9	3хАПвВ 1х95 -10	250	57,73	0,112	10,16	5,41	25
РП-ТП9	93,8	55,2	3хАПвВ 1х50 -10	170	80,8	0,126	10,5	5,23	25
РП-ТП11	65,9	38,8	3хАПвВ 1х50 -10	170	57,73	0,126	10,42	5,22	25
ТП110/10-РП	340,2	200,1	3хАПвВ 1х630 -10	750	680,4	0,145	10,05	5,47	35