Меню

Расчет тока кз за трехобмоточным трансформатором

Расчет токов короткого замыкания (КЗ), пример, методические пособия

расчет токов кз

В этой статье мы ниже рассмотривает пример расчет из курсового проекта тока КЗ. Скажем сразу, расчетов токов КЗ целое исскуство, и если Вам необходимо рассчитать токи КЗ для реальных электроустановок, то лучше скачать следующие методические пособия разработанные Петербурским энергетическим университетом повышения квалификации и всё сделать по ним.

1. И.Л. Небрат. Расчеты токов короткого замыкания в сетях 0,4 кв — скачать;

2.И.Л.Небрат, Полесицкая Т.П. Расчет ТКЗ для РЗ, часть 1 — скачать;

3.И.Л.Небрат, Полесицкая Т.П. Расчет ТКЗ для РЗ, часть 2 — скачать.

Так же полезно будет иметь под рукой программы, которые помогут Вам точно расчитать токи КЗ. Данных программ в настоящее время много и Вы можете найти большое количество различного софта в интернете, на который Вы можете потратить от часа до нескольких дней, чтобы разобраться как в нём работать. Ниже я выложу перечень программ в файле ворд, в котором указаны производители программ и как и где их можно получить (ссылок на скачивание в файле нет). А также выложу одну программу для расчета токов КЗ в сетях 0.4кВ. Данная программа очень древняя, но и такая же надежная как весь совеский аэрофлот. Работает из под DOSa. Эмулятор в файле скачивания. И так:

1. Переченьпрограмм расчетов ТКЗ и уставок РЗ (если Вы знаете какие-то другие программы, то пишите на pue8(г а в)mail.ru). Мы их включим в перечень.;

2. Программа для расчета токов КЗ в сетях 0.4 кВ.

Если Вам необходим расчет для курсового проекта или учебного задания, то ниже приведен не большой расчет, который в этом Вам поможет.

В задании к курсовому проекту приводятся данные об эквивалентных параметрах сети со стороны высшего напряжения рабочих трансформаторов СН (ТСН) и со стороны высшего напряжения резервных трансформаторов СН (РТСН). В соответствии с рис.2.1, приводятся: ток КЗ на ответвлении к ТСН (3) по I , кА при номинальном напряжении генератора Uгн, кВ или эквивалентное сопротивление сети со стороны ВН ТСН ТСН э X , Ом. Имеет место следующая зависимость:

Расчетная схема для определения токов КЗРис.2.1. Расчетная схема для определения токов КЗ при расположении точек КЗ на секциях СН 6(10) кВ и 0,4(0,69) кВ.
Для резервных трансформаторов СН задается ток к.з. на шинах ОРУ в точке включения РТСН (3) по I , кА при среднеэксплуатационном напряжении ОРУ ср U , кВ или эквивалентное сопротивление системы в точке включения РТСН РТСН э Х , Ом:
Расчет токов короткого замыкания (КЗ), пример, методические пособия
Учитывается возможность секционирования с помощью токоограничивающих реакторов секций РУСН-6 кВ. Это дает возможность применить на секциях за реактором более дешевые ячейки КРУ с меньшими токами термической и электродинамической стойкости и меньшим номинальным током отключения, чем на секциях до реактора, и кабели с меньшим сечением токопроводящих жил.

Расчет ведется по среднеэксплуатационным напряжениям, равным в зависимости от номинального напряжения 1150; 750; 515; 340; 230; 154; 115; 37; 24; 20; 18; 15,75; 13,8; 10,5; 6,3; 3,15; 0,66; 0,525; 0,4; 0,23, и среднеэксплуатационным коэффициентам трансформации. В учебном пособии расчеты по определению токов КЗ в относительных (базисных) единицах применительно к схеме Ленинградской АЭС с тремя системами напряжения (750, 330, 110 кВ) и напряжением 6,3 кВ проводились с учетом как действительных, так и среднеэксплуатационных коэффициентов трансформации трансформаторов и автотрансформаторов.

Показано, что расчет по среднеэксплуатационным напряжениям не вносит существенных корректировок в уровни токов КЗ. В то же время требуется серьезная вычислительная работа методом последовательных приближений, чтобы связать уровни напряжения генераторов, значения их реактивных мощностей с учетом коэффициента трансформации АТ связи, рабочих и резервных ТСН и напряжений на приёмных концах линий. При сокращении числа переключений трансформаторов и АТ связи с РПН из соображений надежности работы блоков задача выбора отпаек РПН становится менее актуальной.

