Расчет токов короткого замыкания

6. Расчет токов короткого замыкания

Мощность короткого замыкания в месте присоединения линии, питающей главную понизительную подстанцию значительно больше мощности потребляемой предприятием, поэтому допускается принимать периодическую составляющую тока К.З. от энергосистемы неизменной во времени: I_к = I_n.o= I_n.t.

Для расчетов токов короткого замыкания составляется исходная электрическая схема, на которой показываются источники питания точек короткого замыкания, расчетные точки и токи между ними. Схема приведена на рисунке 6.1.

Рисунок 6.1 - Электрическая схема для расчета токов к.з.

Для выбора электрооборудования СЭС предприятия производим расчет токов К.З. в следующих точках:

К-1 и К-2 – в схеме внешнего электроснабжения;

К-3 – в распределительном устройстве напряжением 10 кВ ГПП;

К-4 – в электрической сети напряжением 0,4 кВ.

Расчет токов К.З. в точках К-1 и К-2 проводился в разделе «Технико-экономическое обоснование схемы внешнего электроснабжения предприятия».

К.З. в точке К1:

Uср=115 кВ; Iк1=Iпо=Int=25,1 кА

Iу=61,06 кА.

I_a.t = 4,81 кА.

Sк.ст=5000 МВ·А.

К.З. в точке К2:

Uср=115 кВ; Iк2=Iпо=Int=19,1 кА

Iу=45,91 кА.

I_a.t = 2,01 кА.

Sк.ст=3803,57 МВ·А.

Расчет токов к.з. в точке К-3.

Сопротивление трансформатора главной понизительной подстанции:

 о.е,

 о.е.

Сопротивление кабельных линий находим по формуле:

 Х_л = ; (6.1)

 о.е.

Сопротивление СД определяется по формуле:

 о.е,

Далее проведу распределение Хн.тр по лучам схемы:

  

Рисунок 6.2 - Электрическая схема замещения

Хс.эк = Хс+Хкл+Хв.тр = 0,2 + 0,06 + 0,53 = 0,79 о.е,

Хсд.эк = Хсд + Хкл +Хн.тр= 30+0,11+7,35=37,546 о.е,

о.е,

Коэффициенты:

о.е,

о.е,

о.е,

Результирующее сопротивление со стороны ЭС и СД:

о.е.

о.е.

о.е.

Определяю базисный ток:

Iб = , (6.2)

Iб = .

Токи по лучам:

кА.

кА.

кА.

Тогда периодическая составляющая тока к моменту t=0 будет

Iк3=Iс + Iсд + Iсд1=8,79 кА.

Принимаем постоянной в течение всего процесса замыкания.

 кА.

Все результаты расчетов приведены в таблице 6.1.

К.З. в точке К4

Расчет токов к.з. в установках до 1000 В производится в именованных единицах, при этом сопротивления всех элементов, входящих в схему замещения, ввиду малости их величин выражают в миллиомах (мОм).

Суммарное сопротивление системы до цехового трансформатора принимаем равным нулю.

Ток короткого замыкания в точке К-4 (периодическая составляющая принимается постоянной в течение всего процесса замыкания) определим по формуле:

где Uc,hom - среднее номинальное напряжение ступени.

r_s и х_ъ— суммарные активное и реактивное сопротивления короткозамкнутой цепи в состав которых входят:

г_т и х_т сопротивления трансформатора TM-1000; r_т=1,9 мОм, х_т=8,6 мОм (JI2, Таблица 2.50)

г_а и х_а сопротивления токовых катушек расцепителей автоматического выключателя ВА 53-39 при Iном=2500 А; г_а=0,13 мОм, х_а=0,07 мОм (Л2, Таблица 2.54)

r_к сопротивление контактов; r_к=0,03 мОм (Л2, Таблица 2.55)

 r_Σ = 1,9 + 0,13 + 0,03 = 2,06 мОм; х_Σ = 8,6 + 0,07 = 8,67 мОм.

 Подставим все найденные значения в формулу:

кА.

Определим ударный ток и наибольшее действующее значение тока к.з. в точке К-4, где Ку =1,6- ударный коэффициент (Л2 таблица 2.45)

 кА.

