Меню

Методы расчетов токов кз метод эквивалентной эдс

Методы расчета токов КЗ в СЭЭС переменного тока

Общие сведения.При расчете режима КЗ могут быть применены следующие методы: метод расчетных кривых, аналитический метод, методы расчета на АВМ и ЦВМ.

Расчет токов КЗ начинают с выбора режима работы СЭЭС и составления схемы КЗ. При выборе режима принимается в расчет суммарная номинальная мощность судовых генераторов; если предусмотрена их параллельная работа, резервный генератор не учитывается.

По принципиальной схеме для выбранного режима составляется однолинейная расчетная схема СЭЭС (рис. 201), на которую наносят предполагаемые точки КЗ (К1 – К10), показывают источники электрической энергии (G1G3),асинхронную нагрузку, проверяемое электрооборудование, словом, все элементы схемы, по которым протекают токи КЗ. На расчетной схеме КЗ также указываются тип и мощность источников электроэнергии; тип и номинальная мощность трансформаторов (в том числе и измерительных); тип, площадь сечения и длина кабелей, шинопроводов; мощность эквивалентного двигателя; тип, номинальный ток выключателей, предохранителей. Расчетные точки КЗ намечают так, чтобы выбранный для проверки элемент схемы находился при режиме КЗ в самом тяжелом условии, то есть токи КЗ, протекающие через него, были бы максимальными.

Рис. 201. Исходная расчетная схема для определения токов КЗ

На основании исходной расчетной схемы составляют схемы замещения (рис. 202) для каждой точки КЗ, в которых все элементы показывают связанными электрически.

Рис. 202. Схема замещения для расчета токов КЗ

Элементы схемы замещают активными и реактивными сопротивлениями. После составления схем замещения определяют результирующие сопротивления для каждой из точек КЗ, учитывая индуктивную и активную составляющую каждого элемента расчетной схемы (на фазу).

Расчеты могут выполняться в именованных или относительных единицах. При расчете токов КЗ в относительных единицах используются базисные величины мощности, тока, напряжения, сопротивления:

Для расчета в относительных единицах используют следующие соотношения

Схему замещения преобразуют в эквивалентную схему (рис. 203) с одним эквивалентным генератором относительно каждой расчетной точки КЗ. Принимается при этом ЭДС параллельно работающих генераторов одинаковой, сопротивление генераторных ветвей считают включенными Рис. 203. Упрощенная эквивалентная схема замещения

параллельно. Для каждой точки КЗ находят результирующее сопротивление в относительных единицах .

По значению Zp определяют токи КЗ.

Метод расчетных кривых полного тока. Этот метод применим для СЭЭС, которые приводятся к схемам, изображенным на рис. 204. Сущность метода заключается в том, что для СЭЭС рассчитывают зависимости ударных токов iуд, действующих токов I и теплового импульса тока dt от времени. Рис. 204. Схема СЭЭС с эквивалентными генератором и асинхронным двигателем

При этом принимают во внимание различные значения результирующих сопротивлений Zp контура КЗ в общих относительных единицах с учетом тока подпитки от эквивалентного асинхронного двигателя. Эти зависимости представлены в виде кривых на заданные моменты времени (а для начальных моментов времени, когда значение апериодической составляющей тока велико, еще и для различных значений Хк /rк цепи). Они приводятся в технических справочниках как стандартные расчетные кривые для определения токов КЗ в СЭЭС типового состава и структуры.

Для каждого варианта расчета даны три вида кривых:

Эти кривые даются для различных значений Хк/rк цепи от ГРЩ до точки КЗ (рис. 205–207).

Порядок расчета токов i, I и значений следующий: для каждой точки КЗ составляют расчетную схему замещения без учета эквивалентного двигателя и определяют Zp, хкз /rкзот ГРЩ до точки КЗ или от генератора до точки КЗ; затем определяют

По соответствующим кривым для отношения хкз /rкзнаходят значения токов i = iуд, затем I, теплового импульса тока В. Если хкз /rкз≤0,307, то токи определяют кривыми хкз /rкз = 0,307. Если хкз /rкз > 0,98, кривые можно использовать только для грубой оценки токов КЗ, полагая хкз /rкз = 0,98. При 0,307

где , сверхпереходное индуктивное и активное сопротивления эквивалентного генератора;

, – индуктивное и активное сопротивления цепи от ГРЩ до точки КЗ.

Определяют ток КЗ:

где γ – коэффициент затухания периодической составляющей тока КЗ за время t = 0,01; значение γ определяют по кривым, при-

Рис. 209. Значение коэффициента затухания при t = 0,01 с от Zp при различных веденным на рис. 209 в зависимости от Zp и от постоянной времени периодической составляющей сверхпереходного тока . При одиночной работе генератора или параллельной работе одного типа генераторов = одного генератора. При параллельной работе генераторов разных типов

где – постоянные времени отдельно работающих генераторов;

– мощности отдельных генераторов.

Коэффициент затухания можно определить как для конкретных СЭЭС, так и для СЭЭС с типовыми эквивалентными генераторами по выражению

Ударный коэффициент kyn = p находят по кривой (рис. 210) в зависимости от отношения хр /rр.

