2.1 Расчет токов короткого замыкания.
Методика расчета тока короткого замыкания на стороне 0,4 кВ представлена в [13].
Составим расчетную схему (см. рис.2.1). Для расчета максимального и минимального режимов работы нам понадобится рассчитать сопротивления всех элементов и учесть подпитку от электродвигателей.
Для расчета сопротивления системы зададимся значениям токов КЗ на секциях 10 кВ (точка К1) в обоих режимах работы:
в максимальном режиме работы сети – 19,8 кА;
в минимальном режиме работы сети – 11,1 кА.
Рис.2.1 – Расчетная схема электросети
Определим мощности короткого замыкания на секциях 10 кВ системы:
(МВА);
(МВА).
Определим сопротивления системы на секциях 10 кВ:
(Ом);
(Ом).
Приведем параметры системы к ступени напряжения 0,4 кВ. Для этого определим коэффициенты трансформации:
Определим сопротивления системы в максимальном и минимальном режимах, приведенные к сторонам 10 и 0,4 кВ:
(мОм);
(мОм).
Определим сопротивления кабельной линии к трансформатору и приведем его к стороне 0,4 кВ. Погонные параметры активной и индуктивной составляющих:
(Ом/км);
(Ом/км);
(Ом);
(Ом);
(Ом);
(мОм).
По табл.6.15 из [13] определим среднее значение сопротивления первичной обмотки ТТ (класс точности 3). На стороне 10 кВ предварительно выберем ТОЛ-10 с номинальными первичным и вторичным токами 75А и 5А соответственно.
(мОм);
(мОм).
Приведем эти значения к ступени 0,4 кВ:
(мОм);
(мОм).
На стороне 0,4 кВ выберем ТШЛ-0,66 с номинальными первичным и вторичным токами 1500А и 5А соответственно. Для класса точности 1:
(мОм);
(мОм).
Активная и индуктивная составляющие сопротивления трансформатора 10/0,4 кВ номинальной мощностью 630 кВА, а также полное сопротивление при расчете трехфазного КЗ, представлены в табл.6.7 из [13]. Для схемы соединения Δ/Y:
|
|
(мОм);
(мОм);
(мОм).
К шинопроводу трансформатор присоединен кабельными линиями ВВГнг сечением 95 мм2 длиной 50 м.
Определим сопротивление до шинопровода:
(мОм/м);
(мОм/м);
(мОм);
(мОм);
(мОм).
Автоматический выключатель ввода секций 0,4 кВ выберем по максимальному току стороны НН трансформатора (при перегрузе). Выберем из [11] автоматические выключатели ВА55-43 с номинальным током 2000А. Согласно табл.6.16 из [13] сопротивления токовой катушки и переходное сопротивление контактов выключателя 2000А равны:
(мОм);
(мОм);
(мОм).
Номинальный ток центрального магистрального шинопровода ШМА равен 2500А. Согласно табл.6.11 из [13] погонные значения сопротивлений магистрального шинопровода:
(мОм/м);
(мОм).
Сопротивление шинопровода (при длине 25 м):
(мОм);
(мОм).
Сопротивление контактной системы и токовой катушки выключателя 10 кВ в расчете учитывать не будем, поскольку значение этих величин не более 80 мкОм и при приведении к стороне 0,4 кВ будет значительно меньше.
Определим результирующие составляющие сопротивления от сети до точки К2 (шинопровод) без учета сопротивления дуги:
;
;
(мОм);
;
;
(мОм);
;
;
(мОм).
При расчете сопротивления дуги за результирующее сопротивление примем сопротивление максимального режима:
(мОм).
Для вычисления полной активной составляющей сопротивления необходимо найти сопротивление дуги:
|
|
(2.1)
где 
– падение напряжения на дуге, В;
– значение ударного тока КЗ, рассчитанное без учета сопротивления дуги.
Падение напряжения на дуги определим согласно формуле (2.2):
(2.2)
где 
– напряженность в стволе дуги, В;
– длина дуги, мм.
