СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ЗАДАЧА 1
1.1 Расчет начального значения периодической составляющейтока при трехфазном КЗ для точки короткого замыкания К3
1.2 Расчёт ударного тока трёхфазного короткого замыкания вточке К3
1.3 Расчет действующего значения периодической составляющейтока трехфазного короткого замыкания для точки К3
1.4 Расчет начального значения периодической составляющейтока при трехфазном КЗ для точки короткого замыкания К3 в именованных единицах
2. ЗАДАЧА 2
2.1 Расчет тока в точке К1 при однофазном КЗ
2.2 Расчет тока в точке К1 при двухфазном замыкании на землю
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ
При изучении переходныхпроцессов различают электромагнитные и электромеханические процессы, хотя этоделение условно. Под электромагнитными процессами в электроэнергетическойсистеме понимают процессы, вызванные возмущениями в ней (короткие замыкания,сброс и наброс нагрузки, отключения ЛЭП) и связанные с перераспределениемэлектрической и электромагнитной энергии в электрических и электромагнитных цепях.
Под электромеханическими переходнымипроцессами понимают процессы, вызванные возмущениями, которые вызываютизменение взаимного положения роторов синхронно вращающихся электрическихмашин, значительное изменение скольжения асинхронных двигателей.Электромеханическим переходным процессам предшествуют электромагнитныепроцессы, которые протекают значительно быстрее электромеханических, посколькуих электромагнитные инерционные постоянные в несколько раз меньше электромеханическихинерционных постоянных времени.
Задание по первой частикурсовой работы связано с расчетом электромагнитных переходных процессов –токов коротких замыканий в электроустановках свыше 1 кВ, а по второй –электромеханических переходных процессов.
Существующая нормативнаядокументация регламентирует выбор электрических аппаратов и проводников поусловиям короткого замыкания (ПУЭ), методы расчета токов короткого замыкания(ГОСТ 27514-87, ГОСТ 29176-91, ГОСТ2825-91).
Расчеты токов КЗпроводятся с целью выбора и проверки электрооборудования по условиям короткогозамыкания; выбора установок и оценки возможного действия релейных защит;влияния токов нулевой последовательности линий электропередачи на линии связи;выбора заземляющих устройств. Общие положения при расчете токов КЗ состоят вследующем.
Регламентированы 4 вида короткихзамыканий – трехфазное КЗ (обозначение – К(3)), двухфазное КЗ – К(2),двухфазное КЗ на землю – К(1,1), однофазное КЗ – К(1). При выборе оборудованиярасчетным принимается такой вид КЗ в анализируемой схеме, при котором токи КЗнаибольшие.
Токи КЗ допускается определять путеманалитических расчетов с использованием эквивалентных схем замещения. Прирасчете токов КЗ должны быть учтены все синхронные генераторы и компенсаторы, атакже синхронные и асинхронные электродвигатели мощностью 100 кВт и более, еслиэти электродвигатели не отделены токоограничивающими реакторами или силовымитрансформаторами.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
/>
Рисунок 1.1. Схема системыэлектроснабжения.
Таблица 1.1 — Технические данныевоздушных линий. Длина l, км
x0 ВЛ, Ом/км на одну цепь
x0/x1 ВЛ1 25 0,32 3 ВЛ2 7,5 0,4 3,5
Таблица 1.2 — Технические данныесинхронного двигателя. Тип СД
PНОМ, кВт cosφ
/>, о.е. η, % СД1 СТД 800 0,89 0,162 87 СД2 1000 0,92 0,138 85
Таблица 1.3 — Технические данныетрансформатора Т1.Тип
Мощность SНТ, МВА Напряжение обмоток, кВ
UК, %
rPКЗ, кВт ВН НН ВН-НН ТДН-40000 40 121 10,5 (6,3) 10,5 175
Таблица 1.4 — Технические данныетрансформатора Т2.Тип
Мощность SНТ, МВА Напряжение обмоток, кВ
UК, %
rPКЗ, кВт ВН НН ТДН-10000/110 10 115 11 10,5 58
Таблица 1.5 — Технические данныестатической нагрузки.Н1 S = 6 МВА сosφ = 0,8 Н2 S = 7 МВА сosφ = 0,8
Таблица 1.6 — Технические данныеасинхронного двигателя.Тип и количество Мощность, кВт η, % cosφ
/>/> 2АЗМ 1250 0,89 0,89 5,5
Таблица 1.7 — Технические данныесинхронного генератора.Тип СГ Р, МВт cosφ
/> ТВФ 110 0,8 0,189
В курсовой работе для схемы системыэлектроснабжения, представленной на рис.1.1, типе электрооборудования и другихпараметрах схемы, указанных в индивидуальном задании, необходимо:
Задача 1. Рассчитать:
начальное значение периодической составляющей тока притрехфазном коротком замыкании в точке К3;
ударный ток трехфазного короткого замыкания в точке К3.
