3.3 Розрахунок струмів короткого замикання

Для визначення струмів короткого замикання складемо схему розрахункову.

Приймаємо, що напруга на шинах 6 кВ залишається незмінною, опір від джерела живлення до шин 6 кВ враховуємо. Розрахунок проводимо в іменованих одиницях.

Визначимо струми короткого замикання в точці К₁. Приймаємо U_б1=6,3 кВ.

Складемо схему заміщення.

Визначаємо опір від джерела живлення до шин 6 кВ ТП при заданому струмі вимкнення масляного вимикача 10 кА за формулою:

(44)

де - базова (середня) висока напруга, кВ;

- номінальний струм вимкнення автомата

Визначаємо опір кабелю вводу за формулами:

(45)

де l₁ - довжина кабелю від ГПП до трансформаторної підстанції, км;

- індуктивний опір однієї фази, Ом/км

(46)

де l₁ - довжина кабелю від ГПП до трансформаторної підстанції;

- активний опір, Ом/км

Визначимо опір кабелю від шин 6 кВ до двигуна аглоексгаустера за формулами:

(47)

де l₂ - довжина кабелю від довжина кабелю від трансформаторної підстанції до двигуна, км;

- індуктивний опір однієї фази, Ом/км

(48)

де l₂ - довжина кабелю від довжина кабелю від трансформаторної підстанції до двигуна, км;

- активний опір, Ом/км

Визначимо опір двигуна аглоексгаустера за формулою:

(49)

де - індуктивний опір у відносних одиницях електричних машин двигунів;

- базова (середня) висока напруга;

S_{д ном} - номінальна потужність двигуна

(50)

Визначимо струм короткого замикання від системи за формулою:

(51)

де - базова (середня) висока напруга;

- сумарний індуктивний опір від джерела живлення до шин 6 кВ та від ГПП до трансформаторної підстанції;

- сумарний активний опір від ГПП до трансформаторної підстанції

(52)

де x₁ - індуктивний опір від джерела живлення до шин;

x₂ - індуктивний від ГПП до трансформаторної підстанції

(53)

де r₂ - активний опір від ГПП до трансформаторної підстанції, мОм

Визначимо струм короткого замикання від двигуна за формулою:

(54)

де - базова (середня) висока напруга, кВ;

- сумарний індуктивний опір від шин трансформаторної підстанції до двигуна та індивідуальний опір двигуна;

- сумарний активний опір від шин трансформаторної підстанції до двигуна

(55)

де x₃ - індуктивний опір від шин трансформаторної підстанції до двигуна

x₄ - індуктивний опір двигуна

(56)

де - активний опір від шин трансформаторної підстанції до двигуна

Визначимо сумарний струм короткого замикання в точці k₁ за формулою:

(57)

де I_n0c - струм короткого замикання від системи;

I_n0д - струм короткого замикання від двигуна М1

Визначимо ударний струм короткого замикання від системи в точці К₁ за формулою:

(58)

де I_n0c - струм короткого замикання від системи;

- коефіцієнт

Визначимо ударний струм від двигуна за формулою:

(59)

де I_n0д- струм короткого замикання від двигуна М1;

- коефіцієнт

Визначимо сумарний ударний струм в точці k₁ за формулою:

(60)

де i_ус - ударний струм короткого замикання від системи;

i_уд - ударний струм від двигуна

При визначенні струмів короткого замикання на шинах 0,4 кВ цехової трансформаторної підстанції в точці k₂ приймаємо .

Опір від системи до шин 6 кВ ТП приводимо до напруги 0,4 кВ:

(61)

де - сумарний індуктивний опір від джерела живлення до шин 6 кВ та від ГПП до трансформаторної підстанції;

- коефіцієнт трансформації

(62)

де - сумарний активний опір від ГПП до трансформаторної підстанції

- коефіцієнт трансформації

В виду віддаленості синхронного двигуна М₁ від точки k₂, впливом його на величину струмів короткого замикання на шинах 0,4 кВ нехтуємо.

