МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙФЕДЕРАЦИИ
КОЛЬСКИЙ ФИЛИАЛПЕТРАЗАВОДСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
«Расчетэлектрофизических воздействий
наэлектрические аппараты высокого напряжения»
Дисциплина:Электроэнергетика
(Вариант 17)
Факультет:Информатика прикладная математика
Кафедраэнергетики и электротехники
Специальность:Электропривод
Выполнилстудент 3 курса, 5 группы:
ВолковДмитрий Васильевич
Преподаватель:Веселов Анатолий Евгеньевич.
АПАТИТЫ
2008
Оглавление
1. Задание
1.1 Описание схемы
1.2 Справочные данные по линиям электропередачи
1.3 Справочные данные по трансформаторам выбранных типов
2. Составление схемы замещения и расчет параметров элементовсхемы
2.1 Описание схемы замещения
2.2 Расчет параметров схемы замещения линий электропередачи
2.3 Расчет параметров схемы замещения трансформаторов
2.4 Расчет параметров нагрузки
3. Расчет рабочего тока для заданного режима потребления.
4. Расчет тока короткого замыкания и ударного тока длязаданной точки замыкания
5. Определение импульса квадратичного тока
6. Выбор электрических аппаратов
6.1 Технические требования к электрическим аппаратам,устанавливаемым
в конце линии Л3
1. Задание
/>
Ес ном = 10.5 кВ, Zc = 0+j0.49 Ом Линия электропередачи Трансформатор № Число, тип Конструкция, сечение фазы, мм
Длина
км
Напряжение
кВ №
Мощность
МВА
Напряжение
КВ Л1 ВЛ АС-185 47 110 Т1 3×25 10.5/115 Л2 3xКЛ (3×120) 2 35 Т2 40 115/38.5/10.5 Л3 ВЛ АС-70 4 6 T3 5×1.6
1.1 Описаниесхемы
Схема на рис.1 включаетисточник тока Ес (генераторы), повышающий трансформатор Т1, включенных на ЛЭПЛ1 110 кВ, понижающий трансформатор Т2, к которому на стороне 10.5 кВпоследовательно включены линии Л2(35 кВ) и Л3(6 кВ), и группу из пятитрансформаторов нагрузки Т3(по 1.6 МВА).
Так как параметрыреактора не заданы, в дальнейших расчетах его не учитываем.
Трансформаторы по схемезаданы следующих типов:
Т1 – повышающийдвухобмоточный 3×25 МВА /10.5/115 кВ, *)
Т2 – трехобмоточныйпонижающий трансформатор 40 МВА /115/38.5/10.5 кВ,
Т3 – группа из пятитрансформаторов нагрузки мощностью по 1.6 МВА каждый.
Линии электропередачизаданы воздушные Л1 и Л3 в одноцепном исполнении. Линия Л2 состоит из трёхпараллельно включенных кабелей сечением по 120 мм2.
*) Примечание. Если заданы напряженияповышающего трансформатора так же как для понижающего (например, 330 кВ), тонеобходимо брать коэффициент трансформации с увеличением на 5%, а ЭДС системы сувеличением на 10%, что соответствует средней величине сверхпереходной ЭДСгенераторов.
1.2 Справочныеданные [1] для выбранных проводов линий электропередачи
№ п/п ЛЭП Конструк-ция фазы
Тип
Провода
Сопротив-ление постоянному току, rпр* Ом/км
Расчет-ный диаметр, dпр, мм
Индуктивное сопротивление трехжильных кабелей, хл* Ом/км 1 Л1 АС-185 АС-185/29 0.162 18.8 2 Л2 3×120 120 (35кВ) 0.258 0.12 3 Л3 АС-70 АС-70/11 0.42 11.4
(Пояснение. В типе провода под дробью указаносечение стальных жил.)
1.3 Справочныеданные по трансформаторам выбранных типов№ п/п Тип трансфор-матора Uном, кВ Потери, кВт ВН СН НН Рх.х Рк.з. В-С В-Н С-Н 1 ТРДН-25000/110 115 – 10.5 29 120 2 ТДТН-40000/110 115 38.5 11 50 230 № п/п Тип трансфор-матора Uном, кВ Iх.х.,% Uк.з., % ВН СН НН В-С В-Н С-Н 1 ТРДН-25000/110 115 – 10.5 0.8 10.5 2 ТДТН-40000/110 115 38.5 11 0.9 10.5 17 6
2.Составление схемы замещения и расчет параметров элементов схемы
2.1 Описаниесхемы замещения
По заданию необходимырасчеты рабочего режима и аварийного режима при возникновении короткогозамыкания. Так как ток короткого замыкания и ударный ток ограничиваются толькопродольными сопротивлениями линий и трансформаторов схему замещения можноупростить, исключив индуктивности намагничивания трансформаторов и емкостилиний. Кроме того, исключаем ветви схемы замещения трехобмоточныхтрансформаторов, через которые не протекает ток замыкания. Тогда схема замещенияупрощается и принимает вид, приведенный на рис.2.