Схема замещения в случае наличия реактора при питании секций

Схемы замещения для точек КЗ на напряжениях 6,3 и 0,4 кВ приведены на рис.2.2.
Все сопротивления приводятся к базисным условиям и выражаются либо в относительных единицах (о.е.) либо в именованных (Ом). В начале расчета необходимо определиться, в каких единицах будут производиться вычисления, и сохранять данную систему единиц до конца расчетов. Методики определения токов КЗ с использованием относительных и именованных единиц равноправны.

В работе приводятся методики расчетов в относительных и в именованных единицах, как с учетом действительных коэффициентов трансформации, так и по среднеэксплуатационным напряжениям.

В работе приводятся расчеты как в относительных, так и в именованных единицах для простейших схем 0,4 кВ, где нужно учесть не только индуктивное, но и активное сопротивления.

Рис.2.2. Схема замещения в случае наличия реактора при питании секций 6(10) кВ СН: а – от рабочего ТСН; б – от резервного ТСН Для расчета в относительных единицах задают базисную мощность Sбаз, базисное напряжение Uбаз и вычисляют базисные токи Iбаз. В качестве базисной целесообразно принять номинальную мощность трансформатора СН: Sбаз = SТСН, МВА. Базисное напряжение принимают, как правило, равным для точек К1, К2 Uбаз1,2 = 6,3 кВ; для точек К3, К4 Uбаз3,4 = 0,4 кВ. Заметим, что при расчете в относительных единицах можно выбрать любые другие значения Sбаз, Uбаз.

Базисные токи в точках короткого замыкания К1 – К4, кА:

Расчет токов короткого замыкания (КЗ), пример, методические пособияПри расчетах в именованных единицах задают только базисное напряжение Uбаз – напряжение той точки, для которой рассчитываются токи КЗ: для точек К1, К2 Uбаз1,2 = 6,3 кВ; для точек К3, К4 Uбаз3,4 = 0,4 кВ.
Сопротивления сети в точках включения рабочего хсист1 и резервного хсист2 трансформаторов СН приводятся к базисным условиям по формулам:
в относительных единицах:
Расчет токов короткого замыкания (КЗ), пример, методические пособиягде uкв-н – напряжение короткого замыкания ТСН между обмоткой ВН и обмотками НН, включенными параллельно, о.е.;
uкн-н – напряжение короткого замыкания ТСН между обмотками НН, приведенное к половинной мощности ТСН, о.е.;
SТСН – номинальная мощность ТСН, МВА.

При использовании справочников для определения напряжения короткого замыкания uкн-н следует обращать внимание на указанный в примечаниях смысл каталожных обозначений. Если напряжение короткого замыкания uк НН1-НН2 отнесено в каталоге к номинальной мощности трансформатора, то данное uк НН1-НН2 необходимо пересчитать для половинной мощности, разделив на 2. В случае неверной подстановки в формулы (2.5), (2.5′) зачастую сопротивление хв получается отрицательным. Например, для ТСН марки ТРДНС-63000/35 в табл.3.5 справочника uкв-н = 12,7% и uкн-н = 40% отнесены к полной мощности трансформатора – см. примечание к таблице.

В этом случае в скобках формул (2.5), (2.5′) должно стоять выражение (0,127 – 20,2 ). Например, для РТСН марки ТРДН-32000/150 в табл.3.7 справочника uкв-н = 10,5% и uкн-н = 16,5% отнесены к половинной мощности трансформатора. При этом в скобках формул (2.5), (2.5′) должно быть (0,105 – 20,165 ). На блоках мощностью до 120 МВт используются двухобмоточные трансформаторы собственных нужд без расщепления. В этом случае сопротивление ТСН или РТСН вычисляется по формулам:

Расчет токов короткого замыкания (КЗ), пример, методические пособия

в относительных единицах:
где uкв-н – напряжение короткого замыкания трансформатора между обмотками высшего и низшего напряжений, о.е.;
Sбаз, SТСН, SРТСН имеют тот же смысл, что и в формулах (2.5), (2.5′), (2.6),(2.6′).

Читайте также:  Мотор редуктор планетарный 24в постоянного тока

Сопротивление участка магистрали резервного питания:

в относительных единицах:

где Худ – удельное сопротивление МРП, Ом/км;
МРП – длина МРП, км;
Uср – среднеэксплуатационное напряжение на первой ступени трансформации, кВ.

Сопротивление трансформатора собственных нужд 6/0,4 кВ:

Расчет токов короткого замыкания (КЗ), пример, методические пособия

в относительных единицах:
где SТ 6/0,4 – номинальная мощность трансформатора, МВА.
Аналогично рассчитывается сопротивление трансформатора 10,5/0,69 кВ.

