Тяговая. ТП 1185 контрольная. Контрольная работа по дисциплине Тяговые и трансформаторные подстанции

• Название: Контрольная работа по дисциплине Тяговые и трансформаторные подстанции
• Анкор: Тяговая
• Дата: 13.04.2022
• Размер: 249.29 Kb.
• Имя файла: ТП 1185 контрольная.docx
• Тип: Контрольная работа; #470588
• страница: 2 из 3

Расчет токов короткого замыкания


Короткое замыкание (КЗ) - электрическое соединение двух точек электрической цепи с различными значениями потенциала, не предусмотренное конструкцией устройства и нарушающее его нормальную работу. Короткое замыкание может возникать в результате нарушения изоляции токоведущих элементов или механического соприкосновения неизолированных элементов. Также коротким замыканием называют состояние, когда сопротивление нагрузки меньше внутреннего сопротивления источника питания.

Виды коротких замыканий:

В трёхфазных электрических сетях различают следующие виды коротких замыканий:

1. однофазное (замыкание фазы на землю или нейтральный провод);

2. двухфазное (замыкание двух фаз между собой);

3. двухфазное на землю (две фазы между собой и одновременно на землю);

4. трёхфазное (три фазы между собой).

В электрических машинах возможны короткие замыкания:

1. 
   межвитковые- замыкание между собой витков обмоток ротора или статора, либо витков обмоток трансформаторов;
   
2. 
   замыкание обмотки на металлический корпус.
   

Методы защиты.

Для защиты от короткого замыкания принимают специальные меры:

1) устанавливают токоограничивающие электрические реакторы;

2) применяют распараллеливание электрических цепей, то есть отключение секционных и шиносоединительных выключателей;

3) используют понижающие трансформаторы с расщеплённой обмоткой низкого напряжения.

Расчет токов короткого замыкания произведен в соответствии с руководящими указаниями РД 153-34.0-20.527-98, а также согласно ГОСТ Р 52735–2007.
Расчетная исходная электрическая схема имеет вид, представленный на Рисунке 3.


НН

СН


Рисунок 3 – расчетная электрическая схема

1. 
   Составим расчетную схему замещения (К1) Рисунок 4.
   

Рисунок 4 – расчетная схема замещения (К1)

(3.1)

где E_c = 230 кВ;

X_c = U²_ВН/S_кз = (230)²/1830 = 28,91 Ом;

S_кз = 1830 МВА – мощность КЗ на вводе подстанции;

U_ВН = 230 кВ – напряжение на тяговых трансформаторах;

U_CН = 37 кВ – напряжение на тяговых трансформаторах;

U_НН = 27,5 кВ – напряжение на тяговых трансформаторах.

2. 
   Составим расчетную схему замещения (К3) Рисунок 5.
   

Рисунок 5 – расчетная схема замещения (К3)

(3.2)

где эквивалентное сопротивление схемы относительно К₃

(3.3)

где X_Т1В - сопротивление обмотки высшего напряжения;

X_Т1С - сопротивление обмотки среднего напряжения;

(3.4)

где U_КВ = 0,5(U_КВС + U_КВН - U_КСН) =0,5(22+12,5-9,5) = 12,50 %;

U_ВН = 230 кВ – напряжение на тяговых трансформаторах;

U_КВС = 22%;

U_КВН =12,5 %;

U_КСН = 9,5 %.
Аналогично определим X_Т1С:

(3.5)

где U_КС = 0,5(U_КВС + U_КСН - U_КВН)=0,5(22+9,5-12,5)= 9,5 %;

U_ВН = 230 кВ – напряжение на тяговых трансформаторах;

(3.6)

Составим расчетную схему замещения (К2) Рисунок 6.







Рисунок 6 – расчетная схема замещения (К2)

			(3.7)
	(3.8)
		(3.9)

где U_КН = 0,5(U_КВН + U_КСН - U_КВС) =0,5(12,5+9,5-22)=0 %;

U_ВН = 230 кВ – напряжение на тяговых трансформаторах;

	(3.10)

1. 
   
   
2. 
   
   
3. 
   
   

(3.11)

Расчет ударных токов короткого замыкания производится по формуле (3.1):

(3.12)

где – периодическая составляющая тока КЗ в данной точке;

– ударный коэффициент, показывающий скорость затухания апериодической составляющей (для шин РУ ВН тягового трансформатора можно принять , а для шин РУ СН и НН ).
=1,8∙ ∙4,65=11,73 кА;

=1,9∙ ∙8,62=26,98 кА;

=1,9∙ ∙2,63=6,99 кА.

Рассчитанные значения ударного тока приведены в таблицы 5.

