Расчет системы электроснабжения с напряжением сети 1 кВ и ниже

Техническое задание на выполнение курсовой работы.

Необходимо рассчитать токи КЗ в сети 0.4 кВ собственных нужд электростанции. Расчет выполняется для поверки отключающей способности автоматических выключателей, проверки кабельных линий на термическую стойкость, а также для выбора установок токовых катушек автоматических выключателей и проверки их чувствительности.

С этой целью выполняют расчеты металлических и дуговых КЗ – трехфазных, двухфазных и однофазных.

Расчетная схема представлена на рисунке:

Система

6.3 кВ

ТТ1

Т1

Ш1

АВ1

К1 РУ-0.4 кВ

АВ2

КЛ1 К2 вторичная силовая обмотка

Расчет выполняется в именованных единицах, сопротивления расчетной схемы приводятся к напряжению 0.4 кВ и выражаются в миллиомах. Параметры элементов расчетной схемы приводятся в таблицах приложения 1. Расчеты выполняются в соответствии с методикой, рекомендованной ГОСТ 28249-93 на расчеты токов КЗ в сетях с напряжением до 0.4 кВ.

Короткие замыкания рассчитываются на шинах 0.4 кВ РУ (точка К1) и на вторичной силовой сборке за кабелем КЛ1 (точка К2).

В данном примере расчеты дуговых КЗ выполняются с использованием понижающего коэффициента Кс, поэтому переходные сопротивления контактов, контактных соединений кабелей и шинопроводов в расчетных выражениях для определения суммарного активного сопротивления R не учитываются, эти сопротивления учтены при построении характеристик зависимости коэффициента Кс от полного суммарного сопротивления до места КЗ.

Параметры расчетной схемы.

Система.

Мощность короткого замыкания

Sк = 400 мВА , UН ВН = 6.3 кВ.

Трансформатор Т1.

ТСН-250-6,3/0,4 ; схема соединения обмоток /0

SН = 250 кВА,

UН ВН = 6.3 кВ, UН НН = 0.4 кВ,

Uк = 5.5 %.

Сопротивления трансформатора, приведенные к UН НН = 0.4 кВ, определяются по таблице 1 Приложения 1:

R1 = R2 = R0 = 9.7 мОм,

X1 = X2 = X0 = 33.8 мОм.

Шинопровод Ш1.

ШМА-4-1250, длина 40 м.

Удельные параметры шинопровода по данным таблицы 11

Приложения 1:

Прямая последовательность:

R1уд = 0.034 мОм/м

X1уд = 0.016 мОм/м

Нулевая последовательность:

R0уд = 0.054 мОм/м

X0уд = 0.053 мОм/м

Трансформаторы тока ТТ1.

Удельные параметры трансформатора тока по данным таблицы 14 Приложения 1:

КТТ = 150/5,

R1 = R0 = 0.33 мОм,

X1 = X0 = 0.3 мОм.

Кабельная линия КЛ1.

АВВГ – (3185 + 170),

L = 50 м.

Удельные параметры кабеля по данным таблицы 7Приложения 1:

Прямая последовательность:

R1уд = 0.208 мОм/м

X1уд = 0.063 мОм/м

Нулевая последовательность:

R0уд = 0.989 мОм/м

X0уд = 0.244 мОм/м

Автоматический выключатель АВ1.

Тип «Электрон», IH = 1600A.

Из таблицы13 Приложение 1 определяем сопротивления катушек АВ1:

RКВ = 0.14 мОм/м,

XКВ = 0.08 мОм/м.

Автоматический выключатель АВ2.

Тип А3794С, IH = 400A.

Из таблицы13 Приложение 1 определяем сопротивления катушек АВ2:

RКВ = 0.65 мОм/м,

XКВ = 0.17 мОм/м.

Расчет параметров схемы замещения.

Все сопротивления расчетной схемы приводятся к Uбаз = 0.4 кВ.