Ударный ток

. (221)

Ток подпитки от эквивалентного двигателя

где – сверхпереходная ЭДС эквивалентного двигателя = 0,9;

Uост – остаточное напряжение на шинах ГРЩ;

– полное сверхпереходное сопротивление эквивалентного двигателя и линии.

Ударный ток КЗ от двигателя, кА.

где – номинальная мощность эквивалентного двигателя, кВт;

– номинальное напряжение двигателей, В.

Для расчетов принимают = 0,8; = 0,85. Суммарный ударный ток, кА, в точке КЗ

Дата добавления: 2016-02-02 ; просмотров: 1830 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Расчёт токов короткого замыкания

Расчёт симметричного и несимметричного видов трёхфазного короткого замыкания с помощью метода эквивалентных ЭДС и типовых кривых; определение начального сверхпереходного тока, результирующего сопротивления. Векторные диаграммы токов и напряжений.

Рубрика Физика и энергетика
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 06.01.2014

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Оренбургский государственный университет

Кафедра электроснабжения промышленных предприятий

Переходные процессы в электроэнергетических системах

Расчёт токов короткого замыкания

Задание на курсовую работу

Расчёт токов короткого замыкания

1. Расчётная схема;

2. Таблицы параметров элементов расчётной схемы (исходные данные).

Перечень подлежащих разработке вопросов:

1. Определить методом эквивалентных ЭДС начальное сверхпереходное и установившееся значения тока трёхфазного короткого замыкания;

2. Определить методом типовых кривых токи трёхфазного короткого замыкания;

3. Определить методом типовых кривых при всех видах несимметричного короткого замыкания токи (для различных моментов времени) и напряжения (для момента возникновения КЗ);

3.1 Построить зависимости Iк = f(t);

3.2 Определить коэффициент несимметрии;

3.3 Построить 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

Генераторы с АРВ

Состояние заземляющих ножей в нейтрали трансформаторов

Нагрузка и питающая система

В данной курсовой работе представлен расчёт симметричного и несимметричного вида короткого замыкания с помощью метода эквивалентных ЭДС и типовых кривых.

Осуществляется расчёт тока трёхфазного короткого замыкания (КЗ) методом эквивалентных ЭДС, т.е. расчёт сверхпереходного и установившегося тока КЗ, а также методом типовых кривых для различных моментов времени.

Представлен расчёт тока при несимметричных видах КЗ методом типовых кривых для различных моментов времени, и определены напряжения для начального момента времени. Построены векторные диаграммы для токов и напряжений при несимметричном виде КЗ.

Пояснительная записка содержит 58 страниц, в том числе 46 рисунков и 1 таблицу.

    1. Расчёт трёхфазного короткого замыкания методом эквивалентных ЭДС

    • 1.1 Определение начального сверхпереходного тока
      • 1.1.1 Составление схемы замещения
      • 1.1.2 Определение параметров схемы замещения
      • 1.1.3 Преобразование схемы замещения без учёта нагрузок
      • 1.1.4 Определение характера нагрузок
      • 1.1.5 Преобразование схемы замещения с учётом нагрузок
      • 1.1.6 Определение начального сверхпереходного и ударного токов короткого замыкания
    • 1.2 Определение тока установившегося короткого замыкания
      • 1.2.1 Расчёт параметров генераторов станции
      • 1.2.2 Определение сопротивлений нагрузок
      • 1.2.3 Определение сопротивлений и ЭДС нагрузок
      • 1.2.4 Предварительный выбор режимов работы генераторов и преобразование схемы замещения
      • 1.2.5 Определение токов КЗ в ветвях генераторов
      • 1.2.6 Проверка правильности выборов режимов работы генераторов
  • 2. Расчёт трёхфазного короткого замыкания методом типовых кривых
    • 2.1 Составление и преобразование схемы замещения
    • 2.2 Определение начального тока КЗ от источников питания и нагрузки
    • 2.3 Определение удаленности генераторов станции от места КЗ
    • 2.4 Определение тока КЗ для различных моментов времени
    • 2.5 Определение установившегося тока КЗ
  • 3. Расчёт токов при несимметричных видах КЗ методом типовых кривых
    • 3.1 Составление схем замещения различных последовательностей, определение его параметров, его преобразование и определение результирующего сопротивления
      • 3.1.1 Схема замещения прямой последовательности
      • 3.1.2 Схема замещения обратной последовательности
      • 3.1.3 Схема замещения нулевой последовательности
    • 3.2 Расчёт двухфазного короткого замыкания
      • 3.2.1 Определение начального действующего значения периодической составляющей тока КЗ прямой последовательности от каждого источника
      • 3.2.2 Определение удалённости генераторов станции от места КЗ
      • 3.2.3 Определение результирующего тока КЗ прямой последовательности для соответствующего момента времени
      • 3.2.4 Определение результирующего тока КЗ обратной последовательности для соответствующего момента времени
      • 3.2.5 Определение фазных токов в месте КЗ в соответствующий момент времени
      • 3.2.6 Определение симметричных составляющих и фазных напряжений в месте КЗ в начальный момент времени
      • 3.2.7 Определение коэффициента несимметрии
      • 3.2.8 Построение векторных диаграмм токов и напряжений
    • 3.3 Расчёт двухфазного короткого замыкания на землю
      • 3.3.1 Определение начального действующего значения периодической составляющей тока КЗ прямой последовательности от каждого источника
      • 3.3.2 Определение удалённости генераторов станции от места КЗ
      • 3.3.3 Определение результирующего тока КЗ прямой последовательности для соответствующего момента времени
      • 3.3.4 Определение результирующего тока КЗ обратной последовательности для соответствующего момента времени
      • 3.3.5 Определение результирующего тока КЗ нулевой последовательности для соответствующего момента времени
      • 3.3.6 Определение фазных токов КЗ в соответствующий момент времени
      • 3.3.7 Определение симметричных составляющих и фазных напряжений в начальный момент времени
      • 3.3.8 Определение коэффициента несимметрии
      • 3.3.9 Построение векторных диаграмм токов и напряжений
    • 3.4 Расчёт однофазного короткого замыкания
      • 3.4.1 Определение результирующего тока КЗ обратной последовательности в соответствующий момент времени
      • 3.4.2 Определение результирующего тока КЗ прямой и нулевой последовательности
      • 3.4.3 Определение фазных токов КЗ
      • 3.4.4 Определение симметричных составляющих и фазных напряжений в начальный момент времени
      • 3.4.5 Определение коэффициента несимметрии
      • 3.4.6 Построение векторных диаграмм токов и напряжений
      • 4. Результаты расчётов различных видов токов короткого замыкания и их графическое изображение
  • Заключение
  • Список использованных источников58

