Расчет параметров токов короткого замыкания потребителей

Принимаем базисные данные

а) Определяем индуктивное сопротивление. Сопротивление воздушных и кабельных линий определяют по формулам:

— удельное индуктивное сопротивление кабельных линий;

— воздушных линий, [км];

для

где — удельная проводимость, ;

б) определяем сопротивление трансформатора

в) находим результирующее сопротивление

где — сопротивление трансформатора для высоковольтных трансформаторов;

Определим токи:

а) действующее значение периодической слагаемой тока

б) ударный ток

в) действующее значение ударного тока

Определяем мощность короткого замыкания:

Определим токи на шинах

а) действующее значение периодической слагаемой:

Определим мощность короткого замыкания на шине:

Расчет других потребителей аналогичен, результаты сведены в таблицу 5.

Таблица 5 - Расчет токов короткого замыкания

№	Наименование потребителей
	0, 4 кВ АБК Электроцех Механический мастерская Скреперная лебедка Механизмы надшахтного здания Сварочный участок Электрокалориферы Котельная Склад пиломатериалов Вентилятор компрессорная Наружное освещение Клетьевой подъем 6 кВ ЦПП	5, 77 5, 05 7, 87   3, 85   1, 25 0, 3 0, 024 0, 645   1, 1 3, 2 0, 018   21, 92   14, 9	9, 7 8, 5 13, 32   6, 52   2, 1 0, 5 0, 04 1, 09   1, 85 5, 4 0, 03   37, 08   25, 12	3, 82 3, 37 5, 25   2, 57 3, 73   0, 83 0, 2 0, 016 0, 43   0, 73 2, 13 0, 012   14, 61   9, 9	5, 54 1, 96 2, 38   4, 16 6, 04   0, 9 0, 12 0, 2   0, 92 1, 51 0, 22   8, 3   55, 56

2.6 Выбор и расчет сборных шин

Необходимость соединения между собой подводящих и отводящих электроэнергию линий обусловливает применение на станциях, подстанциях, распределительных устройствах и пунктах сборных шин.

К сборным шинам присоединяют все генераторы или трансформаторы, вводы и отходящие линии. Электрическая энергия поступает на сборные шины и по ним распределяется к отдельным отходящим линиям. Таким образом, сборные шины являются узловым пунктом схемы соединения, через который протекает вся мощность станции, подстанции или распределительного пункта. Повреждение или разрушение сборных шин означает прекращение подачи электроэнергии потребителям. Поэтому сборным шинам уделяют серьезное внимание при проектировании, монтаже и эксплуатации электроустановок.

Простейшей системой является так называемая одиночная система шин, применяемая в электроустановках малой мощности с одним источником питания.

На станциях и подстанциях, имеющих два и более трансформатора или генератора, в целях повышения надежности снабжения потребителей электроэнергией шины секционируют, т. е. делят на две, а иногда и большее число частей. К каждой секции должно быть присоединено по возможности равное число генераторов или трансформаторов и отходящих линий.

Отдельные секции шин могут быть соединены между собой разъединителями или выключателями. При секционировании шин разъединителем последний большей частью разомкнут. При этом обе секции работают раздельно, и при повреждении одной из секций питания лишается только часть потребителей. Кроме того, при раздельной работе трансформаторов снижаются токи короткого замыкания на стороне вторичного напряжения.

В случае повреждения трансформатора его отключают и обе секции соединяют между собой разъединителем, отключив предварительно для предотвращения перегрузки неответственные потребители.

При нормальной работе электроустановки одна система шин является рабочей, а другая — резервной. Обе системы шин могут быть соединены между собой шиносоединительным выключателем, который позволяет осуществить переход с одной системы шин на другую без перерыва в подаче энергии, а также может быть использован в качестве замены любого из выключателей электроустановки. В последнем случае линию, с которой выключатель снят для ремонта, присоединяют к резервной системе шин и соединяют рабочую и резервную системы шин шиносоединительным выключателем.

Выбор и расчет сборных шин:

1) Определяется расчетное значение тока сборных шин по формуле:

Iр.ш=Sрасч/√ 3*Uн, [А]

где Sрасч – полная мощность потребителей 0, 4 кВ.

