Меню

Расчет тепловых импульсов от токов кз

Расчет токов короткого замыкания (КЗ), пример, методические пособия

расчет токов кз

В этой статье мы ниже рассмотривает пример расчет из курсового проекта тока КЗ. Скажем сразу, расчетов токов КЗ целое исскуство, и если Вам необходимо рассчитать токи КЗ для реальных электроустановок, то лучше скачать следующие методические пособия разработанные Петербурским энергетическим университетом повышения квалификации и всё сделать по ним.

1. И.Л. Небрат. Расчеты токов короткого замыкания в сетях 0,4 кв — скачать;

2.И.Л.Небрат, Полесицкая Т.П. Расчет ТКЗ для РЗ, часть 1 — скачать;

3.И.Л.Небрат, Полесицкая Т.П. Расчет ТКЗ для РЗ, часть 2 — скачать.

Так же полезно будет иметь под рукой программы, которые помогут Вам точно расчитать токи КЗ. Данных программ в настоящее время много и Вы можете найти большое количество различного софта в интернете, на который Вы можете потратить от часа до нескольких дней, чтобы разобраться как в нём работать. Ниже я выложу перечень программ в файле ворд, в котором указаны производители программ и как и где их можно получить (ссылок на скачивание в файле нет). А также выложу одну программу для расчета токов КЗ в сетях 0.4кВ. Данная программа очень древняя, но и такая же надежная как весь совеский аэрофлот. Работает из под DOSa. Эмулятор в файле скачивания. И так:

1. Переченьпрограмм расчетов ТКЗ и уставок РЗ (если Вы знаете какие-то другие программы, то пишите на pue8(г а в)mail.ru). Мы их включим в перечень.;

2. Программа для расчета токов КЗ в сетях 0.4 кВ.

Если Вам необходим расчет для курсового проекта или учебного задания, то ниже приведен не большой расчет, который в этом Вам поможет.

В задании к курсовому проекту приводятся данные об эквивалентных параметрах сети со стороны высшего напряжения рабочих трансформаторов СН (ТСН) и со стороны высшего напряжения резервных трансформаторов СН (РТСН). В соответствии с рис.2.1, приводятся: ток КЗ на ответвлении к ТСН (3) по I , кА при номинальном напряжении генератора Uгн, кВ или эквивалентное сопротивление сети со стороны ВН ТСН ТСН э X , Ом. Имеет место следующая зависимость:

Расчетная схема для определения токов КЗРис.2.1. Расчетная схема для определения токов КЗ при расположении точек КЗ на секциях СН 6(10) кВ и 0,4(0,69) кВ.
Для резервных трансформаторов СН задается ток к.з. на шинах ОРУ в точке включения РТСН (3) по I , кА при среднеэксплуатационном напряжении ОРУ ср U , кВ или эквивалентное сопротивление системы в точке включения РТСН РТСН э Х , Ом:
Расчет токов короткого замыкания (КЗ), пример, методические пособия
Учитывается возможность секционирования с помощью токоограничивающих реакторов секций РУСН-6 кВ. Это дает возможность применить на секциях за реактором более дешевые ячейки КРУ с меньшими токами термической и электродинамической стойкости и меньшим номинальным током отключения, чем на секциях до реактора, и кабели с меньшим сечением токопроводящих жил.

Расчет ведется по среднеэксплуатационным напряжениям, равным в зависимости от номинального напряжения 1150; 750; 515; 340; 230; 154; 115; 37; 24; 20; 18; 15,75; 13,8; 10,5; 6,3; 3,15; 0,66; 0,525; 0,4; 0,23, и среднеэксплуатационным коэффициентам трансформации. В учебном пособии расчеты по определению токов КЗ в относительных (базисных) единицах применительно к схеме Ленинградской АЭС с тремя системами напряжения (750, 330, 110 кВ) и напряжением 6,3 кВ проводились с учетом как действительных, так и среднеэксплуатационных коэффициентов трансформации трансформаторов и автотрансформаторов.

Показано, что расчет по среднеэксплуатационным напряжениям не вносит существенных корректировок в уровни токов КЗ. В то же время требуется серьезная вычислительная работа методом последовательных приближений, чтобы связать уровни напряжения генераторов, значения их реактивных мощностей с учетом коэффициента трансформации АТ связи, рабочих и резервных ТСН и напряжений на приёмных концах линий. При сокращении числа переключений трансформаторов и АТ связи с РПН из соображений надежности работы блоков задача выбора отпаек РПН становится менее актуальной.

Схема замещения в случае наличия реактора при питании секций

Схемы замещения для точек КЗ на напряжениях 6,3 и 0,4 кВ приведены на рис.2.2.
Все сопротивления приводятся к базисным условиям и выражаются либо в относительных единицах (о.е.) либо в именованных (Ом). В начале расчета необходимо определиться, в каких единицах будут производиться вычисления, и сохранять данную систему единиц до конца расчетов. Методики определения токов КЗ с использованием относительных и именованных единиц равноправны.

В работе приводятся методики расчетов в относительных и в именованных единицах, как с учетом действительных коэффициентов трансформации, так и по среднеэксплуатационным напряжениям.

В работе приводятся расчеты как в относительных, так и в именованных единицах для простейших схем 0,4 кВ, где нужно учесть не только индуктивное, но и активное сопротивления.

