Диплом шихтоподача. Диплом шихтоподача — копия. Современная энергетика характеризуется нарастающей централизацией производства и распределения электроэнергии

• Название: Современная энергетика характеризуется нарастающей централизацией производства и распределения электроэнергии
• Анкор: Диплом шихтоподача
• Дата: 27.02.2023
• Размер: 0.91 Mb.
• Имя файла: Диплом шихтоподача — копия.docx
• Тип: Документы; #958771
• страница: 3 из 5

2.4 Расчет токов короткого замыкания

В электрических установках могут возникать различные виды коротких замыканий, сопровождающихся резким увеличением тока. Поэтому электрооборудование, устанавливаемое в системах электроснабжения, должно быть устойчивым к токам короткого замыкания и выбираться с учетом величин этих токов.

Различают следующие виды коротких замыканий:

- трехфазное, или симметричное, три фазы соединяются между собой;

- двухфазное - две фазы соединяются между собой без соединения с землей;

- однофазное - одна фаза соединяется с нейтралью источника через землю;

- двойное замыкание на землю - две фазы соединяются между собой и с землей.

Основными причинами возникновения таких коротких замыканий в сети могут быть:

- повреждение изоляции отдельных частей электроустановки;

- неправильные действия обслуживающего персонала;

- перекрытия токоведущих частей установки.

Короткое замыкание в сети может сопровождаться:

- прекращением питания потребителей, присоединенных к точкам, в которых произошло короткое замыкание; нарушением нормальной работы других потребителей, подключенных к неповрежденным участкам сети, вследствие понижения напряжения на этих участках; нарушением нормального режима работы энергетической системы.

Для расчета токов короткого замыкания составим схему электроснабжения.

Составленная схема электроснабжения показана на рисунке 1.



Рисунок 1 - Схема электроснабжения

По данной расчетной схеме составляем схему замещения, на которой каждый элемент системы электроснабжения показан в виде индуктивного сопротивления. Схема замещения показана на рисунке 2.



Рисунок 2 - Схема замещения

Принимаем базисные условия: базисная мощность принимается в МВ ∙ А берется кратной десяти и приближается к мощности наиболее мощного источника питания.

Базисная мощность S_б = 1000 МВ ∙ А.

Базисное напряжение U_б = 10,5 кВ.
Базисный ток I_б, кА, определяется по формуле (51) [5, с.59]

I_б = S_б / U_б, (51)

где S_б – базисная мощность, МВ ∙ А;

U_б – базисное напряжение, кВ.

I_б = 100 / • 10,5 = 5,5 кА

Определяем сопротивление всех элементов в цепи короткого замыкания в относительно – базисных единицах. Активными сопротивлениями будем пренебрегать, так как величина в три раза меньше индуктивного сопротивления.

Сопротивление для турбо- и гидрогенераторов x_г, о.е, определяется по формуле (52) [5, с.59]

x_г = x''d · (S_б / S_н.г), (52)

где x''d –сверхпереходное сопротивление генератора по продольной оси, о.е, принимается равным: 0,2 – для генераторов, 0,125 – для турбогенераторов;

S_б – базисная мощность, МВ ∙ А;

S_н.г – номинальная мощность генератора, МВ ∙ А.

Сопротивление кабельной линии x_л, о.е, определяется по формуле (53) [5, с.59]

x_л = x₀ · ℓ · (S_б / U_л²), (53)

где x₀ – индуктивное сопротивление одного километра линии, Ом/км;

ℓ – длина линии, км;

S_б – базисная мощность, МВ ∙ А;

U_л – линейное напряжение линии, кВ.

Сопротивление для турбогенераторов x₁, о.е, определяем по формуле (52)

x₁ = 0,125 (1000 / 613,5) = 0,2 о.е

Сопротивление кабельной линии x₂, о.е, определяем по формуле (53)

x₂ = 0,4 · 2 · (1000 / 10,5²) = 7,3 о.е

Определяем результирующее сопротивления Xрез, о.е, как сумму двух последовательно соединенных сопротивлений по формуле (54) [5, с.59]

Xрез = x₁ + x₂, (54)
где x₁ – сопротивление для турбогенераторов, о.е;

x₂ – сопротивление кабельной линии, о.е.

