Расчет токов короткого замыкания и проверка основного оборудования сети

Расчет токов короткого замыкания

Основной причиной нарушения нормального режима работы системы электроснабжения является возникновение в сети или в элементах электрооборудования короткого замыкания, вследствие повреждения изоляции или неправильных действий обслуживающего персонала. Для снижения ущерба, обусловленного выходом из строя электрооборудования при протекании токов КЗ, а также для быстрого восстановления нормального режима работы системы электроснабжения необходимо правильно определять токи КЗ и по ним выбирать электрооборудование, защитную аппаратуру [1].

Расчет токов КЗ может быть выполнен в относительных единицах и в именованных единицах.

Расчет токов КЗ высокой стороны (110-10 кВ).

 

                                                                  Рис. 2.13.1

Рисунок 9

Расчет будем вести в именованых единицах. Рассчитаем сопротивления элементов системы электроснабжения.

Сопротивления трансформатора, Ом:

Сопротивление ЛЭП, Ом:

Сопротивление в точке К1:

Ток КЗ в точке К1, А:

Рассчитаем ударные токи в точках КЗ, А:

                                (2.13.1)                                                                                                   

где К_уд - ударный коэффициент, определяется по графику [5]. 

К_уд = 1,89

Расчет сопротивлений всех элементов системы электроснабжения и точек КЗ сведем в таблицу 2.13.1   

Расчет токов КЗ в схеме внутрицехового электроснабжения

 

 

Рис.2.13.2

Расчет токов КЗ стороны на 0,4 кВ производится аналогично стороне 110 - 10 кВ, за исключением того обстоятельства, что на шинах трансформаторной подстанции учитывается активное дополнительное сопротивление R_доб, мОм. Чем дальше находится шина, тем больше значение добавочного сопротивления [1].

Рассчитаем ток КЗ на шинах ЦТП:

К_уд = 1,05     

Для расчетов однофазного короткого замыкания воспользуемся следующей формулой:

,                           (2.13.2)

где U_Ф – фазное напряжение сети 220 В;

Z_Т /3 – сопротивление трансформатора току однофазного замыкания на корпус в нашем случае 0,358 Ом;

Z_П – полное сопротивление петли фазный нулевой провод.

Расчеты по схеме внутризаводского электроснабжения представлены в таблице

Рисунок 9

 2.13.2

 

Проверка основного оборудования сети

1. Проверка выключателя Q1,2

а) по номинальному напряжению:

U _ном ≥ U _уст,                                       (2.13.3)

U _ном  = U _уст = 110 кВ;

б) по номинальному длительному току:

    I _ном ≥ I _раб,                           (2.13.4)

    I _ном = 630 А > I _ав = 7,58 А;

в) на динамическую стойкость:

I _пс ≥ I ³ _кз,                        (2.13.5)

i _пс ≥ i _уд,                                    (2.13.6) 

где I _пс – предельный сквозной ток, I ³ _кз – максимальный ток трехфазного КЗ,

    i _пс – амплитудное значение предельного сквозного тока,   i _уд – ударный ток.

    I _пс = 52 кА > I ³ _кз = I ³ _к1 = 3,58 кА,

    i _пс = 52 кА > i _уд = 9,59 кА;

г) по допустимому току термической стойкости:

    I ² _t ∙ t ≥ I ² _∞ ∙ t _пр,                   (2.13.7)

где I _∞ - предельный ток термической стойкости,

    I ² _t ∙ t = 20² ∙ 3 = 1200 кА² ∙с ≥ I ² _∞ ∙ t _пр = 3,58² ∙ 2,2 =28,32 кА² ∙с.

д) по отключающей способности выключателя:

I _КЗ < I _ОТК,                       (2.13.8)

3,58 кА < 20 кА.                    

2. Проверка сечений провода ЛЭП высокого напряжения по термической стойкости токам КЗ осуществляется по условию:

F _кл ≥ F_min = , мм²,       (2.13.9)

где С – функция, значения которой зависят от вида проводника и номинального напряжения, для рассматриваемого кабеля С = 100.

    В_К = (I ³ _кз)²∙ (t _о,в + Т_а,с),                    (2.13.10)

где t _о,в – время отключения участка сети, которое состоит из времени отключения выключателя и времени действия релейной защиты, Т_а,с = 0,01 с - постоянная времени сети.

    В_К = 3,59²∙ (0,12+0,1+0,01) = 2,964 кА²∙с

F_min =  мм²,

F _кл = 70 мм², т.е. условие выполняется.

Результаты проверки всего оборудования 110-10 кВ сведем в таблицу 2.13.3

 

Проверка оборудования на 0,4 кВ

 

На напряжение 0,4 кВ защита выполняется на автоматических выключателях, встраиваемых в ответвительные коробки магистрального шинопровода.

Условия выбора автоматов:

а) по напряжению:

U_ном ≥ U_сети,                                    (2.13.11)

где U_ном – номинальное напряжение автомата, U_сети = 380 В;

    б) по току:

    I_ном ≥ I_раб,                                (2.13.12)

где I_ном – номинальный ток автомата, I_раб – рабочий ток ответвления;

    в) по отключающей способности:

          I_откл ≥ I_кз,                     (2.13.13)

    Выбор оборудования представлен в таблице 2.13.4.

Таблица 2.13.4 Выбор оборудования  

1	2	3	4	5	6
Расположение выключателя на ответвлении:	Тип выключателя	Iр,max, А	Iном,а,А	Iоткл,ном, кА	IКЗ(3), кА	IКЗ(1), А
К СП1	А-3716 100А	83,78	100	75	4,388	614,52
К СП2	А-3716 80А	66,51	80	75	4,388	614,52
К СП3	А-3716 40А	30,13	40	75	4,388	614,52
К СП4	А-3716 50А	35,76	50	75	4,388	614,52
К СП5	А-3726 16А	5,16	16	75	4,388	614,52

Расчет заземления

 

 

    Для стороны 0,4 кВ в соответствии с [6] сопротивление заземляющего устройства определяем как:

    ,                                (2.14.9)

где - ток замыкания на землю на стороне 10 кВ, А.

