Розрахунок струмів короткого замикання, НУХТ

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ

електропостачання  ПРОМИСЛОВИХ  ПІДПРИЄМСТВ 

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО ДИПЛОМНОГО ТА КУРСОВОГО ПРОЕКТУВАННЯ

для студентів спеціальності

7.05070103 „Електротехнічні системи електроспоживання”

денної та заочної форм навчання 

Київ НУХТ 2011

5. РОЗРАХУНОК СТРУМІВ КОРОТКОГО ЗАМИКАННЯ

5.1. Загальні положення

Система електропостачання промислових підприємств може мати такі джерела живлення:

* шини пiдстанцiї енергосистеми,

* власна електростанція,

* енергосистема та електростанція.

Методи розрахунку струмів короткого замикання для наведених схем живлення рiзнi, проте, в усіх випадках розрахункові величини подають у відносних одиницях i зводять до базисної потужності, що приймається за одиницю.

Базисна потужність S_б вибирається для спрощення обчислень i дорівнює потужності системи, сумарній потужності генераторів електростанції, трансформаторів пiдстанцiї або будь-якому числу, кратному 10.

Базисний струм, кА,

де U_б - базисна напруга, кВ.

За базисну приймають номiнальнi потужності: 0,4; 3,15; 6,3; 10,5; 37; 115; 230  кВ тощо.

Опори елементів схеми виражають у відносних одиницях:

реактивний 

активний 

повний 

Зведення до базисних умов здійснюється за виразом 

Якщо U_ном. = U_б,

Таким чином, для опорів лiнiй електропередачі, велична яких звичайно задана в Омах

Надперехiдний поздовжній реактивний опір x''_d  для генераторів

виражається у відносних одиницях. Зведений до базисних умов:,

де S_{г. ном} - номінальна потужність генератора, кВ·А.

Для силових трансформаторів, потужність яких S_ном ³ 750 кВ·А,

де x_*т » 0,01U_к, %.

При потужності трансформаторів 630 кВ·А необхідно враховувати активний опір,

де ; P_м - втрати потужності у металі обмоток, кВт;

S_ном - номінальна потужність трансформатора, кВ·А.

Активний опір трансформатора, зведений до базисних умов: 

Реактивний опір реактора, де x_p* - реактивний опір реактора у відносних одиницях (за довідниками - у процентах);         U_ном - номінальна напруга реактора, кВ; I_ном - номінальний струм реактора, кА.

У мережах високої напруги активні опори малі, порівняно з реактивними, i їх звичайно не враховують.

Реактивний опір двигунів,

де S_ном - номінальна потужність двигуна; x'_д* - індуктивний опір, в.о.

Для синхронних i асинхронних двигунів x''_д* » 0,2.

Точні методи розрахунку струмів короткого замикання дуже складні. Тому при розрахунку дозволяються такі припущення:

1. активні опори враховуються тоді, коли вони складають не менш як 30% активних;

2. ЕРС джерел, що вiддаленi від місця короткого замикання, вважаються незмінюваними;

3. вплив дрібних синхронних i асинхронних двигунів не враховується;

4. не враховуються струми намагнічування трансформаторів.

Для характеристики короткого замикання необхідно визначити такі величини:

I'' - початкове значення періодичної складової  (надперехiдний струм);

i_y - ударний струм короткого замикання (миттєве значення через 0,01 с після початку короткого замикання);

I_y - найбільше діюче значення повного струму короткого замикання протягом першого періоду короткого замикання;

I_0.2 - значення струму короткого замикання для часу t=0,2 с;

I_¥ - діюче значення усталеного струму короткого замикання;

S_0,2 - потужність короткого замикання для часу t = 0,2 с.

Для визначення струмів короткого замикання в будь-який момент часу використовують криві затухання. При кресленні кривих зроблено такі припущення: коротке замикання трифазне й симетричне, генератори до моменту короткого замикання працювали з номінальним симетричним навантаженням (cosj = 0,8),  поздовжні  та  поперечні   надперехiдні  реактивні   опори   однакові (x_d’’ = x_q’’).

Незважаючи на вказані припущення точність методу достатня для перевірки апаратури й струмоведучих частин при коротких замиканнях в установках високої напруги.

Розрахункова схема для визначення струмів короткого замикання включає джерела живлення, які впливають на струм короткого замикання та всі елементи мережі, розташовані між джерелом й місцем короткого замикання.

Рис. 5.1. Розрахункові криві для визначення струмів КЗ. 

Для спрощення схеми замінюють паралельно, послідовно та мішано ввімкнені опори одним еквівалентним. Якщо джерела системи знаходяться у практично однакових умовах відносно місця короткого замикання, їх заміняють одним еквівалентним.

Для коригування струмів КЗ за розрахунковими кривими необхідно визначити величину,

де x_Sd_* - результуючий опір кола від джерела до місця короткого замикання у відносних одиницях, зведений до базисних умов.