Рис.2.2. Схема замещения в случае наличия реактора при питании секций 6(10) кВ СН: а – от рабочего ТСН; б – от резервного ТСН Для расчета в относительных единицах задают базисную мощность Sбаз, базисное напряжение Uбаз и вычисляют базисные токи Iбаз. В качестве базисной целесообразно принять номинальную мощность трансформатора СН: Sбаз = SТСН, МВА. Базисное напряжение принимают, как правило, равным для точек К1, К2 Uбаз1,2 = 6,3 кВ; для точек К3, К4 Uбаз3,4 = 0,4 кВ. Заметим, что при расчете в относительных единицах можно выбрать любые другие значения Sбаз, Uбаз.

Базисные токи в точках короткого замыкания К1 – К4, кА:

Расчет токов короткого замыкания (КЗ), пример, методические пособияПри расчетах в именованных единицах задают только базисное напряжение Uбаз – напряжение той точки, для которой рассчитываются токи КЗ: для точек К1, К2 Uбаз1,2 = 6,3 кВ; для точек К3, К4 Uбаз3,4 = 0,4 кВ.
Сопротивления сети в точках включения рабочего хсист1 и резервного хсист2 трансформаторов СН приводятся к базисным условиям по формулам:
в относительных единицах:
Расчет токов короткого замыкания (КЗ), пример, методические пособиягде uкв-н – напряжение короткого замыкания ТСН между обмоткой ВН и обмотками НН, включенными параллельно, о.е.;
uкн-н – напряжение короткого замыкания ТСН между обмотками НН, приведенное к половинной мощности ТСН, о.е.;
SТСН – номинальная мощность ТСН, МВА.

При использовании справочников для определения напряжения короткого замыкания uкн-н следует обращать внимание на указанный в примечаниях смысл каталожных обозначений. Если напряжение короткого замыкания uк НН1-НН2 отнесено в каталоге к номинальной мощности трансформатора, то данное uк НН1-НН2 необходимо пересчитать для половинной мощности, разделив на 2. В случае неверной подстановки в формулы (2.5), (2.5′) зачастую сопротивление хв получается отрицательным. Например, для ТСН марки ТРДНС-63000/35 в табл.3.5 справочника uкв-н = 12,7% и uкн-н = 40% отнесены к полной мощности трансформатора – см. примечание к таблице.

В этом случае в скобках формул (2.5), (2.5′) должно стоять выражение (0,127 – 20,2 ). Например, для РТСН марки ТРДН-32000/150 в табл.3.7 справочника uкв-н = 10,5% и uкн-н = 16,5% отнесены к половинной мощности трансформатора. При этом в скобках формул (2.5), (2.5′) должно быть (0,105 – 20,165 ). На блоках мощностью до 120 МВт используются двухобмоточные трансформаторы собственных нужд без расщепления. В этом случае сопротивление ТСН или РТСН вычисляется по формулам:

Расчет токов короткого замыкания (КЗ), пример, методические пособия

в относительных единицах:
где uкв-н – напряжение короткого замыкания трансформатора между обмотками высшего и низшего напряжений, о.е.;
Sбаз, SТСН, SРТСН имеют тот же смысл, что и в формулах (2.5), (2.5′), (2.6),(2.6′).

Сопротивление участка магистрали резервного питания:

в относительных единицах:

где Худ – удельное сопротивление МРП, Ом/км;
МРП – длина МРП, км;
Uср – среднеэксплуатационное напряжение на первой ступени трансформации, кВ.

Сопротивление трансформатора собственных нужд 6/0,4 кВ:

Расчет токов короткого замыкания (КЗ), пример, методические пособия

в относительных единицах:
где SТ 6/0,4 – номинальная мощность трансформатора, МВА.
Аналогично рассчитывается сопротивление трансформатора 10,5/0,69 кВ.

Сопротивление одинарных токоограничивающих реакторов Хр задается в Омах и для приведения к базисным условиям используют формулы:

Расчет токов короткого замыкания (КЗ), пример, методические пособия

в относительных единицах:
В некоторых каталогах сопротивление токоограничивающих реакторов Хр приводится в процентах и для приведения к базисным условиям используют формулы:

в относительных единицах:

Расчет токов короткого замыкания (КЗ), пример, методические пособия

Расчет токов короткого замыкания (КЗ), пример, методические пособия

Расчет токов короткого замыкания (КЗ), пример, методические пособия

Расчет токов короткого замыкания (КЗ), пример, методические пособия

Расчет токов короткого замыкания (КЗ), пример, методические пособия

где Iрн – номинальный ток реактора, кА, определяемый по мощности тех электродвигателей, которые предполагается включить за реактором.

Индуктивное сопротивление реактора Хр определяют по допустимому току КЗ за реактором Iп0доп. Значение Iп0доп связано с номинальным током отключения предполагаемых к установке за реактором выключателей (Iп0доп — Iоткл.н).

Одновременно происходит и снижение теплового импульса тока КЗ за реактором Вдоп, что благоприятно для выбора сечения кабелей по условиям термической стойкости и невозгорания. При определении Iп0доп и Вдоп следует учитывать, что реактор не в состоянии ограничить подпитку точки КЗ от двигателей за реактором Iпд0 и ухудшает условия их пуска и самозапуска, т.е.

Расчет токов короткого замыкания (КЗ), пример, методические пособия

где Iпс – периодическая составляющая тока подпитки точки КЗ от ветви, в которую предполагается включить реактор;

Iпд0 – ток подпитки от двигателей за реактором.
Потеря напряжения U в одинарном реакторе при протекании токов рабочего режима I:

Расчет токов короткого замыкания (КЗ), пример, методические пособия

Сопротивление эквивалентного двигателя на каждой секции определяется через его мощность или через коэффициент загрузки Кзгр и номинальную мощность трансформатора СН. При отсутствии токоограничивающего секционного реактора и использовании на первой ступени трансформатора с расщепленными обмотками имеем:

Читайте также:  Стартовый ток при запуски двигателя

Расчет токов короткого замыкания (КЗ), пример, методические пособия

В случае различия расчетных мощностей двигательной нагрузки Sд1, Sд2, в дальнейшем расчете сопротивления эквивалентного двигателя будет участвовать максимальная из них, вне зависимости от способа питания секций 6,3 кВ (от рабочего и резервного ТСН).