Все результаты расчетов приведены в таблице 6.1.

Таблица 6.1 - Мощность и токи коротких замыканий

Расчетная точка	Напряжение Uср расчетной точки, кВ	Токи, кА			Мощность к.з. ступени Sк.ст=∙Ucp∙Ino, MBA
		Iпо	Iпt	iу
К-1	115	25,1	25,1	61,06	5000
К-2	115	19,1	19,1	45,91	3803,57
К-3	10,5	8,79	8,79	20	159,92
К-4	0,4	25,92	25,92	56084	17,95

6.  Выбор электрооборудования системы электроснабжения предприятия 6.1 Выбор трансформаторов собственных нужд главной понизительной подстанции

Приемниками собственных нужд подстанции являются оперативные цепи, электродвигатели систем охлаждения трансформаторов, освещение, электроподогрев коммутационной аппаратуры ВН и шкафов, установленных на открытом воздухе, связь, сигнализация, система пожаротушения, система телемеханики и т.д. Мощность потребителей СН невелика, поэтому они присоединяются к сети 380/220 В, которая получает питание от понижающих трансформаторов.

Устанавливаем 2 трансформатора собственныъх нужд мощностью:

S_тсн = S_н.т ∙ 0,5%

S_тсн = 25000 ∙ 0,005 = 125 кВА.

Принимаем к установке ТМ-160/10, который присоединяется к шинам 10 кВ через предохранители, так как S_тсн < 200 кВА.

Ток предохранителя:

I_п =  А.

Устанавливаем предохранитель типа: ПКТ-101-20-31,5У3

6.2 Выбор типа распределительных устройств на низкой стороне главной понизительной подстанции, выключателей, трансформаторов тока и напряжения.

I. КРУ КЭ-10/20 комплектуется следующим оборудованием:

– выключатели серии VF

– разъединитель штепсельный РВР-10

– трансформаторы тока ТОЛ-10, ТЛК-10, ТШЛ-10

– трансформаторы напряжения ЗНОЛ.09, НОЛ.08

– трансформатор тока нулевой последовательности ТЗЛМ.

II. Выбор выключателей, установленных на вводе в комплектные распределительные устройства а также секционного выключателя.

Номинальный ток силового трансформатора:

А,

Максимальный (послеаварийный) ток силового трансформатора:

А,

Таблица 7.1 - Проверка выключателей 10 кВ

Расчётные данные		Условия выбора	Каталожные данные
			VF 12.12.20
U, кВ	10	Uуст < Uном	12
Iраб утяж, А	962,25	Iмах < Iном	1250
Iп,о=Iп,τ, А	8,79	Iпо < Iдин	20
Iуд, кА	20,00	Iуд < iдин	50
Iat, кА	0,62	Iа,τ < Iа ном	20,00
Bk, кА^2 ∙ с	44,85	Bк < Iтер^2∙tтер	1200

В качестве выключателей отходящих линий принимаем выключатели этого же типа.

III. Выбор трансформаторов тока на вводе в распределительное устройство 10 кВ главной понизительной подстанции.

Таблица 7.2 - Выбор трансформаторов тока

Расчётные данные		Условия выбора	Каталожные данные
			ТПШЛ-10-1000-0,5/10Р
U, кВ	10	Uуст < Uном	10
Iраб утяж, А	962,25	Iмах < Iном	1000
Iуд, кА	20,00	Iуд < iдин	128
Bk, кА^2 ∙ с	44,85	Bк < Iтер^2∙tтер	4900

Вторичная нагрузка ТТ: амперметр, ваттметр, расчетные счетчики активной и реактивной энергии.

Рисунок 7.1 -Схема вторичных токовых цепей трансформатора тока 10 кВ.

Проверку ТА по вторичной нагрузке проводим, пользуясь схемой включения и каталожными данными приборов. Определим нагрузку по фазам для наиболее загруженного трансформатора тока. Данные внесем в таблицу 7.3.