значение периодической составляющейтока трехфазного короткого замыкания для времени t = 0,1 с
Задача 2. Рассчитать для трёх видовнесимметричных к.з. в точке К1 начальное значение периодической составляющей токак.з. аварийных фаз в точке к.з.
1. ЗАДАЧА1
/>
Рисунок 1.1 — Схема замещениясистемы.
На рис. 1.1 изображена схемазамещения системы. Параметры элементов схемы замещения определяются вименованных или в относительных единицах с приведением значений параметроврасчетных схем к выбранной основной (базисной) ступени напряжения сети с учетомфактических коэффициентов трансформации трансформатора.
Теперь непосредственно приступим красчету параметров схемы замещения системы. Для расчета параметров сразу вбазисных величинах, рассчитаем базисные напряжения каждой ступени:
Для расчетов примем /> МВА.
/>кВ (на 5% большеноминального).
/> кВ.
/> кВ.
/> кВ.
/> кА.
/> кА /> кА.
/> кА.
Система.
/>Ом
/> о.е.
/>
/> о.е.
Воздушные линии. При расчете начального значениятрехфазного тока КЗ учитывается только реактивное сопротивление линии:
/> Ом
/> Ом
/> о.е.
/> о.е.
Трансформатор Т1. Реактивность трансформатора задаетсянапряжением короткого замыкания в % от номинального напряжения. При расчетеначального значения трехфазного тока КЗ реактивность трансформатора принимаютчисленно равной напряжению короткого замыкания в о.е.
ХВ = 0,00125∙uкВ-Н= 0,00125∙10,5= 0,013Ом
ХН1 = ХН2 = 0,0175∙uкВ-Н= 0,0175∙10,5= 0,184Ом
/>
/>
Трансформатор Т2.
/>Ом
/> о.е.
Асинхронный двигатель. Сопротивление асинхронного двигателяпри расчете токов КЗ обычно задается сверхпереходным сопротивлением,приведенным к номинальным параметрам двигателя />:
/> Ом
/> о.е.
Сверхпереходную фазную ЭДСасинхронного двигателя определяем:
/>
где /> – фазное напряжениеасинхронного двигателя кВ:
/>;
/> – номинальный токасинхронного двигателя, кА:
/>;
/>.
/> о.е
Нагрузка. Реактивность и ЭДС нагрузки вотносительных (номинальных) величинах в упрощенных расчетах принимается:
/>, />,
следовательно:
/>
/>
Синхронный двигатель СД 1.
/>
Сверхпереходную фазную ЭДС генератора:
/>
где /> – фазное напряжение синхронногодвигателя кВ:
/>;
/> – номинальный токсинхронного двигателя кА:
/>;
/>
/>о.е.
Синхронный двигатель СД 2.
/>
Сверхпереходную фазную ЭДС генератора:
/>
где /> – фазное напряжение синхронногодвигателя кВ:
/>;
/> – номинальный токсинхронного двигателя кА:
/>;
/>
/>о.е.
Синхронный генератор. Сопротивление генератора прирасчетах токов КЗ обычно задается сверхпереходным сопротивлением, приведенным кноминальным параметрам генератора />:
/>
Сверхпереходную фазную ЭДСгенератора:
/>
где />— фазное напряжениесинхронного генератора, кВ,
/>;
/> — номинальный ток синхронногогенератора,кА,
/>;/>.
