Расчет системы электроснабжения с напряжением сети 1 кВ и ниже

Техническое задание на выполнение курсовой работы.

Необходимо рассчитать токи КЗ в сети 0.4 кВ собственных нужд электростанции. Расчет выполняется для поверки отключающей способности автоматических выключателей, проверки кабельных линий на термическую стойкость, а также для выбора установок токовых катушек автоматических выключателей и проверки их чувствительности.

С этой целью выполняют расчеты металлических и дуговых КЗ – трехфазных, двухфазных и однофазных.

Расчетная схема представлена на рисунке:

Система

6.3 кВ

ТТ1

Т1

Ш1

АВ1

К1
РУ-0.4 кВ

АВ2

КЛ1 К2 вторичная силовая обмотка

Расчет выполняется в именованных единицах, сопротивления расчетной схемы приводятся к напряжению 0.4 кВ и выражаются в миллиомах. Параметры элементов расчетной схемы приводятся в таблицах приложения 1. Расчеты выполняются в соответствии с методикой, рекомендованной ГОСТ 28249-93 на расчеты токов КЗ в сетях с напряжением до 0.4 кВ.

Короткие замыкания рассчитываются на шинах 0.4 кВ РУ (точка К1) и на вторичной силовой сборке за кабелем КЛ1 (точка К2).

В данном примере расчеты дуговых КЗ выполняются с использованием понижающего коэффициента Кс, поэтому переходные сопротивления контактов, контактных соединений кабелей и шинопроводов в расчетных выражениях для определения суммарного активного сопротивления R( не учитываются, эти сопротивления учтены при построении характеристик зависимости коэффициента
Кс от полного суммарного сопротивления до места КЗ.

Параметры расчетной схемы.

Система.

Мощность короткого замыкания

Sк = 400 мВ(А , UН ВН = 6.3 кВ.

Трансформатор Т1.

ТСН-250-6,3/0,4 ; схема соединения обмоток (/(0

SН = 250 кВ(А,

UН ВН = 6.3 кВ, UН НН = 0.4 кВ,

Uк = 5.5 %.

Сопротивления трансформатора, приведенные к UН НН = 0.4 кВ, определяются по таблице 1 Приложения 1:

R1 = R2 = R0 = 9.7 мОм,

X1 = X2 = X0 = 33.8 мОм.

Шинопровод Ш1.

ШМА-4-1250, длина 40 м.

Удельные параметры шинопровода по данным таблицы 11

Приложения 1:

Прямая последовательность:

R1уд = 0.034 мОм/м

X1уд = 0.016 мОм/м

Нулевая последовательность:

R0уд = 0.054 мОм/м

X0уд = 0.053 мОм/м

Трансформаторы тока ТТ1.

Удельные параметры трансформатора тока по данным таблицы 14 Приложения
1:

КТТ = 150/5,

R1 = R0 = 0.33 мОм,

X1 = X0 = 0.3 мОм.

Кабельная линия КЛ1.

АВВГ – (3(185 + 1(70),

L = 50 м.

Удельные параметры кабеля по данным таблицы 7Приложения 1:

Прямая последовательность:

R1уд = 0.208 мОм/м

X1уд = 0.063 мОм/м

Нулевая последовательность:

R0уд = 0.989 мОм/м

X0уд = 0.244 мОм/м

Автоматический выключатель АВ1.

Тип «Электрон», IH = 1600A.

Из таблицы13 Приложение 1 определяем сопротивления катушек АВ1:

RКВ = 0.14 мОм/м,

XКВ = 0.08 мОм/м.

Автоматический выключатель АВ2.

Тип А3794С, IH = 400A.

Из таблицы13 Приложение 1 определяем сопротивления катушек АВ2:

RКВ = 0.65 мОм/м,

XКВ = 0.17 мОм/м.

Расчет параметров схемы замещения.

Все сопротивления расчетной схемы приводятся к Uбаз = 0.4 кВ.

Система.

