Расчет трехфазных и несимметрических токов короткого замыкания
Министерство
образования и науки Украины
Черниговский
государственный технологический университет
Кафедра
электрических систем и сетей
КУРСОВАЯ
РАБОТА
по
дисциплине: «Электромагнитные переходные процессы»
на тему:
«Расчет трехфазных и несимметрических токов короткого замыкания»
Выполнил
Горкавый Р.О.
Чернигов
ЧГТУ 2008
Содержание
Реферат
Введение
. Задание на курсовую работу
. Основная часть
. Расчет сечения проводов и кабелей
. Расчет трехфазных токов КЗ
. Расчёт несимметричных КЗ
. Расчет токов короткого замыкания в
сети до 1 кВ
. Расчёт значения токов короткого
замыкания с учетом двигателей и смешанной нагрузки
. Графическая зависимость
распределения величины тока КЗ в функциональной зависимости от расстояния между
местом КЗ и источником электрической энергии
Выводы
Список литературы
Реферат
Данная курсовая работа является тренировочной
для студентов специальности «Электрические системы и сети». Она направлена на
закрепление знаний студентов по курсу «Электромагнитные переходные процессы».
Основной целью данного проекта является расчет разных типов коротких замыканий,
который включает в себя нахождение тока короткого замыкания, ударного тока,
мощности короткого замыкания и прочих параметров.
Работа выполнена на листах формата А4. В нее
входят одиннадцать таблиц, девятнадцать ключевых формул, по которым
производится непосредственный расчет токов коротких замыканий и их компонентов,
семь рисунков, которые дают представление о схемах замещения участка сети.
Ключевые слова, которые используются в курсовой
работе:
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СЕТЬ, ПЕРЕХОДНОЙ ПРОЦЕСС, ТОК
КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ, НЕСИММЕТРИЧНЫЙ ТОК КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ, КОРОТКОЕ
ЗАМЫКАНИЕ, УДАРНЫЙ ТОК, ПРЯМАЯ, ОБРАТНАЯ, НУЛЕВАЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ,
ГЕНЕРАТОРЫ, ТРАНСФОРМАТОРЫ, ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ, СИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ,
РЕАКТОРЫ, МОЩНОСТЬ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ, ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ ЕДИНИЦЫ, ИМЕНОВАНЫЕ
ЕДИНИЦЫ.
Введение
Переходные процессы в
электрических системах являются следствием изменения режимов, обусловленных
эксплуатационными условиями, или результатом повреждения изоляции и токоведущих
частей электроустановок.
Причинами возникновения
переходных процессов могут быть многочисленные воздействия на элементы системы:
включения, отключения и
переключения источников электрической энергии, трансформаторов, ЛЭП,
электроприемников и других элементов;
появление несимметрии токов и
напряжений в результате отключения отдельных фаз, несимметричных изменений
нагрузки, обрывов фаз и т.д.
форсировка возбуждения
синхронных машин и гашение их магнитного поля;
внезапные набросы и сбросы
нагрузки;
атмосферно - климатические
воздействия на элементы электрической системы;
повторные включения и
отключения короткозамкнутых цепей.
синхронный пуск двигателей и
синхронных компенсаторов
Неотъемлемой частью переходных
процессов, являются короткие замыкания в элементах системы. Они и есть одной из
основных причин нарушения нормального режима работы отдельных электроустановок
и системы в целом.
Короткие замыкания представляют
собой всякое случайное или преднамеренное, не предусмотренное нормальным
режимом работы, электрическое соединение различных точек электроустановки между
собой или землей.
В месте короткого замыкания
может появляться электрическая дуга с переходным сопротивлением, которое при
сравнительно больших токах КЗ является практически активным и неизменным.
В инженерной практике расчеты
токов КЗ в электрических системах выполняются с целью:
выбора установок устройств
релейной защиты и автоматики, их наладки и проверки поведения в аварийных
ситуациях, связанных с короткими замыканиями;
проверки электрических
аппаратов - выключателей, разъединителей, короткозамыкателей и т.д. - на
термическую и динамическую стойкость при токах КЗ;
определения места повреждения
на воздушных линиях электропередачи (дистанционные методы ОМП);
выбора и проверки устройств
грозозащиты и связи.
Широкое применение
вычислительной техники (ЭВМ) дает возможность повысить точность расчетов токов
КЗ, в основном, за счет введения уточненных параметров линий электропередачи,
трансформаторов и автотрансформаторов, за счет возможности учета целого ряда
факторов, которые имеют место в процессе КЗ и которые не могли быть учтены при
прежних практических методах расчетов. К таким факторам относятся:
сложные случаи взаимоиндукции
на участках параллельного следования воздушных линий электропередачи, влияние
емкостной проводимости длинных линий электропередачи (L>150 км) напряжением
300-750 кВ.
сложные повреждения,
возникающие в процессе КЗ, - переход одного вида КЗ в другой, сопровождающийся
неполнофазными режимами, а также одновременные КЗ в нескольких точках сети.
Кроме того, использование ЭВМ позволяет быстро
выполнять серийные однотипные расчеты токов КЗ в распределительных сетях
0,4-6-10 кВ, что значительно сокращает время расчетов.
Исследование и расчеты токов короткого замыкания
являются одним из необходимых условий решения многих задач, возникающих при
проектировании и эксплуатации систем электроснабжения. Эти задачи связаны с
исследованием электромагнитных переходных процессов, выбором принципов действия
и настройки автоматических устройств противоаварийного управления, анализом
электромеханических переходных процессов с целью определения условий
устойчивости электрической нагрузки систем и разработки мероприятий для
обеспечения непрерывности работы промышленных предприятий в различных режимах
системы электроснабжения.
