Расчет токов короткого замыкания

 

Коротким замыканием называется непосредственное соединение между любыми точками разных фаз, фазы и нулевого провода и нулевого провода или фазы с землей, не предусмотренное нормальными условиями работы установки. Ниже перечислены основные виды коротких замыканий в электрических системах. [17]

1. Трехфазное КЗ, при котором все три фазы замыкаются между собой в одной точке. Точка трехфазного КЗ обозначается К⁽³⁾. Токи, напряжения, мощности и другие величины, относящиеся к трехфазному КЗ, обозначаются I⁽³⁾, U⁽³⁾, S⁽³⁾ и т.д.

2. Двухфазное КЗ, при котором происходит замыкание двух фаз между собой. Точка двухфазного КЗ обозначается К⁽²⁾. Токи, напряжения, мощности и другие величины, относящиеся к двухфазному КЗ, обозначаются I⁽²⁾, U⁽²⁾, S⁽²⁾ и т.д.

3. Двухфазное КЗ на землю. При котором замыкание двух фаз между собой сопровождаются замыканием точки повреждения на землю (в системах с заземленными нейтралями). Точки двухфазного КЗ на землю обозначается К^(1,1). Токи, напряжения, мощности и другие величины, относящиеся к двухфазному КЗ на землю, обозначаются I^(1,1), U^(1,1), S^(1,1) и т.д.

4. Однофазное КЗ, при котором происходит замыкание одной из фаз на нулевой провод или на землю. Точка однофазного КЗ обозначается К⁽¹⁾. Токи, напряжения, мощности и другие величины, относящиеся к однофазному КЗ, обозначаются I⁽¹⁾, U⁽¹⁾, S⁽¹⁾ и т.д.

Встречаются и другие виды КЗ, связанных с обрывом проводов и одновременными замыканиями проводов различных фаз. Различают КЗ на зажимах генераторов и КЗ в сети, отделенные от генератора сопротивлениями сети.

Трехфазное КЗ является симметричным, поскольку при нем все три фазы оказываются в одинаковых условиях. Все остальные виды КЗ являются нессиметричными, поскольку фазы не остаются в одинаковых условиях, а системы токов и напряжений получаются искаженными.

Наиболее часто встречаются однофазные замыкания. На их долю приходится до 65% от общего числа КЗ. Трехфазные КЗ возникают сравнительно редко – в 5% от общего числа КЗ.

 

Расчетная схема

 

Составляем расчетную схему для определения токов КЗ от энергосистемы до стороны низшего напряжения 0,4кВ цеховой подстанции.

Расчетная схема с указанием всех элементов сети представлена на рис.5.1.

Рис.5.1 Расчетная схема в сети

 

Схема замещения и его параметры

Исходные данные для расчета параметров схемы замещения:

Система С: Мощность трехфазного короткого замыкания на стороне высшего напряжения подстанции энергосистемы S_к⁽³⁾ =3500 МВ∙А, k_уд⁽³⁾ = 1,8.

Трансформатор 1Т: ТРДН 25000/110 S_т.ном = 25МВ∙А, U_вн = 115кВ,

U_нн = 6,3кВ, ∆Рк.з = 120кВт, u_к = 10,5%. [5]

Линия Л1: ВЛ-110кВ, l = 5км, z₀ = х₀ = 0,4Ом/км.

Технические данные цеховых трансформаторов и расчетные характеристики кабельных линий внутризаводских распределительных сетей приведены соответственно:

ТМЗ 1600/6,3. S_т.ном = 1600кВ∙А, U_вн = 6,3кВ, U_нн = 0,4кВ, ∆Р_к.з = 18,0кВт,

u_к = 6,5%.

Линия Л2: КЛ-6кВ, l = 0,1км, r_о = 0,258 Ом/км; х_о = 0,076 Ом/км.

Линия Л3: КЛ-6кВ, l = 0,8км, r_о = 0,125 Ом/км; х_о = 0,071 Ом/км.

Линия Л4: КЛ-6кВ, l = 0,8км, r_о = 0,125 Ом/км; х_о = 0,071 Ом/км.

Для расчета составляется схема замещения, в которую входят все сопротивления цепи КЗ.

Определяется параметры схемы замещения в именованных единицах.

Значения сопротивления схемы замещения приводятся к основной ступени (6кВ), коэффициенты приведения:

k₁ = ; k₂ = ; k₃ = .

S_к⁽³⁾ = U_ср I_к⁽³⁾, (МВ∙А) (5.1)

где, U_ср - среднее расчетное значение напряжения

U_ср1 = 115 кВ; U_ср2 = U_б = 6,3 кВ; U_ср3 = 0,4 кВ.

Ток короткого замыкания в системе электроснабжения согласно (5.1):

I_к⁽³⁾ = , (кА) (5.2)

I_к⁽³⁾ = = 17,6кА.

Сопротивление х_с по заданному I_к^(3):

х_с = (Ом) (5.3)

х_с = = 3,78 Ом.

Сопротивление х_с по заданному (S_к⁽³⁾):

х_с = , (Ом) (5.4)

х_с = =3,78 Ом.

Формулы пересчета номинальных значений в проведенные величины:

Е_п = Е; (кВ) (5.5)

U_п = U; (кВ) (5.6)

I_п = I; (кА) (5.7)

z_п = z ()²; (Ом) (5.8)

х_п = х ()²; (Ом) (5.9)

r_п = r ()²; (Ом) (5.10)

х_п = z_п = хd''· ; (Ом) (5,11)

В качестве базовой ступени выбираем напряжение на ступени СН, т.е.

U_б = 6,3кВ

Задаем порядковые номера элементам схемы замещения рис.5.2 и находим их параметры.

 

Рис.5.2 Схема замещения сети.

 

Энергосистема. В соответствии (5.2):

I_к⁽³⁾ = = 17,6 кА.

Согласно (5.3) и (5.8)

z₁ = = 0,0114 Ом.

ВЛ-110кВ. На основании (5.8):

z₂ = 5∙0,4 ()² = 0,0025 Ом.

Трансформатор ТРДН 25 МВ∙А:

Z_т = =0,167 Ом.

Генератор 6 МВт:

Z₅^′ = =0,662 Ом.

Синхронные электродвигатели согласно (5.11):

Z^′′₅ = =1,6 Ом;

Трансформатор ТМЗ 1600/6:

R_т =; (Ом) (5.12)

R_т = = 0,003 Ом.

х_т =; (Ом) (5.13)

х_т = = 1,612 Ом.

Z^′₄ = 0,0308 Ом;

Z^′′₄ = 0,05 Ом.