Дипломная работа: Модернизация оборудования распределительных сетей РЭС Февральск

1.6.1 Расчет токов короткого замыкания

Согласно Правилам устройства электроустановок [2], выбор и проверка электрических аппаратов и токоведущих элементов по электродинамической и термической устойчивости производится по току трехфазного короткого замыкания Ik(3), поэтому в проекте необходимо произвести расчет токов короткого замыкания Ik(3) для всех РУ.

Мощность короткого замыкания, МВА, на шинах подстанций, которые являются источниками питания сетевого района, приведена в таблице 1.10

Таблица 1.10 – Мощность короткого замыкания

Наименование подстанций	Мощность короткого замыкания, МВА
РТП‑220	111,8
ЦРП	70
РППЦ-АБ	87

Зная мощность короткого замыкания, по [12] находим сопротивление источника питания, Ом,

. (1.17)

где UHOM – номинальное напряжение сети, кВ;

SК.З – мощность короткого замыкания источника питания, МВА.

Полное сопротивление линии, по которой будет протекать ток короткого замыкания, определяем по формуле, Ом,

, (1.18)

где r – активное сопротивление линии, Ом;

х – индуктивное сопротивление линии, Ом.

Расчет активного и реактивного сопротивления линии ведем по формулам:

 , (1.19)

где - активное сопротивление 1 км линии, Ом/км;

- индуктивное сопротивление 1 км линии, Ом/км;

- длина линии, км.

Полное сопротивление до точки короткого замыкания рассчитываем по формуле:

. (1.20)

Ток трехфазного короткого замыкания, кА, находим по формуле:

. (1.21)

 

Пример расчета:

Рисунок 1.3 – Схема замещения для расчета токов короткого замыкания в распределительной сети

Для участка ЛЭП РТП‑220 – РППЦ:

-  мощность короткого замыкания источника питания Sк.з.= 111,8 МВА;

-  тип линии – АС‑50;

-  длина линии 2 км;

-  активное сопротивление 1 км линии 0,65 Ом/км;

-  реактивное сопротивление 1 км линии 0,392 Ом/км.

-  сопротивление источника питания

 Ом.

Активное сопротивление линии:  Ом.

Индуктивное сопротивление линии:  Ом.

Полное сопротивление линии:

 Ом.

Сопротивление до точки короткого замыкания:  Ом.

Ток короткого замыкания на шинах:  кА.

Результаты остальных расчетов по формулам (1.17) – (1.21) приводим в таблице 1.11.

Таблица 1.11 – Токи короткого замыкания.

Наименование трансформаторной подстанции	, Ом	, Ом	, кА	, кА
1	2	3	4	5
ЦРП	0,151	1,085	5,588	4,862
ТП №16 «Склад ГСМ»	1,859	2,794	2,169	1,887
ТП №17 «Локомотивное депо»	0,873	1,807	3,356	2,919
ТП №18 «Котельная»	2,29	3,224	1,880	1,636
ТП №55 «2‑й подъем»	3,850	4,784	1,267	1,102
ТП №19 «Водозабор»	3,827	4,761	1,273	1,108
ТП №8	0,421	1,355	4,474	3,892
ТП №5	1,263	2,197	2,760	2,401
ТП №2	1,763	2,697	2,205	1,918
ТП №20 «Очистные»	1,214	2,148	2,823	2,456
РППЦ-АБ	0,151	1,085	2,44	2,1

1.6.2 Расчет максимальных рабочих токов

Электрические аппараты выбираем по условиям длительного режима работы сравнением рабочего напряжения и наибольшего длительного рабочего тока присоединения, где предполагается установить данный аппарат, с его номинальным напряжением и током. При выборе необходимое исполнение аппарата.

Расчет максимальных рабочих токов производится на основании номинальных параметров оборудования по формулам:

– для вторичных вводов силовых трансформаторов 10 кВ, А:

, (1.22)

где Кпер – коэффициент, учитывающий перегрузки трансформаторов, принимается равным 1,5.

– для сборных шин подстанции 10 кВ, А:

, (1.23)

где Крн2 – коэффициент распределения нагрузки на шинах вторичного напряжения, равный 0,5 – при числе присоединений пять и более; 0,7 – при меньшем числе присоединений.

– для первичных вводов трансформаторов РУ‑10 кВ, А:

, (1.24)

– для сборных шин подстанции 0,4кВ кВ, А:

, (1.25)

– для вторичных вводов трансформаторов РУ – 0,4 кВ, А:

, (1.26)

Таблица 1.12 – Расчет максимальных рабочих токов

Наименование потребителя	Iрmax, А
1	2
Вторичная обмотка трансформатора 10 кВ
Сборные шины подстанции 10 кВ
Первичная обмотка трансформатора ЗРУ‑10кВ
ТП‑17

По найденным максимальным рабочим токам производим выбор силового оборудования по условию:

, (1.27)

где Iн – номинальный ток аппарата, кА;

Iрабmax – максимальный рабочий ток, кА.