Сопротивление одинарных токоограничивающих реакторов Хр задается в Омах и для приведения к базисным условиям используют формулы:

Расчет токов короткого замыкания (КЗ), пример, методические пособия

в относительных единицах:
В некоторых каталогах сопротивление токоограничивающих реакторов Хр приводится в процентах и для приведения к базисным условиям используют формулы:

в относительных единицах:

Расчет токов короткого замыкания (КЗ), пример, методические пособия

Расчет токов короткого замыкания (КЗ), пример, методические пособия

Расчет токов короткого замыкания (КЗ), пример, методические пособия

Расчет токов короткого замыкания (КЗ), пример, методические пособия

Расчет токов короткого замыкания (КЗ), пример, методические пособия

где Iрн – номинальный ток реактора, кА, определяемый по мощности тех электродвигателей, которые предполагается включить за реактором.

Индуктивное сопротивление реактора Хр определяют по допустимому току КЗ за реактором Iп0доп. Значение Iп0доп связано с номинальным током отключения предполагаемых к установке за реактором выключателей (Iп0доп — Iоткл.н).

Одновременно происходит и снижение теплового импульса тока КЗ за реактором Вдоп, что благоприятно для выбора сечения кабелей по условиям термической стойкости и невозгорания. При определении Iп0доп и Вдоп следует учитывать, что реактор не в состоянии ограничить подпитку точки КЗ от двигателей за реактором Iпд0 и ухудшает условия их пуска и самозапуска, т.е.

Расчет токов короткого замыкания (КЗ), пример, методические пособия

где Iпс – периодическая составляющая тока подпитки точки КЗ от ветви, в которую предполагается включить реактор;

Iпд0 – ток подпитки от двигателей за реактором.
Потеря напряжения U в одинарном реакторе при протекании токов рабочего режима I:

Расчет токов короткого замыкания (КЗ), пример, методические пособия

Сопротивление эквивалентного двигателя на каждой секции определяется через его мощность или через коэффициент загрузки Кзгр и номинальную мощность трансформатора СН. При отсутствии токоограничивающего секционного реактора и использовании на первой ступени трансформатора с расщепленными обмотками имеем:

Расчет токов короткого замыкания (КЗ), пример, методические пособия

В случае различия расчетных мощностей двигательной нагрузки Sд1, Sд2, в дальнейшем расчете сопротивления эквивалентного двигателя будет участвовать максимальная из них, вне зависимости от способа питания секций 6,3 кВ (от рабочего и резервного ТСН).

При использовании секционного токоограничивающего реактора определяется его проходная мощность Sр по формуле (2.12) и далее – мощности двигателей:

Расчет токов короткого замыкания (КЗ), пример, методические пособия

при использовании РТСН для замены рабочего ТСН энергоблока, работающего на мощности. Наличие предварительной нагрузки РТСН характерно для блоков генератор-трансформатор без генераторных выключателей. При наличии выключателя в цепи генераторного токопровода, что предусмотрено действующими нормами технологического проектирования, пуск и останов энергоблока обычно осуществляется от рабочего ТСН и надобности в использовании РТСН в этих режимах не возникает. Поэтому для схем с генераторными выключателями можно принимать ТСН згр к = РТСН згр к = 0,7. При отсутствии выключателей в цепи генераторного токопровода РТСН згр к возрастает.

Наличие секционного токоограничивающего реактора приводит к изменению распределения двигателей по сравнению с вариантом без реактора и к изменению доли подпитки ими точек КЗ до и после реактора. При КЗ в точке К2 не следует учитывать подпитку от двигателей, включенных до реактора, а при КЗ в точке К1 не следует учитывать подпитку от двигателей, включенных за реактором.

По вычисленным мощностям двигателей Sд определяют приведенные сопротивления двигательной нагрузки в вариантах при отсутствии реактора и при его наличии:

Источник



Расчет сопротивлений трехобмоточного трансформатора с учетом РПН

Трехобмоточный трансформатор типа ТДТН-25000/110

В данной статье речь пойдет о расчете сопротивлений для трехобмоточного трансформатора с учетом регулирования напряжения на высокой стороне ВН (РПН). Данный вопрос очень актуален, в связи с частыми расчетами токов к.з (ТКЗ). Поэтому я и решил написать данную статью, чтобы у многих инженеров при расчете ТКЗ не возникало больше вопросов.

Как известно практически все современные трансформаторы на напряжение свыше 110 кВ идут уже со встроенными регуляторами напряжения РПН на стороне ВН (кроме Sн =2,5 МВА).