При использовании секционного токоограничивающего реактора определяется его проходная мощность Sр по формуле (2.12) и далее – мощности двигателей:

Расчет токов короткого замыкания (КЗ), пример, методические пособия

при использовании РТСН для замены рабочего ТСН энергоблока, работающего на мощности. Наличие предварительной нагрузки РТСН характерно для блоков генератор-трансформатор без генераторных выключателей. При наличии выключателя в цепи генераторного токопровода, что предусмотрено действующими нормами технологического проектирования, пуск и останов энергоблока обычно осуществляется от рабочего ТСН и надобности в использовании РТСН в этих режимах не возникает. Поэтому для схем с генераторными выключателями можно принимать ТСН згр к = РТСН згр к = 0,7. При отсутствии выключателей в цепи генераторного токопровода РТСН згр к возрастает.

Наличие секционного токоограничивающего реактора приводит к изменению распределения двигателей по сравнению с вариантом без реактора и к изменению доли подпитки ими точек КЗ до и после реактора. При КЗ в точке К2 не следует учитывать подпитку от двигателей, включенных до реактора, а при КЗ в точке К1 не следует учитывать подпитку от двигателей, включенных за реактором.

По вычисленным мощностям двигателей Sд определяют приведенные сопротивления двигательной нагрузки в вариантах при отсутствии реактора и при его наличии:

Источник

Расчет тепловых импульсов от токов кз

Александр Лапидус, к.т.н., Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

Задача обеспечения термической стойкости и невозгораемости кабельных линий при коротких замыканиях – одна из основных проблем построения защиты сетей 0,4 кВ. При этом в расчетной практике на первое место выходит расчет нагрева кабелей. Кроме того, расчет нагрева токоведущих частей остается актуальным при проверке чувствительности защиты при коротких замыканиях за отрезком кабеля с учетом теплового спада тока.
Александр Анатольевич Лапидус в своем материале приводит различные методики расчетов тепловых импульсов при КЗ и дает некоторые рекомендации.

Тема термической стойкости кабелей и их невозгорания при коротких замыканиях в сети весьма актуальна для энергетически значимых объектов [1–3]. Защита сетей 0,4 кВ зачастую осуществляется встроенными расцепителями автоматических выключателей. Современные автоматические выключатели обладают весьма малыми значениями времени отключения в зоне больших токов КЗ. По времятоковым характеристикам расцепителей, представленным ведущими заводами-изготовителями коммутационной аппаратуры, минимальное время отключения может достигать порядка 0,01 с [4, 5].
Возникает задача уточнения методики расчета токов КЗ и нагрева проводников при малых расчетных временах. Указанный вопрос актуален также и при бо.льших временах срабатывания, что объясняется следующим.
Очевидно, что обоснованный расчет теплового воздействия на проводник в сети напряжением до 1 кВ при КЗ возможен только с помощью вычислительной техники. Для численного интегрирования температуры нагрева проводника при расчете на ЭВМ необходимо на каждом шаге по времени dt рассчитывать приращение количества теплоты dQ. Для высокой точности расчетов требуется брать достаточно малые приращения dt. При малых временах отключения tоткл приращения dt могут становиться меньше периода рабочей частоты T = 0,02 с. При таких временах усреднение тока за период теряет физический смысл.
Во многих литературных источниках, посвященных нагреву проводников [6–9], расчет количества теплоты осуществляется через действующее значение периодической составляющей тока КЗ Iпt:

Как будет показано далее, такой подход при малых dt неверен. При малых dt следует переходить от Iпt к мгновенному значению полного тока КЗ i(t) с учетом периодической и апериодической составляющих.

ФОРМУЛЫ, СВЯЗЫВАЮЩИЕ ТОКИ, НАПРЯЖЕНИЯ, КОЛИЧЕСТВО ТЕПЛОТЫ И ВРЕМЯ ПРИ КЗ
Действующие и мгновенные значения электрических величин

Ток и напряжение

По закону Ома для мгновенных величин напряжения, тока и сопротивления:

Аналогичное выражение, связывающее действующие величины U(t), I(t), в общем случае не справедливо.
Действительно, по свойству интеграла при изменяющемся во времени сопротивлении z(t), что характерно для сетей 0,4 кВ, имеем:

То есть для действующих значений получаем неравенство: U(t) I(t) · z(t) .

Мгновенные значения тока, напряжения и времени Для выяснения зависимости i(t) при КЗ необходимо решить задачу переходного процесса (рис. 1) и соответствующее этому процессу дифференциальное уравнение (ДУ).
Начальная фаза напряжения φ при КЗ является случайной величиной. Во всех источниках, посвященных расчету токов КЗ, предполагается, что φ = – π/2. Это значение соответствует максимальному току КЗ. Но с точки зрения максимального нагрева указанным правилом руководствоваться нельзя. При малых временах отключения нагрев зависит не столько от амплитудного (или действующего) значения тока, сколько от зависимости мгновенного значения i(t) в течение времени отключения, которое определяется начальной фазой φ.

