Расчёт токов короткого замыкания

Цель методических указаний состоит в определении требований к оформлению пояснительной записки к курсовой работе и порядка выполнения расчетов токов короткого замыкания (КЗ), а также в представлении студентам табличных и графических зависимостей, необходимых при инженерных расчетах электромагнитных переходных процессов, и методической помощи в использовании вычислительной техники для этих расчетов.

1 ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

Пояснительная записка по курсовой работе должна содержать:

1) титульный лист;

2) реферат;

3) содержание;

4) перечень условных обозначений;

5) введение;

6) основную часть;

7) заключение;

8) список источников информации;

9) приложения (если они есть);

Пояснительная записка должна быть выполнена и оформлена в соответствии с требованиями ГОСТа.

Образец титульного листа приведен в приложении.

1.1 Реферат

Реферат – краткое изложение содержания курсовой работы, включающее основные сведения, необходимые для первоначального ознакомления с работой.

Реферат должен содержать: сведения об объеме пояснительной записки, перечень ключевых слов, текст реферата.

В сведения об объеме пояснительной записки включают: количество страниц, количество иллюстраций, таблиц, источников информации и приложений.

Объем реферата не должен превышать одной страницы.

1.2 Содержание

Содержание включает структурные части записки в следующей последовательности: введение, наименования разделов и подразделов основной части записки, заключение, список источников информации, приложения. Слово страница или его сокращение не пишут.

1.3 Введение

Во введении необходимо сформулировать задачу расчёта электромагнитных переходных процессов в электроэнергетических системах, а также охарактеризовать математический аппарат и основные допущения, принимаемые при расчётах.

1.4 Основная часть

В основную часть включают:

1) текст задания;

2) расчетную схему электрической системы и параметры ее элементов;

3) эквивалентную схему замещения электрической системы и расчет параметров ее элементов;

4) расчет симметричного КЗ;

5) расчет несимметричного КЗ;

6) векторные диаграммы;

7) результаты расчёта на персональном компьютере (ПК);

1.5 Заключение

В заключении должны быть приведены краткие выводы по результатам выполненной работы.

1.6 Список источников информации

Список источников информации – это перечень цитируемых, рассматриваемых и упоминаемых источников информации. Источники информации записывают в список источников информации по мере появления на них ссылок в тексте. Ссылки на источники информации обозначают порядковым номером, заключенным в квадратные скобки.

2 ТЕКСТ ЗАДАНИЯ

Курсовая работа состоит из трёх частей:

1) расчет токов и напряжений симметричного (трехфазного) КЗ;

2) расчет токов и напряжений несимметричного КЗ, вид которого указывается в задании;

3) расчет токов симметричного КЗ с использованием ПК.

2.1 Расчет токов и напряжений симметричного КЗ.

В первой части курсовой работы необходимо при трехфазном КЗ в заданной точке электрической системы определить:

1) действующие значения периодической составляющей тока и мощности в точке КЗ для начального момента времени;

2) действующее значение периодической составляющей тока в момент расхождения контактов выключателя;

3) действующее значение установившегося тока КЗ;

4) мгновенное значение апериодической составляющей тока в точке КЗ для заданного момента времени;

5) мгновенное и действующее значения ударного тока КЗ;

6) значение остаточного напряжения в указанной точке для начального момента времени КЗ.

2.2 Расчет токов и напряжений несимметричного КЗ.

При несимметричном КЗ в заданной точке электрической системы необходимо:

1) определить действующие значения периодической составляющей тока и напряжения в месте несимметричного КЗ для заданного момента времени;

2) построить векторные диаграммы токов и напряжений в месте несимметричного КЗ для заданного момента времени;

3) определить действующие значения периодической составляющей тока КЗ в указанном сечении и напряжения в указанном узле для заданного момента времени;

4) построить векторные диаграммы токов в указанном сечении и напряжений в указанном узле;

5) определить ток, протекающий в нейтрали заданного трансформатора.

2.3 Расчёт токов КЗ с использованием ПК.

При трёхфазном КЗ в точках  и  рассчитать на компьютере:

1) действующее значение периодической составляющей тока КЗ для заданного момента времени;

2) ударный ток КЗ;

3) апериодическую составляющую тока КЗ для заданного момента времени;

4) тепловой импульс при трёхфазном КЗ.