1. Задание на курсовую работу
Для расчета токов трехфазного и несимметричного
короткого замыкания предложены схемы, согласно вариантов студентов. Исходные
параметры для расчета приведены в [1] по которым из справочной литературы
выбираются конкретные типы элементов схемы и выписываются их паспортные данные,
необходимые для расчетов и построения расчетной схемы.
Для всех точек короткого замыкания (согласно
заданию) рассчитать:
.1. Значение токов короткого замыкания.
.2. Величину ударного тока.
.3. Мощность короткого замыкания.
.4. Рассчитать значение токов короткого
замыкания с учетом двигателей и смешанной нагрузки, в момент короткого
замыкания в момент короткого замыкания и через н - секунд после него. Согласно
варианту.
.1. Рассчитать значения несимметричных токов
короткого замыкания
.2. Оценить значения токов замыкания на землю в
сети с изолированной нейтралью.
.1. Рассчитать ток короткого замыкания в сети до
1 кВ (выбор сопротивления источника принять аналогично выбору источника питания
используемого при анализе высоковольтных сетей).
.2. Мощность короткого замыкания.
.1. Построить графические зависимости
распределения величины тока к.з. в функциональной зависимости от сопротивления
между местом короткого замыкания и источником электрической энергии.
. Расчет производить в именованных и
относительных единицах.
Таблица 1- Вариант задания
|
№
|
Схема
|
Откл.
|
Заданная
система
|
до
1 кВ
|
Тип
нагрузки в сети до 1 кВ.
|
№
вар.
|
Т1
|
Т2
|
К(1)
изолированная нейтраль
|
|
1
|
Б
|
2,3,4,5,6,7,8
|
1
|
25
|
АД
|
6
|
0,18
|
0,38
|
6
|
2. Основная часть
. Исходные данные на проектирование
Параметры питающей системы:
Система задана как источник мощности Sнс
= 590, xc(*) = 0,22;
Параметры генераторов: взяты с [3]
Марка генератора Т-3,0-2
Таблица 2 - Параметры генераторов
|
Рн,
МВт
|
Uн,
кВ;
|
cosφн
|
xd''
|
|
3,0
|
6,8
|
0,8
|
14,8
|
Параметры трансформаторов: взяты с [2]
Марка трансформаторов Т1, Т2 и Т5, Т6:
Таблица 3 - Параметры трансформаторов
|
Трансформаторы
|
Sн,
МВА
|
Uвн,
кВ
|
Uсн,
кВ
|
Uнн,
кВ
|
|
Т1,
Т2,
|
63
|
158
|
38,5
|
6,6
|
|
Т5,
Т6
|
16
|
38,5
|
-
|
6,3
|
Параметры синхронных двигателей: взяты с [3]
Таблица 4. Параметры синхронных двигателей
|
№
двигателя
|
Рн,
МВт
|
Uн,
кВ;
|
Марка
|
|
СД
- 1
|
1,0
|
6,0
|
СД
2
|
|
СД
- 2
|
1,0
|
6,0
|
СД
2
|
|
СД
- 3
|
1,25
|
6,0
|
СДН
2
|
|
СД
- 4
|
1,6
|
6,0
|
СДН
2
|
|
СД
- 5
|
1,25
|
6,0
|
СДН
2
|
|
СД
- 6
|
1,6
|
6,0
|
СДН
2
|
|
СД
- 7
|
1,0
|
6,0
|
СД
2
|
|
СД
- 8
|
1,6
|
6,0
|
СДН
2
|
Параметры реакторов: взяты с [2]
Таблица 5. Параметры реакторов
|
Параметры
|
Uн,
кВ
|
Iн,
кА
|
Xр,Ом
|
Rр,
Ом
|
|
Р9
|
6,0
|
2*2,5
|
0,41
|
0,138
|
|
Р10
|
6,0
|
2*2,5
|
0,4
|
0,138
|
Таблица 6 - Мощность нагрузок
|
Нагрузка
Si
|
Мощность,
МВА
|
Нагрузка
Si
|
Мощность,
МВА
|
|
1
|
2
|
S14
|
0,86
|
|
S1
|
1,8
|
S15
|
0,8
|
|
S2
|
2,7
|
S16
|
1,9
|
|
S3
|
1,25
|
S17
|
1,1
|
|
S4
|
0,82
|
S18
|
1,5
|
|
S5
|
0,86
|
S19
|
1,8
|
|
S6
|
0,7
|
S20
|
1,7
|
|
S7
|
0,8
|
S21
|
0,9
|
|
S8
|
1,4
|
S22
|
1,2
|
|
1
|
2
|
S23
|
0,8
|
|
S9
|
1,8
|
S24
|
1,2
|
|
S10
|
1,57
|
S25
|
0,5
|
|
S11
|
1,84
|
S26
|
3,4
|
|
S12
|
1,78
|
S27
|
3,5
|
|
S13
|
0,52
|
|
Нагрузка Sі являет собой нагрузку,
подключенную непосредственно к і-тому узлу. Нагрузка снабжена АРВ.
Данные для трансформаторов возьмем из
справочника [2].