В связи с этим необходимо рассчитать процесс в сети на рис. 1 при различных φ. Решение проводится в операторной форме. Изображается схема замещения (рис. 2) левой части схемы рис. 1. Переходные процессы в правой и левой частях схемы рис. 1 протекают независимо друг от друга, поэтому правая часть в схему замещения не включается.

Решение данного уравнения дает следующую зависимость мгновенного тока от времени:

Нагрев проводника и ток КЗ

По закону Джоуля-Ленца dQ = i2Rdt. Для малого отрезка времени dt ток i можно считать неизменным. Но при переходе к действующим значениям усреднение производится по периоду 0,02 с, в течение которого амплитуда тока успевает измениться. По свойству интеграла:

что влечет за собой в общем случае следующие неравенства:
I2 i2(t = t 0 ); I 2Rdt i2Rdt; I2Rdt dQ.

Следовательно, в общем случае формула (1) не верна, а интегрирование следует вести через мгновенное значение i(t).

АНАЛИЗ ЗАВИСИМОСТЕЙ, СВЯЗЫВАЮЩИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ПРОВОДНИКЕ ПРИ КЗ

Тепловой импульс В от начальной фазы тока КЗ .

В конкретной цепи при фиксированной точке КЗ и длительности КЗ tоткл тепловой импульс зависит только от начальной фазы φ. Для получения максимального расчетного импульса следует выяснить характер зависимости В(φ). Математические выкладки доказывают, что В(φ) имеет форму смещенной синусоиды с периодом π. (рис. 3):

В(φ) = А1 + А2·cos(2φ + А3) . (11)

Из (11) следует: несмотря на то, что начальная фаза φ может случайным образом меняться от нуля до 2π, с точки зрения нагрева проводника необходимо рассмотреть диапазон [0; π]. В этом диапазоне В(φ) достигает своего первого максимума.
При вычислении теплового импульса с помощью ЭВМ следует, зафиксировав точку КЗ и tоткл, варьировать расчеты В(φ), увеличивая φ от нуля с шагом dφ = 0,001 рад. Фаза φ = = φmax, соответствующая максимальному тепловому импульсу Вmax, определяется по изменению характера зависимости В(φ): в точке φmax возрастание функции В(φ) сменяется убыванием.
Далее φ = φmax подставляется в (8), после чего начинается численное интегрирование квадрата тока i(t) по ранее созданному алгоритму.

Тепловой импульс В от времени t.
Определение граничного времени tгр

Расчетный модуль программы должен автоматически выбирать методику расчета температуры нагрева проводника: через мгновенное значение тока КЗ i(t) либо через действующее значение периодической составляющей тока КЗ Iп(t).
Наиболее точным является первый метод, но он требует большого количества малых интервалов времени dt = 0,0005 с. При больших tоткл это становится невозможным по условию переполнения оперативной памяти. Следовательно, необходимо найти граничное расчетное время tгр, соответствующее переходу от первой методики ко второй. Для уменьшения числа вариаций расчетов время можно задавать в кратностях по отношению к Та – см. формулу (10).
Выясним, насколько изменяется величина Та для типовой схемы с питающим трансформатором 6/0,4 кВ с параметрами: Sном = 1000 кВА; uк = 5,5 %; Рк = 12 кВт; Xт = 12,65 мОм;
Rт = 1,92 мОм (для стороны 0,4 кВ).
1. При КЗ на основной сборке или в начале кабеля, отходящего от основной сборки:
X = Xт = 12,65 мОм;
R = Rт = 1,92 мОм;

2. При КЗ за отрезком кабеля или на вторичной сборке, Та будет уменьшаться, т.к. кроме трансформатора в цепь КЗ будет входить кабель, R которого больше, чем X. Так, например, для кабеля АВВГ с параметрами:
s = 35 мм 2 ; l = 20 м; Rуд = 1,1 мОм/м; Xуд = 0,061 мОм/м, суммарные сопротивления будут равны: X = Xт + Xк = 12,65 + + 20 · 0,061 = 13,87 мОм; R = Rт + Rк = 1,92 + 20 · 1,1 = = 23,92 мОм;

В расчетных примерах Та может понижаться до Та = 10–5 с.
Теоретически величина Та не ограничена снизу: Та = 0 – 0,021 с. В табл. 2 показаны пределы изменения слагаемых в формуле (10) в зависимости от t / Та для Та = 0,02 с.
По приведенным данным можно сделать вывод: при КЗ вблизи трансформатора 6/0,4 кВ граничное время составляет tгр = 1 с.
При таком времени основной вклад в В дает слагаемое t / Ta – более 97%. При КЗ за отрезком кабеля или на вторичной сборке, в связи с малостью Ta граничное время tгр может быть уменьшено до величины tгр = 50Ta, но не ниже tгр = 0,5 с: tгр = 0,5…1 с.

Читайте также:  Формула сила тока в воде

Сравнение результатов расчета, полученных через i(t) и Iп(t) (температур)

С учетом i(t), а также традиционной методики расчета по Iп(t) произведены расчеты для конкретных схем 0,4 кВ (рис. 4).
На рис. 4 представлены следующие характерные точки КЗ:
К1 – в начале КЛ, отходящей от щита 0,4 кВ;
К2 – на расстоянии 20 м от начала КЛ, отходящей от щита 0,4 кВ (согласно [9] данное расстояние является расчетным при проверке кабеля на невозгораемость);
К3 – на вторичной сборке;
К4 – в начале КЛ, отходящей от вторичной сборки;
К5 – на расстоянии 20 м от начала КЛ, отходящей от вторичной сборки;
К6 – на зажимах конечного потребителя.