Система.

Сопротивление системы учитывается индуктивным сопротивлением в схеме замещения прямой последовательности.

Xcэ = Uн нн ² 10³ / Sк = 0.4 ² 10³ /400 = 0.4 мОм

Трансформатор.

Для трансформатора со схемой соединения обмоток /0 активные и индуктивные сопротивления обмоток одинаковы для всех трех последовательностей.

R1т = R2т = R0т = 9.7 мОм,

X1т = X2т = X0т = 33.8 мОм.

Шинопровод Ш1.

Сопротивление шинопровода Ш1 определяем по известным удельным сопротивлениям шинопровода и его длине:

R1ш = R2ш = 0.034 40 = 1.36 мОм

X1ш = X2ш =0.016 40 = 0.64 мОм

R0ш = 0.054 40 = 2.16 мОм

X0ш = 0.053 40 = 2.12 мОм

Кабельная линия КЛ1.

Сопротивление линии КЛ1 определяем по известным удельным сопротивлениям кабеля и его длине:

R1кл = R2кл = 0.208  50 = 10.4 мОм

X1кл = X2кл = 0.063  50 = 3.15 мОм

R0кл = 0.989  50 = 49.45 мОм

X0кл = 0.244  50 = 12.2 мОм

Схема замещения прямой (обратной) последовательности представлена на рис.1, схема замещения нулевой последовательности – на рис.2.

Схема замещения прямой (обратной) последовательности:

Хс = 0.4 мОм

Rтт = 0.33мОм

Xтт = 0.3 мОм

Rт = 9.7 мОм

Xт = 33.8 мОм

Rш1 = 1.36 мОм

Xш1 = 0.64 мОм

Rкв1 = 0.14 мОм

Xкв2 = 0.08 мОм

К1

Rкв2 = 0.65 мОм

Xкв2 = 0.17 мОм

Rкл1 = 10.4 мОм

Xкл1 = 3.15 мОм

К2

Схема замещения нулевой последовательности:

Rот = 9.7 мОм

Хот = 33.8 мОм

Rош1 = 2.16 мОм

Хош1 = 2.12 мОм

Rокв1 = 0.14 мОм

Хокв1 = 0.08 мОм

К1

Rокв2 = 0.65 мОм

Хокв2 = 0.17 мОм

Rокл1 = 49.45 мОм

Хокл1 = 12.2 мОм

К2

Расчет токов короткого замыкания для точки К1.

Трехфазное КЗ.

Ток металлического трехфазного КЗ I⁽³⁾_{К М} определяется по формуле:

I⁽³⁾_{К М} = U_{H HH} / (3  Z⁽³⁾_) = U_{H HH} / (3  R² _1 + X² _1)

По схеме замещения прямой последовательности суммарные сопротивления R_1 и X_1 определяем арифметическим суммированием сопротивлений до точки КЗ.

R_1 = 0.33 + 9.7 + 1.36 + 0.14 = 11.53 мОм

X_1 = 0.4 + 0.3 + 33.8 + 0.64 + 0.08 = 35.22 мОм

Полное суммарное сопротивление до точки К1

Z⁽³⁾_ = 11.53² + 35.22² = 37.06 мОм

Ток трехфазного металлического КЗ:

I⁽³⁾_{К М} = 400/ (3 37.06) = 6.23 кА

Ток трехфазного дугового КЗ определяем с использованием снижающего коэффициента Кс. Кривые зависимости коэффициента Кс от суммарного сопротивления до места КЗ построены для начального момента КЗ (кривая 1) и установившегося КЗ (кривая 2).

Расчеты показываю, что разница в значениях токов дуговых КЗ для разных моментов времени незначительна, примерно составляет 10%. Поэтому можно для практических расчетов дуговых КЗ определить ток по минимальному снижающему коэффициенту Кс2 (кривая 2), полагая, что ток в процессе дугового КЗ практически не изменяется. В данном случае расчет дуговых КЗ производится с использование обоих характеристик, т.е. определяются и Кс1 и Кс2.

