Проект РЗА
Сайт о релейной защите и цифровых технологиях в энергетике
Калькулятор ТКЗ для защиты трансформаторов
Как и обещали ранее выкладываем нашу новую программу — Калькулятор токов короткого замыкания для расчета чувствительности максимальной токовой защиты трансформаторов 6(10)/0,4 кВ. Программа в свободном доступе и находится здесь:
Рассчитать токи КЗ за трансформатором достаточно просто, а вот определить какие токи при этом увидит релейная защита, установленная на стороне высшего напряжения (ВН) уже гораздо сложнее. Для этого мы и создали Калькулятор.
Работает он следующим образом:
- Задаете среднее напряжение системы (стороны ВН трансформатора);
- Задаете максимальный и минимальный токи КЗ от системы на стороне ВН;
- Выбираете конкретный тип трансформатора из справочника, предварительно задав группу соединения обмоток;
- Если нужно корректируете значение сопротивления дуги на стороне 0,4 кВ;
- Нажимаете кнопку Расчет и получаете как реальные токи КЗ на стороне 0,4 кВ, так и то, что увидит ваша защита на стороне ВН, с учетом искажения при трансформации;
Значения видимых токов КЗ можно использовать для определения чувствительности релейной защиты со стороны ВН, при КЗ на стороне 0,4 кВ.
Для остальных защит (электромеханические реле, микроэлектронные реле) требуется перевод видимых токов КЗ во вторичные значения, что калькулятор пока не делает. Но мы работаем над этим.
Как вы понимаете это хороший задел для программы по выбору уставок защит в сетях 0,4-10 кВ. Над этим мы тоже работаем)
В общем предлагаю вам самим оценить возможности Калькулятора и, конечно, написать отзывы в комментариях)
Источник
Ток короткого замыкания трансформатора 2500 ква
Особенности расчетов токов КЗ. Для выбора типов и параметров срабатывания устройств защиты трансформаторов необходимо определить максимальное и минимальное значение токов при КЗ на выводах НН понижающего трансформатора, или, как чаще говорят, при КЗ за трансформатором.
Максимальное значение тока соответствует трехфазному металлическому КЗ за трансформатором. Ток трехфазного КЗ рассчитывается при максимальном режиме работы питающей энергосистемы (электросети), при котором включено максимально возможное число генераторов, питающих линий и трансформаторов. Эквивалентное электрическое сопротивление энергосистемы (электросети) до места подключения рассматриваемого трансформатора при этом режиме имеет минимальное значение, но обозначается Z max или X max , что подразумевает максимальный режим работы энергосистемы. При таком режиме ток трехфазного КЗ на выводах ВН трансформатора и мощность КЗ имеют максимальные значения. При значительном числе электродвигателей в прилегающей сети ВН учитывается подпитка места КЗ электродвигателями в течение времени действия защит трансформатора, не имеющих специального замедления, т. е. в течение до 0,1 с. Максимальное значение тока КЗ за трансформатором учитывается для выбора тока срабатывания токовых отсечек, устанавливаемых на стороне ВН трансформатора (§ 7), а также для выбора аппаратуры и кабелей питаемых элементов стороны НН [6, 7].
Минимальные значения токов при КЗ на стороне 0,4 кВ рассчитываются с учетом переходного активного сопротивления (электрической дуги) в месте КЗ до 15 мОм [1]. Для трансформаторов со схемой соединения обмоток ∆/ Y практически рассчиты вается минимальное значение тока только при фазном КЗ (считая, что при однофазном КЗ на землю ток в поврежденной фазе имеет такое же значение). Для трансформаторов со схемой соединения обмоток Y / Y рассчитываются токи как при трехфазном, так и при однофазном КЗ, поскольку они значительно отличаются друг от друга и для их отключения должны устанавливаться разные защиты.
Для трансформаторов 10 кВ с низшим напряжением выше 1 кВ (3; 6; 10 кВ) со схемами соединения обмоток Y /∆, Y / Y , ∆/∆ минимальное значение тока рассчитывается при двухфазном металлическом КЗ за трансформатором.
Для всех типов понижающих трансформаторов минимальные значения токов КЗ рассчитываются при минимальном режиме работы питающей энергосистемы (электросети), при котором включено минимальное реально возможное число генераторов, питающих линий и трансформаторов. При этом эквивалентное электрическое сопротивление энергосистемы (электросети) до места подключения рассматриваемого трансформатора имеет максимальное значение. Однако это сопротивление принято обозначать Z min или X min , имея в виду минимальный режим работы питающей энергосистемы (электросети). По минимальным значениям токов КЗ определяются так называемые коэффициенты чувствительности для всех типов защит трансформатора от внутренних и внешних КЗ (кроме газовой). Необходимые значения этих коэффициентов указаны в «Правилах» [1] и в соответствующих разделах этой книги.