Цель РПН – это поддерживать на шинах низшего напряжения трансформатора, номинальное напряжение при эксплуатационных изменениях напряжения на стороне высшего напряжения.

Для лучшего понимания, как нужно рассчитывать сопротивления трехобмоточного трансформатора, которые потом используются в расчете ТКЗ, рассмотрим на примере.

Требуется определить сопротивление трехобмоточного трансформатора типа ТДТН -25000/110 с РПН ±9*1,78. Для расчета нам понадобятся следующие исходные данные:

  • номинальные напряжения: Uвн = 115 кВ, Uсн = 37 кВ, Uнн = 6,3 кВ;
  • напряжение короткого замыкания для обмоток, когда РПН находится в среднем положении, берем из ГОСТ 12965-85: UкВ-С =10,5%, UкВ-Н =17,5%, UкС-Н =6,5%.
  • напряжение короткого замыкания для обмоток, когда РПН находится в крайнем минусовом ответвлении (-∆U*рпн), и в крайнем «плюсовому» ответвлении (+∆U*рпн)), берем из книги [Л1, с.49]:
  • UкminВ-С =9,95%, UкminВ-Н =17,49%, UкminС-Н =6,5% — в крайнем минусовом ответвлении;
  • UкmaxВ-С =10,66%, UкmaxВ-Н =17,9%, UкmaxС-Н =6,5% — в крайнем «плюсовому» ответвлении;

Напряжение короткого замыкания

В основном все исходные данные для расчеты, мы можем найти в ГОСТе, технической документации или на щитке данного трансформатора.

1. Определяем напряжение короткого замыкания для каждой пары обмоток: высшего-среднего (В-С), высшего-низшего (В-Н) и среднего-низшего (С-Н) по следующим уравнениям [Л1., с 17], в соответствии со схемой замещения представленной на рис.1.

UкВ = 0,5*( UкВ-С + UкВ-Н — UкС-Н);
UкC = 0,5*(UкВ-С+UкC-Н-UкB-Н;
UкH = 0,5*(UкВ-H+UкC-Н-UкB-C).

Схема трехобмоточного трансформатора

1.1 Определяем напряжение короткого замыкания для каждой обмотки, когда РПН находится в крайнем минусовом положении.

  • UкminВ = 0,5*( UкminВ-С + UкminВ-Н — UкminС-Н) = 0,5*(9,95+17,49-6,5) = 10,47%;
  • UкminC = 0,5*(UкminВ-С+UкminC-Н-UкminB-Н) = 0,5*(9,95+6,5-17,49) = -0,52;
  • UкminH = 0,5*(UкminВ-H+UкminC-Н-UкminB-C) = 0,5*(17,49+6,5-9,95) = 7,02%.

1.2 Определяем напряжение короткого замыкания для каждой обмотки, когда РПН находится в среднем положении.

  • UкВ = 0,5*( UкВ-С + UкВ-Н — UкС-Н) = 0,5*(10,5+17,5-6,5) = 10,75%;
  • UкC = 0,5*(UкВ-С+UкC-Н-UкB-Н) = 0,5*(10,5+6,5-17,5) = -0,25;
  • UкH = 0,5*(UкВ-H+UкC-Н-UкB-C) = 0,5*(17,5+6,5-10,5) = 6,75%.

1.3 Определяем напряжение короткого замыкания для каждой обмотки, когда РПН находится в крайнем плюсовом положении.

  • UкmaxВ = 0,5*( UкmaxВ-С + UкmaxВ-Н — UкmaxС-Н) = 0,5*(10,66+17,9-6,5) = 11,03%;
  • UкmaxC = 0,5*(UкmaxВ-С+UкmaxC-Н-UкmaxB-Н) = 0,5*(10,66+6,5-17,9) = -0,37;
  • UкmaxH = 0,5*(UкmaxВ-H+UкmaxC-Н-UкmaxB-C) = 0,5*(17,9+6,5-10,66) = 6,87%.

2. Определяем минимальное, среднее и максимальное значения сопротивлений для трехобмоточного трансформатора, по формуле [Л1., с 40]:

Определяем минимальное, среднее и максимальное значения сопротивлений для трехобмоточного трансформатора

2.1 Определяем минимальное значение сопротивлений, когда РПН находится в крайнем минусовом положение (в данном случае номер ответвления 19), в этом случае напряжение на ВН будет равно 96,6 кВ. Данное значение можно взять из ГОСТ 12965-85 или рассчитать самому, (см. статью: «Расчет напряжения при регулировании ответвлений трансформатора с РПН»).

