насрс. Электроснабжение насосной станции. Дипломного проекта Электроснабжение и электропривод насосной станции
 Скачать 1.65 Mb.
|
Таблица 4.9
5 Расчет токов короткого замыкания Основной причиной нарушения нормального режима работы системы электроснабжения является возникновение короткого замыкания (КЗ) в сети или элементах электрооборудования 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 (СЭС) необходимо правильно определять токи КЗ и по ним выбирать электрооборудование, защитную аппаратуру и средства ограничения токов КЗ. При возникновении КЗ имеет место увеличение токов в фазах СЭС или электроустановок по сравнению с их значением в нормальном режиме работы. В свою очередь, это вызывает снижение напряжений в системе, которое особенно велико вблизи места КЗ. В трехфазной сети различают следующие виды КЗ: трехфазные, двухфазные, однофазные и двойное замыкание на землю. Трехфазные КЗ являются симметричными, так как в этом случае все фазы находятся в одинаковых условиях. Все остальные виды КЗ являются несимметричными, поскольку при каждом из них фазы находятся не в одинаковых условиях и значения токов и напряжений в той или иной мере искажаются. Расчетным видом КЗ для выбора или проверки параметров электрооборудования обычно считают трехфазное КЗ. Однако для выбора или проверки уставок релейной защиты и автоматики требуется определение и несимметричных токов КЗ. Расчет токов КЗ с учетом действительных характеристик и действительных режимов работы всех элементов СЭС сложен. Поэтому для решения большинства практических задач вводят допущения, которые не дают существенных погрешностей: не учитывается сдвиг по фазе ЭДС различных источников питания, входящих в расчетную схему; трехфазная сеть принимается симметричной; не учитываются токи нагрузки; не учитываются емкости, а следовательно, и емкостные токи в воздушной и кабельной сетях: не учитывается насыщение магнитных систем, что позволяет считать постоянными и независящими от тока индуктивные сопротивления во всех элементах короткозамкнутой цепи; не учитываются токи намагничивания трансформаторов. В зависимости от назначения расчета токов КЗ выбирают расчетную схему сети, определяют вид КЗ, местоположение точек КЗ на схеме и сопротивления элементов схемы замещения. 5.1 Расчёт токов короткого замыкания в установках напряжением выше 1000В. Расчёт токов КЗ в установках напряжением выше 1кВ имеет ряд особенностей по сравнению с расчётом токов КЗ в установках напряжением до 1кВ. Эти особенности заключается в следующем: активные сопротивления элементов системы электроснабжения при определении тока КЗ не учитывают, если выполняется условие: R<(X/3), (5.1) где R и X суммарные активные и реактивные сопротивления элементов системы электроснабжения до точки КЗ; при определении токов КЗ учитывают подпитку от присоединенных к данной сети синхронных компенсаторов, синхронных и асинхронных электродвигателей. Влияние асинхронных электродвигателей на токи КЗ не учитывается при мощности электродвигателей до 100кВт в единице, если электродвигатели отделены от места КЗ одной ступенью трансформации, а также при любой мощности, если они отделены от места КЗ двумя и более ступенями трансформации либо если ток от них может поступать к месту КЗ только через те элементы, через которые проходит основной ток КЗ от сети и которые имеют существенное сопротивление (линии, трансформаторы и т.