Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Коротким замыканием (КЗ) называется преднамеренное или случайное, не предусмотренное нормальным режимом работы, электрическое соединение двух точек электрической сети между собой или землей, при котором токи в ветвях электроустановки резко возрастают, превышая наибольший допустимый ток продолжительного режима.
КЗ являются одним из основных видов аварий в системах электроснабжения, в связи с чем расчет токов КЗ является важнейшей задачей проектирования таких систем.
На стадии проектировании любой системы электроснабжения необходимо определить максимально возможные (в начале каждого участка) и минимально возможные (в конце участка) токи КЗ. По максимальным токам производится проверка сечений проводников, коммутационных и защитных аппаратов на термическую и динамическую стойкость к токам КЗ; расчет минимальных токов необходим для правильного выбора уставок аппаратов защиты.
В сетях трехфазного электрического тока короткие замыкания могут быть трехфазные, двухфазные и однофазные. Трехфазные и двухфазные короткие замыкания – это симметричные КЗ. В сетях с глухозаземленной нейтралью возможны несимметричные однофазные КЗ при замыкании одной фазы на землю или корпус электроустановки.
Полный ток короткого замыкания определяется суммой вынужденной и свободной составляющих. Вынужденная составляющая тока КЗ обусловлена действием источника питания. Она имеет периодический характер изменения с частотой, равной частоте напряжения источника. Эту составляющую называют периодической составляющей тока КЗ – iпt. Свободная составляющая тока КЗ обусловлена изменением энергии магнитного поля в индуктивности электрической цепи, запасенной до момента возникновения КЗ. Свободная составляющая тока КЗ из-за обязательного наличия в электрической цепи активного сопротивления затухает по экспоненциальному закону без перемены знака и называется апериодической составляющей тока КЗ – iat.
i = iпt + iat (1.1)
Наибольшее амплитудное значение полного тока наблюдается через полпериода (0,01 с) после начала КЗ. Этот ток называется ударным током короткого замыкания iуд и определяется как сумма амплитудного значения периодической составляющей тока и мгновенного значения апериодической составляющей для t = 0,01с.
(1.2)
где kуд – ударный коэффициент тока КЗ; Iп0. – начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ.
Ударный коэффициент kуд зависит от соотношения между активным и реактивным сопротивлением цепи КЗ, т.е. от расстояния между местом КЗ и источника питания. Значения kуд в зависимости от места КЗ приведены в таблице 1.1 и на рисунке 1.1.
Таблица 1.1
Ударные коэффициенты в зависимости от места короткого замыкания
|
Место короткого замыкания |
куд |
|
Выводы явнополюсного генератора с успокоительной обмоткой |
1,93 |
|
Выводы турбогенератора |
1,91 |
|
В цепи без учета активного сопротивления |
1,8 |
|
На стороне до 1000 В трансформаторов мощностью: 1600, 2500 кВ∙А 630, 1000 кВ∙А 100, 250, 400 кВ∙А |
1,4 1,3 1,2 |
|
Удаленные точки КЗ с учетом активного сопротивления |
по рис.1 |
Рис. 1.1. Кривая для определения ударного коэффициента
Для определения токов КЗ обычно пользуются методами математического моделирования. Процесс моделирования системы электроснабжения для расчета токов КЗ включает в себя несколько этапов.
1. Для упрощения расчетов принимают ряд допущений:
Применение таких допущений вполне оправдано, так как они существенно упрощают математическое описание системы, при этом не увеличивая погрешность расчета.
Если указанные допущения принять нельзя, то расчет токов КЗ следует производить более точным способом [12, 13].
2. Для расчета токов КЗ составляется расчетная схема – упрощенная однолинейная схема электроустановки, в которой учитывают все источники питания (генераторы, синхронные компенсаторы, энергосистемы), трансформаторы, воздушные и кабельные линии, реакторы. При составлении расчетной схемы исходят из условий длительной работы электроустановок рассчитываемой сети.
3. По расчетной схеме составляется схема замещения, в которой указываются сопротивления всех элементов и намечаются точки для расчета токов КЗ. Генераторы, трансформаторы большой мощности, воздушные линии, реакторы обычно представляются в схеме замещения их индуктивными сопротивлениями, так как активные сопротивления во много раз меньше индуктивных. Кабельные линии 6-10 кВ, трансформаторы, мощностью до 1000 кВА в схеме замещения представляются индуктивными и активными сопротивлениями.