Таблица 7- Каталожные данные для
трансформаторов.
|
Трансфоматор
|
x,ВН
|
x,СН
|
x,НН
|
r,(ВН,СН,НН)
|
|
Т1
(ТДТН 63000/150)
|
44,7
|
0
|
26,8
|
0,9
|
|
Т2
(ТДТН 63000/150)
|
44,7
|
0
|
26,8
|
0,9
|
|
Трансфоматор
|
x
|
r(ВН,НН)
|
|
Т5
(ТД 16000/35)
|
7,4
|
0,52
|
|
Т6
(ТДНС 16000/35)
|
7,4
|
0,52
|
Таблица 8 - Параметры линии.
|
№
Линии
|
l,
км
|
№
Линии
|
l,
км
|
|
16-25
|
0,9
|
2-6
|
0,4
|
|
16-24
|
1,2
|
11-20
|
1,7
|
|
16-23
|
0,58
|
5-11
|
0,4
|
|
8-16
|
0,6
|
10-19
|
0,9
|
|
4-8
|
1,1
|
5-10
|
0,63
|
|
15-22
|
0,82
|
9-18
|
0,96
|
|
7-15
|
0,44
|
9-17
|
0,53
|
|
7-14
|
1,7
|
5-9
|
0,6
|
|
3-7
|
0,59
|
1-5
|
0,62
|
|
3-27
|
3,0
|
1-26
|
3,1
|
|
6-13
|
0,44
|
L1
|
47
|
|
12-21
|
0,6
|
L2
|
3,1
|
|
6-12
|
1,34
|
|
3. Расчет сечения проводов и кабелей
Расчет сечений проводов и кабелей проводим по
формулам приведенным ниже. Рассчитаем допустимый длительный ток который может
протекать в линии. Формула для вычисления тока выглядит так:
;(1.1)
Формула взята с [4].
Рассчитаем ток в линии 16 - 25:
;
По этому току выбираем сечение
кабеля. Току 45,8 А, соответствует кабель с медными жилами с бумажной
пропитанной маслоканифольной и нестекающей массами изоляцией в свинцовой
оболочке, прокладываемых в земле, сечением 10 мм2. Сечение кабеля
взято с [5]. Для кабеля задаются такие параметры как удельное активное и
удельное реактивное сопротивление, соответственно и x0. Для нашего
кабеля они равны:0 = 1,84 Ом/км x0 = 0,11 Ом/км. По
удельным сопротивлениям мы рассчитываем сопротивления линии по формулам:
(1.2)
(1.3)
Формулы взяты с [4].
Рассчитаем сопротивления линии
16-25:
;
;
Аналогично выбираем сечение и рассчитываем
сопротивления линии 16 - 24:
Ток в линии:
;
Сечение взято с [5] и равно 25 мм2.
Удельные сопротивления: r0 =0,74
Ом/км x0 =0,091 Ом/км. Сопротивления линии 16 - 24:
;
Сечение и сопротивления линии 16 -
23:
Сечение взято с [5] и равно 16 мм2.
Удельные сопротивления: r0 =
1,15 Ом/км x0 = 0,102 Ом/км. Сопротивления линии 16 - 23 :
;
;
Для расчета тока линии 8 - 16
просуммируем токи I16-25,
I16-24, I16,23,
А;
Сечение кабеля для этого тока равно
70мм2 [5]. Удельные сопротивления r0 = 0,26 Ом/км x0
= 0,08 Ом/км. Сопротивления линии:
;
.
;
;
Сечение кабеля для этого тока равно
240мм2 [5]. Удельные сопротивления r0 = 0,77 Ом/км x0
= 0,071 Ом/км. Сопротивления линии:
;
.
Для расчета тока линии 15 - 22 найдём ток по
формуле (1.1),
;
Сечение взято с [5] и равно 25мм2.
Удельные сопротивления: r0 =0,74
Ом/км x0 =0,091 Ом/км. Сопротивления линии 15 - 22 :
;
.
Для расчета тока линии 7 - 15
найдём ток нагрузки по формуле (1.1)
и просуммируем с током лини 15-22,
;
;
По этому току выбираем сечение
кабеля. Току 183,3 А, соответствует кабель сечением 50 мм2. Сечение
кабеля взято с [5]. Для кабеля задаются такие параметры как удельное активное и
удельное реактивное сопротивление, соответственно и x0. Они равны:0
=0,37 Ом/км x0 = 0,083 Ом/км.
;
.
Для расчета тока линии 7 - 14 найдём
ток нагрузки и СД по формуле (1.1) и просуммируем эти токи,
,
, 
,
Сечение взято с [5] и равно 70 мм2.
Удельные сопротивления: r0 =
0,26 Ом/км x0 = 0,08 Ом/км. Сопротивления линии 7 - 14 :
;
.
Для расчета тока линии 3 - 7
просуммируем токи I7-14,
I7-15, IН2,
,
,
Сечение взято с [5] и равно 240 мм2.
Удельные сопротивления: r0 =
0,77 Ом/км x0 = 0,071
;
.
Для расчета тока линии 3 - 27
Найдём ток нагрузки и Г по формуле (1.1) и
просуммируем эти токи,
,
, 
,
Сечение кабеля для этого тока нет
для напряжения 6 кВ, чтобы устранить эту проблему, мы возьмем и проложим два
кабеля параллельно, тогда ток будет 297,8 на одном и на другом кабеле, будет
два кабеля сечением 120 мм2, удельные сопротивления r0 =
0,153 Ом/км x0 = 0,076 Ом/км, а суммарное сопротивление будет равно:
r = 0,153/2=0,0765 Ом/км, x = 0,076/2=0,038 Ом/км.
;
.
Для расчета тока линии 6 - 13 найдём
ток по формуле (1.1)
;
Сечение взято с [5] и равно 10 мм2.