Таблица 7.3 - Нагрузка трансформаторов тока

Прибор	Тип	Потребляемая мощность, ВА
		фаза А	фаза В	фаза С
Амперметр	Э-335	0,5	-	-
Ваттметр	Д-335	0,5	-	0,5
Счетчик энергии	ЦЭ2727	4	-	4
ИТОГО:		5	-	4,5

Из таблицы 7.3 видно, что наиболее загружены трансформаторы тока фазы А, тогда общее сопротивление приборов:

 Ом.

Допустимое сопротивление проводов:

r_пров = z_2ном - r_приб - r_конт ,

где z_2ном = 0,8– для класса точности 0,5;

r_конт = 0,07 Ом – для трех приборов;

r_пров = 0,8 − 0,2 − 0,07 = 0,53 Ом.

Принимаем кабель с алюминиевыми жилами, ориентировочная длина которого 4 метра. Так как трансформаторы тока соединены в неполную звезду, значит , тогда сечение соединительных проводов:

q =  ,

q =  мм².

Правила устройства электроустановок регламентирует минимальное сечение для алюминиевых проводов 4 мм², поэтому принимаем контрольный кабель АКРВГ с жилами S = 4 мм².

Схема включения приборов, выбранных на секционном выключателе главной понизительной подстанции, представленной на рисунке 7.2.

 

Рисунок 7.2 - Схема цепей трансформатора тока секционного выключателя 10 кВ

Проверку ТА по вторичной нагрузке проводим, пользуясь схемой включения и каталожными данными приборов. Определим нагрузку по фазам для наиболее загруженного трансформатора тока. Данные приведены в таблице 7.4.

Таблица 7.4 - Нагрузка трансформаторов тока

Прибор	Тип	Кол-во	Потребляемая мощность, ВА
			фаза А	фаза В	фаза С
Амперметр	Э-335	1	0,5	-	-

Из таблицы 7.4 видно, что наиболее загружены трансформаторы тока А и В, тогда общее сопротивление приборов:

r_приб = Ом.

Допустимое сопротивление проводов:

r_пров =  r_приб − r_конт,

где = 0,8 – для класса точности 0,5;

 r_конт = 0,05 Ом – для одного прибора;

r_пров = 0,8 − 0,02 − 0,05 = 0,73 Ом.

Принимаем кабель с алюминиевыми жилами, ориентировочная длина которого 4 метра. Так как трансформаторы тока соединены в неполную звезду, значит l_расч = , тогда сечение соединительных проводов:

q = мм².

Правила устройства электроустановок регламентирует минимальное сечение для алюминиевых проводов 4 мм², поэтому принимаем контрольный кабель АКРВГ с жилами S = 4 мм².

IV. Трансформатор напряжения устанавливаем на каждую секцию сборных шин главной понизительной подстанции. Принимаем к установке 3×ЗНОЛ 09.10, с паспортными данными: U_ном = 10 кВ, S_2ном = 3×150 = 450 ВА, работающий в классе точности 1. К нему подключаются все измеритнльные приборы данной секции шин. Подсчет вторичной нагрузки приведен в таблице 7.5.

Таблица 7.5 - Нагрузка трансформаторов напряжения

Приборы		Тип	S одной обмотки ВА	Число обмоток	соsφ	sinφ	Число приборов	Общая потреб мощность
								Р, Вт	Q,ВА
Вольтметр	СШ	Э-35	2	1	1	0	2	4	−
Счетчик энергии	Ввод 10 кВ трансформатора	ЦЭ2727	4	2	0,38	0,925	1	8	19,47
Ваттметр		Д-335	1,5	2	1	0	1	3	-
Счетчик энергии	Линии 10 кВ	ЦЭ2727	4	2	0,38	0,925	6	48	116,8
ИТОГО								63	136,3

Вторичная нагрузка трансформатора напряжения:

S₂ =  ВА,

т.к. 150<450 , S₂ < S_2ном, т.е. трансформатор напряжения будет работать в заданном классе точности.

Для соединения трансформаторов напряжения с приборами принимаем контрольный кабель АКРВГ с жилами сечением 4 мм² по условию механической прочности. Трансформатор напряжения присоединяется к сборным шинам через предохранитель типа ПКН-001-10У3 и втычной разъединитель.

