Выбор силового трансформатора

а) 3-фазного:

 

  ,     (6.1)

где U_к – линейное напряжение в точке КЗ, кВ;

        Z_к – полное линейное сопротивление до точки КЗ, Ом;

б) 2-фазного:

 

   ;    (6.2)

в) 1-фазного:

 

   ,    (6.3)

где U_кф – фазное напряжение в точке КЗ, кВ;

        Z_п – полное линейное петли «фаза-нуль» до точки КЗ, Ом;

        – полное сопротивление трансформатора однофазному КЗ, Ом;

г) ударного:

 

,     (6.4)

где К_у – ударный коэффициент, определяется по графику (рис.1.9.1[1]),

        К_у=F(R_к/Х_к);

при расчётах можно использовать следующие  значения К_у:

К_у=1,2 – при КЗ на ШНН трансформаторов мощностью до 400кВА;

К_у=1 – при удалённых точках КЗ;

д) действующего значения ударного тока, кА:

 

  ,      (6.5)

где   q – коэффициент действующего значения ударного тока,

   .     (6.6)

Сопротивления схем замещения определяются следующим образом:

1) для силовых трансформаторов  по табл. 1.9.1 [1] или расчётным путём  из соотношений:

 

;      ;     , (6.7)

где ∆P_к – потери мощности КЗ, кВт;

        u_к – напряжение КЗ, %;

       U_нн – линейное напряжение обмотки НН, кВ;

        S_т – полная мощность трансформатора, кВА;

2) для коммутационных и защитных  аппаратов по табл. 1.9.3 [1] в зависимости  от I_на аппарата (сопротивление предохранителей не учитывается, а у рубильников учитывается только переходное сопротивление);

3) для ступеней распределения  по табл. 1.9.4 [1];

4) для неподвижных контактных  соединений значения активных  переходных сопротивлений определяют  по табл. 1.9.8 [1];

5) для линий кабельных, воздушных  и шинопроводов из соотношений:

 

;    ,    (6.8)

где   r₀ и x₀ – удельные активное и индуктивное сопротивления, мОм/м;

         l – длина линии, м.

Удельные сопротивления линий  для расчёта 3-фазных и 2-фазных токов  КЗ определяются по табл. 1.9.5 [1].

Удельное индуктивное сопротивление  для расчёта 1-фазных токов КЗ принимается  x₀=0,15 мОм/м для КЛ до 1кВ и проводов в трубах согласно [1].

Удельное активное сопротивление  для расчёта 1-фазных токов КЗ определяется:

r_0п=2r₀ .        (6.9)

Произведём расчёт токов КЗ для  схемы запитки наиболее удалённого ЭП №19.

Определяем сопротивления элементов  схемы.

Для трансформатора ТМ-160/10 по таблице 1.9.1 [1]:

R_Т=16,6 мОм;   Х_Т=41,7 мОм;   Z_Т=45 мОм;   Z⁽¹⁾_Т=487 мОм.

Для автоматов по таблице 1.9.3 [1]:

R_а1=0,15 мОм;   Х_а1=0,17 мОм;   R_п1=0,4 мОм.

R_а2=1,3 мОм;     Х_а2=1,2 мОм;    R_п2=0,75 мОм.

R_а3=5,5 мОм;    Х_а3=4,5 мОм;     R_п3=1,3 мОм.

Для КЛ1 по таблице 1.9.5 [1]: r₀ = 1,95 мОм/м;   х₀ = 0,095 мОм/м.

R_КЛ1=1,95∙0,5∙4000∙(0,4/10)²=6,24 мОм;

Х_КЛ1=0,095∙0,5∙4000∙(0,4/10)² =0,304мОм.

Для КЛ2 по таблице 1.9.5 [1]: r₀ = 0,447 мОм/м;   х₀ = 0,082 мОм/м.

R_КЛ2= 0,5∙0,447∙80= 17,88 мОм;  Х_КЛ2= 0,041∙80 = 3,28 мОм.

Для КЛ3 по таблице 1.9.5 [1]: r₀ = 0,625 мОм/м;   х₀ = 0,088 мОм/м.

R_КЛ3= 0,625∙50= 31,25 мОм;  Х_КЛ3= 0,088∙50 = 4,4 мОм.

Для КЛ4 по таблице 1.9.5 [1]: r₀ = 7,81 мОм/м;   х₀ = 0,107 мОм/м.

R_КЛ4=7,81∙15= 117,5 мОм;  Х_КЛ4=0,107∙15= 1,605 мОм.

Для ступеней распределения по таблице 1.9.4 [1]:

R_ст1 = 15 мОм;   R_ст2 = 20 мОм; R_ст3 = 25 мОм.