1. Расчёт трёхфазного короткого замыкания методом эквивалентных ЭДС

1.1 Определение начального сверхпереходного тока

1.1.1 Составление схемы замещения

Рисунок 1.1 — Схема замещения без учета нагрузок

1.1.2 Определение параметров схемы замещения

Выбор базисных условий

Базисное напряжение и базисная мощность:

Базисный ток Iб, кА:

Базисное сопротивление Xб, Ом:

Определение коэффициентов трансформации трансформаторов и автотрансформаторов для точного привидения

где Uвн1 — высшее напряжение обмотки трансформатора 1 ой станции, кВ;

Uнн1 — низшей напряжение обмотки трансформатора 1 ой станции, кВ.

где Uвн2 — высшее напряжение обмотки трансформатора 2 ой станции, кВ;

Uнн2 — низшей напряжение обмотки трансформатора 2 ой станции, кВ.

где Uвн3 — высшее напряжение обмотки трансформатора 3 ей станции, кВ;

Uнн3 — низшей напряжение обмотки трансформатора 3 ей станции, кВ.

где Uсн — среднее напряжение обмотки автотрансформатора, кВ;

Uнн4 — высшее напряжение обмотки автотрансформатора, кВ.

где Uнн — низшее напряжение обмотки автотрансформатора, кВ;

Определение приведенных сопротивлений трансформаторов и автотрансформаторов

где Uк% — напряжение короткого замыкания трансформатора, %;

Sном — номинальная мощность трансформатора, МВА;

Uн — высшее напряжение обмотки трансформатора, кВ.

Сопротивление обмоток автотрансформатора:

где Uномi — напряжение соответствующей обмотки автотрансформатора, кВ;

Uкв-н; Uкв-с; Uкс-н -напряжения короткого замыкания автотрансформатора, %;

Sном — номинальная мощность автотрансформатора, МВА.

Определение сопротивлений линий

где Х01 — погонное индуктивное сопротивление, Ом/км;

li — длина i-ой линии, км.

Определение приведенных сопротивлений генераторов станции и питающей системы

Сопротивление генераторов станции:

где — сверхпереходное сопротивление генератора i-ой станции;

Uномi — номинальное напряжение генератора i-ой станции, кВ;

Sномi — номинальная мощность генератора i-ой станции, МВА.

Сопротивление питающей системы:

где Uном — номинальное напряжение высшей обмотки автотрансформатора, кВ;

Sк — мощность питающей системы, МВА.

Определение приведенного сопротивления реактора

Определение ЭДС источников

где ЕGi — среднее значение ЭДС для турбогенератора, гидрогенератора и питающей системы (в о.е. при номинальных условиях);

UномGi — номинальное напряжение генераторов и питающей системы, кВ.

1.1.3 Преобразование схемы замещения без учёта нагрузок

Схема замещения, показанная на рисунке 1.1, путем поэтапного преобразования приводится к итоговому виду в соответствии с рисунком1. 6.

Рисунок 1.2 -Преобразования схемы замещения без учёта нагрузок (этап 1)

Рисунок 1.3 — Преобразования схемы замещения без учёта нагрузок (этап 2)

Преобразование треугольника в звезду:

Рисунок 1.4 — Преобразования схемы замещения без учёта нагрузок (этап 3)

Рисунок 1.5 — Преобразования схемы замещения без учёта нагрузок (этап 4)

Рисунок 1.6 — Итоговая схема замещения

По итоговой схеме замещения, показанной на рисунке 6, определяется начальный сверхпереходный ток в месте короткого замыкания:

1.1.4 Определение характера нагрузок

Рисунок 1.7 -Итоговая схема замещения

Рисунок 1.8 -Первый этап развёртывания схемы замещения

Рисунок 1.9 -Второй этап развёртывания схемы замещения

Рисунок 1.10 -Третий этап развёртывания схемы замещения

Рисунок 1.11 -Четвёртый этап развёртывания схемы замещения

Значения остаточных напряжений на шинах станций:

Таким образом, из значений остаточных напряжений , , можно сделать вывод о том, что нагрузка Н1 является генерирующей, а нагрузки Н2 и Н3 являются не генерирующими, поэтому нагрузка Н1 включается в схему замещения с ЭДС равной 0,85, а Н2 и Н3 с ЭДС равной нулю.

