Релейная защита систем электроснабжения

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ



В курсовом проекте «Релейная защита» (РЗ) рассматриваются вопросы проектирования устройств релейной защиты, предназначенных для обеспечения нормальной работы системы электроснабжения (СЭС) проектируемого объекта (промышленного предприятия, городского микрорайона, электротехнологической установки и пр.)  и повышения надежности электроустановок потребителей.

Вариант задания на выполнение курсового проекта состоит из четырех частей (рис. 1):

- Табл. 1. Параметры схемы внешнего электроснабжения, начиная с воздушной или кабельной линии напряжением 35-110-220 кВ с понижающими трансформаторами напряжением 35-110-220/6-10 кВ, кабельных линий, питающих распределительный пункт РП напряжением 6-10 кВ.

- Табл. 2. Параметры оборудования электрической сети напряжением 6-10 кВ, начинающейся от РП, и электрической сети напряжением 380 В, питающейся от понижающих трансформаторов напряжением 6-10/0,4 кВ, до низковольтных распределительных пунктов РПН.

- Табл. 3. Вариант из этой таблицы определяет фрагмент электрической сети, для которого необходимо рассмотреть организацию релейной защиты и провести соответствующие расчеты.

- Табл. 4. Согласно задаваемому варианту рассматривается и рассчитывается релейная защита одного из объектов электрической сети.

Вариант задания состоит из двух цифр:

- вариант из табл. 1;

- вариант из табл. 2,3;




Таблица 1

UС, кВ

SК.МАКС, 

МВА

SК.МИН,

МВА

Воздушная линия

Трансформаторы Т1 и Т2

Кабельные линии

КЛ1 и КЛ2







L,

км

Марка

провода

Тип трансформатора

UК,

%

L,

м

Марка

кабеля

К-во кабелей в линии

110

5750

4250

7,0

АС-185

ТРДН-40000/110/10/10

10,5

600

А-3х150

2



Таблица 2

Кабельная 

линия

Трансформатор

10/0,4 кВ

№

КЛ 

Длина,

м

Тип *

кабеля

Коммутац.

ап-т** перед Т

№ Т

Тип

UК,

%

Схема соед-ния

обмоток

















9,10

450

А-3х120

ВВ

Т9, Т10

ТМ-1000

5,5

Y/YO



Окончание таблицы

Линия между ТП и РПН (ВРУ), ШМ, ШР

Вид

аппарата***

Тип *

кабеля



Длина,

м

Ток нагрузки макс, 

А

Ток нагрузки пик, А

отходящего

вводного









АВ

АВ

А-3х95+1х70

150

160

320



	Примечания:

	

	* - Буква А обозначает материал проводника кабеля.

	**  - Обозначение аппарата перед трансформатором: ВВ- вакуумный выключатель.  

	*** - Обозначение аппарата: АВ – автоматический выключатель. Вводные и секционный аппараты на стороне низшего напряжения всех ТП выполнены автоматическими выключателями. 




Таблица 3

Расчет релейной защиты элемента СЭС

Выбор 

трансформатора тока, установленного

(дополнительные 

данные получить 

у преподавателя)

Объем расчета 

релейной защиты по СЭС

(снизу вверх)

АД 

6-10  кВ







В начале КЛ – АД

От секционного и вводного автоматических выключателей 0,4 кВ ТП до выключателя отходящей от РП линии 10 кВ, включая выключатель отходящей линии (до шин 10 кВ РП)



Таблица 4 – Параметры асинхронного двигателя напряжением 6-10 кВ

Тип 

двигателя

Рн,

кВт

Кпуск

cosφн

ηн

КЛ, м

АТД4

4000

5,7

0,89

0,973

55






Рис. 1. Схема электроснабжения 




АННОТАЦИЯ



Чупина М. В. Релейная защита СЭС. – Челябинск: ЮУрГУ, Э, 2009,  43 с. 6 ил. 4 табл., библиогр. список – 4 наим.