Періодична складова для моменту часу,

де I_S - сумарний номінальний струм джерела живлення.

За кривими згасання визначають:

початкове значення періодичного струму короткого замикання;

значення періодичного струму I_0,2 для часу t = 0,2  с;

діюче значення усталеного струму короткого замикання I_¥.

Ударний струм короткого замикання. 

5.2. Розрахунок струмів короткого замикання при живленні промислових підприємств від енергосистеми необмеженої потужності

В разі живлення промислових підприємств від енергосистеми необмеженої потужності ЕРС джерела живлення незмінна й користуватися розрахунковими кривими не потрібно. Розрахунок спрощується, бо періодична складова струму короткого замикання практично незмінна,

де базисний струм 

x_d*S - результуючий реактивний опір, зведений до базисної потужності.

При цьому опір системи до точки приєднання мережі підприємства приймається рівним нулю.

Потужність короткого замикання 

Наведена  методика розрахунку струму короткого замикання застосовується також при x_розр > 3 (розрахункові криві побудовані для x_{розр. макс.} = 3,0).

Досить широко поширена схема електропостачання, за якою підприємство живиться від енергосистеми та власної електростанції (міська ТЕЦ) на генераторній напрузі. Об’єднання цих двох джерел, що мають різну електричну віддаленість, може спричинити значну похибку в розрахунках. Об’єднання джерел допускається при. 

Якщо це відношення виходить за вказані межі, об’єднувати джерела не можна й розрахунок ведуть для кожного джерела окремо. Струм короткого замикання визначається як сума струмів від кожного джерела. У разі відсутності ймовірних даних про контакти та їхні перехідні опори, рекомендується при розрахунках струмів короткого замикання у мережах, що живляться від трансформаторів потужністю до 160 кВ·А включно, вводити у розрахунок активний опір:

1. Для розподільних пристроїв на станціях та підстанціях - 0,015 Ом.

2. Для первинних цехових розподільних підстанцій на затискачах апаратів, які живляться радіальними лініями від щитів підстанцій - 0,02 Ом.

3. Для вторинних цехових розподільних підстанцій, що живляться від первинних - 0,025 Ом.

4. Для апаратури, встановленої безпосередньо біля електроприймачів - 0,03 Ом.

При розрахунку струмів короткого замикання в мережах до 1000 В системи живлення мають, як правило, джерело живлення з незмінною ЕРС і нульовим внутрішнім опором. У розрахунках враховують активні та реактивні опори повітряних і кабельних ліній, обмоток силових трансформаторів, трансформаторів струму, шин, а також перехідні опори комутаційної апаратури.

Якщо потужність системи перевищує потужність знижувального трансформатора менш як у 50 разів, необхідно здійснювати розрахунок за реальною потужністю системи.

В мережах до 1000 В розрахунки ведуть в абсолютних одиницях:

потужність у кіловольтах на ампери (кВ·А),  напруга у вольтах (В), струм в амперах (А), опір в міліомах (мОм).

Рекомендується враховувати збільшення активного опору провідників при їхньому нагріванні струмами короткого замикання за формулою,

де m - коефіцієнт, що дорівнює для міді 2, для алюмінію 6; t_к - час короткого замикання, с; q₀ – температура до настання короткого замикання, ⁰С; I_к – струм короткого    замикання  без  урахування  нагріву, кА; S  –  поперечний переріз провідника, мм­­².

Ударний струм визначають з урахуванням ударного коефіцієнта.

Для трансформаторів потужністю 100…400 кВА з U_к = 5,5 %, к_у = 1,3; для трансформаторів потужністю 100…400 кВ·А, к_у = 1,2 для віддалених точок мережі к_у = 1,0.

Вплив двигунів враховують за такими виразами,

де I_дв.поч. – сумарний початковий струм двигунів.

В мережах до 1000 В немає необхідності визначати струм двофазного короткого замикання, бо він звичайно не перевищує 87 % від струму трифазного короткого замикання.

Таким чином,

де U_ном – номінальна напруга мережі, де відбувається коротке замикання; r_S, x_S - відповідно сумарний активний і реактивний опір кола короткого замикання, мОм.

Розрахунковий опір.

де x_Sd* - результуючий опір кола від джерела до місця короткого замикання; S_{ном S} - потужність джерела живлення місця короткого замикання, МВ·А.;

 S_б – базисна потужність, МВ·А.

Оскільки S_{ном S} = S_б, то 

Для характеристики короткого замикання необхідно визначити такі величини:

I'' – початкове значення періодичної складової (надперехiдний струм);

– ударний струм короткого замикання;

I_0,2 – значення струму короткого замикання для t = 0,2 с;

I_¥ - діюче значення усталеного струму короткого замикання;

- потужність короткого замикання.

Оскільки  x_розр.* > 3, то, кА

З повагою ІЦ "KURSOVIKS"!