Для последующего расчёта необходимо определить приведенные значения сопротивлений нагрузок:

где Х*он =0,35 — среднее значение сопротивления обобщенной нагрузки (в относительных единицах (о.е.) при номинальных условиях);

Uном — номинальное напряжение высшей обмотки трансформатора, кВ;

Sномi — мощность i-ой нагрузки, МВА.

1.1.5 Преобразование схемы замещения с учётом нагрузок

Схема замещения с учётом нагрузок берётся частично преобразованной из рисунка 1.2.

Рисунок 1.12 — Преобразования схемы замещения с учётом нагрузок (этап 1)

Рисунок 1.13 — Преобразования схемы замещения с учётом нагрузок (этап 2)

Рисунок 1.14 — Преобразования схемы замещения с учётом нагрузок (этап 3)

Преобразование треугольника в звезду:

Рисунок 1.15 — Преобразования схемы замещения с учётом нагрузок (этап 4)

Рисунок 1.16 — Преобразования схемы замещения с учётом нагрузок (этап 5)

Рисунок 1.17 — Итоговая схема замещения с учётом нагрузок

1.1.6 Определение начального сверхпереходного и ударного токов короткого замыкания

Определение сверхпереходного тока короткого замыкания (КЗ):

Определение ударного тока КЗ:

1.2 Определение тока установившегося короткого замыкания

1.2.1 Расчёт параметров генераторов станции

Продольное сопротивление генератора:

где ОКЗ — отношение короткого замыкания,

Реактивность реакции статора по продольной оси:

где Ху — индуктивное сопротивление рассеяния.

Ток возбуждения генератора при базисных условиях, А:

где Ifхх — ток возбуждения холостого хода, А.

Ток возбуждения генератора в о.е. при номинальных условиях:

где IfН — номинальный ток возбуждения генератора, А.

Предельный ток возбуждения генератора:

где ке — коэффициент форсировки.

ЭДС генератора при токе возбуждения, равный предельному:

где k = 0,7 — для гидрогенератора; k = 0,8 — для турбогенератора.

Предельное синхронное индуктивное сопротивление генератора:

где SН — номинальная мощность генератора.

Критический ток генератора:

Расчёт величин Еq*пр; ХG*пр; Iкр для станции 2 по формулам (1.18 — 1.25):

Расчёт величин Еq*пр; ХG*пр; Iкр для станции 3 по формулам (1.18 — 1.25):

1.2.2 Определение сопротивлений и ЭДС нагрузок

Поскольку сопротивления обобщенных нагрузок в установившемся режиме короткого замыкания иные, чем в сверхпереходном, выполняется их пересчет по формуле (1.16), где Х*он =1,2:

Нагрузка 1 подключена непосредственно в месте возникновения к. з., никакого влияния на величину тока короткого замыкания не оказывает и поэтому в схему замещения не включается.

ЭДС нагрузок при расчёте установившегося тока КЗ равны нулю.

1.2.3 Предварительный выбор режимов работы генераторов и преобразование схемы замещения

Исходя из расположения точки к. з. можно предположить, что генераторы станций 2 и 3 работают в режиме нормального напряжения (РНН), а генератор станции 1 в режиме предельного возбуждения (РПВ), и следовательно учитываются в схеме замещения следующими параметрами:

Исходная схема замещения для расчёта установившегося тока КЗ представлена на рисунке 1.18.

Рисунок 1.18 — Исходная схема замещения

Рисунок 1.19 — Преобразования схемы замещения (этап 1)

Преобразование треугольника в звезду:

Рисунок 1.20 — Преобразования схемы замещения (этап 2)

Рисунок 1.21 — Преобразования схемы замещения (этап 3)

Рисунок 1.22 — Преобразования схемы замещения (этап 4)

Рисунок 1.23 — Итоговая схема замещения

1.2.5 Определение токов КЗ в ветвях генераторов

1.2.6 Проверка правильности выборов режимов работы генераторов

На основании сравнения величины тока короткого замыкания от каждого генератора с его критическим током можно сделать вывод, что генераторы станции 1 работает в режиме предельного возбуждения, а генераторы станций 2 и 3 в режиме нормального напряжения. Следовательно, режимы работы генераторов выбраны верно и ток установившегося к. з. найден правильно. Результаты сравнения представлены в таблице 1.1.

Источник

Расчет токов короткого замыкания

date image2015-03-07
views image27715

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Расчет токов короткого замыкания (КЗ) необходим для выбора аппаратуры и проверки элементов электроустановок (шин, изоляторов, кабелей и т. д.) на электродинамическую и термическую устойчивость, а также уставок срабатывания защит и проверки их на чувствительность срабатывания. Расчетным видом КЗ для выбора или проверки параметров электрооборудования обычно считают трехфазное КЗ. Однако для выбора и проверки уставок релейной защиты и автоматики требуется определение и несимметричных токов КЗ.