Визначаємо опір трансформатора 6/0,4 кВ за формулою:

(63)

де - потужність короткого замикання в трансформаторі;

- базова (середня) низька напруга;

- номінальна потужність трансформатора

(64)

де - потужність короткого замикання в трансформаторі,

- базова (середня) низька напруга;

- номінальна потужність трансформатора;

- напруга короткого замикання в трансформаторі

Визначимо опір асинхронного двигуна М2 за формулою:

(65)

де - базова (середня) низька напруга;

- номінальна потужність двигуна, МВ^.А;

- коефіцієнт

Визначимо сумарні опір від системи до шин 0,4 кВ ТП з урахуванням опору шин, з’єднуючий трансформатор із збірними шинами 0,4 кВ й перехідного опору контактів, які прийнято рівним r_доб=2мОм за формулами:

(66)

де r_T - активний опір трансформатора;

- додатний опір

(67)

де x_Т - індуктивний опір трансформатора;

Опором кабелю, яким двигун М2 підключений до шин 0,4 кВ, нехтуємо малою довжиною кабеля:

Визначаємо струм короткого замикання від системи в точці k₂ за формулами:

(68)

де - базова (середня) низька напруга;

- сумарний індуктивний опір від системи до шин 0,4 кВ;

- сумарний активний опір від системи до шин 0,4 кВ

Визначимо струм короткого замикання від двигуна М2 за формулою:

(69)

де I_{ном д} - номінальний струм двигуна

(70)

де P_{ном д} - номінальна потужність двигуна;

- коефіцієнт потужності;

;

- базова (середня) низька напруга

Визначимо ударний струм короткого замикання в точці k₂ від системи за формулою:

(71)

де - коефіцієнт;

I_к2с - струм короткого замикання від системи в точці k₂

Визначимо ударний струм короткого замикання від двигуна М2 за формулою:

(72)

де I_{ном д} - номінальний струм двигуна

Визначимо сумарні струми короткого замикання в точці k₂ за формулами:

(73)

де I_k2c - струм короткого замикання від системи в точці k₂;

I_n0д - струм короткого замикання від двох двигунів

(74)

де - ударний струм короткого замикання в точці k₂ від системи;

- ударний струм короткого замикання від двох двигунів

3.4 Перевірка високовольтного обладнання на дію струмів короткого замикання

Перевіримо кабелі вводу на термічну стійкість

Визначимо тепловий імпульс короткого замикання за формулою:

(75)

де I_n0с - струм короткого замикання в системі;

t_відкл - час відключення масляного вимикача;

- час для мереж напругою 6-10 кВ

(76)

де - час дії максимального струмового захисту;

- час вимкнення мало масляних вимикачів

Визначимо мінімально-допустимий перетин кабелю з умови нагріву за формулою:

(77)

де - тепловий імпульс короткого замикання;

- коефіцієнт температури та матеріалу провідника: для кабелів , для шин

Перевіримо кабель за умовою термічної стійкості:

Приймаємо до установки обраний раніше кабель марки ААБ S1203, з літератури [2], с.511

Визначимо мінімально-допустимий перетин шин з умови нагріву за формулою

Перевіримо шину за умовою термічної стійкості:

Приймаємо обрану раніше однополосну алюмінієву шину перетином S506, з літератури [2], с.511

Перевіримо шини на динамічну стійкість

Розрахуємо силу, що діє на шину при короткому замиканні за формулою:

(78)

де - коефіцієнт форми шин;

- ударний струм короткого замикання в системі;

- розміри для шкафів серії КРУ-ХІІ, мм

Визначимо вигинаючий момент шин за формулою:

(79)

де - сила, при короткому замиканні;

- розмір для шкафів серії КРУ-ХІІ

Визначаємо момент опору шин при розташуванні шин плазом і в одній площині за формулою:

(80)