Задачей данного курсового проекта является рассмотрение вопросов проекти-рования устройств релейной защиты, предназначенных для обеспечения нормаль-ной работы системы электроснабжения (СЭС) проектируемого объекта и повы-шения надежности электроустановок потребителей.

Проект включает в себя: 

- Расчет токов короткого замыкания для характерных точек СЭС.

Расчет проведен для максимального и минимального режимов работы СЭС. Рассчитаны токи I(3)к.макс, I(3)к.мин, I(2)к.мин и I(1)к. мин, составлены схемы замещения.

- Организация релейной защиты для рассматриваемого фрагмента СЭС. 

Проводено обоснование необходимого набора видов релейной защиты рас-сматриваемых элементов СЭС со ссылкой на нормативные документы.

- Расчет релейной защиты. 

Осуществлен выбор первичного оборудования, оперативного тока, устройств релейной защиты. Последовательно снизу вверх произведен расчет защит. 

Построены диаграммы селективности (время-токовых характеристик) защит.

Приведены принципиальные схемы устройств РЗ с соответствующими спе-цификациями




ОГЛАВЛЕНИЕ



1 Расчет токов короткого замыкания

1.1 Расчет токов короткого замыкания в электрических сетях более 1 кВ

1.2 Расчет токов короткого замыкания в электрических сетях до 1 кВ

2 Расчет релейной защиты для рассматриваемого фрагмента электрической сети

2.1 Организация релейной защиты

2.2 Выбор оборудования для выполнения релейной защиты

2.3 Расчет уставок

2.4 Построение карты селективности выбранных защит

2.5 Составление принципиальной схемы релейной защиты и спецификации на выбранное оборудование

3 Расчет релейной защиты объекта СЭС

3.1 Организация релейной защиты

3.2 Выбор оборудования для выполнения релейной защиты

3.3 Расчет уставок

3.4 Построение карты селективности выбранных защит

3.5 Составление принципиальной схемы релейной защиты и спецификации на выбранное оборудование

4 Выбор трансформатора тока и расчет его нагрузки

Список используемой литературы




1 Расчет токов короткого замыкания



1.1 Расчет токов короткого замыкания в электрических сетях напряжением более 1 кВ



Особенности расчетов токов короткого замыкания для релейной защиты в электрических сетях напряжением выше 1 кВ

Расчеты токов КЗ производятся для выбора типов и параметров срабатывания (уставок) релейной защиты трансформатора напряжением 110/10 кВ, а также защит других элементов электрических сетей. В общем случае для выполнения защиты нужно знать фазные соотношения токов также, а при несимметричных КЗ за трансформатором - не только максимальные, но и возможные минимальные значения токов КЗ.

Для упрощения практических расчетов токов КЗ в распределительных электрических сетях напряжением выше 1 кВ принято не учитывать ряд факторов, которые в действительности могут существовать, но не могут оказать определяющего влияния на значения токов КЗ и их фазные соотношения. Как правило, не учитывается переходное сопротивление в месте КЗ и все повреждения рассматриваются как металлические КЗ двух или трех фаз или КЗ одной фазы на землю. Сопротивления всех трех фаз трансформаторов, линий, реакторов и других элементов сети считаются одинаковыми. Не учитываются токи намагничивания силовых трансформаторов и токи нагрузки. Как правило, не учитывается подпитка места КЗ токами асинхронных двигателей.

Принимая во внимание, что распределительные сети электрически удалены от источников питания и аварийные процессы в этих сетях мало сказываются на работе генераторов энергосистемы, считается, что при любых КЗ в распределительной сети напряжение питающей системы на стороне высшего напряжения (35-110-220 кВ) трансформатора остается неизменным.

Вместе с тем в этих расчетах имеется ряд особенностей:

- изменение мощности короткого замыкания энергосистемы, т.е. расчет максимального и минимального токов КЗ;

- необходимость учета существенного изменения сопротивления некоторых типов трансформаторов с РПН при изменении положения регулятора РПН.

