 |
Расчет токов к.з. и интеграла Джоуля для необходимых точек
|
|
|
|
Для определения значения периодической составляющей тока короткого замыкания для расчетного времени отключения 
переведем токи в относительные единицы при номинальных условиях и воспользуемся типовыми кривыми по [5], стр.192. Определение апериодической составляющей тока короткого замыкания для 
будем производить, считая её изменение экспоненциальным. Постоянные времени затухания апериодической составляющей тока к.з. определены по [6], стр.54. Надо отметить, что данное расчетное время отключения () берется предварительно для выключателей на 220 кВ, но может применяться в качестве расчетного для других ступеней напряжения, т.к. время отключения других выключателей (с учетом времени действия РЗ) не превышает данную величину, и как следствие, расчет будет вестись с некоторым запасом. В реальном проектировании следовало бы задаваться конкретными временами отключения для каждого из отдельных выключателей. В учебном проектировании это допустимо не выполнять.
Также заранее стоит оговориться, что для выбора электрооборудования представляют интерес именно максимальные токи короткого замыкания для каждой из ветвей (т.е. полное токораспределение определять не надо). Так, к примеру, при к.з. у генератора выключатель должен суметь отключить как ток от генератора, так и ток от системы. Поэтому и определяться должен именно наибольший из этих двух токов. Также в ряде ситуаций по указанию преподавателя с целью уменьшения трудозатрат допустимо систему считать источником бесконечной мощности (то есть периодическая составляющая тока к.з. с течением времени не меняется).
Точка №2, к.з. на шинах 220 кВ.
Приведём сверхпереходные токи источников к базисным:
|
|
|
;
.
Оцениваем электрическую удаленность группы генераторов Т3В-320-2У3 и эквивалентного источника от точки КЗ:
;
Для момента времени 0,035 с при найденной удалённости КЗ по кривым [3], стр.152. находим значение 
; 
.
Апериодическая составляющая тока к.з. 
.
Рассчитаем эквивалентную постоянную времени для источников за АТ, зная величину сверхпереходного и ударного токов:
Тогда апериодическая составляющая тока КЗ от АТ к моменту отключения 
:
.
Точка №3, к.з. у генератора G1
Приведём сверхпереходные токи источников к базисным:
;
.
Оцениваем электрическую удаленность генератора Т3В-320-2У3 и эквивалентного источника от точки КЗ:
;
Для момента времени 0,035 с при найденной удалённости КЗ по кривым [3], стр.152. находим значение 
; так как 
, то принимается 
.
Периодическая составляющая тока к.з. от генератора Т3В-320-2У3 для :
.
Периодическая составляющая тока к.з. от ТБ1 для :
.
Апериодическая составляющая тока к.з. от генератора Т3В-320-2У3 для :
.
Рассчитаем эквивалентную постоянную времени для источников за ТБ1, зная величину сверхпереходного и ударного токов:
Тогда апериодическая составляющая тока КЗ от ТБ1 к моменту отключения :
.
Точка №5, к.з. у генератора G3
Так как Г2,Г3,Г4 одинаковы, очевидно что токи от них одинаковые, а токи от системы различаются. Примем наибольший ток от системы при расчете.
Приведём сверхпереходные токи источников к базисным:
;
.
Оцениваем электрическую удаленность генератора Т3В-220-2У3 и эквивалентного источника от точки КЗ:
;
Для момента времени 0,035 с при найденной удалённости КЗ по кривым [3], стр.152. находим значение 
; так как 
, то принимается 
.
Периодическая составляющая тока к.з. от генератора Т3В-220-2У3 для :
.
Периодическая составляющая тока к.з. от ТБ3 для :
.
Апериодическая составляющая тока к.з. от генератора Т3В-220-2У3 для :
.
Рассчитаем эквивалентную постоянную времени для источников за ТБ3, зная величину сверхпереходного и ударного токов:
|
|
|
Тогда апериодическая составляющая тока КЗ от ТБ3 к моменту отключения :
.
Точка №6, к.з. у генератора G5
Приведём сверхпереходные токи источников к базисным:
;
.
Оцениваем электрическую удаленность генератора Т3В-320-2У3 и эквивалентного источника от точки КЗ:
;
Для момента времени 0,035 с при найденной удалённости КЗ по кривым [3], стр.152. находим значение 
; так как , то принимается .
Периодическая составляющая тока к.з. от генератора Т3В-320-2У3 для :
.
Периодическая составляющая тока к.з. от ТБ5 для :
.
Апериодическая составляющая тока к.з. от генератора Т3В-320-2У3 для :
.
Рассчитаем эквивалентную постоянную времени для источников за ТБ5, зная величину сверхпереходного и ударного токов:
Тогда апериодическая составляющая тока КЗ от ТБ5 к моменту отключения :
.
Точка №7, к.з. за РТСН.
Произведем расчет для РТСН так как наибольший ток из ТСН.
Приведём сверхпереходные токи источников к базисным:
;
где 
.
.
Оцениваем электрическую удаленность источников за ТСН и двигательной нагрузки от точки КЗ:
Для момента времени 0,035 с при найденной удалённости КЗ по кривым [3], стр.152. находим значение 
; так как 
, то принимается 
.
Периодическая составляющая тока к.з. от двигательной нагрузки для :
.
Периодическая составляющая тока к.з. от ТСН для :
.
Апериодическая составляющая тока к.з. от двигательной нагрузки для :
.
Рассчитаем эквивалентную постоянную времени для источников за ТСН, зная величину сверхпереходного и ударного токов:
Тогда апериодическая составляющая тока КЗ от ТСН к моменту отключения :
.
Для выбора электрооборудования необходимо определить тепловой импульс (интеграл Джоуля) 
, который характеризует термическое действие тока к.з. за время отключения 
. Время отключения складывается из времени действия защиты (0.1 с) и полного времени отключения (примем 0.2 с для расчета с запасом – это одно из самых больших времен отключения, в реальности быстрее). Тогда 
.
При расчете теплового импульса будем брать из таблицы 8.3 значения наиболее опасных сверхпереходных токов, т.е. наибольших по величине для данной точки кз.
|
|
|
Методика аналитических расчетов интеграла Джоуля зависит от расчетной схемы электроустановки, положения расчетной точки КЗ и ее удаленности от генераторов, синхронных компенсаторов и электродвигателей по [8].При этом возможны следующие случаи:
а) исходная расчетная схема электроустановки имеет произвольный вид, но для всех генераторов и синхронных компенсаторов КЗ является удаленным, т.е. отношение действующего значения периодической составляющей тока любого генератора или синхронного компенсатора в начальный момент КЗ к его номинальному току менее двух. В этом случае все источники электрической энергии путем преобразования схемы замещения должны быть заменены одним эквивалентным источником, ЭДС которого принимают неизменной по амплитуде, а индуктивное сопротивление равным результирующему эквивалентному сопротивлению элементов расчетной схемы;
б) исходная расчетная схема содержит один или несколько однотипных и одинаково удаленных от расчетной точки КЗ генераторов (синхронных компенсаторов), причем расчетное КЗ является близким: действующее значение периодической составляющей тока генератора (синхронного компенсатора) превышает его номинальный ток в 2 и более раза;
в) исходная расчетная схема содержит произвольное число источников энергии, для которых расчетное КЗ является удаленным, а также генератор (синхронный компенсатор), который связан с точкой КЗ по радиальной схеме и это КЗ для него является близким. При этом все удаленные источники энергии и связывающие их с точкой КЗ элементы расчетной схемы следует объединить в отдельную ветвь и эквивалентную ЭДС в этой ветви считать неизменной по амплитуде;
г) исходная расчетная схема содержит различные источники энергии, для которых расчетное КЗ является удаленным, и группу электродвигателей, причем расчетная точка КЗ находится на шинах, к которым подключены электродвигатели. При этом на схеме замещения все удаленные источники энергии и связывающие их с точкой КЗ элементы расчетной схемы следует объединить в отдельную ветвь и эквивалентную ЭДС в этой ветви считать неизменной по амплитуде.
|
|
|
Точка №2, к.з. на шинах 220 кВ.
При к.з. в данной точке схему замещения можно привести к виду, называемому по [2], стр.166 «генератор-система», так как, согласно проведенным выше расчетам, для группы генераторов Т3В-320-2У3 короткое замыкание является близким, а для остальных источников (генераторы и система), которые можно объединить в эквивалентный источник – систему – удаленным. В такой схеме отдельно определяют импульс квадратичного тока от периодической и апериодической составляющих тока. Для расчета от периодической составляющей тока к.з. используют кривые относительных импульсов – токовых 
и квадратичных токовых 
, определяемые по [2], стр. 380.
Импульс от периодической составляющей тока:
Импульс от апериодической составляющей тока:
Результирующий импульс:
.
Точка №3, к.з. у генератора G1
При кз в данной точке рассчитаем тепловой импульс, создаваемый током от генератора G1, так как он наибольший. Из таблицы 8.3 
78,2кА. Система и генераторы электрически удалены от точки кз, можем их объединить в эквивалентный источник (систему). Таким образом, можно не учитывать генератор, в цепи которого рассматриваем кз, так как ток от него меньше, чем от системы, и следовательно, в дальнейшем при выборе выключателя и разъединителя на генераторном напряжении учитываем наибольший ток, а значит рассчитываем тепловой импульс, создаваемый этим током, а не суммой токов, так как через аппараты эта сумма проходить не будет. Тогда схема замещения примет вид, называемый по [2], стр.166 «система». Для схемы вида «система» сразу вычисляют полный импульс от тока к.з. по выражению 
. 
была определена выше как 
Выше величина теплового импульса 
ранее определялась без учета действия АГП (автоматическое гашение поля), так как это мероприятие осуществляется в генераторных цепях. Поэтому при учете действия АГП время надо брать равным 
.
«Аппаратура и токопроводы, применяемые в цепях генераторов мощностью 60 МВт и более, а также в цепях блоков генератор — трансформатор такой же мощности, должны проверяться по термической стойкости, исходя из времени прохождения тока КЗ 4 с.» [ПУЭ, 1.4.8.].
Тогда:
.
Точка №4, к.з. у генератора G3
Ситуация аналогична Точке №3.
Из таблицы 8.3 
67,4 кА. 
Тогда:
.
Точка №6, к.з. у генератора G5
Ситуация аналогична Точке №3.
Из таблицы 8.3 
79,1 кА. 
Тогда:
.
Точка №7, к.з. за ТСН1
Ситуация аналогична Точке №3, только время отключения 
, потому что не генераторная цепь.
Из таблицы 8.3 
8,05кА. 
|
|
|
Тогда:
.
Сводная таблица результатов расчёта токов короткого замыкания
Таблица 9
| Точка КЗ | Ветвь, примыкающая к точке КЗ |  , кА
|  , кА
|  , кА
|  , кА
|  , кА2·с
|
| K-1 | Система | 18,69 | 45,1 | 15,88 | 17,11 | 138,63 |
| Трансформатор T1 | 1,44 | 4,29 | 1,361 | 1,948 | ||
| Трансформатор T2 | 0,975 | 2,74 | 0,897 | 1,276 | ||
| Автотрансформатор АТС | 3,36 | 9,46 | 3,32 | 4,33 | ||
| Сумма | 24,503 | 61,66 | 21,45 | 24,77 | ||
| K-2 | Автотрансформатор АТС | 21,2 | 57,6 | 20,98 | 21,88 | 263,93 |
| Трансформатор T5,6 | 7,06 | 19,6 | 6,91 | 9,24 | ||
| Сумма | 28,26 | 77,2 | 27,89 | 31,12 | ||
| К-3 | Генератор G1 | 62,1 | 57,13 | 81,3 | 24882,91 | |
| Трансформатор T1 | 78,2 | 78,2 | 82,28 | |||
| Сумма | 140,3 | 135,33 | 163,58 | |||
| К-4 | Генератор (G3) | 55,4 | 50,96 | 72,53 | 18475,92 | |
| Трансформатор (T3) | 67,4 | 67,4 | 87,47 | |||
| Сумма | 118,36 | |||||
| К-5 | Генератор (G5) | 57,13 | 57,13 | 81,3 | 25458,11 | |
| Трансформатор (T5) | 79,1 | 79,1 | 87,47 | |||
| Сумма | 136,23 | 168,77 | ||||
| К-6 | ТСН | 8,05 | 20,8 | 8,05 | 6,35 | 25,27 |
| Д | 4,3 | 9,84 | 3,87 | 2,66 | ||
| Сумма | 12,35 | 30,64 | 11,92 | 9,01 |
ВЫБОР ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
9.1. Выбор выключателей и разъединителей на 500 кВ
Приблизительный перечень условий выбора и проверки выключателей выглядит следующим образом:
1. 
;
2. 
;
3. 
; 
.
В случае, если 
, то отключающая способность проверяется по полному току, и условие записывается иначе:
;
4. 
; 
;
5. 
.
Определим максимальный рабочий ток от наиболее мощного присоединения.
В цепи блока G1-Т1:
, где
без учета отбора на СН (т.к. возможно питание СН через РТСН);
0.95 – коэффициент, учитывающий снижение напряжения на 5%.
В цепи АТС на стороне ВН:
В цепи линии связи с системой:
,
где 
- кол-во, отходящих линий к системе.
- учитываем отключение одной линии.
Тогда принимаем 
.
Выбор произведем табличным методом
Выбираем баковый элегазовый выключатель 550PM40, производства концерна АВВ, предназначен для работы в электроустановках с номинальным напряжением 500 кВ. Эти выключатели полностью соответствуют российским и мировым стандартам.
Таблица 10
| U НОМ, кВ | I НОМ, А | Номинальный ток отключения I ОТК.НОМ, кА | Содержание апериодической составляющей bН, % | Ток электродинамической стойкости | Ток термической стойкости I ТЕР, кА/ допустимое время его действия t ТЕР, с | Полное время отключения t ОТК.В, с | |
| i ДИН, кА | I ДИН, кА | ||||||
| 40/2 | 0,018 |
Выбираем разъединитель SPO-550 (разъединитель, наружной установки, вертикально-поворотного (рубящего) типа, производства Alstom Grid)
Таблица 11
| U НОМ, кВ | I НОМ, А | Амплитуда предельного сквозного тока КЗ, iдин, кА | Предельный ток термической стойкости/допустимое время, кА/с | |
| главных ножей | заземляющих ножей | |||
| 63/2 | 63/1 |
Проверим выбранные выключатель и разъединитель Таблица
Таблица 12
| Условия проверки | Расчетные данные | Данные по выключателю 550PM40 | Данные по разъединителю SPO-550 |
 *
| 
|  = 500 кВ
500 кВ = 500 кВ
| = 500 кВ
500 кВ = 500 кВ
|
 *
|
|  = 2000 кА
2000 А >599 А
| = 4000 кА
4000 А >599А
|
| 
|  = 40 кА
40 кА > 21,45кА
| |
| 
| 
| - |
 *
| 
| 
| 
|
 *
| 
| 
| 
|
Выключатели и разъединители удовлетворяют всем условиям и принимаются к установке.
Выбор выключателей и разъединителей на 220 кВ.
Определим максимальный рабочий ток от наиболее мощного присоединения.
В цепи блока G3-Т3:
, где
без учета отбора на СН (т.к. возможно питание СН через РТСН);
0.95 – коэффициент, учитывающий снижение напряжения на 5%.
В цепи АТС на стороне НН:
.
В цепи линии связи с нагрузкой (когда нагрузка максимальна):
,
где 
- кол-во, отходящих линий к нагрузке.
- учитываем отключение одной линии.
запасом, так как реальная бегущая мощность меньше).
Тогда принимаем 
.
Выбор произведем табличным методом
Баковый элегазовый выключатель типа 3AP1DT-245/EK, на номинальное напряжение 220 кВ, выпускается российской компанией "Евроконтракт" по лицензии Siemens. Эти элегазовые выключатели полностью соответствуют российским и мировым стандартам.
Таблица 13
| U НОМ, кВ | I НОМ, А | Номинальный ток отключения I ОТК.НОМ, кА | Содержание апериодической составляющей bН, % | Ток электродинамической стойкости | Ток термической стойкости I ТЕР, кА/ допустимое время его действия t ТЕР, с | Полное время отключения t ОТК.В, с | |
| i ДИН, кА | I ДИН, кА | ||||||
| 31,5 | 40/3 | 0,06 |
Выбираем разъединитель РНДЗ.2-220/2000 У1 как стандартное решение – с номинальным током 2000 А
Таблица 14
| U НОМ, кВ | I НОМ, А | Амплитуда предельного сквозного тока КЗ, iдин, кА | Предельный ток термической стойкости/допустимое время, кА/с | Тип привода | |
| главных ножей | заземляющих ножей | ||||
| 63/3 | 63/1 | - |
Количество заземлителей – по требованию
Проверим выбранные выключатель и разъединитель
Таблица 15
| Условия проверки | Расчетные данные** | Данные по выключателю 3AP1DT-245/EK | Данные по разъединителю РНДЗ.2-220/2000 |
| *
| 
| 
|
|
| *
|
| 
| 
|
|
| 
| 
| - |
|
| 
| 
| - |
|
*
| 
| 
| 
|
| *
| 
| 
| 
|
Выключатели и разъединители удовлетворяют всем условиям и принимаются к установке.
|
|
|
