Определение расчётных схем и точки КЗ. Расчёт токов КЗ

6.2 Определение расчётных схем и точки КЗ. Расчёт токов КЗ

Для выбора электрооборудования, аппаратов, шин, кабелей необходимо знать токи КЗ.

Общая электрическая схема замещения.

В схеме сопротивление имеем дробное значение, где числитель–номер сопротивления, знаменатель–численное значение сопротивления.

Значение Е_*²-ЭДС источника в относительных единицах.

Связь с энергосистемой осуществляется по схеме «блок генератор–трансформатор» через ОРУ–110 кВ с двумя рабочими и обходной системами шин. На генераторном напряжении установлены выключатели генераторного напряжения 10.5 кВ.

Результирующая индуктивное сопротивление энергосистемы, включая эквивалентное сопротивление главной схемы АТЭЦ-2, по данным «Алматыэнерго»: х_РЕЗ = 2.591 Ом; r_РЕЗ = 0.214 Ом, т.е. х_СИСТ = 4.97 Ом.

Расчет выполнен в относительных единицах.

Принимаем:

а) базовая мощность S_Б=1000 МВ*А

б) базовый ток

в) базовое напряжение для К1 U_СР=115 кВ

Сопротивления генераторов G1, G2, G3:

х₁ = х₂ = х₃ = х²_d*(ном) *Ом.

где – х²_d- относительное сверхпереходное индуктивное сопротивление по продольной оси.

Сопротивление генератора G4:

х₄=Ом.

Сопротивления генераторов G5, G6:

х₅=х₆=Ом.

Сопротивления трансформаторов 1GT, 2GT, 3GT, 5GT, 6GT:

х₇ = х₈ = х₉ = х₁₁ = х₁₂ = Ом.

Сопротивление трансформатора 4GT:

Х₁₀=Ом.

Сопротивление энергосистемы: х_с=4,97 Ом, в относительных единицах:

х_*С=, в именованных:

тогда , отсюда в относительных единицах

х_*С=,

где S_К–мощность КЗ энергосистемы, МВ*А.

Сворачиваем схему замещения относительно точки КЗ (К1):

Х₁₄ = (х₁ + х₇) // (х₂ + х₈) // (х₃ + х₉) =

=

Т.к. (х₁ + х₇) = (х₂ + х₈) = (х₃ + х₉)

То х₁₄ =

Результирующее сопротивление цепи генератора G4:

х₁₅=х₄+х₁₀=1,86+1,33=3,19 Ом.

Результирующее сопротивление цепи генераторов G5 и G6:

Х₁₆=(х₅+х₁₁)/(х₆+х₁₂); т.к. (х_{5 +} х₁₁)=(х_{6 +} х₁₂), то

Х₁₆=0,5*(х_{5 +} х₁₁)=0,5*(1,37+0,86)=1,12 Ом.

Результирующее сопротивление ветви энергосистемы (шин неизменного напряжения) х_С=0,38 Ом (знак * опущен здесь и далее).

Начальное значение периодической составляющей тока КЗ:

I_ПО=

Значения токов по ветвям генераторов G1, G2, G3:

I_ПО=

Генератора G4:

I_ПО=

Генераторов G5, G6:

I_ПО=

Энергосистемы:

I_ПО=

Суммарный ток периодической составляющей КЗ в точке К1 в начальный момент времени:

I_{ПО К1}=7,09+1,70+5,06+13,21=27,06 кА

Ударный ток (i_у)

Максимальное мгновенное значение полного тока наступает обычно через 0,01с после начала процесса КЗ. Относительное название ударного тока, обозначается (i_у) и определяется для момента времени t=0,01с.

i_у =I_ПТ+I_пм*(1+ или i_у =I_пм*К_У т.к.

I_пм=I_ПО*=I_ПТ*=const

Тогда, I_у=К_У*I_ПТ*=К_У*I_ПО*, кА,

где К_У = (1+ - ударный коэффициент затухания апериодической составляющей, зависящий от постоянной времени КЗ (Т_а).

I_ПТ–значение периодической составляющей в любой момент времени.

I_пм–амплитудное значение периодической составляющей тока КЗ.

Т_а =-постоянная времени тока КЗ.

Для упрощения расчётов воспользуемся средними значениями Т_а и К_У и определим ударные токи по ветвям:

а) генераторов G1, G2, G3 (блоки турбогенератор–повышающий трансформатор при мощности генераторов 100-200 МВт, Т_а=0,26с, К_У=1,965).

i_у=1,965*7,09*=19,70 кА

б) генераторы G4 (блок турбогенератор 60 МВт–повышающий трансформатор на стороне ВМ при U_ГЕН=10,5 кВ, Т_а=0,15с, К_У=1,935).

i_у=1,935*1,70*=4,65 кА

в) генераторов G5 и G6 (Т_а=0,26с, К_У=1,965).

i_у=1,965*5,06*=14,06 кА

г) энергосистемы (Т_а=0,025с, К_У=1,662).

i_у=1,662*13,21*=31,04 кА

Суммарный ударный ток трёхфазного КЗ в точке К1:

i_{у К 1}=19,70+4,65+14,06+31,04=69,45 кА

апериодическая составляющая тока КЗ в точке К1:

где t -время отключения КЗ, определяется по времени действия основных релейных защит (t_РЗ) и полному времени отключения (t_ОТК.В)

Для выключателей ОРУ–110кВ t_ОТК.В=0,08с. Так как расчёт ведём по максимальному значению тока КЗ (I_ПТ = max) то t_РЗ=0,01с, тогда

t=t_ОТК =t_ОТК.В+t_РЗ=0,01+0,08=0,09 с.

Апериодическая составляющая тока КЗ от:

а) генераторов G1, G2, G3 (Т_а=0,26с).

б) генераторы G4 (Т_а=0,15с).

в) генераторов G5 и G6 (Т_а=0,26с).

г) энергосистемы (Т_а=0,025с).

суммарное значение:

i_аt=7,093+1,320+5,062+5,100=18,575 кА

Периодическая составляющая тока КЗ в любой момент времени в точке К1:

а) генераторов G1, G2, G3:

I_ПОГ =7,09 кА, I_НОМ¢=

по кривым имеем , а следовательно

I_Пt=0,875*I_ПО=0,875*7,09=6,20 кА

б) генератор G4

I_ПО =1,70кА,

I_НОМ¢

 отсюда имеем

, а следовательно

I_Пt=0,83*I_ПО=0,83*1,70=1,41 кА

в) генераторов G5 и G6.

I_ПО =5,06кА,

I_НОМ¢=

отсюда имеем , а следовательно

I_Пt=0,86*I_ПО=0,86*5,06=4,35 кА

г) энергосистемы: (ток поступающий от шин неизменного напряжения принимается неизменным во времени)

I_Пt=I_ПО=13,21 кА

Суммарное значение периодической составляющей тока КЗ в точке К1 для момента времени: t=t=0,09 c

I_Пt=6,20+1,41+4,35+13,21=25,17 кА

Импульс квадратичного тока КЗ (для оценки термической стойкости оборудования)

В_К = I_ПО² * (t_ОТК+Т_а) = 27,06² * (0,17 + 0,14) = 227 кА²*с, где

I_{ПО К1} = 27,06 кА, t_ОТК = t_РЗ + t_ОТК.В = 0,17 с, Т_а = 0,14 с

Значения расчетных токов КЗ сведем в таблицу.

Сводная таблица токов КЗ