При практических расчетах токов КЗ для релейной защиты вычисляется только периодическая составляющая тока, а влияние апериодической составляющей тока КЗ учитывается при необходимости путем введения повышающих коэффициентов при расчетах релейной защиты.

Как правило, рассчитывается только трехфазное КЗ, а значения токов при других видах КЗ определяются с помощью известных соотношений. 

В основе всех расчетов лежит ГОСТ 27517-87. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением свыше 1 кВ.

Исходные данные для расчета

В начале расчета токов КЗ составляется схема замещения (рис. 1), на которой все элементы расчетной схемы представляются в виде электрических сопротивлений. Питающая система до шин ВН подстанции представляется на схеме замещения своим индуктивным сопротивлением, задаются два его значения: для максимального и минимального режимов работы системы. В максимальном режиме в системе включены все генераторы, все питающие линии, автотрансформаторы и другие питающие элементы, и при этом их эквивалентное сопротивление имеет наименьшее значение, а ток и мощность КЗ на шинах ВН рассматриваемой подстанции имеет соответственно наибольшее значение. В минимальном режиме отключена часть питающих элементов системы и эквивалентное сопротивление оставшихся элементов имеет большее значение, чем в максимальном режиме, а ток и мощность КЗ - меньшее значение. Таким образом, в максимальном режиме система представляется в схеме замещения наименьшим сопротивлением Хс.макс, а в минимальном - наибольшим Хс.мин. Индексы «макс» и «мин» относятся таким образом не к значению сопротивления, а к режиму работы системы.

Параметры электрической сети:

Напряжение внешнего электроснабжения 110 кВ.

Мощность КЗ системы в максимальном режиме Sк.макс = 5750 МВА, в минимальном – Sк.мин = 4250 МВА.

Длина ВЛ-110 кВ l = 7 км; марка провода АС-185/29; удельное индуктивное сопротивление хо = 0,39 Ом/км.

Два трансформатора Т1 и Т2 подстанции имеют тип ТРДН-40000/110/10/10; напряжение короткого замыкания Uк = 10,5 %; РПН в нейтрали ±16 % имеет ±9 ступеней,  Uкmax = 11,02 Uкmin = 10,35

Линии КЛ1 и КЛ2: каждая линия содержит по два параллельных кабеля с алюминиевыми жилами; сечение жил по 150 мм2; удельное индуктивное сопротивление  хо = 0,078 Ом/км, длина линий L1=600 м. 

Значения токов короткого замыкания определяются в разных точках сети (А, Б, В, Г, Д, Е) в максимальном и минимальном режимах работы системы. Для максимального режима рассчитываются токи трехфазного короткого замыкания, для минимального - токи двухфазного короткого замыкания. 

Расчет сопротивлений элементов схемы замещения

Расчет проводим в относительных единицах. 

Базисную мощность примем Sб = 1000 МВА. Принимаем средние значения напряжений сети: UСР1 = 115 кВ, UCР2 =10,5 кВ, UСР3 = 0,4 кВ.

1. Сопротивление системы:

1.1. В максимальном режиме



 ; (1.1) 

.

1.2. В минимальном режиме



 ; (1.2)



.

2. Сопротивление воздушных линий:



 ; (1.3)





3. Сопротивления трансформаторов Т1 и Т2:

3.1. При среднем положении регулятора РПН - полное сопротивление трансформатора



 ; (1.4)



.

- сопротивление обмотки высшего напряжения



ХТ1.ВН = ХТ2.ВН = 0,125 Хт ; (1.5)

ХТ1.ВН = ХТ2.ВН  = 0,125 ∙ 2,625 = 0,328.


- сопротивления расщепленных вторичных обмоток низшего напряжения



ХТ1.НН = ХТ2.НН = 1,75 Хт ; (1.6)

ХТ1.НН = ХТ2.НН = 1,75 2,625 = 4,594.



- общее сопротивление трансформатора по цепи одной вторичной обмотке 



ХТ1 = ХТ1.ВН + ХТ2.НН ; (1.7)



ХТ1 = 0,328 + 4,594 = 4,922.