Упрощаем схему замещения и  вычисляем сопротивления до каждой точки КЗ:

R_К1= R_КЛ1+R_Т+R_а1+R_п1+R_ст1+R_КЛ2 =6,24+16,6+0,15+0,4+15+17,88 =56,27мОм;

Х _К1= Х_КЛ1 + Х_Т + Х_а1+Х_КЛ2=0,304+41,7+0,17 +3,28= 45,45 мОм;

мОм;

R_К2= R_К1 + R_а2 + R_п2 + R_КЛ3 + R_ст2 = 56,27+1,3+0,75+31,25+20 = 109,57 мОм;

Х_К2= Х_К1 + Х_а2 + Х_КЛ3 =45,45+1,2+4,4=51,05 мОм;

 мОм;

R_К3= R_К2 + R_а3 + R_п3 + R_КЛ4 = 109,57+5,5+1,3+25+117,5 =258,87 мОм;

Х_К3= Х_К2 + Х_а3 + Х_КЛ4 =51,05+4,5+1,61=57,16 мОм;

 мОм.

Для определения  ударного коэффициента К_у найдём отношения:

;  

;  

.  

Определяем коэффициенты К_у по рис.1.9.1 [1] и коэффициент действующего значения ударного тока q по формуле (6.6):

К_у1 = К_у2 = К_у3 = 1;

q_К1 = q_К2 = q_К3 = = 1.

Определяем 3-х фазные токи КЗ по формуле (6.1):

I⁽³⁾_К1== 3,2 кА;

I⁽³⁾_К2== 1,93 кА;

I⁽³⁾_К3== 0,83 кА.

Определяем 2-х фазные токи КЗ по формуле (6.2):

I⁽²⁾_К1 = 0,87∙3,2 = 2,78 кА.

I⁽²⁾_К2 = 0,87∙1,93 = 1,68 кА.

I⁽²⁾_К3 = 0,87∙0,83 = 0,72 кА.

Определяем ударные токи КЗ по формуле (6.4):

i_уК1  = = 4,53 кА.

i_уК2  = = 2,73 кА.

i_уК3  = = 1,17 кА.

Определяем действующие значения ударных токов по формуле (6.5):

I_уК1  = 1∙3,22 = 3,2 кА.

I_уК2  = 1∙1,93 = 1,93 кА.

I_уК3  = 1∙0,83 = 0,83 кА.

 

 

Расчет однофазных коротких замыканий.

Определяем сопротивления для  расчета 1-фазных токов КЗ:

для КЛ2: R_пКЛ2= 0,447∙80=35,76 мОм;

Х_пКЛ2= 0,15∙80 = 12 мОм.

для КЛ3: R_пКЛ3= 2∙0,625∙50=62,5 мОм;

Х_пКЛ3= 0,15∙50 = 7,5 мОм.

для КЛ4: R_пКЛ4=2∙7,81∙15=234,3 мОм; 

Х_пКЛ4=0,15∙15= 2,25 мОм.

Вычисляем сопротивления до каждой точки КЗ:

R_пК1= R_ст1 + R_пКЛ2 = 15+35,76=50,76 мОм;

Х_пК1= Х_пКЛ2=12;

 мОм;

R_пК2= R_пК1 + R_пКЛ3 + R_ст2 = 50,76+62,5+20 =133,26 мОм;

Х_пК2= Х_пК1+Х_пКЛ3 =12+7,5=19,5 мОм;

 мОм;

R_пК3= R_пК2 + R_пКЛ4 = 133,26+234,3+25=392,56 мОм;

Х_пК3= Х_пК2 + Х_пКЛ4 =19,5+2,25= 21,75 мОм;

 мОм.

Определяем 1-фазные токи по формуле (6.3):

  ; 

  ; 

.

Результаты расчёта токов КЗ заносим в сводную ведомость (табл. 6.1).

 

Таблица 6.1. Сводная ведомость токов КЗ

Точка КЗ	R к, мОм	Хк, мОм	Zк, мОм	Rк/Хк, мОм	Ку	q	I(3)к, кА	iук, кА	IуК, кА	I(2)к, кА	Z п, мОм	I(1)к, кА
К1	56,27	45,45	72,3	1,24	1	1	3,2	4,53	3,2	2,78	52,16	1,08
К2	109,57	51,05	120,9	2,15	1	1	1,93	2,73	1,93	1,68	134,68	0,77
К3	258,87	57,16	265,11	4,53	1	1	0,83	1,17	0,83	0,72	393,16	0,41

По токам КЗ проверим:

1. на надежность срабатывания:

автоматы:

 

I⁽¹⁾_К ≥3I_н.р ,      (6. 10)

где I⁽¹⁾_К – 1-фазный ток КЗ, кА;

I_н.р – номинальный ток расцепителя автомата, кА;

2. на отключающую способность:

 

I_откл. ≥I⁽³⁾_К ,      (6.11)

где I⁽³⁾_К – 3-фазный ток КЗ, кА;

I_откл – ток автомата по каталогу, кА;

3. на отстройку пусковых токов:

 

I_уК ≥I_п ,       (6.12)

где I_уК – действующее значение ударного тока КЗ, кА;

I_п – пусковой ток ЭП (пиковый ток для группы ЭП), кА.

 

Проводники проверяем:

1. на термическую стойкость:

 

S_кл. ≥S_кл.тс ,      (6.13)

где S_кл – фактическое сечение кабельной линии, мм²;

S_кл.тс – термически стойкое сечение кабельной линии, мм²,

 

S_кл.тс = I⁽³⁾_к ,      (6.14)

где  – термический коэффициент, = 11 для алюминия;

I⁽³⁾_к – 3-фазный ток КЗ, кА;

 _{–  приведённое время  действия тока  КЗ по табл}. 1.10.3 [1];

= 3,5 с;  = 1,7 с;

2. на соответствие выбранному аппарату защиты:

 

I_доп К_зщ I_у(п) ,      (6.15)

где I_доп – допустимый ток проводника по каталогу, А;

К_зщ – кратность защиты (табл. 1.10.1 [1]);

I_у(п) – ток уставки автомата в зоне перегрузки, А.

Проверим автоматические выключатели на надежность срабатывания по условиям (6.10):

ВА 04-36-320 А: 1,08 кА ≥ 3∙0,32= 0,96 кА;

ВА 52-31-100 А: 0,77 кА ≥ 3∙0,1= 0,3 кА;

ВА 51-25-20 А: 0,41 кА ≥ 3∙0,02= 0,06 кА.

Надежность срабатывания автоматов обеспечена.

Проверим автоматические выключатели на отключающую способность по условию (6.11):

ВА 04-36-320 А: 25 кА ≥ 4,53 кА;

ВА 52-31-100 А: 25 кА ≥ 2,73 кА;

ВА 51-25-20 А:     5 кА ≥ 1,17 кА.

Автоматы при КЗ отключаются не разрушаясь.

Проверим автоматические выключатели на отстройку пусковых токов (6.12):

ВА 04-36-320 А: 4,53 кА ≥ 0,555 кА;

ВА 52-31-100 А: 2,73 кА ≥ 0,251 кА;

ВА 51-25-20 А  : 1,17 кА ≥ 0,167 кА.

Автоматы от пусковых токов отстроены.

 Проверяем проводники на термическую стойкость по условию (6.13):

Л2: S_кл2тс. = 11∙4,53 ∙ = 93  мм².

2АВВГ 4х70 мм² ≥ 93 мм².

Л3: S_кл3тс. = 11∙2,73∙ = 34,5  мм².

АПВ 4х35 мм² ≥ 34,5 мм².

Проверка на соответствие выбранному аппарату защиты была учтена в п. 4.

Выбор оборудования ВН для трансформатора

 

Выбор вакуумного выключателя

По следующим условиям выбирается вакуумный выключатель ВВТЭ-10-12,5/630 УХЛ2 по справочнику, технические данные заносим в табл. 7.1.

 

Таблица 7.1. Данные выключателя

Расчётные	Каталожные
Uсети = 10 кВ	Uном = 10 кВ
Iр = 5,75 А	Iном = 630 А
Iпо= 1,45 кА	Iоткл= 12,5 кА
iу = 3,68 кА	Iдин = 32 кА
Вк = 0,74 кА2 с	Iту∙tту = 468,75 кА2 с

 

Определяем тепловой импульс по формуле:

 

B_к=I_∞² ∙t_Ф ;      (7.1)

где  t_ф- фиктивное время;

t_Ф=t_в+t_СР.З=0,3+0,05=0,35 с;

где t_в- время выключателя=0,3 с;

 t_СР.З- время срабатывания защиты=0,05с;

I_ту²∙t_ту=20²∙3=1200  кА² с;

где I_ту- ток термической стойкости, кА;

       t_ту- время термической стойкости, сек.

В_к=1,45²∙0,35=0,74 кА² с.

Все условия  удовлетворяют нашим требования м, значит выключатель нам подходит.

 

Выбор трансформатора тока

К вторичной обмотке трансформатора тока подключены амперметр типа Э351 и счетчик активной энергии типа СА 4У-И672М.

Трансформаторы тока проверяются  на термическую и динамическую устойчивость к токам КЗ.

Выбираем трансформатор тока ТПЛУ-10 по справочнику, проверяем его по условиям, и данные заносим в таблицу 7.2.

 

Таблица 7.2. Данные трансформатора тока

Расчётные	Каталожные
Uсети = 10 кВ	Uном = 10 кВ
Iр = 5,75 А	Iном = 30 А
iу = 1,45 кА	Iд = 250 кА
Вк = 0,74 кА2 с	Iту ∙tту = 6075А2 с
S2р = 8,95 ВА	S2 = 10 ВА