Аварийные режимы, возникающие в электрических сетях при коротких замыканиях, сопровождаются протеканием больших токов, которые вызывают термическое и динамическое воздействие на аппараты, шины и изоляторы. Электротехнические установки на нефтепромысле необходимо защищать от токов к.з. Выбор электрооборудования электроустановок приема и распределения электроэнергии и расчет релейной защиты присоединений проводится по результатам расчета токов к.з. Расчет токов к.з. необходимо проводить в сетях переменного тока до 1000 В и сетях напряжением выше 1000 В.
Токи к.з. в сетях напряжением до 1000 В
Расчет токов к.з. в сетях напряжением до 1000 В имеет ряд следующих особенностей:
при расчете токов к.з. необходимо учитывать активные сопротивления цепи, в том числе активные сопротивления контактов коммутационной аппаратуры, токовых обмоток автоматов и реле, обмоток трансформаторов тока и т.п.; общее их сопротивление может быть £ г > —— X х, что
влияет на полное сопротивление цепhZ;
вследствие значительной удаленности места короткого замыкания (Храсч > 3) периодическая составляющая сверхпереходного тока I" получается равной установившемуся значению тока /те; ударный коэффициент к при замыканиях на шинах 380 В трансформаторной подстанции (ТП) получается около 1,3;
опыты, проведенные проф. О.Б. Броном, показали, что в реальных условиях значение токов к.з. получаются ниже расчетных и имеется некоторый предел около 75 кА, выше которого токи к.э. не наблюдаются; однако реальный ток к.з. необходимо знать, так как от него зависит устойчивость аппаратов низковольтных щитов и сборок; для нефтепромысловых потребителей разрывная мощность низковольтного аппарата, как правило, лимитируется мощностью трансформатора 1000 кВА;
сопротивление контактов в сетях до 1000 В можно учитывать введением в расчетную схему активного сопротивления 0,015 Ом для зажимов
Таблица 46
Расчетные сопротивления фазы обмотки трансформаторов
Тип трансформатора | Мощность трансформатора, кВА | Расчетное (поделенное на 3) сопротивление одной фазы обмотки трансформатора ZT, Ом |
ТМ-20 | 20 | 1,452 |
ТМ-30 | 30 | 1,023 |
ТМ-50 | 50 | 0,722 |
ТМА-60 | 60 | 0,797 |
ТСМА-60 | 60 | 0,512 |
ТМ-100 | 100 | 0,358 |
ТМА-100 | 100 | 0,557 |
ТСМ А-100 | 100 | 0,399 |
ТМ-180 | 180 | 0,204 |
ТМ-320 | 320 | 0,117 |
ТМ-400 | 400 | 0,106 |
ТМФ-560 | 560 | 0,117 |
ТМ-630 | 630 | 0,087 |
ТМФ-630 | 630 | 0,091 |
ТМ-750 | 750 | 0,059 |
ТМ-1000 | 1000 | 0,042 |
ТМ А-1000 | 1000 | 0,067 |
ТМАФ-1000 | 1000 | 0,073 |
аппаратов, распределительных пунктов, 0,03 Ом для аппаратуры, установленной непосредственно у электроприемников;
мощность к.з. на напряжении до 1000 В в основном зависит от реактивного сопротивления трансформатора ТП, и для практических расчетов можно пользоваться кривыми для токов к.з., приводимыми в справочниках; они построены для различных мощностей трансформаторов, длин и сечений кабельных линий;
в сетях напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью необходимо проверять расчетом обеспечение отключения защитным аппаратом тока однофазного к.з.
Отключение защитного аппарата происходит при условии IВ < IК > где Iв — ток отключения защитного аппарата, обеспечивающий отключение аварийной линии в минимальное время; — ток однофазного короткого замыкания в сети.
В сетях напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью для проверки обеспечения отключения замыканий между фазным и нулевым проводом максимально допустимая длина линии
(31)
где Zy — удельное сопротивление цепи фаза — нуль; Uф — фазное напряжение; ZT — расчетное полное сопротивление одной фазы обмотки силового трансформатора (табл. 46).