3 РАСЧЕТНАЯ СХЕМА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ И ПАРАМЕТРЫ ЕЕ ЭЛЕМЕНТОВ

Чтобы определить расчетный ток КЗ с целью проверки электрических аппаратов и проводников по условиям короткого замыкания, необходимо предварительно составить расчетную схему электроустановки.

В нее включают все элементы электроустановки, влияющие на величину тока КЗ. При этом необходимо учитывать удаленность точки КЗ от какого-либо источника ЭДС.

В приближенных расчетах для генератора или синхронного компенсатора КЗ допустимо считать удаленным, если расчетная точка КЗ находится по отношению к синхронной машине за двумя и более трансформаторами или за реактором, сопротивление которого превышает сверхпереходное сопротивление синхронной машины более чем в два раза.

Для синхронного или асинхронного электродвигателя КЗ допустимо считать удаленным, если расчетная точка КЗ находится за трансформатором или за реактором, сопротивление которого в два раза превышает сверхпереходное сопротивление электродвигателя.

Электродвигатели, для которых расчетное КЗ является удаленным, в расчетную схему не вводятся.

4 ЭКВИВАЛЕНТНАЯ СХЕМА ЗАМЕЩЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ И РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ЕЕ ЭЛЕМЕНТОВ

4.1 Составление эквивалентной схемы замещения.

Схема замещения составляется на основе расчетной схемы электрической системы. При расчете симметричных режимов достаточно составить схему замещения прямой последовательности.

При расчете несимметричных режимов необходимо в общем случае составить три однолинейных схемы замещения: прямой, обратной и нулевой последовательностей. Каждое сопротивление элемента схемы замещения обозначается в виде дроби - в числителе указывается порядковый номер сопротивления, в знаменателе - величина сопротивления.

При сворачивании схемы замещения в пояснительной записке следует приводить все промежуточные схемы преобразования, обозначая новые сопротивления возрастающими порядковыми номерами.

4.2 Расчет параметров элементов эквивалентной схемы замещения.

Расчет проводится в относительных единицах (о.е.) по формулам приближенного приведения. Произвольно задается базисная мощность (МВА) и базисное напряжение (кВ). Рекомендуется принять =1ОО МВА, = - равным среднему напряжению ступени.

Среднее напряжение для ступени определяется согласно следующей шкале: 1115; 770; 515; 340; 230; 154; 115; 37; 27; 24; 20; 18; 15,75; 13,8; 10,5; 6,3; 3,15 (кВ) [4].

Расчет сопротивлений элементов схемы замещения, приведенных к ступени КЗ, производится по формулам:

Генератор:

            (1)

Двухобмоточный трансформатор:

.          (2)

Трехобмоточный трансформатор или автотрансформатор:

     ; ;         (3)

где                                 

Если напряжение КЗ какой-либо из обмоток получается равным нулю или меньше нуля, то сопротивление соответствующей обмотки трансформатора принимается равным нулю.

Реактор:

                   ,                      (4)

где - среднее напряжение ступени, на которой установлен реактор.

Линия:

                        .                           (5)

Нагрузка:

                     .                        (6)

―задание узла короткого замыкания и расчёт токов, а также, после расчёта, просмотр токов в произвольных ветвях при рассчитанном коротком замыкании ― чтение ранее подготовленного описания схемы из файла на магнитном носителе ― запись набранной на экране схемы и её параметров в файл для последующего использования ― завершение работы с программой или переход к новой схеме ― документирование результатов

Система:

при известной мощности короткого замыкания:

                             .                                (7)

при известной номинальной мощности и относительном сопротивлении:

                                                       (8)

при известном номинальном напряжении и сопротивлении в именованных единицах:

                                                         (9)

для системы бесконечной мощности:

Примечание:

Индексы, использованные в предыдущих формулах, означают:

" " – значение, приведенное к основной ступени напряжения (ступени КЗ) и к базисным условиям,

"* " - относительное значение,

"" – значение, приведенное к номинальным условиям.

В дальнейших расчетах индексы можно не указывать.

При расчетах необходимо приводить формулы в общем виде с последующей подстановкой в них численных значений и указанием полученного результата и размерности. Расчеты выполнять с точностью до второго десятичного знака для значений >1, или до третьего знака для значений <1.

