Моделирование схемы электроснабжения для расчёта токов короткого замыкания в сети выше 1000 В

 

Цель работы: овладение методикой математического моделирования и расчета токов КЗ в сетях выше 1000 В.

Методические указания

При расчете токов КЗ в сетях выше 1000 В обязателен учет индуктивных сопротивлений элементов сети: электродвигателей, трансформаторов, реакторов, воздушных и кабельных линий, токопроводов. Активное сопротивление учитывается для воздушных ЛЭП с малым сечением проводов и со стальными проводами, а также для кабельных линий большой протяженности с малым сечением жил. Целесообразно учитывать активное сопротивление, если r _S ³ х _S / 3, где r _S, х _S – суммарные активное и реактивное сопротивления сети от источника питания до места КЗ.

Активное сопротивление трансформаторов также необходимо учитывать в расчетах токов КЗ, если r _тр ³ 0,3 х _тр. Кроме этого, на сопротивление влияет изменение числа витков обмоток устройствами регулирования напряжения. Учесть действительное положение ответвлений каждого трансформатора в распределительных сетях практически невозможно, поскольку их положение изменяется в зависимости от значения нагрузки, схемы и режима работы сети. Поэтому при расчетах принимается, что все трансформаторы включены на основное ответвление, соответствующее их номинальному напряжению.

Все сопротивления схемы замещения подсчитывают в именованных (Ом) или в относительных единицах. При расчете в относительных единицах задаются базовыми величинами: напряжением U _б и мощностью S _б.

Расчетные формулы для моделирования элементов системы электроснабжения приведены в таблице 1.12.

Таблица 1.12

Расчетные формулы для определения сопротивлений

Элемент ЭУ, его схема и исходный параметр	Схема замещения	Расчетные формулы
Именованные единицы, Ом	относительные единицы
Генератор, Xd, %
Энергосистема I откл.ном. S кз.сист x сист
Двухобмоточный трансформатор u кз, %	или
Реактор х р, Ом
Линия r 0, x 0	или

 

S _ном – номинальные мощности элементов, МВА;

S _б –базовая мощность, МВА;

S _{кз.сист} – мощность КЗ энергосистемы, МВА;

I _{откл.ном.} – номинальный ток отключения выключателя, кА;

u _кз – напряжение КЗ трансформатора, %;

x _р – сопротивление реактора, Ом;

r ₀, x ₀ – активное и индуктивное сопротивления линии на 1 км длины;

l – длина линии, км;

Х_d –сверхпереходное индуктивное сопротивление генератора;

U _ср – среднее напряжение в месте установки данного элемента, кВ.

 

Пример РАСЧЕТА

Для схемы электроснабжения цеховой подстанции (рис. 1.2) требуется составить схему замещения для расчета токов КЗ; определить сопротивления элементов схемы электроснабжения; наметить и обозначить на расчетной схеме и схеме замещения точки расчета токов КЗ; определить токи КЗ и составить «сводную ведомость токов КЗ».

 

 

 

Рис.1.2. Расчетная схема распределительной сети

 

Определение сопротивлений

На подстанции энергосистемы установлен выключатель высокого напряжения ВГБЭ-35-630-41,5 с номинальным током отключения КЗ I _{откл.ном} = 41,5 кА.

Принимаем U _ср.ном = 37 кВ.

Определяем мощность КЗ системы;

S _{кз.сист} = = = 2660 МВА.

Расчет ведем в относительных единицах. Производим расчёт сопротивлений сети, принимая базисную мощность S _б = 100 МВА.

1. Сопротивление энергосистемы:

2. Сопротивление воздушной линии 35 кВ:

где: l = 1,5 км - длина воздушной линии;

U _ср.ном - базисное напряжение данной ступени трансформации, кВ;

r _о= 0,27 Ом/км - активное сопротивление провода АС-120 (табл.1.6);

x _о= 0,309 Ом/км - индуктивное сопротивление провода АС-120 (табл.1.12).

 

3. Сопротивление трансформатора ТДНС-16000/35 кВА:

=

Активным сопротивлением пренебрегаем, так как трансформатор большой мощности.

где S _ном.тр = 16 МВА- номинальная мощность трансформатора;

u _кз= 10,5% – напряжение короткого замыкания трансформатора;

 

4. Сопротивление кабельной линии:

;

,

где: l = 0,42 км – длина кабельной линии;

U _ср.ном = 6,3 кВ – базисное напряжение данной ступени трансформации;

r _о = 0,329 Ом/км – активное сопротивление кабеля ААШв–(3х95) (табл.1.6);

х _о= 0,0602 Ом/км – индуктивное сопротивление кабеля ААШв–(3х95) (табл.1.5)

 

Составляем схему замещения – рис. 1.3.

