РОЗРАХУНОК СИМЕТРИЧНИХ РЕЖИМІВ КОРОТКИХ ЗАМИКАНЬ
2.1 Складання схеми заміщення і розрахунок параметрів її елементів
Для проведення розрахунків перехідних процесів перш за все необхідно на основі розрахункової схеми електричної системи (рис. А.1, А.2) скласти схему заміщення для початкового моменту часу. При цьому всі джерела (генератори, електродвигуни, система) представляються надперехідними ЕРС і опорами, а пасивні елементи (лінії електропередачі, трансформатори) – одним чи декількома опорами. У схему заміщення включають лише ті елементи, по яких протікає струм КЗ. Опори елементів схеми заміщення доцільно позначати у вигляді дробу: в чисельнику вказується арабськими цифрами порядковий номер елемента, в знаменнику – значення його опору. Розрахунок рекомендується проводити у відносних одиницях, використовуючи наближене приведення до базисних умов: базисної потужності Sб і базисної напруги Uб. Значення базисної потужності для спрощення обчислень звичайно приймають 100 чи 1000 МВ∙А. За базисну напругу приймається середня номінальна напруга того ступеня, на якому має місце КЗ. Шкала середніх номінальних напруг має такий вигляд: 340; 230; 154; 115; 37; 24; 20; 18; 15,75; 13,8; 10,5; 6,3; 0,4 кВ. Формули наближеного приведення опорів елементів до базисних умов наведені в табл. Б.1, а також в літературі [2; 4]. Надперехідна ЕРС синхронних генераторів та синхронних електродвигунів, що працюють до КЗ із перезбудженням, визначається за формулою:
де
Для асинхронних електродвигунів надперехідну ЕРС визначають за формулою:
де
де Параметри електродвигунів наведені в [1; 6]. При розрахунку ЕРС звичайно припускають, що генератор або електродвигун до виникнення КЗ працював у номінальному режимі. Тоді у відносних одиницях Для енергосистеми можна прийняти
2.2 Перетворення схеми заміщення до найпростішого виду відносно місця пошкодження
Після складання схеми заміщення і визначення опорів всіх елементів вона перетворюється до найпростішого виду (багатопроменева зірка) з точкою КЗ у вузлі. Перетворення (згортання) схеми заміщення виконується у напрямку від джерела живлення до місця КЗ, при цьому використовуються відомі правила перетворення послідовно і паралельно включенних опорів, перетворення зірки опорів у трикутник і навпаки, багатопроменевої зірки в багатокутник та інші, відомі з курсу ТОЕ. Формули деяких перетворень приведені в [2; 4]. Якщо схема заміщення або її дільниця симетричні відносно точки КЗ, у процесі перетворення можна з’єднати точки, що мають однакові потенціали, і вилучити зі схеми опори, по яких струми КЗ не протікають. Активні опори кабельних ліній 6 кВ, як правило, перевищують індуктивні. Але у даному випадку, оскільки сумарний індуктивний опір приєднання кабель-двигун набагато більший за активний, то активними опорами кабельних ліній можна знехтувати. Під час розрахунку струмів КЗ від двигунів, як правило, враховують лише ті двигуни, які приєднані до місця КЗ безпосередньо через кабельну лінію, струмопроводи, лінійні реактори або двохобмотковий трансформатор. Зважаючи на це, в розрахунках можна знехтувати струмом КЗ від двигунів, що проходить подвійну трансформацію.
2.3 Визначення початкового значення періодичної складової струму КЗ від джерел
Якщо схема заміщення перетворена до найпростішого виду, то можна безпосередньо визначити струми джерел в багатопроменевій зірці:
де Загальний (сумарний) струм в місці КЗ знаходиться як сума струмів цих джерел. Розгортаючи схему заміщення від найпростішого виду до початкового, потрібно знайти складові струму КЗ від усіх джерел (генератори, енергосистема, синхронні та асинхронні двигуни). При цьому використовуються закон Ома та перший закон Кірхгофа.
