ррррр. Ерлан диплом. ташкентский институт инженеров ирригации и механизаций сельского хозяйства национальный исследовательский институт факултет энергетика
Скачать 0.94 Mb.
|
4. Расчет и выбор питающей линии 10 кВ Общие сведения о коротких замыканиях. Коротким замыканием (КЗ) является всякое непредусмотренное нормальными условиями работы замыкание между фазами, а в системах с заземленными нейтралями - также замыкание одной или нескольких фаз на землю (или на нулевой провод). В системах с незаземленными нейтралями, заземленными через компенсирующие устройства, замыкание одной из фаз на землю называется «простым замыканием». В зависимости от места возникновения короткого замыкания общее сопротивление электрической системы уменьшается, что приводит к увеличению токов в ее ветвях по сравнению с токами нормального режима. Одновременно уменьшаются напряжения отдельных точек системы, причем особенно значительно вблизи места КЗ. Обычно в месте КЗ образуется некоторое переходное сопротивление, состоящее из сопротивления возникшей электрической дуги и сопротивлений прочих элементов пути тока КЗ от одной фазы к другой или от фазы на землю. Точный учет переходного сопротивления практически невозможен, прежде всего из-за ненадежной оценки сопротивления дуги, которое является функцией тока и длины дуги и изменяется в весьма широком диапазоне. В других случаях переходные сопротивления могут быть столь малы, что практически ими можно пренебречь. Такие короткие замыкания называют «металлическими». При прочих равных условиях ток при металлическом КЗ больше, чем при наличии переходного сопротивления. Поэтому, когда требуется найти возможные наибольшие токи КЗ, следует исходить из худших условий, считая, что в месте КЗ отсутствуют какие-либо переходные сопротивления. В дальнейшем рассматриваются лишь металлические КЗ. Простейшим видом КЗ является трехфазное КЗ, то есть одновременное замыкание всех фаз в одной точке. Оно является симметричным, поскольку при нем все фазы остаются в одинаковых условиях, как и в нормальном режиме, лишь токи возрастают, а напряжения уменьшаются. Какой из видов КЗ является наиболее опасным, однозначно установить нельзя. Это, прежде всего, зависит от того, применительно к решению какого вопроса рассматривается возможный в данной системе режим КЗ. На основании расчетов переходных процессов решаются вопросы проектирования, сооружения и эксплуатации СЭС: - обоснование экономически целесообразных систем передачи, распределения и потребления электрической энергии; - обеспечение устойчивости перехода системы от одного режима работы к другому; - выбор электрических аппаратов электроустановок по условиям термической и динамической устойчивости и обеспечение надежной работы коммутационных элементов схемы электроснабжения; проектирования заземляющих устройств и т.д. При решении большинства практических задач, связанных с расчетами токов КЗ, принимают ряд допущений, не вносящих существенных погрешностей в точность расчетов, а именно: - пренебрегают насыщением магнитных систем всех элементов цепи КЗ (при насыщении магнитных систем генераторов, трансформаторов и электродвигателей изменяются их многие расчетные параметры, например, сопротивления); - все нагрузки представляют постоянными индуктивными сопротивлениями; - пренебрегают активными сопротивлениями элементов схемы, если отношение результирующих сопротивлений от источника до точки КЗ (активные сопротивления учитывают только при определении степени затухания апериодических составляющих токов КЗ); - пренебрегают емкостными проводимостями на землю ВЛ напряжением до 220 кВ (для КЛ напряжением 110 кВ и выше емкостные проводимости необходимо учитывать); - не учитывают сдвиг по фазе э.д.