Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Под распределительными сетями (РС) понимают воздушные и кабельные сети на промышленных предприятиях, городах и сельской местности напряжением 0,4…35 кВ, по которым электроэнергия передается потребителям от питающих центров – электростанций и главных понизительных подстанций (ГПП). Таким образом, в РС входят линии и потребители напряжением 6–35 кВ, отходящие от шин ГПП, трансформаторы, воздушные и кабельные линии низкого напряжения 0,4 кВ.
Основной особенностью РС является значительное преобладание сопротивлений линий и трансформаторов над сопротивлениями линий и трансформаторов питающей их энергосистемы. Это позволяет путем преобразования все генераторы и сети энергосистемы привести к простейшей схеме замещения, в которой все генераторы заменяются одним эквивалентным генератором с электродвижущей силой Ес, а сопротивления всех линий, трансформаторов и генераторов до шин ГПП заменяются сопротивлением ЭЭС - Zс. Сопротивления линий и трансформаторов РС от шин питающей подстанции до места КЗ суммируются и заменяются одним сопротивлением Zрс. Даже для мощных энергосистем суммарное сопротивление оказывается очень велико, а ток КЗ мал. В результате КЗ сопровождается понижением напряжения генераторов и работой их регуляторов возбуждения, что позволяет ток трехфазного КЗ определить как для источника с неизменной фазой ЭДС Ес, где величины Zс и Zрс определены для одной фазы (Ом) и приведены к одному базисному напряжению:
, (10.1)
Такая схема позволяет не учитывать переходные процессы в генераторах, что значительно упрощает все расчеты. В практических расчетах фазная ЭДС генераторов Ес пересчитывается и заменяется линейным напряжением холостого хода Uх вторичной обмотки трансформатора, питающего распределительную сеть. Уравнение (10.1) приводится к расчетному виду:
. (10.2)
Величина Zс определяется довольно сложными расчетами. В результате для всех подстанций и электростанций энергосистемы определяется ток КЗ на шинах, питающих распределительную сеть , а по нему определяется Zс для расчетов токов КЗ в самой РС:
. (10.3)
Иногда вместо тока трехфазного КЗ задается мощность КЗ , равная . Сопротивление системы в этом случае определяется:
. (10.4)
Рис. 10.1. Схема для расчетов токов КЗ в РС: а – расчетная; б – схема замещения
Таким образом, исходными данными для расчетов токов КЗ в РС являются величины Uх; Zрс. Величина Zрс определяется для каждого случая по данным рассчитываемой сети: длине, сечению и расположению проводов линий; паспортным данным трансформаторов; длине, сечению кабелей и т. д.
Упрощением для расчетов в РС является возможность не вычислять ток двухфазного КЗ, а определять его по току трехфазного КЗ, т.к. при двухфазном КЗ поврежденная цепь питается линейным напряжением Uл, а полные сопротивления прямой и обратной последовательности принимаются равными, и тогда:
. (10.5)
В ряде случаев сопротивление Zс по сравнению с Zрс настолько мало, что им можно пренебречь и принять Zс=0. Такой случай считается питанием от системы бесконечной мощности и ток трехфазного КЗ определяется по выражению (10.2), в котором Zс=0:
. (10.6)
При практических расчетах важно определить, можно ли энергосистему, питающую РС, считать системой бесконечной мощности и вместо уравнения (10.2) пользоваться уравнением (10.6). Для ориентировочной оценки энергосистему можно считать системой бесконечной мощности, если выполняются условия:
; , (10.7)
где Sс – суммарная мощность всех генераторов энергосистемы, МВ×А;
– мощность трехфазного КЗ на шинах подстанции, питающей РС, МВ×А;
Uх – вторичное линейное напряжение трансформаторов, питающих РС, МВ×А;
Zс – сопротивление системы приведенное к шинам питающей подстанции, Ом/фазу.
Особенностью при расчете КЗ в РС является необходимость учета активных сопротивлений. В современных сетях напряжением 101 кВ и выше активные сопротивления настолько малы по сравнению с индуктивными, что ими обычно пренебрегают и считают полное сопротивление чисто индуктивным: ZΣ=XΣ. Такое допущение практически не сказывается на точности расчетов, но серьезно облегчает их. Считается, что активным сопротивлением можно пренебрегать, если . При этом определение тока КЗ без учета активного сопротивления дает ошибку не более 5%.
В РС индуктивное сопротивление воздушных линий Х составляет 0,3…0,4 Ом/км, активное сопротивление R для алюминиевых проводов сечением до 16 мм2 колеблется в пределах 2…0,5 Ом/км, отношение при этом значительно меньше 3 и колеблется в пределах 0,15…0,6.
