Проектирование электроснабжения трансформаторной подстанции ремонтно-механического цеха металлургического предприятии

[3]                                              (2.41)

Условие проверки:   [3]                                        (2.42)

 

Условие выполняется

4. Проверяем кабель марки АСБ-3х16 по потере напряжения

                                   (2.43)

где  R0 - активное сопротивление кабеля на единицу длины, Ом/км;

     R0 = 1,95 Ом/км (по справочнику для кабеля АСБ-3х16) [5]

     Х0- индуктивное сопротивление кабеля на единицу длины, Ом

     Х0 = 0,08 Ом/км (из исходных данных)

     L-длина кабельной линии от ГПП до КТП, км;

     L2 = 0,6 км (из исходных данных);

     U1H-первичное напряжение цеховой подстанции, В;

     U1H = 10 000 В

; - коэффициенты из расчета электрических нагрузок.

 

Условие проверки

[3]                                                            (2.44)

 

Условие выполняется

Вывод. Для подачи питания на силовой трансформатор цеховой подстанции предлагается использовать предварительно силовой кабель на

10 кВ марки АСБ - 3x16. Окончательный выбор сечения кабеля выполним после расчета токов короткого замыкания и на термическую устойчивость

 

2.8 Расчет токов короткого замыкания

 

Необходимость определения токов короткого замыкания необходима для проверки электрооборудования высокого напряжения (кабели, шины, выключатели) на термическое и электродинамическое действие токов короткого замыкания..

Расчетная схема содержит следующие данные: ток короткого замыкания на шинах ГПП, длина линии от энергосистемы до ГПП L1 = 15 км, до цеховой ТП L2 = 0,6 км, выполненную кабелем марки АСБ - 3x16 с R0=1,95 м/км, Х0=0,08 Ом/км; силовой трансформатор мощностью 250 кВА с = 3,8 кВт;

UК = 5,5%

.

Рисунок 1 - Расчетная схема для определения токов короткого замыкания

По расчетной схеме составляем схему замещения, содержащую активные и реактивные сопротивления, которыми обладает электрооборудование подстанции. Расчет токов короткого замыкания проведем для точек К1 и К2. Значение сопротивлений участков схемы замещения выражены в относительных базисных величинах

Рисунок 2 - Схема замещения для определения токов короткого замыкания

1. Принимаем базисные величины

Базисная полная мощность Sб = 100 МВА, [3]

Базисные напряжения Uб1 = 10,5 кВ; Uб2 = 0,4 кВ, [3]

2. Определяем базисные токи в точках короткого замыкания К1 и К2

[3]                                       (2.45)

, [3]                                       (2.46)

3. Определяем мощность короткого замыкания энергосистемы

= , [3]                         (2.47)

4. Сопротивление системы в относительных единицах

[3]                                                (2.48)

5. Определяем индуктивное сопротивление кабельной линии от ГПП до КТП в относительных базисных единицах

[3]                            (2.40)

6. Определяем активное сопротивление кабельной линии от ГПП до КТП в относительных базисных единицах

[3]                              (2.49)

7. Определяем индуктивное сопротивление цепи до точки короткого замыкания К1 в относительных базисных единицах

[3]                                 (2.50)

8. Определяем соотношение активного и индуктивного сопротивлений цепи до точки короткого замыкания К1

При , учитываем, [3]                                       (2.51)

При , учитываем, [3                                   (2.52)

В нашем случае:

;

 

1,06 0,19, следовательно, учитываем в дальнейших расчетах.

9. Определяем полное результирующее сопротивление цепи до точки короткого замыкания К1 в относительных базисных единицах

[3]                        (2.53)

10. Определяем периодическую составляющую тока короткого замыкания в точке К1

, [3]                                                (2.54)

11. По справочнику определяем ударный коэффициент тока короткого замыкания в точке К1

При условии, когда активное сопротивление цепи учитывается, то ударный коэффициент определяется по кривой КУ = f(Та) [3]

Постоянная времени затухания тока короткого замыкания определяется по формуле

[3]                                         (2.55)

В нашем случае КУ = 1 [3]

12. Определяем ударный ток короткого замыкания в точке К1

= , [3]                            (2.56)

13. Определяем мощность короткого замыкания в точке К1

, [3]                     (2.57)

14. Определяем относительное активное сопротивление силового трансформатора.

При мощности трансформатора , относительное активное сопротивление учитывается и определяется по формуле

, [3]                                                                 (2.58)

 

Активное относительное сопротивление трансформатора учитываем.

15. Определяем относительное индуктивное  сопротивление силового трансформатора

При мощности силового трансформатора , относительное индуктивное сопротивление трансформатора определяется по формуле

, [3]                                                  (2.59)

В нашем случае

==

=

16. Определяем индуктивное сопротивление силового трансформатора в относительных базисных единицах

[3]                                                               (2.60)

где – базисная полная мощность, МВА

- номинальная мощность  силового трансформатора, МВА

В нашем случае:

 

17. Определяем индуктивное сопротивление цепи до точки короткого замыкания К2 в относительных базисных единицах

= 0,595 + 20,8 = 21,395, [3]                                 (2.61)

18. Определяем активное сопротивление силового трансформатора в относительных базисных единицах

, [3]                                   (2.62)

19. Определяем активное сопротивление цепи до точки короткого замыкания в относительных базисных единицах

, [3]                                        (2.63)

В нашем случае

20. Определяем соотношение активного и индуктивного сопротивлений цепи до точки короткого замыкания К2
1. При , - учитываем, [3]                          (2.64)
2. При , -  не учитываем, [3]                      (2.65)

В нашем случае

;

 

7,14 значит - учитываем в дальнейших расчетах

21. Определяем полное результирующее сопротивление цепи до точки короткого замыкания К2 в относительных базисных единицах

, [3]                      (2.66)

22. Определяем периодическую составляющую тока короткого замыкания в точке К2

, [3]                                              (2.67)

23. По ПУЭ определяем ударный коэффициент тока короткого замыкания в точке К2
1. На низшей стороне силового трансформатора мощностью

100- 400 кВА принимаем ударный коэффициент [3]

2. На низшей стороне силового трансформатора мощностью

630 - 1000 кВА принимаем ударный коэффициент [3]

3. На низшей стороне силового трансформатора мощностью

1600 – 2500 кВА принимаем ударный коэффициент [3]

В нашем случае: при мощности силового трансформатора

, то принимаем    КУ   [3].

24. Определяем ударный ток короткого замыкания в точке К2

= , [3]                         (2.68)

25. Определяем мощность короткого замыкания в точке К2

, [3]                        (2.69)

26. Сравниваем мощности короткого замыкания в точках К1 и К2:

, следовательно, расчет  токов короткого замыкания выполнен.

 

2.9 Проверка кабельной  линии напряжением 10 кВ на термическую  устойчивость к токам короткого  замыкания

 

Термические действия токов короткого замыкания. Жилы кабелей, шины, токоведущие части коммутационных аппаратов, первичные обмотки измерительных трансформаторов тока при коротких замыканиях в электрической схеме могут нагреваться до температуры, значительно большей, чем при нормальном режиме. Повышенная температура нагрева приводит к перегреву изоляции, ее перегоранию, а также значительным потерям качества электроснабжения. Следовательно, при проектировании электроснабжения подстанций и  выборе электрооборудования необходимо проверить выбранное оборудование на допустимую температуру нагрева (тепловой эквивалент) в режиме короткого замыкания в схеме. Если предварительно выбранное оборудование, кабели и шины будут не устойчивы в режиме короткого замыкания, то необходимо выбрать оборудование с большими номинальными данными и вновь проверить его устойчивость к токам короткого замыкания.

1. Выписываем для силовых кабелей напряжением 10 кВ исходные данные
1. Ток нагрузки кабельной линии = 20,23 А
2. Марка кабеля АСБ - 3х16.
3. Допустимый ток кабеля .
4. Периодическая составляющая тока короткого замыкания в точке К1:  .
5. Температура окружающей среды при прокладке кабеля

.

6. Время срабатывания релейной защиты = 1,1 сек.
7. Время срабатывания высоковольтного выключателя

= 0,1 сек,

8. Выдержка времени срабатывания защиты - = 0,05 сек

По ПУЭ для кабелей 10 кВ с бумажной изоляцией [6]

1. Допустимая температура нагрева кабеля 10 кВ в нормальном режиме
2. Допустимая температура нагрева кабеля 10 кВ в режиме к.з.

 

3. Коэффициент теплового эквивалента при коротком замыкании для кабелей и шин из алюминия С= 95 кА сек1/2/мм2
2. Определяем температуру нагрева кабелей в нормальном режиме

= 15+(60-10) =17,02 0С, [3]            (2.70)

3. Определяем начальный тепловой эквивалент (АНАЧ.) в нормальном режиме работы кабеля, используя кривую А = f(τН) [3]

В нашем случае: АНАЧ. = 0,12 = 1200 , [3]                      (2.71)

4. Определяем действительное время протекания тока к.з.

= = 1,1 + 0,1 + 0,05= 1,25 сек, [3]                        (2.72)

5. Определяем фиктивное приведенное время протекания тока короткого замыкания по кривой = f()   при = 1. [3]

В нашем случае: для =1,25 сек,  при =1 , следует = 1,1 сек.

6. Определяем приведенное время протекания тока к.з. с учетом апериодической составляющей фиктивного времени протекания тока к.з.

(0.005 сек)

, [3]                            (2.73)

7. Определяем тепловой эквивалент в режиме короткого замыкания