8.1 Выбор электрических аппаратов РП
8.1.3 Выбор трансформаторов напряжения
Таблица 8.9 - Вторичная нагрузка обмотки 0,5 ТН шин РП
Прибор Тип cosφ sinφ
Нагрузка фаз, В·А
А B C
Вольтметр (Uф) (2 шт.) ЦП-А72 1,0 0 0,5 0,5 0,5 Вольтметр (Uл) (2 шт.) ЦП-А72 1,0 0 0,25 – 0,25 Счетчик активной и реактивной
энергии (3 шт.)
Гран-Электро
СС-301 1,0 0 1,0 1,0 1,0 Терминал РЗА яч. вводов МР700 1,0 0 0,5 0,5 0,5
Итого: 5,0 4,5 5,0
Таблица 8.10 - Вторичная нагрузка обмотки 6Р ТН шин РП
Прибор Тип cosφ sinφ
Нагрузка фаз, В·А
А B C
Терминал РЗА яч. вводов МР700 (2 шт.) 1,0 0 0,5 0,5 0,5
Итого: 1 1 1
Ввиду того, что все подключаемые приборы являются цифровыми и коэффициент активной мощности равен единице, возможно сложение векторов мощности без учета их направления. Тогда мощность нагрузки вторичной обмотки составит:
2 5 4,5 5 14,5 В А S = + + = .
Выбранные трансформаторы напряжения типа ЗНОЛ.06-10 У3 имеют номинальную мощность 50 В∙А в классе точности 0,5. Расчетная нагрузка вторичной цепи согласно (9.32) должна быть не менее:
0, 25Sном2 =0, 25 50 =12,5 В А, 5014,512,5 В А.
К обмотке класса точности 6Р подключены только терминалы защит РЗА. Нагрузка вторичной обмотки составит:
2 2 0,5 2 0,5 2 0,5 3,0 В А S = + + = .
Обмотка 6Р выбранного трансформатора напряжения имеет номинальную нагрузку 300 В·А, что удовлетворяет условию (9.33) и позволяет установить в нее устройство защиты от феррорезонанса.
Для подключения приборов к ТН выберем контрольный кабель КВВГ- 4х2,5-0,66 (минимальное допустимое сечение и материал по для вторичных аналоговых цепей согласно ПУЭ). Проверим контрольно-измерительные
кабели от трансформатора напряжения до приборов на РП по условию допустимого значения потерь напряжения согласно следующему выражению:
Uдоп U
, (8.18)
где ∆UΣ– суммарное значение потерь напряжения, %;
∆UΣ – допустимое значение потерь напряжения, %.
Проверим выбранные кабели по потере напряжения. Допустимые потери напряжения для кабелей, присоединенных к панелям КСО:
– вводным ΔU% = 0,20 %;
– линейным ΔU% = 0,25 %;
Проверку выбранных кабелей производим по следующим выражениям:
р
% ном
3 ( cos sin )
100 ,
I l r x
U U
+
= (8.19)
где l – расстояние от измерительной панели до наиболее удалённой линейной панели, примем l = 8 м.
р
% 2
ном
( cos sin )
S l r x
U
U
+
= , (8.20)
где Sр – фазная нагрузка счётчика активной и реактивной энергии, В·А.
Sр = 1 В·А из таблицы.
Uном – номинальное фазное напряжение, В.
Расчет произведем по формуле (8.20):
3
% 2
1 8 10 (12,3 0,3 0,126 0,95)
100 0, 0009 % 100
3 U
− +
= =
.
Следовательно, выбранные кабели соответствуют допустимой потере напряжения.
9 РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
Максимальное значение тока КЗ необходимо для проверки сечений токоведущих элементов и электрических аппаратов РП и ТП по условиям электродинамической и термической стойкости, а также для проверки отключающей способности аппаратов защиты. Для этого в расчетных точках было определено действующее значение периодической составляющей тока трехфазного короткого замыкания в режиме работы энергосистемы с максимальным ожидаемым током короткого замыкания с учетом подпитки от синхронных двигателей.
Минимальное значение тока КЗ необходимо для проверки чувствительности защит. Для этого в расчетных точках было определено действующее значение периодической составляющей тока двухфазного или однофазного короткого замыкания в режиме работы энергосистемы с минимальным ожидаемым током короткого замыкания без учета подпитки от синхронных двигателей.
Расчетная схема представлена на рисунке 9.1.
Рисунок 9.1 – Расчётная схема системы электроснабжения завода
Расчетное значение тока КЗ для проверки оборудования по термической стойкости, электродинамической стойкости и отключающей способности – действующее значение периодической составляющей тока трехфазного короткого замыкания в режиме работы энергосистемы с максимальным ожидаемым током короткого замыкания.