2) Из справочных данных выбирается допустимое значение тока по условию:

Iд> Iр.ш

3) Выбор сечения шин по значению допустимого тока.

4) Проверка выбранной шины на термическую устойчивость:

Sт.у=α *Iк.з*√ tпр, мм2

где α – коэффициент учитывающий материал выбранной шины (для меди – 7, для аллюминия – 12);

tпр – приведенной время действие тока к.з.

5) Проверка выбранного сечения на условия:

Sт.у< Sвыб

6) Вычисляется величина электродинамической силы:

Fp=1, 76*l/a*iy*10-2, [кг]

где l – расстояние между опорными изоляторами (l=1-1, 2м);

а – расстояние между фазами (а=0, 3м)

7) Вычисляется изгибающий момент:

Мизг=Fp*l/10, [кг*см]

8) Вычисляется момент сопротивления шин:

W=b*h2/6, [см2]

9) Определяется напряжение материала сборных шин:

qp=Мизг/W, [кг/см2]

10) Сравнение расчетного значения напряжения материала с допущенным:

qд> qp

Производим расчет и выбор сборных шин на стороне 0, 4 кВ

1) Определяем расчетные значения тока сборных шин:

Iр.ш=65/(1, 73*0, 4)=91 A

2) Из справочных данных (Л стр. 238, табл. 7) выбираем допустимые значения тока:

Iд> Iр.ш

600 > 91 A

3) Выбираем сечение шины

сечение 50х5;

Iд=600А.

4) Проверяем шину на термическую устойчивость:

Sт.у=7*27, 2*√ 1, 6=240мм2

5) Проверка выбранного сечения на условие:

240 < 250 мм2

6) Вычисляем электродинамическую силу:

Fp=0, 176*27, 22*10-2*2/10=260 кг

7) Вычисляем изгибающий момент:

Мизг=260*2/10=52 кг*см

8) Вычисляем момент сопротивления шин:

W=0, 6*82/6=6, 4 см2

9) Определяем напряжение материала сборных шин:

qp =52/6, 4=8, 125 кг/см2

10) Сравниваем расчетное значение напряжения материала с допустимым:

700 > 8, 125

Расчет и выбор сборных шин на стороне 10 кВ производится аналогично. На стороне 6 кВ выбраны шины с сечением 20х3.

2.7 Выбор коммутационной и защитной аппаратуры.

Аппаратом защиты называют аппарат, автоматически отключающий защищаемую электрическую цепь от КЗ или перегрузок, которая, как правило, состоит из электроприемника и электрической сети. Электроприемником может быть один или группа синхронных, или асинхронных электродвигателей, трансформаторы, электрические печи, преобразователи, электрическое освещение и т.д. Электрическая сеть может состоять из шин, шинопроводов, кабелей, прочие.

Автоматические выключатели разрывают цепь, когда ток в ней превышает допустимую величину. Такая ситуация возникает, когда включено больше разрешённого числа потребителей или при коротком замыкании. При этом, происходят различные процессы, из-за чего приходится использовать в автоматических выключателях два вида защиты - тепловую и электромагнитную.

Важным узлом любого автоматического выключателя является камера гашения дуги. При коротком замыкании образовывается дуга, и какое короткое время она не существовала бы, её действие отрицательно сказывается на общей надёжности автоматического выключателя и, следовательно, сроке его службы. Камера гашения дуги состоит из набора параллельных, изолированных друг от друга, металлических пластин. В ней дуга разбивается на последовательность множества маленьких дуг. Они сразу же гаснут из-за небольшой величины напряжения между соседними пластинами. Это классическая схема построения «искрогасителей».

Выбирая автоматический выключатель, следует чётко знать параметры, о которых мы говорили выше – номинальное напряжение, номинальный ток и тип автомата.

2.7.1 Выбор высоковольтной аппаратуры

Для выбора высоковольтной аппаратуры необходимо знать нагрузки на шинах подстанции, ток потребителей:

1) Выбор отделителей производится по номинальным параметрам тока и напряжения, по ударному и термическому току:

Uн> Up;

Iн> Iр;

iдин> i уд;

Iтер> I*√ tн/t;

где tн=1, 2 – время протекания токов короткого замыкания;

t=5-10 сек.