Все сопротивления схемы замещения подсчитывают в именованных (Ом) или в относительных единицах. При расчете в относительных единицах задаются базовыми величинами: напряжением Uб и мощностью Sб.
За базовое напряжение принимают среднее номинальное напряжение той ступени, где производится расчет токов КЗ. Среднее значение напряжения принимают на 5 % выше номинального напряжения сети.
Шкала Uср.ном: 230, 115, 37, 10.5, 6.3, 0.4, 0.23 кВ.
За базовую мощность для удобства подсчетов принимают 100, 1000 МВА или номинальную мощность самого большого трансформатора.
Для определения токов КЗ используют следующие формулы:
а) трехфазное КЗ, кА
, (1.3)
где – действующее значение установившегося тока КЗ; Uср.ном – среднее номинальное (линейное) напряжение системы, приведенное к ступени, на которой рассматривается КЗ; Zрез – полное (или индуктивное) сопротивление до места КЗ.
б) двухфазное КЗ, кА
(1.4)
в) однофазное КЗ, кА
. (1.5)
где Uф – фазное напряжение в точке КЗ, кВ;
Zф-0 – полное сопротивление петли «фаза нуль» до точки КЗ, Ом;
– полное сопротивление трансформатора при однофазном КЗ, Ом.
Величина сильно зависит от схемы соединения его обмоток. При схемах соединений Δ / Yн и Y / Zн величина /3 равна сопротивлению трансформатора при трех- или двухфазном КЗ и определяется по выражению:
. (1.6)
Для указанных схем соединений при питании от системы бесконечной мощности ток однофазного КЗ на выводах трансформатора равен току трехфазного КЗ:
. (1.7)
При соединении Y / Yн – 3. Определенная экспериментальным путем величина приведена в таблице 1.2.
Полное сопротивление петли короткого замыкания Zф-0 состоит из сопротивлений фазного и нулевого проводов.
4. Моделирование отдельных элементов системы электроснабжения производится следующим образом:
а) Электрическая система (источник питания)
Электрическая система с достаточной для практических расчетов точностью моделируется источником ЭДС за индуктивным сопротивлением (активным сопротивлением системы обычно пренебрегают, ввиду его малости).
Величина ЭДС принимается равным среднему номинальному напряжению сети Uср.ном, кВ.
Индуктивное сопротивление системы находится по значению мощности КЗ на выводах обмотки высшего напряжения питающего трансформатора:
,
где Sкз.сист. – мощность КЗ системы, кВА.
При отсутствии данных о величине Sкз сист. значение хсист может быть определено по номинальному току отключения выключателя Iном откл, установленного в питающей сети напряжением выше 1000 В:
.
Электроустановки объектов электроснабжения напряжением до 1000 В обычно запитываются от понижающих трансформаторов с номинальной мощностью Sном тр. = 25…2500 кВА. Если мощность КЗ на стороне высшего напряжения трансформатора Sкз сист. 25∙Sном тр., то периодическая составляющая тока КЗ будет неизменной. В большинстве случаев для цеховых сетей это соотношение выполняется. Тогда можно считать, что КЗ в сетях до 1000 В питается от системы с неограниченной мощностью, т.е. хсист. = 0.
б) Двухобмоточный силовой трансформатор
При моделировании схемы замещения силовых трансформаторов для расчета токов КЗ пренебрегают поперечными составляющими, которые в данной постановке задачи не актуальны.
Полное сопротивление двухобмоточных трансформаторов определяется по выражению:
,
а активное и индуктивное – по соотношениям:
где uкз – напряжение короткого замыкания, %; Uном – номинальное напряжение трансформатора, В; DPкз – потери короткого замыкания, кВт; Sном – номинальная мощность трансформатора, кВА.
Сопротивление трансформатора будет приведено к тому напряжению, которое подставляется в качестве Uном.
Значения сопротивлений трансформаторов приведены в таблице 1.2.
в) Проводники
В качестве проводников электрической энергии в системах электроснабжения используют воздушные линии (ВЛ), кабельные линии (КЛ), провода и шинопроводы, которые моделируются активными и индуктивными сопротивлениями:
R = r0∙L, x = x0∙L
где r0 x0, – удельные активное и индуктивное сопротивления, Ом/м;
L – протяженность линии, м.
В таблице 1.3 приведены сопротивления шинопроводов, в таблице 1.5 – сопротивления проводов и кабелей. Для неизолированных проводов удельное активное сопротивление дано в таблице 1.6, реактивное в таблице 1.11. При отсутствии данных х0 принимается в соответствии с таблицей 1.7.