Длина дуги определяется в зависимости от расстояния между фазами проводников в месте КЗ (см.рис.2.2). Суммарные активные и индуктивные сопротивления не учитывают сопротивление дуги. Расстояние между фазами проводников в месте КЗ (ШМА) равно 10 мм.
Рис.2.2 – Выбор формулы для расчета длины дуги
Следовательно, длина дуги определится по следующему условию:
(мм).
Определим по формуле (2.4) падение напряжения на дуге:
(В).
При соотношении 
периодическая составляющая тока короткого замыкания без учет сопротивления дуги определится по следующему условию:
(кА).
Определим постоянную времени апериодической составляющей ТКЗ и ударный коэффициент точки К2:
(2.3)
(с).
(2.4)
Для расчета сопротивления электрической дуги при трехфазных КЗ значение этого тока принимается равным значению ударного тока КЗ:
(кА).
Сопротивление дуги в месте КЗ, согласно формуле (2.1):
(мОм).
Суммарные составляющие сопротивления в месте повреждения:
;
(мОм);
(Ом);
(Ом).
Периодическая составляющая тока КЗ на шинопроводе (точка К2) без учета подпитки от двигателей:
(кА);
(кА).
Влияние асинхронных двигателей учитывается в том случае, если они непосредственно подключены к точке КЗ (короткие ответвления 3…5м). Подпитку от электродвигателей не следует учитывать при выборе аппаратуры не сборках 0,4 кВ.
|
|
В рамка данной работы приближенно вычислим подпитку точки К2 от двигательной нагрузки согласно условию (6.28) из [13]:
(2.5)
где 
– сверхпереходное сопротивление, принимаемое равным 0,2;
– номинальный ток двигателя, А.
Определим составляющую тока КЗ от каждого двигателя:
(А).
Суммарная периодическая составляющая тока КЗ на шинопроводе с учетом подпитки от двигателей (максимальный режим работы):
(кА).
Определим ударное значение тока КЗ в точке К2:
(кА).
Минимальным значением ТКЗ на стороне 0,4 кВ трансформатора принято считать значение тока двухфазного КЗ в минимальном режиме работы сети:
(кА).
Постоянная времени затухания апериодической составляющей и ударный коэффициент при КЗ на секциях распределительных сетей 10 кВ (точка К1):
(с);
Определим значение ударного тока в точке К1:
(кА).
Для упрощенного расчета тока однофазного КЗ рекомендуется производить расчет по формуле:
(2.6)
где 
– суммарные сопротивления сети прямой последовательности в точке КЗ, равные также сопротивлениям обратной последовательности, мОм;
– суммарные сопротивления нулевой последовательности, рассчитываемые по формулам:
;
.
Для трансформаторов со схемой соединения обмоток Δ/Y сопротивления нулевой последовательности следует принимать равными сопротивлениям прямой последовательности. Все остальные сопротивления прямой последовательности приводятся к нулевой последовательности согласно табл.6.19 из [13], мОм:
Суммарные сопротивления нулевой последовательности:
;
(мОм);
;
(мОм).
Значение тока однофазного КЗ в точке К2 по формуле (2.6):
(кА).
2.2 Выбор выключателей 10 кВ.
Высоковольтные выключатели выбираются по номинальному напряжению, по максимальному рабочему току, проверяются по параметрам отключения, а также на электродинамическую и термическую стойкость.
Максимальный ток стороны ВН трансформатора был рассчитан ранее:
(А).
На стороне 10 кВ трансформаторов установим выключатели ВВ/TEL-10 с номинальным током отключения 630А с собственным (tОТКЛ.С=0,027 с) и полным (tОТКЛ.П=0,037 с) временами отключения.
Проверим выключатель по условию термической стойкости:
(2.7)
где 
– ток термической стойкости выключателя, кА;
– допустимое время действия тока термической стойкости, с;
– тепловой импульс ТКЗ, пропорциональный количеству тепловой энергии, выделенной за время короткого замыкания, кА2∙с.