Расчет токов КЗ с учетом действительных характеристик и действительных режимов работы всех элементов системы электроснабжения сложен.

Поэтому для решения большинства практических задач вводят допущения, которые не дают существенных погрешностей:

— трехфазная сеть принимается симметричной;

— не учитываются токи нагрузки;

— не учитываются емкости, а следовательно, и емкостные токи в воздушной и кабельной сетях;

— не учитывается насыщение магнитных систем, что позволяет считать постоянными и не зависящими от тока индуктивные сопротивления всех элементов короткозамкнутой цепи;

— не учитываются токи намагничивания трансформаторов.

В зависимости от назначения расчета токов КЗ выбирают расчетную схему сети, определяют вид КЗ, местоположение точек КЗ на схеме и сопротивления элементов схемы замещения. Расчет токов КЗ в сетях напряжением до 1000 В и выше имеет ряд особенностей, которые рассматриваются ниже.

При определении токов КЗ используют, как правило, один из двух методов:

— метод именованных единиц – в этом случае параметры схемы выражают в именованных единицах (омах, амперах, вольтах и т. д.);

— метод относительных единиц – в этом случае параметры схемы выражают
в долях или процентах от величины, принятой в качестве основной (базисной).

Метод именованных единиц применяют при расчетах токов КЗ сравнительно простых электрических схем с небольшим числом ступеней трансформации.

Метод относительных единиц используют при расчете токов КЗ
в сложных электрических сетях с несколькими ступенями трансформации, присоединенных к районным энергосистемам.

Если расчет выполняют в именованных единицах, то для определения токов КЗ необходимо привести все электрические величины к напряжению ступени, на которой имеет место КЗ.

При расчете в относительных единицах все величины сравнивают с базисными, в качестве которых принимают базисную мощность одного трансформатора ГПП или условную единицу мощности, например 100 или 1000 МВА.

В качестве базисного напряжения принимают среднее напряжение той ступени, на которой произошло КЗ (Uср = 6,3; 10,5; 21; 37; 115; 230 кВ). Сопротивления элементов системы электроснабжения приводят к базисным условиям в соответствии с табл. 3.1.

Средние удельные значения индуктивных сопротивлений воздушных и кабельных линий электропередачи

Линия электропередачи xуд, Ом/км
Одноцепная воздушная линия, кВ:
6−220 0,4
220−330 (при расщеплении на два провода в фазе) 0,325
400−500 (при расщеплении на три провода в фазе) 0,307
750 (при расщеплении на четыре провода в фазе) 0,28
Трехжильный кабель, кВ:
6−10 0,08
0,12
Одножильный маслонаполненный кабель 110−220 кВ 0,16

Расчет токов КЗ начинают с составления расчетной схемы электроустановки. На расчетной схеме указываются все параметры, влияющие на величину тока КЗ (мощности источников питания, средне номинальные значения ступеней напряжения, паспортные данные электрооборудования), и расчетные точки, в которых необходимо определить токи КЗ. Как правило, это сборные шины ГПП, РУ, РП или начало питающих линий. Точки КЗ нумеруют в порядке их рассмотрения начиная с высших ступеней.

По расчетной схеме составляется электрическая схема замещения. Схемой замещения называется схема, соответствующая по своим параметрам расчетной схеме, в которой все электромагнитные (трансформаторные) связи заменены электрическими. На рис. 3.1 приведен пример расчетной схемы, а на рис. 3.2 – соответствующая ему схема замещения.

При составлении схемы замещения для электроустановок выше 1000 В учитывают индуктивные сопротивления электрических машин, силовых трансформаторов и автотрансформаторов, реакторов, воздушных и кабельных линий. Средние удельные значения индуктивных сопротивлений воздушных и кабельных линий электропередачи приведены в табл. 3.2. Активные сопротивления учитывают только для воздушных линий с проводами небольшого сечения и со стальными проводами, а также для протяженных кабельных линий с небольшим сечением.

Активное сопротивление трансформаторов учитывают в случае, когда среднее номинальное напряжение ступени, где находится точка короткого замыкания, В и мощность трансформатора кВА или питающая и отходящая линии выполнены из стальных проводов.

Рис. 3.1. Расчетная схема Рис. 3.2. Схема замещения

После составления схемы замещения необходимо определить ее параметры. Параметры схемы замещения определяются в зависимости от выбранного метода расчета токов КЗ в именованных или относительных единицах. Формулы для определения параметров схемы замещения приведены в табл. 3.2.

Далее схему замещения путем постепенного преобразования (последовательное и параллельное сложение, преобразование треугольника в звезду и др.) приводят к простейшему виду так, чтобы источник питания был связан с точкой КЗ одним результирующим сопротивлением. Преобразования схемы замещения производятся для каждой точки КЗ отдельно.

