Электроснабжение сельского населенного пункта

5.7.1. Расчет токов короткого замыкания

Расчет токов короткого замыкания следует определить в расчетных точках на стороне 0,38 кВ:

К1 – максимальный ток (трехфазного) к.з. сразу за местом установки автоматических выключателей –

К2 – минимальный (однофазный) ток короткого замыкания в конце наиболее удаленной точке ВЛИ 0,38кВ –

К3 – Значение трехфазного тока короткого замыкания на стороне 10кВ силового трансформатора, при к.з. в начале ВЛИ 0,38кВ –

К4 (К1) – значение двухфазного тока к.з. сразу за местом установки автоматического выключателя –

Рассмотрим определение значений этих токов к.з. на примере.

Расчетная схема и схема замещения элементов электрической схемы представлены на рис. 5.5 и 5.6.

Рис. 5.5. Расчетная схема по определению токов к.з.

Рис.5.6 Схема замещения элементов расчетной схемы для расчета токов к.з.

На этих схемах указаны расчетные точки коротких замыканий: К1, К2, К3, К4.

Сети напряжением 0,38 кВ выполняются как сети с глухо заземленной нейтралью. В таких сетях могут возникать трехфазные, двухфазные и однофазные к.з.

На расчетной схеме указаны марка и мощность трансформатора, сечение участков ВЛИ 0,38кВ и их протяженность, указанных в км.

В соответствии с стр. 190 [11] сопротивлением ВЛ 10 кВ можно пренебречь.

Ток при трехфазном КЗ за автоматом установленным на стороне 0,4 кВ для трансформатора с S_ном=160кВА составляет:

Где:

U_К – напряжение короткого замыкания трансформатора.

В каталоге трансформаторов эта величина указывается в % к номинальному напряжению трансформатора.

В расчетную формулу эта величина подставляется в относительных единицах:

U_К = 4,5% или U_К = 0,045 отн. ед.

I _ном = номинальный ток трансформатора на стороне 0,4 кВ;

Пример.

Для трансформатора с номинальной мощностью S _ном= 160 кВА,

Определяем трехфазный ток к.з. (расчетная точка – К1) на шинах 0,4 кВ трансформатора.

Соответственно на стороне 10 кВ ток трехфазного к.з. составит (с учетом коэффициента трансформации силового трансформатора 10,5/0,4 =25) в 25 раз меньше, чем на стороне 0,4 кВ) Трехфазный ток к.з (в расчетной точке К3) на стороне 10 кВ, при к.з. на стороне 0,4 кВ – равен:

Эти максимальные токи к.з. нужны для проверки термической стойкости автоматического выключателя и для проверки селективности срабатывания защит. При двухфазном к.з. (т. К4) вначале ВЛИ 0,38кВ электромагнитный расцепитель автоматического выключателя должен сработать быстрее, чем перегорит плавкая вставка на стороне 10кВ..

Определяем минимальный (однофазный) ток к.з. в конце наиболее протяженной ВЛИ 0,38 кВ. (т. К 2).

Однофазный ток короткого замыкания равен:

где: U _фаз =230 В.

При расчете однофазного к.з. значение напряжения принимается 1,05 от значения фазного напряжения и считается, что во всех точках сети 0,38 кВ это напряжение имеет постоянное значение 230В.

Zтр – полные сопротивления трансформаторов току замыкания на корпус, приведенное к стороне 0,38 кВ.

Эти значения приведены в Приложении № 13 или стр. 191 [6].

Петля ВЛ 0,38 кВ пли протекания этого тока складывается из активных сопротивлений фазного и нулевого провода и индуктивного сопротивления между фазным и нулевым проводом.

В расчетах определяется сопротивление петли на 1 км линии, а затем умножают на длину линии, выполненным данным сечением. Если расчетный участок ВЛ выполнен двумя сечениями проводов, то для каждого сечения определяем сопротивление петли на 1 км линии и умножаем на длины участков, выполненных разными сечениями.

Полное сопротивление петли «фазный – нулевой провод» составляет:

где: L – длина участка ВЛИ, выполненная одним сечением;

R_ф – удельное активное сопротивление фазного провода;

R_н – удельное активное сопротивление нулевого провода.

X_нф – удельное сопротивление фазного провода

X_нн – удельное индуктивное сопротивление нулевого провода.

Рассмотрим определение однофазного к.з в точке «два» для приведенного примера.

Линия состоит из двух участков. Первый участок 0–5-сечением СИП 3х50+1х70.

Второй участок (5–7) СИП 3х25+1х35.

Суммарное сопротивление петли Ф-0 определяется по формуле:

Z_петли сумм = Z_п1+Z= (5.29).

Соответственно L1 = 300 м= 0,3 км; L2=100 м=0,1 км

Удельные активные сопротивления проводов СИП приведены в Приложении 11 и в таб. 2.4 [6].

Однофазный ток короткого замыкания (расч. точка К2) равен:

Ток двухфазного КЗ за трансформатором (расч. точка К4) равен:

Результаты расчетов токов к.з. следует представить в табличной форме.