Для выбора оборудования и сравнения паспортных величин с расчетными составляют таблицу. Под таблицей записывают техническую характеристику выбранного аппарата, делают расшифровку.

2) Выбор короткозамыкателей, разъединителей и выключателей нагрузки производится аналогично отделителю.

3) Выбор масляных выключателей производится по номинальным параметрам тока и напряжения, по ударному и действующему току короткого замыкания, по значению термического тока, по мощности отключения.

4) Выбор высоковольтных предохранителей производится по номинальным параметрам тока и напряжения, по наибольшему типу тока, при отключение предельного тока короткого замыкания, по мощности отключения.

5) Выбор высоковольтных КРУ внутренней и наружной установки производится по номинальным параметрам:

Uн> Up;

Iн> Iр;

iдин> i уд;

Iтер> Iтер.р;

Выбираем выключатель на стороне 10 кВ:

Таблица 5

Из справочных данных выбираем масляный выключатель ВММ-10.

Выбираем отделитель на стороне 10 кВ:

Таблица 6

Из справочных данных выбираем отделитель ОД-35.

Выбираем короткозамыкатель на стороне 10 кВ:

Таблица 7

Из справочных данных выбираем короткозамыкатель КРН-35.

2.7.2 Выбор низковольтной аппаратуры

Автоматические выключатели (выключатели, автоматы) являются коммутационными электрическими аппаратами, предназначенными для проведения тока цепи в нормальных режимах и для автоматической защиты электрических сетей и оборудования от аварийных режимов (токов короткого замыкания, токов перегрузки, снижения или исчезновения напряжения, изменения направления тока, возникновения магнитного поля мощных генераторов в аварийных условиях и др.), а также для нечастой коммутации номинальных токов (6-30 раз в сутки).

Благодаря простоте, удобству, безопасности обслуживания и надежности защиты от токов короткого замыкания эти аппараты широко применяются в электрических установках малой и большой мощности.

Автоматические выключатели относятся к коммутационным аппаратам ручного управления, однако многие типы имеют электромагнитный или электродвигательный привод, что дает возможность управлять ими на расстоянии.

Автоматические выключатели подразделяются на:

1) Установочные автоматические выключатели имеют защитный изоляционный (пластмассовый) корпус и могут устанавливаться в общедоступных местах;

2) Универсальные - не имеют такого корпуса и предназначены для установки в распределительных устройствах;

3) Быстродействующие (собственное время срабатывания не превышает 5 мс);

4) Небыстродействующие (от 10 до 100 мс);

5) Селективные, имеющие регулируемое время срабатывания в зоне токов короткого замыкания;

6) Автоматы обратного тока, срабатывающие только при изменении направления тока в защищаемой цепи;

7) Поляризованные автоматы отключают цепь только при нарастании тока в прямом направлении, неполяризованные - при любом направлении тока.

Таблица 8 – Выбор автоматических выключателей

Магнитные пускатели предназначены, главным образом, для дистанционного управления трехфазными асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором, а именно:

1) Для пуска непосредственным подключением к сети и остановки (отключения) электродвигателя (нереверсивные пускатели),

2) Для пуска, остановки и реверса электродвигателя (реверсивные пускатели). Кроме этого, пускатели в исполнении с тепловым реле осуществляют также защиту управляемых электродвигателей от перегрузок недопустимой продолжительности.

Таблица 9 – Выбор магнитных пускателей

2.8 Выбор измерительных трансформаторов

Измерительные трансформаторы тока и напряжения предназначены для уменьшения первичных токов и напряжений до значений, наиболее удобных для подключения измерительных приборов, реле защиты, устройств автоматики. Применение измерительных трансформаторов обеспечивает безопасность работающих, так как цепи высшего и низшего напряжения разделены, а также позволяет унифицировать конструкцию приборов и реле.

По конструкции различают трехфазные и однофазные трансформаторы. Трехфазные трансформаторы напряжения применяются при напряжении до 18 кВ, однофазные — на любые напряжения. По типу изоляции трансформаторы могут быть сухими, масляными и с литой изоляцией.