Определяем минимальное значение сопротивлений для трехобмоточного трансформатора

2.2 Определяем среднее значение сопротивлений, когда РПН находится в среднем положении (в данном случае номер ответвления 10 ), в этом случае напряжение на ВН будет равно 115 кВ:

Определяем среднее значение сопротивлений для трехобмоточного трансформатора

2.3 Определяем максимальное значение сопротивлений, когда РПН находится в крайнем плюсовом положение (в данном случае номер ответвления 1), в этом случае напряжение на ВН будет равно 126 кВ:

Определяем максимальное значение сопротивлений для трехобмоточного трансформатора

Как видно из результатов расчетов, сопротивление одного из лучей имеет небольшое отрицательное значение, в этом ошибки нету, для трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов – это обычное явление и вызвано принятыми в ГОСТ численными значения Uк между разными парами обмоток трансформатора.

3.1 Определяем сопротивление между выводами, когда РПН находится в крайнем минусовом положении:

  • ВН и СН: Zв-с = 39,08-1,94 = 37,14 Ом;
  • ВН и НН: Zв-н = 39,08+26,20 = 65,28 Ом;
  • СН и НН: Zс-н = -1,94+26,20 = 24,26 Ом;
Читайте также:  Закон определяющий тепловое действие электрического тока ученый

3.2 Определяем сопротивление между выводами, когда РПН находится в среднем положении:

  • ВН и СН: Zв-с = 56,87-1,32 = 55,55 Ом;
  • ВН и НН: Zв-н = 56,87+35,71 = 92,58 Ом;
  • СН и НН: Zс-н = -1,32+35,71 = 34,39 Ом;

3.3 Определяем сопротивление между выводами, когда РПН находится в крайнем плюсовом положении:

  • ВН и СН: Zв-с = 70,04-2,35 = 67,69 Ом;
  • ВН и НН: Zв-н = 70,04+43,63 = 113,67 Ом;
  • СН и НН: Zс-н = -2,35+43,63 = 41,28 Ом;

На этом определение сопротивлений для трехобмоточного трансформатора закончено. Если сравнить результаты расчетов с данными представленными в книге [Л1, с.49], то мы увидим, что результаты расчетов совпадают, что показывает правильность расчета.

Если же, что то не понятно по расчету, задавайте свои вопросы в комментариях.

Литература:
1. Расчет токов короткого замыкания для релейной защиты. И.Л.Небрат. 1998 г.
2. ГОСТ 12965-85 – Трансформаторы силовые масляные общего назначения классов напряжения 110 и 150 кВ.
3. Расчет токов короткого замыкания в электросетях 0,4-35 кВ. М.Л.Голубев. 1980 г.

Источник

Расчет тока кз за трехобмоточным трансформатором

Особенности расчетов токов КЗ. Для выбора ти­пов и параметров срабатывания устройств защиты трансформаторов необходимо определить максималь­ное и минимальное значение токов при КЗ на выво­дах НН понижающего трансформатора, или, как чаще говорят, при КЗ за трансформатором.

Максимальное значение тока соответствует трехфазному металлическому КЗ за трансформато­ром. Ток трехфазного КЗ рассчитывается при макси­мальном режиме работы питающей энергосистемы (электросети), при котором включено максимально возможное число генераторов, питающих линий и трансформаторов. Эквивалентное электрическое со­противление энергосистемы (электросети) до места подключения рассматриваемого трансформатора при этом режиме имеет минимальное значение, но обозна­чается Z max или X max , что подразумевает максимальный режим работы энергосистемы. При таком режиме ток трехфазного КЗ на выводах ВН трансформатора и мощность КЗ имеют максимальные значения. При значительном числе электродвигателей в прилегаю­щей сети ВН учитывается подпитка места КЗ элек­тродвигателями в течение времени действия защит трансформатора, не имеющих специального замедле­ния, т. е. в течение до 0,1 с. Максимальное значение тока КЗ за трансформатором учитывается для выбора тока срабатывания токовых отсечек, устанавливае­мых на стороне ВН трансформатора (§ 7), а также для выбора аппаратуры и кабелей питаемых элемен­тов стороны НН [6, 7].

Минимальные значения токов при КЗ на сто­роне 0,4 кВ рассчитываются с учетом переходного активного сопротивления (электрической дуги) в ме­сте КЗ до 15 мОм [1]. Для трансформаторов со схе­мой соединения обмоток ∆/ Y практически рассчиты вается минимальное значение тока только при фазном КЗ (считая, что при однофазном КЗ на землю ток в поврежденной фазе имеет такое же значение). Для трансформаторов со схемой соединения обмоток Y / Y рассчитываются токи как при трехфазном, так и при однофазном КЗ, поскольку они значительно от­личаются друг от друга и для их отключения должны устанавливаться разные защиты.