3.2. При минимальном положении регулятора РПН



 (1.8)



где значение ΔUРПН взято в относительных единицах. 



3.3. При максимальном положении регулятора РПН



 (1.9)



.

4. Сопротивление кабельных линий КЛ1 и КЛ2. 

4.1. При нормальной работе линий (в линии параллельно включены два кабеля) – минимальное сопротивление линий

; (1.10)



.

4.2. При аварийном отключении одного из кабелей в линии – максимальное сопротивление линий

.

5. Сопротивление кабельных линий КЛ7 и КЛ8.

.

6. Сопротивление кабельных линий КЛ9 и КЛ10.

.

Расчет токов КЗ в максимальном режиме

В общем случае для каждой ступени напряжения определяется базисный ток короткого замыкания



, (1.11)



и потом ток трехфазного короткого замыкания в какой либо точке:



, (1.12)



где ХΣ – суммарное сопротивление от энергосистемы до точки, приведенное к базисным условиям.

При определении максимальных токов КЗ рассматриваем максимальный режим работы энергосистемы (SК.МАКС и соответственно сопротивление системы ХС.МАКС) при минимальных сопротивлениях рассматриваемой схемы электроснабжения ХТ.МИН и ХЛ.МИН. 

Теперь определяем конкретные значения токов КЗ для рассматриваемой схемы в максимальном режиме.

Ток КЗ в начале ВЛ-110 кВ – в точке А



.



Точка Б – в конце ВЛ-110 кВ или на стороне высшего напряжения 110 кВ трансформатора 110/10 кВ



; 



.

Точка В – на стороне низшего напряжения 10 кВ трансформатора 110/10 кВ. При этом UСТ = UСР2.



; 



.

Точка Г – в конце кабельной линии 1 напряжением 10 кВ.


; 



.

Точка Д – в конце кабельной линии 7 напряжением 10 кВ.



;





Точка Е – в конце кабельной линии 7 напряжением 10 кВ.



;





Расчет токов КЗ в минимальном режиме

При определении минимальных токов КЗ рассматриваем минимальный режим работы энергосистемы (SК.МИН и соответственно сопротивление системы ХС.МИН) при максимальных сопротивлениях рассматриваемой схемы электроснабжения ХТ.МАКС и ХЛ.МАКС. Кроме того, рассчитывается не ток трехфазного КЗ, а двухфазного, поскольку последний по величине меньше.



.(1.13)



Точка А

.



Точка Б



.



Точка В 



;



В последнем выражении берется индуктивное сопротивление трансформатора Т1 при максимальном положении регулятора РПН, которое имеет наибольшее значение. 

.

Точка Г 



;



.

Точка Д 



;


.

Точка Д 



.



.

Расчеты токов КЗ в максимальном и минимальном режимах сведем в табл. 5



Таблица 5 – Расчетные значения токов и мощностей КЗ



Место точек расчета короткого замыкания



А

Б

В

Г

Д

Е

Максимальный ток трехфазного КЗ I(3)КМАКС, кА

28,853

13,212

24,926

22,759

19,388

14,423

Максимальная мощность КЗ, SКМАКС= √3 ∙UСТ ∙I(3)КМАКС, МВА 

5747,109

2631,643

453,318

413,907

352,6

262,304

Минимальный ток двухфазного КЗ I(2)КМИН, кА

18,501

9,859

11,48

10,424

9,547

8,971

Минимальная мощность КЗ, SКМИН = √3 ∙UСТ ∙I(2)КМИН, МВА

3685,197

1963,799

208,836

189,576

173,634

163,159



1.2 Расчет токов короткого замыкания в электрических сетях напряжением менее 1 кВ



Особенности расчетов токов короткого замыкания для релейной защиты в электрических сетях напряжением менее 1 кВ

Расчеты токов короткого замыкания (КЗ) выполняются для:

	выбора и проверки электрооборудования по электродинамической и термической стойкости;

	определения уставок и обеспечения селективности срабатывания защиты в схеме электроснабжения.