Расчетное значение тока КЗ для проверки чувствительности защит 10 кВ – действующее значение периодической составляющей тока двухфазного короткого замыкания в режиме работы энергосистемы с минимальным ожидаемым током короткого замыкания.
Расчетное значение тока КЗ для проверки чувствительности защит 0,4 кВ – действующее значение периодической составляющей тока двухфазного (шины ТП) или двухфазного (в остальных точках) короткого замыкания в режиме работы энергосистемы с минимальным ожидаемым током короткого замыкания.
Подключение проектируемого завода выполняется к секции 1 и секции 2 шин 10 кВ подстанции 110/10 кВ. Для выдачи мощности потребителю электроэнергии предусмотрено строительство КЛ длиной 0,8 км от проектируемого РП до ПС 110/10 кВ.
Действующее значение периодической составляющей тока трехфазного короткого замыкания на шинах 10 кВ ПС 110/10 кВ в режиме работы энергосистемы с максимальным ожидаемым током короткого замыкания – 2900 А. Действующее значение периодической составляющей тока двухфазного короткого замыкания на шинах 10 кВ ПС 110/10 кВ в режиме работы энергосистемы с минимальным ожидаемым током короткого замыкания – 2100 А.
Ввиду того, что секции РП находятся в идентичных условиях, расчет токов КЗ был произведен для одной секции шин.
На основании расчетной схемы составляем эквивалентную схему замещения системы электроснабжения. Сопротивление системы в режиме с максимальным ожидаемым током КЗ определяется по следующему выражению:
с 3 ( ) с ма 3
ма с к к кс
x U
I
= . (9.1)
Сопротивление системы в режиме с минимальным ожидаемым током КЗ определяется по следующему выражению:
с 3 ( ) с ми 3
м н
к ин
x U
I
= . (9.2)
Сопротивление двухобмоточных трансформаторов определяется по следующему выражению:
,% 2
т 100 ном
к ном
U U
X = S . (9.3)
Ток трехфазного КЗ определяется по следующему выражению:
(3) с
2 2
1 1
3
к
э э
I U
r x
= + , (9.4)
где rэ и xэ – эквивалентные сопротивления прямой последовательности, полученные в результате преобразования схемы замещения.
Ток двухфазного КЗ определяется по следующему выражению:
(2) 3 (3)
к 2 к
I = I . (9.5)
Ток однофазного КЗ определяется по следующему выражению:
(1) с
2 2
1 0 0
3 (2 ) (2 )
к
э э э э
I U
r r x x
= + + + , (9.6)
где rэ и xэ – эквивалентные сопротивления нулевой последовательности, полученные в результате преобразования схемы замещения.
Ввиду того, что режим работы нейтрали сети 10 кВ – изолированная нейтраль, однофазное КЗ в данной сети произойти не может. В сети до 1 кВ возможны однофазные короткие замыкания. Из применяемого оборудования только у кабельных линий электропередач отличаются сопротивления прямой и нулевой последовательностей, следовательно, токи однофазных коротких замыканий рассчитаны только для точек КЗ, удаленных от энергосистемы на величину сопротивления кабельной линии.
Активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности кабельной линии определяются соответственно по следующим выражениям:
л уд
r =r l, (9.7)
л уд
х = x l, (9.8)
где rуд – удельное активное сопротивление, Ом / км;
xуд – удельное индуктивное сопротивление, Ом / км;
l – длина линии, км.
Активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности кабельной линии определяются соответственно по следующим выражениям:
л0 4 л
r = r , (9.9)
л0 4 л
х = х . (9.10)
Сопротивления КЛ находим в соответствии с выражением (9.6) на основании таблицы 7.9. Результаты сводим в таблицу 9.1. Эквивалентная схема замещения представлена на рисунке 9.2.
Таблица 9.1 – Сопротивления кабельных линий
Линия Начало линии Конец линии Длина, км
r0, Ом/км
x0,
Ом/км R, Ом X, Ом Л1, Л2 п/ст РП 1с, РП 2с 0,8 0,325 0,089 0,26 0,07 Л3, Л4 РП 1с, РП 2с ТП3 0,03 0,568 0,098 0,02 0,01
Л5,Л6 ТП3 ТП4 0,11 1,113 0,109 0,12 0,01
Л7,Л8 РП 1с, РП 2с ТП1 0,14 0,568 0,098 0,08 0,01
Л9, Л10 ТП1 ТП2 0,12 0,822 0,104 0,10 0,01
Рисунок 9.2 – Эквивалентная схема замещения системы электроснабжения завода для расчета токов КЗ
Определим значение тока КЗ на шинах РП (точка К2).
Сопротивление системы в режиме с максимальным ожидаемым током КЗ составит:
10,5 2,09 3 2,9
с макс
x = =
Ом.