г) Контактные соединения, измерительные приборы, коммутационные и защитные аппараты.
Сопротивления токопровода (шин) от трансформатора к автоматическому выключателю ориентировочно принимаются равными Rш= 0,5 мОм, а Хш= 2,25 мОм. Значения переходного сопротивления контактов для различных ступеней электроснабжения даны в таблице 1.4, а неподвижных контактных соединений – в таблице 1.8.
Сопротивления первичных обмоток трансформаторов тока Rт.т и Хт.т приведены в таблице 1.9, а сопротивления токовых катушек расцепителей автоматических выключателей Rа и Ха и переходные сопротивления контактов Rк отключающих аппаратов – в таблице 1.10.
Таблица 1.2
Сопротивления понижающих трансформаторов мощностью
до 1600 кВ∙А, приведенные к вторичному напряжению 0,4/0,23 кВ
|
Мощность, кВА |
Верхний предел первичного напряжения, кВ |
Схема соединений обмоток |
ΔPкз, |
uкз, |
Rтр, |
Хтр, |
Zтр, |
, мОм |
|
63 |
10 |
Y/YH |
1,28 |
4,5 |
52 |
102 |
114 |
1237 |
|
100 |
10 |
Y/YH |
1,97 |
4,5 |
31,5 |
64,7 |
72 |
779 |
|
160 |
10 |
Y/YH |
2,65 |
4,5 |
16,6 |
41,7 |
45 |
487 |
|
250 |
10 |
Y/YH |
3,7 |
4,5 |
9,4 |
27,2 |
28,7 |
312 |
|
400 |
10 |
Y/YH |
5,5 |
4,5 |
5,5 |
17,1 |
18 |
195 |
|
630 |
10 |
Y/YH |
7,6 |
5,5 |
3,1 |
13,6 |
14 |
129 |
|
1000 |
10 |
Y/YH |
12,2 |
5,5 |
2 |
8,5 |
8,8 |
81 |
|
1600 |
10 |
Y/YH |
18 |
5,5 |
1 |
5,4 |
5,4 |
54 |
Таблица 1.3
Удельные сопротивления комплектных шинопроводов
|
Параметры |
Тип комплектного шинопровода |
||||||
|
ШМА |
ШРА |
||||||
|
Iном, А |
1250 |
1600 |
2500 |
3200 |
250 |
400 |
630 |
|
r0, мОм/м |
0,034 |
0,030 |
0,017 |
0,015 |
0,21 |
0,15 |
0,10 |
|
х0, мОм/м |
0,016 |
0,014 |
0,008 |
0,007 |
0,21 |
0,17 |
0,13 |
|
r0(ф-0), мОм/м |
0,068 |
0,060 |
0,034 |
0,030 |
0,42 |
0,30 |
0,20 |
|
х0(ф-0), мОм/м |
0,053 |
0,060 |
0,075 |
0,044 |
0,42 |
0,24 |
0,26 |
|
z0(ф-0), мОм/м |
0,086 |
0,087 |
0,082 |
0,053 |
0,59 |
0,38 |
0,33 |
Таблица 1.4
Переходные сопротивления на ступенях распределения
|
Ступень |
Место |
Rступ., |
Дополнительные сведения |
|
1 |
Распределительные устройства подстанции |
15 |
Используются при отсутствии достоверных данных о контактах и их переходных сопротивлениях в сетях, питающихся от цеховых трансформаторов мощностью до 2500 кВА включительно |
|
2 |
Первичные распределительные цеховые пункты |
20 |
|
|
3 |
Вторичные распределительные цеховые пункты |
25 |
|
|
4 |
Аппаратура управления электроприемников, получающих питания от вторичных РП |
30 |
Таблица 1.5
Активное и индуктивное сопротивления проводов и кабелей
с алюминиевыми и медными жилами
|
Сечение, мм2 |
Сопротивление, мОм/м |
|||||
|
активное |
индуктивное |
|||||
|
алюминий |
медь |
провода открыто проложен-ные |
кабель с бумажной поясной изоляцией |
провода в трубах, кабель с любой изоляцией (кроме бумажной) |
воздушная линия до 1000 В |
|
|
2,5 |
12,5 |
7,4 |
0,358 |
0,104 |
0,116 |
— |
|