Сопротивление системы учитывается индуктивным сопротивлением в схеме замещения прямой последовательности.

Xcэ = Uн нн 2 (103 / Sк = 0.4 2 (103 /400 = 0.4 мОм

Трансформатор.

Для трансформатора со схемой соединения обмоток (/(0 активные и индуктивные сопротивления обмоток одинаковы для всех трех последовательностей.

R1т = R2т = R0т = 9.7 мОм,

X1т = X2т = X0т = 33.8 мОм.

Шинопровод Ш1.

Сопротивление шинопровода Ш1 определяем по известным удельным сопротивлениям шинопровода и его длине:

R1ш = R2ш = 0.034 (40 = 1.36 мОм

X1ш = X2ш =0.016 (40 = 0.64 мОм

R0ш = 0.054 (40 = 2.16 мОм

X0ш = 0.053 (40 = 2.12 мОм

Кабельная линия КЛ1.

Сопротивление линии КЛ1 определяем по известным удельным сопротивлениям кабеля и его длине:

R1кл = R2кл = 0.208 ( 50 = 10.4 мОм

X1кл = X2кл = 0.063 ( 50 = 3.15 мОм

R0кл = 0.989 ( 50 = 49.45 мОм

X0кл = 0.244 ( 50 = 12.2 мОм

Схема замещения прямой (обратной) последовательности представлена на рис.1, схема замещения нулевой последовательности – на рис.2.

Схема замещения прямой (обратной) последовательности:

Хс = 0.4 мОм

Rтт = 0.33мОм

Xтт = 0.3 мОм

Rт = 9.7 мОм

Xт = 33.8 мОм

Rш1 = 1.36 мОм

Xш1 = 0.64 мОм

Rкв1 = 0.14 мОм

Xкв2 = 0.08 мОм

К1

Rкв2 = 0.65 мОм

Xкв2 = 0.17 мОм

Rкл1 = 10.4 мОм

Xкл1 = 3.15 мОм

К2

Схема замещения нулевой последовательности:

Rот = 9.7 мОм

Хот = 33.8 мОм

Rош1 = 2.16 мОм

Хош1 = 2.12 мОм

Rокв1 = 0.14 мОм

Хокв1 = 0.08 мОм

К1

Rокв2 = 0.65 мОм

Хокв2 = 0.17 мОм

Rокл1 = 49.45 мОм

Хокл1 = 12.2 мОм

К2

Расчет токов короткого замыкания для точки К1.

Трехфазное КЗ.

Ток металлического трехфазного КЗ I(3)К М определяется по формуле:

I(3)К М = UH HH / ((3 ( Z(3)() = UH HH / ((3 (( R2 1( + X2
1()

По схеме замещения прямой последовательности суммарные сопротивления R1( и X1( определяем арифметическим суммированием сопротивлений до точки КЗ.

R1( = 0.33 + 9.7 + 1.36 + 0.14 = 11.53 мОм
X1( = 0.4 + 0.3 + 33.8 + 0.64 + 0.08 = 35.22 мОм

Полное суммарное сопротивление до точки К1

Z(3)( = (11.532 + 35.222 = 37.06 мОм
Ток трехфазного металлического КЗ:
I(3)К М = 400/ ((3( 37.06) = 6.23 кА

Ток трехфазного дугового КЗ определяем с использованием снижающего коэффициента Кс. Кривые зависимости коэффициента Кс от суммарного сопротивления до места КЗ построены для начального момента КЗ (кривая 1) и установившегося КЗ (кривая 2).

Расчеты показываю, что разница в значениях токов дуговых КЗ для разных моментов времени незначительна, примерно составляет 10%. Поэтому можно для практических расчетов дуговых КЗ определить ток по минимальному снижающему коэффициенту Кс2 (кривая 2), полагая, что ток в процессе дугового КЗ практически не изменяется. В данном случае расчет дуговых КЗ производится с использование обоих характеристик, т.е. определяются и Кс1 и Кс2.

