Расчет электрических нагрузок, выбор главных схем и оборудования промышленных предприятий (стр. 5 )

2. При составлении схемы замещения в относительных единицах значение ЭДС и сопротивлений схемы выражают в долях выбранных значений базисных величин (т. е. должны быть приведены к базисным условиям). В качестве базисных величин произвольно принимаются базисная мощность Sб и базисное напряжение Uб.

При расчете в именованных единицах сопротивления всех элементов при­водят к одному напряжению, как правило, к напряжению ступени короткого замыкания.

В выражениях (табл. 6.2) не учитываются реальные коэффициенты тран­сформации (используются средние номинальные напряжения соответствую­щих ступеней). Это значительно упрощает расчет. Приведенное сопротив­ление

,

где х - сопротивление рассматриваемого элемента в именованных единицах на той ступени, где находится элемент; , - соответственно средние номинальные напряжения ступени приведения и ступени, на которой нахо­дится элемент.

При более точных расчетах учитывают действительные коэффициенты трансформации.

На схемах замещения сопротивления выражаются дробью, числитель которой обозначает порядковый номер сопротивления, а знаменатель -значение сопротивления, приведенное к одной ступени напряжения или к одинаковым базисным условиям.

При расчете в относительных единицах паспортные параметры элементов должны быть приведены к базисным условиям.

3. Место короткого замыкания выбирается в зависимости от цели расчета (для выбора выключателя, разрядника, схем станций или подстанций, выбора и настройки релейной защиты и т. д.).

При выборе выключателя определяются наибольшие величины тока КЗ, поэтому принимается, что замыкание произошло непосредственно у выводов выключателя. Значительно большее разнообразие в определении места КЗ имеется при выборе и настройки устройств релейной защиты. Так, при выборе защиты линии место короткого замыкания принимается поочередно в ряде точек защищаемой линии, а также за ближайшим элементом примыкающей сети, т. е. понижающим или повышающим трансформатором.

Составив схему замещения, далее следует ее преобразовать (свернуть) относительно места КЗ по методу эквивалентных ЭДС. При этом определяются эквивалентная ЭДС всей системы Е”S и суммарное эквивалентное сопротив­ление х”S.

4. Начальный сверхпереходный ток в месте КЗ находится следующим образом:

а) при расчете в именованных единицах, кА:

,

где и - соответственно линейное и фазное значения эквивалентной ЭДС схемы замещения, кВ;

б) при расчете в относительных единицах

,

где Iк* - ток в месте КЗ, о. е.; Iб - базисный ток ступени короткого замыкания, кА; и - эквивалентная ЭДС и суммарное сопротивление схемы замеще­ния при принятых базисных условиях, о. е.; Sб - принятая базисная мощность, МВ × А; Uср. ном – среднее номинальное напряжение ступени короткого замыкания, кВ.

При расчетах токов трехфазного КЗ для выбора аппаратов и проводников принято считать, что максимальное мгновенное значение тока КЗ или ударный ток наступают через 0,01 секунды с момента возникновения короткого замыкания.

Для схем с последовательно включенными элементами ударный ток подсчитывается по выражению

,

где kуд = 1 + е –0,01/Та - ударный коэффициент для времени t = 0,01с; Та – постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ, определяемая по табл.6.3, или рассчитываемая по формуле

где хS и rS - результирующие индуктивное и активное сопротивления цепи КЗ, мОм; wс - синхронная угловая частота напряжения сети, рад/с.

Таблица 6.3

Значение постоянной времени цепи короткого замыкания и ударного коэффициента kу для различных мест короткого замыкания в системе

Место короткого замыкания	Та, с	kу
Шины станции 6 – 10 кВ с генераторами 30 – 60 МВт	0,185	1,95
За линейным реактором генераторного напряжения	0,125	1,93
Шины высокого напряжения РУ с трансформаторами 100 МВ × А и выше	0,14	1,94
То же с трансформаторамиМВ × А	0,115	1,92
Сборные шины 6 – 10 кВ понижающих подстанций с трансформаторами по 100 МВ × А и выше	0,095	1,9
То же с трансформаторами по 25 – 80 МВ × А	0,065	1,85
То же с трансформаторами 20 МВ × А и ниже и с тран­сформаторами 32 МВ × А с расщепленными обмотками	0,05	1,8
Токи КЗ за реакторами с номинальным током. А: 1000 и выше 630 и ниже	0,23 0,1	1,96 1,9
РУ 6 – 10 кВ промышленных предприятий	0,01	1,37
На стороне вторичного напряжения понижающих трансформаторов мощностью 1 МВ × А и менее	-	1,3
В распределительных сетях 0,4 кВ	-	1,1