Удельные сопротивления: r0 =
1,84 Ом/км x0 = 0,11 Ом/км. Сопротивления линии 6 - 13:
;
.
Для расчета тока линии 12 - 21
найдём ток по формуле (1.1)
;
Сечение взято с [5] и равно 16 мм2.
Удельные сопротивления: r0 =
1,15 Ом/км x0 = 0,102 Ом/км. Сопротивления линии 12 - 21 :
;
.
Для расчета тока линии 6 - 12 найдём
ток нагрузки по формуле (1.1) и просуммируем токи I12-17, IН8,
,
,
Сечение взято с [5] и равно 95 мм2.
Удельные сопротивления: r0 =
0,194 Ом/км x0 = 0,078 Ом/км. Сопротивления линии 6 - 12:
;
.
Для расчета тока линии 2 - 6 найдём
ток СД по формуле (1.1) и просуммируем токи I6-13, I6-12,
IСД6;
;
;
Сечение взято с [5] и равно 185 мм2.
Удельные сопротивления: r0 =0,099
Ом/км x0 = 0,073 Ом/км. Сопротивления линии 2 - 6:
;
.
Для расчета тока линии 11 - 20
найдём ток по формуле (1.1)
;
Сечение взято с [5] и равно 35 мм2.
Удельные сопротивления: r0 =
0,52 Ом/км x0 = 0,087 Ом/км. Сопротивления линии 11 - 20:
;
.
Для расчета тока линии 5 - 11 найдём
ток нагрузки по формуле (1.1) и просуммируем токи I11-20, IН,
,
,
Сечение взято с [5] и равно 120 мм2.
Удельные сопротивления r0 =
0,153 Ом/км x0 = 0,076 Ом/км. Сопротивления линии:
;
.
Для расчета тока линии 10- 19 найдём
ток по формуле (1.1)
;
По этому току выбираем сечение
кабеля. Току 165 А, соответствует кабель сечением 50 мм2. Сечение
кабеля взято с [5]. Для кабеля задаются такие параметры как удельное активное и
удельное реактивное сопротивление, соответственно и x0. Для кабеля
они равны:0 = 0,37 Ом/км x0 = 0,083 Ом/км.
;
.
Для расчета тока линии 5 - 10 найдём
ток нагрузки по формуле (1.1) и просуммируем токи I10-19, IН
;
По этому току выбираем сечение
кабеля. Току 308,9 А, соответствует кабель сечением 120 мм2. Сечение
кабеля взято с [5]. Для кабеля задаются такие параметры как удельное активное и
удельное реактивное сопротивление, соответственно и x0. Они равны:0
= 0,153 Ом/км x0 = 0,076 Ом/км.
;
.
Для расчета тока линии 9 - 18 найдём
ток по формуле (1.1)
;
Сечение взято с [5] и равно 35 мм2.
Удельные сопротивления: r0 =
0,52 Ом/км x0 = 0,087 Ом/км. Сопротивления линии 9 - 18:
;
.
Для расчета тока линии 9 - 17 найдём
ток по формуле (1.1)
;
Сечение взято с [5] и равно 16мм2.
Удельные сопротивления: r0 =
1,15 Ом/км x0 = 0,102 Ом/км. Сопротивления линии 9 - 17 :
;
.
Для расчета тока линии 5 - 9 найдём
ток нагрузки по формуле (1.1) и просуммируем токи I9-13, I9-14,
IН5;
,
,
Сечение взято с [5] и равно 185 мм2.
Удельные сопротивления: r0 =
0,099 Ом/км x0 = 0,073 Ом/км. Сопротивления линии 5 - 9 :
;
.
Для расчета тока линии 1 - 5 найдём
ток и просуммируем токи I5-9, I5-10, I5-11;
,
Сечение кабеля для этого тока нет
для напряжения 6 кВ, чтобы устранить эту проблему, мы возьмем и проложим два
кабеля параллельно, тогда ток будет 356,05 на одном и на другом кабеле, будет
два кабеля сечением 150 мм2, удельные сопротивления r0 =
0,122 Ом/км x0 = 0,074 Ом/км, а суммарное сопротивление будет равно:
r = 0,122/2=0,061 Ом/км, x = 0,076/2=0,037 Ом/км.
Сопротивления линии 1 - 5 :
;
.
Для расчета тока линии 1 - 26 найдём
ток нагрузки и Г1 и СД2 по формуле (1.1) и просуммируем эти токи,
,
,
,
Сечение кабеля для этого тока нет
для напряжения 6 кВ, чтобы устранить эту проблему, мы возьмем и проложим два
кабеля параллельно, тогда ток будет 368,85А на одном и на другом кабеле, будет
два кабеля сечением 150 мм2, удельные сопротивления r0 =
0,122 Ом/км x0 = 0,074 Ом/км, а суммарное сопротивление будет равно:
r = 0,122/2=0,061 Ом/км, x = 0,076/2=0,037 Ом/км.
;
.
Для расчета тока линии АС - 120
найдём ток по формуле (1.1)
;
Сечение взято с [2] и равно 120 мм2,
Марка ВЛ АС - 120.
Удельные сопротивления: r0 =
0,249 Ом/км x0 = 0,426 Ом/км. Сопротивления линии АС - 120 :
;
.
Для расчета тока линии АС - 70
найдём ток по отнимаем токи двух одинаковых по сечению и длине линий;
Сечение взято с [2] и равно 70 мм2,
Марка ВЛ АС - 70.
Удельные сопротивления: r0 =
0,429 Ом/км x0 = 0,389 Ом/км. Сопротивления линии АС - 70 :
;
.