5 РАСЧЕТ ТОКОВ И НАПРЯЖЕНИЙ СИММЕТРИЧНОГО КЗ

5.1 Основные допущения

При расчетах токов короткого замыкания допускается:

1) не учитывать сдвиг по фазе ЭДС различных синхронных машин и изменение их частоты вращения, если продолжительность КЗ не превышает 0.5 с;

2) не учитывать межсистемные связи, выполненные с помощью электропередачи (вставки) постоянного тока;

3) не учитывать поперечную емкость воздушных линий электропередачи напряжением 110-220 кВ, если их длина не превышает 200 км, и напряжением 330-500 кВ, если их длина не превышает 150 км;

4) не учитывать насыщение магнитных систем электрических машин;

5) не учитывать токи намагничивания трансформаторов и автотрансформаторов;

6) не учитывать влияние активных сопротивлений различных элементов исходной расчетной схемы на амплитуду периодической составляющей тока КЗ, если активная составляющая результирующего эквивалентного сопротивления расчетной схемы относительно точки КЗ не превышает 30 % от индуктивной составляющей результирующего эквивалентного сопротивления;

7) приближенно учитывать затухание апериодической составляющей тока КЗ, если исходная расчетная схема содержит несколько независимых контуров;

8) приближенно учитывать электроприемники, сосредоточенные в отдельных узлах исходной расчетной схемы.

5.2 Расчет действующих значений периодической составляющей тока и мощности в точке КЗ для начального момента времени.

При расчете начального действующего значения периодической составляющей тока трехфазного КЗ в электроустановках напряжением свыше 1 кВ в исходной расчетной схеме должны быть заданы все синхронные генераторы и компенсаторы, а также синхронные и асинхронные электродвигатели мощностью 100 кВТ и более, если между электродвигателями и точкой КЗ отсутствуют токоограничивающие реакторы или силовые трансформаторы.

Порядок расчета.

1) Для заданной расчетной схемы ЭС составить схему замещения, в которой синхронные генераторы и электродвигатели учитываются своими сверхпереходными параметрами, т.е. ЭДС- и сопротивлением . Модуль ЭДС определяется по формуле:

   ,       10

а для синхронных компенсаторов по формуле

                       ,                           11

где  - напряжение на выводах генератора, его ток и угол сдвига между ними в исходном режиме. В относительных единицах =1. Знак «+» относится к синхронным машинам, которые к моменту КЗ работали в режиме перевозбуждения, а знак «-» -к работавшим с недовозбуждением.

Сверхпереходная ЭДС асинхронных электродвигателей определяется по формуле

  ,     12

При отсутствии необходимых данных можно воспользоваться средними относительными значениями , указанными в табл.5.1 [1].

Значения сопротивлений генераторов и нагрузок необходимо привести к базисным условиям и к основной ступени напряжения по формулам (1 и 6), заменив в них на , на  соответственно. Значения сопротивлений остальных элементов схемы замещения рассчитываются по формулам подраздела 4.2.

Таблица 5.1.

2) Свернуть схему замещения к простейшему виду (рис.5.1). Найти результирующее сопротивление  и результирующую эквивалентную ЭДС .

Рисунок 5.1

При преобразовании схемы замещения возникает необходимость в определении эквивалентной ЭДС. Если ЭДС источников не равны, то эквивалентная ЭДС для двух параллельных ветвей определяется по формуле:

,

где  - ЭДС первого и второго источников питания,

 - сопротивления от источников до общей точки "А" (рис.5.2).

                                 E1                  Х1

                                 E2                   Х2                                      К                            

                                        EЭКВ     ХЭКВ             А        Х3                                            

                                                                                                К

Рисунок.5.2.

3) Определить начальное действующее значение периодической составляющей тока в точке КЗ в кА по формуле:

,

 где  - базисный ток на ступени КЗ в кА.

4) Вычислить мощность короткого замыкания в МВА по формуле:

,

где  - номинальное напряжение на ступени КЗ в кВ.

Пример №1. Для расчетной схемы представленной на рис.5.3 найти действующее значение периодической составляющей тока K3 в точке “K” для начального момента времени.

Параметры расчетной схемы:

Генератор G:  МВА; =15,75 кВ; =0,190.

Система С:=15 Oм; =230 кВ.

Автотрансформатор АТ: 125 МВА;

Страницы: 1, 2