При расчете тока КЗ в сетях напряжением до 1000 В достаточно оценить его наибольшее значение, так как именно его используют для проверки аппаратов токоведущих устройств. Наибольший ток КЗ имеет место обычно при трехфазном замыкании [10].

Ток трехфазного КЗ определяется по формуле

где rS, хS - соответственно суммарное активное и суммарное индуктивное сопротивления цепи КЗ, мОм.

Суммарное активное и индуктивное сопротивления

где r­­т и хт - активное и реактивное сопротивление понижающего трансфор­матора, мОм; r­­р и хр - активное и реактивное сопротивление реакторов, мОм; r­­ТА и хТА - активное и реактивное сопротивление первичных обмоток трансфор­маторов тока, мОм; r­­кв и хкв - активное и реактивное сопротивление токовых катушек автоматических выключателей, мОм; r­­ш и хш - активное и реактивное сопротивление шинопроводов, мОм; r­­к - суммарное активное сопротивление различных контактов, мОм ( при учебном проектировании принимают r­­к = 0,1мОм - для контактных соединении кабелей; r­­к = 0,01 мОм - дяя шинопроводов; rк = 1,0 мОм - для коммутационных аппаратов); r­­кб, r­­вл и хкб, хвл - активные и реактивные сопротивления кабельных и воздушных линий, мОм; хс - индуктивное сопротивление системы до понижающего трансформатора, мОм, приведенное к ступени низшего напряжения; rд - активное сопротив­ление дуги в месте КЗ, мОм, принимаем по данным табл.6.4.

Таблица 6.4

Расчетные условия КЗ	Активное сопротивление дуги, мОм, при КЗ за трансформаторами мощностью, кВ × А
250	400	630	1000	1600	2500
КЗ вблизи выводов низшего напряжения трансформатора - в разделке кабелей напряжением: 0,4 кВ 0,525 кВ 0,69 кВ - в шинопроводе типа ШМА напряжением: 0,4кВ 0,525 кВ 0,69 кВ	15 14 12 - - -	10 8 7 - - -	7 6 5 - - -	5 4,5 4 6 5 4	4 3,5 3 4 3,5 3	3 2,5 2 3 2,5 2
КЗ в конце шинопровода типа ШМА длиной м 0,4 кВ 0,525 кВ 0,69 кВ	- - -	- - -	- - -	6-8 5-7 4-6	5-7 4-6 3-5	4-6 3-5 2-4

Ударный ток КЗ определяется по формуле

Если к месту КЗ подключены асинхронные и синхронные двигатели, то нужно учитывать их влияние. Действующее значение периодической составляющей тока трехфазного КЗ за первый период от асинхронного двигателя можно определить по формуле

где 0,9 - расчетная относительная ЭДС асинхронного двигателя (начальное значение сверхпереходной ЭДС двигателя); - относительное сверхпере­ходное индуктивное сопротивление асинхронного двигателя; - номиналь­ный ток одновременно работающих электродвигателей.

Суммарное значение ударного тока КЗ с учетом электродвигателей опре­деляют по формуле

Иногда, например в сетях с глухозаземленной нейтралью, токи однофаз­ного КЗ оказываются меньше значений, достаточных для срабатывания автоматов защиты. Поэтому в подобных сетях необходимо определять мини­мальное значение токов КЗ, которое соответствует току замыкания фазы на заземленный корпус или нулевой провод. При этом необходимо, чтобы наименьший ток КЗ не менее чем в 3 раза превышал номинальный ток соответствующей плавкой вставки.