/>
Рис. 2
Упрощенная схемазамещения
На схеме указанысопротивления и индуктивности соответствующих элементов: источника тока Rc иXc, повышающего и понижающих трансформаторов Rт и Xт, нагрузки Rн и Xн. Вупрощенном варианте схемы замещения Rт и Xт учитывают параметры двух обмотоктрансформатора, через которые протекает ток короткого замыкания. Штрих вобозначении элементов указывает на необходимость приведения реальных значенийпараметров элементов сети к напряжению участка, для которого выполняется расчет(по заданию 6 кВ).
2.2 Расчетпараметров схемы замещения линий электропередачи
1. Для воздушныхЛЭП по [1] выбираем типы опор:
— Л1 одноцепнуюжелезобетонную промежуточную свободностоящую типа ПБ110-1,
— Л3 промежуточную длянаселенной местности П10-1 (П20-1),
Геометрия расположенияпроводов на опоре и расстояния даны в табл.1.
Таблица 1
Геометрия расположения фаз на опорах воздушных ЛЭП
/> ЛЭП Напряжение, кВ
Тип
опоры Расстояния по рис. o-a o-b o-c c-b Л1 110 ПБ110-1 2,0 2,0 3,5 3,0 Л3 6 П10-1 0,655 0,655 1,13
Определяем расстояниямежду фазными проводами DAB, DBC, DAC и средне- геометрические расстояния между фазными проводами Dф для каждойвоздушной линии.
Для Л1 /> м, /> м,
DAC=2,0+3,5=5,5м,
/> м
Для Л3 /> м, /> м, DAC=0,655+0,655=1,31м.
/> м
2. Расчет погонныхпараметров линий и параметров схемы замещения линий.
а) Находим эквивалентныерадиусы фаз ЛЭП.
Для Л1 и Л3 фазныепровода не имеют расщепления поэтому эквивалентный радиус фазы равен расчетномурадиусу провода: для Л1 rэ=0,5×dпр = 0,5×0,0188 = 0,0094 м, для Л3 rэ=0,5×dпр = 0,5×0,0114= 0,0057 м
б) Определим погонноеактивное rл* и индуктивное xл*сопротивления линий, а так же сопротивление Rл и индуктивность Xлмодели линий:
— для Л1, в которой фазасостоит из одного провода,
rл*= rпр* = 0,162 Ом/км,
/> Ом/км,
Rл = rл*×lл = 0,162 Ом/км ×47 км = 7,62 Ом,
/> Ом;
— для Л2, состоящей изтрёх параллельно включенных кабелей 3х120 мм2 с жилами из алюминия (поданным Справочника),
Rл = rл*×lл×(1/3) = 0.258 Ом/км ×2 км ×(1/3) = 0,172 Ом,
/> Ом;
— для Л3, в которой фазасостоит из одного провода,
rл*= rпр* = 0.42 Ом/км,
/> Ом/км,
Rл = rл*×lл = 0.42 Ом/км ×4 км = 1.68 Ом,
/> Ом;
2.3 Расчетыпараметров схемы замещения трансформаторов
ТРДН-25000/110расчет выполнен для стороны 110 кВ
/> , Ом,
/> , Ом.
ТДТН-40000/110расчет выполнен для стороны 110 кВ
/> , Ом,
/> , Ом.
2.4 Расчетпараметров нагрузки
Расчет параметровнагрузки выполняем по значению номинальной мощности установленныхтрансформаторов нагрузки.
Полная мощность нагрузкипо номинальной мощности трансформаторов нагрузки
Sнн = nт×Sт = 5×1,6 = 8 МВА.
Находим активную иреактивную составляющие мощности нагрузки и соответствующие активное ииндуктивное сопротивление нагрузки для последовательной схемы ее замещения,принимая значение cos(j) =0,85
/> Ом,
/> Ом.
Далее параметры элементовмодели приводим по напряжению к тому участку цепи, для элементов которогоопределяются динамические и термические воздействия, т.е. к сети 6 кВ. Дляэтого используем коэффициенты приведения. Эти коэффициенты можно рассчитатьисходя из номинальных напряжений сети, кроме первого участка с повышающимтрансформатором. Таким образом, коэффициент приведения источника к стороне 110кВ равен kи = 115/10,5 =11. Коэффициент приведения со стороны 110 кВк 6 кВ k110 110 = 110/6 =18,33. Коэффициент приведения со стороны110 кВ к 6 кВ k110 = 110/6 = 18,33.
С учетом коэффициентовприведения рассчитываем параметры элементов схемы замещения.