    Ток можно определить по формуле:

    ,                                                                                  (2.14.10) где U – линейное напряжение сети, кВ;

    l – суммарная длина линий, км;

    а = 10 кВ∙км/А – коэффициент для кабельных линий.

     А.

     Ом.   

    Сопротивление заземляющего устройства для электрических установок напряжением до 1 кВ не должно превышать 4 Ом [7], поэтому принимаем Ом.

    Так как данные по естественным заземлителям отсутствуют, то принемаем  Ом.

    Определяем расчетные удельные сопротивления грунта для вертикальных и горизонтальных заземлителей:

     ,                                     (2.14.10)

где = 100 Ом∙м – удельное сопротивление грунта типа суглинок:

     - повышающие коэффициенты для вертикальных и горизонтальных электродов при данном типе грунта [3].

     Ом∙м.

     Ом∙м.

    Вертикальные электроды выполнены из стального прута диаметром 16 мм. Сопротивление растеканию одного вертикального электрода стержневого типа:

    ,                   (2.14.11)

где l = 2 м – длина электрода,

d = 0,016 м – диаметр электрода,

t = 1,7 м - расстояние от поверхности земли до середины электрода.

 Ом.

Контур зазаемления проложен на расстоянии 1 м от стен здания. Размеры контура составляют 38×26 м. С учетом этого предварительное число вертикальных заземлителей при расстоянии между ними 4 м

N = Р/4 = 32 шт,

где Р = 128 м – периметр контура заземления.

    Для данного числа заземлителей коэффициент использования при отношении расстояния между электродами к их длине равном 3 составит [6] k_и,в = 0,6. Тогда уточненное число вертикальных электродов

     шт.

    Горизонтальные электроды выполнены из того же материала, что и вертикальные. Определяем расчетное сопротивление растеканию горизонтальных электродов:

     ,                        (2.14.12)

где  - коэффициент использования горизонтального заземлителя при числе вертикальных электродов равном 28;

     - длина горизонтального заземлителя;

     - глубина заложения горизонтального заземлителя.

     Ом.                             

    Уточняем необходимое сопротивление вертикальных электродов:

     Ом.                       (2.14.13)

    Определяем число вертикальных электродов:

     шт.             (2.14.14)

    окончательно принимаем 13 вертикальных электродов. Восемь располагаются по длине, 5 по ширине.

        

Проведем проверку:

     Ом.                             (2.14.15)

     Ом.                 (2.14.16)

    На создание системы заземления цеха потребуется 154 м стального прута диаметром 16 мм. Из них:

1) 26 м – на 13 вертикальных электродов длиной 2 м, расположенных по периметру горизонтального электрода с заглублением верхнего конца на 0,7 м;

2) 128 м – на прокладку горизонтального электрода, заглубленного на 0,7 м, соединяющего между собой вертикальные электроды, соединения выполняются сваркой).

Конструктивное исполнение цеховой сети и подстанции

Конструктивно ЦТП выполнена в виде пристройки к цеху № 14. На подстанции установлено два трансформатора с распределительным устройством 0,4 кВ, имеется межсекционный выключатель. На высокой стороне ЦТП установлены выключатели нагрузки с предохранителями. Цеховая трансформаторная подстанция питается по двум кабельным линиям десять киловольт от ГПП, кабельные линии проложены в траншеях. ГПП вынесено за пределы предприятия. На высокой стороне трансформаторов ГПП установлены короткозамыкатели и отделители, что позволило отказаться от выключателей на стороне ВН. Распределительное устройство на стороне НН скомпановано из шкафов КРУ2-10-20Уз. В качестве вводных, межсекционного и выключателей отходящих линий, выбраны вакуумные выключатели. Для защиты от перенапряжения установлены ОПН. Для уменьшения скачков напряжения при выключении выключатели дополняются RС – цепочками.

Внутрицеховое электроснабжение выполнено по схеме: кабели (АВВГ) – вводные распределительные устройства (ВРУ с рубильником на вводе), кабели – силовые пункты (серии ПР-11 без выключателей на вводе) – провода (АПВ) – электроприемники.

Кабели в основном применяют в радиальных сетях для питания мощных сосредоточенных нагрузок или узлов нагрузок. При прокладке кабелей внутри зданий их располагают открытым способом по стенам, колоннам, фермам и перекрытиям, в трубах, проложенных в полу и перекрытиях, каналах и блоках.

       Наиболее распространенной в производственных помещениях является прокладка кабелей в специальных каналах, если в одном направлении прокладывают большое количество кабелей. В этом случае в полу цеха сооружают канал из железобетона или кирпича, который перекрывают железобетонными плитами или стальными рифлеными листами. Кабели внутри канала укладывают на типовые сборные конструкции, установленные на боковых стенах.

    Преимущества такой прокладки кабелей заключается в защите их от механических повреждений, удобстве осмотра и ревизии в процессе эксплуатации.

 Рабочее освещение выполнено лапами ДРЛ. Аварийное освещение выполнено лампами накаливания.

    В графической части дипломного проекта показано спроектированная схема электроснабжения. На плане проектируемого объекта изображена схема расположения электроприемников с разводкой силовой сети, также схема с разводкой осветительной сети. На однолинейной электрической схеме цеховой сети – распределение всех электроприемников по распределительным пунктам с указанием всего выбранного оборудования и кабельных линий, а также мощности и тока электроприемников.