Расчеты токов при КЗ за понижающими трансформаторами небольшой мощности (практически до 1,6 MB -А) производятся с учетом активной составляющей полного сопротивления трансформатора. Токи намагничивания и токи нагрузки трансформаторов при расчете токов КЗ не учитываются.
При расчетах токов КЗ за трансформаторами .10 (6) кВ считается, что напряжение питающей энергосистемы на стороне ВН трансформатора остается неизменным в течение всего процесса КЗ. Это допущение объясняется тем, что распределительные сети 10 (6) кВ, как правило, электрически удалены от генерирующих источников энергосистемы и КЗ в этих сетях, и тем более за трансформаторами 10 (6) кВ,
мало сказываются на работе электрических генераторов. По этой же причине вычисляется только периодическая составляющая тока КЗ, а влияние апериодической составляющей тока КЗ учитывается при выборе параметров некоторых типов защиты путем введения повышающих коэффициентов.
Вычисление тока трехфазного КЗ по значению напряжения КЗ трансформатора. Наиболее просто максимальное значение тока (в амперах) трехфазного КЗ за трансформатором вычисляется по значению напряжения КЗ трансформатора ( U k ):
где U k — напряжение короткого замыкания из паспорта (паспортной таблички) трансформатора, %; I ном. тр. — номинальный ток трансформатора на стороне ВН или НН из паспорта трансформатора, А;
— коэффициент, % ( S ном. тр — номинальная мощность трансформатора из паспорта, MB — A ; SK — мощность трехфазного КЗ питающей энергосистемы в той точке, где подключен трансформатор, т. е. на его выводах ВН, задается энергоснабжающей организацией, MB -А); если мощность энергосистемы относительно велика («бесконечна»), то р = 0.
Например, трансформатор ТМ-1 напряжением 10/0,4 кВ, мощностью S ном. тр = 1МВ-А, с номинальными токами сторон ВН и НН, равными 58 и 1445 А соответственно, с напряжением КЗ U k — 5,5 % подключен к энергосистеме в точке, где мощность КЗ SK = 100 MB -А. Токи при трехфазном КЗ за трансформатором вычисляются по выражениям (5) и (4): р= 1*100/100=1% ; I к. вн =100*58/(5,5 + 1) = 892 А, отнесенных к напряжению 10 кВ; I к.нн = 100 • 1445/ /(5,5+1)=22230 А или 22,2 кА, отнесенных к напряжению 0,4 кВ.
Другой пример: для трансформатора мощностью S ном.тр = 0,25 МВ-А ( U k = 4,5 %), подключенного в удаленной точке сети 10 кВ, где SK = 12,5 МВ-А, рассчитываются токи при трехфазном КЗ на стороне НН по выражениям (5) и (4): р = 0,25*100/12,5 = 2 %; I к.вн = 100 • 14,5/(4,5 + 2) = 223 А и I к.нн = 5538 А или 5,5 кА, отнесенных к напряжениям 10 и 0,4 кВ соответственно. Номинальные токи трансформатора вычислены по выражениям (2) и (3):
При подключении относительно маломощных трансформаторов (менее 1 MB -А) вблизи мощных районных подстанций и подстанций глубокого ввода 110/10 кВ с трансформаторами мощностью более 10 MB -А влияние сопротивления энергосистемы на значение токов КЗ за трансформаторами снижается и им часто пренебрегают, считая мощность энергосистемы «бесконечной», а значение р в выражении (4) равным нулю.
Вычисление тока трехфазного КЗ по полному сопротивлению трансформатора Z тр. Значения этого сопротивления и его составляющих: активной R тр. и индуктивной X тр. необходимо знать для составления так называемой схемы замещения, в которой своими сопротивлениями представлены все элементы расчетной схемы питаемой сети НН. Схема замещения дает возможность вычислить значения токов КЗ не только на выводах НН трансформатора, но и в любой точке сети НН [6, 7]
Полное сопротивление трансформатора Z тр. (в омах) определяется по выражению
где U к — напряжение КЗ, %; S ном.тр. — номинальная мощность трансформатора, MB -А; U ном.тр. — номинальное междуфазное напряжение трансформатора на той стороне ВН или НН, к которой приводится его сопротивление, кВ.
Активная составляющая полного сопротивления трансформатора R тр.определяется по значению потерь мощности ∆ P в его обмотках при номинальной нагрузке. В практических расчетах потери мощности в’ обмотках трансформатора принимают равными потерям короткого замыкания при номинальном токе трансформатора: ∆Р = P k . Активное сопротивление трансформатора (в омах) вычисляется по выражению
где Рк — потери короткого замыкания при номинальном токе трансформатора, Вт; U ном.тр. и S ном.тр. — то же, что в выражении (6), но здесь мощность S ном.тр. выражается в киловольт-амперах (кВ-А). Значения р k приведены в соответствующих стандартах и справочниках.