При расчетах токов КЗ в электроустановках до 1 кВ необходимо учитывать активные и индуктивные сопротивления всех элементов, включая силовые трансформаторы, трансформаторы тока, реакторы, токовые катушки автоматических выключателей и проводники. Необходимо также учитывать:

	- изменение активного сопротивления проводников в цепи вследствие их нагрева при коротком замыкании;

	- сопротивление электрической дуги в месте короткого замыкания.

При составлении эквивалентных схем замещения параметры элементов исходной расчетной схемы следует приводить к ступени напряжения сети, на которой находится точка КЗ - в данном случае сети 380 В. Расчеты токов КЗ в электроустановках напряжением до 1 кВ рекомендуется производить в именованных единицах, а активные и индуктивные сопротивления - выражать в миллиомах (мОм).

При расчетах токов КЗ допускается:

	- максимально упрощать всю внешнюю сеть напряжением 10 кВ и более по отношению к месту КЗ, представив ее системой бесконечной мощности с сопротивлением ХС, и учитывать только автономные источники электроэнергии и электродвигатели, непосредственно примыкающие к месту КЗ;

	- принимать коэффициенты трансформации трансформаторов равными отношению средних номинальных напряжений тех ступеней напряжения, которые связывают трансформаторы. При этом следует использовать следующую шкалу средних номинальных напряжений: 10,5; 6,3; 0,4; 0,23 кВ.

В электроустановках, получающих питание непосредственно от сети энергосистемы, принято считать, что понижающие трансформаторы подключены к источнику неизменного по амплитуде напряжения через эквивалентное индуктивное сопротивление системы. 

Расчет токов трехфазного КЗ

Под трехфазным КЗ подразумевается короткое замыкание между тремя фазами в электрической системе.

	Расчет токов трехфазного КЗ заключается в определении:

	1. Начального действующего значения периодической составляющей тока КЗ.

	2. Апериодической составляющей тока КЗ в начальный и произвольный момент времени.

	3. Ударного тока КЗ.

При питании потребителя от энергосистемы через понижающий трансформатор начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ без учета подпитки от электродвигателей рассчитывается по формуле



, (1.14)



где UСР.НН - среднее номинальное напряжение сети, в которой произошло КЗ;

	

	  - полное сопротивление цепи КЗ, мОм;

	R1К и Х1К - суммарное активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности цепи КЗ, равные соответственно



R1К = RТ + RР + RТТ + RАВ + RШ + RК + RКЛ + RВЛ + RД;

Х1К = ХС + ХТ +  ХР + ХТТ + ХАВ + ХШ + ХКЛ + ХВЛ,



где ХС - эквивалентное индуктивное сопротивление системы до понижающего трансформатора, приведенное к ступени низшего напряжения;

RТ и ХТ - активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности понижающего трансформатора;

RР и ХР - активное и индуктивное сопротивления реакторов;

RТТ и ХТТ - активное и индуктивное сопротивления первичных обмоток трансформатора тока;

RАВ и ХАВ - активное и индуктивное сопротивления автоматических выключателей, включая сопротивления токовых катушек расцепителей и переходные сопротивления подвижных контактов;

RШ и ХШ- активное и индуктивное сопротивления шинопроводов;

RК - суммарное активное сопротивление различных контактов;

RКЛ, RВЛ и ХКЛ, ХВЛ - активные и индуктивные сопротивления кабельных и воздушных линий;

RД – активное сопротивление дуги в месте КЗ.

Наибольшее значение апериодической составляющей тока КЗ в начальный момент КЗ



. (1.15)



Апериодическая составляющая тока КЗ в произвольный момент времени рассчитывается по формуле 



, (1.16)



где t – время, с; Та – постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ, с, равная



, (1.17)



где ХΣ и RΣ –результирующие индуктивное и активное сопротивления цепи тока КЗ;

ωс – синхронная угловая частота напряжения сети, рад/с.

