Расчет токов короткого замыкания

Расчет токов короткого замыкания производится: для проверки отстроенности защит от максимальных токов вне защищаемой зоны; ток в максимальном режиме работы системы используется для определения токов срабатывания токовых отсечек и токов небаланса дифференциальной токовой защиты; для проверки чувствительности защиты в защищаемой зоне или на смежном участке при осуществлении дальнего резервирования при минимальных расчетных токах .

При выполнении расчетов применяется ряд допущений:

- ЭДС источников совпадают по фазе в течение всего процесса ;

- не учитывается насыщение магнитных систем электрических машин, что позволяет считать постоянными и не зависящими от тока индуктивные сопротивления всех элементов короткозамкнутой цепи;

- не учитывается емкости элементов короткозамкнутой цепи;

- 3-х фазная система считается симметричной. Составляется схема замещения. Выбираются места .

Расчетные точки - точки на линиях, шины подстанций, стороны ВН и НН трансформаторов. Секционные выключатели принято считать отключенными.

Находятся сопротивления элементов схемы и методом постепенного преобразования для места находится эквивалентное сопротивление.

Расчет проводим в именованных единицах по формуле:

где - напряжение расчетного участка; - результирующее полное сопротивление цепи , Ом;

Сопротивление систем и находим по выражению

Сопротивления линий и находим по выражению

Трансформаторы 110/10 с расщепленной обмоткой низшего напряжения.

Если обмотки НН объединяются, то тогда сопротивление трансформатора определяется как сопротивление двухобмоточного трансформатора для крайних положений РПН по формулам:

где максимальное и минимальное сопротивления трансформатора; напряжения % при крайних положениях РПН трансформатора.

Согласно ГОСТу 721-74 не должно превышать для номинала напряжения 110 кВ – 126 кВ.

Если обмотки НН применяются расщепленными (для уменьшения токов КЗ),то трансформатор на схеме замещения представляется 3-х лучевой схемой:

Сопротивления лучей:

Х_ВН = 0,125 Х_ВН-ННХ_НН = 1,75 Х_ВН-НН

Для трансформатора мощностью 63000 кВа при U =110 кВ:

, соответствующее

Рис.1 Схема системы электроснабжения

Рис.2 Схема замещения

Влияние нагрузки Е_НГ3, Е_НГ4 учитывается только на шинах 0,4 кВ, Е_НГ1, Е_НГ2 только на шинах 10 кВ. Для защиты не учитывается ток подпитки от асинхронной нагрузки (только для ударного тока в месте присоединения), поэтому подпитку от Е_НГ1, Е_НГ2 не учитываем.

Расчетная таблица 1.

«Токи КЗ»

Режим Точка к.з.	Максимальный	Минимальный
, Ом	, кА	Ступени U, кВ	, Ом	, кА	Ступени U, кВ	, кА
К₁	0,7935	83,7		1,058	62,8		54,6
К₂	4,7935	13,86		5,058	13,14		11,43
К₃	8,7935	7,56		9,058	7,34		6,38
К₄	24,7935	2,68		39,058	1,7		1,48
К₄	0,227	28,0		0,357	17,8		15,48
К₄(с учетом подпитки)		28,92			18,72		16,3
К₄(с учетом подпитки)		2,77
К₈	0,6358	104,5		0,8464	78,53		68,52
К₉	3,6358	18,28		3,8464	17,28		15,0
К₁₀	6,6358	10,0		6,8464	9,7		8,44
К₁₁	22,6358	2,93		36,8464	1,8		1,5
К₁₁(без учета подпитки)	0,208	30,6		0,337	18,85		16,4
К₁₁(с учетом подпитки)		30,90			19,15		16,7
К₁₁(с учетом подпитки)		3,015

Расчетная таблица 1. «Токи КЗ» (продолжение)

