Для расчета токов КЗ составляется расчетная схема (рисунок 4) – упрощенная однолинейная схема электроустановки, в которой учитываются все источники питания, трансформаторы, кабельные линии. Ток КЗ для выбора токоведущих частей и аппаратов рассчитавается при нормальном режиме работы: параллельное включение всех источников питания, параллельная или раздельная работа трансформаторов. Возможные ремонтные режимы: отключение генераторов, трансформаторов, линий в расчете токов КЗ не учитываются.

    По  расчетной схеме  составляется схема  замещения (рисунок 5), в которой указываются все сопротивления и намечаются точки для расчета токов КЗ.

     При расчетах все сопротивления  подсчитываются в именованных единицах (Ом) или в относительных единицах. Способ подсчета сопротивлений на результат  не влияет. При расчете в относительных единицах задают базовые величины: напряжение U_б и мощность S_б. За базовое напряжение принимают среднее номинальное напряжение той ступени, где ведется расчет токов КЗ. За базовую мощность для удобства принимают 100 или 1000 МВА.

    Рисунок 5 – Схема замещения к расчету токов короткого замыкания 

Расчет для  точки К3.1

1. Расчет ведем в относительных единицах (о.е.).

 Принимаем  U_б=6.3 кВ, S_б=100 МВА.

 Расчет ведем  для двух режимов: S_кс=145.6 МВА и S_кс=138.2 МВА,

 где S_кс – мощность КЗ энергосистемы.

2. Находим реактивное  сопротивление энергосистемы, о.е.:

x_c=S_б/S_кс;

где: S_б – базисная мощность, МВА;

x_c=100/145.6=0.687 о.е.

3. Находим реактивное  сопротивление линии, о.е.

x_л=x_уд×L_л×S_б/U²_н;

где: x_уд – удельное реактивное сопротивление линии Ом/км [2 стр 40]

      L_д – длина линии, км.

      U_н – номинальное напряжение, кВ.

x_л=0.08×(1.05+0.18)×100/6.3²=0.248 о.е.

4. Находим реактивное  сопротивление трансформатора, о.е:

x_т=Uк×Sб/Sнт;

где: U_к – напряжение КЗ трансформатора

      S_нт – номинальная мощность трансформатора, МВА

x_т=0.06×100/2.5=2.4 о.е.

5. Определяем  суммарное реактивное сопротивление,  о.е. :

x=x_с+x_л+x_т

x=0.687+0.248+2.4=3.335 о.е.

6. Рассчитываем  мощность в точке КЗ, МВА:

S_к=S_б/x

S_к=100/3.335=29.99 МВА

7. Находим ток  в точке КЗ, кА:

I_к=S_к/(Ö3×U_н)

I_к=29.99/(Ö3×6.3)=2.748 кА

8. Определяем  амплитуду ударного тока, кА:

I_у=Ö2×К_у×I_к;

где: К_у – ударный коэффициент [3 с 359]

I_у=Ö2×1.369×2.748=5.3 кА 

Остальные расчеты  ведутся аналогично.

Результаты заносятся  в таблицу 6. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

Таблица 6 - Расчет токов короткого замыкания 
 

  

2.5.Расчет  и выбор защит  подстанции 

    В электрических сетях промышленных предприятий возможно возникновение повреждений, нарушающих нормальную работу электроустановок. Наиболее распространенными и опасными видами аварийных режимов являются короткие замыкания; к аномальным режимам работы относятся перегрузки. Повреждения и аномальные режимы работы могут привести к аварии всей сети электроснабжения или её части, сопровождающейся отдельным недоотпуском электроэнергии или разрушением основного электрооборудования. Предотвратить возникновение аварий можно путем быстрого отключения поврежденного элемента или участка сети. Для этой цели электроустановки снабжают автоматически действующими устройствами – релейной защитой (РЗ), являющейся одним из видов противоаварийной автоматики. РЗ может быть предназначена для сигнализации о нарушении в сетях или для отключения поврежденного участка.

    Основными требованиями к релейной защите являются:

1. Быстродействие – характеризуется временем срабатывания РЗ. Чем быстрее произойдет обнаружение и отключение поврежденного участка, тем меньше разрушительной действие аварийного тока на электрооборудование и тем легче сохранить нормальную работу потребителей неповреждённого участка сети. Время отключения складывается из времени срабатывания защиты и времени отключения выключателя.
2. Селективность – способность защиты при аварии отключать только поврежденный участок сети, оставляя в работе потребителей, подключенных к неповрежденному участку.
3. Чувствительность – способность защиты реагировать на самые малые изменения контролируемого параметра. Чувствительность характеризует устойчивое срабатывание РЗ в зоне защиты. Чувствительность всех видов защит оценивается коэффициентом чувствительности Кч к минимальному току КЗ:

    К_ч=I_{k min}/I _сз,

      где I_сз –ток срабатывания защиты, А.

