Электроэнергетический факультет
Кафедра электроснабжения промышленных предприятий
"Расчет токов короткого замыкания"
Пояснительная записка
Задание на курсовую работу
Расчёт токов короткого замыкания
Исходные данные: 1Расчётная схема;
2Таблицы параметров элементов расчётной схемы (исходные данные).
Перечень подлежащих разработке вопросов:
1Определить методом эквивалентных ЭДС начальное сверхпереходное и установившееся значения тока
трёхфазного короткого замыкания;
2 Определить методом типовых кривых ток трёхфазного короткого замыкания для различных моментов времени;
2.1 Построить зависимость ;
3 Произвести сравнение результатов расчёта обоими методами и сделать выводы;
4 Выполнить расчёт токов инапряжений привсех видах несимметричного короткого замыкания расчетных кривых;
4.1 Построить зависимости ;
4.2Построить в выбранном масштабе векторные диаграммы токов и напряжений в месте короткого замыкания.
Перечень графического материала:
Таблицы результатов расчётов, схемы замещения, векторные диаграммы, кривые зависимостей.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Вариант № 262
Таблица 1 - Генераторы с АРВ
Таблица 2 - Трансформаторы
Таблица 3 - Автотрансформатор
Таблица 4 – Состояние заземляющих ножей в нейтрали трансформаторов
Таблица 5 – Линии
Таблица 6 – Нагрузка и питающая система
Таблица 7 – Реакторы
Содержание
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Введение………………………………………………………………………... 1 Расчет трехфазного короткого замыкания методом эквивалентных ЭДС……………………………………………………………………………... 1.1 Определение начального сверхпереходного тока……………..………... 1.2 Определение тока установившегося короткого замыкания……………. 2 Определение токов трехфазного короткого замыкания методом типовых кривых………………………………………………………………... 2.1 Составление схемы замещения и ее преобразование………………….... 2.2 Определение токов в ветвях генераторов и суммарного тока короткого замыкания…………………………………………………………... 3 Сравнение результатов расчета токов короткого замыкания методом эквивалентных ЭДС и методом типовых кривых……………………………. 4. Расчет несимметричных коротких замыканий методом типовых кривых………………………………………………………………... 4.1 Составление схемы прямой последовательности и определение суммарного сопротивления…………………………………………………… 4.2 Составление схемы обратной последовательности и определение суммарного сопротивления…………………………………………………… 4.3 Составление схемы нулевой последовательности и определение суммарного сопротивления…………………………………………………… 4.4 Расчет двухфазного короткого замыкания ……………………………… 4.5 Расчет двухфазного короткого замыкания на землю …………………... 4.6 Расчет однофазного короткого замыкания………………………………. Приложение А диаграммы токов и напряжений несимметричных коротких замыканий……..…………………………………………………...... Заключение……………………………………………………………………... Список использованных источников………………………………………….
|
6
7 7 28
36 36
40
42
43
43
44
49 53 56 69
62 65 66 |
Введение
Переходные процессы в электрических цепях, явления, возникающие при переходе от одного режима работы электрической цепи к другому, отличающемуся от предыдущего амплитудой, фазой, формой или частотой действующего в цепи напряжения, значениями параметров или конфигурацией цепи. Переходные процессы возникают главным образом при коммутациях в электрических цепях и обусловлены тем, что ток, проходящий через катушку индуктивности, и напряжение на конденсаторе не могут изменяться скачком, то есть энергия электрического и магнитного полей в ёмкостных и индуктивных элементах цепи не может изменяться мгновенно.
Во время переходного процесса на отдельных участках цепи могут возникнуть напряжения и токи, значительно превышающие напряжения и токи установившегося режима, то есть перенапряжения и сверхтоки. При неправильном выборе оборудования перенапряжения могут привести к пробою изоляции, например в конденсаторах, трансформаторах, электрических машинах, а сверхтоки - к срабатыванию элементов защиты и отключению установки, к перегоранию приборов, обгоранию контактов, механическим повреждениям обмоток вследствие электродинамических усилий. Переходные процессы играют исключительно важную роль в системах автоматического регулирования, в импульсной, вычислительной и измерительной технике, в электронике и радиотехнике и в электроэнергетике.
Расчёты токов КЗ необходимы для достижения следующих целей:
- определение условий работы потребителей в аварийных режимах;
- выбора аппаратов и проводников и их проверки по условиям электродинамической и термической стойкости;
- проектирования и настройки устройств релейной защиты и автоматики;
- проектирования и проверки защитных устройств;
- сопоставления, оценки и выбора схемы электрических соединений;
- определения влияния линий электропередачи на линии связи;
- определение числа заземленных нейтралей и их размещение в ЭС;
- выбора разрядников;
- анализа аварий;
- подготовки к проведению различных испытаний в ЭС.