Максимальный	Минимальный

0,415	15,32	11кв	0,6445	9,86	11кВ	8,58
0,667	9,53	11кв	0,7567	8,4	11кв	7,3
4,613	1,378	11кв	4,74	1,34	11кв	1,166
0,0061	37,9	0,4кВ		36,88	0,4кВ	32,09
0,429	14,82	11кВ	0,532	11,95	11кВ	10,4
0,718	8,85	11кв	0,803	7,918	11кв	6,88
4,624	1,375	11кв	4,75	1,338	11кв	1,166
	37,8	0,4кВ		36,8	0,4кВ

После расчетов токов к.з. в точках К₄ и К₁₁ необходимо проверить кабели, питающие линии W₃ и W₄ на термическую стойкость. Сечение кабеля на термическую стойкость для тока трехфазного замыкания проверяется в начале питания по:

где - установившееся значение тока КЗ, А; приведенное время тока КЗ, принимаем равным 0,15 – время срабатывания отсечки; температурный коэффициент, учитывающий ограничение допустимой температуры нагрева жил кабеля, для алюминиевых жил = 85.

Для линии W₃:

мм².

Для линии W₄:

мм².

Принимаем S = 150 мм² для обоих линий W₃ и W₄.

; ; .

После определения сопротивлений на участках находим результирующее полное сопротивление цепи до точки ,приведенное к соответствующей ступени напряжения

В каждой расчетной точке находим ток КЗ по выражению:

где - напряжение расчетного участка; - результирующее полное сопротивление цепи до точки , Ом;

Значение токов к.з. записываем в таблицу «Токи КЗ»:

токи подпитки

(c учетом подпитки)

токи подпитки - приведенный к напряжению11кВ

- приведенный к 0,4 кВ

ток подпитки

где

ток подпитки - приведенный к 10 кВ.

- приведенный к стороне 0,4 кВ.

На сторону 110 кВ подпитка не оказывает практически никакого влияния.

5. Защита сети 0,4 кВ.

Защита сети 0,4 кВ в трансформаторных подстанциях может производиться автоматическими выключателями типа «Электрон», А3700, ВА. Автоматические выключатели могут быть выполнены с полупроводниковыми расцепителями (селективными и неселективными); электромагнитными; электромагнитными и тепловыми расцепителями. Каждый выключатель обладает характерными для него защитными характеристиками или (время - токовыми характеристиками).

По условиям отстройки от пусковых токов (пиков нагрузки) желательно, чтобы ток и время срабатывания превышали расчетные значения не менее чем в 1,5 раза.

По условию селективности выключатель, который ближе к источнику питания, должен иметь время действия не менее чем в1,5 раза (при том же токе) больше времени действия выключателя нижней ступени. Так если автомат фидера ПР – 0,1 с, то вводной ПР – 0,15с, фидер ТП – 0,25с, секционный ТП – 0,4 с, вводной ТП – 0,6с с разбросом ±10%.

При выборе выключателя необходимо учитывать: номинальные значения напряжения и тока (цепи постоянного или переменного тока); предельной коммутационной способности; уставки расцепителей в зоне короткого замыкания и нагрузок (ток срабатывания и время срабатывания).

1^ая ступень защиты – токовая отсечки без выдержки времени на выключателях мощных трансформаторных подстанций как правило работает неселективно. Так для
(А 3790 ток , ВА55 и ВА75 зависит от их номинального тока и составляет 20–45 кА, а для выключателей «Электрон» ток Поэтому расчет параметров токовой отстройки сводится к сопоставлению значения тока с указанными значениями тока . Если неселективные действия не допускаются, но оказалось что , то необходимо либо принять другой выключатель, либо использовать не расцепитель, а отдельную токовую защиту. А на практике: 1^ая ступень выводится из работы, что завод-изготовитель категорически запрещает и увеличивается уставка II ступени, («Электрон») что тоже делать нежелательно из-за ухудшения чувствительности II ступени.

Вторая ступень защиты – токовая отсечка с выдержкой времени.

1) По условию отстройки тока и времени выключателя ниже лежащей ступени

где ; - ступень селективности (для ВА55, ВА75 , А3790С ). - ток срабатывания 1-ой ступени ниже лежащей защиты.