Расчетные выражения для определения приведенных значений сопротивлений

Элемент электроустановки Исходный параметр Именованные единицы, Ом Относительные единицы, о. е.
Генератор (G) ; , МВ?А
, %; , МВ?А
Энергосистема (С) Sк, МВ?А
Iоткл.ном, кА
; , МВ?А
Трансформатор (Т) uк, % Sном. т, МВ?А
Автотрансформатор и трехобмоточный трансформатор (Т) (схема замещения – звезда) uк,В−С, %; uк,В−Н, %; uк,С−Н, %; , МВ?А ; ; ; ;

Окончание табл. 3.2

2
Трансформатор с расщепленной обмоткой низшего напряжения (Т) Uк,В−Н, %; Sном. т, МВ?А ; ;
Синхронные и асинхронные электродвигатели, компенсаторы (М) ; Sном. М, МВ?А
Реактор (LR) xном.LR, Ом
Линия электропередачи (W) xуд, Ом/км; l, км
Примечание: Sном – номинальные мощности элементов (генератора, трансформатора, энергосистемы), МВ?А; Sб – базисная мощность, МВ?А; Sк – мощность КЗ энергосистемы, МВ?А; Iоткл. ном – номинальный ток отключения выключателя, кА; х*ном. С − относительное номинальное сопротивление энергосистемы; uк % − напряжение КЗ трансформатора; Iб – базисный ток, кА; Uср – среднее напряжение в месте установки данного элемента, кВ; xуд – индуктивное сопротивление линии на 1 км длины, Ом/км; l – длина линии, км

Зная результирующее сопротивление до точки КЗ, по закону Ома определяют токи КЗ [8].

При расчете в именованных единицах:

где − ток КЗ, приведенный к базисной ступени напряжения; Uб – напряжение базисной ступени напряжения; Zрез – полное сопротивление (если учитываются индуктивные и активные сопротивления) от источника питания до точки КЗ.

Если напряжение ступени КЗ отличается от напряжения, принятого при расчете за базисное напряжение, полученный ток КЗ необходимо привести к реальному напряжению ступени КЗ по выражению:

где Uсрн – напряжение ступени КЗ.

При расчете в относительных единицах:

где – базисный ток той ступени, на которой определяют ток КЗ; Zрез – полное приведенное сопротивление от источника питания до точки КЗ; Sб – базисная мощность.

При расчете токов КЗ в большинстве случаев требуется знать следующие значения:

– начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ (сверхпереходной ток);

Iу – действующее значение полного тока КЗ за первый период;

I − ток установившегося режима;

Iпt – периодическая составляющая тока КЗ в момент времени t = τ.

Источник



Расчет токов короткого замыкания методом эквивалентных ЭДС

При учебном проектировании будем применять метод эквивалентных ЭДС. Он используется для расчета токов трехфазного короткого замыкания и токов прямой последовательности несимметричных КЗ. Наиболее часто определяются токи в начальный момент короткого замыкания.

Расчет производят исходя из следующих положений. Все источники, участвующие в питании рассматриваемой точки, работают с номинальной нагрузкой. Синхронные машины имеют автоматические регуляторы напряжения и устройства быстродействующей форсировки возбуждения. Короткое замыкание наступает в такой момент времени, при котором ток КЗ имеет наибольшее значение. Электродвижущие силы всех источников питания совпадают по фазе. Расчетное напряжение каждой ступени принимают на 5 % выше номинального напряжения сети (среднее номинальной напряжение), а именно: 515; 340; 230; 154; 115; 37; 24; 18; 15,75; 13,8; 10,5; 6,3; 3,15; 0,69; 0,525; 0,4; 0,23; 0,133 .

Учитывают влияние на токи КЗ присоединенных к данной сети синхронных компенсаторов, синхронных и асинхронных электродвигателей. Влияние асинхронных электродвигателей на токи КЗ не учитывают при единичной мощности АД до , если электродвигатели отдалены от места КЗ одной ступенью трансформации, а также при любой мощности, если они отделены от места КЗ двумя и более ступенями трансформации.

В электроустановках напряжением выше учитывают индуктивные сопротивления электрических машин, силовых трансформаторов и автотрансформаторов, реакторов, воздушных и кабельных линий, токопроводов. Активные сопротивления следует учитывать только для воздушных линий с проводами малых площадей сечений и стальными проводами, а также для протяженных кабельных сетей малых сечений с большим активным сопротивлением при условии, если .

В электроустановках напряжением до учитывают индуктивные и активные сопротивления всех элементов короткозамкнутой цепи (переходные контакты аппаратов, токовые катушки, переходные сопротивления и т.д.). При этом следует отметить, что влияние сопротивления энергосистемы на результаты расчета токов КЗ на стороне до невелико.

Расчетная схема для определения токов КЗ представляет собой схему в однолинейном исполнении, в которую введены генераторы, компенсаторы, синхронные и асинхронные двигатели, оказывающие влияние на ток КЗ, а также элементы системы электроснабжения (линии, трансформаторы, реакторы), связывающие источники электроэнергии с местом КЗ. По расчетной схеме составляют схему замещения. Элементы системы электроснабжения, связывающие источники электроэнергии с местом КЗ, вводят в схему замещения сопротивлениями, а источники электроэнергии – сопротивлениями и ЭДС. Сопротивления и ЭДС схемы замещения должны быть приведены к одной ступени напряжения (основная ступень). В практических расчетах за основную ступень удобно принимать ступень, где определяются токи КЗ. Параметры элементов схемы замещения можно выражать в именованных или относительных единицах.