1.6.3 Проверка сборных жестких шин на трансформаторных подстанциях

В закрытых РУ‑10 кВ сборные шины выполнены жесткими алюминиевыми шинами.

Сборные жесткие шины проверяются по [14]

– по длительно допускаемому току:

, (1.28)

где Iдоп. – длительно допускаемый ток для проверяемого сечения, А;

Iр.max – максимальный рабочий ток сборных шин.

– по термической стойкости

, (1.29)

где q – проверяемое сечение, мм

qmin – минимальное допустимое сечение токоведущей части по условию её термической стойкости, мм;

Вк – тепловой импульс тока короткого замыкания для характерной точки подстанции, кА;

С – коэффициент,

Тепловой импульс тока короткого замыкания по [14] находим по формуле:

 (1.30)

где Iк – ток короткого замыкания на шинах подстанции, кА;

– время протекания тока короткого замыкания, с;

Та – постоянная времени цепи короткого замыкания, с.

Находим время протекания тока короткого замыкания, с.,

, (1.31)

где tз – время срабатывания основной защиты, с;

tв – полное время отключения выключателя, с.

– по электродинамической стойкости

, (1.32)

Электродинамическая стойкость шин, укрепленных на опорных изоляторах, проверяется по механическому напряжению , возникающему в них при коротком замыкании, МПа,

, (1.33)

где l – расстояние между соседними опорными изоляторами, м;

а – расстояние между осями шин соседних фаз, м;

iу – ударный ток короткого замыкания, кА;

W – момент сопротивления шины относительно оси, перпендикулярной действию усилия, м.

Ударный ток короткого замыкания определяем по формуле

                               (1.34)

Момент сопротивления однополюсных прямоугольных шин при расположении плашмя определяем по формуле

, (1.35)

где в – толщина шины, м;

h – ширина шины, м;

– допустимое механическое напряжение в материале шин.

Пример расчета:

На ЦРП установлены шины размером 40х5.

Проверяем по длительно допускаемому току.

Для шин сечением 200 мм, выполненных из алюминиевого материала по [9] длительно допускаемый ток Iдоп.=513 А.

Максимальный расчетный ток сборных шин Iр.max=69,28 А

513А > 69,28 А.

Проверяем по термической стойкости:

Сечение шин q=200 мм;

время протекания тока короткого замыкания tк=0,14 с.

Для распределительных сетей напряжением 10 кВ постоянная времени цепи короткого замыкания Та = 0,045 с.

Ток короткого замыкания Iк = 5,58 кА таблица (1.11)

Тепловой импульс тока короткого замыкания:

 кА2с.

Согласно [12] для алюминиевых шин коэффициент С=88 .

Минимально допустимое сечение токоведущей части

 мм2.

Условие проверки 200 мм> 21 мм выполняется.

Проверяем по электродинамической стойкости:

Момент сопротивления шины:

 м3.

Ударный ток короткого замыкания:

 кА.

Механическое напряжение в материале шины при длине пролета l=1 м и расстоянии между шинами фаз а = 0,25 м

 МПа.

Допустимое механическое напряжение в материале шин [12]что больше . Таким образом, по результатам расчетов видно, что шины, установленные на подстанции ЦРП удовлетворяют условиям проверки.

Аналогичные расчеты для остальных подстанций приводим в таблице 1.12.

Таблица 1.12 – Проверка сборных шин в распределительных сетях 10 кВ ст. Февральск

Наименование подстанции	Тип токоведущих частей мм2	Соотношение паспортных данных и расчетных данных
		Iдоп. /Iр.max., А	q/qmin, мм2	, МПа
ЦРП	А‑40х5	513/69,28	200/21	40/6,6
ТП №16 «Склад ГСМ»	А‑40х5	513/69,28	200/17	40/40,2
ТП №17 «Локомотивное депо»	А‑40х4	456/173	160/15	40/4,3
ТП №18 «Котельная»	А‑60х6	827/69,28	360/15	40/1,2
ТП №55 «2‑й подъем»	А‑40х4	456/43,3	160/22	40/8,3
ТП №19 «Водозабор»	А‑40х5	513/28,3	200/16	40/3,9
ТП №8	А‑40х4	513/69,28	160/35	40/21,3
ТП №5	А‑40х4	456/109	160/49	40/31,3
ТП №2	А‑60х6	703/69	300/18	40/2,4
ТП №20 «Очистные»	А‑40х4	456/43,3	160/18	40/5,7
РППЦ-АБ	А‑30х4	347/70	120/28	40/25,3

По результатам расчетов видно, что сборные шины в распределительных сетях 10 кВ, полностью удовлетворяют паспортным данным.