Для исключения срабатывания при кратковременных нагрузках необходимо

где - для А3790С, ВА равен 1,5; для «Электрон» - 1,6

В трансформаторных подстанциях Pнт₃ и Pнт₄питаются непосредственно со сборных шин 0,4 кВ секции выключателя или выключателя фидера, которые в свою очередь могут питаться с магистральных шинопроводов 0,4 кВ, при этом защита ввода ПР,фидера ТП,.. секционного выключателя определяются согласно их «обобщенной» нагрузки:

В качестве автоматического выключателя для такой нагрузки можно выбрать по условиям ,

Но в данном случае выбирать выключатель придется по предельной коммутационной способности (см. ток ). Такой коммутационной способностью обладает «Электрон» Э25 В с коммутационным током выключателя номинальным базовым током МТЗ – 1600 А.

Уставку МТЗ второй ступени выбираем из пуска наиболее мощного асинхронного электродвигателя типа 4А (200 кВт, ) и остальной нагрузки.

Пусковой ток .

Остальная нагрузка .

По условию отстройки от кратковременных перегрузок для автомата «Электрон»

Уставку III ступени защиты I^”_с.з.= . Для выбора уставок максимальной токовой защиты производим расчет приближенным методом тока и коэффициент самозапуска обобщенной нагрузки .

Для определения сопротивления обобщенной нагрузки в режиме самозапуска в именованных единицах считаем, что мощность нагрузки равна максимальной рабочей мощности линии, а кабеля (кабели являются наиболее слабым элементом). Тогда

;

Нагрузку можно запитать 3 – 4 кабелями

сечением 120 мм² - А(при прокладке в траншее)

сечением 185 мм² – А (при прокладке в воздухе)

Сопротивление

Ом.

Суммарное сопротивление

Ом.

Ток самозапуска нагрузки

кА.

По наибольшему току срабатывания защиты – 3,269 кА выбираем кратность уставки . Выставим кратность в зоне к.з. равной 3. Ток срабатывания защиты

Время срабатывания выключателя фидера ТП

Третья ступень защиты

Уставка не настраивается. Она связана с номинальным током расцепителя. Для полупроводниковых расцепителей . В этом случае задача сводится к выбору расцепителя. Для расцепителей выключателя «Электрон»

- расцепитель выбран правильно.

Уставка МТЗ в зоне перегрузки .

Время срабатывания согласно защитной характеристике в зависимости от положений переключателей и на лицевой панели полупроводникового блока РМТ – 1 и разброса - с.

Уставки защиты секционного выключателя выбирается исходя из: максимального тока наиболее нагруженной секции; тока короткого замыкания на шинах 0,4 кВ; селективности с защитой выключателя фидера

В данной схеме токораспределение между фидером и секционным выключателем не меняется

Селективность обеспечим по времени . Принимаем .

При выборе защиты ввода 0,4 кВ ТП-10/0,4 кВ исходим из: максимального тока нагрузки секций 1,2; максимального тока короткого замыкания на шинах 0,4 кВ - ; селективности с защитой секционного выключателя.

Максимальная нагрузка 2-х секций . Ток короткого замыкания 0,4 кВ ввода с учетом подпитки - 48,3 кВ.

Выбираем автомат электрон Э25В с номинальным током выключателя , номинальным расцепителем – 2500 А.

Уставка расцепителя 1,25I_н.расц.=1,25·2500=3125 А.

I_с.з.=3125·1,25=3906,25 А. – в зоне перегрузки.

МТЗ II степени

1) по условию от кратковременной перегрузки после АВР

где - коэффициент, учитывающий некоторое увеличение тока ЭД секции при снижении напряжения подключения к ней самозапускающихся электродвигателей другой секции; =1….1,3.; К_зап - самозапуска электродвигателей секции

2) по условию отстройки от тока и времени срабатывания защиты секционного выключателя.

По наибольшему из значений принимается

Находим кратность

Ступени селективности для «Электрон»

Чувствительность защиты: