1.6 Выбор и проверка силового оборудования схемы электроснабжения
1.6.1 Расчет токов короткого замыкания
Согласно Правилам устройства электроустановок [2], выбор и проверка электрических аппаратов и токоведущих элементов по электродинамической и термической устойчивости производится по току трехфазного короткого замыкания Ik(3), поэтому в проекте необходимо произвести расчет токов короткого замыкания Ik(3) для всех РУ.
Мощность короткого замыкания, МВА, на шинах подстанций, которые являются источниками питания сетевого района, приведена в таблице 1.10
Таблица 1.10 – Мощность короткого замыкания
|
Наименование подстанций |
Мощность короткого замыкания, МВА |
|
РТП‑220 |
111,8 |
|
ЦРП |
70 |
|
РППЦ-АБ |
87 |
Зная мощность короткого замыкания, по [12] находим сопротивление источника питания, Ом,
. (1.17)
где UHOM – номинальное напряжение сети, кВ;
SК.З – мощность короткого замыкания источника питания, МВА.
Полное сопротивление линии, по которой будет протекать ток короткого замыкания, определяем по формуле, Ом,
, (1.18)
где r – активное сопротивление линии, Ом;
х – индуктивное сопротивление линии, Ом.
Расчет активного и реактивного сопротивления линии ведем по формулам:
, (1.19)
где - активное сопротивление 1 км линии, Ом/км;
- индуктивное сопротивление 1 км линии, Ом/км;
- длина линии, км.
Полное сопротивление до точки короткого замыкания рассчитываем по формуле:
. (1.20)
Ток трехфазного короткого замыкания, кА, находим по формуле:
. (1.21)
Пример расчета:
Рисунок 1.3 – Схема замещения для расчета токов короткого замыкания в распределительной сети
Для участка ЛЭП РТП‑220 – РППЦ:
- мощность короткого замыкания источника питания Sк.з.= 111,8 МВА;
- тип линии – АС‑50;
- длина линии 2 км;
- активное сопротивление 1 км линии 0,65 Ом/км;
- реактивное сопротивление 1 км линии 0,392 Ом/км.
- сопротивление источника питания
Ом.
Активное сопротивление линии: Ом.
Индуктивное сопротивление линии: Ом.
Полное сопротивление линии:
Ом.
Сопротивление до точки короткого замыкания: Ом.
Ток короткого замыкания на шинах: кА.
Результаты остальных расчетов по формулам (1.17) – (1.21) приводим в таблице 1.11.
Таблица 1.11 – Токи короткого замыкания.
|
Наименование трансформаторной подстанции |
, Ом |
, Ом |
, кА |
, кА |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
ЦРП |
0,151 |
1,085 |
5,588 |
4,862 |
|
ТП №16 «Склад ГСМ» |
1,859 |
2,794 |
2,169 |
1,887 |
|
ТП №17 «Локомотивное депо» |
0,873 |
1,807 |
3,356 |
2,919 |
|
ТП №18 «Котельная» |
2,29 |
3,224 |
1,880 |
1,636 |
|
ТП №55 «2‑й подъем» |
3,850 |
4,784 |
1,267 |
1,102 |
|
ТП №19 «Водозабор» |
3,827 |
4,761 |
1,273 |
1,108 |
|
ТП №8 |
0,421 |
1,355 |
4,474 |
3,892 |
|
ТП №5 |
1,263 |
2,197 |
2,760 |
2,401 |
|
ТП №2 |
1,763 |
2,697 |
2,205 |
1,918 |
|
1,214 |
2,148 |
2,823 |
2,456 |
|
|
РППЦ-АБ |
0,151 |
1,085 |
2,44 |
2,1 |
1.6.2 Расчет максимальных рабочих токов
Электрические аппараты выбираем по условиям длительного режима работы сравнением рабочего напряжения и наибольшего длительного рабочего тока присоединения, где предполагается установить данный аппарат, с его номинальным напряжением и током. При выборе необходимое исполнение аппарата.
Расчет максимальных рабочих токов производится на основании номинальных параметров оборудования по формулам:
– для вторичных вводов силовых трансформаторов 10 кВ, А:
, (1.22)
где Кпер – коэффициент, учитывающий перегрузки трансформаторов, принимается равным 1,5.
– для сборных шин подстанции 10 кВ, А:
, (1.23)
где Крн2 – коэффициент распределения нагрузки на шинах вторичного напряжения, равный 0,5 – при числе присоединений пять и более; 0,7 – при меньшем числе присоединений.
– для первичных вводов трансформаторов РУ‑10 кВ, А:
, (1.24)
– для сборных шин подстанции 0,4кВ кВ, А:
, (1.25)
– для вторичных вводов трансформаторов РУ – 0,4 кВ, А:
, (1.26)
Таблица 1.12 – Расчет максимальных рабочих токов
|
Наименование потребителя |
Iрmax, А |
|
1 |
2 |
|
Вторичная обмотка трансформатора 10 кВ |
|
|
Сборные шины подстанции 10 кВ |
|
|
Первичная обмотка трансформатора ЗРУ‑10кВ |
|
|
ТП‑17 |
По найденным максимальным рабочим токам производим выбор силового оборудования по условию:
, (1.27)
где Iн – номинальный ток аппарата, кА;
Iрабmax – максимальный рабочий ток, кА.
1.6.3 Проверка сборных жестких шин на трансформаторных подстанциях
В закрытых РУ‑10 кВ сборные шины выполнены жесткими алюминиевыми шинами.
Сборные жесткие шины проверяются по [14]
– по длительно допускаемому току:
, (1.28)
где Iдоп. – длительно допускаемый ток для проверяемого сечения, А;
Iр.max – максимальный рабочий ток сборных шин.
– по термической стойкости
, (1.29)
где q – проверяемое сечение, мм
qmin – минимальное допустимое сечение токоведущей части по условию её термической стойкости, мм;
Вк – тепловой импульс тока короткого замыкания для характерной точки подстанции, кА;
С – коэффициент,
Тепловой импульс тока короткого замыкания по [14] находим по формуле:
(1.30)
где Iк – ток короткого замыкания на шинах подстанции, кА;
– время протекания тока короткого замыкания, с;
Та – постоянная времени цепи короткого замыкания, с.
Находим время протекания тока короткого замыкания, с.,
, (1.31)
где tз – время срабатывания основной защиты, с;
tв – полное время отключения выключателя, с.
– по электродинамической стойкости
, (1.32)
Электродинамическая стойкость шин, укрепленных на опорных изоляторах, проверяется по механическому напряжению , возникающему в них при коротком замыкании, МПа,
, (1.33)
где l – расстояние между соседними опорными изоляторами, м;
а – расстояние между осями шин соседних фаз, м;
iу – ударный ток короткого замыкания, кА;
W – момент сопротивления шины относительно оси, перпендикулярной действию усилия, м.
Ударный ток короткого замыкания определяем по формуле
(1.34)
Момент сопротивления однополюсных прямоугольных шин при расположении плашмя определяем по формуле
, (1.35)
где в – толщина шины, м;
h – ширина шины, м;
– допустимое механическое напряжение в материале шин.
Пример расчета:
На ЦРП установлены шины размером 40х5.
Проверяем по длительно допускаемому току.
Для шин сечением 200 мм, выполненных из алюминиевого материала по [9] длительно допускаемый ток Iдоп.=513 А.
Максимальный расчетный ток сборных шин Iр.max=69,28 А
513А > 69,28 А.
Проверяем по термической стойкости:
Сечение шин q=200 мм;
время протекания тока короткого замыкания tк=0,14 с.
Для распределительных сетей напряжением 10 кВ постоянная времени цепи короткого замыкания Та = 0,045 с.
Ток короткого замыкания Iк = 5,58 кА таблица (1.11)
Тепловой импульс тока короткого замыкания:
кА2с.
Согласно [12] для алюминиевых шин коэффициент С=88 .
Минимально допустимое сечение токоведущей части
мм2.
Условие проверки 200 мм> 21 мм выполняется.
Проверяем по электродинамической стойкости:
Момент сопротивления шины:
м3.
Ударный ток короткого замыкания:
кА.
Механическое напряжение в материале шины при длине пролета l=1 м и расстоянии между шинами фаз а = 0,25 м
МПа.
Допустимое механическое напряжение в материале шин [12]что больше . Таким образом, по результатам расчетов видно, что шины, установленные на подстанции ЦРП удовлетворяют условиям проверки.
Аналогичные расчеты для остальных подстанций приводим в таблице 1.12.
Таблица 1.12 – Проверка сборных шин в распределительных сетях 10 кВ ст. Февральск
|
Наименование подстанции |
Тип токоведущих частей мм2 |
Соотношение паспортных данных и расчетных данных |
||
|
Iдоп. /Iр.max., А |
q/qmin, мм2 |
, МПа |
||
|
ЦРП |
А‑40х5 |
513/69,28 |
200/21 |
40/6,6 |
|
ТП №16 «Склад ГСМ» |
А‑40х5 |
513/69,28 |
200/17 |
40/40,2 |
|
ТП №17 «Локомотивное депо» |
А‑40х4 |
456/173 |
160/15 |
40/4,3 |
|
ТП №18 «Котельная» |
А‑60х6 |
827/69,28 |
360/15 |
40/1,2 |
|
ТП №55 «2‑й подъем» |
А‑40х4 |
456/43,3 |
160/22 |
40/8,3 |
|
ТП №19 «Водозабор» |
А‑40х5 |
513/28,3 |
200/16 |
40/3,9 |
|
ТП №8 |
А‑40х4 |
513/69,28 |
160/35 |
40/21,3 |
|
ТП №5 |
А‑40х4 |
456/109 |
160/49 |
40/31,3 |
|
ТП №2 |
А‑60х6 |
703/69 |
300/18 |
40/2,4 |
|
ТП №20 «Очистные» |
А‑40х4 |
456/43,3 |
160/18 |
40/5,7 |
|
РППЦ-АБ |
А‑30х4 |
347/70 |
120/28 |
40/25,3 |
По результатам расчетов видно, что сборные шины в распределительных сетях 10 кВ, полностью удовлетворяют паспортным данным.