Линейное значение ЭДС равно
/>
1.1 Расчетначального значения периодической составляющей тока при трехфазном КЗ для точкикороткого замыкания К3
/>
Рисунок 1.2 – Расчётная схема дляточки К3.
/> о.е.
/> о.е.
/>о.е.
/> />
/>о.е.
/> о.е. />о.е.
/>о.е.
/> /> />
/>о.е.
/>о.е. />о.е.
/>о.е.
/>
/> /> />
/> />о.е.
/> о.е. />о.е.
/> о.е. />о.е.
/> о.е.
/> о.е.
/> о.е.
/> о.е.
/>
Рисунок 1.3 – Окончательно преобразованнаясхема для точки К3.
Все данные известны для расчетаначального значения периодической составляющей тока КЗ для точки короткогозамыкания.
/>
/>
/>
/>
Рисунок 1.4 — Схема замещениясистемы, содержащая только активные элементы.
/> />
/> о.е.
/> о.е.
/>о.е.
/> />
/>о.е.
/> о.е. />о.е.
/>о.е.
/> /> />
/>о.е.
/>о.е./> о.е./>
/>о.е.
/> /> />
/> />о.е.
/> о.е. />о.е.
/> о.е. />о.е.
/> о.е.
/> о.е.
/> о.е.
/> о.е.
/>
Рисунок 1.5 – Окончательнопреобразованная схема.
Постоянная времени затуханияапериодической составляющей тока КЗ i-ой ветви:
/>
где />, /> – результирующиеэквивалентные сопротивления i-ойветви, Ом; />-синхроннаяугловая частота напряжения сети, рад/с (/>). Тогда постоянная временидля каждой ветви:
/>
1.2 Расчёт ударного тока трёхфазногокороткого замыкания в точке К3
Расчет ведется для момента времени t=0,01 с. Поскольку точка короткогозамыкания делит заданную схему на радиальные независимые друг от друга ветви,то ударный ток КЗ определяется суммой ударных токов отдельных ветвей:
/>
1.3 Расчетдействующего значения периодической составляющей тока трехфазного короткого замыканиядля точки К3
Расчет производим для момента времениt=0,1 c.
Действующее значение периодическойсоставляющей тока трехфазного короткого замыкания определяется:
/>
/>
где /> — отношение действующегозначения периодической составляющей тока синхронного двигателя в начальныймомент КЗ к номинальному току; /> —отношение действующего значения периодической составляющей тока асинхронногодвигателя в начальный момент КЗ к номинальному току; /> — коэффициент,характеризующий затухание периодической составляющей тока КЗ от синхронногодвигателя;
/> — коэффициент,характеризующий затухание периодической составляющей тока КЗ от асинхронногодвигателя.
Теперь определим коэффициент,характеризующий затухание апериодической составляющей тока КЗ для двух моментоввремени по графикам: />;/>/>, />, ./>
1.4 Расчетначального значения периодической составляющей тока при трехфазном КЗ для точкикороткого замыкания К3 в именованных единицах
Значения эдс источников энергии исопротивлений элементов исходной расчетной схемы приводятся к выбранной ступенинапряжения по формулам
/>
где Е и Z –истинные значения эдс источника энергии и сопротивления элемента исходнойрасчетной схемы; /> и /> – их приведенные значения;к1, к2, – коэффициенты трансформации трансформаторов,каскадно включенные между основной ступенью напряжения сети и приводимымэлементом.
Коэффициент трансформации трансформаторовопределяется в направлении от основной ступени напряжения сети как отношениенапряжения хх обмотки, обращенной в сторону основной ступени напряжения сети кнапряжению хх другой обмотки.
/>Ом
/> Ом
/> Ом
/>Ом
/>Ом
/>Ом (это сопротивление приводить не нужно, т.к. оновыше рассчитано относительно ступени напряжения 10 кВ).
/> Ом
/> Ом
/>Ом
/>Ом
/>Ом
/>Ом
/>кВ
/>кВ
/>кВ
/>кВ
/>кВ
/>
Рисунок 1.6 – Расчётная схема дляточки К3 в именованных единицах.