Алгоритм расчета следующий:

1. Составить схему замещения сверхпереходного режима.

2. Привести сопротивления элементов и ЭДС к одной ступени напряжения и к одинаковым базисным условиям.

3. Свернуть схему относительно места КЗ. Определить суммарные ЭДС и сопротивление в начальный момент времени.

4. Найти начальный сверхпереходный ток в месте КЗ.

5. Распределить ток КЗ по ветвям схемы и определить остаточные напряжения.

Рассмотрим каждый пункт алгоритма.

1. Схема замещения составляется только для особой фазы, т.е. фазы, находящейся в условиях, отличных от других фаз. Так при замыкании фазы на землю особой будет фаза , а при замыкании между собой фаз и особой будет фаза .

Все источники (генераторы, крупные компенсаторы, синхронные и асинхронные двигатели мощностью и выше, а также обобщенная нагрузка) вводится в схему замещения своими сверхпереходными параметрами – и . Фазная сверхпереходная ЭДС:

где , , – фазное напряжение, ток и угол сдвига между ними в предшествующем режиме (для синхронных генераторов, двигателей и перевозбужденных синхронных компенсаторов берется знак «+», для асинхронных двигателей и недовозбужденных синхронных двигателей – «-»).

Для упрощения расчетов принимают, что сверхпереходные индуктивные сопротивления по продольной ( ) и поперечной ( ) осям одинаковы и равны .

Если требуется определить ток только в месте КЗ, то принимают следующие допущения: учитываются только двигательные нагрузки, расположенные в месте короткого замыкания; генераторы, имеющие нагрузку на генераторном напряжении, вводятся в схему замещения ЭДС: (соответствует эквивалентной ЭДС нагруженного генератора и обобщенной нагрузке). Если нет полных данных о действительных значениях сверхпереходных сопротивлений, нагрузке и других параметрах источников, то можно принимать средние значения и (см. табл. 6.1).

В современных энергосистемах имеются достаточно мощные источники (крупные электростанции или энергосистемы), электрически удаленные от места КЗ или от ветви, в которой определяется ток. Напряжение в месте подключения такого источника неограниченной мощности практически остается неизменным и его ЭДС в относительных единицах принимают равным единице, в именованных – номинальному напряжению, а сопротивление – равным нулю.

Для более близко расположенных источников иногда отсутствуют данные о сопротивлениях, но известны ток или мощность короткого замыкания в сети. В этом случае сопротивление находят по выражениям из таблицы 6.2.

Таблица 6.1 — Средние значения параметров *

Наименование источника
Источник неограниченной мощности 1,00
Турбогенератор до 0,13 1,08
Турбогенератор 0,20 1,13
Гидрогенератор с демпферной обмоткой 0,20 1,13
Гидрогенератор без демпферной обмотки 0,27 1,18
Синхронный компенсатор 0,20 1,20
Синхронный двигатель 0,20 1,10
Асинхронный двигатель 0,20 0,90
Обобщенная нагрузка 0,35 0,85

* в относительных единицах при номинальных условиях

Таблица 6.2 — Определение величины сопротивлений элементов цепи

Наименование элемента в именованных единицах в относительных единицах
Любая синхронная или асинхронная машина, обобщенная нагрузка
Трансформатор
Реактор
Воздушная или кабельная линия
Система при известном токе КЗ
Система при известной мощности КЗ

где – заданный ток КЗ энергосистемы; – номинальное реактивное сопротивление реактора; – среднее сопротивление линии; – длина линии.

2. При составлении схемы замещения в относительных единицах значение ЭДС и сопротивлений схемы выражают в долях выбранных значений базисных величин (т.е. должны быть приведены к базисным условиям). В качестве базисных величин произвольно принимаются базисная мощность и базисное напряжение .

При расчете в именованных единицах сопротивления всех элементов приводят к одному напряжению, как правило, к напряжению ступени короткого замыкания.

В таблице 6.2 в выражениях не учитываются реальные коэффициенты трансформации (используются средние номинальные напряжения соответствующих ступеней). Это значительно упрощает расчет. Приведенное сопротивление:

где – сопротивление рассматриваемого элемента в именованных единицах на той ступени, где находится элемент;

, – соответственно средние номинальные напряжения ступени приведения и ступени, на которой находится элемент.

При более точных расчетах учитывают действительные коэффициенты трансформации.

На схемах замещения сопротивления обозначаются дробью, числитель которой обозначает порядковый номер сопротивления, а знаменатель – значение сопротивления, приведенное к одной ступени напряжения или к одинаковым базисным условиям.

При расчете в относительных единицах паспортные параметры элементов должны быть приведены к базисным условиям.

3. Место короткого замыкания выбирается в зависимости от цели расчета (для выбора выключателя, разрядника, схем станций или подстанций, выбора и настройки релейной защиты и т.д.).

При выборе выключателя определяются наибольшие величины тока КЗ, поэтому принимается, что замыкание произошло непосредственно у выводов выключателя. Значительно большее разнообразие в определении места КЗ имеется при выборе и настройки устройств релейной защиты. Так, при выборе защиты линии место короткого замыкания принимается поочередно в ряде точек защищаемой линии, а также за ближайшим элементом примыкающей сети, т.е. понижающим или повышающим трансформатором.

