Расчёт токов симметричного и несимметричного короткого замыкания

Министерство образования и науки Украины ГВУЗ Приазовский государственный технический университет КУРСОВАЯ РАБОТА По дисциплине Электромагнитные переходные процессы Выполнил: ст. гр. И09-ЭПП-2

Виниченко А.В.

Проверил: Нестерович В.В.

Мариуполь 2010

1. Выбор параметров элементов электрической системы

2. Расчет симметричного короткого замыкания в заданной точке

2.1 Составление схемы замещения прямой и обратной последовательностей электрической системы

2.2 Расчёт параметров схем замещения отдельных элементов

2.3 Преобразование схемы замещения к простейшему виду относительно точки короткого замыкания и расчёт результирующих сопротивлений

2.4 Расчёт начальных значений периодической и апериодической составляющих тока короткого замыкания в заданной точке

2.5 Расчёт значения периодической и апериодической составляющих тока короткого замыкания для моментов времени равных 0,1 с, 0,2 с и 0,5 с.

2.6 Расчёт значения ударного тока короткого замыкания

2.7 Расчёт значения мощности короткого замыкания для начального момента времени и момента времени равного 0,2 с.

3. Расчёт несимметричного короткого замыкания в заданной точке

3.1 Составление схемы замещения нулевой последовательностей электрической системы

3.2 Расчёт параметров схемы замещения обратной и нулевой последовательностей

3.3 Расчёт начального значение токов отдельных последовательностей и периодической составляющей полного тока поврежденной фазы в заданной точке

3.4 Расчёт значения периодической составляющей тока короткого замыкания для моментов времени равных 0,1 с, 0,2 с и 0,5 с

3.5 Расчёт значения мощности короткого замыкания для начального момента времени и момента времени равного 0,2 с

3.6 Комплексная схема замещения Литература

1. Выбор параметров элементов электрической системы Таблица 1

Исходные данные курсовой работы

Расчётная точка КЗ — К6.

Электрическая схема заданной цепи для варианта № 54 с учётом отключенных выключателелей Q15, Q9, Q17, Q10, Q19.

По схеме с учётом отключённых выключателей примем три базисных напряжения и базисную мощность системы:

U_б1= 154 кВ (напряжение от системы С-1).

U_б2= 10,5 кВ (напряжение от турбогенератора G1).

U_б3=37 кВ (напряжение от автотрансформатора Т5)

S_б=100МВА.

Таблица 2

Параметры выбранных автотрансформаторов и трансформаторов

Таблица3

Праметры выбранного турбогенератора G1

Таблица 4

Параметры ЛЭП Л-1.(для линии 154кВ)

Таблица 5

Параметры ЛЭП Л-2.(для линии 37кВ)

2. Расчет симметричного короткого замыкания в заданной точке

2.1 Составление схемы замещения прямой и обратной последовательностей электрической системы.

Рис. 1. — Схема замещения прямой последовательности Нагрузки и двигателя, расположенные за трансформатором относительно точки КЗ, не учитываются, — поэтому в схеме замещения неучитывается автотрансформатор Т5 и все, что за ним расположено.

Схема замещения обратной последовательности по конфигурации аналогична схеме замещения прямой последовательности. ЭДС источников питания в схеме замещения обратной последовательности отсутствуют, а в месте повреждения прикладывается напряжение обратной последовательности .

2.2 Расчёт параметров схемы замещения отдельных элементов Сверхпереходное ЭДС турбогенератора G1:

где напряжение на выводах машины в момент, предшествующий КЗ;

ток статора в момент, предшествующий КЗ;

угол сдвига фаз напряжения и тока в момент, предшествующий КЗ;

сверхпереходное сопротивление, принимаемое равным для синхронных машин.

Индуктивное сопротивление системы бесконечной мощности

где — мощность трехфазного короткого замыкания в узле подключения системы, МВА.

Индуктивное сопротивление двухобмоточного трансформатора

где — напряжение КЗ,%

S_б — базисное напряжение, МВА.

— номинальная мощность тр-ра, МВА.

Индуктивное сопротивление линии электропередачи Л2

где базисное напряжение ступени трансформации, на которой находится линия, кВ.