/> Ом
/> Ом
/> Ом
/> />
/> Ом
/> Ом /> Ом
/> Ом
/> /> />
/> Ом
/> Ом /> Ом
/> Ом
/> Ом
/> /> />
/> /> Ом
/> Ом /> Ом
/> Ом /> Ом
/> Ом
/> кВ
/> Ом
/> кВ
/>
Рисунок 1.7 – Окончательно преобразованнаясхема.
2. ЗАДАЧА 2
/>
Рисунок 2.1 – Расчётная схема дляточки К1.
/> о.е.
/> о.е.
/>о.е.
/> /> />о.е.
/> о.е. />о.е.
/>о.е.
/> /> />
/>о.е.
/>о.е. />о.е.
/>о.е.
/>о.е.
/> /> />
/>о.е.
/>о.е. />о.е.
/>о.е.
/> о.е.
/> о.е.
/> о.е.
/> о.е.
/>
Рисунок 2.2 – Окончательно преобразованнаясхема.
2.1 Пусть произошло замыкание однойиз фаз на землю
На рисунке 2.2 представлена схемазамещения прямой последовательности при однофазном КЗ. Эта схема аналогичнасхеме замещения симметричного трехфазного КЗ.
На рисунке 2.3 изображена свернутаясхема относительно точки К1 для прямой последовательности.
На основании формул преобразованиянаходим параметры схемы:
/>
/>
Рисунок 2.3 – Схема замещения прямойпоследовательности
На рисунке 2.4 изображена схемазамещения для обратной последовательности, которая составляется аналогичносхеме замещения прямой последовательности, но ЭДС источников отсутствует.Сопротивления элементов токам обратной последовательности принимаются такимиже, как и для токов прямой последовательности.
/>
Рисунок 2.4 — Схема замещения дляобратной последовательности при однофазном КЗ.
Результирующее сопротивление обратнойпоследовательности в силу равенства сопротивлений элементовпоследовательностей: />
/>=>/>
Рисунок 2.5 — Схема замещения длянулевой последовательности при однофазном КЗ
Рассчитываем ток прямойпоследовательности:
/>
Ток аварийной фазы:
/>
Токи симметричных составляющих фазы A:
/>
Ток КЗ неаварийных фаз:
/>
/>
Рисунок 2.6 — Векторная диаграмматоков
/>
Симметричные составляющие напряженийв месте КЗ представлены на векторной диаграмме напряжений на рисунке 2.7.
/>
Рисунок 2.7 — Векторная диаграмманапряжений.
2.2 Расчеттока в точке К1 при двухфазном замыкании на землю
Пусть произошло замыкание на фаз B и С на землю. Запишем граничныеусловия:
/>
Схемы замещения всехпоследовательностей при двухфазном КЗ на землю такие же, как и при однофазномКЗ (рис. 2.1), поэтому остались теми же и все параметры схем замещения.
Рассчитываем ток прямойпоследовательности:
/>
Ток обратной последовательности:
/>
Токи нулевой последовательности:
/>
Токи поврежденных фаз в месте КЗ:
трехфазный ток электроснабжение замыкание
/>
Напряжения в месте КЗ:
/>
/>
Рис. 4.6 — Векторная диаграмманапряжений а), и токов б) в точке двухфазного КЗ на землю.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В выполненном курсовом проекте не учитывались:
— сдвиг по фазе ЭДС и изменениячастоты вращения роторов синхронных генераторов, компенсаторов иэлектродвигателей;
— ток намагничивания трансформаторови автотрансформаторов;
— насыщение магнитных системэлектрических машин;
— поперечная емкость воздушных линий электропередачинапряжением 110 – 220 кВ, если их длина не превышает 200 км.
СПИСОКИСПОЛЬЗОВАНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ульянов С.А.Электромагнитные переходные процессы в электрических системах.-М.: Энергия,1970. — 520 с.
2. Правила устройстваэлектроустановок, 7-е издание: М, 2000.
3. Методическиеуказания к выполнению курсовой работы. М.А. Новожилов. ИркутскийГосударственный технический университет; Иркутск, 2001.