Составив схему замещения, далее следует её преобразовать (свернуть) относительно места КЗ по методу эквивалентных ЭДС. При этом определяются эквивалентная ЭДС всей системы и суммарное эквивалентное сопротивление .

4. Начальный сверхпереходный ток в месте КЗ находится по выражениям:

а) при расчете в именованных единицах, :

где и – соответственно линейное и фазное значения эквивалентной ЭДС схемы замещения, .

б) при расчете в относительных единицах:

где – ток в месте КЗ, о.е.;

– базисный ток ступени короткого замыкания, ;

и – эквивалентная ЭДС и суммарное сопротивление схемы замещения при принятых базисных условиях, о.е.;

– принятая базисная мощность, ;

– среднее номинальное напряжение ступени короткого замыкания, .

При расчетах токов трехфазного КЗ для выбора аппаратов и проводников принято считать, что максимальное мгновенное значение тока КЗ или ударный ток наступает через 0,01 секунды с момента возникновения короткого замыкания.

Для схем с последовательно включенными элементами ударный ток подсчитывается по выражению:

где – ударный коэффициент для времени ;

– постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ, определяемая по таблице 6.3, или рассчитывается по формуле:

где и – результирующие индуктивное и активное сопротивления цепи КЗ, ;

– синхронная угловая частота напряжения сети, .

Таблица 6.3 — Значение постоянной времени цепи короткого замыкания и ударного коэффициента для различных мест короткого замыкания в системе

Место короткого замыкания
Шины станции 6 – 10 с генераторами 30 – 60 0,185 1,95
За линейным реактором генераторного напряжения 0,125 1,93
Шины высокого напряжения РУ с трансформаторами 100 и выше 0,14 1,94
То же с трансформаторами 32 – 80 0,115 1,92
Сборные шины 6 – 10 понижающих подстанций с трансформаторами по 100 и выше 0,095 1,9
То же с трансформаторами по 25 – 80 0,065 1,85
То же с трансформаторами 20 и ниже и с трансформаторами 32 с расщепленными обмотками 0,05 1,8
Токи КЗ за реакторами с номинальным током, : 1000 и выше 630 и ниже 0,23 0,1 1,96 1,9
РУ 6 – 10 промышленных предприятий 0,01 1,37
На стороне вторичного напряжения понижающих трансформаторов мощностью 1 и менее 1,3
В распределительных сетях 0,4 1,1

При расчете тока КЗ в сетях напряжением до достаточно оценить его наибольшее значение, так как именно его используют для проверки аппаратов токоведущих устройств. Наибольший ток КЗ имеет место обычно при трехфазном замыкании [10].

Ток трехфазного КЗ определяется по формуле:

где , – соответственно суммарное активное и суммарное индуктивное сопротивления цепи КЗ, .

Суммарные активное и индуктивное сопротивления складываются из:

где и – активное и реактивное сопротивления трансформатора, ;

и – активное и реактивное сопротивления реакторов, ;

и – активное и реактивное сопротивления первичных обмоток трансформаторов тока, ;

и – активное и реактивное сопротивление токовых катушек автоматических выключателей, ;

и – активное и реактивное сопротивления шинопроводов, ;

– суммарное активное сопротивление различных контактов, ( при учебном проектировании принимают: – для контактных соединений кабелей; – для шинопроводов; – для коммутационных аппаратов);

, и , – активные и реактивные сопротивления кабельных и воздуш ных линий, ;

– индуктивное сопротивление системы до понижающего трансформатора, , приведенное к ступени низшего напряжения;

– активное сопротивление дуги в месте КЗ, , принимаем по данным таблицы 6.4.

Таблица 6.4 — Расчетные условия короткого замыкания

Расчетные условия КЗ

Активное сопротивление дуги, , при КЗ за трансформаторами мощностью,

Ударный ток КЗ определяется по формуле:

Если к месту КЗ подключены асинхронные и синхронные двигатели, то нужно учитывать их влияние. Действующее значение периодической составляющей тока трехфазного КЗ за первый период от асинхронного двигателя можно определить по формуле

где 0,9 – расчетная относительная ЭДС асинхронного двигателя (начальное значение сверхпереходной ЭДС двигателя);

– относительное сверхпереходное индуктивное сопротивление асинхронного двигателя;

– номинальный ток одновременно работающих электродвигателей.

Суммарное значение ударного тока КЗ с учетом электродвигателей определяют по формуле

Иногда, например, в сетях с глухозаземленной нейтралью, токи однофазного КЗ оказываются меньше значений, достаточных для срабатывания автоматов защиты. Поэтому в подобных сетях необходимо определять минимальное значение токов КЗ, которое соответствует току замыкания фазы на заземленный корпус или нулевой провод. При этом необходимо, чтобы наименьший ток КЗ не менее чем в 3 раза превышал номинальный ток соответствующей плавкой вставки.

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Источник

Читайте также:  Измерение тока верхнего плеча

Электрика и электричество © 2021
Внимание! Информация, опубликованная на сайте, носит исключительно ознакомительный характер и не является рекомендацией к применению.