Источник:Фрагмент книги (стр.176-179) Л.Д. Рожкова, В.С. Козулин. Электрооборудование станций и подстанций. - М: Энергоатомиздат, 1987.-648 с.
3.5. Особенности расчета токов короткого замыкания в системе собственных нужд ЭС
При КЗ в системе собственных нужд существенное влияние на характер процесса и значение тока оказывают группы электродвигателей, включенных вблизи места повреждения. Наиболее сильно это влияние проявляется в сетях 3 —6 кВ собственных нужд крупных ТЭС и АЭС.
Для привода механизмов собственных нужд применяют в основном асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. При близком КЗ напряжение на выводах двигателей оказывается меньше их ЭДС. Электродвигатели переходят в режим генератора, посылающего ток в место повреждения. Синхронные электродвигатели при их наличии также подпитывают место КЗ.
Составляющую тока КЗ от электродвигателей необходимо учитывать при проверке аппаратов и проводников распределительных устройств собственных нужд, а также при расчете уставок релейной защиты оборудования 3 — 6 кВ. Для указанных целей достаточно обычно знать начальное значение периодической составляющей, ударный ток, значения периодической и апериодической составляющих тока КЗ в момент т размыкания контактов выключателей.
Влияние тока подпитки от электродвигателей проявляется и учитывается в зависимости от места КЗ.
При КЗ в точке К1 (рис. 3.38) ток подпитки будет иметь определяющее значение при выборе оборудования лишь в том случае, если его действие будет превышать действие тока от внешних источников (генераторов энергосистемы).
При КЗ в точке К2 или КЗ действует суммарный ток — от внешней сети и от электродвигателей.
Начальное значение периодической составляющей тока КЗ от электродвигателя определяется по аналогии с синхронными генераторами по выражению
где Е"ф - сверхпереходная ЭДС; х"д - сверхпреходное индуктивное сопротивление электродвигателя.
Рис. 3.38. Особенности КЗ в системе собственных нужд
Величины Е"ф и х"д не задаются в каталогах, однако в них указывается кратность пускового тока электродвигателя I*пуск, равная отношению пускового тока электродвигателя Iпуск к его номинальному току Iном. Прямое включение электродвигателя в сеть рассматривается в теории электрических машин как КЗ за сопротивлением х"д. На этом основании в практических расчетах принимают
В отличие от генераторов запас электромагнитной и кинетической энергии электродвигателей мал и периодическая составляющая тока КЗ, создаваемая ими, быстро затухает:
где Т'д — постоянная времени затухания тока КЗ (периодической составляющей) от электродвигателей.
Апериодическая составляющая тока КЗ от электродвигателя описывается обычным выражением
где Та,д — постоянная времени затухания апериодического тока для цепи электродвигателя.
Ударный ток от электродвигателя
где ку,д — ударный коэффициент, определяемый обычным путем по известному Та,д.
В общем случае к секциям собственных нужд электростанций подключается большое количество электродвигателей разных типов и мощностей. При оценке результирующего влияния всех электродвигателей на ток КЗ в месте повреждения целесообразно все электродвигатели заменить одним эквивалентным. Как показывает опыт, такая замена возможна и не приводит к существенным погрешностям. Действующие нормативы [3.7] рекомендуют следующие значения параметров эквивалентного электродвигателя:
Коэффициент полезного действия nд = 0,94
Коэффициент мощности cos фд = 0,87
Постоянная времени периодической составляющей тока Т'д, = 0,07 с
Постоянная времени апериодической составляющей тока Та,д, = 0,04 с
Ударный коэффициент ку,д = 1,65
Кратность пускового тока = 5,6
С учетом изложенного расчет токов КЗ в системе собственных нужд электростанции целесообразно проводить в следующем порядке [3.7]:
1. Составить расчетную схему (см., например, рис. 3.38), принимая при этом во внимание лишь те электродвигатели, которые имеют с местом КЗ прямую электрическую связь.
2. Составить схему замещения для определения тока КЗ от внешних источников (энергосистемы) и обычным способом (см. § 3.3) рассчитать начальное значение периодической составляющей Iп,0,с. Считаем Iп,0,с незатухающим (удаленная точка).
3. Определить суммарную номинальную мощность всех электродвигателей собственных нужд, электрически связанных с местом КЗ, Рном и начальное значение периодической составляющей тока от электродвигателей:
4. Найти начальное значение периодической составляющей суммарного тока КЗ:
5. Вычислить периодическую составляющую тока КЗ к моменту t:
где при определении e-t/0,07 можно использовать кривые на рис. 3.25, подставляя вместо Та значение Т'д.
6. Определить апериодическую составляющую тока КЗ к моменту t:
где Та,с можно определить по кривым на рис. 3.39 в зависимости от мощности питающей обмотки трансформатора собственных нужд SH0M. В расчете также целесообразно использовать кривые на рис. 3.25.
Рис. 3.39. Кривые определения ударных коэффициентов и постоянных времени затухания апериодической составляющей тока КЗ для ветви схемы
7. Найти ударный ток КЗ:
где kу,с определяется по кривым на рис. 3.39; kу,д=1,65 (см. выше).
При расчете токов КЗ на секции, питаемой через резервный трансформатор, должны учитываться электродвигатели, присоединенные непосредственно к шинам данной секции и к другим секциям, связанным с расчетной через магистрали резервного питания (например, в режиме замены рабочего трансформатора одного блока с одновременным пуском или остановом другого блока).
Если точный состав электродвигателей собственных нужд неизвестен, то для приближенных оценок тока КЗ принимают при питании от рабочего трансформатора
а при питании от резервного трансформатора
где Sном,ТСН - номинальная мощность рабочего трансформатора собственных нужд; Sном,ПРТСН - номинальная мощность пускорезервного трансформатора собственных нужд. Если трансформаторы имеют расщепленную обмотку низшего напряжения, то мощности, полученные из предыдущих выражений, необходимо уменьшить в 2 раза, т.е. учитывать электродвигатели, подключенные к данной обмотке НН.