Сравнение результатов расчета, выполненных по различным методикам, дают следующие общие выводы:
1. Сильно отличаются результаты по точкам КЗ вблизи трансформатора при проверке кабеля на невозгораемость при действии основной защиты. Уточненная методика i(t) дает бо.льшие значения температур (максимальное расхождение – в 1,8 раза) – точки К1, К2.
2. В меньшей степени, но тоже значительно отличаются результаты по точкам КЗ вблизи вторичных (удаленных) сборок при проверке кабелей на невозгораемость при действии основной защиты (максимальное расхождение – в 1,3 раза) – точки К3, К4.
3. Практически не отличаются результаты по удаленным точкам К5, К6 при проверке на термическую стойкость и на невозгораемость при действии резервной защиты. Объясняется это большими Rк, следовательно, малым Та; большим временем отключения t (при проверке невозгораемости расчетным является случай дальнего резервирования, когда при отказе «мгновенного» расцепителя основной защиты срабатывает «тепловой» расцепитель вышестоящего автоматического выключателя).

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Общепринятые соотношения между электрическими (действующими) и тепловыми величинами не выполняются в случае малых длительностей КЗ.
2. При расчете нагрева кабелей, особенно при малых tоткл и при КЗ вблизи трансформатора 6/0,4 кВ, следует от Iп(t) переходить к i(t). Иначе погрешность по температуре может достигать 100%.
3. В полном значении i(t) учтены апериодическая составляющая и начальная фаза тока КЗ, что важно для расчета нагрева.
4. Начальная фаза, соответствующая максимальному нагреву, в общем случае не совпадает с φ. для максимального тока, равной (–π/2). При расчете КЗ в каждой точке схемы следует выявлять наиболее опасную (с точки зрения нагрева) начальную фазу, а все последующие расчеты вести по ней.
5. В процессе КЗ с течением времени меняется сопротивление цепи. Это не позволяет применить закон Ома для действующих значений I, U и сильно усложняет аналитические формулы для тока i(t) и теплового импульса В(t). Однако численное интегрирование позволяет учесть эффект теплового спада тока.
6. Граничное время, соответствующее обязательному переходу на методику мгновенных значений тока i(t), зависит от расчетной точки и не превышает 1 с. При этом интервал времен 0…tоткл должен разбиваться на шаги интегрирования dt = 0,0005 с.
7. В некоторых расчетных случаях (большое время отключения, удаленная точка КЗ, отсутствие двигателей, отсутствие теплового спада тока, дуговое КЗ), расчет нагрева можно вести по Iп(t), увеличивая шаг dt.
ЛИТЕРАТУРА

1. Фишман В.С. Короткое замыкание в электропроводке. Возможные причины пожара // Новости ЭлектроТехники. 2007. № 1.
2. Фишман В.С. Короткое замыкание: пожара можно избежать. Результаты выполненных расчетов процессов КЗ // Новости ЭлектроТехники. 2005. № 3.
3. Зильберман В. А. Учет теплового спада тока короткого замыкания при выполнении дальнего резервирования // Электрические станции. 1989. № 12.
4. Автоматические выключатели от 0,5 до 125 А серии MULTI9. Технические условия TYME-009-SE-99. 1999.
5. Автоматические выключатели типа COMPACT NS. Технические условия. 1996.
6. Ульянов С. А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах: учебник для вузов. М.: Энергия, 1970. 520 с.
7. Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования. РД 153-34.0-20.527-98 / под ред. Б. Н. Неклепаева. М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2002. 152 с
8. ГОСТ 28249-93. Токи короткого замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ.
9. Циркуляр № Ц-02-98(э) «О проверке кабелей на невозгорание при воздействии тока короткого замыкания» Департамента стратегии развития и научно-технической политики РАО «ЕЭС России».

© ЗАО «Новости Электротехники»
Использование материалов сайта возможно только с письменного разрешения редакции
При цитировании материалов гиперссылка на сайт с указанием автора обязательна

Источник



Расчет тепловых импульсов токов к.з

Для расчета тепловых импульсов токов к.з. составляется схема селективности работы релейной защиты подстанции, на которой указывается время отключения тока к.з. в каждой характерной точке подстанции.

Тепловой импульс тока к.з., кА 2 · С,

где t откл – время отключения тока к.з., с,

где t св – собственное время отключения выключателя с приводом по каталогу, с;

t ср — собственное время срабатывания защиты, 0,1 с;

t рз — время выдержки срабатывания защиты, с, определяемое по схеме селективности работы релейной защиты;

Та – постоянная времени затухания апериодической составляющей тока к.з., с, принимается Та = 0,02-0,03с для сборных шин 110 кВ; для сборных шин низшего напряжения понижающих подстанций с трансформаторами мощностью 32-80 МВА Та = 0,05-0,1 с и 25 МВА и ниже Та = 0,045 с.

Расчет минимально допустимых сечений токоведущих частей, мм 2 ,

10 3

где С – коэффициент, учитывающий теплопроводность материала, принимаемый для алюминиевых шин и проводов 88; для кабелей с бумажной изоляцией и алюминиевыми жилами 85.

Пример 1.

Определить токи к.з., тепловые импульсы и минимально допустимые сечения токоведущих частей для характерных точек РУ 110; 27,5; 10кВ тяговой подстанции переменного тока.

Точки к.з. и необходимые технические данные элементов цепи к.з. приведены на расчетной схеме рис.2.

Рисунок 2 — Расчетная схема

1. Составляем схему замещения.

