150847 (Релейная защита систем электроснабжения), страница 2

Длина ВЛ-110 кВ l = 7 км; марка провода АС-185/29; удельное индуктивное сопротивление х_о = 0,39 Ом/км.

Два трансформатора Т1 и Т2 подстанции имеют тип ТРДН-40000/110/10/10; напряжение короткого замыкания U_к = 10,5 %; РПН в нейтрали ±16 % имеет ±9 ступеней, U_кmax = 11,02 U_кmin = 10,35

Линии КЛ1 и КЛ2: каждая линия содержит по два параллельных кабеля с алюминиевыми жилами; сечение жил по 150 мм²; удельное индуктивное сопротивление х_о = 0,078 Ом/км, длина линий L1=600 м.

Значения токов короткого замыкания определяются в разных точках сети (А, Б, В, Г, Д, Е) в максимальном и минимальном режимах работы системы. Для максимального режима рассчитываются токи трехфазного короткого замыкания, для минимального - токи двухфазного короткого замыкания.

1. Расчет сопротивлений элементов схемы замещения

Расчет проводим в относительных единицах.

Базисную мощность примем S_б = 1000 МВА. Принимаем средние значения напряжений сети: U_СР1 = 115 кВ, U_CР2 =10,5 кВ, U_СР3 = 0,4 кВ.

1. Сопротивление системы:

1.1. В максимальном режиме

; (1.1)

.

1.2. В минимальном режиме

; (1.2)

.

2. Сопротивление воздушных линий:

; (1.3)

3. Сопротивления трансформаторов Т1 и Т2:

3.1. При среднем положении регулятора РПН - полное сопротивление трансформатора

; (1.4)

.

- сопротивление обмотки высшего напряжения

Х_Т1.ВН = Х_Т2.ВН = 0,125 Х_т ; (1.5)

Х_Т1.ВН = Х_Т2.ВН = 0,125 ∙ 2,625 = 0,328.

- сопротивления расщепленных вторичных обмоток низшего напряжения

Х_Т1.НН = Х_Т2.НН = 1,75 Х_т ; (1.6)

Х_Т1.НН = Х_Т2.НН = 1,75 2,625 = 4,594.

- общее сопротивление трансформатора по цепи одной вторичной обмотке

Х_Т1 = Х_Т1.ВН + Х_Т2.НН ; (1.7)

Х_Т1 = 0,328 + 4,594 = 4,922.

3.2. При минимальном положении регулятора РПН

(1.8)

где значение ΔU_РПН взято в относительных единицах.

3.3. При максимальном положении регулятора РПН

(1.9)

.

4. Сопротивление кабельных линий КЛ1 и КЛ2.

4.1. При нормальной работе линий (в линии параллельно включены два кабеля) – минимальное сопротивление линий

; (1.10)

.

4.2. При аварийном отключении одного из кабелей в линии – максимальное сопротивление линий

.

5. Сопротивление кабельных линий КЛ7 и КЛ8.

.

6. Сопротивление кабельных линий КЛ9 и КЛ10.

.

1. Расчет токов КЗ в максимальном режиме

В общем случае для каждой ступени напряжения определяется базисный ток короткого замыкания

, (1.11)

и потом ток трехфазного короткого замыкания в какой либо точке:

, (1.12)

где Х_Σ – суммарное сопротивление от энергосистемы до точки, приведенное к базисным условиям.

При определении максимальных токов КЗ рассматриваем максимальный режим работы энергосистемы (S_К.МАКС и соответственно сопротивление системы Х_С.МАКС) при минимальных сопротивлениях рассматриваемой схемы электроснабжения Х_Т.МИН и Х_Л.МИН.

Теперь определяем конкретные значения токов КЗ для рассматриваемой схемы в максимальном режиме.

Ток КЗ в начале ВЛ-110 кВ – в точке А

.

Точка Б – в конце ВЛ-110 кВ или на стороне высшего напряжения 110 кВ трансформатора 110/10 кВ

;

.

Точка В – на стороне низшего напряжения 10 кВ трансформатора 110/10 кВ. При этом U_СТ = U_СР2.

;

.

Точка Г – в конце кабельной линии 1 напряжением 10 кВ.

;

.

Точка Д – в конце кабельной линии 7 напряжением 10 кВ.

;

Точка Е – в конце кабельной линии 7 напряжением 10 кВ.

;

1. Расчет токов КЗ в минимальном режиме

При определении минимальных токов КЗ рассматриваем минимальный режим работы энергосистемы (S_К.МИН и соответственно сопротивление системы Х_С.МИН) при максимальных сопротивлениях рассматриваемой схемы электроснабжения Х_Т.МАКС и Х_Л.МАКС. Кроме того, рассчитывается не ток трехфазного КЗ, а двухфазного, поскольку последний по величине меньше.