Сопротивление системы в режиме с минимальным ожидаемым током КЗ составит:
10,5 2,5 3 2,1 2
3
с мин
x = =
Ом.
Действующее значение периодической составляющей ток трехфазного короткого замыкания в точке К2 в режиме работы энергосистемы с максимальным ожидаемым током КЗ составит:
2. _
(3)
2 2
10,5 2, 79
3 (0, 26) (0, 07 2, 09)
К макс С
I = =
+ + кА.
Действующее значение периодической составляющей ток трехфазного короткого замыкания в точке К2 в режиме работы энергосистемы с минимальным ожидаемым током КЗ составит:
_ 2 (2)
2. 2
10,5 2,35
3 (0, 26) (0, 07 2,5)
мин
К С
I = =
+ + кА.
Действующее значение периодической составляющей ток двухфазного короткого замыкания в режиме с минимальным ожидаемым током КЗ составит:
2)
( 3
2, 79 2, 42
к 2
I = = кА.
Ударный ток КЗ определяется по следующему выражению:
у 2 ( к(3)макс) у
i = I K , (9.11)
где Kу – ударный коэффициент, зависящий от постоянной времени цепи КЗ.
Ударный коэффициент определяется по следующему выражению:
0.01 у 1+ Ta
K e
= − , (9.12)
где Та – постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ, с.
Постоянная времени затухания апериодической составляющей определяется согласно следующему выражению:
a
T X
R
= , (9.13)
где X, R – результирующие эквивалентные активное и индуктивное сопротивление цепи КЗ, Ом;
ω – синхронная угловая частота напряжения сети, рад/с. Учитывая, что частота проектируемой сети составляет 50 Гц, синхронная угловая частота напряжения сети составит 314 рад/с.
Для шин ПС 110/10 кВ ударный коэффициент принят равным 1,80.
Постоянная времени затухания апериодической составляющей, ударный коэффициент и ударный ток КЗ в точке К1 по выражениям (9.7…9.9) составят:
(0, 07 2, 09)
0, 0265 314 0, 26
Ta = + =
с;
0,01 0,0265
у 1+2,72 1, 686 K
−
= = ;
у.К2_С 2 2,79 1,686 6,65
i = = кА.
Произведем дальнейший расчет для точки КЗ:
Действующее значение периодической составляющей ток трехфазного короткого замыкания в точке К3 в режиме с максимальным ожидаемым током КЗ составит:
(3)
2 2
3.
10,5 2, 77 кА.
3 (0, 26 0, 02) (0, 07 2, 09 0, 01)
К макс
I = =
+ + + +
Действующее значение периодической составляющей ток трехфазного короткого замыкания в точке К3 в режиме работы энергосистемы с минимальным ожидаемым током КЗ составит:
(3)
3. 2 2
10,5 2,33 кА.
3 (0, 26 0, 02) (0, 07 2,5 0, 01)
К мин
I = =
+ + + +
Действующее значение периодической составляющей ток двухфазного короткого замыкания в режиме работы энергосистемы с минимальным ожидаемым током КЗ составит:
(2) . 3
3 2, 77 2,39 кА.
к мин 2
I = =
Постоянная времени затухания апериодической составляющей, ударный коэффициент и ударный ток КЗ для точки К3 по выражениям (9.7…9.9) составят:
(0, 07 2, 09 0, 01)
0, 025 314 (0, 26 0, 02)
Ta = + + =
+ с;
0,01 0,025
у 1+2, 72 1, 67 K
−
= = ;
у.К3 2 2, 77 1, 67 6,54
i = = кА.
Аналогичным образом находим значения токов КЗ в остальных точках, указанных на рисунке 9.1. Полученные результаты сводим в таблицу 9.2.
Таблица 9.2 – Результаты расчета токов КЗ в характерных точках схемы
Точка КЗ Место КЗ Ток КЗ, кА
( )3 макс
Iк iу Iк( )2мин
К1 Шины 10 кВ подстанции 2,9 7,1 2,1
К2 Шины РП 2,79 6,65 2,35
К3 Выводы 10 кВ тр-ра ТП3 2,77 6,54 2,33 К4 Выводы 10 кВ тр-ра ТП4 2,74 6,47 2,3 К5 Выводы 10 кВ тр-ра ТП1 2,78 6,5 2,31 К6 Выводы 10 кВ тр-ра ТП2 2,72 6,43 2,28
Произведем расчет токов короткого замыкания в сети до 1 кВ. Найдем величину тока КЗ на шинах до 1 кВ трансформатора ТП4.