Расчет дугового трехфазного КЗ выполняется в следующем порядке:

1.Определяются значения снижающего коэффициента для начального момента КЗ (Кс1 ) и для установившегося КЗ (Кс2 ) .

При Z⁽³⁾_ = 37.06 мОм Кс1 = 0.76, а Кс2 = 0.68.

2. Ток трехфазного дугового КЗ определяется по формуле

I⁽³⁾_{К Д} = I⁽³⁾_{К М}  Кс

I⁽³⁾_{К Д} = 6.23  0.76 = 4.73 кА tкз  0

I⁽³⁾_КД= 6.23  0.68 = 4.24 кА tкз > 0.05 c

Ударный ток КЗ определяем по формуле:

i_Y = KY2 I⁽³⁾_{К М}

Ударный коэффициент KY определяем по характеристике.

Находим отношение Х⁽³⁾_/R⁽³⁾_ = 35.22 / 11.53 = 3.05.

Этому отношению соответствует KY = 1.3

Определяем i_Y = 1.32  6.23 = 11.45 кА

Двухфазное КЗ.

Ток металлического двухфазного КЗ I⁽²⁾_{К М} определяется по формуле:

I⁽²⁾_{К М} = U_{H HH} / (3  Z⁽²⁾_) = 0.865 I⁽³⁾_{К М}

Полное суммарное сопротивление до точки К1 при двухфазном КЗ определяется по формуле

Z⁽²⁾_ =(2/3)  R² _1 + X² _1 , мОм

Z⁽²⁾_ =(2/3) 11.53² + 35.22² = 42.79 мОм

Определим ток двухфазного металлического КЗ:

I⁽²⁾_{К М} = 400/ (3 42.79) = 5.39 кА

Проверяем I⁽²⁾_{К М} = 0.865 I⁽³⁾_{К М} = 0.865  6.23 = 5.39 кА.

Расчет дугового двухфазного КЗ:

Определяем коэффициенты Кс1 и Кс2

Z⁽²⁾_ = 42.79 мОм Кс1 = 0.79, а Кс2 = 0.71

Определим ток двухфазного дугового КЗ:

I⁽²⁾_{К Д} = 5.39  0.79 = 4.26 кА tкз  0

I⁽²⁾_{К Д} = 5.39  0.71 = 3.83 кА tкз > 0.05 c

Однофазное КЗ.

Ток металлического однофазного КЗ I⁽¹⁾_{К М} определяется по формуле:

I⁽¹⁾_{К М} = U_{H HH} / (3  Z⁽¹⁾_)

Полное суммарное сопротивление до точки К1 при однофазном КЗ определяется по формуле

Z⁽¹⁾_ = (1/3)  ( 2R _1 + R_0 )² + (2X _1 +X_0,)²

Предварительно определяем суммарные активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности до токи К1 из схемы замещения:

R_0 = 9.7 + 2.16 + 0.14 = 12 мОм

X_0 = 33.8 + 2.12 + 0.08 = 36 мОм

Определяем полное суммарное сопротивление цепи для однофазного КЗ:

Z⁽¹⁾_ = (1/3)  ( 211.53 + 12 )² + (235.22 + 36)² = 37.36 мОм

Определим ток однофазного металлического КЗ:

I⁽¹⁾_{К М} = 400/ (3 37.36) = 6.18 кА

Расчет дугового однофазного КЗ:

Определяем коэффициенты Кс1 и Кс2

Z⁽¹⁾_ = 37.36 мОм Кс1 = 0.76, а Кс2 = 0.68.

Определим ток однофазного дугового КЗ:

I⁽¹⁾_{К Д} = 6.18  0.76 = 4.7 кА tкз  0

I⁽¹⁾_{К Д} = 6.18  0.68 = 4.2 кА tкз > 0.05 c

Расчет токов короткого замыкания для точки К2.