4,0 |
7,81 |
4,63 |
0,343 |
0,095 |
0,107 |
— |
|
6,0 |
5,21 |
3,09 |
0,330 |
0,09 |
0,1 |
— |
|
10 |
3,12 |
1,84 |
0,307 |
0,073 |
0,099 |
— |
|
16 |
1,95 |
1,16 |
0,293 |
0,0675 |
0,095 |
0,354 |
|
25 |
1,25 |
0,74 |
0,278 |
0,0662 |
0,091 |
0,339 |
|
35 |
0,894 |
0,53 |
0,268 |
0,0637 |
0,088 |
0,330 |
|
50 |
0,625 |
0,37 |
0,256 |
0,0625 |
0,085 |
0,317 |
|
70 |
0,447 |
0,265 |
0,245 |
0,0612 |
0,082 |
0,307 |
|
95 |
0,329 |
0,195 |
0,236 |
0,0602 |
0,081 |
0,297 |
|
120 |
0,261 |
0,154 |
0,229 |
0,0602 |
0,080 |
0,293 |
|
150 |
0,208 |
0,124 |
0,21 |
0,0596 |
0,079 |
— |
|
185 |
0,169 |
0,1 |
0,21 |
0,0596 |
0,078 |
— |
|
240 |
0,130 |
0,077 |
0,20 |
0,0587 |
0,077 |
— |
Таблица 1.6
Активное сопротивление 1 км кабельных и воздушных линий, Ом/км
|
Площадь сечения, мм2 |
Жила трехжильного кабеля |
Фаза, выполненная проводом марки |
||||
|
алюминиевая |
медная |
А |
АС и АСО |
АСУ |
М |
|
|
1 |
— |
18,5 |
— |
— |
— |
— |
|
1,5 |
— |
12,5 |
— |
— |
— |
— |
|
2,5 |
12,5 |
7,4 |
— |
— |
— |
— |
|
4 |
7,81 |
4,63 |
— |
— |
— |
— |
|
6 |
5,21 |
3,09 |
— |
— |
— |
3,06 |
|
10 |
3,12 |
1,84 |
— |
— |
— |
1,84 |
|
16 |
1,95 |
1,16 |
1,98 |
2,06 |
— |
1,2 |
|
25 |
1,25 |
0,74 |
1,28 |
1,31 |
— |
0,74 |
|
35 |
0,894 |
0,53 |
0,92 |
0,85 |
— |
0,54 |
|
50 |
0,625 |
0,37 |
0,64 |
0,65 |
— |
0,39 |
|
70 |
0,447 |
0,265 |
0,46 |
0,46 |
— |
0,28 |
|
95 |
0,329 |
0,195 |
0,34 |
0,37 |
— |
0,2 |
|
120 |
0,261 |
0,154 |
0,27 |
0,27 |
0,28 |
0,158 |
|
150 |
0,208 |
0,124 |
0,21 |
0,21 |
0,21 |
0,128 |
|
185 |
0,169 |
0,1 |
0,185 |
0,17 |
0,17 |
0,103 |
|
240 |
0,13 |
0,077 |
— |
0,132 |
0,131 |
0,078 |
|
300 |
— |
— |
— |
0,107 |
0,106 |
— |
|
400 |
— |
— |
— |
0,08 |
0,079 |
— |
Таблица 1.7
Среднее значения погонных реактивных сопротивлений линий сети
|
Характеристика линий |
х0, мОм/м |
|
Кабельные линии напряжением: до 1000 В 6–10 кВ |
0,06 0,08 |
|
Изолированные провода внутренней проводки |
0,11 |
|
Шинопроводы |
0,15 |
|
Воздушные линии напряжением: до 1000 В 6–10 кВ 35–220 кВ 500 кВ (с тремя проводами в фазе) |
0,31 0,38 0,40 0,29 |
Таблица 1.8
Активные переходные сопротивления неподвижных контактных соединений
|
Кабель |
Комплектный шинопровод |
||
|
S, мм2 |
Rк, мОм |
Iном, А |
Rк, мОм |
|
16 |
0,085 |
Распределительный |
|
|
25 |
0,064 |
250 |
0,009 |
|
35 |
0,056 |
400 |
0,006 |
|
50 |
0,043 |
630 |
0,0037 |
|
70 |
0,029 |
Магистральный |
|
|
95 |
0,027 |
1600 |
0,0034 |
|
120 |
0,024 |
2500 |
0,0024 |
|
185 |
0,021 |
3200 |
0,0012 |
|
240 |
0,012 |
4000 |
0,0011 |
Таблица 1.9
Средние значения сопротивлений первичных обмоток трансформаторов тока
|
Коэффициент трансформации |
Сопротивления, мОм, трансформаторов тока класса точности |
|||
|
1 |
3 |
|||
|
Хт.т |
Rт.т |
Хт.т |
Rт.т |
|
|
20/5 |
67 |
42 |
17 |
19 |
|
30/5 |
30 |
20 |
8 |
8,2 |
|
40/5 |
17 |
11 |
4,2 |
4,8 |
|
50/5 |
11 |
7 |
2,8 |
3 |
|
75/5 |