Для кабельных линий индуктивное сопротивление составляет 0,08 Ом/км и отношение еще меньше. Поэтому одним из основных требований является обязательный учет активных сопротивлений сети. В этом случае уравнение (16.2) приводится к виду:
. (10.9)
Результаты расчетов по выражениям (10.2) и (10.9) могут дать значительные различия, что вынуждает учитывать активные сопротивления не только кабелей, но и трансформаторов РС.
При наличии в РС трансформаторных связей необходимо привести все сопротивления, находящиеся на разных сторонах трансформатора, к одному напряжению – расчетному. За расчетное напряжение обычно принимается напряжение точки КЗ:
Существует два способа приведения: приближенное и точное. При приближенном способе пользуются средними номинальными напряжениями каждой ступени: 0,23; 0,4; 0,525; 6,3; 10,5; 13,8; 15,75; 20; 37 кВ. При этом считается, что действительные номинальные напряжения равны средним. При использовании средних номинальных напряжений вычисления упрощаются.
При расчетах действительных сетей этот способ не допустим, т. к. может вызвать значительные ошибки из-за того, что действительные напряжения могут значительно отличаться от средних номинальных. По этим причинам необходимо пользоваться при расчете токов КЗ в РС точным приведением с учетом реальных коэффициентов трансформации.
В РС напряжением 6…35 кВ, работающих с изолированной нейтралью, возможны трехфазные, двухфазные КЗ. Расчетным для таких сетей является трехфазное КЗ, а ток двухфазного КЗ определяется по току трехфазного КЗ по выражению (10.5).
Все расчеты токов выполняются обычно для КЗ в относительных или именованных единицах. Для РС обычно определяют активные и индуктивные сопротивления линий и трансформаторов и других элементов системы электроснабжения.
Линии.
Для воздушных и кабельных линий из цветных металлов активное сопротивление определяют по справочным данным. Пользоваться выражением не рекомендуется, т. к. действительные сечения проводов отличаются от номинального сечения. Индуктивное сопротивление ВЛ рассчитывается, а при неизвестных конструктивных данных пользуются некоторыми средними значениями сопротивлений:
для линий 6-10 кВ Х0=0,3 Ом/км;
для линий 35 кВ Х0=0,4 Ом/км;
Токоограничивающие реакторы. Параметрами токоограничивающих реакторов, служащих для уменьшения токов КЗ, являются:
- номинальное напряжение Uном, кВ;
- номинальный ток Iном, А;
- номинальное индуктивное сопротивление Xр, % или Xр, Ом;
- номинальный коэффициент связи Ксв (только для сдвоенных реакторов);
- потери мощности (на фазу) при номинальном токе ΔР, кВт.
Индуктивное сопротивление одинарного реактора определяется из выражения:
(10.10)
Активное сопротивление фазы одинарного реактора определяется по формуле:
10.10)
Схемы включения линейного и сдвоенного реактора, а также схема замещения сдвоенного токоограничивающего реактора представлены на рис. 10.2.
а б в
Рис.10.2. Схемы включения линейного (а) и сдвоенного реактора (б), а также схема замещения сдвоенного токоограничивающего реактора(в)
Индуктивное сопротивление луча со стороны среднего зажима Хс (т.е. зажима, обращенного в сторону источника энергии) следует определять по формуле:
(10.12)
Индуктивные сопротивления двух других лучей схемы замещения одинаковы и определяются по формуле:
(10.13)
где Ксв – номинальный коэффициент связи между ветвями реактора, выбирается из паспортных данных (как правило, Ксв = 0,5);
Xр % – номинальное индуктивное сопротивление реактора (т.е. сопротивление одной ветви реактора при отсутствии тока в другой ветви).
Активное сопротивление каждой ветви сдвоенного реактора в именованных единицах следует определять по формуле:
(10.14)
Напряжение на шинах при КЗ на выводах реактора равно потере напряжения в нем, остальное напряжение теряется в сопротивлении ЭСС. Так как сопротивление системы и реактора принимается чисто индуктивным, то в данном частном случае потеря и падение напряжения численно равны. Напряжение на шинах определяется по выражениям:
; . (10.15)
Трансформаторы.
Полное сопротивление двухобмоточных трансформаторов определяется по выражению:
, Ом, (10.10)
где Uк – напряжение КЗ трансформатора, %;
Uном – номинальное линейное напряжение трансформатора, кВ;
Sном – номинальная мощность трансформатора, М∙ВА.
Активное сопротивление определяется по потерям КЗ:
, Ом, (10.12)
где Рк – потери КЗ, Вт..
Индуктивное сопротивление трансформатора определяется по выражению:
,Ом (10.12)
Сопротивление электрической дуги.