с. источников энергии, входящих в расчетную схему; - считают, что все элементы СЭС симметричны, а нарушение симметрии происходит только в месте КЗ (при несимметричных КЗ); - пренебрегают различием значений сверхпереходных индуктивных сопротивлений по продольной и поперечной осям синхронных машин; - пренебрегают токами намагничивания трансформаторов и автотрансформаторов и т.д. При расчете в относительных единицах все величины сравнивают с базисными, в качестве которых принимают базисную мощность и базисное напряжение . За базисную мощность принимают мощность одного трансформатора ГПП или условную единицу мощности, например, 100 или 1000 МВ·А. В качестве базисного напряжения принимают среднее напряжение той ступени, на которой имеет место КЗ: 6,3; 10,5; 21; 37; 115; 230 кВ. Сопротивления элементов системы электроснабжения приводят к базисным условиям. При расчете КЗ предполагают, что предприятие получает питание от системы неограниченной мощности. Источник бесконечной мощностихарактеризуется тем, что его собственное сопротивление равно нулю и его напряжение при коротком замыкании изменяется с постоянными частотой и амплитудой (другими словами: изменение внешних условий не влияет на работу самого источника). Практически это имеет место, например, при коротких замыканиях в маломощных и удаленных электроустановках, или при использовании чувствительного и быстродействующего автоматического регулирования возбуждения генераторов. Сопротивление системы в относительных единицах, если задана мощность короткого замыкания на шинах источника питания, определяют по формуле . Сопротивление двухобмоточных трансформаторов, если задано напряжение короткого замыкания, . Сопротивление линии электропередачи, если задано удельное сопротивление, , и длина линии, . Сопротивление синхронных и асинхронных электродвигателей, если заданы сверхпереходное сопротивление двигателей и номинальная полная мощность Расчет производим в относительных единицах. Для внешнего электроснабжения ремонтно-местерского цеха имеется возможность применения воздушной линии, поэтому берем неизолированные провода. Линия одноцепная. Для воздушной линии характерны особые условия работы: они находятся постоянно под высоким напряжением; подвергаются воздействию ветра, резких колебаний температуры воздуха и влажности; подвергаются воздействию разрядов молнии, гололеда, снега. Под допустимой нагрузкой неизолированных проводов по условиям нагрева понимается токовая нагрузка повышающая температуру провода до предельного значения (700С при полном безветрии). Выбираем сталеалюминевый провод марки АС – 10/1,8; Iдоп = 84 А [8] . Проверка проводов по нагреву выполняется из соотношения Iп.а ≤ Iдоп.факт где Iдоп.факт – фактическая допустимая нагрузка на провод, определяется из выражения Iдоп.факт = Iдоп * kν*kпер = 84*1*1,3 = 109,2 А; где kν =1 – поправочный коэффициент при температуре воздуха +250С; kпер = 1,3 - коэффициент перегрузки проводов [6]; Iп.а (Iр)– расчетный ток в послеаварийном режиме для проверки проводов по нагреву. Он определяется по формуле: Iр = I5*аi*at; где аi = 1,05 – коэффициент, учитывающий изменения нагрузки по годам эксплуатации; at – коэффициент, учитывающий число часов использования максимальной нагрузки линии (Тм) и коэффициент ее попадания в максимум нагрузки энергосистемы. at = 1 при Тм = 5500 ч; I5 – ток линии на пятый год ее эксплуатации, находится по формуле: . где Sвн – полная мощность, передаваемая по линии, в данном случае берем ее из таблицы 2. nц – количество цепей линии. Iр =19*1,05*1=19,95 Таким образом, возвращаясь к соотношению получаем: Iп.а = 19 ≤ Iдоп.факт=19,95 А. То есть, выбранное сечение по условию нагрева подходит. 