Курс лекций по Электроснабжению. Курс лекций для студентов специальности 13. 02. 11 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям)

• Название: Курс лекций для студентов специальности 13. 02. 11 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям)
• Анкор: Курс лекций по Электроснабжению
• Дата: 05.02.2022
• Размер: 0.77 Mb.
• Имя файла: elektrosnabzhenie_kurs_lektsiy_ (1).doc
• Тип: Курс лекций; #352086
• страница: 9 из 10

Генераторы

(1.44)

где - сверхпереходное реактивное сопротивление генератора;

Энергосистема

(1.45)

где S_н – номинальная мощность системы, МВА.

Двухобмоточные трансформаторы

(1.46)

где U_к – напряжение короткого замыкания, %;

S_н – номинальная мощность трансформатора, МВА.

Трехобмоточные трансформаторы и автотрансформаторы

сторона высшего напряжения

(1.47)

сторона среднего напряжения

(1.48)

сторона нижнего напряжения

(1.49)

Реактор

(1.50)

где х_*р – номинальное сопротивление реактора, % ;

Воздушные и кабельные линии

(1.51)

где х₀ – сопротивление 1 км линии, Ом/км

среднее значение х₀ воздушной линии – 0,4 Ом/км,

кабельных напряжением 6-10 кВ - 0,08 Ом/км;

l – длина линии, км;

U_ср – среднее напряжение линии (6,3; 10,5; 37; 115 и т. д.), кВ;

активное сопротивление

(1.52)

где r_о - сопротивление 1 км линии, Ом/км.

Синхронные электродвигатели и компенсаторы вводятся в схему замещения своими сопротивлениями Х_d и ЭДС

(1.53)

где Х_d - сверхпереходное сопротивление в относительных единицах. При отсутствии каталожных данных можно принимать следующие средние значения:

для синхронных электродвигателей

х_d = 0,2, = 1,1;

для синхронных компенсаторов

х_d = 0,2, = 1,2.

Асинхронные электродвигатели учитываются сопротивлениями Х и
ЭДС

(1.54)

где х_d - сверхпереходное сопротивление, средние значения х = 0,2, = 0,9;

7. Выполняется преобразование схемы замещения, которая путем различных преобразований приводится к такому виду, чтобы между каждым источником питания и точкой короткого замыкания находилось только одно результирующее сопротивление х_. Обычными приемами преобразования схемы являются последовательное и параллельное сложение сопротивлений, преобразование треугольника в звезду и т.п.

8. Определяется результирующее сопротивление схемы, например для схемы, состоящей из двух ветвей по формуле:

(1.55)

9. Определяются коэффициенты распределения при двух ветвях

(1.56)

проверка С = 1.

10. Вычисляются сопротивления ветвей преобразованной схемы:

(1.57)

При преобразованиях схема сворачивается к точке КЗ.

11. Производится вычисление токов трехфазного короткого замыкания. После преобразования (сворачивания) схема состоит из нескольких ветвей. В каждой ветви источник питания отделен от точки короткого замыкания своим результирующим сопротивлением х_* или z_*. Если результирующее сопротивление не превышает то его можно исключить из последующего расчета.

В зависимости от параметров источника вычисление токов трехфазного КЗ осуществляется одним из следующих способов.

1. Источник известного типа (генераторы и электростанции). При малом удалении источников от точки короткого замыкания (х_расч < 3) вычисление ведется по расчетным кривым (рис. 1.5). Так как расчетные кривые показывают зависимость тока короткого замыкания от сопротивления, приведенного к номинальной мощности источника, то предварительно определяется расчетное сопротивление ветви:

(1.58)

где S_н – номинальная мощность источника, МВА.

По расчетным кривым находят относительные значения токов при t=0 и I_* при t=.

Вычисляются токи в ветвях

(1.59)

где номинальный ток источника для ступени напряжения U_н, на которой находится точка КЗ, кА.

Если х_*расч > 3, то токи короткого замыкания определяются следующим образом



Мощность короткого замыкания

(1.60)

Ударный ток КЗ

(1.61)

где если активные сопротивления при вычислении тока КЗ не учитывались и ударный коэффициент k_y = 1,8.

В этом случае, когда токи короткого замыкания определяются с учетом активного сопротивления кабелей,

(1.62)

где

Действующее значение полного тока короткого замыкания за период

(1.63)

при k_y = 1,8 i_y = 1,52I^.

1. 
   Энергосистема неограниченной мощности:
   

(1.64)

S_к, i_y i_y – вычисляются также, как в случае питания точки КЗ от генераторов.

Пример. Определить токи трехфазного короткого замыкания в точке К схемы, приведенной на рис. 1.6

С С

U = const

35 кВ
4000 кВА x₁

U_к = 7%

x₂

10,5 кВ

СБ 370 мм² x₃

3,5 км r₃


К К

а) б)

Рис. 1.6 Схема для расчета токов КЗ

а) исходная схема; б) схема замещения
Решение. Принимаем базисную мощность S_б = 100 МВА. Базисный ток для ступени 35 кВ

Вычисляем сопротивление, на которое удален источник неограниченной мощности от шин 35 кВ:



Приводим сопротивления к базисным условиям и составляем схему замещения (рис. 1.7, б).