Обычно в месте КЗ образуется некоторое переходное сопротивление, состоящее из сопротивления возникшей электрической дуги и сопротивлений прочих элементов пути токов КЗ от одной фазы к другой или от фазы на землю. Точный учет переходного сопротивления практически невозможен, прежде всего, вследствие трудности надежной оценки сопротивления дуги, которое, являясь функцией тока и длины дуги, изменяется в широких пределах. Учет электрической дуги в месте КЗ рекомендуется производить введением в расчетную схему активного сопротивления дуги Rд.
Экспериментальные исследования открытых дуг показали, что при токах КЗ в сотни ампер и выше градиент напряжения в дуге мало зависит от тока. При этом сопротивление дуги, являющееся практически активным, определяется по выражению:
(10.13)
где – длина дуги, м;
– действующее значение тока в дуге, А.
Так, при длине дуги 0,1 м и токе равном 1000 А, сопротивление дуги равно Ом.
В ряде случаев переходные сопротивления могут быть столь малы, что практически ими можно пренебречь. Такие замыкания называются металлическими. Естественно, при прочих равных условиях ток при металлическом КЗ больше, чем при наличии переходного сопротивления. Поэтому, когда требуется найти возможные наибольшие величины токов, исходят из наиболее тяжелых условий, считая, что в месте КЗ отсутствуют какие-либо переходные сопротивления.
Расчет максимальных и минимальных значений тока дугового КЗ рекомендуется выполнять на основе предельных значений сопротивления дуги, определяемых по статистическим характеристикам разброса поправочного коэффициента, учитывающего снижение тока дугового КЗ по сравнению с током металлического КЗ.
Пример 10.1. От шин подстанции с вторичным напряжением 10.5 кВ питаются две линии. Первая линия выполнена алюминиевым кабелем с изоляцией из сшитого полиэтилена 3(1×50) мм2, вторая – алюминиевым проводом А-50. Длина каждой линии 5 км. Ток КЗ на шинах 10.5 кВ равен 4200 А. Определить ток КЗ в конце каждой линии.
Решение. Сопротивление ЭЭС, приведенное к шинам 10.5 кВ, равно:
Удельное активное сопротивление кабеля 10 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена по приложению 1 равно Ом/км, а индуктивное – Ом/км и тогда Rк = 0,641·5 = 3.2 Ом; Хк = 0,184·5 = 0,92 Ом.
Ток КЗ в конце кабельной линии равен:
На рис.10.3,а приведена схема расположения проводов на опоре ЛЭП 10 кВ, а на рис.– вспомогательное построение для определения Dcp.
Из рисунка видно, что DB = 250 + 170 + 250 = 670 мм; AD = DC = АС/2 = 750 мм.
Из треугольника ADB (рис.10.3,б):
Рис.10.4. К расчёту индуктивного сопротивления линии. Схема расположения проводов на опоре ЛЭП (а) и расположение фазных проводов (б)
По приложению 1 находим расчетный диаметр для провода А-50 мм и тогда:
а сопротивление фазы всей линии:
Такой же результат можно получить, используя приложение 1.
Активное сопротивление провода А-50 по приложению 1 равно R = 0,588 Ом/км, а сопротивление одной фазы линии Rл = 0,588·5 = 2,94 Ом.
Ток трехфазного КЗ в конце линии
Если КЗ сопровождается дугой длиной 1200 мм (примерно среднее расстояние между проводами), то:
и ток трехфазного КЗ с учетом активного сопротивления дуги:
или 0,72 тока, определенного без учета дуги.
Пример 10.2. В конце линий для условий примера 10.1 включены два трансформатора:10/0,4кВ, 25 кВ, U=4,5 %, P=600 и 5500 Вт, Y/Yo. Определить ток КЗ на выводах 0,4 кВ трансформаторов.
Решение: Активные сопротивления трансформаторов равны:
R=600=96 Ом; R Ом/км.
Полные сопротивления:
Z=10 Ом, Z=10 Ом.
Индуктивные сопротивления:
X Ом/км; X= Ом.
Если пренебречь сопротивлением сети, то ток трёхфазного КЗ на выводах 0,4кВ:
А, А.
Если трансформаторы подключены к кабельной линии, то токи КЗ:
А.
А.
Если трансформаторы подключены к воздушной линии с алюминиевыми проводами, то токи КЗ:
А.
А.
Те же вычисления выполняются по уравнению (10.2) для кабельной линии:
Zрс=3,132 Ом; А,
А.
На основании результатов расчёта примера 10.2 можно сделать следующие выводы:
А. Для трансформаторов очень малой мощности расчёты всеми способами (с учётом Zрс, активных сопротивлений, по полному сопротивлению) дают практически одинаковые результаты;
Б.Для трансформаторов большой мощности расчёт без учёта Zрс, недопустим;
В. В общем случае, поскольку численные соотношения активных, индуктивных и полных сопротивлений трансформаторов и линий весьма различны для разных случаев, все расчёты следует выполнять по выражению (10.6).
Пример 10.3. Определить ток КЗ за реактором и напряжение на шинах в схеме рис.10.4.
Линейный реактор 6 кВ, 8%,600 А;
Сдвоенный реактор 6 кВ, 12%, 2000 А, Ксв=0,5.
Вторичное напряжение питающего трансформатора 6,6 кВ; ток КЗ до реактора 16 кА.
Решение 1. Сопротивление линейного реактора:
Ом.
Сопротивление системы до выводов 6,6 кВ питающего трансформатора:
Ом.
. Ток КЗ за линейным реактором (К1):
кА.
2. Сопротивление одной ветви сдвоенного реактора:
Ом.
Ток КЗ за реактором:
кА.
Рис.10.4 расчётные схемы к примеру 10.3. а - схема с линейным реактором, б -схема со сдвоенным реактором.
Необходимо обратить внимание на то, что хотя реакторы имеют номинальное напряжение 6,0 кВ, включены они на вторичное напряжение питающего трансформатора 6,6 кВ и приведя к одному расчётному напряжению в этом случае не требуется.
3. Напряжения на шинах при КЗ за линейным реактором:
=Xр=В, или 4356/6600=0,66 номинального напряжения
Напряжения на неповреждённой секции шин равно:
В, или 0,602 номинального
Следует отметить, что такое напряжение не обеспечивает надёжной работы магнитных пускателей: обычно их напряжение отпадания колеблется в пределах 0,65…0,75 номинального и в данном случае могут иметь место неправильные отключения электродвигателей.
Те же напряжения можно определит и по выражениям (3.29):
/(0,462+0,238)=0,66 ;
/(0,36+0,238)=0,602;
Домашнее задание №10.
Рассчитать ток КЗ и ударный ток в точке К для схемы приведенной на рис.10.5
Рис. 10.5.Расчетная схема к домашнему занятию № 10
Таблица 10.1
|
№ вар |
точка КЗ |
U, кВ |
C, S,МВА |
C, I,кА |
T, МВА |
U,кВ |
|
|
S |
U% |
||||||
|
1 |
К1 |
101 |
700 |
5,6 |
10 |
10,5 |
10 |
|
2 |
К2 |
101 |
800 |
4,2 |
25 |
10,5 |
35 |
|
3 |
К3 |
101 |
250 |
8,8 |
6,3 |
10,5 |
6,3 |
|
4 |
К4 |
101 |
600 |
5 |
16 |
10,5 |
6,3 |
|
5 |
К5 |
101 |
700 |
4,1 |
10 |
10,5 |
10 |
|
6 |
К1 |
101 |
200 |
7 |
4 |
10,5 |
6,3 |
|
7 |
К2 |
101 |
500 |
5,5 |
25 |
10,5 |
10 |
|
8 |
К3 |
101 |
600 |
3,5 |
40 |
10,5 |
35 |
|
9 |
К4 |
101 |
250 |
6 |
10 |
10,5 |
6 |
|
10 |
К5 |
101 |
550 |
7 |
40 |
10,5 |
10 |
Продолжение таблицы 10.1
|
№ вар |
W |
W |
W; W |
W=W |
LR;LR |
ХP% |
||||
|
S,мм2 |
L,км |
S,мм2 |
L,км |
S,мм2 |
L,км |
S,мм2 |
L,км |
I |
8 |
|
|
1 |
50 |
50 |
--- |
--- |
350 |
4 |
390 |
6 |
600 |
12 |
|
2 |
120 |
100 |
150 |
60 |
3120 |
10 |
3120 |
15 |
800 |
6 |
|
3 |
125 |
20 |
180 |
15 |
3185 |
3 |
3150 |
5 |
600 |
4 |
|
4 |
240 |
60 |
120 |
40 |
3210 |
2 |
3185 |
6 |
800 |
6 |
|
5 |
240 |
80 |
--- |
--- |
3120 |
3 |
375 |
8 |
600 |
4 |
|
6 |
185 |
25 |
90 |
25 |
390 |
2,5 |
3120 |
6 |
600 |
8 |
|
7 |
185 |
70 |
120 |
30 |
3150 |
4 |
3120 |
9 |
700 |
12 |
|
8 |
120 |
90 |
150 |
50 |
3185 |
8 |
3120 |
12 |
900 |
6 |
|
9 |
240 |
15 |
--- |
--- |
3120 |
3,5 |
3240 |
6 |
600 |
4 |
|
10 |
100 |
--- |
120 |
50 |
390 |
2,5 |
3120 |
10 |
600 |
8 |
Номер варианта соответствует последнему номеру зачётной книжки.
PAGE 123