1 Расчет трехфазного короткого замыкания методом эквивалентных ЭДС
1.1 Определение начального сверхпереходного тока
1.1.1 Составление схемы замещения
Рисунок 1 – Схема замещения
1.1.2 Определение параметров схемы замещения
- Выбор базисных условий
Определяется базисный ток , кА:
, (1)
где - базисная мощность, МВА;
- базисное напряжение, кВ.
.
Определяется базисное сопротивление , Ом:
, (2)
.
1.1.2.2 Определение коэффициентов трансформации
Коэффициенты трансформации трансформаторов:
, (3)
где - напряжение обмотки со стороны основной ступени, кВ;
- напряжение обмотки со стороны приводимого элемента, кВ.
;
Коэффициенты трансформации автотрансформаторов:
, (4)
, (5)
; .
- Определение приведенных сопротивлений трансформаторов и автотрансформатор
Трансформаторы:
, (6)
где - напряжение короткого замыкания;
- номинальная мощность трансформатора, МВА.
Станция 1:
Станция 2:
Станция 3:
Автотрансформатор:
обмотка высшего напряжения автотрансформатора :
(7)
где % - напряжение короткого замыкания между обмотками высшего и среднего напряжения;
% - напряжение короткого замыкания между обмотками высшего и низшего напряжения;
%- напряжение короткого замыкания между обмотками среднего и низшего напряжения;
;
обмотка среднего напряжения автотрансформатора :
(8)
;
обмотка низшего напряжения автотрансформатора :
(9)
- Определение приведенных сопротивлений генераторов станций и питающей системы
Система:
, (10)
где - номинальное напряжение системы, кВ;
- мощность системы, МВА.
Генераторы:
, (11)
где - сверхпереходное сопротивление генератора.
Станция 1:
Станция 2:
Станция 3:
- Определение приведенных сопротивлений линий
(12)
где - погонное сопротивление линии, Ом/км;
- длина линии, км.
- Определение приведенных сопротивлений нагрузки
, (13)
- Определение приведенных сопротивлений реактора
, (14)
где - сопротивление реактора.
- Определение ЭДС источников
Система:
, (15)
.
Генераторы:
; (16)
для ТГ с ; для ТГ с ;
для ГГ;
;
;
.
1.1.3 Преобразование схемы замещения без учета нагрузок
Схема замещения, показанная на рисунке 1, путем поэтапного преобразования должна быть приведена к виду в соответствии с рисунком 5.
;
;
;
;
Рисунок 2 – Первый этап преобразования
Преобразование треугольника в звезду:
;
;
Рисунок 3 – Второй этап преобразования
Рисунок 4 – Третий этап преобразования
Рисунок 5 – Четвёртый этап преобразования
;
Рисунок 6 – Итоговая схема
По итоговой схеме замещения, показанной на рисунке 6, определяется начальный сверхпереходной ток в месте короткого замыкания:
;
1.1.4 Определение характера нагрузок
Схему замещения необходимо развернуть в обратном порядке до исходного вида, найти токораспределение в ветвях схемы и вычислить остаточные напряжения в точках подключения нагрузок. Токи в ветвях схемы будем искать с помощью коэффициентов распределения.
Рисунок 7 – Итоговая схема
;
;
;
Рисунок 8 – Первый этап развертывания схемы
;
;
;
;
;
Рисунок 9 – Второй этап развертывания схемы
Преобразование из звезды в треугольник:
;
;
Рисунок 10 – Преобразованная схема звезды
, (18)
, (17)
;
Из полученных значений остаточных напряжений видно, что генерирующими являются нагрузки , т.к. меньше . Таким образом, нагрузка должна быть включена в схему с ЭДС, равной нулю, а нагрузки с ЭДС равной 0,85.
- Преобразование схемы замещения с учетом нагрузок
Для упрощения количества однотипных преобразований дальнейшая рабочая схема принимается уже частично преобразованной.
Рисунок 12 – Первый этап преобразования схемы
;
;
;
;
;
;
Рисунок 13 – Второй этап преобразования схемы
;
Рисунок 14 – Третий этап преобразования схемы
;
;
Рисунок 14 – Четвёртый этап преобразования схемы
;
;
;
;
;
Рисунок 15 – Пятый этап преобразования схемы
Рисунок 17 – Итоговая схема
- Определение начального сверхпереходного и ударного токов
;
, (19)
, (20)
;
- Определение тока установившегося короткого замыкания
Поскольку сопротивления обобщенных нагрузок в установившемся режиме короткого замыкания иные, чем в сверхпереходном, выполняется их пересчет. ЭДС нагрузок принимаются равными нулю.