2.4 Визначення ударного струму короткого замикання
Ударний струм (максимальне миттєве значення повного струму) звичайно має місце через 0,01 с після початку КЗ. Його значення визначається за формулою:
де Величини
Таблиця 2.1 – Середні значення постійних часу згасання та ударних коефіцієнтів асинхронних електродвигунів при КЗ на їх виводах
2.5 Визначення періодичної і аперіодичної складових струму КЗ у заданий момент часу
Визначення періодичного струму КЗ у довільний момент часу від електричних машин (генераторів потужністю до 500 МВт включно, синхронних компенсаторів та електродвигунів) проводиться із застосуванням методу типових кривих. Типові криві для асинхронних та синхронних двигунів наведені на рис. 2.1а,б, для генераторів – на рис. 2.2а,б,в. Методика розрахунку періодичної складової струму КЗ у довільний момент часу наступна. Спочатку визначається періодичний струм КЗ від даного джерела у початковий момент часу (див. п.2.2). Знаходиться номінальний струм машини, приведений до точки КЗ:
Рисунок 2.1 – Типові криві для визначення періодичної складової струму КЗ від електродвигунів: а – асинхронних; б – синхронних
Рисунок 2.2 – Типові криві для визначення періодичної складової струму КЗ від синхронних генераторів з системою збудження: а – тиристорною або високочастотною (ТСТ, ТН, ВЧ); б – тиристорною із самозбудженням (ТС); в – діодною безщітковою (БЩ)
де Далі розраховується віддаленість – відношення початкового періодичного струму КЗ до номінального:
За величинами віддаленості та часу, для якого потрібно знайти періодичний струм КЗ, по рис. 2.1-2.2 знаходиться величина
Момент часу, для якого проводиться розрахунок, задається викладачем або приймається рівним 0,1 с. Під час розрахунку слід пам’ятати, що при Аперіодична складова струму КЗ від будь-якого джерела у довільний момент часу визначається по формулі
де
Для всіх характерних гілок електричної системи, крім гілок електродвигунів, значення
2.6 Розрахунок струму при трифазному КЗ на шинах 0,4 кВ
Під час розрахунку струмів КЗ в електроустановках напругою до 1 кВ необхідно враховувати активні та індуктивні опори всіх елементів короткозамкненого ланцюга, у тому числі кабелів і шин довжиною 10 м і більше, струмових котушок автоматичних вимикачів, перехідних контактів та ін. Значення опорів зазначених елементів приведені в [3]. У даному випадку розглядається трифазне коротке замикання на шинах 0,4 кВ (рис. 2.3). Споживачі цього класу напруги отримують живлення від шин 6 кВ через трансформатор Т5 та шинопровід. Номінальний вторинний струм для всіх варіантів перевищує 500 А, тому згідно з [3] опором трансформаторів струму можна знехтувати, і вони на рис. 2.3 умовно не показані.
