2.6 Расчет токов короткого замыкания

Токи короткого замыкания (КЗ) рассчитывают для выбора и проверки аппаратов и токоведущих частей на термическую и динамическую стойкость, для выбора, при необходимости, устройств по ограничению этих токов, а также для выбора и оценки устройств релейной защиты.

Расчётным является трёхфазное короткое замыкание, т.к. токи КЗ в этом случае имеют максимальные значения. При расчётах токов КЗ принимаются допущения:

- все источники, участвующие в питании рассматриваемой точки КЗ, работают одновременно и с номинальной нагрузкой;

- расчётное напряжение каждой ступени схемы электроснабжения принимается на 5 % выше номинального значения;

- короткое замыкание наступает в момент времени, при котором ударный ток КЗ будет иметь наибольшее значение;

- сопротивление места КЗ считается равным нулю;

- не учитывается сдвиг по фазе ЭДС различных источников питания, входящих в расчётную схему;

- не учитываются ёмкости, а, следовательно, и емкостные токи в воздушных и кабельных сетях;

- не учитываются токи намагничивания трансформаторов;

- напряжение источников питания остаются неизменным.

По расчетной схеме (рисунок 2.1), определяем конфигурацию схемы замещения. Схема замещения представлена на рисунке 4. При выборе оборудования ЗРУ 10 кВ НПС-3 будем учитывать токи КЗ подстанции 110/10 кВ «Менделеево» и токи подпитки от двигателей.

Расчет произведем в именованных единицах для точки К1, при включенном секционном выключателе Q1.

Следующим шагом в расчете токов КЗ будет определение сопротивления отдельных элементов сети, приведенных к базисным условиям, в относительных единицах. Следует отметить, что значения сопротивления энергосистемы на стороне 110 кВ подстанции 110/10 кВ «Менделеево» в максимальном режиме известно и составляет:

Х_С.мах = 2,65 Ом.

Так как расчет токов КЗ необходим только для выбора оборудования, то все найденные сопротивления рассчитываются только для максимального режима. Все сопротивления приведены к среднему напряжению 10 кВ по формуле:

, (2.22)

где Z – значение сопротивления цепи;

U_Б – базисное напряжение (10,5 кВ).

Рисунок 2.1 – Расчетная схема токов КЗ

Рисунок 2.2 - Схема замещения расчетной цепи

Суммарное сопротивление трансформатора с расщепленной обмоткой (в режиме КЗ возможно соединение обмоток на НН) определяются по формулам:

, (2.23)

, (2.24)

где S_ном – номинальная мощность трансформатора;

ΔР_К – потери трансформатора при коротком замыкании;

U_К – напряжение короткого замыкания, в % от номинального.

Параметры схемы замещения для трансформатора установленного на подстанции 110/10 кВ «Менделеево» рассчитаны и приведены в таблице 2.6.

Таблица 2.6 - Параметры схемы замещения трансформатора 110/10 кВ ТРДН-40000

Сопротивления синхронных двигателей подключенных к РУ 10 кВ «НПС-2» находятся по формуле:

, (2.25)

где X_*d– реактивное сопротивление СД или АД в относительных единицах, представляющее собой отношение падения напряжения на данном сопротивлении при номинальном токе к номинальному сопротивлению.X_*d= 0,2;

S_НОМ– полная номинальная мощность двигателя.

Реактивное сопротивление каждого из двигателей подключаемых к РУ 10 кВ НПС-2:

,

.

Сопротивления кабельных линий указаны в таблице 2.5.

Общее сопротивление двух последовательно включенных элементов находится по формуле:

. (2.26)

Общее сопротивление двух параллельно включенных элементов находится по формуле:

. (2.27)

Активные и реактивные сопротивления вычисляются аналогично.

Схема замещения составлена, все ее параметры вычислены и приведены в таблице 2.7, перейдем к расчету токов КЗ для точки К1.

Периодическая составляющая тока трёхфазного КЗ в точке К1 от системы:

.

Постоянная времени схемы определяется как отношение суммарного реактивного сопротивления схемы к суммарному активному:

.

Ударный коэффициент определяется по формуле:

.

Ударный ток:

.

Ток КЗ в точке К1 должен рассчитываться с учетом подпитки от синхронных двигателей подключенных к РУ 10 кВ.

Периодическая слагающая тока трёхфазного КЗ в точке К1 от синхронных двигателей:

.

Постоянная времени:

.

Ударный коэффициент:

.

Ударный ток КЗ от двигателей:

.

Результирующий ток КЗ в точке К1 от системы и от синхронных двигателей по первому закону Кирхгофа:

.

Ударный ток КЗ:

.

Результаты расчёта токов КЗ в точках приведены в таблице 2.7.

Таблица 2.7 - Расчёт токов трёхфазного КЗ ЗРУ 10 кВ НПС-2 «Аремзяны»