Xрез = 0,2 + 7,3 = 7,5 о.е

Расчетное сопротивление Xрасч, о.е, определяется по формуле (55) [5, с.63]

Xрасч = Xрез · (S_н / S_б), (55)

где Xрез – результирующее сопротивления Xрез, о.е;

S_б – базисная мощность, МВ ∙ А;

S_н – номинальная мощность, МВ ∙ А.

Xрасч = 7,5 · ( 613,5 / 1000) = 4,6 о.е

Так как Xрасч > 3, то величина тока короткого замыкания I_кз, А, определяется с помощью формулы (56) [5, с.63]

I'' = I∞ = I_0,2 = Iб / x_рез, (56)

где I'' – сверхпереходный ток короткого замыкания, кА;

I∞ - установившийся ток короткого замыкания, кА;

I_0,2 – ток короткого замыкания, протекающий за 0,2 секунды, кА;

I_Σ – суммарный ток источника питания, кА;

x_расч - расчетное сопротивление.

I_кз = I'' = I = I_0,2 = 5,5 / 0,7 = 7,86 кА

Ударный ток короткого замыкания i_у, кА, определяется по формуле (57) [5, с.65]

i_у = √2I''_к · К_у, (57)

где I''_к – сверхпереходный ток короткого замыкания, кА;

К_у – ударный коэффициент, равен 1,02.

i_у = √2 · 7,86 · 1,02 = 11,22 кА

Мощность короткого замыкания S_к, МВ ∙ А, определяется по формуле (58) [5, с.66]

S_к = √3 I''_к · U_б, (58)
где I''_к – сверхпереходный ток короткого замыкания, кА;

U_б – базисное напряжение, кВ.

S''_к = √3 · 7,86 · 10,5 = 142,94 МВ ∙ А

Определяем ток короткого замыкания на стороне низкого напряжения в точке К - 2


Рисунок 3 – схема замещения

Сопротивления трансформаторов R _Т, X _Т, МОм, находим по формулам (59), (60) ,(61), (62) [5, с.66]

R*=P_К/ S_НТ (59)

X _*Т =√ (U_к ² - R²) (60)

X _Т = X _*Т · U_н ² / S_НТ (61)

R _Т = R*· U_н ² / S_НТ (62)

где P_К – активная мощность короткого замыкания, МВт;

S_НТ – мощность трансформатора, МВ ∙ А;

U_к – напряжение короткого замыкания трансформатора, кВ.

X_*Т = √(0,055² - 0,007²) = 0,055 МОм

X_Т = 0,055 · 0,4²/2,5 = 5,4 МОм

R_Т = 0,007 · 0,4²/2,5 = 1 МОм

Определяем сопротивление шин сечением А = ( 100×10) мм² R_ш и X_ш, МОм, из [5, с.68] - R _ш = 0,035 МОм, X _ш = 0,113 МОм.

Определяем суммарные сопротивления цепи короткого замыкания R _Σ, X _Σ, Z, МОм, по формулам (63), (64), (65) [5, с.66]

R _Σ = R _Т + R _ш (63)

X _Σ = X _Т + X _ш (64)

Z = √ R _Σ ² + X _Σ ², (65)
где R _Т и R _ш – активные сопротивления трансформатора и шунта, МОм;

X _Т и X _ш – индуктивные сопротивления трансформатора и шунта, МОм;

R _Σ – суммарное активное сопротивление цепи короткого замыкания, МОм;

X _Σ – суммарное индуктивное сопротивление цепи короткого замыкания, МОм.

R_Σ = 1 + 0,035 = 1,035 МОм

X_Σ = 5,4 + 0,113 = 5,513 МОм

Z = √1,035² + 5,513² = 5,6 МОм

Определяем ток короткого замыкания I_кз, кА, в точке короткого замыкания К – 2 по формуле (56)

I_кз = 400/√3 · 5,6 = 41,2 кА

Определяем ударный ток i_у, кА, по формуле (57)

i_у = √2 · 41,2 · 1,8 = 104,6 кА

2.5 Выбор и проверка на действие токов короткого замыкания основного электрооборудования и токоведущих частей

Токоведущие части (шины, кабели и все виды аппаратов) должны выбираться в соответствии с максимальными расчетными величинами нормального режима и режима короткого замыкания. Для их выбора сравниваются указанные расчетные величинами с допустимыми значениями для токоведущих частей и высоковольтного оборудования. Для выбора выключателей находящихся в ячейке КРУ, произведем следующие расчеты. Определяем максимальные токи.