На основании заданной расчетной схемы (рис.2) составляем схему замещения (рис.3). Так как напряжение ЛЭП выше 1000 В, сопротивления элементов схемы носят индуктивный характер и заменяются индуктивностями.

Рисунок 3 — Схема замещения

2. Принимаем Sб= 100 МВА и рассчитываем все сопротивления схемы замещения при этой базисной мощности.

3. Расчет относительных сопротивлений элементов схемы замещения.

3.1. Относительные сопротивления энергосистемы:

где Sб — мощность к.з. системы, МВА, по заданию.

3.2. Относительные сопротивления ЛЭП:

где х— индуктивное сопротивление 1 км линии, Ом/км, принимаем х= 0,4 Ом/км;

l – длина линии, км, по заданию;

Uср – среднее напряжение, кВ, Uср = 115 кВ.

Х* б2(2) = 0,4 ∙ 20 ∙ 100/115 2 = 0,06;

Х* б3 = 0,4 ∙ 60 ∙ 100/115 2 = 0,18;

Х* б4 = 0,4 ∙ 20 ∙ 100/115 2 = 0,06;

Х* б5 = 0,4 ∙ 40 ∙ 100/115 2 = 0,12;

Х* б7(7) = 0,4 ∙ 30 ∙ 100/115 2 = 0,09.

3.3. Напряжение к.з. каждой обмотки трансформатора, %,

где UК В-С, UК В-Н , UК С-Н — напряжение к.з. для каждой пары обмоток трансформатора, %.

UК В = 0,5 (10,5 + 17 — 6 ) = 10,75%;

UК С = 0,5 (10,5 + 6 – 17) = — 0,25 %;

UК Н = 0,5 (17 + 6 – 10,5) = 6,25 %.

3.4. Относительные сопротивления каждой обмотки трансформатора:

где S н.тр – номинальная мощность трансформатора, МВА.

Х* б 8 = 10,75/100 ∙ 100/25 = 0,43;

Х* б 9 = -0,25/100 ∙ 100/25 = -0,01;

Х* б 10 = 6,25/100 ∙ 100/25 = 0,25.

4. Расчет относительных сопротивлений точек к.з.

4.1. Суммарное относительное сопротивление точки К1 рассчитываем по схеме замещения рис.3.

Получаем схему замещения рис. 4.

Рисунок 4 — Схема замещения

Преобразуем треугольник сопротивлений Х* б3, Х* б 4 и Х* б 5 в эквивалентную звезду:

Получаем схему замещения рис.5.

Рисунок 5 — Схема замещения

Х* б 16 = Х* б 11 + Х* б 13 = 0,23 + 0,03 = 0,26;

Х* б 17 = Х* б 12 + Х* б 14 = 0,145 + 0,06 = 0,205;

Х* б 19 = Х* б К1 = Х* б 18 + Х* б 15 = 0,115 + 0,02 = 0,135.

Получаем схему замещения рис. 6.

Рисунок 6 — Схема замещения

4.2. Суммарное относительное сопротивление точки К2 рассчитываем по схеме замещения рис. 7.

Рисунок 7 — Схема замещения

Х* б к2 = Х* б 19 + Х* б 8 + Х* б 9 = 0,135 + 0,43 – 0,01 = 0,555.

4.3. Суммарное относительное сопротивление точки К3 рассчитываем по схеме замещения рис. 8.

Рисунок 8 — Схема замещения

Х* б к3 = Х* б 19 + Х* б 8 + Х* б 10 = 0,135 + 0,43 + 0,25 = 0,815.

Читайте также:  Почему возникает сопротивление при прохождении электрического тока от чего оно зависит

Результаты расчета суммарных относительных сопротивлений точек к.з. сводим в таблицу 4.

Таблица 4 — Результаты расчета суммарных сопротивлений

Точки к.з., РУ Суммарные относительные сопротивления
К1, РУ 110 кВ 0,135
К2, РУ 27,5 кВ 0,555
К3, РУ 10 кВ 0,815

5. Расчет токов и мощности к.з. сводим в таблицу 5.

Таблица 5 — Расчет токов и мощностей к.з.

Точки к.з., РУ Расчетные выражения Значения токов и мощностей к.з.
К1 РУ-110кВ Iб = Sб /√3 Uср Iк = Iб / Х* бк1 iу = 2,55 Iк Sк = Sб / Х* бк1 Iб = 100/√3 ∙ 115 = 0,503 кА Iк = 0,503/0,135 = 3,73 кА iу = 2,55 ∙ 3,73 = 9,51 кА Sк = 100/0,135 = 740,7 МВА
К2 РУ 27,5 кВ Iб = Sб /√3 Uср Iк = Iб / Х* бк2 iу = 2,55 Iк Sк = Sб / Х* бк2 Iб = 100/√3 ∙ 26,2 = 2,1 кА Iк = 2,1/0,555 = 3,78 кА iу = 2,55 ∙ 3,78 = 9,64 кА Sк = 100/0,555 = 180,2 МВА
К3 РУ 10кВ Iб = Sб /√3 Uср Iк = Iб / Х* бк3 iу = 2,55 Iк Sк = Sб / Х* бк3 Iб = 100/√3 ∙ 10,5 = 5,5 кА Iк = 5,5/0,815 = 6,75 кА iу = 2,55 ∙ 6,75 = 17,21 кА Sк = 100/0,815 = 122,7 МВА

В таблице 5 приняты следующие обозначения:

Iб — базисный ток, кА;

Iк — периодическая составляющая тока к.з., кА;

iу — ударный ток к.з., кА;

Sк — мощность к.з., МВА.

6. Расчет тепловых импульсов токов к.з.

Для расчета тепловых импульсов токов к.з. составляем схему селективности работы релейной защиты подстанции рис.9.

Рисунок 9 — Схема селективности работы релейной защиты

Тепловой импульс тока к.з., кА 2 ∙ с,

где Та — постоянная времени затухания апериодической составляющей тока к.з., с;

t откл – время отключения тока к.з.,с,

где t св – собственное время отключения выключателя с приводом по каталогу, с;

t ср — собственное время срабатывания защиты, 0,1с;

t рз — время выдержки срабатывания защиты, с, определяемое по схеме селективности работы релейной защиты (рис.15).

Результаты расчета тепловых импульсов токов к.з. сводим в таблицу 6.

7. Расчет минимально допустимых сечений токоведущих частей, мм 2 ,

где С – коэффициент, учитывающий теплопроводность материала, С=88.

Результаты расчета минимально допустимых сечений токоведущих частей сводим в таблицу 6.

Таблица 6 — Расчет тепловых импульсов и минимальных сечений

Источник

Проект электрической части КЭС с агрегатами 500 МВт , страница 4

iУД= iУД.С + iУД.Д = 44,79 + 13,36 = 58,15 кА.

Процентное содержание апериодической составляющей тока КЗ:

5.2. Расчет тепловых импульсов

Проведем расчет тепловых импульсов тока КЗ на секции 6,3 кВ. Максимальное время действия РЗ tРЗmax = 0,05 с, полное время отключения элегазового выключателя типа LF tОВ = 0,07 с. Тогда расчетная продолжительность КЗ tОТКЛ = tРЗmax + tОВ = 0,12 с.

Тепловой импульс тока КЗ складывается из импульсов от совместного действия периодической и апериодической составляющих токов короткого замыкания B = Bп + Bа.:

= 13,91²·0,12 + 0,5· 5,40²·0,07 + 2·13,91· 5,40·0,07 = 34,76 кА²·с.

Постоянная времени изменения апериодического тока для всей схемы:

= 0,083 с, тепловой импульс тока от совместного действия апериодических составляющих токов КЗ:

(13,91 + 5,40)²·0,086 = 30,95 кА²·с.

Окончательно, тепловой импульс для проверки кабелей на термическую стойкость:

Bтерм = Bп + Bа = 34,76 + 30,95 = 65,71 кА²·с.

При проверке на невозгораемость, время отключения увеличивается на величину уставки селективности (время срабатывания резервной релейной защиты) tСЕЛ = 0,48 с:

tОТКЛ = tРЗmax + tОВ + tСЕЛ = 0,05 + 0,07 + 0,48 = 0,6 с.

Тепловой импульс тока КЗ при проверке кабеля на невозгорание:

= 13,91²·(0,6 + 0,1) + (0,3·13,91· 5,40 + 0,1· 5,40²)·0,6 = 150,71 кА²·с.

Рассчитаем тепловые импульсы тока КЗ на секции 0,4 кВ. Время отключения автоматического выключателя А3700 присоединения tОТКЛ = 0,1 с. Тепловой импульс от периодической составляющей тока КЗ:

= 16,67²·0,1 + 0,5· 5,31²·0,07 + 2·16,67· 5,31·0,07 = 41,17 кА²·с.

Постоянная времени изменения апериодического тока для всей схемы:

= 0,086 с, тепловой импульс тока от апериодической составляющей тока КЗ:

(16,67 + 5,31)²·0,086 = 41,55 кА²·с.

Тепловой импульс от совместного действия периодической и апериодической составляющих токов КЗ:

Bтерм = Bп + Bа = 41,17 + 41,55 = 82,72 кА²·с.

Время для проверки на невозгорание определяется временем отключения автоматического выключателя tОТКЛ = 0,25 с. Тепловой импульс от периодической составляющей тока КЗ:

= 16,67²·0,25 + 0,5· 5,31²·0,07 + 2·16,67· 5,31·0,07 = 82,85 кА²·с.

Тепловой импульс от совместного действия периодической и апериодической (вычислена ранее) составляющих токов КЗ при проверке на невозгорание:

Bнев = Bп + Bа = 82,85 + 41,55 = 124,4 кА²·с.

Результаты расчета токов КЗ и тепловых импульсов представим в табл. 8.

Таблица 8. Результаты расчета токов КЗ и тепловых импульсов

6. ВЫБОР КОММУТАЦИОННОЙ АППАРАТУРЫ

6.1. Выбор выключателей 6,3 кВ

Для выбора выключателя ввода ВВ на секцию 6,3 кВ расчетной является точка короткого замыкания К1. При этом через выключатель течет ток подпитки КЗ от системы, который обычно больше тока подпитки от двигателей, поэтому при выборе ВВ в качестве параметров сети принимаются составляющие тока от системы.

Ток рабочего утяжелённого режима для ВВ:

Выключатели присоединений ВП, с точки зрения режима КЗ находятся в более тяжёлых условиях, чем ВВ. Для них расчетной точкой короткого замыкания также является К1. Однако в данном случае через ВП текут токи подпитки от системы и групп электродвигателей данной секции, за исключением тока КЗ от электродвигателя данного присоединения. С точки зрения нормального режима ВП – в благоприятных условиях.

Ток рабочего утяжелённого режима НРК электродвигателя:

Все ВП выполняются однотипными. Для ВВ выбираем тип выключателя LF2, а для ВП – LF1. В табл. 9,10 проведём проверку выключателей.

Выключатели резервного питания ВР и ВМРП выбираются аналогично ВВ. Отличие состоит в том, что токи КЗ нужно рассчитывать при питании секции 6,3 кВ от РТСН. Поскольку токи при питании секции 6,3 кВ от РТСН не сильно отличаются от токов КЗ при питании от рабочего ТСН, то выбираем ВР – LF2, а ВМРП – LF1.

  • АлтГТУ 419
  • АлтГУ 113
  • АмПГУ 296
  • АГТУ 267
  • БИТТУ 794
  • БГТУ «Военмех» 1191
  • БГМУ 172
  • БГТУ 603
  • БГУ 155
  • БГУИР 391
  • БелГУТ 4908
  • БГЭУ 963
  • БНТУ 1070
  • БТЭУ ПК 689
  • БрГУ 179
  • ВНТУ 120
  • ВГУЭС 426
  • ВлГУ 645
  • ВМедА 611
  • ВолгГТУ 235
  • ВНУ им. Даля 166
  • ВЗФЭИ 245
  • ВятГСХА 101
  • ВятГГУ 139
  • ВятГУ 559
  • ГГДСК 171
  • ГомГМК 501
  • ГГМУ 1966
  • ГГТУ им. Сухого 4467
  • ГГУ им. Скорины 1590
  • ГМА им. Макарова 299
  • ДГПУ 159
  • ДальГАУ 279
  • ДВГГУ 134
  • ДВГМУ 408
  • ДВГТУ 936
  • ДВГУПС 305
  • ДВФУ 949
  • ДонГТУ 498
  • ДИТМ МНТУ 109
  • ИвГМА 488
  • ИГХТУ 131
  • ИжГТУ 145
  • КемГППК 171
  • КемГУ 508
  • КГМТУ 270
  • КировАТ 147
  • КГКСЭП 407
  • КГТА им. Дегтярева 174
  • КнАГТУ 2910
  • КрасГАУ 345
  • КрасГМУ 629
  • КГПУ им. Астафьева 133
  • КГТУ (СФУ) 567
  • КГТЭИ (СФУ) 112
  • КПК №2 177
  • КубГТУ 138
  • КубГУ 109
  • КузГПА 182
  • КузГТУ 789
  • МГТУ им. Носова 369
  • МГЭУ им. Сахарова 232
  • МГЭК 249
  • МГПУ 165
  • МАИ 144
  • МАДИ 151
  • МГИУ 1179
  • МГОУ 121
  • МГСУ 331
  • МГУ 273
  • МГУКИ 101
  • МГУПИ 225
  • МГУПС (МИИТ) 637
  • МГУТУ 122
  • МТУСИ 179
  • ХАИ 656
  • ТПУ 455
  • НИУ МЭИ 640
  • НМСУ «Горный» 1701
  • ХПИ 1534
  • НТУУ «КПИ» 213
  • НУК им. Макарова 543
  • НВ 1001
  • НГАВТ 362
  • НГАУ 411
  • НГАСУ 817
  • НГМУ 665
  • НГПУ 214
  • НГТУ 4610
  • НГУ 1993
  • НГУЭУ 499
  • НИИ 201
  • ОмГТУ 302
  • ОмГУПС 230
  • СПбПК №4 115
  • ПГУПС 2489
  • ПГПУ им. Короленко 296
  • ПНТУ им. Кондратюка 120
  • РАНХиГС 190
  • РОАТ МИИТ 608
  • РТА 245
  • РГГМУ 117
  • РГПУ им. Герцена 123
  • РГППУ 142
  • РГСУ 162
  • «МАТИ» — РГТУ 121
  • РГУНиГ 260
  • РЭУ им. Плеханова 123
  • РГАТУ им. Соловьёва 219
  • РязГМУ 125
  • РГРТУ 666
  • СамГТУ 131
  • СПбГАСУ 315
  • ИНЖЭКОН 328
  • СПбГИПСР 136
  • СПбГЛТУ им. Кирова 227
  • СПбГМТУ 143
  • СПбГПМУ 146
  • СПбГПУ 1599
  • СПбГТИ (ТУ) 293
  • СПбГТУРП 236
  • СПбГУ 578
  • ГУАП 524
  • СПбГУНиПТ 291
  • СПбГУПТД 438
  • СПбГУСЭ 226
  • СПбГУТ 194
  • СПГУТД 151
  • СПбГУЭФ 145
  • СПбГЭТУ «ЛЭТИ» 379
  • ПИМаш 247
  • НИУ ИТМО 531
  • СГТУ им. Гагарина 114
  • СахГУ 278
  • СЗТУ 484
  • СибАГС 249
  • СибГАУ 462
  • СибГИУ 1654
  • СибГТУ 946
  • СГУПС 1473
  • СибГУТИ 2083
  • СибУПК 377
  • СФУ 2424
  • СНАУ 567
  • СумГУ 768
  • ТРТУ 149
  • ТОГУ 551
  • ТГЭУ 325
  • ТГУ (Томск) 276
  • ТГПУ 181
  • ТулГУ 553
  • УкрГАЖТ 234
  • УлГТУ 536
  • УИПКПРО 123
  • УрГПУ 195
  • УГТУ-УПИ 758
  • УГНТУ 570
  • УГТУ 134
  • ХГАЭП 138
  • ХГАФК 110
  • ХНАГХ 407
  • ХНУВД 512
  • ХНУ им. Каразина 305
  • ХНУРЭ 325
  • ХНЭУ 495
  • ЦПУ 157
  • ЧитГУ 220
  • ЮУрГУ 309

Полный список ВУЗов

  • О проекте
  • Реклама на сайте
  • Правообладателям
  • Правила
  • Обратная связь

Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).

Источник