Ударный ток трехфазного КЗ в электроустановках с одним источником питания (энергосистема) рассчитывается по формуле   



, (1.18)



где  - ударный коэффициент, определяемый по кривым, приведенным на рис. П.5;

Та – постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ;

φк =arctg(ХΣ / RΣ) – угол сдвига по фазе напряжения и периодической составляющей тока КЗ;

 - время от начала КЗ до появления ударного тока.

При практических расчетах ударного тока коэффициент КУД может быть определен по кривым, приведенным на рис. П.5, с учетом соотношения сопротивлений ХΣ /RΣ   или RΣ / ХΣ . 

Исходные данные для расчета

Сеть напряжением 380 В (см. рис. 3,а) питается от распределительного пункта РП-10 кВ по кабельной линии КЛ-10 кВ через трансформатор ТМ-1600-10/0,4 кВ, мощностью 1600 кВА.

Мощность КЗ на стороне высшего напряжения трансформатора в точке Е при максимальном режиме работы составляет SЕК.МАКС = 262,304 МВА, при минимальном режиме – SЕК.МИН = 163,159 МВА (см. табл. 5).

Между трансформатором и вводным выключателем QF1 расположен шинопровод длиной 3 м. Номинальный ток трансформатора составляет IТ.Н = 1443 А, с учетом перегрузки (1,4∙IТ.Н) ток трансформатора может достигать величины 2020А. Поэтому в качестве исходных данных возьмем шинопровод ШМА4 на ток 3200 А (табл. П.3.1):

- удельные сопротивления фазы R1УД.Ш = 0,010 мОм/м, Х1УД.Ш = 0,005 мОм/м;

- удельные сопротивления нулевой шины RО.УД.Ш = 0,064 мОм/м, ХО.УД.Ш = 0,035 мОм/м.

Кабель с алюминиевыми жилами сечением 3x95+1x50 мм2 длиной 150 м (табл. П.4.1):

	- удельные сопротивления прямой последовательности 

	R1УД.КЛ = 0,405 мОм/м и Х1УД.КЛ = 0,064 мОм/м;

	- удельные сопротивления обратной последовательности

RО.УД.КЛ = 1,665 мОм/м и ХО.УД.КЛ = 0,559 мОм/м.

Определение сопротивлений схемы замещения

Схема замещения для расчета трехфазного тока КЗ представлена на рис. 3,б.

Сопротивление системы 

- при максимальном режиме работы



 (1.19)



.

- при минимальном режиме работы







Сопротивления трансформатора 1000 кВА для схемы соединения обмоток Y/YО  возьмем из табл. П.1: R1Т9 = 1,7 мОм, Х1Т9 = 8,6 мОм.

Сопротивление шинопровода между трансформатором и вводным автоматическим выключателем

R1Ш = R1УД.Ш ∙ L = 0,010 ∙ 3 = 0,03 мОм ; 

Х1Ш = Х1УД.Ш ∙ L = 0,005 ∙ 3 = 0,015 мОм.



Сопротивление кабельной линии 



R1КЛ = R1УД.КЛ ∙ L = 0,405 ∙ 150 = 60,75 мОм;

Х1КЛ = Х1УД.КЛ ∙ L = 0,064 ∙ 150 = 9,6 мОм.



Сопротивления переходных контактных сопротивлений:

- шинопровода с двух сторон по RК.Ш = 0,0024 мОм (табл. П.6.2);

- сопротивления включения токовых катушек расцепителей и переходные сопротивления подвижных контактов автоматических выключателей (табл.П.6.1)



QF1

2500 А

RQF1 = 0,13 мОм

XQF1 = 0,07 mOm

QF2, QF3

200 А

RQF2 = 1,1 мОм

XQF2 = 0,5 мОм

- активное и индуктивное сопротивления трансформатора тока 2500/5 А примем равными нулю в следствии их малости (см. табл. П.6.5).

Активное сопротивление заземляющей дуги (табл. П.7):

- на вводах 10 кВ трансформатора Т3, точка Ж – RД.Ж = 5 мОм;

- на шинах РУ-0,4 кВ, точка З - RД.З = 6 мОм;

- на шинах РУ-0,38 кВ РПН (ВРУ), точка К - RД.К = 8 мОм.