Таблица 5.13

Результаты расчетов токов КЗ

5.8. Выбор автоматических выключателей

Комплектные трансформаторные подстанции для электроснабжения с.х. потребителей комплектуются обычно автоматическими автоматами типа А3700.

Рассмотрим выбор автомата на примере выше рассмотренной линии электропередач.

Автоматы выбираются исходя из следующих условий:

1. Номинальное напряжение автомата должно быть больше или равно напряжению сети:

U_н.авт. ≥ U_н.сети (5.30)

U=660 В >U=380 В

Условие выполняется.

2. Номинальный ток теплового расцепителя должен быть больше или равен току нагрузки с учетом коэффициента надежности (равного 1,1–1,3);

I_{тепл.расц.} ≥ 1,2∙I_{раб.ВЛИ} (5.31),

где – I_{раб.ВЛИ} – ток ВЛИ в месте установки АВ

I_раб. для рассматриваемой ВЛИ в месте установки АВ равен 34,2А.

I_{тепл.расц.} ≥ 1,2∙34,2 = 40,01 А

I_{тепл.расц.} > 40,01 А

Выбираем А3714 с I_{ном.авт} = 80 А. I_{тепл.расц.} =63 А. I_{тепл.расц.} = 63 А..

3. Предельно допустимый ток отключения автомата

где – максимальное значение тока трехфазного короткого замыкания на шинах 0,4кВ ТП.

Из предыдущих расчетов

I_{пред.доп.} =18 кА

18 кА > 5,38 кА.

4. Электромагнитный расцепитель автомата осуществляет мгновенную максимальную токовую отсечку. Для обеспечения селективности работы отсечки её ток срабатывания должен быть равен:

I_с.о. ≥ 1,25∙I_нагр. (5.33)

– для рассматриваемой ВЛ = 1,25; 34,2 =42,7 А;

5. Коэффициент чувствительности отсечки электромагнитного расцепителя:

Ток двухфазного КЗ за трансформатором был определен ранее

6. Коэффициент чувствительности теплового расцепителя автоматического выключателя равен:

В рассматриваемом примере – однофазный ток к.з. равен `

Тогда коэффициент чувствительности теплового расцепителя автоматического выключателя для рассматриваемой линии равен:

Условие соблюдается.

7. Выбор плавких вставок предохранителя для защиты трансформатора 10/0,4 кВ и проверка селективности их защиты на стороне 10 кВ.

Номинальный ток плавкой вставки предохранителя ПКТ, устанавливаемый на стороне 10 кВ, выбираются по условию отстройки от бросков намагничивающего тока.

При выборе рекомендуется пользоваться таблицей № 5.10

Таблица 5.14

Таблица выбора плавких вставок

Для трансформатора 10/0,4 кВ S_ном =160 кВА номинальный ток плавкой вставки составляет – I_пл.вст = 20А

Проверяем условие селективности ПКТ-10 и А3714 (Если это покажется трудным для обучающихся – можно исключить). Токи плавкой вставки для селективности срабатывания защит согласно таблице выбирают по условию:

I_пл.вс. ≥ 2∙I_{ном.тр-ра на10кВ} (5.36),

где I_{ном.тр-ра на10кВ} – номинальный ток трансформатора на стороне 10 кВ.

Условие селективности:

где: K_n – 0,9 коэффициент приведения каталожного времени плавления вставки ко времени её разогрева;

t_с.в. – полное время срабатывания автомата;

∆t – ступень селективности.

Ток при трехфазном КЗ за автоматом для трансформатора с S_ном = 160 кВА составляет:

Соответственно на стороне 10 кВ ток КЗ составит:

Эти данные известны из предыдущих расчетов.

По ампер-секундным характеристикам плавких вставок предохранителей ПКТ для плавкой вставки с I_{Нон плвст.} = 20А ₌ при токе 205,28 А время плавления составляет 1,85 с и t_{В ≥} 0,59 с.

Таким образом, для трансформатора 160кВА селективность защиты будет обеспечена.

Плавкая вставка должна быть проверена по условию t_{В ≤} t_{К ≤} 5 с,

где: – допустимое время протекания тока КЗ в трансформаторе по условию термической стойкости.

– отношение установившегося тока КЗ к номинальному току трансформатора.

В нашем случае U_К=4,5%, K=23,3, а t_К равно: `

тогда 0,59 ≤ 1,65 ≤ 5.

Следовательно, выбранные плавкая вставка обеспечивают безопасность трансформатора при КЗ.

5.9. Определение потерь мощности в сети 0,38 кВ

Возможен непосредственный прямой расчет потерь мощности в ВЛ по величинам активного сопротивления каждого участка сети и тока участка.

∆P = 3∙I²∙R (5.38)

Для разветвленных линий подобный расчет производят с помощью коэффициента связи между ∆U% и ∆P% – коэффициента K_н/м. Для одного участка сети с активным R, Ом/км и индуктивным X, Ом/км сопротивление проводов,с.33[7]:

где K_н/м = 0,7; ∆P% = 0,7 · ∆U%

Установлено, что для разветвленных цепей следует ввести поправочный коэффициент К_раз = 0,75 ÷ 0,9; ∆P% = K_н/м · ∆U% · К_раз (5.30).