 

Рис.1.3.Схема замещения участка распределительной сети

 

Расчет токов КЗ

В сетях среднего напряжения (6-35 кВ) в России применяют изолированную нейтрвль. Ток однофазного замыкания на землю в таких сетях невелик, его величина определяется емкостью линии (зависит от напряжения, длины и типа линии), и этот режим не является аварийным. Соответственно, рассчитывать токи однофазного КЗ в сетях среднего напряжения нет необходимости.

Ток двухфазного КЗ легко определяется по рассчитанному току трехфазного:

Ток трехфазного КЗ определяется по формуле:

, кА

где Z _рез – полное сопротивление до точки КЗ, Ом.

При расчете в системе относительных единиц сначала находят базисный ток КЗ на рассматриваемой ступени трансформации:

, кА

а затем определяют реальное значение периодической составляющей тока КЗ:

, кА

 

Будем определять токи трехфазного КЗ по намеченным точкам.

Точка К1:

кА

кА

Ударный ток КЗ

= 104,5 кА

по таблице 1.1.

 

Точка К2:

кА

кА

Ударный ток КЗ

= 50,91 кА

по таблице 1.1.

Точка К3:

кА

кА

Ударный ток КЗ

= 31,99 кА

по таблице 1.1.

 

Точка К4:

кА

кА

Ударный ток КЗ

= 26,83 кА

по таблице 1.1.

Сводная ведомость токов КЗ

Расчетные точки	К1	К2	К3	К4
Токи КЗ, кА		41,05	20,0	12,57	10,46
i уд	104,5	50,91	31,99	26,83

 

ЗАДАНИЕ

Для схемы электрической сети выше 1000 В (рис. 1.4) требуется составить схему замещения для расчета токов КЗ; определить сопротивления элементов схемы электроснабжения; наметить и обозначить на расчетной схеме и схеме замещения точки расчета токов КЗ; определить токи КЗ и составить «сводную ведомость токов КЗ». Кабельные линии к цеховой ТП и высоковольтному синхронному двигателю (СД) выполнены кабелями с бумажной поясной изоляцией. Среднее геометрическое расстояние между проводами воздушной линии электропередачи (ВЛ) принимаются любым, в соответствии с табл.1.11.

 

 

 

Рис.1.4. Расчетная схема распределительной сети

 

Варианты заданий приведены в таблице 1.13. Вариант задания определяется преподавателем.

 

Таблица 1.13

Варианты заданий

№ вар	Система	ВЛ	Трансформатор ГПП	КЛ1	КЛ2
S кз, МВА	S, мм^2	l. км	S, МВА	u кз, %	S, мм^2	l. км	S, мм^2	l. км
		АС-240	5,6				1,2		0,5
		АС-185	10,2		10,5		0,6		1,2
		АС-150	5,4		10,5		0,8		0,6
		АС-120	6,8		10,5		1,2		0,8
		АС-150	10,5				1,2		0,3
		АС-120	4,1				0,4		0,2
		АС-95	2,2		10,5		0,2		0,5
		АС-70	3,4		10,5		0,4		0,2
		АС-240	12,5				2,2		1,1
		АС-185			10,5		3,5		0,4

 

ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЕТУ

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

1. Цель и порядок выполнения работы

2. Расчетную схему и схему замещения с указанием контрольных точек расчета токов КЗ

3. Результаты расчетов сопротивлений схемы замещения

4. Результаты расчетов токов КЗ

5. Сводную ведомость расчета токов КЗ

6. Выводы

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Каковы цели расчета КЗ?

2. Какие условия и основные допущения принимаются при расчете токов КЗ в системах электроснабжения и почему?

3. Назовите отличия принципиальной схемы, расчетной схемы и схемы замещения.

4. Почему при моделировании элементов схемы электроснабжения для расчета токов КЗ не учитываются их поперечные составляющие?

5. В каких случаях допускается не учитывать активные сопротивления элементов схемы электроснабжения?

6. Объясните понятие ударного тока КЗ, периодической и апериодической составляющих

7. На каких участках электрической сети необходимо определять токи КЗ?

8. Что понимается под термином «относительные единицы»?

9. Как выбираются и пересчитываются базисные условия для различных ступеней напряжения электроэнергетической системы?

10. Зависит ли результат расчета тока КЗ от выбора базисных условий?

 

 

Лабораторная работа № 2