6.3 Выбор соединения силового трансформатора с КРУ - 10 кВ

Соединение может осуществляться гибким подвесным токопроводом, шинным мостом или закрытым комплектным токопроводом. Выбираем комплектный токопровод ТЗК-10-1600-51. Все расчетные и каталожные данные приведены в таблице 7.6.

Таблица 7.6 – Выбор комплектного токопровода

Расчетные данные	Каталожные данные ТЗК-10-1600
U=10kB	Uhom=10kB
Iмакс=962,25 А	Iном=1600А
iу=20 кА	iдин=51 кА

Выбор изоляторов не производим, т.к. они комплектны с токопроводом.

6.4 Выбор выключателей напряжением 10 кВ схемы внутреннего электроснабжения и соответствующих трансформаторов тока

Выбор выключателей напряжением 10 кВ схемы внутреннего электроснабжения, а также соответствующие трансформаторы тока приведены в таблице 7.7.

Таблица 7.7 - Выключатели 10 кВ

Кабельные линии	Uн, кВ	Iр, А	Iутяж, А	Iпо, кА	Iу, кА	Тип выключателя	Тип ТА
ГПП-ТП1	10	36,54	80,83	8,79	20,00	VF 12.08.16	ТЛК-10-100-0,5/10Р
ГПП-ТП3	10	129,97	202,07	8,79	20,00	VF 12.08.16	ТЛК-10-300-0,5/10Р
ГПП-ТП4	10	129,97	202,07	8,79	20,00	VF 12.08.16	ТЛК-10-300-0,5/10Р
ГПП-ТП5	10	130,04	202,07	8,79	20,00	VF 12.08.16	ТЛК-10-300-0,5/10Р
ГПП-ТП7	10	260,05	404,15	8,79	20,00	VF 12.08.16	ТЛК-10-450-0,5/10Р
ГПП-ТП9	10	130,03	202,07	8,79	20,00	VF 12.08.16	ТЛК-10-300-0,5/10Р

Расчетные и каталожные данные на выключатель приведены в таблице 7.8.

Таблица 7.8 -Проверка выключателей на отходящих линиях 10 кВ

Расчётные данные		Условия выбора	Каталожные данные
			VF 12.08.16
U, кВ	10	Uуст < Uном	12
Iраб утяж, А	404,15	Iмах < Iном	800
Iп,о=Iп,τ, А	8,79	Iпо < Iдин	16
Iуд, кА	20,00	Iуд < iдин	40
Iat, кА	0,62	Iа,τ < Iа ном	16,0
Bk, кА^2 ∙ с	44,85	Bк < Iтер^2∙tтер	768

  6.5 Выбор коммутационной аппаратуры на стороне высшего и низшего напряжения трансформаторных подстанций

В цеховых ТП применяем комплектные трансформаторные подстанции. КТП-630 и КТП-1000 комплектуются выключателями нагрузки типа ВНПу-10 с пружинным приводом со встроенными предохранителями ПК. Результаты выбора сводены в таблицу 7.9.

Таблица 7.9 - Выключатели нагрузки и предохранители

№ ТП	Uн, кВ	Iр, А	Iутяж, А	Iк, кА	Тип выключателя нагрузки	Тип предохранителя
ТП 1,2	10	34,75	80,83	8,79	ВНПу-10/100-10зУ3	ПН2-10-100-31,5У3
ТП 3,4	10	122,69	202,07	8,79	ВНПу-10/400-10зУ3	ПН2-10-400-31,5У3
ТП 5,6	10	122,69	202,07	8,79	ВНПу-10/400-10зУ3	ПН2-10-400-31,5У3
ТП 7,8,9,10	10	122,69	202,07	8,79	ВНПу-10/400-10зУ3	ПН2-10-400-31,5У3

 

По величине тока короткого замыкания в точке К-4 производится выбор только вводных выключателей, установленных на стороне низшего напряжения.

На стороне низшего напряжения цеховых трансформаторных подстанций выбираем автоматические выключатели для низковольтных распределительных устройств. Принимаем к установке распределительное устройство КТП общепромышленные (собственных нужд), представляющее собой трансформаторные подстанции внутренней (У3) установки c автоматическими выключателями серии "Электрон", предназначенные для приема электрической энергии трехфазного переменного тока частотой 50 гц, напряжением 10 кВ, преобразования в электроэнергию напряжением 0,4 кВ и ее распределения.