Трехфазное КЗ.

Определяем суммарные активное и индуктивное сопротивления до токи К2 из схемы замещения:

R_1 = 0.33 + 9.7 + 1.36 + 0.14 +0.65 + 48 = 22.58 мОм

X_1 = 1.6 + 0.3 + 33.8 + 0.64 + 0.08 + 0.17 + 3.15 = 39.74 мОм

Суммарное сопротивление:

Z⁽³⁾_ = 22.58² + 39.74² = 45.71 мОм

Ток трехфазного металлического КЗ:

I⁽³⁾_{К М} = 400/ (3 45.71) = 5.05 кА

Определяем токи дугового КЗ:

Определяются значения снижающего коэффициента для начального момента КЗ (Кс1 ) и для установившегося КЗ (Кс2 ) .

При Z⁽³⁾ _К = 45.71 мОм Кс1 = 0.79, а Кс2 = 0.7.

Ток трехфазного дугового КЗ определяется по формуле

I⁽³⁾_{К Д} = I⁽³⁾_{К М}  Кс

I⁽³⁾_{К Д} = 5.05  0.79 = 3.99 кА tкз  0

I⁽³⁾_КД= 5.05  0.7 = 3.54 кА tкз > 0,05 c

Ударный ток КЗ определяем по формуле:

i_Y = KY2 I⁽³⁾_{К М}

Ударный коэффициент KY определяем по характеристике.

Находим отношение Х_1/R_1 = 39.74 / 22.58 = 1.76

Этому отношению соответствует KY = 1.15

Определяем i_Y = 1.15 2 5.05 = 8.21 кА

Двухфазное КЗ.

Для расчета двухфазного КЗ в точке К2 определяем следующие величины.

Полное суммарное сопротивление до точки КЗ определяется по формуле

Z⁽²⁾_ =(2/3)  R² _1 + X² _1 , мОм

Z⁽²⁾_ =(2/3)  Z⁽³⁾_ = 52.78 мОм

Определим ток двухфазного металлического КЗ:

I⁽²⁾_{К М} = 400/ (3 52.78) = 4.38 кА

Определяем токи дугового КЗ:

Определяем коэффициенты Кс1 и Кс2

Z⁽²⁾_ =52.78 мОм Кс1 = 0,81, а Кс2 = 0,73

Определим ток двухфазного дугового КЗ

I⁽²⁾_{К Д} = 4.38  0.81 = 3.55 кА tкз  0

I⁽²⁾_{К Д} = 4.38  0.73 = 3.2 кА tкз > 0.05 c

Однофазное КЗ.

Для расчета однофазного КЗ в точке К2 определяем следующие величины.

Определяем суммарные активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности до токи К2 из схемы замещения нулевой последовательности:

R_0 = 2.7 + 2.16 + 0.14 + 0.65 + 49.45 = 62.1 мОм

X_0 = 33.8 + 2.12 + 0.08 + 0.17 + 12.2 = 48.37 мОм

Определяем полное суммарное сопротивление цепи для однофазного КЗ:

Z⁽¹⁾_ = (1/3)  ( 222.58 + 62.1 )² + (239.74 + 48.37)² = 55.63 мОм

Определим ток однофазного металлического КЗ:

I⁽¹⁾_{К М} = 400/ (3 55.63) = 4.15 кА

Расчет дугового однофазного КЗ:

Определяем коэффициенты Кс1 и Кс2

Z⁽¹⁾_ =55.63 мОм Кс1 = 0.81 ; Кс2 = 0.72

Определим ток однофазного дугового КЗ:

I⁽¹⁾_{К Д} = 4.15  0.81 = 3.36 кА tкз  0

I⁽¹⁾_{К Д} = 4.15  0.72 = 2.99 кА tкз > 0.05 c

Результаты расчетов токов КЗ.