Мартеновское производство

       Расчет  токов КЗ необходим для определения  параметров аварийных режимов, а именно:

       - периодическую составляющую тока  КЗ в начальный момент времени;

       - ударный ток КЗ;

       - тепловой импульс;

       - электродинамические усилия.

       Зная  вышеуказанные параметры, появляется возможность выбора всех основных элементов электроустановки: токоведущих частей (шины, провода, кабели и т.п.); коммутационных аппаратов (выключателей, разъединителей и т.д.), устройств защиты и сигнализации.

       Также можно помощью определенных значений проверить выбранные электрические  аппараты на термическую и динамическую устойчивость.

       Расчет  токов КЗ осуществляется обычно с  помощью двух основных методов:

             а) методом относительных  единиц – когда все расчетные  данные приводят к базисному напряжению и базисной мощности. За базисное напряжение принимают номинальные напряжения U_ном = 0,23; 0,4; 0,69; 3,15; 6,3; 10,5; 21; 37; 115; 230 кВ. за базисную мощность S_б можно выбрать мощность, принимаемую при расчетах за единицу, например мощность системы, суммарные номинальные мощности генераторов станции или трансформаторов подстанции или удобное для расчетов число, кратное десяти;

             б) методом именованных  единиц. В этом случае может быть применен закон Ома для схемы замещения, но при этом следует учитывать наличие в схеме электроснабжения:

       – несколько степеней трансформации от источника питания до точки короткого замыкания;

       – нескольких источников питания (например, энергосистема и ТЭЦ).

       Произведем  расчет токов КЗ для условия задания и в данном случае используем метод именованных единиц.

       Расчётная схема изображена на рисунке 2, а  схемы замещения изображены на рисунках 3 - 8. 

    

 

       На  схеме указаны все основные элементы и их параметры, влияющие на значения токов КЗ.

       Обычно  токи КЗ определяются в нескольких точках схемы: на стороне энергосистемы, на вводах высокого напряжения силового трансформатора и на шинах низкого напряжения.

       Для выполнения расчетов необходимо преобразовать  расчетную исходную схему в схему замещения (рисунок 3).

 

       Далее определяются параметры схемы замещения, т.е. индуктивные сопротивления каждого элемента методом именованных единиц.

       Параметры схемы замещений определяем для  двух основных режимов работы энергосистемы: для максимального и минимального.

    При расчете принимаем базисное напряжение высокого уровня U_б = 37 кВ.

       Определяем  параметры схемы замещения в  максимальном режиме работы энергосистемы:

    а) сопротивление энергосистемы:

                            , (1.9)

                где  U_б = 37 кВ;

                             ;

    б) сопротивление воздушной линии:

                            , (1.10)

                            ;

    в) сопротивление силового трансформатора:

              ; (1.11)

U_{K min} = U_{K max} = U _K% = 10;

;

                 ;

    г) сопротивление кабельной линии:

                         , (1.12)

          где Х_уд – удельное сопротивление кабельной линии,

                  l    – длина кабельной линии

                          

    д) сопротивление эксгаустеров:

                    , (1.13)

где   – сверхпереходное сопротивление синхронных машин эксгаустеров, 
S_ном - номинальная мощность эксгаустеров,

       S_ном

                   S_ном = 20,1  МВ·А;

                    .

       Определяем  параметры схемы замещения в  минимальном режиме работы энергосистемы:

    а) сопротивление энергосистемы:

             ;          ;

    б) сопротивление воздушной линии:

                    ;

    в) сопротивление силового трансформатора:

                    ;

    г) сопротивление кабельной линии:

                   Х_{КЛ min} = Х_{КЛ max} = 2,24 Ом.

    Далее определяем значение эквивалентных  сопротивлений и периодической составляющей тока относительно всех точек КЗ в максимальном режиме:

    а) относительно точки К1 в максимальном режиме (рисунок 4):

    

 

              ;

              .

    Начальное значение периодической составляющей тока в месте КЗ находим из выражения,

                         (1.14)

    Отсюда:

    – ток в цепи энергосистемы относительно точки К₁:

              ;  

    – ток в цепи эксгаустеров относительно точки К₁:

                       ;

    – суммарный ток к.з. в точке К1:

                      

                      

    б) относительно точки К2 в максимальном режиме (рисунок 5):

               

        ;                  

        ,              ;

    – ток в цепи энергосистемы относительно точки К₂:

                 ;

                

    – ток в цепи эксгаустеров относительно точки К₂:

                 ;

    – суммарный ток к.з. в точке К2 равен :

                 ;

    в) относительно точки К₃ в максимальном режиме (рисунок 6):

 

           ;   

                  

    – ток в цепи энергосистемы относительно точки К₃:

                   ;

    – ток в цепи эксгаустеров относительно точки К₂:

                   ;

    – суммарный ток к.з. в точке К3 равен :

                   ,  

    г) относительно точки К₁ в минимальном режиме (рисунок7):

 

     ;

    –  ток в цепи относительно точки К1:

      

    д) относительно точки К₂ в минимальном режиме (рисунок 8):

 

                   ;

    – ток в цепи относительно точки К2:

                   ;   ;

    ж) относительно точки К₃ в максимальном режиме (рисунок 9):

 

        ;   

    Ток в цепи относительно точки К₃:

        ;                   .

      Полученные  значения токов короткого замыкания являются приведенными к стороне высокого напряжения. Для получения корректных значений токов КЗ в точках К₂, К₃ для стороны низкого напряжения, необходимо полученные результаты домножить на прямой коэффициент трансформации. Приводим полученные значения токов короткого замыкания к стороне низкого напряжения для использования этих значений при расчётах параметров релейной защиты:

                   ;

                   ;

                   ;

                   .

       После определения значений периодических составляющих токов коротких замыканий в различных точках электроустановки определяем значения ударных токов кроткого замыкания по значениям периодических составляющих токов К.З. в максимальном режиме для каждой точки короткого замыкания по следующей формуле:

                        (1.15)

    а) ток КЗ в точке К₁:

                      

             где К_уд = 1,608 – коэффициент ударности.

                      

    б) ток КЗ в точке К₂:

                       ;

             где К_уд = 1,8;

                        

    в) ток КЗ в точке К₃:

                       ;

             где К_уд = 1,369 ;

                      

    Полученные  при расчётах результаты сводим в  таблицу 1.1. 

Таблица 1.1 Результаты расчёта токов короткого замыкания в максимальном и минимальном режимах работы энергосистемы 

 
 
 
 
 

 

     1.5 Выбор основного электрооборудования