2.5. Расчет токов короткого замыкания.

Sс= 190МВА

Х_*С=1,4

Sтр=6.3МВА Uкз%=10,5%

ℓ=0,7км Х_О=0,07Ом/км R_o=2.08 Ом/км

Sтр=400кВА ∆Рм=5,5кВт Uкз%=4,5%

Расчет токов К.З. производится для выбора аппаратов и проводников. Для расчета токов К.З. на однолинейной схеме электроснабжения выбираются точки К.З. с таким расчетом, чтобы по величинам токов К.З. можно было выбрать и проверить всю аппаратуру с высокой и низкой стороны.

Расчет токов К.З. ведем в последовательности:

• Вычерчиваем схему замещения с указанием точек К.З. На схеме обозначаем все активные и индуктивные сопротивления отдельных элементов.

• Задаемся базисной мощностью. Если дана мощность системы, то за базисное напряжение принимается напряжение той ступени, где находится напряжение увеличенное на 5%.

• Находим отдельные сопротивления, в отдельных единицах, приведенных к базисной мощности по формулам:

• Сопротивление кабельных и воздушных линий:

х=х_о·ℓ·Sб/Uб² (27)

r=r_o·Sб/Uб² (28)

где: х_о и r_о- из таблицы 4 [Ом/км]

ℓ-длина линии [км]

Sб-базисная мощность [МВА]

Uб- базисное напряжение [кВ]

• Сопротивление заводских трансформаторов и цеховых мощностью 630кВА и более (когда не учитывается):

х= х=Uк.з.%/100*Sб/Sн

где: Uк.з.%- из каталога в зависимости от мощности трансформатора.

Sн- номинальная мощность трансформатора [МВА]

• Сопротивление цеховых мощностью меньше 630кВА.

х=√ (Uк.з.²-r_*²)* Sб/ Sн (30)

где: Uк.з.= Uк.з.%/100

r_*=∆Рм/ Sн

где: ∆Рм- потери в меди трансформатора [кВА]

Sн- номинальная мощность тр-ра [кВА]

r=r_*· Sб/ Sн

• Определяем базисный ток (для каждой точки К.З.)

Iб= Sб/(√3·Uб) [кА] (31)

• Определяем результирующее сопротивление до каждой точки К.З. При этом активные и индуктивные сопротивления суммируем отдельно:

Если ∑r<∑x/3- то ∑r не учитывается.

Если ∑r>∑x/3- то ∑r учитывается и тогда определяется полное сопротивление:

Z=√ ∑х²+ ∑r² [Ом] (32)

• Находим токи и мощность К.З. для каждой точки.

• Начальное значение тока К.З:

I"=Iб/ ∑хили I"=Iб/ Z [кА] (33)

б) Ударный ток:

i_УД=Куд·√2· I" [кА] (34)

в) Действующее значение ударного тока:

Iуд= I"·√1+2·(Куд-1)² [кА] (35)

Значение ударного коэффициента Куд принимается:

На шинах электростанций - 1,9

На установках выше 1000В

(когда r не учитывается) - 1,8

На установках выше 1000В

(когда r учитывается) - по графику в зависимости r/х

в пределах - 1,3-1,8

На низшей стороне трансформатора:

630-1000кВА - 1,3

100-400кВА - 1,2

г) Мощность тока К.З.

Sк.з.=√3· I"·Uн [МВА] (36)

д) Установившийся ток К.З. определяют:

если ∑х или Z>3, то принимается I"=I_К=I∞ [кА]

если ∑х или Z<3, то принимается I∞=К∞· Iб [кА]

где: К∞- кратность установившегося тока К.З. определяется по кривым или по таблице:

Сопротивление до т. К.З.	0,2	0,4	0,6	0,8	1	1,5	2	2,5	3
Кратность тока К∞	2,5	2,05	1,65	1,36	1,15	0,74	0,54	0,44	0,35

Данные по токам К.З. сводим в таблицу 6

Расчет

За базисную мощность принимаем мощность системы:

Sб=Sс=190МВА

Определяем сопротивление:

Заводского трансформатора:

х₂=Uк.з.%/100·Sб/Sн=10,5/100·190/6,3=3,2

Кабельной линии:

х₃=х_о·ℓ·Sб/Uб²=0,07·0,7·190/10,5²=0,08

r₃=r_o· Sб/Uб²=2,08·0,7·190/10,5²=2,51

Цехового трансформатора:

r_*=∆Рм/ Sн=5,5/400=0,013

Uк.з.= Uк.з.%/100=4,5/100=0,045

х₄=√ (Uк.з.²-r_*²)* Sб/ Sн=√(0,045²-0,013²)*190/0,4=20,46

r₄=r_*· Sб/ Sн=0,013·190/0,4=6,175

Определяем суммарное сопротивление для т.К₁

∑х₁=х₁+х₂+х₃=1,4+3,2+0,08=4,68

∑r₁= r₃=2,51

проверим ∑r>∑x/3 2,51>4,68/3

- активное сопротивление учитывается.

Z₁=√ ∑х²+ ∑r² =√4,68²+2,51² =5,3

Находим токи К.З. для т.К₁.

Iб₁=Sб/(√3·Uб)=190/(1,73·10,5)=10,5кА

I"₁=Iб₁/ Z₁=10,5/5,3=2кА

∑х₁/ ∑r₁=4,68/2,51=1,86 Куд₁=1,15

i_УД1=Куд₁·√2· I"₁=1,15·2·1,41=3,2кА

Iуд₁= I"·√1+2·(Куд₁-1)²=2·√1+2·(1,15-1)²=2кА

Sк.з.₁=√3· I"·Uн=1,73·2·10=34,6МВА

Т.к ∑ Z₁˃3, I=Iк=I”=2кА

Определяем суммарное сопротивление для т.К₂

∑х₂=∑х₁+х₄=4,68+20,46=25,14

∑r₂=∑r₁+r₄=2,51+6,175=8,68

проверим ∑r>∑x/3 8,68>25,14/3

- активное сопр. учитывается.

Z₂=√ ∑х²+ ∑r² =√25,14²+8,68² =26,6

Находим токи К.З. для т.К₂.

Iб₂=Sб/(√3·Uб)=190/(1,73·0,4)=274,6кА

I"₂=Iб₂/ Z₂=274,6/26,6=10,32кА

∑х₂/ ∑r₂=24,15/8,68=2,78 Куд₂=1,34 (рис 3.2)

i_УД2=Куд₂·√2· I"₂=1,34·1,41·10,32=20кА

Iуд₂= I"₂·√1+2·(Куд-1)²=10,32·√1+2·(1,34-1)²=11,45кА

Sк.з.₂=√3· I"·Uн=1,73·10,32·0,38=6,78МВА

I"₂=I_К2=I∞₂=10,32кА т.к. Z₂>3.

Таблица 6 Расчет токов КЗ

т.К.З.	Z	Iб, кА	I", кА	Куд	iУД, кА	Iуд, кА	I∞, кА	Sк.з, МВА
К1	5,3	10,5	2	1,15	3,2	2	2	34,6
К2	26,6	274,6	10,32	1,34	20	11,45	10,32	6,78

2.6. Выбор и проверка аппаратуры и токоведущих частей с высокой и низкой стороны.

Токоведущие части и все виды аппаратов, выбираемые для электроустановок - должны соответствовать условиям окружающей среды по месту их установки.

Номинальные параметры (ток, напряжение, мощность отключения и т.д.) должны соответствовать вычисленным максимальным величинам в нормальном режиме и в режиме К.З. Для масляных выключателей, выключателей нагрузки, разъединителей, предохранителей, рубильников и автоматов составляется таблицы.

В выбор аппаратуры входят:

Выбор шин РУ.

Производится на стороне НН - при наличии РУ на подстанции. Т.к. длина шин незначительна, то шины выбираются по условиям нагрева и проверяются на механическую прочность при К.З.

В начале определяют ток трансформатора:

I=Sн/(√3·Uн) [A] (37)

где: Sн- номинальная мощность цехового тр-ра [кВт]

Uн- номинальное напряжение.

По этому ток выбирается сечение шины. Для выбора сечения находят r_o и х_о.

Расчетная напряженность в металле шин с учетом токов К.З определяют по формуле:

Gрасч=1,76·10^-3·ℓ²·iуд²/(а·W) [кг/см²] (38)

где: iуд- ударный ток К.З. в данной точке (К₂) [кА]

ℓ- длина пролета между креплениями [см]. Обычно

ℓ=120-200см. Принимаем ℓ=150см.

а- расстояние между фазами. Принимается а=30см.

W- момент сопротивления шин [см³]. Определяется:

а) для шин, уложенных на ребро:

W=b²*h/6 [см³] (39)

б) для шин, уложенных плашмя:

W=b·h²/6 [см³] (40)

Должно соблюдаться условие: Gрасч<Gдоп

Для медных шин МТ - Gдоп=1400кг/см³

Для алюминиевых шин АТ - Gдоп=700кг/см³

Выбор изоляторов:

Производится при наличии шин в РУ. Изоляторы выбираются по Uн и проверяется на механическую прочность при К.З. Расчетная нагрузка на опорные изоляторы при К.З:

Fрасч=1,76·10^-2·ℓ·iуд²/а [кг] (41)

Должно соблюдаться условие: Fрасч≤0,6·Fразр

где: Fразр- разрушающее усилие на изолятор при изгибе.

Проверка кабелей.

Кабели и шины, выбранные ранее (от заводской подстанции до цеховой) проверяются на термическую при К.З. Проверка производится по таблицам или по формуле:

Smin=I∞/с·√tп [мм²] (42)

где: I∞- установившийся ток К.З. для данной точки (К₁)

с- коэф., принимаемый для алюминия- 85

tп- приведенное время, определяется по кривой в зависимости от действительного времени К.З. t (по заданию) и β", где β"=I"/ I∞

Должно соблюдаться условие: Smin≤ S

где: S- ранее выбранное сечение кабеля

Если условие не соблюдается, то следует увеличить сечение. Также можно уменьшить время К.З., т.е. применить выключатели и защиту с меньшим временем срабатывания.

Выбор разъединителей.

Разъединители выбираются по каталогу по месту установки. Должны соблюдаться условия:

iуд≤Iампл

Iуд≤Iэфф

Выбор предохранителей В.В.

Выбираются по каталогу в зависимости от места установки.

Должны соблюдаться условия:

Iрасч≤Iн

U≤Uн

I"≤ Iоткл

Написать тип выбранного предохранителя.

Выбор автоматов.

Автоматы на линиях НН выбираются по току, напряжению и конструктивному исполнению. Условие:

Iрасц=1,25· Iн.

Затем заполняется таблица 9.

Расчет

Выбор шин РУ.

I=Sн/(√3·Uн)=400/(1,73·0,38)=608,45 А

Sст=50·5=250 Iдоп=665А

Gрасч=1,76·10^-3·ℓ²·iуд²/(а·W)=

=1,76·10^-3·150²·20²/(30·2,08)=253,8кг/см³

W=b·h²/6=0,5·5²/6=2,08см³

Gрасч<Gдоп

253,8<700- условие соблюдается.

Выбор изоляторов.

Fрасч=1,76·10^-2·ℓ·iуд²/а=1,76·10^-2·150·20²/30=35,2кг

Fрасч≤0,6·Fразр

35,2<0,6·375

35,2<225- условие соблюдается.

Выбираем изолятор типа ОФ-1-375

Проверка кабелей.

β"=I"/ I∞=2/2=1

t=0,3 tп=0,3 (по графику)

Smin=I∞/с·√tп =2000/95·√0,3=11,5мм²

Smin≤ S

11,5<16- условие соблюдается.

Выбор разъединителей.

Таблица 7 Выбор разъединителей

Условие	Расчетные данные	Паспортные данные	Сравнение
iуд≤Iампл, кА	3,2	50	3,2<50
Iуд≤Iэфф, кА	2	29	2<29

Выбираем разъединитель типа РВ 10/400( Разьединитель внутренней установки, с номинальным напряжением 10кВ, номинальным током 400А.)

Выбор высоковольтных предохранителей.

Таблица 8 Выбор высокоольтных предохранителей.

Условие	Расчетные данные	Паспортные данные	Сравнение
Iрасч≤Iн, А	23,1	30	23,1<30
U≤Uн, кВ	10	10	10=10
I"≤ Iоткл, кА	2	12	2<12

Выбираем предохранитель типа ПК-10-30(Предохранитель кварцевый с номинальным напряжением 10 кВ , номинальным током 30А.)

Выбор автоматов.

Таблица 9 Выбор автоматов.

№ линии	Ток линии	Тип автомата	Ном.ток Авт.	Ток сраб. Тепл расц.	Сравнение
1	110,2	ВА51Г-33	160	125	110.2<125
2	382,8	ВА51Г-37	400	400	382,8<400
3	16	ВА51Г-25	25	16	16<16
По цеху	450	ВА51-39	630	500	450<500

7.Выбор распределительных пунктов

№СП	ТИП	Число групп и ном токи предохранителей
1	СП-62-1/1	5*60