Для трансформаторов 10 кВ с низшим напряже­нием выше 1 кВ (3; 6; 10 кВ) со схемами соединения обмоток Y /∆, Y / Y , ∆/∆ минимальное значение тока рассчитывается при двухфазном металлическом КЗ за трансформатором.

Для всех типов понижающих трансформаторов ми­нимальные значения токов КЗ рассчитываются при минимальном режиме работы питающей энергоси­стемы (электросети), при котором включено мини­мальное реально возможное число генераторов, пи­тающих линий и трансформаторов. При этом эквива­лентное электрическое сопротивление энергосистемы (электросети) до места подключения рассматривае­мого трансформатора имеет максимальное значение. Однако это сопротивление принято обозначать Z min или X min , имея в виду минимальный режим работы питающей энергосистемы (электросети). По мини­мальным значениям токов КЗ определяются так назы­ваемые коэффициенты чувствительности для всех ти­пов защит трансформатора от внутренних и внешних КЗ (кроме газовой). Необходимые значения этих коэффициентов указаны в «Правилах» [1] и в соответ­ствующих разделах этой книги.

Расчеты токов при КЗ за понижающими трансфор­маторами небольшой мощности (практически до 1,6 MB -А) производятся с учетом активной состав­ляющей полного сопротивления трансформатора. Токи намагничивания и токи нагрузки трансформато­ров при расчете токов КЗ не учитываются.

При расчетах токов КЗ за трансформаторами .10 (6) кВ считается, что напряжение питающей энер­госистемы на стороне ВН трансформатора остается неизменным в течение всего процесса КЗ. Это допу­щение объясняется тем, что распределительные сети 10 (6) кВ, как правило, электрически удалены от ге­нерирующих источников энергосистемы и КЗ в этих сетях, и тем более за трансформаторами 10 (6) кВ,

мало сказываются на работе электрических генерато­ров. По этой же причине вычисляется только периоди­ческая составляющая тока КЗ, а влияние апериодиче­ской составляющей тока КЗ учитывается при выборе параметров некоторых типов защиты путем введения повышающих коэффициентов.

Вычисление тока трехфазного КЗ по значению напряжения КЗ трансформатора. Наиболее просто максимальное значение тока (в амперах) трехфазного КЗ за трансформатором вычисляется по значению напряжения КЗ трансформатора ( U k ):

где U k напряжение короткого замыкания из пас­порта (паспортной таблички) трансформатора, %; I ном. тр. — номинальный ток трансформатора на сто­роне ВН или НН из паспорта трансформатора, А;

— коэффициент, % ( S ном. тр — номинальная мощность трансформатора из паспорта, MB — A ; SK — мощ­ность трехфазного КЗ питающей энергосистемы в той точке, где подключен трансформатор, т. е. на его вы­водах ВН, задается энергоснабжающей организацией, MB -А); если мощность энергосистемы относительно велика («бесконечна»), то р = 0.

Например, трансформатор ТМ-1 напряжением 10/0,4 кВ, мощностью S ном. тр = 1МВ-А, с номиналь­ными токами сторон ВН и НН, равными 58 и 1445 А соответственно, с напряжением КЗ U k 5,5 % под­ключен к энергосистеме в точке, где мощность КЗ SK = 100 MB -А. Токи при трехфазном КЗ за транс­форматором вычисляются по выражениям (5) и (4): р= 1*100/100=1% ; I к. вн =100*58/(5,5 + 1) = 892 А, отнесенных к напряжению 10 кВ; I к.нн = 100 • 1445/ /(5,5+1)=22230 А или 22,2 кА, отнесенных к напря­жению 0,4 кВ.

Другой пример: для трансформатора мощностью S ном.тр = 0,25 МВ-А ( U k = 4,5 %), подключенного в удаленной точке сети 10 кВ, где SK = 12,5 МВ-А, рас­считываются токи при трехфазном КЗ на стороне НН по выражениям (5) и (4): р = 0,25*100/12,5 = 2 %; I к.вн = 100 • 14,5/(4,5 + 2) = 223 А и I к.нн = 5538 А или 5,5 кА, отнесенных к напряжениям 10 и 0,4 кВ соответственно. Номинальные токи трансформатора вычислены по выражениям (2) и (3):

При подключении относительно маломощных транс­форматоров (менее 1 MB -А) вблизи мощных район­ных подстанций и подстанций глубокого ввода 110/10 кВ с трансформаторами мощностью более 10 MB -А влияние сопротивления энергосистемы на значение токов КЗ за трансформаторами снижается и им часто пренебрегают, считая мощность энергоси­стемы «бесконечной», а значение р в выражении (4) равным нулю.