Рисунок 2.3 – Принципова схема і схема заміщення для розрахунку трифазного КЗ в мережі 0,4 кВ
Тип комплектного шинопроводу та його номінальний струм обираються у відповідності з номінальним струмом автоматичного вимикача QF (табл. А.2). Довжину шинопроводу прийняти рівною 10 м. Розрахунок струму КЗ в цій частині роботи рекомендується проводити в іменованих одиницях, а активні та індуктивні опори всіх елементів схеми заміщення виражати в мілліомах. Опір енергосистеми в мілліомах обчислюють за формулою
де
Величину Активний та індуктивний опори трансформатора розраховують за відомими формулами [3; 4]. Опори шинопровода Початкове діюче значення періодичної складової струму трифазного КЗ розраховують за формулою
де Постійна часу згасання аперіодичної складової струму КЗ:
Час появи ударного струму, с:
де
Ударний струм визначається за формулою:
3 розрахунок несиметричнИХ короткИХ замиканЬ
3.1 Складання і перетворення до найпростішого виду схем заміщення окремих послідовностей
Розрахунок несиметричних коротких замикань виконується за допомогою метода симетричних складових із використанням схем заміщення прямої, зворотньої і нульової послідовностей. Спочатку складають схему заміщення прямої послідовності. Вона аналогічна схемі заміщення для розрахунку трифазного КЗ за винятком місцезнаходження точки КЗ. Схему заміщення прямої послідовності перетворюють до найпростішого виду (одна гілка з сумарною ЕРС Далі складають та перетворюють схему заміщення зворотньої послідовності. Вона відрізняється від схеми прямої послідовності тим, що всі ЕРС джерел дорівнюють нулю, а генератори представляються своїми опорами зворотньої послідовності. У результаті перетворення схеми заміщення визначають результуючий опір зворотньої послідовності Для складання схеми заміщення нульової послідовності потрібно спочатку визначити шляхи циркуляції струмів нульової послідовності в схемі мережі. Слід пам’ятати, що струми нульової послідовності повертаються до джерела через землю, тому вид схеми заміщення нульової послідовності буде визначатися кількістю та місцезнаходженням заземлених нейтралей, а також схемами з’єднання обмоток трансформаторів і автотрансформаторів. У схему заміщення включають лише ті елементи, по яких будуть протікати струми нульової послідовності. Опір нульової послідовності повітряних ліній
Схему заміщення нульової послідовності також перетворюють до найпростішого виду і визначають результуючий опір нульової послідовності Для визначення струму прямої послідовності необхідно скласти комплексну схему заміщення. При цьому використовується правило еквівалентності прямої послідовності (правило Н. Н. Щєдріна), відповідно до якого розрахункова точка КЗ віддаляється від дійсної точки КЗ на додатковий опір
3.2 Визначення початкових значень симетричних складових струмів і напруг при несиметричному КЗ
Відповідно до комплексної схеми заміщення струм прямої послідовності особливої фази в місці КЗ визначається за формулою:
Напруга прямої послідовності особливої фази в місці КЗ:
Струми і напруги зворотньої і нульової послідовностей визначаються по величинам відповідно струму і напруги прямої послідовності за відомими співвідношеннями [2; 4] в залежності від виду несиметричного КЗ. Визначається також повний струм ушкодженої фази в місці КЗ:
де Для визначення струму в будь-якій гілці розрахункової схеми необхідно, використовуючи схеми заміщення прямої, зворотньої і нульової послідовностей, знайти струми відповідних послідовностей у місці КЗ, знайти потокорозподіл по гілках схем окремих послідовностей, визначити струми відповідних послідовностей у даній гілці і скласти їх геометрично. Для знаходження напруги в заданому вузлі розрахункової схеми необхідно знайти падіння напруг різних послідовностей в елементах, розташованих між точкою КЗ і розглянутим вузлом. Потім треба геометрично скласти напруги в місці КЗ і падіння напруг відповідних послідовностей. При цьому слід пам’ятати, що при віддаленні від точки несиметричного КЗ величини напруг прямої послідовності збільшуються, а напруг зворотньої та нульової послідовності – зменшуються (за абсолютною величиною). При обчисленні фазних напруг за трансформатором чи автотрансформатором треба враховувати, що при переході через трансформатор напруги змінюються не тільки по величині, але і по фазі в залежності від групи з’єднання його обмоток.