Максимальный рабочий ток вводного выключателя I_{max раб. в.в.}, А, расчитывается по формуле (66) [5, с.93]

I_{max раб. в.в.} = S_{max п/ст} / √3U_н, (66)
где S_{max п/ст} – полная максимальная мощность на подстанции, кВ ∙ А;

U_н – номинальное напряжение, кВ.

I_{max раб. в.в.} = 5378/√3 · 10,5 = 296,1 А

Ток секционного выключателя I_с.в., А, расчитывается по формуле (67) [5, с.93]

I_с.в. = I_{max раб. в.в.} / 2, (67)

где I_{max раб. в.в.} - максимальный рабочий ток вводного выключателя, А.

I_с.в. = 296,1/2 = 148 А

Максимальный рабочий ток потребителей на напряжение 0,4 кВ, I_{max раб. 0,4}, А, расчитывается по формуле (68) [5, с.93]

I_{max раб. 0,4} = S_{max 0,4} / √3U_н, (68)

где S_{max 0,4} - полная максимальная мощность потребителей на 0,4 кВ, кВ ∙ А;

U_н – номинальное напряжение, кВ.

I_{max раб. 0,4} = 5378/√3 ∙ 0,4 = 7771,6 А

Для выбора выключателей находящихся в ячейке КРУ составляем таблицу 2 (выбора и проверки выключателей).

- тип выключателя - ВВ-10-20-630;

- тип привода – пружинный;

- сечение сборных шин - А (100×10);

- тип трансформатора тока – ТПЛ.

Проверяем сечение сборных шин на электродинамическую и термическую устойчивость токов короткого замыкания.

Таблица 2 – Выбор и проверка выключателей

Расчетные величины	Каталожные данные выключателей ВВ-10-20-630, установленных в ячейках КРУ типа СЭЩ на вводах в качестве секционной и отходящей линиях
Расчетное напряжение Uрасч = 10,5 кВ	Номинальное напряжение Uном = 10,5 кВ
Расчетные токи выключателей Imax раб. в.в. = 296,1 А; Iс.в. = 148 А;	Номинальные токи выключателей Iн.в.=630А; 630А;
Мощность короткого замыкания S''к = 142,94 мВА.	Отключающая мощность Sоткл. = 350 мВА.
Установившийся ток КЗ I∞ = 7,86 кА; Ударный ток КЗ iу = 11,22 кА.	Ток термической устойчивости Iт.у. = 14 кА; Предельный ток отключения iпред = 52 кА.

Ударный ток короткого замыкания вызывает появление механической силы в средней шине фазы В.

Определяем наибольшую силу F⁽³⁾, кг, в шинах средней фазы по формуле (69) [5, с.220]

F⁽³⁾ =1,76 ∙ (ℓ ∕ а) ∙ i_у² ∙ 10 ^-3, (69)

где 1,76 – коэффициент, учитывающий несовпадение мгновенных значений ударного тока в фазах;

ℓ – расстояние между изоляторами в одной и той же фазе шин, см, ℓ=130см;

а – расстояние между осями изоляторов двух соседних фаз шин, см, а=35 см;

i_у - ударный ток при трёхфазном коротком замыкании, кА.

F⁽³⁾ =1,76 · 104,6² · (100 / 40) · 10 ^-8 = 0,00048 кг

Определяем изгибающий момент шины М, кг ∙ см, по формуле (70) [5, с.223]

M = (F⁽³⁾ × ℓ)/10, (70)

где F⁽³⁾ – наибольшая сила в шинах средней фазы, кг;

ℓ – расстояние между изоляторами в одной и той же фазе шин, см, ℓ=130см.

M = 0,00048 · 100/ 0 = 0,0048 кг · см

Определяем механическое напряжение в материале шин W, см³, шины лежат плашмя, по формуле (71) [5, с.223]

W = (b × h²) / 6, (71)

где b - высота шины, см;

h - ширина шины, см.