Расчет дугового трехфазного КЗ выполняется в следующем порядке:
1.Определяются значения снижающего коэффициента для начального момента КЗ
(Кс1 ) и для установившегося КЗ (Кс2 ) .

При Z(3)( = 37.06 мОм Кс1 = 0.76, а Кс2 = 0.68.

2. Ток трехфазного дугового КЗ определяется по формуле

I(3)К Д = I(3)К М ( Кс

I(3)К Д = 6.23 ( 0.76 = 4.73 кА tкз ( 0

I(3)КД= 6.23 ( 0.68 = 4.24 кА tкз > 0.05 c

Ударный ток КЗ определяем по формуле: iY = KY((2( I(3)К М

Ударный коэффициент KY определяем по характеристике.

Находим отношение Х(3)(/R(3)( = 35.22 / 11.53 = 3.05.

Этому отношению соответствует KY = 1.3

Определяем iY = 1.3((2 ( 6.23 = 11.45 кА

Двухфазное КЗ.

Ток металлического двухфазного КЗ I(2)К М определяется по формуле:

I(2)К М = UH HH / ((3 ( Z(2)() = 0.865 I(3)К М

Полное суммарное сопротивление до точки К1 при двухфазном КЗ определяется по формуле

Z(2)( =(2/(3) (( R2 1( + X2 1( , мОм
Z(2)( =(2/(3) ((11.532 + 35.222 = 42.79 мОм

Определим ток двухфазного металлического КЗ:

I(2)К М = 400/ ((3( 42.79) = 5.39 кА
Проверяем I(2)К М = 0.865 I(3)К М = 0.865 ( 6.23 = 5.39 кА.

Расчет дугового двухфазного КЗ:

Определяем коэффициенты Кс1 и Кс2
Z(2)( = 42.79 мОм Кс1 = 0.79, а Кс2 = 0.71

Определим ток двухфазного дугового КЗ:

I(2)К Д = 5.39 ( 0.79 = 4.26 кА tкз ( 0
I(2)К Д = 5.39 ( 0.71 = 3.83 кА tкз > 0.05 c

Однофазное КЗ.

Ток металлического однофазного КЗ I(1)К М определяется по формуле:

I(1)К М = UH HH / ((3 ( Z(1)()

Полное суммарное сопротивление до точки К1 при однофазном КЗ определяется по формуле

Z(1)( = (1/3) (( ( 2R 1( + R0( )2 + (2X 1( +X0(,)2

Предварительно определяем суммарные активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности до токи К1 из схемы замещения:

R0( = 9.7 + 2.16 + 0.14 = 12 мОм
X0( = 33.8 + 2.12 + 0.08 = 36 мОм

Определяем полное суммарное сопротивление цепи для однофазного КЗ:

Z(1)( = (1/3) (( ( 2(11.53 + 12 )2 + (2(35.22 + 36)2 = 37.36 мОм

Определим ток однофазного металлического КЗ:

I(1)К М = 400/ ((3( 37.36) = 6.18 кА

Расчет дугового однофазного КЗ:
Определяем коэффициенты Кс1 и Кс2
Z(1)( = 37.36 мОм Кс1 = 0.76, а Кс2 = 0.68.

Определим ток однофазного дугового КЗ:

I(1)К Д = 6.18 ( 0.76 = 4.7 кА tкз ( 0
I(1)К Д = 6.18 ( 0.68 = 4.2 кА tкз > 0.05 c

Расчет токов короткого замыкания для точки К2.

Трехфазное КЗ.

Определяем суммарные активное и индуктивное сопротивления до токи К2 из схемы замещения:

R1( = 0.33 + 9.7 + 1.36 + 0.14 +0.65 + 48 = 22.58 мОм
X1( = 1.6 + 0.3 + 33.8 + 0.64 + 0.08 + 0.17 + 3.15 = 39.74 мОм

Суммарное сопротивление:
Z(3)( = (22.582 + 39.742 = 45.71 мОм

Ток трехфазного металлического КЗ:
I(3)К М = 400/ ((3( 45.71) = 5.05 кА

Определяем токи дугового КЗ:
Определяются значения снижающего коэффициента для начального момента КЗ
(Кс1 ) и для установившегося КЗ (Кс2 ) .