Таблица 5 - Ударный ток КЗ

Точка КЗ	Максимальный ток межфазного КЗ, кА	Ударный ток, кА
К1	4,65	11,73
К2	8,62	26,98
К3	2,63	6,99

3.2 Выбор и проверка гибких и жестких шин
Выбор гибких и жестких шин будем осуществлять согласно руководящим указаниям по выбору и проверке шин (согласно п1.3 ПУЭ). Сборные шины и ответвления от них, выполненные из гибких проводов, а так же жесткие шины выбирают из условия

, (3.19)

где – номинальный ток, А;

-максимальный рабочий ток, А;
По рассчитанным ранее значениям рабочих максимальных токов выберем сечения проводов для каждого РУ (таблица 6).
Таблица 6- Выбранные сечения проводов и размер жестких шин

Напряжение обмотки, кВ	Максимальный рабочий ток, А	Длительно допускаемый ток, А	Сечение проводов, мм2	Размер шины, мм	Марка провода
230	417,70	605	240	-	АС
37	62,48	215	50	-	АС
27,5	1175,70	1310	600	-	АС

После выбора гибкие шины должны быть проверены на термическую стойкость к действию токов КЗ.

Проверка проводников на термическую стойкость при КЗ заключается в определении их температуры нагрева к моменту отключения КЗ и сравнении этой температуры с предельно допустимой температурой нагрева при КЗ. Проводник удовлетворяет условию термической стойкости, если температура нагрева проводника к моменту отключения КЗ не превышает предельно допустимую температуру нагрева соответствующего проводника при КЗ , т.е. если выполняется условие:

(3.21)

где - температура нагрева проводника к моменту отключения КЗ, ⁰С;

- предельно допустимую температуру нагрева, ⁰С.
Определение температуры нагрева проводников к моменту отключения КЗ следует производить с использованием кривых зависимости температуры нагрева проводников от величины , являющейся функцией удельной теплоемкости материала проводника, его удельного сопротивления и температуры нагрева.

Для определения необходимо найти величину исходя из соотношения:

(3.22)

где S - площадь поперечного сечения проводника, а для сталеалюминевых

проводов, мм² ;

−тепловой импульс тока короткого замыкания, рассчитанный ранее, А² ∙с.

Определим электромагнитную постоянную времени затухания апериодической составляющей тока КЗ:

Для РУ-230



Для РУ-37



Для РУ-27,5



Рассчитаем продолжительность тока КЗ:

Для РУ-230



Для РУ-37



Для РУ-27,5




где – полное время отключения выключателя РУ-230;

– полное время отключения выключателя РУ-37;

– полное время отключения трехфазного выключателя РУ

27,5;

– полное время отключения однофазного выключателя РУ

27,5.
Найдем интеграла Джоуля при расчётных условиях КЗ. Для определения расчетной формулы необходимо рассмотреть неравенство:

. (3.23)

Для РУ-230

;

Для РУ-37

;

Для РУ-27,5

;

.
Выполнение данного неравенства дает право воспользоваться для нахождения интеграла Джоуля более простой формулой:

_{. (3.24)}

Для РУ-230



Для РУ-37



Для РУ-27,5 воспользуемся следующей формулой (3.18)

, (3.25)

2-фазный



По формуле (3.22) определяется величина , принимая, что , а площадь поперечного сечения алюминиевой части провода для гибких шин изготовленных из провода марки АС равна 240 мм², 50 мм² и 600 мм2 для шин находящихся под напряжением 230, 37 и 27,5 кВ соответственно.







Используя величину , определяем температуру нагрева проводников к моменту отключения КЗ: ; ; .

Соответствующие допустимые температуры нагрева проводников к моменту отключения КЗ: ; ; .

Используя условие (3.21) сравниваются полученные значения температур для шин марок АС-240, АС-50 и АС-600 соответственно:

90 ;

90 ;

120 .

В каждом случае температура нагрева проводников к моменту отключения КЗ меньше допустимой. Из этого следует, что выбранные шины проходят проверку на термическую прочность.

Проверим гибкие шины по условию отсутствия коронирования. Проверка условию отсутствия коронирования выполняется при напряжении 35кВ и выше. Следовательно, будем проверять шину марки АС-240, АС-50.

Условие отсутствия коронирования:

0,9Е₀ ≥ 1,07Е, (3.26)

где Е₀- максимальное значение начальной напряженности поля, кВ/см;

Е - напряженность электрического поля около поверхности провода, кВ/см.
, (3.27)

где Д_ср- среднегеометрическое расстояние между осями проводов, см;

r_пр- радиус провода, см.


где m– коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности провода, m=83.
Для шины марки АС-240, АС-50 r_пр равен 1,08 см и 0,77 см соответственно.

По формуле (3.25) определим максимальное значение начальной напряженности поля:

РУ-230

кВ/см.

РУ-37

кВ/см.

По формуле (3.24) напряженность электрического поля около поверхности провода:

РУ-230



к В/см.

РУ-37






кВ/см.
По условию (3.23):

РУ-230

0,9 · 33,9 ≥ 1,07 ·28,2 ;

30,51≥30,17.

РУ-37

0,9 · 34,5≥ 1,07 ·4,5;

31,05≥4,8.

Выбранные сечения 240 мм² и 50 мм² приходят проверку на коронирование.