.(1.13)

Точка А

.

Точка Б

.

Точка В

;

В последнем выражении берется индуктивное сопротивление трансформатора Т1 при максимальном положении регулятора РПН, которое имеет наибольшее значение.

.

Точка Г

;

.

Точка Д

;

.

Точка Д

.

.

Расчеты токов КЗ в максимальном и минимальном режимах сведем в табл. 5

Таблица 5 – Расчетные значения токов и мощностей КЗ

1.2 Расчет токов короткого замыкания в электрических сетях напряжением менее 1 кВ

Особенности расчетов токов короткого замыкания для релейной защиты в электрических сетях напряжением менее 1 кВ

Расчеты токов короткого замыкания (КЗ) выполняются для:

• выбора и проверки электрооборудования по электродинамической и термической стойкости;

• определения уставок и обеспечения селективности срабатывания защиты в схеме электроснабжения.

При расчетах токов КЗ в электроустановках до 1 кВ необходимо учитывать активные и индуктивные сопротивления всех элементов, включая силовые трансформаторы, трансформаторы тока, реакторы, токовые катушки автоматических выключателей и проводники. Необходимо также учитывать:

- изменение активного сопротивления проводников в цепи вследствие их нагрева при коротком замыкании;

- сопротивление электрической дуги в месте короткого замыкания.

При составлении эквивалентных схем замещения параметры элементов исходной расчетной схемы следует приводить к ступени напряжения сети, на которой находится точка КЗ - в данном случае сети 380 В. Расчеты токов КЗ в электроустановках напряжением до 1 кВ рекомендуется производить в именованных единицах, а активные и индуктивные сопротивления - выражать в миллиомах (мОм).

При расчетах токов КЗ допускается:

- максимально упрощать всю внешнюю сеть напряжением 10 кВ и более по отношению к месту КЗ, представив ее системой бесконечной мощности с сопротивлением Х_С, и учитывать только автономные источники электроэнергии и электродвигатели, непосредственно примыкающие к месту КЗ;

- принимать коэффициенты трансформации трансформаторов равными отношению средних номинальных напряжений тех ступеней напряжения, которые связывают трансформаторы. При этом следует использовать следующую шкалу средних номинальных напряжений: 10,5; 6,3; 0,4; 0,23 кВ.

В электроустановках, получающих питание непосредственно от сети энергосистемы, принято считать, что понижающие трансформаторы подключены к источнику неизменного по амплитуде напряжения через эквивалентное индуктивное сопротивление системы.

Расчет токов трехфазного КЗ

Под трехфазным КЗ подразумевается короткое замыкание между тремя фазами в электрической системе.

Расчет токов трехфазного КЗ заключается в определении:

1. Начального действующего значения периодической составляющей тока КЗ.

2. Апериодической составляющей тока КЗ в начальный и произвольный момент времени.

3. Ударного тока КЗ.

При питании потребителя от энергосистемы через понижающий трансформатор начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ без учета подпитки от электродвигателей рассчитывается по формуле

, (1.14)

где U_СР.НН - среднее номинальное напряжение сети, в которой произошло КЗ;

- полное сопротивление цепи КЗ, мОм;

R_1К и Х_1К - суммарное активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности цепи КЗ, равные соответственно

R_1К = R_Т + R_Р + R_ТТ + R_АВ + R_Ш + R_К + R_КЛ + R_ВЛ + R_Д;

Х_1К = Х_С + Х_Т + Х_Р + Х_ТТ + Х_АВ + Х_Ш + Х_КЛ + Х_ВЛ,

где Х_С - эквивалентное индуктивное сопротивление системы до понижающего трансформатора, приведенное к ступени низшего напряжения;

R_Т и Х_Т - активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности понижающего трансформатора;

R_Р и Х_Р - активное и индуктивное сопротивления реакторов;

R_ТТ и Х_ТТ - активное и индуктивное сопротивления первичных обмоток трансформатора тока;

R_АВ и Х_АВ - активное и индуктивное сопротивления автоматических выключателей, включая сопротивления токовых катушек расцепителей и переходные сопротивления подвижных контактов;

R_Ш и Х_Ш- активное и индуктивное сопротивления шинопроводов;

R_К - суммарное активное сопротивление различных контактов;

R_КЛ, R_ВЛ и Х_КЛ, Х_ВЛ - активные и индуктивные сопротивления кабельных и воздушных линий;