4.1. Расчет токов короткого замыкания в сети напряжением выше 1 кВ. Для расчетов составляем расчетную схему (Рисунок 3-а) и схему замещения (Рисунок 3-б), в которых учитываем сопротивления трансформаторов на ГПП, линии от энергосистемы до ГПП и линию от ГПП до цехового трансформатора. Считаем, что питание осуществляется от системы неограниченной мощности, следовательно Хс = 0. Для генераторов, трансформаторов, высоковольтных линий обычно учитывают только индуктивные сопротивления. Для ВЛ-2 учитываем также и активное сопротивление. ВЛ-1 выполнена проводом АС-95; х0 = 0,4 Ом/км. ВЛ-2 выполнена проводом АС-10; х0 = 0,4 Ом/км. На ГПП принимаем два трансформатора ТМ-1 напряжением 35/10,5 кВ; мощностью по 1000 кВА; потери напряжения на КЗ Uк = 6,5% [5]. Рис 3 – Расчетная схема (а) и схема замещения (б) Принимаем базисную мощность Sб = 100 МВА. Расчет сопротивлений производим в относительных единицах. Решение. 1) Вычисляем сопротивления элементов схемы: ВЛ-1: ; ВЛ-2: ; Трансформаторы на ГПП: ; Для расчета активного сопротивления необходимо найти удельное активное сопротивление r0: Ом/км; где γ – удельная проводимость материала, для алюминия γ = 30 м/(Ом*мм2); S – сечение проводника, мм2. Определяем активное сопротивление для ВЛ-2: . Суммарное и полное сопротивления до точки КЗ: Х∑ = Хл1 + Хт + Хл2 = 0,45 + 3,25 + 0,36 = 4,06; ; 2) Базисный ток находится по формуле: ; 3) Ток короткого замыкания в точке К1: ; 4) Определяем ударный ток КЗ. Так как активные сопротивления в схеме практически не учитываются, то принимаем значении ударного коэффициента Ку = 1,8 иq = 1,52 Ударный ток КЗ: ; 5) Мощность короткого замыкания: ; 6) Действующее значение тока КЗ в установившемся режиме: . 4.2. Расчет токов короткого замыкания в сети напряжением до 1кВ. Выбор точек и расчет токов КЗ. Расчетная схема от цехового трансформатора до вентилятора представлена на Рисунке 4-а. Lвн = 0,9 км; Lкл1 = 54 м (расстояние от шин НН до РП-6); Lкл2 = 6 м (длина линии от РП-6 до вентилятора). Рядом с автоматами даны их номинальные токи. Расчет токов КЗ производим в трех точках – К1, К2 и К3. Решение: Составляем схему замещения (Рисунок 4-б), и нумеруем точки КЗ в соответствии с расчетной схемой. Вычисляем сопротивления элементов по соответствующим формулам. Для системы: - ток системы; Наружная ВЛ согласно 7 разделу курсового проекта – АС-310/1,8; Iдоп = 84 А; Удельные сопротивления провода (согласно предыдущим расчетам): x0 = 0,4 Ом/км; откуда ; r0 = 3,33 Ом/км; Приводим сопротивления к стороне низкого напряжения: Для трансформатора сопротивления находим по таблице 1.9.1 [3] для мощности 630 кВА: Rт = 5,5 МОм; Хт = 17,1 МОм; . Для автоматов в соответствии с номинальным током выключателей по таблице 1.9.3 [1] определяем: R1SF = 0,12 МОм; Х1SF = 0,13 МОм; Rn1SF = 0,25 МОм; RSF1 = 0,4 МОм; ХSF1 = 0,5 МОм; RnSF1 = 0,6 МОм; RSF = 0,4 МОм; ХSF = 0,5 МОм; RnSF = 0,6 МОм. Для кабельных линий в зависимости от сечения и материала жилы, а также от вида изоляции удельные сопротивления находим по таблице 1.9.5 [2]. Для КЛ1: x0 = 0,08 МОм/м; r0 = 0,154 МОм/м; Rкл1 = r0*Lкл1 = 0,154*54 = 8,32 МОм; Хкл1 = х0*Lкл1 = 0,08*54 = 4,32 МОм; Для КЛ2: x0 = 0,085 мОм/м; r0 = 0,37 мОм/м; Rкл2 = r0*Lкл2 = 0,37*6 = 2,22 МОм; Хкл2 = х0*Lкл2 = 0,085*6 = 0,51 МОм; Рис 4 – Расчетная схема(а) и схема замещения(б) для расчета токов КЗ. Для ступеней распределения (ШНН и РП-6) сопротивления определяем по таблице 1.9.4 [2): Rc1 = 15 мОм; Rc2 = 20 мОм. Упрощаем схему замещения (см. Рисунок 6): Rэ1 = Rc + RT + R1SF + Rn1SF + Rc1 = 4,78+5,5+0,12+15+0,25 = 25,65 МОм; Хэ1 = Хс + Хт + Х1SF = 0,57 + 17,1 + 0,13 = 17,8 МОм; Rэ2 = RSF1 + RnSF1 + Rкл1 + Rc2 = 0,4 + 0,6 + 8,32 + 20 = 29,32 МОм; Хэ2 = ХSF1 + Хкл1 = 0,5 + 4,32 =4,82 МОм; Rэ3 = RSF + RnSF + Rкл2 = 0,4 + 0,6 + 2,22 = 3,22 МОм; Хэ3 = XSF + Хкл2 = 0,51 + 0,5 = 1,01 МОм. Вычисляем сопротивления до каждой точки КЗ: Rk1 = Rэ1 = 25,65 МОм; Хк1 = Хэ1 = 17,8 МОм; отсюда МОм; Rk2 = Rэ1 + Rэ2 = 25,65 + 29,32 = 54,97 МОм; Хк2 = Хэ1 + Хэ2 = 17,8 + 4,82 = 22,62 МОм; МОм Rk3 = Rк2 + Rэ3 = 54,97 + 3,22 = 58,19 МОм; Хк3 = Хк2 + Хэ3 = 22,62 + 1,01 = 23,63 МОм; МОм; Определяем отношения активного и реактивного сопротивлений: ; ; . Исходя из найденных отношений по зависимости [2] определяем ударные коэффициенты (Ку) и коэффициенты действующего значения ударного тока (q): Ку1 = 1; ; Ку2 = 1; q2 = 1; Ку3 = 1; q3 = 1; Вычисляем токи трехфазного КЗ: Мгновенное и действующее значения ударного тока: ; ; ; Составляем схему замещения для расчета токов однофазного КЗ и определяем сопротивления (Рисунок 6). Рис 6 – Схема замещения для расчета однофазных токов КЗ. Для кабельных линий Хпкл1 = х0п*Lкл1 = 0,15*54 = 8,1 МОм; где х0п = 0,15 МОм/м – сопротивление петли «Фаза-нуль» для кабельных линий до 1кВ; Rпкл1 = 2r0*Lкл1 = 2*0,154*54 = 16,63 МОм; Хпкл2 = х0п*Lкл2 = 0,15*6 = 0,9 МОм; Rпкл2 = 2r0*Lкл2 = 2*0,37*6 = 4,44 МОм; Zп1 = Rc1 = 15 МОм; Rп2 = Rc1 + Rc2 + Rпкл1 = 15 + 20 + 16,63 = 51,63 МОм; Хп2 = Хпкл1 = 8,1 МОм; МОм; Rп3 = Rп2 + Rпкл2 = 51,63 + 4,44 = 56,07 МОм; Хп3 = Хп2 + Хпкл2 = 8,1 + 0,9 = 9 МОм; МОм; Вычисляем токи однофазного КЗ: Результаты расчетов токов КЗ заносим в Таблицу 5. Таблица 5 – Сводная ведомость токов КЗ
5. Проверка элементов системы электроснабжения по токам КЗ. Проверке подлежат аппараты защиты, т.е автоматические выключатели. В данном случае проверяем автоматы SF1 и SF на Рисунке 4. Согласно условиям по токам КЗ аппараты защиты проверяются [2]: 1) на надежность срабатывания: SF1: 1,87 > 3*0,2 кА; SF: 1,8 > 3*0,2 кА; где - однофазные токи КЗ, взятые из таблицы 5; - номинальные токи расцепителей автоматов. Согласно условиям надежность срабатывания автоматов обеспечена; 2) на отключающую способность: SF1: 25 > 1,41*3,88 кА; SF: 15 > 1,41*3,67 кА; где - номинальный ток отключения автомата, берем из таблицы А.6 [2]; - 3-хфазный ток КЗ в установившемся режиме (Таблица 5). Таким образом, автомат при КЗ отключается, не разрушаясь. 3) на отстройку от пусковых токов: SF1: (для РУ); SF: (для электродвигателя); где - ток установки автомата в зоне КЗ, определяется как - для РУ и - для двигателя, т.к. могут быть броски тока, обусловленные пуском двигателя; - пусковой ток двигателя, определяется как , где Iн.д – номинальный ток двигателя (в данном случае приточного вентилятора); - пиковый ток, в данном случае максимальный расчетный ток в РП-6. Согласно условиям: SF1: 1,25*200 > 129,44; SF: 5*220 >6,5*103,44 кА; т.е. автоматы выдерживают пусковые токи. 5.1. Определение потери напряжения в сети до 1 кВ. Определим потери напряжения в сети, для которой выше был приведен расчет токов КЗ (смотри рисунок 2). Потери напряжения рассчитываются по выражению: где Ip – расчетный ток линии, в данном случае берем максимальный рабочий ток для РП-6 из Сводной ведомости (таблица 2), и номинальный ток вентилятора из таблицы 4; l– длина линии, км; rуд, худ – удельные сопротивления кабеля, принимаем из предыдущих расчетов; cosφ = 0,8 – средний коэффициент мощности. Отсюда sinφ = 0,6. Для кабельной линии 1 (до РП-6): Ip = 129,44 A; rуд=0,154 Ом/км, худ = 0,08 Ом/км l = 0,054 км. Подставляя в выражение (9.3): Для кабельной линии 2 (до вентилятора): Ip = 103,44 A; rуд=0,37 Ом/км, худ = 0,085 Ом/км l = 0,006 км. ; Суммируя найденные потери, найдем общую потерю напряжения в сети: ΔU = ΔU1 + ΔU2 = 2,07 + 0,37 = 2,44 В. В процентах от номинального напряжения: 6. Выбор электрооборудования ТП-10/0,4 кВ 6.1. Выбор силового выключателя 10 кВ. Условия выбора выключателя приведены в таблице 6. Для расчетов принимаем данные из предыдущего раздела. Дано: напряжение установки Uн.