Для обеспечения нормальной работы, измерительный трансформатор напряжения должен быть защищен от токов короткого замыкания со стороны нагрузки, поскольку они вызывают перегрев и повреждение изоляции обмоток ТН, а также приводят к возникновению короткого замыкания в самом трансформаторе. С этой целью во всех не заземленных проводах устанавливаются автоматические выключатели. Кроме этого во вторичных цепях трансформатора напряжения предусматривается установка рубильника, для создания видимого разрыва электрической цепи. Защита первичной обмотки от повреждений выполняется при помощи предохранителей.

2.8.1 Выбор и проверка трансформаторов тока

Выбор трансформаторов тока производится по номинальным параметрам тока и напряжения:

U1н > Uр;

I1р > Iр.шн.

Условие работы измерительного трансформатора тока в требуемом классе точности проверяется сравнением расчетной нагрузки и номинальной для данного класса точности:

Zн> Zp.

Сопротивление нагрузки на зажимах вторичной обмотки трансформатора тока рассчитывается по формулам в зависимости от схем соединения трансформатора тока.

Схема 4 - Схема однофазного короткого замыкания

1) Сопротивление соединительных проводов или контрольного кабеля по формуле:

Rпр=lрасч/Y*Sp, [Ом]

где lрасч – 2, 5-4 – расчетная длина соединительных проводов или кабеля;

Sp – сечение провода или кабеля;

Y – удельная проводимость (для меди – 57, для алюминия – 32).

2) Zp – полное сопротивление приборов, реле. Определяется в зависимости от количества включенных приборов и их мощности.

3) Определяется сопротивление нагрузки на вторичной обмотке трансформатора тока:

Zн=2*(Rпр+Zp)+Zпер, [Ом]

где Zн – переходное сопротивление контактов (Zпер=0, 05 Ом)

4) Из справочных данных выбирается трансформатор тока.

Производим выбор и проверку трансформатора тока:

1) Определяем сопротивление соединительных проводов:

Rпр=3/32*4=0, 02 Ом

2) Zp=0, 87 Ом

3) Определяем сопротивление нагрузки на вторичной обмотке трансформатора тока:

Zн=2*(0, 02+1, 74)+0, 05=3, 57 Ом

Таблица 10 – Приборы, устанавливаемые на подстанции

4) Из справочных данных выбираем трансформатор тока ТПЛК-10: с местной изоляцией для установки на плоских шинах

Таблица 11

2.8.2 Выбор и проверка трансформатора напряжения

Выбор трансформатора напряжения производится по номинальному напряжению цепи:

Uн> Uр.

К классу точности в зависимости от напряжения приборов, по роду установки.

Соответствие класса точности проверяется путем сопоставления номинальной нагрузки вторичной цепи с расчетной:

Sн2 > Sp2.

Вторичная нагрузка определяется по таблице, где указывается наименование, количество, потребление энергии, cos φ и другое, а также в таблице производится расчет активной и реактивной мощности приборов.

1) Определяем активную мощности приборов и реле:

Pпр=∑ P*cos φ, [Вт]

и реактивную мощность:

Qпр=Рпр*sin φ, [квар]

2) Определяем суммарную вторичную нагрузку ТН:

Sp2=√ ∑ Pпр2+∑ Qпр2, [кВ*А]

где ∑ Pпр – суммарная активная мощности приборов и реле;

∑ Qпр – суммарная реактивная мощность приборов и реле.

3) Из справочных данных выбираем трансформатор напряжения.

Производим выбор и проверку трансформатора напряжения:

1) Определяем активную приборов и реле:

Pпр=1, 5*0, 38=0, 57 Вт

и реактивную мощность:

Qпр=0, 57*0, 92=0, 52 квар

Расчеты других потребителей сведены в таблицу.

Таблица 12 – Приборы, установленные на подстанции

3) Определяем суммарную вторичную нагрузку трансформатора напряжения:

Sp2=√ 91, 522+16, 882=93, 06 В*А

4) Выбираем трансформатор напряжения НТМИ-10 3-фазный, масляный для контроля изоляции 10 кВ.

Таблица 13

Трансформатор будет надежно работать в выбранном классе точности.