Рассчитанные сопротивления сведем в
таблицу 7.
Сопротивление линий в относительных
единицах рассчитаем по известным формулам [6], результаты расчёта сведем в
таблицу 7
Таблица 9 - Сопротивления линии
|
№
Линии
|
rl,
Ом
|
rl
б(*)
|
xl,
Ом
|
xl
б(*), Ом
|
|
16-25
|
0,552
|
8,2056
|
0,099
|
1,4717
|
|
16-24
|
0,888
|
13,203
|
0,1092
|
1,6233
|
|
16-23
|
0,667
|
9,9151
|
0,06
|
0,8919
|
|
8-16
|
0,156
|
2,319
|
0,048
|
0,7135
|
|
4-8
|
0,847
|
12,5908
|
0,0781
|
1,161
|
|
15-22
|
0,6068
|
9,0202
|
0,0746
|
1,1089
|
|
7-15
|
0,1628
|
2,4201
|
0,0365
|
0,5426
|
|
7-14
|
0,442
|
6,5704
|
0,136
|
2,0217
|
|
3-7
|
0,4543
|
6,7533
|
0,0419
|
0,6229
|
|
3-27
|
0,2295
|
3,4116
|
0,114
|
1,6946
|
|
6-13
|
0,8096
|
12,0349
|
0,0484
|
0,7195
|
|
12-21
|
0,69
|
10,257
|
0,0612
|
0,9098
|
|
6-12
|
0,26
|
3,865
|
0,1045
|
1,5534
|
|
2-6
|
0,0396
|
0,5887
|
0,0292
|
0,4341
|
|
11-20
|
0,884
|
13,1408
|
0,1479
|
2,1986
|
|
5-11
|
0,0612
|
0,9098
|
0,0304
|
0,4519
|
|
10-19
|
0,333
|
4,9501
|
0,0747
|
1,1104
|
|
5-10
|
0,0964
|
1,433
|
0,0479
|
0,712
|
|
9-18
|
0,4992
|
7,4207
|
0,0835
|
1,2412
|
|
9-17
|
0,6095
|
9,0603
|
0,0541
|
0,8042
|
|
5-9
|
0,0594
|
0,883
|
0,0438
|
0,6511
|
|
1-5
|
0,0378
|
0,5619
|
0,0229
|
0,3404
|
|
1-26
|
0,1891
|
2,811
|
0,1147
|
1,705
|
|
L1
|
1,173
|
1,7437
|
2,0022
|
2,976
|
|
L2
|
1,3299
|
1,97692
|
1,2059
|
1,7926
|
Сопротивления трансформаторов рассчитаем по
формулам 1.4, приведем к базисным условиям сопротивления, взятые из справочной
литературы. Рассчитанные сопротивления сведем в таблицу 8.
Для трансформаторов Т3 и Т4 примем
базисное напряжение равное номинальному напряжению высшей стороны Uб=38,5
кВ.
Таблица 10 - Параметры
трансформаторов в относительных единицах
|
Трансфоматор
|
Xб(*),ВН
|
Xб(*),СН
|
Xб(*),НН
|
rб(*),(ВН,СН,НН)
|
|
Т1
(ТДТН 63000/150)
|
1,0564
|
0
|
0,6334
|
0,0213
|
|
Т2
(ТДТН 63000/150)
|
1,0564
|
0
|
0,6334
|
0,0213
|
|
Трансфоматор
|
Xб(*)
|
rб(*),(ВН,НН)
|
|
Т3
(ТДНС 16000/35)
|
2,9455
|
0,207
|
|
Т4
(ТДНС 16000/35)
|
2,9455
|
0,207
|
4. Расчет трехфазных токов КЗ
Расчет тока трехфазного короткого замыкания в
точке К1
Прежде чем проводить расчет тока трехфазного
короткого замыкания нужно составить схему замещения участка сети, на котором
произошло это короткое замыкание.
Рис. 4.1 Схема замещения сети до
точки КЗ(1).
Как видим, мы упростили схему
замещения. На нее не действуют другие источники питания и генераторы, так как
точка КЗ имеет большую удаленность от других источников питания:
Выполняется поскольку: 
.
Проверим условие соотношения
сопротивлений, сравнение проведем в относительных единицах.
выполняется поскольку 
Расчет трехфазного тока КЗ ведем в
именованных и относительных единицах.
Расчет в именованных единицах:
Пересчитаем сопротивление системы,
заданное в относительных единицах, в именованные: примем базисной мощность
системы, а средним напряжением- ЭДС системы.
''=Uср.ном = 158·103;
Трехфазный ток КЗ рассчитываем по
формуле [6]:
;(1.5)
Формула взята с [7].
Поскольку r∑1=0, то
формула преобретает следующий вид:
;
кА;
Ударный ток рассчитываем по формуле
[6]:
(1.6)
Ударный коэффициент рассчитывается
так:
(1.7)
Постоянная времени затухания Та:
(1.8)
Для первой точки КЗ постоянная
времени будет равна бесконечности, поскольку задано только индуктивное
сопротивление системы.
Ударный коэффициент:
;
Ударный ток:
кА;
Расчет в относительных единицах:
За базисную мощность принимаем
мощность Sб = 500 МВА;
За базисное напряжение Uб
= 158 кВ;*c = 1;
Ток короткого замыкания будет
рассчитываться по формуле [6]:
(1.9)
;
Сосчитаем ток Iб для
пересчета тока из относительных единиц в именованные:
(1.10)
Формула с [6]
;
Пересчитаем ток КЗ с относительных
единиц в именованные:
(кА);
Ударный ток пересчитываем также как
и в именованных единицах:
(кА);
Рассчитаем мощность короткого
замыкания:
(1.11)
(МВА);
Расчёт для точки К2
Трехфазный ток КЗ рассчитываем по
формуле:
;
Формула взята с [7].
Расчёт будем вести по методу
наложения (общи ток КЗ будет алгебраической суммой токов от каждого источника).
Данные будем брать из таблиц 6,7,8.
Ток от ЭДС системы будет равен
(согласно [7]):
Исходя из схемы замещения:
Тут же приведем к ступени КЗ
сопротивления, находящиеся на ступени 115 кВ.
Ток от ЭДС системы:
;
Таким же образом рассчитаем ток от
первого и второго генератора, приведя сопротивления к ступени 38,5 кВ.
Рассчитаем генераторы Г1 и Г2,
поскольку они одинаковы [6]. То расчёт приведем для генератора Г1, подразумевая,
что Г2 имеет те же расчётные параметры.
Ток от первого генератора будет равен:
,
Ток от второго генератора будет
равен:
,
Суммарная периодическая составляющая тока
трехфазного короткого замыкания, по методу наложения равна:
Эквивалентная постоянная времени
определяеться как сумма постоянных времени каждого участка
Ударный ток рассчитываем по формуле:
Ударный коэффициент рассчитывается
так:
Ударный коэффициент:
;
Ударный ток:
(А);
Рассчитаем мощность короткого
замыкания:
(МВА);
Расчёт в относительных единицах:
Ток трехфазного короткого замыкания будет равен:
,
а исходя из метода наложения:
Приведенные ЭДС источников:
Результирующие сопротивления
участков: (исходя из данных таблицы 6,7,8).
Периодическая составляющая тока КЗ:
Пересчитаем ток КЗ с относительных единиц в
именованные:
(А);
Ударный ток пересчитываем также как
и в именованных единицах:
(А);
Рассчитаем мощность короткого
замыкания:
(МВА);
Расчёт для точки К3
Рис 4.3 Схема замещения сети до
точки КЗ(3).
Расчет в именованных единицах:
c'' = 9,3Ом
E''=Uср.ном = 158·103;
Трехфазный ток КЗ рассчитываем по
методу наложения, сложив токи от всех источников. Все сопротивления будем
приводить к класу напряжения 6,3 кВ.
Для тока, создаваемого системой в
точке К3:
Рассчитаем параметры двигателей СДВ5
и СДВ7 [6]:
Параметры генератора были рассчитаны
в предыдущем пункте. Рассчитаем составляющие тока КЗ в точке К3 от генераторов
Г1 и Г2:
Результирующе сопротивления (с
индексом 1- для Г1, 2- Г2).
Рассчитаем значение периодической
составляющей тока трехфазного КЗ в точке К3:
Ударный ток рассчитываем по формуле:
Постоянная времени затухания Та:
Ударный коэффициент
Ударный ток рассчитываем по формуле:
Рассчитаем мощность короткого
замыкания:
(МВА);
Расчёт в относительных единицах:
Все величины в относительных единицах были
расчитаны ранее, поэтому подставим данные в формулу для расчёта тока КЗ.
(пользуясь таблицей 7,8).
Для тока созданого ЭДС системы в точке К3:
Для тока созданого генераторами Г1 и
Г2 в точке К3:
Сопротивление двигателей,
приведенное к базисным условиям:
Ток короткого замыкания будет рассчитываться по
формуле:
Пересчитаем ток КЗ с относительных
единиц в именованные:
;
Ударный ток рассчитываем по формуле:
Рассчитаем мощность короткого
замыкания:
(МВА);
Расчёт для точки К4
Расчет в именованных единицах:
x c'' = 9,3Ом E''=Uср.ном
= 158·103;
Рис 4.4 Схема замещения сети до точки КЗ(4).
Трехфазный ток КЗ рассчитываем по методу
наложения, сложив токи от всех источников. Все сопротивления будем приводить к
класу напряжения 6,3 кВ.
Для тока, создаваемого системой в точке К4:
Рассчитаем параметры двигателей СДВ5
и СДВ7 [6]:
Параметры генератора были рассчитаны
в предыдущем пункте. Рассчитаем составляющие тока КЗ в точке К3 от генераторов
Г1 и Г2:
Результирующе сопротивления (с
индексом 1- для Г1, 2- Г2).
К шинам, на которых произошло
короткое замыкание, присоединена асинхронная нагрузка. Влияние её учитываем
сопротивлением нагрузки и ЭДС нагрузки, рассчитанным в результате
эквиваленитных преобразований. Начальными условиями расчёта были: 
В результате преобразований, сопротивление и ЭДС
нагрузки в именованных единицах:
Рассчитаем значение периодической
составляющей тока трехфазного КЗ в точке К3:
Ударный ток рассчитываем по формуле:
Постоянная времени затухания Та:
Ударный коэффициент
Ударный ток рассчитываем по формуле:
Рассчитаем мощность короткого
замыкания:
(МВА);
Расчёт в относительных единицах:
Все величины в относительных единицах были
расчитаны ранее, поэтому подставим данные в формулу для расчёта тока КЗ.
(пользуясь таблицей 7,8).
Для тока созданого ЭДС системы в точке К3:
Для тока созданного генераторами Г1
и Г2 в точке К3:
Сопротивление двигателей,
приведенное к базисным условиям:
Сопротивление и ЭДС нагрузки,
приведенное к базисным условиям:
Ток короткого замыкания будет рассчитываться по
формуле:
Пересчитаем ток КЗ с относительных
единиц в именованные:
;
Ударный ток рассчитываем по формуле:
Рассчитаем мощность короткого
замыкания:
(МВА);
. Расчёт несимметричных КЗ
. Расчёт однофазного короткого замыкания в сети
с заземленной нейтралью
Составим схемы прямой обратной и нулевой последовательности:
Для этого случая они будут одинаковы.
Сопротивления системы прямой и обратной последовательности примем равными.
Сопротивление нулевой последовательности примем из таких соображений:
представим нашу систему синхронным генератором, для которого x0 =(0,15..0,6)xd.
Поэтому x0с примем равным 0,5xd,=0,5xc.
Покажем схему прямой, обратной и нулевой
последовательности для точки К1. На точку не действуют другие источники
электрической энергии, внесенные в исходную схему сети (условия их учёта
проверялось выше).
Рисунок 5.1- Схема прямой, обратной
ит нулевой последовательности для точки К1
Параметры системы:
Ток однофазного короткого замыкания
рассчитаем по формуле [6]:
Поскольку сопротивления системы чисто
реактивные, то постоянная времени для такой системы равна бесконечности,
поэтому, ударный коэффициент равен единице.
Ударный ток КЗ для данной точки:
Мощность короткого замыкания:
. Расчёт однофазного короткого
замыкания в сети с изолированой нейтралью.
Точка, в которой надо оценить
значение З(1)- точка К3 исходной схемы. Для оценки значения тока однофазного
замыкания на землю воспользуемся эмпирической формулой, взятой из [1]:
Где: 
- суммарная длинна электрически
связанных с местом КЗ кабельных линий,
- суммарная длинна электрически
связанных с местом КЗ воздушный линий.
Данная формула используется для
оценки порядка значения тока замыкания на землю.
Суммарная длинна линий:
Значение тока З(1):
6. Расчет токов короткого замыкания в сети до 1
кВ
Для расчета токов КЗ в сети до 1 кВ мы должны по
условию задания выбрать сопротивление источника питания аналогичным источнику
питания, который использовался при анализе высоковольтных сетей.
Схема сети до 1 кВ предоставлена на рисунке:
Рисунок 6.1- Схема сети до 1 кВ
Нагрузка 0,25 МВт была взята с тех соображений,
что при нагрузке 0,75 МВт, кабельная линия не выдержит токов, которые будут по
ней протекать.
Для кабеля СГ 3х90 удельные сопротивления равны
[5]: r0 = 0,36 Ом/км x0 = 0,0632 Ом/км, тогда
сопротивления линии:
;
;
Параметры трансформатора приведем в
таблице
Таблица 6.1- Параметры
трансформатора ТСЗ 1000/6
|
UBH,B
|
UHH,B
|
SH,кВА
|
Pxx,кВт
|
Pкз,кВт
|
Uk%
|
I0%
|
|
6,3
|
0,4
|
1000
|
3
|
11,2
|
5,5
|
1,5
|
Составим схему замещения для данной сети, когда
замыкание проходит на шинах трансформатора и на зажимах двигателя.
Рис. 6.1. Схема замещения сети до 1 кВ
В нашем случае в конце кабельной линии находится
асинхронный двигатель, для которого известны значения x''*d и E''*d,
они равны 0,2 и 0,9 соответственно. Приведены в [6].
Расчет трехфазного КЗ
Расчет проводим в именованных единицах:
Рекомендуется в качестве основной выбрать
ступень пониженного напряжения.
Обычно расчет токов КЗ выполняют в именованных
единицах [6]
Сопротивление системы рассчитаем по формуле:
Рассчитаем сопротивление
трансформатора по формуле:
;
Сопротивление шин от выводов
трансформатора до сборных шин 0,4 кВ:
Сопротивление первичных обмоток
трансформаторов тока учитывать не будем [1].
Результирующее переходное
сопротивление при КЗ (согласно [6], стр.113 задача 5.12):
Найдем начальное действующее
значение периодической составляющей тока КЗ
Пересчитаем x''*d и E''*d
в именованные единицы:
;
Сопротивление шины до выводов АД:
Находим I;дв по формуле:
Формула с [6, стр.112]
Мощность короткого замыкания
находится по раннее определенным формулам:
;
Ударный ток:
Для точки, разположенной на выводах нагрузки:
Результирующее переходное сопротивление при КЗ
(согласно [1], стр.113 задача 5.12):
Расчёт будем проводить таким же способом как и в
точке на выводах трансфоматора:
Используем метод наложения.
Найдем начальное действующее значение
периодической составляющей тока КЗ
Находим I;дв по формуле:
.
Периодическая составляющая тока КЗ в
точке на зажимах двигателя:
Мощность короткого замыкания находится по раннее
определенным формулам:
;
Ударный ток:
7. Расчёт значения токов короткого замыкания с
учетом двигателей и смешанной нагрузки
По известным ранее выражениям и данным
рассчитаем токи короткого замыкания в точке К4 от разных источников.
Для точки К4 имеем выражение для расчёта
периодической составляющей тока трехфазного КЗ:
Из которой:
1. Для составляющей тока КЗ от ЭДС системы:
2.
Для составляющей тока КЗ от первого и второго генератора схемы:
3. Для составляющей тока КЗ от нагрузки:
4. Для составляющей тока КЗ от первого
двигателя:
5.
6. Для составляющей тока КЗ от второго
двигателя :
7. Для составляющей тока КЗ от нагрузки:
Номинальные токи системы двигателей,
генераторов и нагрузки рассчитываются по формуле:
Электрическая удаленность
рассчитывается по формуле:
Рассчитаем номинальные токи и
электрические удаленности для всех источников схемы для точки К4, результаты
сведем в таблицу 4.1. В качестве примера расчёта покажем расчёт для системы:
Таблица 7.1 - Данные о электрической
удаленности источников для точки К4
|
Составляющая
|
 , А , А
|
|
|
|
Система
|
2150
|
823
|
0,3882
|
|
Генератор
1
|
87,7
|
863,1
|
9,8415
|
|
Генератор
2
|
87,7
|
1172,1
|
13,36
|
|
Первый
двигатель
|
4,2
|
2540
|
604,76
|
|
Первый
двигатель
|
5,2
|
1620
|
311,53
|
|
Нагрузка
|
20,7
|
27290
|
1318
|
Согласно варианту, расчёт тока КЗ будем
производить для моментов времени T1=0,18c и T2=0,38c.
Расчёт будем проводить по типовым кривым взятым
из [8]
Для расчёта тока от двигателей, для
которых =604,76 и
311,53 значение периодической составляющей тока можно оставлять постоянной в
течении всего времени КЗ [8].
Данные, найденные по типовым кривым,
сведем в таблицу 7.2
Таблица 7.2 - Данные, найденные по
типовым кривым
|
Источник
|
 
|
|
|
Система
|
0,86
|
0,78
|
|
Генератор
1
|
0,785
|
0,74
|
|
Генератор
2
|
0,83
|
0,80
|
|
Первый
двигатель
|
1
|
1
|
|
Первый
двигатель
|
1
|
1
|
|
Нагрузка
|
1
|
1
В нашем случае:
Изменение тока короткого замыкания
невелико, поскольку основную часть в результирующий ток КЗ в точке К4 вносит
нагрузка, которая снабжена АРВ (согласно заданию) и двигатели.
8. Графическая зависимость распределения
величины тока КЗ в функциональной зависимости от расстояния между местом КЗ и
источником электрической энергии
Таблица 8.1- Данные расчёта для графика
|
№
п/п
|
SКЗ,
МВА
|
Z,
Ом
|
|
1
|
2,68
|
9,3
|
|
2
|
281,961
|
44,48
|
|
3
|
102,79
|
18,723
|
|
4
|
372,32
|
48,637
|
Рисунок 8.1- Графическая зависимость мощности КЗ
от электрической удаленности источника (сумма сопротивлений).
Выводы
электроснабжение замыкание ток
В курсовом проекте мы использовали и закрепили
свои навыки в расчетах токов короткого замыкания, которые есть неотъемлемой
частью процессов, происходящих в наших сетях. Токи короткого замыкания являются
негативными факторами в электрических сетях, так как они нарушают структуру
сети, ведут к поломкам дорогостоящего оборудования, и даже к масштабным
авариям, в результате которых погибает значительное количество людей.
Для того, чтобы избежать этих неприятностей, мы,
как будущие инженеры, должны научится управлять переходными процессами,
происходящими в нашей сети, а значит мы должны уметь их рассчитывать.
Исследования и расчеты переходных процессов являются одним из необходимых
условий решения многих задач, возникающих при проектировании и эксплуатации
систем электроснабжения.
Данная курсовая работа дала нам возможность
ощутить, какие же все-таки процессы, происходят в сетях, близких по своей
структуре к реальным, и это есть позитивным плюсом в развитии кругозора
студентов по своей будущей специальности.
Этот проект требует не только знаний одних
переходных процессов, он заставляет студентов показать свои умения объединить в
одно целое их познания в области релейной защиты, электрических аппаратов,
электрических машин, сетей и систем, снабжения, надежности, экономики, и прочих
серьезных наук.
Но, несмотря на то, что курсовая работа
предназначена для воспитания в нас будущих специалистов, в ней есть маленькие
недоработки и недостатки, и это создает некоторые неудобства при работе с ней.
В итоге проект превращается в очень трудоемкий процесс, который забирает очень
много времени и сил.
Список использованной литературы
1. Методические указания и
контрольные задания по курсу «Переходные процессы в системах электроснабжения»,
Киев КПИ 1986. - 60 с.
. Справочник по проектированию
электроэнергетических систем. Под редакцией С.С. Рокотяна и И.М. Шапиро. - 3-е
издание, переработанное и дополненное. - М.: Энергоатомиздат, 1985. 352 с.
. Алиев И.И. Справочник по
электротехнике и электрооборудованию. Учебное пособие для вузов. 2-е издание
дополненное. - М.: Высшая школа. 2000, - 255с.
. Зорин В.В. Системы
электроснабжения общего назначения. - Чернигов: ЧГТУ, 2005. - 341 с.
. Боровиков В.А. Электрические сети
энергетических систем. Учебник для техникумов. Издание 3-е., переработанное.
Л:. Энергия. 1977, - 390 с.
. Переходные процессы в системах
электроснабжения: Учебник / В.Н. Винославский, Г.Г. Пивняк, Л.И. Нессен и др.:
Под редакцией В.Н. Винославского. - К.: Высшая школа. Головное издательство,
1989. - 422с.
. Небрат И.Л. Расчет токов короткого
замыкания, Учебное пособие, часть 1.
Санкт - Петербург 1996.
8. Руководящие указания по расчёту
токов короткого замыкания и выбору электрооборудования. РД 153-34.0-20. -
527-98.
Похожие работы на - Расчет трехфазных и несимметрических токов короткого замыкания
|