у = 10 кВ; номинальный ток установки находим по формуле ; ток КЗ на стороне ВН трансформатора Ik = 1146 A; действующее значение тока КЗ ; ударный ток КЗ iу = 2,92 кА; время действия КЗ tд = 1 с. Выбираем из таблицы 1.11.1 [1] вакуумный выключатель ВВЭ-10-20/630 УЗ. Паспортные данные выключателя: Номинальное напряжение Uн = 10 кВ; Номинальный ток Iн = 630 А; Номинальный ток отключения Iн.отк = 20 кА; Ток термической стойкости Iтс = 20 кА; tтс = 3 с; Сквозной ток iск = 52 кА; Собственное время отключения выключателя tов = 0,055 с. Рассчитаем отключающую способность выключателя. Расчетный ток отключения Iр.отк = ; Мощность отключения ; ; Расчетный ток термической стойкости: ; Заносим все расчеты в таблицу 6. Таблица 6 – Ведомость силового выключателя ВН
Условия выбора выполнены, выключатель нам подходит. 6.2. Выбор трансформатора напряжения на стороне 10 кВ. Трансформаторы напряжения выбирают по номинальному напряжению и вторичной нагрузке – контрольным приборам. Вторичная нагрузка трансформатора напряжения (полная мощность): ; Из справочника [4] выбираем трансформатор НТМИ-10-66 с номинальной мощностью 120 ВА в классе точности 0,5. Таким образом, S2ном =120 ≥ S2 = 32,041 следовательно, трансформатор будет работать в выбранном классе точности. Для соединения ТН с приборами принимаем контрольный кабель КРВГ сечением 2,5 мм2 по условию механической прочности. КРВГ- кабель контрольный с медными жилами, резиновой изоляцией, в ПВХ оболочке. Таблица 7 – Вторичная нагрузка трансформатора напряжения
6.3. Выбор трансформаторов тока на стороне 0,4 кВ Выбор трансформатора тока выполняется по [9]: - по напряжению установки Uуст Uн; - по току Iр Iном; - по динамической стойкости iуд iдин; - по термической стойкости; - по вторичной нагрузке z2 z2ном; - по конструкции и классу точности; где z2 –вторичная нагрузка трансформатора, Ом; z2ном – номинальная допустимая нагрузка трансформатора тока. Вторичная нагрузка находится по формуле [9]: r2=rприб+rпров+rк где rприб – сопротивление приборов; rпров – сопротивление проводов; rк – переходное сопротивление контактов. Сопротивление приборов определяется по выражению: , Ом где - мощность, потребляемая приборами, ВА; - номинальный вторичный ток трансформатора. Сопротивление контактов принимается rк=0,1 Ом . Сопротивление проводов находится по формуле: Rпров=Z2ном-rприб-rk Сечение соединительных проводов определяется: , мм2 Где ρ=0,0283 – удельное сопротивление провода [9]; Lрасч- расчетная длина. В таблице 8 приведены приборы, по которым определяется вторичная нагрузка трансформатора тока. Таблица 8 – Вторичная нагрузка трансформатора тока.
Номинальный вторичный ток трансформатора I2н=5А. По таблице 8 видно, что фаза А самая нагруженная, поэтому мощность потребляемая приборами Sприб = 6 ВА. Рассчитаем общее сопротивление приборов: Rприб= 0.24 Ом Из справочника [8] выбираем трансформатор тока ТНШЛ-0,66. Вторичная нагрузка равна Z2ном = 0,6 Ом в классе точности 0,5. Допустимое сопротивление провода: rпров=0,6-0,24-0,1=0,26 Ом. Применяем кабель с алюминиевыми жилами, длина которого 3 м. Трансформаторы тока соединены в неполную звезду, поэтому lрасч= l. Расчитаем сечение соединительных проводов. Выбираем кабель КРВГ с номинальным сечением жилы 1,5 мм , отсюда найдем сопротивление проводов: Рассчитаем вторичную нагрузку трансформатора R2=0,24+0,098+0,1=0,44 Ом В таблице 9 произведем расчет трансформатора тока Таблица 9 – Параметры выбора трансформатора тока ТНШЛ-0,66
В таблице ; Bk = ; значения iуд, - принимаем из раздела. Таким образом, трансформатор тока ТНШЛ-0,66 подходит по всем параметрам. |