4. Надежность – правильное и безотказное действие РЗ во всех предусмотренных по её назначению случаях. Надежность обеспечивается применением высококачественных реле, простых и совершенных схем РЗ, качественным выполнением монтажных работ, соблюдением условий эксплуатации защитных устройств.

    Основными видами защит в сетях с изолированной  нейтралью являются максимальная токовая  защита (МТЗ), токовая отсечка (ТО) и  защита от однофазных замыканий на землю(ОЗЗ).

    По  способу включения реле различают  первичные, включаемые непосредственно в схему защищаемого элемента цепи, и вторичные, присоединяемые к защищаемому элементу через измерительные трансформаторы тока и напряжения.

      В сети 6 кВ с изолированной  нейтралью целесообразно применять  схему защиты с двумя трансформаторами  тока, соединенными в неполную звезду. Схема обеспечивает защиту сети от междуфазных коротких замыканий и перегрузок. 
 
 
 

Рисунок 6 - Соединение тр-ров тока в  неполную звезду.

Максимальная  токовая защита

    МТЗ срабатывает при превышении тока в цепи на защищаемом участке выше заданного. Защита действует на отключение с выдержкой времени. МТЗ может выполняться с независимой и ограниченно зависимой от тока характеристикой времени срабатывания.

      Селективность защиты с независимой  характеристикой обеспечивается  различной выдержкой времени. Выдержки времени у максимальных токовых защит выбирают по ступенчатому принципу: начинают выбор с наиболее удаленного от источника питания элемента и по мере приближения к источнику питания увеличивают её таким образом, что защита последующего участка имеет выдержку времени на ступень селективности больше, чем максимальная выдержка времени предыдущего участка.  

t₃^III=t₄^III+Dt; t₂^III=t₃^III+Dt; t₁^III=t₂^III+Dt 

Рисунок 7 - Согласование характеристик  МТЗ с независимой выдержкой  времени. 

    Выдержки  времени у максимальных токовых  защит с ограниченной характеристикой  должны выбираться для определенного  тока. Достоинством данной защиты является удобное согласование с пусковыми  характеристиками электродвигателей. Наряду с этим она имеет существенные недостатки: Большие выдержки времени в минимальных режимах работы и при действии защиты в качестве резервной, зависимость уставки времени от максимального тока КЗ, что требует изменять уставки с развитием системы электроснабжения и держать их под постоянным наблюдением. Для РУ 6кВ целесообразнее использовать защиту с независимой выдержкой времени. 
 

Рассчитываем  МТЗ для трансформатора КТП-1:

1. Находим I_дл:

I_дл=S_н/(Ö3×U_н),

где S_н – номинальная мощность трансформатора, кВА

 U_н – номинальное напряжение сети, кВ

      I_дл – длительно допустимый ток защищаемой цепи, А

I_дл=2500/(Ö3×6)=240 А

2. Ток  срабатывания  защиты выбирается таким образом,  чтобы был обеспечен возврат  реле при прекращении перегрузки  и снижении тока до длительно  допустимого значения, т.е.

I_с.п.³k_о×I_дл/k_в,

где  I_с.п. – ток срабатывания защиты, А

      k_о – коэффициент отстройки, учитывающий разброс характеристик реле, точность уставки и т.д.

      k_в – коэффициент возврата реле, для электронных реле k_в=0,95, k_о=1,05. [9 стр263]

k_о×I_дл/k_в=1.05×240/0.95=265

I_с.п.³265

3. Рассчитываем  ток срабатывания реле:

I_с.р.=k_сх×I_с.п/К,

где  k_сх – коэффициент схемы, k_сх=1 для неполной звезды [9 стр263]

      К – коэффициент трансформации  трансформаторов тока, К=60

      I_с.р - ток срабатывания реле, А.

I_с.р.=1×240/60=4 А

4. Определяем коэффициент чувствительности

К_ч=I_кmin/I_с.п.,

где  К_ч - коэффициент чувствительности, К_ч³1.2¸1.5 [3 стр 443]

      I_кmin – минимальный ток КЗ, А.

В качестве I_кmin принимаем ток двухфазного КЗ равный Ö3/2 трехфазного тока.