Институтом Тяжпромэлектропроект составлены таблицы, рассчитанные по формуле (31), которыми следует пользоваться в проектной практике.
Токи к.з. в сетях напряжением выше 1000 В
При расчетах токов к.з. составляется расчетная схема, в которую вводят все участвующие в питании места к.з. источники тока (генераторы, синхронные компенсаторы, синхронные и асинхронные электродвигатели) и все элементы (трансформаторы, воздушные и кабельные линии, реакторы) их связей с местом к.з. и между собой. Мощные источники питающей системы можно вводить в схему как источники неограниченной мощности.
При выборе расчетной схемы следует исходить из нормально предусматриваемых для данной установки условий и не считаться с видоизменениями схемы, не предусмотренными для длительной эксплуатации, например, кратковременные послеаварийные режимы работы, кратковременная параллельная работа трансформаторов или секций сборных шин на время оперативных переключений. Схемы замещения выполняют в однолинейном изображении с указанием на ней порядковых номеров сопротивлений, их величин, выраженных в относительных единицах, приведенных к базисной мощности или в омах, приведенных к одной ступени напряжения. Схема замещения путем соответствующих преобразований приводят к простейшему виду для определения результирующего сопротивления относительно точки к.з.
В зависимости от электрической удаленности точки к.з. от источников питания токи к.з. рассчитывают с учетом затухания периодической слагающей тока к.з. или без него. При храсч > 3 процесс к.з. можно считать незатухающим. При расчете тока к.з. с учетом затухания широко пользуются методом кривых затухания в зависимости от типа генератора и наличия или отсутствия автоматического регулятора напряжения (АРН).
Типовые расчетные кривые для гидро- и турбогенераторов приведены в справочной литературе.
Порядок расчета по этим кривым следующий.
Находят результирующее сопротивление цепи к.з. от генераторов до точки к.з. *расч по расчетной схеме замещения; при этом все элементы цепи к.з. приводят к базисным условиям. Базисную мощность принимают равной сумме номинальных мощностей генераторов, т.е. S6 = 5Н2'> в табл. 47 приведены формулы приведения сопротивлений к базисным условиям.
По расчетным кривым для любого момента t находят относительную величину периодической слагающей тока к.з. /*п?; в частности, для t — 0 можно найти относительный сверхпереходный ток /*!
Определяют периодическую слагающую тока к.з. для любого момента времени
Проверка коммутационного оборудования, проводников и изоляторов на устойчивость к действию токов к.з. заключается в сравнении гарантированных каталожных данных с расчетными данными. При этом проверка на электродинамическую устойчивость производится по мак-
Таблица 48
Влияние токов подпитки
Тип двигателя | Число двигателей | f без токов подпитки, кА | I" с учетом токов подпитки, кА | Процент уменьшения от системы с учетом токов подпитки |
СТД-6300 | 4 | 20,5 | 15,8 | 23 |
СДН-1600 | 3 |
|
|
|
СТД-8000 | 4 | 20,5 | 14,2 | 31 |
СДН-1600 | 3 |
|
|
|
СТД-10000 | 4 | 20,5 | 11,7 | 43 |
СДН-1500 | 3 |
|
|
|
симальному эффективному значению полного тока трехфазного к.з. /(3) и ударному току ij.
Термической устойчивостью аппаратов и проводников называется способность выдерживать протекание номинального тока термической устойчивости /тн в течение заданного времени без нагрева токоотводящих частей до температур, превышающих допустимые при токах к.з., и без нарушения пригодности к дальнейшей исправной работе, т.е. при соблюдении следующего равенства:
где /тн — номинальный ток термической устойчивости — эффективное значение незатухающего периодического тока, установленное заводом- изготовителем, для отключающих аппаратов в положении полного включения; tTH — номинальное время термической устойчивости, к которому отнесен /тн; Нк — тепловой импульс тока к.з. или функция, пропорциональная количеству теплоты, выделяемой током в проводнике заданного сопротивления.