 Выбор оборудования низковольтных распределительных пунктов (0,4 кВ) осуществляется по токам нагрузки в нормальном и утяжеленном режимах. Результаты выбора сведены в таблицу 7.10.

Таблица 7.10 Выбор оборудования низковольтных распределительных пунктов

№ ТП, РПН	Место установки выключателя	Iр, А	Iутяж, А	Тип выключателя
КТП 1000-10/0,4	Вводной	1226,87	2020,73	Э25МВ; Iном = 2500 А; Iо = 65 кА
КТП 630-10/0,4	Вводной	772,93	1273,06	Э25МВ; Iном = 2500 А; Iо = 65 кА

6.6 Разработка принципиальной схемы электроснабжения прессового цеха 6.6.1  Выбор схемы питания 10 кВ

Питание цеховой подстанции осуществляем от двух ячеек на разных секциях шин РП – 10кВ по двум кабельным линиям (обусловлено требованиями надежности электроснабжения) по схеме блок трансформатор – магистраль с выключателями нагрузки на вводе. Такая схема обладает простотой, достаточной надежностью, позволяет быстро отключать трансформаторы и питающие линии. Защита питающих линий и трансформаторов от перегрузок и коротких замыканий обеспечивается двухступенчатой релейной защитой на РП-30, а применение выключателей нагрузки позволяет осуществить отключение трансформаторов при внутренних повреждениях посредством газовой защиты.

6.6.2 Выбор схемы распределения электроэнергии

В цехе используется магистральная схема распределения электроэнергии. На ее выбор повлияли следующие факторы: 1. Электроприемники расположены в цехе равномерно. 2. На машиностроительных заводах рекомендуется применять магистральные схемы распределения электроэнергии. Магистральную схему выполняем шинопроводами типа ШРА - 4, которые подключаются к шинам КТП посредством кабелей проложенных в каналах в полу или вдоль стен в монтажных лотках. Электроприемники запитываются непосредственно от шинопровода через автоматические выключатели поставляемые комплектно. Подключение выполнено проводом ПВ 3 в трубах в полу или кабелем ВВГ в каналах пола. Схема представляет собой 4 магистрали, от которых запитываются электроприемники. Группы мелких электроприемников подключаются к групповым силовым распределительным пунктам ШР1 – ШР4 запитанным от шинопровода. Размещение распределительных пунктов осуществляем исходя из минимальной длины кабельных линий, удобства подключения и обслуживания в период эксплуатации, а также возможности дальнейшего развития схемы. Сами распределительные пункты подключаются к шинопроводам посредством кабеля. Питание освещения осуществляется от 4 распределительных пунктов. Пункты подключены к шинам НН КТП кабелем ВВГ проложенным в каналах пола и по кабельным конструкциям.

6.6.3 Расчет нагрузок по отдельным узлам схемы

Расчет нагрузок по отдельным узлам схемы проводится аналогично расчету нагрузок отделений цеха (смотри пункт 1.1). Группы небольших по мощности силовых технологических приемников подключаем через силовые распределительные пункты ШР-1 – ШР-4. Расчетную нагрузку каждого пункта определяем по такой же методике, что и для участков цеха. Расчет сводим в таблицу 7.11.

Силовые пункты и остальные технологические приемники подключаем к распределительным шинопроводам и рассчитываем их расчетную нагрузку вышеизложенным методом.

Наиболее мощные приемники присоединяются кабелем непосредственно к ячейкам РУНН КТП.

Принимаю к установке магистральные шинопроводы типа ШМА 4 - 1250 - 44 - 1У3 на 1250 А ( ТУ 36.18.29.01 - 22 - 88 ) распределительные шинопроводы ШРА 4 - 250 - 32 - 1У3 и шкафы распределительные марки: ШР 11 Шкаф рассчитан на номинальные токи до 400 А и номинальное напряжение до 380 В с глухозаземленной нейтралью трехфазного переменного тока частотой 50 Гц и с защитой отходящих линий предохранителями НПН2-60 (до 63А), ПН2-100 (до 100 А), ПН2-250 (до 250 А), ПН2-400 (до 400А).