6.2. Выбор и проверка основного высоковольтного электрооборудования

К коммутационным аппаратам выше 1000 В относятся высоковольтные выключатели, выключатели нагрузки, разъединители, отделители и короткозамыкатели. Все эти аппараты имеют свои назначения и области применения и, как следствие, к ним предъявляют соответствующие требования. Все данные аппараты должны удовлетворять условиям длительной работы, режиму перегрузки и режиму возможных коротких замыканий. Аппараты должны соответствовать условиям окружающей среды (открытая или закрытая уста­новки, температура, запыленность, влажность и другие показатели окружа­ющей среды). Как правило, все элементы системы электроснабжения выбира­ются по номинальным параметрам и проверяются по устойчивости при сквозных токах короткого замыкания и перенапряжениях.

Номинальное напряжение аппарата соответствует классу его изоляции. Всегда имеется запас электрической прочности, оговариваемый техническими условиями на изготовление и позволяющий аппарату работать длительное время при напряжении 10-15% выше номинального (максимальное рабочее напряжение аппарата). Отклонение напряжения на практике обычно не превышает этих величин. Поэтому при выборе аппарата достаточно соблюсти условие

где - номинальное напряжение аппарата; - номинальное напряжение сети.

При протекании номинального тока при номинальной температуре окружающей среды аппарат может работать неопределенно долго без допустимого перегрева. Поэтому аппарат надлежит выбирать так, чтобы максимальный действующий рабочий ток цепи не превышал номинального тока, указанного в паспорте аппарата (расчетная температура окружающей среды принята +35°С).

где - номинальный ток аппарата; - наибольший ток утяжеленного режима.

Аппараты, выбранные по номинальному напряжению и номинальному току, подлежат проверке на термическую и динамическую стойкости при токах короткого замыкания. Ниже рассматриваются условия выбора и проверки для конкретного высоковольтного оборудования.

1. Выбор и проверка высоковольтных выключателей

Высоковольтный выключатель - коммутационный аппарат, предназна­ченный для включения и отключения цепей высокого напряжения как в нормальном, так и аварийном режимах. В пределах одного РУ рекоменду­ется применять однотипные выключатели.

В распределительных устройствах 6-10 кВ применяют маломасляные подвесные выключатели с пружинными и электромагнитными приводами, а также элегазовые, бесконтактные, вакуумные и другие выключатели.

Выбор высоковольтных выключателей осуществляется по условиям

-  по электродинамической стойкости при токах короткого замыкания (выключатель проверяется по одному из условий)

или

где 1^ - действующее значение периодической составляющей начального тока короткого замыкания, кА; , - действующее значение периодической составляющей и амплитудное значение полного тока электродинамической стойкости выключателя, кА; iу - ударный ток короткого замыкания, кА.

- по отключающей способности на возможность отключения симмет­ричного тока:

где - периодическая составляющая тока короткого замыкания в момент расхождения контактов выключателя, кА; - номинальный ток отключения выключателя, кА.

Расчетное время отключения выключателя t определяется в соответствии с выражением:

где tр. з.min - минимальное время срабатывания релейной защиты (0,1+Dtc для каждой из последующих ступеней, Dtc » 0,3 ¸ 0,5 с, с; tо. в. - время отключения выключателя, с);

-по термической стойкости проверка осуществляется по расчетному импульсу квадратичного тока КЗ:

,

где Вк - расчетный импульс квадратичного тока короткого замыкания, кА. с;

Iт - ток термической стойкости выключателя, кА; tт - длительность протекания тока термической стойкости, с. \

При удаленном коротком замыкании значение теплового импульса тока короткого замыкания Вк может определяться по формуле

где t - расчетное время отключения выключателя, с; Та - постоянная времени затухания апериодической составляющей, с.

Значение постоянной времени затухания апериодической составляющей тока КЗ зависит от места короткого замыкания.

2. Выбор и проверка разъединителей, отделителей и коротко-замыкателей

Разъединитель - это коммутационный аппарат, предназначенный для отключения и включения электрических цепей высокого напряжения при отсутствии в них тока и для создания видимого разрыва цепи. ПУЭ допускает производство некоторых операций разъединителями при протекании небольших токов. Короткозамыкатели и отделители - это специальные разъединители, имеющие автоматически действующие привода. При выборе типа этих аппаратов необходимо учитывать род установки и конструктивное исполнение. Условия выбора и проверки приведены в табл. 6.5.