Индуктивное сопротивление (реактивная составляющая полного сопротивления) трансформатора (в омах) вычисляется по выражению
где Z тр. — модуль полного сопротивления трансформатора, вычисленный по выражению (6); R тр. — активная составляющая полного сопротивления трансформатора, вычисленная по выражению (7).
Значения сопротивлений стандартных трансформаторов общего назначения напряжением 10/0,4 кВ для вычисления токов трехфазного (и двухфазного) КЗ приведены в табл.2.
Как видно из таблицы, сопротивления, отнесенные к стороне НН с U ном.= 0,4 кВ и указанные для удобства в миллиомах, меньше сопротивлений, отнесенных к стороне ВН с U ном. =10 кВ и указанных в омах, в 625 раз, что соответствует выражению
где N тр. — коэффициент трансформации трансформатора, равный для рассматриваемых трансформаторов 10/0,4 = 25.
Таблица 2. Сопротивления трансформаторов 10/0,4 кВ
Источник
Пример расчета тока в месте КЗ с учетом подпитки от электродвигателей напряжением до 1000 В
В данном примере я буду рассматривать приближенный расчет тока в месте КЗ с учетом подпитки от электродвигателей напряжением до 1000 В. Почему я рассматриваю приближенный метод расчета, связано это с тем, что при проектировании очень часто неизвестен состав нагрузки и исходя из этого приходиться рассматривать как обобщенную нагрузку трансформатора, состоящую из электродвигателей и других электроприемников.
Требуется определить ток в месте КЗ с учетом подпитки от электродвигателей для схемы представленной на рис.1.
- КТП с трансформатором масляным типа ТМГ-1000 мощность 1000 кВА, напряжением 6,3/0,4 кВ, напряжение короткого замыкания Uк = 5,5%, группа соединений обмоток Y/Yн-0.
- ток короткого замыкания на зажимах ВН трансформатора 6,3/0,4 кВ составляет 20 кА.
Для начала определим максимальный ток металлического трехфазного тока КЗ на шинах 0,4 кВ в точке К2.
1.1 Определяем сопротивление энергосистемы со стороны ВН по выражению 2-7 [Л1. с. 28]:
1.2 Определяем сопротивление энергосистемы приведенное к напряжению 0,4 кВ по выражению 2-6 [Л1. с. 28]:
2. Для упрощения расчетов определяем сопротивления трансформатора для группы соединения обмоток Y/Yн-0 по таблице 2.4 [Л1. с. 28], где: rт = 2,0 мОм, хт = 8,5 мОм.
3. Определяем максимальный ток металлического трехфазного к.з. на шинах 0,4 кВ по формуле 2-1 [Л1. с. 14]:
4. Определяем ток подпитки от двигателей по приближенному методу, используя формулу 2-14 [Л1. с. 34]:
- Е*=0,8 и х*=0,35 – данные значения являются константой и не изменяются;
- Sн.т = 1000 кВА – номинальная мощность трансформатора;
- Uн = 400 В – номинальное линейное напряжение трансформатора стороны НН.
5. Определяем суммарный ток в месте подпитки КЗ с учетом подпитки от двигателей по формуле 2-15 [Л1. с. 34]:
6. Определяем ударный ток КЗ по формуле 2-13 [Л1. с. 33]:
- I (3) к — максимальный ток металлического трехфазного к.з.
- kу – ударный коэффициент определяется в зависимости от отношения результирующих соотношений цепи КЗ x∑/ r∑ = (хс + хт)/rc = (0,734+8,5)/2=4,6, с учетом этого kу = 1,5.
7. Определяем ударный ток КЗ от двигателей по формуле 2-16 [Л1. с. 34]:
8. Определяем суммарный ударный ток КЗ с учетом подпитки от двигателей по формуле 2-17 [Л1. с. 34]:
Для упрощения расчетов, в таблице 1 приведены значения тока подпитки и ударный ток КЗ от двигателей, исходя из обобщенной нагрузки трансформатора.
Таблица 1 — Значения тока подпитки и ударного тока КЗ от двигателей, исходя из обобщенной нагрузки трансформатора.
| Мощность тра-ра, кВА | Ном.напряжение, В | Ном. ток тра-ра, кА | E* | х* | Ток подпитки от двигателей, кА | Ударный ток КЗ от двигателей, кА |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 100 | 400 | 0,145 | 0,8 | 0,35 | 0,332 | 0,481 |
| 160 | 0,231 | 0,529 | 0,74 | |||
| 250 | 0,361 | 0,827 | 1,16 | |||
| 400 | 0,578 | 1,32 | 1,86 | |||
| 630 | 0,910 | 2,08 | 2,93 | |||
| 1000 | 1,445 | 3,31 | 4,65 | |||
| 1600 | 2,312 | 5,29 | 7,44 | |||
| 2500 | 3,613 | 8,27 | 11,63 |
1. Беляев А.В. Выбор аппаратуры, защит и кабелей в сети 0,4 кВ. Учебное пособие. 2008 г.
Источник
