Расчет токов короткого замыкания. При проектировании необходимо учесть аварийные режимы работы электроустановок, одним из которых являются короткие замыкания (КЗ).

При проектировании необходимо учесть аварийные режимы работы электроустановок, одним из которых являются короткие замыкания (КЗ).

Для расчёта КЗ по схеме задания, рисунок 1, составим схему замещения, рисунок 5, в которой указываются сопротивления всех элементов и намечаются точки для расчёта токов КЗ.

Рисунок 7 – Схема замещения подстанции

Расчет ведём в относительных единицах. Все расчётные данные приводим к базовому напряжению и базовой мощности. Для этого задаёмся базовой мощностью системы

Sб =1000 МВА; U_cp=110 kВ; U_c_р2=35кВ; U_ср3=10кВ;

Сопротивление системы Х₁вычисляют по формуле:

, (6)

где S_с – полная мощность системы, МВА;

X с- относительное номинальное сопротивление энергосистемы;

Сопротивление воздушных линий Х₂ вычисляют по формуле:

, (7)

где Х_уд–удельное сопротивление воздушной линии, Ом/км;

L – длина воздушной линии, км;

U_cp – среднее напряжение на ступени, где находится точка короткого замыкания, кВ;

Сопротивление схемы Х₃вычисляют по формуле:

(8)

По формуле (6) находим

По формуле (7) находим Х₄:

По формуле (7) находим Х₅:

Сопротивление трансформаторов X₆, X_7,Х₈,Х₉,Х₁₀,Х₁₁вычисляют по формуле:

где S_р – полная мощность трансформатора, МВА;

U_к – напряжение короткого замыкания, в процентах, кВ;

S_{ном Т}- номинальная мощность трансформатора,МВА;

Сопротивление генераторов вычисляют по формуле 9

Эквивалентное сопротивление точки короткого замыкания (к₁) рассчитывают по выражению:

Х_рез1=1,05+0,56+0,626=2,235

Базовый ток Iб1, кА вычисляют по формуле:

Ток короткого замыкания, кА вычисляют по формуле:

Ударный ток, кА вычисляют по формуле:

где К_у – ударный коэффициент табличная величина

Эквивалентное сопротивление точки короткого замыкания (к₂) рассчитывают по выражению:

Х_рез=1,05+0,8+0,8=2,65

Базовый ток Iб1, кА, вычисляют по формуле():

Ток короткого замыкания, кА вычисляют по формуле():

Ударный ток, кА вычисляют по формуле():

где К_у – ударный коэффициент табличная величина

Таблица 3 – Данные токов КЗ и ударных

Место расположения КЗ	U_н, кВ	Х_рез	I_б, кА	I_по, кА	i_уд,кА
К₁		2,2	5,15	2,3	5,8
К₂		2,65	54.9	20,7

Выбор аппаратов РУ

Электрические аппараты выбираются по расчётным условиям нормального режима с последующей проверкой их работоспособности в аварийных режимах. При этом расчётные величины должны быть меньшими или равными номинальным (каталожным) параметрам.

Все электрические аппараты выбираются по номинальному напряжению, роду установки (внутренняя или наружная) и по конструктивному исполнению.

По номинальному току выбираются те аппараты по которым протекают рабочие токи, – выключатели, разъединители, отделители, реакторы, трансформаторы тока, предохранители.

Кроме того, каждый аппарат в зависимости от его назначения дополнительно выбирается по роду специфических параметров.

Выбор выключателей

Выключатель является основным коммутационным аппаратом в электроустановках. Наиболее тяжелой и ответственной операцией является отключение токов короткого замыкания.

Расчетный ток выключателя вычисляют на ВН, А по формуле ():

где S_нтр- номинальная мощность трансформатора, МВА;

U_н- номинальное напряжение трансформатора, кВ.

Термическую устойчивость рассчитывают по формуле:

В_к =I²_по (Т_о + t_откл),кА² с,

где I²_по- ток периодической составляющей генераторов, кА;

Т_о –постоянная времени затухания апериодической составляющей тока табличная величина;

t_откл – время отключения выключателя;

Вк = 2,3²(0,115 + 0,07) = 0,97

Таблица 4 - Выбор выключателей

Параметры	Расчетные данные	Справочные данные	Условия выбора
Номинальное напряжение, кВ	U_н =110	U_уст =110	U_н U_уст
Номинальный ток, кА	I_р =462	I_н =1000	I_н I_р
Термическая устойчивость, кА^2. с	В_к =0,97	I²_т_ерм =1200	В_к <I²_т_ерм
Электродинамическая устойчивость, кА	i _уд =5,8	i_дин =20	i_дин > i_у
Предельный ток отключения, кА	I_по =2,3	I_откл =20	I_по < I_откл

Выбираем выключатель внутреннего и наружного типа ВВК 100Б- 20.