Определение токов КЗ в максимальном режиме работы энергосистемы

Точка Ж.

	Сопротивление контура КЗ (прямой последовательности):

	- активное 

	

	R1Σ.Ж = R1Т9 + RД.Ж = 1,7 + 5 = 6,7 мОм;


- реактивное



Х1Σ.Ж = ХС.МАКС + Х1Т9 = 0,61 + 8,6 = 9,21 мОм;



- полное



.



Значение периодической составляющей  тока трехфазного КЗ в точке Ж



.



Точка З.

	Сопротивление контура КЗ (прямой последовательности):

	- активное



R1Σ.З = R1Т9 + R1Ш + RQF1 + RТТ + RК.З + RД.З = 

= 1,7 + 0,03 + 0,13 + 0 + 0,0024 + 6 = 7,862 мОм;



- реактивное



Х1Σ.З = ХС.МАКС + Х1Т9 + Х1Ш + ХQF1 + ХТТ =

= 0,61+ 8,6 + 0,015 + 0,07 + 0 = 9,295 мОм;



- полное



.

Значение периодической составляющей  тока трехфазного КЗ в точке З



.



Точка К.

	Сопротивление контура КЗ (прямой последовательности):

	- активное



R1Σ.К = R1Т9 + R1Ш + RQF1 + RТТ + RQF2 + R1КЛ + RQF3 + RК.К + RД.К = 

= 1,7 + 0,03 +0,13 + 0 + 1,1 + 60,75 +1,1 + 2∙0,6 + 2∙0,027 + 8 = 74,064 мОм;



- реактивное



Х1Σ.К = ХС.МАКС + Х1Т9 + Х1Ш + ХQF1 + ХТТ + ХQF2 + Х1КЛ + ХQF3 =

= 0,61 + 8,6 + 0,015 + 0,07 + 0 + 0,5 + 9,6 + 0,5 = 19,895 мОм;



- полное



.



Значение периодической составляющей  тока трехфазного КЗ в точке К



.



Ударный ток КЗ


,



где КУДЖ =1,05 по кривой на рис. П.5 









Определение токов КЗ в минимальном режиме работы энергосистемы

В расчете нужно заменить сопротивление ХС.МАКС на ХС.МИН и определить ток двухфазного КЗ.

Точка Ж



Х1Σ.Ж = ХС.МИН + Х1Т3 = 0,98 + 8,6 = 9,58 мОм;

;



.

Точка З

.

Точка К 

Учитываем увеличение активного сопротивления кабелей вследствие их нагрева током КЗ. (Сопротивление проводника при конечной температуре Rθt = RКЛ.Н ∙ Кθt). Значение коэффициента Кθ для  Кθt = 1,05, тогда R1Σ.К = 77,102 мОм


.



Расчет токов однофазных КЗ методом симметричных составляющих

Под однофазным КЗ подразумевается короткое замыкание на землю силовых элементов в трехфазной электрической системе с глухозаземленной нейтралью, при котором с землей соединяется только одна фаза.

Под однофазным КЗ подразумевается короткое замыкание на землю силовых элементов в трехфазной электрической системе с глухозаземленной нейтралью, при котором с землей соединяется только одна фаза.

В соответствии с требованиями пунктов 1.7.79 и 3.1.8-3.1.13 "Правил устройства электроустановок" [4] для надежного отключения поврежденного участка сети наименьший расчетный ток КЗ должен превышать номинальный ток плавкой вставки или номинальный ток расцепителя автоматического выключателя, имеющего обратно зависимую от тока характеристику, не менее чем в 3 раза.

Если автоматический выключатель имеет мгновенно действующий электромагнитный расцепитель (отсечку), то наименьший расчетный ток КЗ должен превышать уставку отсечки не менее чем в 1,4 раза.