Сопротивление в мОм до шин 0,4 кВ понижающего трансформатора для режима с максимальным ожидаемым током короткого замыкания, определяется по следующему выражению:
СВ 3
(3) 2 10
макс 3 т к
кмакс т
Z U Z Z
I к
= + +
, (9.14)
где UСВ – среднее номинальное напряжение на выводах высшего напряжения трансформатора, кВ;
( )3 макс
Iк – начальное значение периодической составляющей тока КЗ на выводах высшего напряжения трансформатора, кА;
кт –коэффициент трансформации трансформатора;
Zт – сопротивление трансформатора, мОм;
Zк – переходное сопротивление контактов, 15 мОм.
Сопротивление в мОм до шин 0,4 кВ понижающего трансформатора для режима с минимальным ожидаемым током короткого замыкания определяется по следующему выражению:
СВ 3
(3) 2 10
мин 3 т д к
кмин т
Z U Z Z Z
I к
= + + +
, (9.15)
где Zд – сопротивление дуги в месте короткого замыкания, мОм, принимается в соответствии с ГОСТ 28249-93.
Активное сопротивление трансформатора ТМГ33-630/10 в мОм определяется по следующему выражению:
2 к ном 6
Т 2
ном
P U 10
r S
= ; (9.16)
Активное сопротивление трансформатора согласно выражению (9.16) составит:
2 6
Т 2
6,135 0, 4
10 2, 47 r 630
= = мОм.
Индуктивное сопротивление трансформатора ТМГ33-630/10 определяется по следующему выражению:
2 2 2
СН 6
к к
Т
ном ном
100 10
U
U P
x S S
= −
; (9.17)
Индуктивное сопротивление трансформатора согласно выражению (9.17) составит:
2 2 2
6 Т
5,5 6,135 0, 4
10 13,74
100 630 630
x
= − =
мОм.
Сопротивление в мОм до шин 0,4 кВ понижающего трансформатора для режима с максимальным ожидаемым током короткого замыкания, составит:
3 2
( 10,5 10 ) 2, 47 13,74 15 17, 47 16,9 Ом.
3 2,79 (10,5) 0, 4
Zмакс = j+ + j + = + j
.
Сопротивление в мОм до шин 0,4 кВ понижающего трансформатора для режима с минимальным ожидаемым током короткого замыкания,
составит:
3 2
( 10,5 10 ) 2, 47 13,74 15 5 22, 47 23, 44 Ом.
3 2,35 (10,5) 0, 4
Zмин = j + + j+ + = + j
Действующее значение периодической составляющей тока трехфазного КЗ в режиме с максимальным ожидаемым током КЗ составит:
(3) 3
2 2
0,4 10 9,54
3 (17,47) (16,9)
к макс
I = =
+ кА.
Ток трехфазного КЗ в минимальном режиме составит:
(3) 3
2 2
0,4 10 7,6
3 (22,47) (23,44)
и к м н
I = =
+ кА.
Ток двухфазного КЗ в минимальном режиме составит:
2)
( 3
7,6 6,62
к 2
I = = .
Ударный ток трехфазного КЗ составит:
у 2 9,54 1 13,5
i = = кА.
Расчет токов КЗ на стороне до 1 кВ для остальных ТП выполняется аналогичным образом. Результаты расчета сведены в таблицу 9.3.
Таблица 9.3 – Результаты расчета токов КЗ на шинах 0,4 кВ
Точка КЗ Место КЗ Ток КЗ, кА
(3) к макс
I iу Iк( )2мин Iк( )1мин
К3’ Выводы 0,4 кВ тр-ра ТП3 9,54 13,5 6,62 – К4’ Выводы 0,4 кВ тр-ра ТП4 9,61 13,59 6,69 – К5’ Выводы 0,4 кВ тр-ра ТП1 9,54 13,5 6,62 – К6’ Выводы 0,4 кВ тр-ра ТП2 9,62 13,6 6,71 – К3.1’ Ввод 0,4 кВ ВРУ1 9,39 13,27 – 5,44 К3.2’ Ввод 0,4 кВ ВРУ2 9,46 13,37 – 5,47 К4.1’ Ввод 0,4 кВ ВРУ3 9,44 13,35 – 5,46 К4.2’ Ввод 0,4 кВ ВРУ4 9,46 13,37 – 5,47 К4.3’ Ввод 0,4 кВ ВРУ5 9,41 13,31 – 5,45
10 РАСЧЕТ УСТАВОК РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ ЯЧЕЙКИ ОТХОДЯЩЕЙ ЛИНИИ
В данном разделе рассмотрим защиту отходящей линии 10 кВ Л7 (от РП к ТП1). Для защиты данной линии применим следующий набор функций устройства РЗА: устройство резервирования отказа выключателя (УРОВ), защиту от дуговых замыканий (ЗДЗ), трёхступенчатая токовая защита и токовая защита нулевой последовательности. Защиты выполнены на базе микропроцессорного устройства МР301 и устройства дуговой защиты МДО-1.