Вычисление тока трехфазного КЗ по полному со­противлению трансформатора Z тр. Значения этого со­противления и его составляющих: активной R тр. и ин­дуктивной X тр. необходимо знать для составления так называемой схемы замещения, в которой своими со­противлениями представлены все элементы расчетной схемы питаемой сети НН. Схема замещения дает воз­можность вычислить значения токов КЗ не только на выводах НН трансформатора, но и в любой точке сети НН [6, 7]

Читайте также:  Приборы для измерения силы тока как подключить

Полное сопротивление трансформатора Z тр. (в омах) определяется по выражению

где U к напряжение КЗ, %; S ном.тр. — номинальная мощность трансформатора, MB -А; U ном.тр. — номи­нальное междуфазное напряжение трансформатора на той стороне ВН или НН, к которой приводится его сопротивление, кВ.

Активная составляющая полного сопротивления трансформатора R тр.определяется по значению потерь мощности ∆ P в его обмотках при номинальной на­грузке. В практических расчетах потери мощности в’ обмотках трансформатора принимают равными по­терям короткого замыкания при номинальном токе трансформатора: ∆Р = P k . Активное сопротивление трансформатора (в омах) вычисляется по выражению

где Рк — потери короткого замыкания при номиналь­ном токе трансформатора, Вт; U ном.тр. и S ном.тр. — то же, что в выражении (6), но здесь мощность S ном.тр. выражается в киловольт-амперах (кВ-А). Значения р k приведены в соответствующих стандартах и спра­вочниках.

Индуктивное сопротивление (реактивная состав­ляющая полного сопротивления) трансформатора (в омах) вычисляется по выражению

где Z тр. — модуль полного сопротивления трансформа­тора, вычисленный по выражению (6); R тр. — активная составляющая полного сопротивления трансформа­тора, вычисленная по выражению (7).

Значения сопротивлений стандартных трансфор­маторов общего назначения напряжением 10/0,4 кВ для вычисления токов трехфазного (и двухфазного) КЗ приведены в табл.2.

Как видно из таблицы, сопротивления, отнесенные к стороне НН с U ном.= 0,4 кВ и указанные для удоб­ства в миллиомах, меньше сопротивлений, отнесенных к стороне ВН с U ном. =10 кВ и указанных в омах, в 625 раз, что соответствует выражению

где N тр. — коэффициент трансформации трансформа­тора, равный для рассматриваемых трансформаторов 10/0,4 = 25.

Таблица 2. Сопротивления трансформаторов 10/0,4 кВ

Источник

РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

Горное предприятие получат питание от двух источников:

1. Подстанция № 1 ЭС

2. Подстанция № 2 ЭС

Энергосистема (ЭС), которая представляет собой комплекс связанных между собой предприятий, производящих, преобразующих и передающих элек­трическую энергию. ЭС, как правило, является источником неограниченной мощ­ности. Напряжение на шинах такого источника питания практически остается не­изменным в течение всего периода КЗ.

Уровень напряжения внешнего электроснабжения предприятия 110 кВ.

В связи с тем, что горное предприятие является потребителем первой категории, для преобразования напряжения установлены 2 одинаковых силовых трансформатора марки ТДТН-10000-115/38,5/6,6 с параметрами:

Тип Мощность, кВА Напряжение, кВ Потери, кВт Uкз, % Ixx, %
ВН СН НН ΔPxx ΔPм
ТДТН 38,5 6,6 17,0 76,0 10,5; 17,5; 6,5 1,0

На сторонах СН трансформаторов ТДТН-10000-115/38,5/6,6 установлены 2 трансформатора ТМН-4000-35/6.3 с техническими характеристиками:

Тип Мощность, кВА Напряжение, кВ Потери, кВт Uкз, % Ixx, %
ВН НН ΔPxx ΔPм
ТМН 6,3 5,6 33,5 7,5 0,9

Основными потребители предприятия являются:

— 4 синхронных двигателя типа СДВ-16-51-12У3 с параметрами:

Марка Активная мощность Рном, кВт Номинальное напряжение, кВ Сosφном
СДВ-16-51-12У3 0,9

— 3 асинхронных двигателя типа АК-13-59-6У4 с параметрами:

Марка Активная мощность Рном, кВт Номинальное напряжение, кВ Сosφном
АК-13-59-6У4 0,88

— потребители на 0,4 кВ мощностью Р0.4 = 3600 кВт;

— ЦПП мощностью РЦПП = 6200 кВт.

Структурная схема электроснабжения предприятия представлена на рис. 2.