Таблица 6.5

Расчетный параметр цепи	Каталожные данные аппарата	Условия выбора и проверки
Uуст уст	Uном уст	Uном ³ Uуст ном ~ уст
Iраб. max	Iном	Iном ³ Iраб. max
iу	im. дин	im. дин ³ iу
Вк	Iт; tт	Вк £ I2т × tт

где im. дин - амплитудное значение предельного сквозного тока КЗ. При соблюдении данных условий считается, что коммутационный аппарат выбран верно.

3. Выбор и проверка выключателей нагрузки и предохранителей.

В целях снижения стоимости распределительного устройства 6-10 кВ под­станции вместо силовых выключателей небольшой и средней мощностей можно применять выключатели нагрузки, способные отключать рабочие токи линий, трансформаторов и других электроприемников. Для отключения токов короткого замыкания, превышающих допустимые значения для выключа­телей нагрузки, последние комплектуются кварцевыми предохранителями ПКТ. Такой комплект получил название ВНП. При проектировании необхо­димо учитывать, что при каждом отключении выключателя нагрузки происходит износ газогенерирующих дугогасящих вкладышей, ограничива­ющих число допустимых отключений.

Аппараты ВНП могут применяться для присоединения трансформаторов мощностью до 1600 кВ × А, батареи конденсаторов до 400 квар.

Рекомендуется установка выключателя нагрузки после предохранителя, считая по направлению тока от источника питания, что следует иметь в виду при вычерчивании однолинейной схемы соединений подстанции.

Выбор выключателей нагрузки производится по тем же условиям, что и разъединителей. При выборе аппаратов ВНП в РУ 6-10 кВ необходимо учиты­вать недостаточную чувствительность предохранителей к перегрузкам.

В ОРУ 35-110 кВ возможно применение стреляющих предохранителей. Мощность трансформаторов, защищаемых стреляющими предохранителями, ограничена значениями 4кВ × А. В закрытых помещениях установка их не допускается.

Таблица б.6

Рекомендуемое соответствие токов предохранителей ПКТ и защищаемых электроприеников

Номинальный ток защища­емого ЭП, А	Номинальный ток плавкой вставки предохранителя, А	Номинальный ток защищаемого ЭП, А	Номинальный ток плавкой вставки предохранителя, А
0,5	2	20	40
1	3	30	50
2	5	55	75
3	7,5	70	100
5	10	100	150
8	15	145	200
10	20	210	300
15	30	300	400

При выборе предохранителей следует обратить особое внимание на то, что их можно применять лишь в сетях и электроустановках с напряжением, соответствующим номинальному напряжению предохранителя. Применение предохранителей с номинальным напряжением, отличным (большим или меньшим)от номинального напряжения сети, не допускается. Условия выбора предохранителей приведены в табл. 6.7, в ней Iоткл. н - предельный (наибольший) ток отключения предохранителя, А.

Таблица 6.7

Расчетный параметр цепи	Номинальные параметры предохранителя	Условия выбора и проверки
Uуст	Uном	Uном ³ Uуст ном
Ip. max	Iном	Iном ³ Ip. max
Iп0	Iоткл. н	Iоткл. н ³ Iп0

Номинальные токи плавких вставок предохранителей ПК следует выбирать так, чтобы не возникало ложное срабатывание предохранителя вследствие толчков тока при включении трансформатора на небольшую нагрузку, а также при включении электродвигателей или батарей конденсаторов. Для выпол­нения этого условия ток плавкой вставки выбирается в 1,4 - 2,5 раза больше номинального тока защищаемого электроприемника. С учетом этого выбор предохранителя следует производить на основе данных табл. 6.6.

4. Выбор и проверка реакторов

Реакторы устанавливаются на сборных шинах подстанций или питающих линиях для ограничения тока (мощности) короткого замыкания шинах под­станций или питающих линиях для обеспечения необходимого значения оста­точного напряжения на шинах подстанций; для ограничения пусковой мощ­ности при пуске асинхронных или синхронных двигателей.

Выбор реактора может производиться по заданному снижению тока корот­кого замыкания или заданному значению остаточного напряжения.