Метод симметричных составляющих предложен для упрощения расчетов несимметричных КЗ. Сущность этого метода состоит в замене несимметричной системы токов трехфазной сети при однофазном коротком замыкании тремя симметричными системами: прямой, обратной и нулевой последовательности.

Если электроснабжение электроустановки напряжением до 1 кВ осуществляется от энергосистемы через понижающий трансформатор, то значение периодической составляющей тока однофазного КЗ рассчитывают по формуле


   (1.20)



где R1Σ, R2Σ и Х1Σ, Х2Σ - суммарные активные и индуктивные сопротивления соответственно прямой и обратной последовательности фазной цепи КЗ. Сопротивления обратной последовательности равны сопротивлениям прямой последовательности, что учтено в выше приведенной формуле коэффициентом 2. Эти сопротивления определяются аналогично параметрам схемы замещения сети для расчета трехфазного КЗ;

RОΣ и ХОΣ - суммарное активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности цепи КЗ;



RОК = RОТ + RТТ + RАВ + RК + RД + RОШ + RОКЛ + RОВЛ;

ХОК =  ХОТ +  ХТТ + ХАВ + ХОШ + ХОКЛ + ХОВЛ,



где RОТ и ХОТ  - сопротивления нулевой последовательности понижающего трансформатора;

RОШ, RОКЛ, RОВЛ и ХОШ, ХОКЛ, ХОВЛ - сопротивления нулевой последовательности линии (сопротивления шинопроводов, кабелей, воздушной линии с учетом цепи зануления);

RТТ, RАВ, RК, RД и ХТТ, ХАВ - сопротивления трансформаторов тока, автоматических выключателей, контактов и дуги в цепи зануления.

Сопротивления трансформатора 1000 кВА для схемы соединения обмоток Y/YО  возьмем из табл. П.1: R0Т9 = 19,6 мОм, Х0Т9 = 60,6 мОм.

Сопротивление шинопровода между трансформатором и вводным автоматическим выключателем



R0Ш = R0УД.Ш ∙ L = 0,064 ∙ 3 = 0,192 мОм ; 

Х0Ш = Х0УД.Ш ∙ L = 0,035 ∙ 3 = 0,105 мОм.

Сопротивление кабельной линии 



R1КЛ = R1УД.КЛ ∙ L = 1,665 ∙ 150 = 249,75 мОм;



Учитываем увеличение активного сопротивления кабелей вследствие их нагрева током КЗ R0Σ.К = 249,75∙1,05 = 262,24 мОм



Х0КЛ = Х0УД.КЛ ∙ L = 0,559∙ 150 = 83,85 мОм.



Схема замещения нулевой последовательности с параметрами для расчета токов однофазного КЗ показана на рис. 3,в. Таким образом

Точка Ж

RОΣ.Ж = 19,6 + 5 = 24,6 мОм;

ХОΣ.Ж = 60,6 мОм.

Ток однофазного КЗ в точке Ж



Точка З

RОΣ.З = 19,6 + 0,192 + 0,13 + 0,0024 + 6 = 25,924 мОм;

ХОΣ.З = 60,6 + 0,105 + 0,07 = 60,775 мОм.

Ток однофазного КЗ в точке З



Точка К 

RОΣ.К = 19,6 + 0,192 + 0,13 + 1,1 + 262,24 + 1,1 + 1,254 + 8 = 293,616 мОм;

ХОΣ.К = 60,6 + 0,105 + 0,07 + 0,5 + 0,5 + 83,85 = 145,625 мОм.

Ток однофазного КЗ в точке К



Расчеты токов КЗ сведем в табл. 6



Таблица 6 – Расчетные данные токов КЗ в сети до 1кВ



Место точек расчета короткого замыкания



Ж

З

К

Максимальный ток трехфазного КЗ I(3)К.МАКС, кА

20,277

18,97

3,011

Минимальный ток двухфазного КЗ I(2)К.МИН, кА

17,109

16,053

2,509

Ток однофазного КЗ I(1)К,П,кА

7,842

7,674

1,429