;
;
;
.
Таблица 1 – Дополнительные данные для расчета
|
Станция №1 |
Станция №2 |
Станция №3 |
, А |
462 |
620 |
388 |
, А |
1325 |
1740 |
725 |
ОКЗ |
0.54 |
0.499 |
0.934 |
0.1 |
0.16 |
0.124 |
|
2 |
2 |
1.93 |
|
0.18 |
0.22 |
0.206 |
|
Тип |
ТВФ-63-2 |
ТВФ-120-2 |
СВ(566/125)-32 |
Станция №1:
;
;
;
;
;
;
;
.
Таблица 2 – Результаты расчета величин
|
Станция №1 |
Станция №2 |
Станция №3 |
1.851 |
2.004 |
1.07 |
|
1.751 |
1.844 |
0.946 |
|
808.962 |
1143.28 |
367.048 |
|
1.637 |
1.521 |
1.975 |
|
3.274 |
3.042 |
3.811 |
|
2.819 |
2.633 |
2.867 |
|
20.247 |
12.286 |
26.848 |
|
0.089 |
0.132 |
0.069 |
1.2.1 Предварительный выбор режимов работы генераторов и преобразование схемы замещения
Предполагаем, что все генераторы работают в режиме нормального напряжения, учитываем в схеме замещения следующие параметры: .
.
Рисунок 18 – Исходная схема замещения
;
;
Рисунок 19 – Первый этап преобразования схемы
;
;
;
Преобразование треугольника в звезду
;
;
;
Рисунок 20 – Второй этап преобразования схем
;
;
.
;
Рисунок 21 – Третий этап преобразования схемы
;
;
Рисунок 22 – Итоговая схема
1.2.2 Определение токов короткого замыкания в ветвях генераторов
;
;
;
;
;
- Проверка правильности выбора режимов работы генераторов
На основании сравнения величины тока короткого замыкания от каждого генератора с его критическим током можно сделать вывод, что генераторы станции 1 работают в режиме предельного возбуждения, а генераторы станции 2 и 3 в режиме нормального напряжения. Следовательно, режимы работы генераторов выбраны верно и ток установившегося кз найден правильно. Результаты сравнения приведены в таблице 3.
Таблица 3 – Результаты сравнения
< |
РHH |
||
> |
РПВ |
||
< |
РНН |
- Определение токов трехфазного короткого замыкания методом типовых кривых
- Составление схемы замещения и ее преобразование
Дана схема с несколькими генераторами, не одинаково удаленными от места КЗ, но связанных с ней независимо друг от друга.
Схема берется частично преобразованной.
Рисунок 23 – Схема замещения
Рисунок 24 – Преобразование схемы замещения
;
;
;
Рисунок 25 – Второй этап преобразования схемы
;
;
;
;
;
;
;
Рисунок 27 – Итоговая схема
- Определение токов в ветвях генераторов и суммарного тока короткого замыкания
Находим токи в ветвях схемы:
;
;
;
Оцениваем удаленность генераторов от точки короткого замыкания:
< 2;
> 2;
< 2;
> 2, следовательно КЗ не удаленное и ток изменяется во времени.
где определяется по типовым кривым.
Для 0 секунд:
кА;
кА;
Для остальных моментов времени определяется аналогично.
Результаты расчета сведены в таблицу 12.
Таблица 12 – Зависимость от момента времени
, с |
0 |
0,5 |
1 |
1,5 |
2 |
2,5 |
3 |
, кА |
6,855 |
3,697 |
2,738 |
1,917 |
1,369 |
0,887 |
0,682 |
, кА |
9,575 |
6,416 |
5,458 |
4,637 |
4,088 |
3,606 |
3,401 |
Рисунок 28 – График зависимости суммарного тока от времени
3 Сравнение результатов расчета токов короткого замыкания методом эквивалентных ЭДС и методом типовых кривых
Метод эквивалентных ЭДС: .
Метод типовых кривых: .
Разница в значениях Δ, %: Δ=2.851 %.
- Расчет несимметричных коротких замыканий методом типовых кривых
4.1 Составление схемы прямой последовательности и определение суммарного сопротивления
Схема берется преобразованной:
Рисунок 29 – Схема замещения прямой последовательности
Результирующее сопротивление схемы прямой последовательности:
4.2 Составление схемы обратной последовательности и определение суммарного сопротивления
Пересчитываем сопротивления генераторов для обратной последовательности.