Расчетный ток выключателя вычисляют на НН, А по формуле ():

Термическая устойчивость, кА²·с, вычисляют по формуле:

Вк = 20,7²(0,115 + 0,15) = 113,5

Таблица 4. - Выбор выключателей

Параметры	Расчетные данные	Справочные данные	Условия выбора
Номинальное напряжение, кВ	U_н =10	U_уст =10	U_н U_уст
Номинальный ток, А	Iр=5092	I_н =6000	I_н I_р
Термическая устойчивость, кА^2. с	В_к =113,5	I²_т_ерм =8100	В_к <I²_т_ерм
Электродинамическая устойчивость, кА	i_у =20,7	I_дин =45	i_дин > i_у
Предельный ток отключения, кА	I_по =20,7	I_откл =45	I_по < I_откл

Выбираем выключатель маломасляный типа МГГ – 10–45.

Выбор разъединителей

Разъединители предназначены для включения, отключения и переключения под напряжением участков сети без тока или с незначительными токами и создания видимого разрыва цепи.

По условиям ТБ при производстве работ в электроустановках со всех сторон возможной подачи напряжения должен быть виден разрыв цепи. Это требование обеспечивается разъединителями, установленными в электрической сети.

Расчетный ток, А вычисляют разъединителя по формуле ():

Термическая устойчивость определяем по формуле, кА² с

Вк = 2,3²(0,115 + 0,07) = 0,97

Таблица 5 - Выбор разъединителей

Параметры	Расчетные данные	Справочные данные	Условия выбора
Номинальное напряжение, Кв	U_н= 110	U_уст= 1110	U_н > U_уст
Номинальный ток, А	I_р =1000	I_н =462	I_н> I_р
Термическая устойчивость, кА^2. с	В_к =0,97	I²_т_ерм =2976,75	В_к < I²_т_ерм
Электродинамическая устойчивость, кА	i_у= 5,8	I_дин= 80	i_дин > i_у
Предельный ток отключения, кА	I_по= 2,3	I_откл =20	I_по < I_откл

Выбираем разъединитель типа РДЗ – 110/400.

Выбор короткозамыкателя

Короткозамыкатель – это коммутационный аппарат, предназначенный для создания искусственного короткого замыкания в электрической сети напряжением 35 – 220 кВ.

Искусственное короткое замыкание является вынужденным и необходимым, когда ток при повреждении может оказаться недостаточным для срабатывания релейной защиты.

Выбираем короткозамыкатель серии КЗ-110.

Проверяем выбранный короткозамыкатель по номинальному напряжению, на температурную устойчивость.

Таблица 6. – Выбор короткозамыкателя

Параметры	Расчётные данные	Табличные данные	Условия выбора
Номинальное напряжение, кВ Электродинам. устойчив., кА Электротерм. устойчив., кА^2.с	U_р= 110 i_уд= 5,8 В_к= 0,97	U_н= 110 i_дин= 42 I_т²·t_т= 462	U_р ≤ U_н i_уд ≤ i_дин В_к ≤ I_т²·t_т

Тепловой импульс тока короткого замыкания В_к, кА²∙с, определяем согласно формуле (18)

Вк = 2,3²(0,115 + 0,07) = 0,97

Условия выбора соблюдаются.

Выбор отделителя

Отделитель – это коммутационный аппарат, предназначенный в основном для автоматического отключения поврежденного участка электрической сети после искусственного короткого замыкания.

Расчетный ток разъединителя вычисляют по формуле():

Выбираем отделитель наружной установки, серии ОД-110/1000

Проверяют выбранный отделитель по номинальному напряжению, току, на температурную и электродинамическую устойчивость

Таблица 7. – Выбор отделителя

Параметры	Расчётные данные	Табличные данные	Условия выбора
Номинальное напряжение, кВ Номинальный ток, А Электродинам. устойчив., кА Электротерм. устойчив., кА^2.с	U_р= 110 I_р=462 i_уд= 5,8 В_к= 0,98	U_н= 110 I_н= 1000 i_дин= 80 I_т²·t_т=2976	U_р ≤ U_н I_р ≤ I_н i_уд ≤ i_дин В_к ≤ I_т²·t_т

Тепловой импульс тока короткого замыкания В_к, кА²∙с, вычиляют согласно формуле ():

Вк = 2,3²(0,115 + 0,07) = 0,97

Условия выбора соблюдаются.