При Z(3) К( = 45.71 мОм Кс1 = 0.79, а Кс2 = 0.7.

Ток трехфазного дугового КЗ определяется по формуле

I(3)К Д = I(3)К М ( Кс

I(3)К Д = 5.05 ( 0.79 = 3.99 кА tкз ( 0

I(3)КД= 5.05 ( 0.7 = 3.54 кА tкз > 0,05 c

Ударный ток КЗ определяем по формуле: iY = KY((2( I(3)К М

Ударный коэффициент KY определяем по характеристике.
Находим отношение Х1(/R1( = 39.74 / 22.58 = 1.76
Этому отношению соответствует KY = 1.15
Определяем iY = 1.15( (2( 5.05 = 8.21 кА

Двухфазное КЗ.

Для расчета двухфазного КЗ в точке К2 определяем следующие величины.
Полное суммарное сопротивление до точки КЗ определяется по формуле

Z(2)( =(2/(3) (( R2 1( + X2 1( , мОм
Z(2)( =(2/(3) ( Z(3)( = 52.78 мОм

Определим ток двухфазного металлического КЗ:

I(2)К М = 400/ ((3( 52.78) = 4.38 кА

Определяем токи дугового КЗ:

Определяем коэффициенты Кс1 и Кс2
Z(2)( =52.78 мОм Кс1 = 0,81, а Кс2 = 0,73

Определим ток двухфазного дугового КЗ

I(2)К Д = 4.38 ( 0.81 = 3.55 кА tкз ( 0
I(2)К Д = 4.38 ( 0.73 = 3.2 кА tкз > 0.05 c

Однофазное КЗ.

Для расчета однофазного КЗ в точке К2 определяем следующие величины.
Определяем суммарные активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности до токи К2 из схемы замещения нулевой последовательности:

R0( = 2.7 + 2.16 + 0.14 + 0.65 + 49.45 = 62.1 мОм
X0( = 33.8 + 2.12 + 0.08 + 0.17 + 12.2 = 48.37 мОм

Определяем полное суммарное сопротивление цепи для однофазного КЗ:

Z(1)( = (1/3) (( ( 2(22.58 + 62.1 )2 + (2(39.74 + 48.37)2 = 55.63 мОм

Определим ток однофазного металлического КЗ:

I(1)К М = 400/ ((3( 55.63) = 4.15 кА

Расчет дугового однофазного КЗ:
Определяем коэффициенты Кс1 и Кс2
Z(1)( =55.63 мОм Кс1 = 0.81 ; Кс2 = 0.72

Определим ток однофазного дугового КЗ:

I(1)К Д = 4.15 ( 0.81 = 3.36 кА tкз ( 0
I(1)К Д = 4.15 ( 0.72 = 2.99 кА tкз > 0.05 c

Результаты расчетов токов КЗ.

К1

6.23 |

4.73 |

4.23 |

11.45 |

5.39 |

4.26 |

3.83 |

6.18 |

4.7 |

4.2 | |

К2 |

5.05 |

3.99 |

3.54 |

8.21 |

4.38 |

3.55 |

3.2 |

4.15 |

3.36 |
2.99 | |

График токов КЗ в зависимости от Z(.

Список используемой литературы.

1. Правила устройства электроустановок. - М. Энергоатомиздат, 1987г.

2. ГОСТ 28249-93 Короткие замыкания в электроустановках переменного напряжения до 1 кВ. – М. Изд-во меж. гос. стандарт, 1994г.

3. Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах. Учебник для электротехнических и энергетических вузов и факультетов. М., «Энергия», 1970г.

Вернуться