W = 10 · 1²/6 = 1,66 см³

Рассчитываем механическое напряжение в материале шин σрасч, кг/см², по формуле (72) [5, с.225]

σ_pacч = M / W, (72)

где M - изгибающий момент шины, кг ∙ см;

W – момент сопротивления, см³.

σ_pacч = 1,76 · 10^-3 · 104,6² · 10²/( 4 · 1,66 ) = 1925,6/6,64 = 290 кг/см²

Сравниваем полученное расчетное напряжение с допустимым

σ_pacч < σ_доп

290 МПа > 80 МПа

Вывод: шины сечением А (100 × 10) мм² проходят на электродинамическую устойчивость.

Прокладываем шину плашмя.

Определяем механическое напряжение в материале шин W, см³, шины лежат плашмя, по формуле (73) [5, с.223]

W = h · b ² / 6, (73)

где b – ширина шины, мм;

h – толщина шины, мм.

W = 10²· 1 / 6 = 16,6 см³

Определяем механическое расчетное напряжение σрасч, кг/см², по формуле (72)

σрасч = 1,76 · 10^-3 · 104,6² · 10²/(4 · 16,6) = 1925,6/66,4 = 29 МПа

Сравниваем полученное расчетное напряжение с допустимым

σрасч < σ_доп

29 МПа < 80 МПа

Вывод: шины сечением АL (100 × 10) мм², расположенные плашмя являются устойчивыми к электродинамическому действию i_у = 104,6 кА.

Теперь проверим шины на термическое действие токов короткого замыкания.

При протекании токов короткого замыкания по токоведущим частям и электрооборудованию, последние нагреваются, необходимо вести контроль за температурой нагрева токоведущих частей от токов короткого замыкания, так как в противном случае токоведущие части могут быть расплавлены.

Расчет на термическую устойчивость осуществляется с помощью кривых нагрева разных металлов, которые представляют собой графики зависимости температуры нагрева от некоторой величины А · 10⁴.

При прохождении номинального тока по токоведущим частям, происходит нагрев электрооборудования. Их нагрев соответствует Ʈ_нач = 60 °С. По кривым [5, с.225] получаем, что А_нач = 0,4 · 10 ⁴.

Определяем конечное число количество тепла А_кон · 10 ⁴,по формуле (74) [5, с.223]

А_кон = А_нач · 10 ⁴ +(I∞/ s) ² · t_n, (74)

где I∞ - установившийся ток короткого замыкания, кА;

s – сечение шины, мм ²;

t – приведенное время короткого замыкания, с;

А_нач · 10 ^-4 – начальное число количество тепла, определяем по кривым нагрева, для алюминия - А_нач = 0,4 · 10 ^-4.

А_кон = 0,42 · 10 ^-4 + (7,3 / 10) ² · 1,1 = 0,25 · 10 ^-4
По кривым нагрева [5, с.225] находим Ʈ_кон = 40 °С.

Сравниваем с допустимым

Ʈ_кон = 40 °С < Ʈ_доп = 200 °С

Вывод: алюминиевые шины сечением Аl (100 × 10) мм² являются термически устойчивы к действию установившегося тока короткого замыкания.

По условию термической стойкости сечение кабеля определяется по формуле S_min, мм², определяется по формуле (75) [5, с.93]

S_min = √B / C (75)

где В - тепловой импульс, А²с;

С - коэффициент зависящий от материала жилы, А/мм².

Тепловой импульс В, А²с, определяется по формуле (76) [5, с.93]

В = I_кз² (t_откл + Т_а), (76)

где t_откл - время отключения выключателя, t_откл = 1,1с;

Т_а - постоянная времени затухания, 0,87с;

I _кз – ток короткого замыкания, кА.

Для меди С = 90 А/мм²

В = 3780² (1,095+0,0014) =15,67 10⁶ А²с

S_min = √15,67 · 10/90 = 44 мм²

Следовательно, что выбранный ранее кабель не удовлетворяет термической стойкости к току короткого замыкания, поэтому окончательно выбираем кабель типа СБГ - (3×50) мм².