Активное сопротивление турбогенератора G1:

где сопротивление обмотки статора постоянному току при нормированной рабочей температуре этой обмотки, Ом.

Активное сопротивление системы бесконечной мощности может быть принято равным 10% от ее реактивного сопротивления.

Активное сопротивление схемы замещения двухобмоточного трансформатора

где ?Р_к — потери КЗ, кВт.

Активное сопротивление линии электропередачи Л2

где базисное напряжение ступени трансформации, на которой находится линия, кВ.

2.3 Преобразование схемы замещения к простейшему виду относительно точки короткого замыкания и расчёт результирующих сопротивлений Рис. 2 — Схема замещения Индуктивное сопротивление ветвей:

Х_экв1=Х_С1+Х_Л2=0,017+0,16=0,177

Х_экв2=Х_Т1+Х_G1=0,6875+0,131=0,81

Активное сопротивление ветвей:

R_экв1=R_С1+R_Л2=0,0017 +0,04=0,0417

R_экв2=R_Т1+R_G1=0,034+0,003=0,037

2.4 Расчёт начальных значений периодической и апериодической составляющих тока короткого замыкания в заданной точке Переодическая составляющая тока КЗ:

где эквивалентная ЭДС i-ой ветви, отн. ед.

эквивалентное сопротивление i-ой ветви, отн. ед.

базисный ток ступени, на которой произошло КЗ, кА.

Величина тока в точке КЗ:

I_по=I_по1+ I_по2=2,09+0,49=2,58 кА, Апериодическая составляющая тока КЗ:

2.5 Расчёт значения периодической и апериодической составляющих тока короткого замыкания для моментов времени равных 0,1 с, 0,2 с и 0,5 с

где постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ, с.

где и результирующие индуктивное и активное сопротивления цепи;

синхронная угловая частота напряжения сети, рад/с.

Постоянная времени затухания апереодической составляющей тока КЗ:

Апериодической составляющих тока короткого замыкания для моментов времени:

Для 0,1 с:

.

Для 0,2 с:

.

Для 0,5с:

.

Периодическая составляющая для моментов времени 0,1 с, 0,2 с и 0,5 с.

Если величина менее двух, то КЗ следует считать удаленным и периодическую составляющую тока КЗ принимать неизменной по амплитуде, т. е. в этом случае:

где номинальный ток турбогенератора i-ой ветви, кА.

симметричный несимметричный короткий замыкание Для ветви, содержащей синхронные генераторы или компенсаторы, величина тока, кА, может быть определена как

Рисунок 1 Изменение периодической составляющей тока КЗ от синхронных машин где коэффициент, определяемый по типовым кривым (рисунок 1) в зависимости от времени t и величины, характеризующей удаленность точки КЗ от синхронной машины (генератора или компенсатора) Для 0,1 с:

Для 0,2 с:

Для 0,5с:.

2.6 Определение ударного тока короткого замыкания

При определении ударного тока делаются следующие допущения:

1) считают, что ударный ток наступает через 0,01 с после начала КЗ;

2) принимают, что амплитуда периодической составляющей тока КЗ в этот момент равна ее начальному значению.

В простых радиальных схемах ударный ток, кА, может быть определен как

где ударный коэффициент, определяемый как

где постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ, с.

Ударный кофициент:

.

Ударный ток ветвей:

.

Полный ударный ток КЗ:

.

2.7 Расчёт значения мощности короткого замыкания для начального момента времени и момента времени равного 0,2 с Периодическая составляющая тока КЗ в системе бесконечной мощности будет неизменной в течении всего времени КЗ:

I_пti = I_поi ,

Мощность короткого замыкания для произвольного момента времени, МВА,

где наибольшее рабочее напряжение ступени, для которой вычислен ток КЗ, кВ;

значение периодической составляющей тока КЗ для момента времени, кА.

3. Расчёт несимметричного короткого замыкания в заданной точке

3.1 Составление схемы замещения нулевой последовательностей электрической системы Схема замещения нулевой последовательности, как и схема замещения обратной последовательности, не содержит ЭДС.

Схема замещения нулевой последовательности.

Схема замещения обратной последовательности.