4,8 |
3 |
1,2 |
1,3 |
|
100/5 |
1,7 |
2,7 |
0,7 |
0,75 |
|
150/5 |
1,2 |
0,75 |
0,3 |
0,33 |
|
200/5 |
0,67 |
0,42 |
0,17 |
0,19 |
|
300/5 |
0,3 |
0,2 |
0,08 |
0,09 |
|
400/5 |
0,17 |
0,11 |
0,04 |
0,05 |
|
600/5 |
0,07 |
0,05 |
0,02 |
0,02 |
Таблица 1.10
Средние значения сопротивлений отключающих аппаратов
|
Номинальный ток, А |
Сопротивления расцепителей автоматических выключателей при 65С, мОм |
Переходные сопротивления контактов, Rк, мОм |
|||
|
Rа |
Ха |
автоматических выключателей |
рубильников |
разъединителей |
|
|
50 |
5,50 |
4,50 |
1,3 |
— |
— |
|
70 |
2,40 |
2,00 |
1,00 |
— |
— |
|
100 |
1,30 |
1,20 |
0,75 |
0,50 |
— |
|
150 |
0,70 |
0,70 |
0,70 |
0,45 |
— |
|
200 |
0,40 |
0,50 |
0,60 |
0,40 |
— |
|
400 |
0,15 |
0,17 |
0,40 |
0,20 |
0,20 |
|
600 |
0,12 |
0,13 |
0,25 |
0,15 |
0,15 |
|
1000 |
0,10 |
0,10 |
0,15 |
0,08 |
0,08 |
|
1600 |
0,08 |
0,08 |
0,10 |
— |
0,06 |
|
2000 |
0,07 |
0,08 |
0,08 |
— |
0,03 |
|
2500 |
0,06 |
0,07 |
0,07 |
— |
0,03 |
|
3000 |
0,05 |
0,07 |
0,06 |
— |
0,02 |
|
4000 |
0,04 |
0,05 |
0,05 |
— |
— |
Таблица 1.11
Реактивное сопротивление неизолированных алюминиевых и
сталеалюминиевых проводов, Ом/км
|
Марка |
При среднем геометрическом расстоянии между проводами, мм |
|||||||||
|
800 |
1000 |
1500 |
2000 |
2500 |
3000 |
3500 |
4000 |
4500 |
5000 |
|
|
А-35 |
0,352 |
0,366 |
0,391 |
0,410 |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
|
А-50 |
0,341 |
0,355 |
0,380 |
0,398 |
0,413 |
0,423 |
0,433 |
0,442 |
— |
— |
|
А-70 |
0,331 |
0,345 |
0,370 |
0,388 |
0,402 |
0,413 |
0,423 |
0,431 |
— |
— |
|
А-95 |
0,319 |
0,333 |
0,358 |
0,377 |
0,393 |
0,402 |
0,413 |
0,421 |
— |
— |
|
А-120 |
0,313 |
0,327 |
0,352 |
0,371 |
0,385 |
0,396 |
0,405 |
0,414 |
— |
— |
|
А-150 |
0,305 |
0,315 |
0,344 |
0,363 |
0,376 |
0,388 |
0,398 |
0,406 |
0,416 |
0,422 |
|
А-185 |
0,298 |
0,311 |
0,339 |
0,355 |
0,370 |
0,382 |
0,391 |
0,399 |
0,409 |
0,416 |
|
А-240 |
— |
0,304 |
0,329 |
0,347 |
0,361 |
0,372 |
0,382 |
0,391 |
0,401 |
0,406 |
|
А-300 |
— |
0,297 |
0,322 |
0,340 |
0,354 |
0,366 |
0,376 |
0,381 |
0,394 |
0,401 |
|
А-400 |
— |
0,289 |
0,315 |
0,331 |
0,344 |
0,356 |
0,366 |
0,374 |
0,386 |
0,391 |
|
А-500 |
— |
0,281 |
0,305 |
0,324 |
0,337 |
0,348 |
0,389 |
0,366 |
0,377 |
0,383 |
|
А-600 |
— |
0,275 |
0,300 |
0,318 |
0,330 |
0,343 |
0,353 |
0,361 |
0,370 |
0,377 |
|
АС-16 |
0,374 |
0,389 |
0,411 |
0,430 |
0,442 |
— |
— |
— |
— |
— |
|
АС-25 |
0,362 |
0,376 |
0,398 |
0,407 |
0,417 |
0,431 |
— |
— |
— |
— |
|
АС-35 |
0,346 |
0,362 |
0,385 |
0,403 |
0,412 |
0,429 |
0,438 |
0,446 |
— |
— |
|
АС-50 |
0,338 |
0,353 |
0,374 |
0,392 |
0,406 |
0,418 |
0,427 |
0,435 |
— |
— |
|
АС-70 |
0,327 |
0,341 |
0,364 |
0,382 |
0,396 |
0,408 |
0,417 |
0,425 |
0,433 |
0,440 |
|
АС-95 |
0,317 |
0,331 |
0,353 |
0,371 |
0,385 |
0,397 |
0,406 |
0,414 |
0,422 |
0,429 |
|
АС-120 |
0,309 |
0,323 |