де , - розміри шини

Визначимо розрахункову напругу у матеріалі шин за формулою:

(81)

де - вигинаючий момент шин, Н^.мм;

- момент опору шин

Перевіримо шини за допустимою напруги в матеріалі:

Остаточно приймаємо однополосну алюмінієву шину перетином S505 мм, з літератури [2], с.511

Вибір та перевірку вимикача проводимо у табличній формі:

Таблиця 40

Умови вибору	Масляний вимикач вводу			Трансформатор струму вводу
	Розрахункові дані		Каталожні дані	Розрахункові дані	Каталожні дані
Вибір по напрузі		6	6	6	6
Вибір по робочому струму		233	400	233	400
Вибір по вимикаючій можливості		8,6	10
Перевірка на динамічну стійкість		16,8	25,5	16,8	52
Перевірка на термічну стійкість		84,5	300	84,5	420

Вимикач типу ВММ-6А-400-10В задовольняє умовам вибору та перевірки та може бути прийнятий до встановлення.

4 Розрахунок та вибір релейного захисту

Захист повітряних і кабельних ліній виконується від: між фазних і двофазних замикань та однофазних замикань на землю. Застосовується максимально струмовий захист МСЗ.

Визначимо струм спрацьовування МСЗ за формулою:

(82)

де K_зап - коефіцієнт запасу, вибираємо з меж ;

К_п - коефіцієнт повернення реле, вибираємо з меж ;

К_{с з} - коефіцієнт само запуску, вибираємо з меж ;

I_p - струм вводу

Визначимо струм спрацьовування реле за формулою:

(83)

де K_зап - коефіцієнт запасу, вибираємо з меж ;

К_п- коефіцієнт повернення токового реле, вибираємо з меж ;

К_{с з} - коефіцієнт само запуску, вибираємо з меж ;

I_p - струм вводу;

- коефіцієнт трансформації струму;

- коефіцієнт схеми, при з'єднанні в зірку

Захист високовольтних двигунів

Якщо в схемі є високовольтні двигуни, то реле максимального захисту відбудовується на струм спрацьовування з урахуванням пускового струму двигуна і підвищувального коефіцієнта надійності.

(84)

де К_над - коефіцієнт для реле типу РТМ, вибираємо з меж ;

I_пуск - пусковий струм

- коефіцієнт трансформації трансформатора струму;

- коефіцієнт схеми, при з'єднанні в зірку

(85)

де - номінальний струм двигуна;

5 Розрахунок захисного заземлення

Розрахуємо контур захисного заземлення підстанції.

Загальний для мережі напругою 0,4-10 кВ периметр 120 м, сумарна довжина кабельних ліній, зв'язаних з шинами підстанції , грунт - суглинок.

Розрахуємо струм заземлення на землю в мережі 10 кВ за формулою:

(86)

де U_н - номінальна напруга;

I_н - сумарна довжина кабельних ліній

Розрахуємо опір заземлення за формулою:

(87)

де - напруга короткого замикання;

I_з - струм заземлення на землю

В якості вертикального заземлення приймаємо стержні з круглої сталі довжиною 5 м.

Удільний опір грунту -

Підвищувальний коефіцієнт -

Визначимо розрахунковий опір грунту за формулою:

(88)

де - удільний опір грунту;

- підвищувальний коефіцієнт

Визначимо опір одного пруткового електрода діаметром 12 мм та довжиною 5 м за формулою:

(89)

де - розрахунковий опір грунту

Розміщуємо заземлювачі по контуру через кожні 5 м.

Визначаємо кількість заземлювачів за формулою:

(90)

де - периметр контуру, м;

- відстань між заземлювачами, м

При відношенні та беремо коефіцієнт екранування

Перевіримо величину опору контуру за формулою:

(91)

де - опір одного стержня, Ом;

- кількість заземлювачів, шт.;

- коефіцієнт екранування

Таким чином, 24 стержнів забезпечують необхідну величину опору заземленого контуру.