3.2 Расчёт параметров схемы замещения обратной и нулевой последовательностей Индуктивное сопротивление линии электропередачи нулевой последовательности:

где базисное напряжение ступени трансформации, на которой находится линия, кВ.

Индуктивное сопротивление трехобмоточного автотрансформатора Т5:

Индуктивное сопротивление трехобмоточного трансформатора Т3:

Сумарное индуктивное сопротивление обратной последовательности:

Сумарное сопротивление нулевой последовательности:

Дополнительное индуктивное сопротивление

Коэффициент распределения токов:

Результирующее дополнительное сопротивление:

Индуктивные дополнительные сопротивления ветвей с учётом потокораспределения:

3.4 Расчёт начального значение токов отдельных последовательностей и периодической составляющей полного тока поврежденной фазы в заданной точке.

Согласно правилу эквивалентности прямой последовательности ток прямой последовательности в месте КЗ определяют как ток трехфазного КЗ, удаленного на дополнительное индуктивное сопротивление .

Следовательно, ток прямой последовательности особой фазы в месте КЗ, кА, при любом несимметричном КЗ может быть найден как

где результирующая ЭДС всех источников электроэнергии, отн. ед.;

результирующее индуктивное сопротивление схемы замещения прямой последовательности относительно точки КЗ, отн. ед.;

дополнительное индуктивное сопротивление, отн. ед.;

базисный ток для ступени, на которой произошло КЗ, кА.

От системы:

От турбогенератора:

Ток обратной последовательности особой фазы в месте несимметричного КЗ при однофазном КЗ Ток нулевой последовательности особой фазы при однофазном КЗ:

Полный ток поврежденной фазы в месте КЗ, кА, От системы:

От турбогенератора:

Периодическая составляющая полного тока КЗ повреждённой фазы:

От системы:

От турбогенератора:

3.5 Расчёт значения периодической составляющей тока короткого замыкания для моментов времени равных 0,1 с, 0,2 с и 0,5 с.

Если величина менее двух, то КЗ следует считать удаленным и периодическую составляющую тока КЗ принимать неизменной по амплитуде, т. е. в этом случае .

где номинальный ток генератора или компенсатора, подключенного к i-ой ветви, кА.

Следовательно переодическая составляющая тока КЗ в произвольный момент времени равна:

3.6 Расчёт значения мощности короткого замыкания для начального момента времени и момента времени равного 0,2 с.

Мощность короткого замыкания для произвольного момента времени одной фазы, МВА,

где наибольшее рабочее напряжение ступени, для которой вычислен ток КЗ, кВ;

значение периодической составляющей тока КЗ для момента времени, кА.

3.6 Комплексная схема замещения При однофазном КЗ все три эквивалентные схемы обтекаются одинаковым током, напряжение прямой последовательности в месте КЗ равно сумарному падению напряжения в обратной и нулевой последовательностей.

Это даёт возможность предоставить комплексную схему однофазного КЗ как последовательную цепь всех трёх эквивалентных схем.

Напряжение обратной и нулевой последовательностей определяются относительно точек нулевого потенциала схем одноименных последовательностей, т. е. соответственно по отношению к точкам Н₂ и Н₀, которые являются началами схем этих последовательностей.

1. Переходные процессы в системах электроснабжения: Учебник / В. Н. Винославский, Г. Г. Пивняк, Л. И. Несен и др.; Под ред. В. Н. Винославского. К.: Вища шк., 1989. 422с.

2. Неклепаев Б. Н. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Учеб. пособие для вузов / Б. Н. Неклепаев, И. П. Крючков. М.: Энергоатомиздат, 1989. 608 с.

3. Справочник по проектированию электроэнергетических систем / Под ред. С. С. Рокотяна и И. М. Шапиро. М.: Энергоатомиздат, 1985. 353 с.

4. Электротехнический справочник: В 3-х т. Т.3. Кн. 1. Производство, передача и распределение электрической энергии / Под общ. ред. В. Г. Герасимова и др. 6-е изд. испр. и доп. М.: Энергоиздат, 1982. 656 с.

5. Ульянов С. А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах / С. А. Ульянов. М.: Энергия, 1970. 520 с. 56