3.3 Побудова векторних діаграм струмів і напруг
За результатами розрахунку несиметричного КЗ будуються векторні діаграми струмів і напруг у місці КЗ і векторна діаграма напруг в заданій точці мережі (додаток А). Методика побудови діаграм і їх вигляд в залежності від виду несиметричного КЗ наведені в [2; 4]. Векторні діаграми потрібно будувати в іменованих одиницях в масштабі, який обов’язково вказується на кожній векторній діаграмі. При кресленні діаграм на шинах низької напруги трансформаторів враховується зміна фази напруг окремих послідовностей при переході через трансформатор. 4 Визначення струму замикання на землю в мережі з ізольованою нейтраллю
В електричних мережах напругою 6-35 кВ з ізольованою нейтраллю струм замикання на землю в основному протікає через ємнісні опори неушкоджених фаз щодо землі. Ємнісні опори елементів електричної мережі значно перевищують їх індуктивні й активні опори, і останніми можна зневажити. Це дозволяє вважати, що струм замикання на землю не залежить від місця замикання. В мережах із великою кількістю кабельних ліній величина струму замикання на землю визначається практично лише ємнісними струмами кабельних ліній. Тому у практичних розрахунках цей струм можна наближено визначити за формулою:
де
Середні значення струму Розрахунок струму замикання на землю проводять для такого режиму роботи, коли один з трансформаторів Т3-Т4 відключений, а секційний вимикач (на схемі рис. А.2 – два вимикачі) ввімкнений. З метою покращення гасіння дуги і запобігання розвитку однофазного замикання на землю в міжфазне КЗ у мережах 6-35 кВ встановлюються дугогасильні реактори, за допомогою яких компенсується основна гармоніка ємнісного струму замикання на землю. В курсовій роботі потрібно визначити доцільність установки реактора шляхом порівняння розрахункового значення ємнісного струму з максимально допустимою величиною (для мереж 6 кВ вона становить 30 А).
ОФОРМЛЕННЯ ПОЯСНЮВАЛЬНОЇ ЗАПИСКИ
Результати виконання курсової роботи оформлюються у вигляді пояснювальної записки. Вона повинна складатися з наступних елементів: - титульний лист; - заповнений бланк завдання на курсову роботу, підписаний студентом і викладачем; - реферат; - зміст; - основна частина; - перелік посилань. Основна частина містить у собі вступ, розділи роботи, що відображають зміст і результати виконання роботи, та висновки. Реферат повинен включати у себе: кількість сторінок, рисунків, таблиць, додатків курсової роботи, а також кількість використаних джерел (за переліком посилань); основний текст реферату, що відображує об'єкт розробки, мету роботи, методи розрахунків, отримані результати та область їх використання; перелік ключових слів, що розкривають суть роботи. У вступі потрібно стисло відзначити роль електроенергетики і зокрема систем електропостачання в народному господарстві України, мету курсової роботи та її зв'язок з іншими дисциплінами. У розділах роботи наводяться результати розрахунків і схеми заміщення системи електропостачання (вихідна схема, етапи перетворення, найпростіший вигляд схеми заміщення) із обов'язковим зазначенням нумерації опорів та їх величин. Графічні позначення і буквений код елементів на схемах повинні відповідати вимогам ЄСКД. Розрахункові формули потрібно оформлювати у такому вигляді: спочатку загальний вид, потім підстановка числовихзначень і кінцевий результат із зазначенням розмірностей величин. Всі розрахунки потрібно супроводжувати стислими поясненнями. Нумерація сторінок – наскрізна, починаючи з титульного листа. Номери сторінок проставляють арабськими цифрами у верхньому правому куті сторінки без крапки. На титульному листі номер сторінки не проставляють. Оформлення текстової частини і рисунків може виконуватися вручну або за допомогою комп'ютерної техніки. Додаткові вимоги до оформлення пояснювальної записки наведені у стандарті ДонГТУ «Структура и правила оформления документов по всем видам учебной работы». Зразок оформлення титульного листа наведений у додатку Д.
КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ ДЛЯ ПЕРЕВІРКИ ЗНАНЬ
Під час захисту курсової роботи студент повинен знати відповіді на наступні питання: 1. Які основні припущення приймають при розрахунках КЗ? 2. Чи залежать результати розрахунку струмів КЗ від вибору базисних умов? 3. На чому засновані точне і наближене приведення опорів елементів у схемах заміщення? 4. Як визначити опір енергосистеми, якщо невідома потужність короткого замикання? 5. Чи можна при розрахунку струмів КЗ за типовими кривими об’єднати в одне еквівалентне джерело гілку живлення від енергосистеми з гілками живлення від генераторів і якщо ні, то чому? 6. Як визначити максимальний струм трифазного КЗ на шинах нижчої напруги трансформатора? 7. У яких випадках періодична складова струму КЗ від генераторів не змінюється в часі? 8. Які особливості розрахунку струмів КЗ в електричних мережах напругою до 1 кВ? 9. Для яких елементів електричної мережі опір нульової послідовності відрізняється від опору прямої послідовності? 10. Як впливають троси на індуктивний опір повітряних ЛЕП? 11. Особливості складання схем заміщення нульової послідовності. 12. У чому полягає правило еквівалентності прямої послідовності? 13. Способи зменшення струмів однофазного КЗ. 14. При якому виді несиметричного КЗ напруга прямої послідовності в місці ушкодження буде найбільшою? 15. Сформулюйте правило трансформації окремих послідовностей при переході через трансформатор із з’єднанням обмоток за схемою 16. У яких випадках потрібна установка дугогасильних реакторів в електричних мережах напругою 6-35 кВ?
ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ
1. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. Учебное пособие для вузов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1989.– 608с. 2. Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах. – М.: Энергия, 1970. – 520 с. 3. Переходные процессы в системах электроснабжения / Под ред. В.Н.Винославского. – Киев: Высш. шк., 1989. – 422 с. 4. Рожкова Л.Д., Козулин В.С. Электрооборудование станций и подстанций: Учебник для техникумов. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1987.– 648с. 5. Справочник по электрическим установкам высокого напряжения / Под ред. И.А. Баумштейна, С.А. Бажанова. – М.: Энергоатомиздат, 1989. –768 с. 6. Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник. А.Э. Кравчик, М.М. Шлаф, В.И. Афонин. – М.: Энергоатомиздат, 1982. – 504с.
ДОДАТОК А
Вихідні дані до курсової роботи
Рисунок А.1 – Розрахункова схема електричної системи для варіантів 0-4
Рисунок А.2 – Розрахункова схема електричної системи для варіантів 5-9
Таблиця А.1 – Параметри обладнання ТЕЦ (ТЕС)
Таблиця А.2 – Основні параметри обладнання ГПП
Таблиця А.3 – Параметри повітряних ЛЕП і енергосистеми
Продовження табл. А.3
Примітка. Питомий опір прямої послідовності для повітряних ЛЕП 110-220 кВ можна прийняти Х1=0,4 Ом/км.
Таблиця А.4 – Довжини кабельних ліній, км
Примітка. Кабельні лінії мають наступні значення перетину жили в залежності від потужності електродвигунів (табл. А.5). Таблиця А.5 – Перетини жил кабельних ліній
Перетини жил кабельних ліній KL3 і KL4 приймаються рівними перетинам жил відповідно кабелів KL1 і KL2.
ДОДАТОК Б
Таблиця Б.1 – Формули для визначення приведених значень опорів
ДОДАТОК В
Таблиця В.1 – Середні значення відношення Х/R, ударного коефіцієнта Куд і постійної часу Та для характерних гілок енергосистеми
ДОДАТОК Д
Зразок оформлення титульного листа
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Кафедра „Електричні системи”
КУРСОВА РОБОТА
Тема: „Розрахунок електромагнітних перехідних процесів у системах електропостачання”
Пояснювальна записка до курсової роботи по дисципліні „Перехідні процеси в системах електропостачання”
Виконав студент гр. ЕПМ-05а _____________________________ А.О. Іванов (підпис, дата) (П.І.Б.) Перевірив доцент каф. ЕСИС _____________________________ Н.Г. Пятліна (підпис, дата) (П.І.Б.)
Нормоконтролер ____________________________ Н.Г. Пятліна (підпис, дата) (П.І.Б.)
Донецьк, 2007 р.
|