п.) [17]. Расчёт токов КЗ будем вести в относительных единицах. При этом все величины сравнивают с базисными, в качестве которых принимают базисную мощность Sб и базисное напряжение Uб. За базисную мощность принимаем мощность энергосистемы, то есть Sб = 1300 МВА, а сопротивление системы Хс=0,48 о.е. В качестве базисного напряжения принимают среднее напряжение той ступени, на которой имеет место КЗ. Сопротивление элементов системы электроснабжения приводят к базисным условиям. Электрическая схема и схема замещения для расчетов токов КЗ приведены на рис. 5.1-5.2. Расчет токов КЗ в точке К-1. Базисное напряжение: UБ(К-1) = 37,5 кВ. Базисный ток:  (5.2)Сопротивление системы, приведенное к базисным условиям:  (5.3)Сопротивления воздушных ЛЭП [16]:  (5.4)Постоянная времени затухания апериодического тока для точки К-1 [5,10,16]:  (5.5)где X(k-i), R(k-i) - соответственно индуктивное и активное сопротивления цепи КЗ;  (5.6)Ударный коэффициент для точки К-1 [16]:  (5.7)Полное сопротивление схемы замещения до точки К-1:  (5.8)Начальное значение периодической составляющей тока К.3. в точке К-1:  (5.9)где Е"с — приведенное значение сверхпереходной ЭДС системы. Действующее значение периодической составляющей тока К.3. от источника электроснабжения (системы) к моменту времени размыкания силовых контактов выключателя принимается равным начальному значению периодической составляющей [10]: I" Пt(К1) = I”ПO(К1). Ударный ток КЗ в точке К-1 [5,10,16]:  (5.10)Расчет токов КЗ в точке К-2. Базисное напряжение: UБ(К2) = 10,5 кВ. Базисный ток:  Сопротивление тpaнcфopмaтopa ТДН - 16000/110  Постоянная времени затухания апериодического тока для точки К-2 [5,10,16]:  Ударный коэффициент для точки К-2 [16]:  Полное сопротивление схемы замещения до точки К – 2:  Начальное значение периодической составляющей тока К.З. в точке К – 2  Согласно условия (5.1): I”ПО(К-2) = 6,645 кА. Определим ток подпитки от синхронных двигателей (СД). Сопротивление СД:  (5.11)где  (5.12)Ток подпитки от СД:  (5.13)Действующее значение периодической составляющей тока КЗ от СД к моменту времени [10]: I”П.СД=I”ПО.СД () = 5,135 0,58 = 2,978 кА, (5.14) где - расчетное время отключения выключателя [10,18] = tpз.min + tc.в.oткл = 1 + 0,07 = 1,07 с; (5.15) tpз.min - минимальное время срабатывания релейной защиты, принимается равным 0,01 с для первой ступени защиты и 0,01 + tc для последующих ступеней, где tс - ступень селективности (0,3 – 0,5 с); tс.в.откл. – собственное время отключения выключателя; () = IПt/Iпо - определяется по рис. 2.25 [10]. Суммарное начальное значение периодической составляющей тока КЗ в точке К-2: I”ПО(К-2) = I”ПО(К-2) + I”ПО.СД. = 6,645 + 5,135 = 11,78 кА. Суммарное значение периодической составляющей тока КЗ к моменту времени в точке К-2: I”ПО(К-2)= I”ПО(К-2) + I”Пt.СД. = 6,645 + 2,978 = 9,623 к.А. Ударный ток К3 в точке К-2 :  где КудСД – ударный коэффициент тока КЗ (табл. 2.45. [10]). Расчет токов короткого замыкания в установках напряжением до 1000В. Сети промышленных предприятий напряжением до 1000В характеризуется большой протяжённостью и наличием большого количества коммутационно-защитной аппаратуры. При напряжении до 1000В учитывают все сопротивления короткозамкнутой цепи, как индуктивные, так и активные. Для установок напряжением до 1000В при расчетах токов КЗ считают, что мощность питающей системы не ограничена и напряжение на стороне высшего напряжения цехового трансформатора является неизменным. Расчёт токов КЗ на напряжение до 1000В выполняют в именованных единицах. Так как предполагается дальнейшее развитие энергосистемы необходимо, чтобы все выбранные аппараты при этом соответствовали своему назначению, расчёт токов КЗ выполняется без учёта сопротивления системы до цехового трансформатора. Расчет токов КЗ в точке К-3 Участок сети от шин системы 110 кВ до трансформатора ТМЗ-160/10 принимаем системой бесконечной мощности (Sc = , Хс = 0). Сопротивления трансформатора ТМЗ — 160/10: Rт = 16,6 мОм; Хт = 41,7 мОм из табл.2.50 [5] Сопротивления трансформатора тока: Rтт = 0,11 мОм; Хтт = 0,17 мОм из табл.2.49[5]. Сопротивления шинопровода при длине 10 м на ток 400 А: Rш = 0,21 мОм; Хш = 0,21 мОм из табл.2.52[5]. Сопротивления автоматического выключателя на ток 400 А: Rавт = 0,65 мОм; Хавт = 0,17 мОм из табл.2.54[5]. Сопротивление дуги: Rдуги = 15 мОм. Постоянная времени затухания апериодического тока для точки К-2 [5,10,16]:  Ударный коэффициент для точки К-2 [16]:  Результирующее сопротивление схемы замещения до точки К-3:  Начальное значение периодической составляющей тока КЗ в точке К-3:  Ударный ток КЗ в точке К-3:  Результаты расчета тока КЗ в точке К-3 сведены в табл. 5.1. Таблица 5.1
6 Выбор и проверка элементов системы электроснабжения насосной станции Целью выбора электрической аппаратуры является обеспечение электроустановок надежностью в работе и безопасностью в обслуживании. Высоковольтные электрические аппараты выбираются по условиям длительного режима работы и проверяются по условиям коротких замыканий. При этом для всех аппаратов производится: выбор по напряжению; выбор по нагреву при длительных токах; проверка на электродинамическую стойкость (согласно ПУЭ не проверяются аппараты и проводники, защищённые плавкими предохранителями с номинальным током до 60 А включительно); проверка на термическую стойкость (согласно ПУЭ не проверяются аппараты и проводники, защищённые плавкими предохранителями); выбор по форме исполнения (для наружной или внутренней установки). Выбор электрооборудования на стороне 35 кВ. Максимальный расчетный ток:  (6.1)Предварительно выбираем разъеденитель типа РНДЗ - 35 /1000У1 Таблица 6.1
Окончательно выбираем разъединитель типа РНДЗ -35/1000У1 Предварительно выбираем заземлитель типа 3Р 36 У1 Таблица 6.2
Предварительно выбираем выключатель типа МКП - 35 –1000 – 25 АУ1. Таблица 6.3
Выбор электрооборудования на стороне 10 кВ. Выбор ячеек и выключателей РУНН ПГВ. Максимальный расчетный ток:  Выбираем ячейки КМ-1: Uh = 10 кВ, Iн = 1600 А, iдин = 80 кА. Ячейки комплектуются маломасляными выключателями типа ВКЭ-10-31,5/1600У3. Таблица 6.4
Окончательно выбираем маломасляный выключатель типа ВКЭ-10-31,5/1600У3. При коротком замыкании вблизи группы двигателей тепловой импульс определяется как суммарный от периодической Вк.п и апериодической Вк.а составляющих [18]: Вк = Вк.п + Вк.а; (6.2)  (6.3)где Тд - постоянная времени эквивалентного двигателя. При отсутствии точных данных можно принять значение Тд равным 0,07 с. Апериодические составляющие токов двигателей от системы затухают по экспонентам с близкими постоянными времени. Поэтому апериодическую составляющую тока в месте КЗ можно представить в виде одной экспоненты с эквивалентной постоянной времени [18]:  (6.4)Тепловой импульс от апериодической составляющей тока КЗ [18]:  (6.5)По (6.2): Вк.п = 6,6752 1,07 + 2 6,645 5,135 0,07 + + 0,5 5,1352 0,07 =52,95 к.А2с. По (6.4):  где Та.сд- из табл. 2.45[10]. По (6-5): Вк.а = (6,645 + 5,135)2 0,042 = 5,83 кА2с. По (6.6): Вк = 52,95 + 5,83 = 58,78 кА2с. роверка КЛЭП по термической стойкости к токам КЗ. Проверка по термической стойкости к токам К3 производится по следующему выражению:  (6.5)где С – тепловая функция, для кабелей 10 кВ с алюминиевыми однопроволочными жилами и бумажной изоляцией, С-=94 Ас2/мм2 табл. 2.72 [10]; По (6.2): Вкл = 6,6452 0,17 + 2 6,645 5,135 0,07 + 0,6 5,1352 0,07 = = 13,206 кА2с, где = tpз + tcв.omкл = 0,1 + 0,07 = 0,17 с. По (6.1): Вк = 13,206 + 5,23 = 19,036 кА2 с, где Вк.а = 5,23 кА2с (см. выбор ячеек РУНН ПГВ). По (6.5):  Исходя из условий термической стойкости кабеля к токам КЗ выбираем кабель (отходящий от ПГВ к КТП) ААШв 3х50 с Iдоп = 90 А. Выбор трансформатора напряжения. Условия выбора: по напряжению Uуст Uh; по конструкции и схеме соединения обмоток; по классу точности; по вторичной нагрузке S2 < S2н где S2н - номинальная мощность в выбранном классе точности; S2 - нагрузка всех измерительных приборов. Таблица 6.5
Вторичная нагрузка трансформатора напряжения:  Выбираем трансформатор напряжения типа НАМИ-10-66У3 со следующими каталожными данными: Uн =10 кB; U2H = 100 B; S2н = 120 ВА в классе точности 0,5. S2 (36,532 ВА) < S2н (120 ВА). Таким образом, трансформатор напряжения НАМИ-10-66УЗ будет работать в выбранном классе точности 0,5. Выбор трансформатора тока. Условия выбора: - по напряжению Uуст Uh; - по номинальному первичному току Iм.р I1н; - по номинальному вторичному току; - по классу точности; - по вторичной нагрузке Z2 Z2н, где Z2н — номинальная нагрузка в выбранном классе точности; Z2- нагрузка всех измерительных приборов. Таблица 6.6
Максимальный расчетный ток Iм.р = 1018,3 А. Предварительно выбираем трансформатор тока типа ТПЛК-10: I1н = 1500А; I2н = 5А; Z2H = 0,4 Ом (в классе точности 0,5); Iт = 70,8 кА; tт = 3 c. Определим расчетное сопротивление приборов:  Определим расчетное сопротивление соединительных проводов:  где Rконт. - сопротивление контактов, Ом. Сечение соединительных проводов определяется по выражению:  (6.6)где = 0,028  - удельное сопротивление алюминия;lр - расчетная длина, зависящая от схемы соединения трансформаторов тока и расстояния l от трансформатора тока до приборов: при включении в неполную звезду  м;Сечение соединительных проводов по (6.6):  Принимаем стандартное сечение алюминиевого провода Fст =6 мм2. Расчетное сопротивление нагрузки вторичной цепи:  Z2 (0.392 Ом) < Z2h (0,4 Ом). Таким образом трансформатор тока ТПЛК-10 будет работать в выбранном классе точности. Проверка на электродинамическую стойкость. Условие проверки: im.дин iуд. im.дин (74,5 кА) > iуд (28,74 кА) Трансформатор типа ТПЛК-10 удовлетворяет условию проверки. Проверка на термическую стойкость к токам КЗ. Условие проверки:  I2т · tт (15038 кА2·с) > Вк (58,78 кА2·с) Трансформатор типа ТПЛК-10 удовлетворяет условию проверки. Таким образом, окончательно выбираем трансформатор тока типа ТПЛК-10. Схема подключения приборов показана на рис. 6.1. Выбор электрооборудования на стороне 0,4 кВ. Выбор вводного автоматического выключателя. Максимальный расчетный ток:  Предварительно выбираем автоматический выключатель типа А3734С. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||