Параметры моделиисточника (системы)
/> кВ, /> Ом
Параметры Т1 иЛ1(коэффициент 1/3 учитывает включение трёх трансформаторов параллельно)
/>Ом, /> Ом.
/> Ом, /> Ом.
Параметры Т2
/>Ом,
/>Ом,
3. Расчетноминального тока для заданной нагрузки
Ток рабочего режима i1(t)определяется в виде i1(t)=Ia1×cos(wt-j1),
где индекс 1соответствует рабочему (предаварийному) режиму.
/> />
где Z1, R1,X1 – полное, активное и индуктивное сопротивления участка в рабочем(номинальном) режиме
R1 = Rc’+ Rт’ + Rл1’+ Rтвн’+Rл2+Rл3+Rн=
= 0 + 0,0025 + 0,023 +0,0056 + 0,172 + 1,68 + 3,8 = 5,7 Ом,
X1 = Xc’+ Xт’ + Xл1’ + Xтвн’ + Xл2 + Xл3+ Xн =
= 0,49 + 0,055 + 0,056 +0,167 + 0,08 + 1,42 + 2,3 = 4,56 Ом
Z1Н = R1+ j×X1 = 5,7 + j ×4,5 Ом, /> Ом,
/>.
Действующее значениеноминального тока нагрузки в сети 6 кВ
/> А.
Здесь Z1н –сопротивление контура с сопротивлением номинальной нагрузки на трансформаторыТ3 (без учета коэффициента загрузки).
4. Расчеттока короткого замыкания и ударного тока для заданной точки замыкания
Установившийся токкороткого замыкания iк(t) определяем в виде
I2(t)=I2а×cos(wt-j2).
Сопротивление участкасети от ЭДС до точки короткого замыкания
R2=Rc’+Rт’+Rл1’+Rтвн’+Rл2+Rл3=0+0,0025+0,023+0,0056+0,172+1,68=1,88Ом,
X2=Xc’+Xт’+Xл1’+Xтвн’+Xл2+Xл3=0,49+0,055+0,056+0,167+0,08+1,42=2,27Ом
/>
Действующее значение токакороткого замыкания
/> А = 1,4 кА.
Расчет ударного тока длязаданной точки замыкания
Находим постояннуюзатухания переходной составляющей тока к.з.
/> с.
Определяем наибольшеезначение ударного тока в момент времени, когда переменная составляющаядостигает максимума, т.е. через полпериода – 10 мс после момента возникновениязамыкания.
/>
/> кА.
Определим величинуотключаемого тока при срабатывании релейной защиты за время tз = 0,01 с при собственномвремени отключения выключателя tо = 0,1 с для масляного выключателя и при t0 =0,05 с для вакуумного выключателя. Полное время отключения составит tм = 0,01 +0,1 = 0,11 с для маслянного выключателя и tм = 0,01 = 0,05 = 0,06 с длявакуумного выключателя. Соответствующие токи отключения равны
Для масляного выключателя
/>/> кА.
Для вакуумноговыключателя
/>/> кА.
Токи отключенияодинаковые, так как в данной точке сети переходная составляющая быстрозатухает. Действующее значение тока отключения составляет 1,97 / 1,414 = 1,4кА.
5.Определение импульса квадратичного тока
Так как в заданной схемене предполагается подпитка тока к.з. от двигателей импульс квадратичного токаможно рассчитать по следующему выражению с учетом зависимости от времениотключения:
/> , кА2с,
где /> – действующее значениепеременной составляющей тока короткого замыкания,
Δt = tз + tо – времяотключения замыкания, включающее время действия защиты (tз) и собственное времяотключения выключателя (tо). Для масляных выключателей to = 0,08…0,2 с. Длявакуумных выключателей о = 0,05…0,07 с. Для уставки релейной защиты t = 0,5…1,1c при использовании масляного выключателя с tо = 0,1 с максимальное времяотключения Δt = 1,1 + 0,1 = 1,2 с.
/> кА2с.
Границы тока термическойстойкости Iт определяем из импульса квадратичного тока.
Для выключателей,разъединителей и трансформаторов тока 6 кВ при длительности протекания тока t =4 с
/> кА.
6. Выборэлектрических аппаратов
6.1 Техническиетребования к электрическим аппаратам, устанавливаемым в конце Л3
По результатам расчетовопределяем с небольшим запасом следующие требования.
Номинальное напряжение –6 кВ.
Номинальный ток – неменее 600 А.
Амплитуда сквозного тока– предельный ток электродинамической стойкости – не менее 2,2 кА.
Номинальный токотключения – не менее 2 кА (действующее значение).
Ток термической стойкости- не менее 1 кА.
Допустимый импульсквадратичного тока — не менее 2,35 кА2с.