Станция №1:
;
Станция №2:
;
Станция №3:
Система:
Нагрузка:
Составляем схему замещения:
Рисунок 30 – Схема замещения
;
;
;
Рисунок 31 – Первый этап преобразования схемы
Рисунок 32 – Второй этап преобразования схемы
;
Рисунок 33 – Третий этап преобразования схемы
;
;
;
;
;
;
;
Рисунок 34 – Четвёртый этап преобразования схемы
4.3 Составление схемы нулевой последовательности и определение суммарного сопротивления
Сопротивления генераторов не учитываются. Сопротивления трансформаторов учитываются с заземленной нейтралью. Сопротивления линий, системы и нагрузки пересчитываем.
;
;
;
;
;
Рисунок 36 – Исходная схема замещения
;
;
Преобразование из треугольника в звезду:
Рисунок 37 – Первый этап преобразования схемы
;
;
;
;
;
;
;
Рисунок 39 – Итоговая схема замещения нулевой последовательности
Результирующее сопротивление схемы нулевой последовательности:
4.4 Расчет двухфазного короткого замыкания
4.4.1 Определение результирующих сопротивлений
;
;
;
;
;
4.4.2 Определение токов в ветвях генераторов и суммарного тока короткого замыкания
Определение токов:
;
;
;
;
Оцениваем удаленность генераторов от точки короткого замыкания:
;
;
, , , < 2, следовательно КЗ удаленное и ток не изменен во времени.
Определяем суммарный ток короткого замыкания:
;
4.4.3 Определение фазных токов и фазных напряжений в месте короткого замыкания
;
;
;
;
;
.
4.4.4 Сравнение коэффициентов несимметрии
;
.
Разница в значениях Δ, %: Δ=0.239 %.
4.5 Расчет двухфазного короткого замыкания на землю
4.5.1 Определение результирующих сопротивлений
;
;
;
4.5.2 Определение токов в ветвях генераторов и суммарного тока короткого замыкания
Определение токов:
;
;
;
;
Оцениваем удаленность генераторов от точки короткого замыкания:
< 2;
< 2;
< 2;
, , < 2, следовательно КЗ удаленное и ток не изменен во времени.
Определяем суммарные токи прямой последовательности отдельно в ветвях трансформаторов с заземленными и разземленными нейтралями:
Определяем суммарный ток прямой последовательности в месте кз:
- Определение токов обратной последовательности
Определяем токи отдельно в ветвях трансформаторов с заземленными и разземленными нейтралями:
где - суммарное сопротивление схемы обратной последовательности без учета ветвей, где нейтрали трансформаторов разземлены:
=
=+=-0.473-3.396=-3.869
Определяем суммарный ток обратной последовательности в месте КЗ:
4.5.4 Определение фазного тока и фазных напряжений в месте короткого замыкания
;
;
.
4.5.5 Сравнение коэффициентов несимметрии
;
.
Разница в значениях Δ, %: Δ=4.47 %.
4.6 Расчет однофазного короткого замыкания
4.6.1 Определение тока прямой и обратной последовательности
Ток обратной последовательности :
.
Ток прямой последовательности :
.
4.6.2 Определение фазного тока и фазных напряжений в месте короткого замыкания
;
;
;
;
;
4.6.3 Сравнение коэффициентов несимметрии
;
.
Разница в значениях Δ, %: Δ=43.7 %.
Приложение А
Двухфазное короткое замыкание:
Рисунок 1 – Диаграмма токов (М: 1см/1 кА)
Рисунок 2 – Диаграмма напряжений (М: 1см/15 кВ)
Двухфазное короткое замыкание на землю:
Рисунок 3 – Диаграмма токов (М: 1см/0.5 кА)
Рисунок 4 – Диаграмма напряжений (М: 1см/15 кВ)
Однофазное короткое замыкание:
- Рисунок 5 – Диаграмма токов (М: 1см/0.2 кА)
Рисунок 6 – Диаграмма напряжений (М: 1см/15 кВ)
Заключение
В курсовой работе был произведен расчет токов короткого замыкания. Для симметричных коротких замыканий методами эквивалентных ЭДС и типовых кривых, а для несимметричных – методом типовых кривых. Выяснено, что наибольший ток при трехфазном коротком замыкании. Для несимметричного короткого замыкания – при двухфазном на землю. Наибольшее различие коэффициентов несимметрии при однофазном коротком замыкании. Также были построены векторные диаграммы токов и напряжений.
Список использованных источников
- Куликов Ю.А. «Переходные процессы в электромагнитных системах»
М. Мир, 2003г.
- Ульянов С.А. «Электромагнитные процессы в электрических системах» М.Энергия, 1970г.
Скачать: