Расчёт токов короткого замыкания в системах электроснабжения

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Иркутский национальный исследовательский технический университет

Институт Энергетики

Кафедра «Электроснабжения и электротехники»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине:

Переходные процессы в электроэнергетических системах

Тема:

Расчёт токов короткого замыкания в системах электроснабжения

Выполнил Борзов В.В.

Студент группы ЭПбзс-12-1

Иркутск 2016 г.

Содержание

Введение

. Исходные данные

. Расчет токов к.з.

.1 Расчёт тока к.з. в точке К-2 в относительных единицах

.2 Расчёт тока к.з. в точке К-2 в именованных единицах

.3 Расчёт ударного тока к.з. в точке К-2

.4 Значение периодической составляющей тока к.з. к моменту его снятия

. Расчёт тока в точке К-1 при несимметричном к.з.

Заключение

Список используемой литературы

ВВЕДЕНИЕ

Переходные процессы возникают в электрических системах как при нормальной эксплуатации (включение и отключение нагрузок, источников питания, отдельных цепей, производство испытаний и пр.), так и в аварийных условиях (обрыв нагруженной цепи или отдельной ее фазы, короткое замыкание, выпадение машины из синхронизма и т.д.).

При любом переходном процессе происходит в той или иной мере изменение электромагнитного состояния элементов системы и нарушение баланса между моментом на валу каждой вращающейся машины и электромагнитным моментом.

В результате этого нарушения соответственно изменяются скорости вращения машин, т.е. некоторые машины испытывают торможение, в то время как другие - ускорение. Такое положение существует до тех пор, пока регулирующие устройства не восстановят нормальное состояние, если это вообще осуществимо при изменившихся условиях.

В данной курсовой работе рассматриваются методы расчётов параметров электрической сети при нормальных и аварийных электромеханических переходных процессах, возникающих при изменениях состояния системы

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Рисунок 1.1 Схема системы

Таблица 1.1

Технические данные воздушной и кабельной линий

Таблица 1.2

Технические данные синхронных двигателей

Таблица 1.3 - Технические данные трансформатора Т1

Таблица 1.4

Технические данные трансформатора Т2

Таблица 1.5

Технические данные статической нагрузки

Таблица 1.6

Технические данные асинхронных двигателей

Таблица 1.7

Внешняя система

Таблица 1.8

Технические данные синхронный генератор

Задача 1: Рассчитать для трехфазного К.З. в заданной точке:

· Начальное значение периодической составляющей тока к.з. в точке к.з. и на шинах источников(расчет произвести двумя методами - в именованных и в относительных единицах, осуществлять точный учет коэффициентов трансформации трансформаторов).

·        Ударный ток трехфазного короткого замыкания.

·        Значение периодической составляющей тока к.з. к моменту его снятия.

Задача 2: Рассчитать для трех видов несимметричных к.з. в точке К-1 начальное значение периодической составляющей тока к.з аварийных фаз в точке к.з. и на шинах источников(расчет провести любым из методов.

2. РАСЧЕТ ТОКОВ К.З.

.1 Расчет тока к.з в точке К-2 в относительных единицах

Рисунок 2.1 - Схема замещения

На рис. 2.1 изображена схема замещения. Параметры элементов схемы замещения определяются в именованных и в относительных единицах с приведением значений параметров расчетных схем к выбранной основной (базисной) ступени напряжения сети с учетом фактических коэффициентов трансформации трансформатора.

Для расчета параметров сразу в базисных величинах, рассчитаем базисные напряжения каждой ступени:

Для расчетов примем  МВА.

кВ (на 5% больше основного).

 кВ.

 кВ

 кВ

 кА

 кА

 кА

 кА

Система

 о.е.;

 = 1о.е

Воздушная линия

 о.е.

 о.е.

Трансформатор Т1

При расчете начального значения трехфазного тока КЗ реактивность трансформатора принимают численно равной напряжению короткого замыкания в о.е.

 о.е.

 о.е.

 о.е.

Трансформатор Т2

 о.е.

Асинхронный двигатель

Сопротивление асинхронного двигателя при расчете токов КЗ обычно задается сверхпереходным сопротивлением, приведенным к номинальным параметрам двигателя :

 Ом

 о.е.

Находим сверхпереходную фазную ЭДС асинхронного двигателя:

где  - фазное напряжение асинхронного двигателя кВ:

;

 - номинальный ток асинхронного двигателя, кА:

;

.

 о.е.

Нагрузка. Реактивность и ЭДС нагрузки в относительных (номинальных) величинах в упрощенных расчетах принимается: , , следовательно:

Синхронный двигатель 1

Находим сверхпереходную фазную ЭДС синхронного двигателя 2 :

где  - фазное напряжение синхронного двигателя кВ:

;

 - номинальный ток синхронного двигателя кА:

;

.

о.е.

Синхронный двигатель 2

Находим сверхпереходную фазную ЭДС синхронного двигателя 2:

где  - фазное напряжение синхронного двигателя кВ:

;

 - номинальный ток синхронного двигателя кА:

;

.

о.е.

Синхронный генератор

Находим сверхпереходную фазную ЭДС синхронного генератора:

где  - фазное напряжение синхронного генератора кВ:

;

 - номинальный ток синхронного генератора, кА:

;

о.е.

Рисунок 2.2 - Упрощенная схема

 о.е.

 о.е.

о.е.

о.е.

 о.е.

о.е.

о.е.

о.е.

о.е.

 о.е.

о.е.

о.е.

о.е.

о.е.

 о.е.

о.е.

о.е.

о.е.

о.е.

Рисунок 2.3 - Окончательно упрощенная схема

Все данные известны для расчета начального значения периодической составляющей тока КЗ для точки короткого замыкания.

.2 Расчет тока к.з в точке К-2 в именованных единицах

Рисунок 2.4 - Схема замещения

Рассчитаем параметры в именованных единицах

Система

 Ом

 кВ

Воздушная линия

 Ом

 Ом

Трансформатор Т1

 Ом

 Ом

 Ом

Трансформатор Т2

 Ом

Асинхронный двигатель

 Ом

Находим сверхпереходную фазную ЭДС асинхронного двигателя:

где  - фазное напряжение асинхронного двигателя кВ:

;

 - номинальный ток асинхронного двигателя, кА:

;

.

Нагрузка. Реактивность и ЭДС нагрузки в относительных (номинальных) величинах в упрощенных расчетах принимается: , , следовательно:

Синхронный двигатель 1

Находим сверхпереходную фазную ЭДС синхронного двигателя 1:

где  - фазное напряжение синхронного двигателя кВ:

;

 - номинальный ток синхронного двигателя кА:

;

Синхронный двигатель 2

Находим сверхпереходную фазную ЭДС синхронного двигателя 2:

где  - фазное напряжение синхронного двигателя кВ:

;

 - номинальный ток синхронного двигателя кА:

;

Синхронный генератор.

Находим сверхпереходную фазную ЭДС синхронного генератора:

где  - фазное напряжение синхронного генератора кВ:

;

 - номинальный ток синхронного генератора, кА:

;

.

Рисунок 2.5 - Упрощенная схема

 Ом

 Ом

Ом

 Ом

Ом

Ом

Ом

 Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

 Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Рисунок 2.6 - Окончательно упрощенная схема

Все данные известны для расчета начального значения периодической составляющей тока КЗ для точки короткого замыкания.

2.3 Расчет ударного тока к.з. в точке К2

Система:

Воздушная линия:

Синхронный двигатель

Рисунок 2.7 - Схема замещения

Асинхронный двигатель

Нагрузка

Трансформатор Т1, Т2

Синхронный генератор

 Ом

 Ом

Ом

 Ом

Ом

Ом

Ом

 Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

 Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Рисунок 2.9 - Окончательно упрощенная схема

Постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ i-ой ветви:

где ,  - результирующие эквивалентные сопротивления i-ой ветви, Ом;

 - синхронная угловая частота напряжения сети, рад/с (). Тогда постоянная времени для каждой ветви:

Расчет ведется для момента времени t=0,01 с. Поскольку точка короткого замыкания делит заданную схему на радиальные независимые друг от друга ветви, то ударный ток КЗ определяется суммой ударных токов отдельных ветвей:

.4 Значение периодической составляющей тока к.з. к моменту его снятие

Расчет производим для моментов времени t = 0,2 c.

Действующее значение периодической составляющей тока трехфазного короткого замыкания определяется:

где  - отношение действующего значения периодической составляющей тока синхронного двигателя в начальный момент КЗ к номинальному току;

 - отношение действующего значения периодической составляющей тока асинхронного двигателя в начальный момент КЗ к номинальному току;

 - коэффициент, характеризующий затухание апериодической составляющей тока КЗ от синхронного двигателя;

Теперь определим коэффициент, характеризующий затухание апериодической составляющей тока КЗ по графикам:

;, , .

сеть ток короткий замыкание

3. Расчет тока в точке К1 при несимметричном КЗ

Пусть произошло замыкание одной из фаз на землю.

На рис. 3.1 представлена схема замещения прямой последовательности при однофазном КЗ. Эта схема аналогична схеме замещения симметричного трехфазного КЗ.

Рис. 3.1 - Схема замещения для прямой последовательности при однофазном КЗ

 о.е.

 о.е.

о.е.

о.е.

 о.е.

о.е.

о.е.

о.е.

 о.е.

о.е.

о.е.

о.е.

о.е.

 о.е.

о.е.

о.е.

Рисунок 3.2 - Окончательно упрощенная схема для прямой последовательности

Преобразуем схему замещения к простейшему виду и определим эквивалентные сопротивление и ЭДС:

Рис. 3.4 - Преобразованная схема замещения

На рис. 3.4 изображена свернутая схема замещения относительно точки К1 для прямой последовательности.

Рис. 3.5 - Схема замещения прямой последовательности при однофазном КЗ в точке К1

На рис. 3.6 изображена схема замещения для обратной последовательности, которая составляется аналогично схеме замещения прямой последовательности, но ЭДС источников отсутствует. Сопротивления элементов токам обратной последовательности принимаются такими же, как и для токов прямой последовательности.

Рис. 3.6. - Схема замещения обратной последовательности при однофазном КЗ в точке К1

Рассчитываем ток прямой последовательности:

где = - для однофазного короткого замыкания,

Модуль полного тока поврежденной фазы в месте однофазного КЗ определяется:

Токи симметричных составляющих фазы A:

Токи КЗ неаварийных фаз:

Симметричные составляющие напряжения в месте КЗ особой фазы А:

Фазные напряжения в месте короткого замыкания:

;

Векторная диаграмма напряжений, построенная по вышеприведенным соотношениям, представлена на рис. 3.9.

Векторная диаграмма токов представлена на рис. 3.10.

Рисунок 3.7 - Векторная диаграмма напряжений при однофазном КЗ

Рисунок 3.8 - Векторная диаграмма токов при однофазном КЗ

Расчет тока в точке К3 при двухфазном замыкании на землю

Пусть произошло замыкание на фазах B и С на землю.

Запишем граничные условия:

Схемы замещения всех последовательностей при двухфазном КЗ на землю такие же, как и при однофазном К1 (рис. 4.1), поэтому остались теми же и все параметры схем замещения.

Рассчитываем ток прямой последовательности:

, где

= - для двухфазного короткого замыкания на землю,

Ток обратной последовательности:

Ток нулевой последовательности:

Токи поврежденных фаз в месте КЗ:

Ток на землю:

Напряжения в месте КЗ:

Рис. 3.9 Векторная диаграмма напряжений а) и токов б) в точке К3 двухфазного КЗ на землю

Расчет начального значения периодической составляющей тока в точке К-1 при двухфазном КЗ

Допустим произошло замыкание фаз B и С. Запишем граничные условия:

Все параметры схемы замещения аналогичны, полученным при расчёте однофазного КЗ.

Рассчитываем ток прямой последовательности:

Ток обратной последовательности:

Токи поврежденных фаз в месте КЗ:

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В выполненном курсовом проекте не учитывались:

сдвиг по фазе ЭДС и изменения частоты вращения роторов синхронных генераторов, компенсаторов и электродвигателей;

ток намагничивания трансформаторов и автотрансформаторов;

насыщение магнитных систем электрических машин;

поперечная емкость воздушных линий электропередачи напряжением 110-220 кВ, если их длина не превышает 200 км.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. ГОСТ 28249-93. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ.

. ГОСТ Р 52735-2007. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением свыше 1 кВ.

. Правила устройства электроустановок, 7-е издание: М, 2000.

. Методические указания к выполнению курсовой работы. М.А. Новожилов. Иркутский Государственный технический университет; Иркутск, 2001.