Результирующее сопротивление:



Базисный ток для ступени напряжения 10,5 кВ



Токи трехфазного короткого замыкания



По кривой (рис. 1.6) определяем k_у:



Выбор высоковольтного электрооборудования для систем электроснабжения
Электрическое оборудование, аппараты, изоляторы и токоведущие части электроустановок работают в условиях эксплуатации в трех основных режимах: нормальном, перегрузки и в режиме короткого замыкания.

В нормальном режиме надежная работа аппаратов и токоведущих частей обеспечивается правильным выбором их по номинальному напряжению и номинальному току.

В режиме перегрузки надежная работа аппаратов и токоведущих частей электрических установок обеспечивается ограничением величины и длительности повышения напряжения или тока в таких пределах, при которых еще гарантируется нормальная работа электрических установок за счет запаса прочности.

В режиме короткого замыкания надежная работа аппаратов и токоведущих частей обеспечивается соответствующим выбором параметров устройств по условиям термической и электродинамической стойкости.

Электрические аппараты (выключатели, разъединители, предохранители, измерительные трансформаторы), токоведущие части (шины, кабели) должны выбираться в соответствии с вычисленными максимальными расчетными величинами (токами, напряжениями, мощностями отключения) для нормального режима и короткого замыкания. Для их выбора сравнивают указанные расчетные величины с допускаемыми значениями для токоведущих частей и высоковольтного оборудования.

В установках выше 1 кВ по режиму КЗ следует проверять: электрические аппараты, токопроводы и другие проводники, опорные и несущие конструкции для них [1].

Аппараты (выключатели, разъединители, трансформаторы тока), сборные шины распределительных устройств и кабели проверяются на термическую стойкость по условию, что при прохождении через них тока КЗ их кратковременная температура нагрева не превысит допустимых значений. Завод-изготовитель для каждого вида аппаратов указывает значение тока термической стойкости I_т.у, которую аппарат может выдержать без повреждения в течение всего процесса КЗ.

Условие термической стойкости определяется выражением

(1.65)

где В_к – расчетный импульс квадратичного тока короткого замыкания, кА^2.с;

I_т – ток термической стойкости выключателя, кА;

t_т – длительность протекания тока термической стойкости, с

При удаленном коротком замыкании значение теплового импульса тока короткого замыкания В_к может быть определено по формуле
(1.66)

где - расчетное время отключения выключателя, с;

Т_а – постоянная затухания апериодической составляющей;

t_с.з.min – минимальное время срабатывания релейной защиты. Для первой ступени защиты t_с.з.min принимается 0,01 с и 0,01+t_с – для последующих ступеней. Значение ступеней селективности t_с можно принимать равным 0,3…0,5 с;

t_{с.в.откл} – собственное время отключения выключателя, с. Значение t_{с.в.откл} для масляных выключателей на 10 кВ типа ВНП составляет 0,12 с.

Проверку аппаратов на термическую стойкость при КЗ удобно производить, составляя таблицу сравнения указанных расчетных и допустимых величин. При этом для обеспечения надежной безаварийной работы расчетные величины должны быть меньше допустимых.

Пример 1 Условия выбора разъединителей

Расчетные параметры	Каталожные данные
Uуст Iраб.max iу Вк	Uном Iном im.дин Iт; tт

Кабели и шины выбирают по номинальному режиму работы и сравнивают с минимальным сечением по термической стойкости S_min (мм²), при этом

(1.67)

где С – коэффициент, значение которого зависит от материала шин, жил кабелей,

Значение С можно принимать по [10].

для кабелей	с медными жилами 6-10 кВ	- 141
	с алюминиевыми жилами 6-10 кВ	- 85
для медных шин		- 171
для алюминиевых шин		- 88

На динамическую стойкость при КЗ проверяют шинные устройства распределительных устройств, опорные и проходные изоляторы.

Проверка сводится к сравнению расчетной максимальной силы, действующей на элемент электрооборудования с допустимой его механической нагрузкой.

При параллельном расположении трех фаз однополюсных шин в одной плоскости наибольшее усилие действует на среднюю шину. Его величина определяется по формуле:

(1.68)

где l – длина параллельных шин, см;

а – расстояние между осями шин смежных фаз, см;

Если ударный ток КЗ выражен в килоамперах, формула для определения максимального усилия примет вид:

(1.69)

При расчете шины на механическое усилие можно рассматривать ее как равномерно нагруженную многопролетную балку, тогда наибольший изгибающий момент при одном или двух пролетах определяют по формуле:

(1.70)

При трех и большем числе пролетов

(1.71)

где l – расстояние между осями изоляторов, см.