Рис 2. Структурная схема электроснабжения

При расчете токов КЗ определяются следующие величины:

– начальное значение периодической составляющей тока КЗ;

– ударный ток КЗ, необходимый для проверки электрических аппаратов, изоляторов, шин на динамическую стойкость;

– наибольшее действующее значение полного тока КЗ для проверки электрических аппаратов на динамическую стойкость в течение первого периода КЗ;

– значение тока при с для проверки выключателей по отключаемому ими току;

– действующее значение установившегося тока КЗ для проверки электрических аппаратов, шин, проходных изоляторов, кабелей на термическую стойкость;

– мощность КЗ при с для проверки выключателей по отключаемой мощности.

Произведем расчет токов КЗ:

1. Выбираем базисные величины.

— базисная мощность Sб = 1000 МBA;

— базисное напряжение Uб1 = 115 кB, Uб2 = 38,5 кB, Uб3 = 6,6 кB, Uб4 = 6,3 кB (в качестве базисных напря­жений следует выбирать напряжение холостого хода силового трансформатора в точке короткого замыкания, данные уровни базисных напряжений принимаются для каждой точки КЗ).

2. Составляем первичную схему замещения (рис. 3) и определяем отно­сительные сопротивления её элементов.

— сопротивление воздушных линий:

где х = 0,3 для воздушных одноцепных линий напряжением выше 1 кВ;

Рис. 3. Первичная схема замещения

— сопротивление понизительных трансформаторов:

Для трехобмоточного трансформатора значение реактивного сопротивления определяется отдельно для каждой цепи:

;

;

.

1. ;

2. ;

3. .

Находим сопротивление двухобмоточного понижающего трансформатора:

— сопротивление синхронных двигателей

где

— сопротивление асинхронных двигателей

где = 0,2 сверхпереходное сопротивление двигателя; МВ . А

3. Преобразуем схему замещения

Рис. 4. Преобразованная схема замещения для точки К1

4. Определяем возможность объединения источников питания.

Источники можно объединить, если результат нижеприведенной операции лежит в пределах 0,4 – 2,5:

— источники можно объединить, т.к. 0,755 попадает в пределы 0,4 – 2,5 .

Получаем схему замещения:

4. Так как , пользуемся расчётными кривыми:

Определяем базисный ток:

Периодическая слагающая тока КЗ для всех моментов времени:

Токи трёхфазного короткого замыкания:

Периодическая составляющая

где = 1,8 – ударный коэффициент.

Наибольшее действующее значение тока КЗ за первый период:

Установившийся ток КЗ:

где = 1,15, =1,05 по кривым для Храсч=1,035

5. Для расчёта тока КЗ в точке К2 преобразуем схему (рис. 5).

Рис. 5. Схема замещения для точки К2

Преобразуем схему замещения трехобмоточного трансформатора из звезды в треугольник:

;

;

.

Сопротивление воздушных линий:

Сопротивление цепи со стороны п/с ЭС:

где

Поскольку сопротивление потребителей, питаемых от шин ГПП больше трёх, то можно объединить эти источники, подпитывающие точку КЗ К2.

Рис. 6. Преобразованная схема замещения для точки К2

Суммарное сопротивление цепи со стороны питания

Так как >3, то ток КЗ в точке К2:

Мощность КЗ в точке К2:

6. Расчёт токов КЗ в точке К3.

Сопротивление воздушных линий:

Сопротивление цепи со стороны п/ст ЭС:

где

Рис. 7. Преобразованная схема замещения для точки К3

Поскольку сопротивление потребителей, питаемых от шин ГПП больше трёх, то можно объединить эти источники, подпитывающие точку КЗ (К3).

Суммарное сопротивление цепи со стороны питания

Так как >3, то ток КЗ в точке К3:

;

Мощность КЗ в точке К 3:

7. Для расчёта тока КЗ в точке К4 преобразуем схему (рис. 8).

Рис. 8. Схема замещения для точки К4

Сопротивление воздушных линий:

Сопротивление цепи со стороны п/ст ЭС:

где

Сопротивление двухобмоточных трансформаторов:

Поскольку сопротивление ветвей и больше трех, то возможно объединение источников питания:

Суммарное сопротивление цепи со стороны п/ст ЭС:

Поскольку сопротивление потребителей, питаемых от шин ГПП больше трёх, то можно объединить эти источники, подпитывающие точку КЗ (К4).

Их общее сопротивление:

Суммарное сопротивление двигателей

.

Проверим, можно ли пренебречь источниками меньшей мощности. Условия проверки:

3, то ток КЗ в точке К4:

Источник