(2.8)
где 
– время от начала КЗ до его полного отключения, с.
(2.9)
где 
– максимальное время срабатывания устройств РЗ, с;
– полное время отключения выключателя, с;
(с).
Таким образом, тепловой импульс ТКЗ, согласно формуле (2.7):
(кА2∙с).
Каталожные данные и проверка приведены в табл.2.1.
Таблица 2.1
Выбор выключателей стороны 10 кВ
| Обозначение на схеме | Тип выключателя | Проверка | Расчетные данные | Каталожные данные |
| Q1, Q2 | ВВ/TEL-10/630 | UС ≤ UНОМ IРАСЧ ≤ IНОМ IП0 ≤ IОТКЛ iУД ≤ iДИН ВК ≤ ВНОМ | 10 кВ 50,92 А 19,8 кА 38,33 кА 214,4 А2×с | 10 кВ 630 А 25 кА 80 кА 2977 кА2×с |
2.3 Выбор низковольтных автоматических выключателей.
При расчете токов КЗ были предварительно выбраны автоматические выключатели. Произведем их проверку и сведем каталожные данные и данные проверки в табл.2.2.
Таблица 2.2
Выбор низковольтных автоматических выключателей
| Обозначение на схеме | Тип выключателя | Проверка | Расчетные данные | Каталожные данные |
| QF (1), QF (2) | ВА55-43 | UС ≤ UНОМ IРАСЧ ≤ IНОМ IП0 ≤ IОТКЛ iУД ≤ iДИН | 400 В 1340 А 9,262 кА 17,71 кА | 400 В 2000 А 31,5 кА 80 кА |
Продолжение таблицы 2.2
| QF1, QF2, QF3,QF4,QF5, QF6,QF7, QF8,QF9,QF10, QF11,QF12 | ВА88-33 | UС ≤ UНОМ IРАСЧ ≤ IНОМ IП0 ≤ IОТКЛ iУД ≤ iДИН | 400 В 98,32 А 11,93 кА 20,02 кА | 400 В 125 А 25 кА 35 кА |
2.4 Выбор трансформаторов тока.
В п.2.1 предварительно были выбраны трансформаторы тока ТОЛ-10 и ТШЛ-0,66 для сторон 10 и 0,4 кВ соответственно. Проверяются они согласно условиям проверки выключателей 10 кВ.
Все расчетные и каталожные данные для трансформаторов тока приведем в табл.2.3.
Таблица 2.3
Выбор трансформаторов тока
| Место установки | Тип | Условия выбора | Расчетные данные | Каталожные данные |
| Кабельная линия к трансформатору 10/0,4 кВ | ТОЛ-10 | UС ≤UНОМ IРАСЧ ≤ I1НОМ iУД ≤ iДИН BK ≤ BНОМ | 10 кВ 50,92 А 38,33 кА 214,4 А2×с | 10 кВ 75 А 63 кА 4800 кА2×с |
Продолжение таблицы 2.3
| Кабельная линия к ВРУ 0,4 кВ | ТШЛ-0,66 | UС ≤UНОМ IРАСЧ ≤ I1НОМ iУД ≤ iДИН BK ≤ BНОМ | 400 В 1340 А 20,02 кА 15,32 кА2×с | 400 В 1500 А 102 кА 4800 кА2×с |
2.5. Выбор ограничителей перенапряжения.
Для защиты электрооборудования стороны 10 кВ от перенапряжений установим ОПН-1-10У1. Для защиты 0,4 кВ установим ограничители импульсных перенапряжений ОПС1 В. Параметры выбранных ограничителей и приведены в табл.2.4.
Таблица 2.4
Каталожные данные ограничителей перенапряжения
| Тип ОПН | Ступень напряжения, кВ | Наибольшее действующее рабочее напряжение, кВ | Номинальный разрядный ток, кА |
| ОПН–1-10У1 | |||
| ОПС1 В | 0,4 | – |