0,347 |
0,365 |
0,379 |
0,391 |
0,400 |
0,408 |
0,416 |
0,423 |
|
АС-150 |
— |
— |
— |
0,358 |
0,372 |
0,384 |
0,398 |
0,401 |
0,409 |
0,416 |
|
АС-185 |
— |
— |
— |
— |
0,365 |
0,377 |
0,386 |
0,394 |
0,402 |
0,409 |
|
АС-240 |
— |
— |
— |
— |
— |
0,369 |
0,378 |
0,386 |
0,394 |
0,401 |
|
АС-300 |
— |
— |
— |
— |
— |
0,358 |
0,368 |
0,379 |
0,385 |
0,395 |
Лабораторная работа № 1
Цель работы: овладение методикой математического моделирования и расчета токов КЗ в сетях выше 1000 В.
При расчете токов КЗ в сетях выше 1000 В обязателен учет индуктивных сопротивлений элементов сети: электродвигателей, трансформаторов, реакторов, воздушных и кабельных линий, токопроводов. Активное сопротивление учитывается для воздушных ЛЭП с малым сечением проводов и со стальными проводами, а также для кабельных линий большой протяженности с малым сечением жил. Целесообразно учитывать активное сопротивление, если r х / 3, где r, х – суммарные активное и реактивное сопротивления сети от источника питания до места КЗ.
Активное сопротивление трансформаторов также необходимо учитывать в расчетах токов КЗ, если rтр 0,3хтр. Кроме этого, на сопротивление влияет изменение числа витков обмоток устройствами регулирования напряжения. Учесть действительное положение ответвлений каждого трансформатора в распределительных сетях практически невозможно, поскольку их положение изменяется в зависимости от значения нагрузки, схемы и режима работы сети. Поэтому при расчетах принимается, что все трансформаторы включены на основное ответвление, соответствующее их номинальному напряжению.
Все сопротивления схемы замещения подсчитывают в именованных (Ом) или в относительных единицах. При расчете в относительных единицах задаются базовыми величинами: напряжением Uб и мощностью Sб.
Расчетные формулы для моделирования элементов системы электроснабжения приведены в таблице 1.12.
Таблица 1.12
Расчетные формулы для определения сопротивлений
|
Элемент ЭУ, его схема и исходный параметр |
Схема замещения |
Расчетные формулы |
|
|
Именованные единицы, Ом |
относительные единицы |
||
|
Генератор, Xd, % |
|||
|
Энергосистема Iоткл.ном. Sкз.сист xсист |
|||
|
Двухобмоточный трансформатор uкз, % |
или |
||
|
Реактор хр, Ом |
|||
|
Линия r0, x0 |
или |
Sном – номинальные мощности элементов, МВА;
Sб –базовая мощность, МВА;
Sкз.сист – мощность КЗ энергосистемы, МВА;
Iоткл.ном. – номинальный ток отключения выключателя, кА;
uкз – напряжение КЗ трансформатора, %;
xр – сопротивление реактора, Ом;
r0, x0 – активное и индуктивное сопротивления линии на 1 км длины;
l – длина линии, км;
Хd –сверхпереходное индуктивное сопротивление генератора;
Uср – среднее напряжение в месте установки данного элемента, кВ.
Для схемы электроснабжения цеховой подстанции (рис. 1.2) требуется составить схему замещения для расчета токов КЗ; определить сопротивления элементов схемы электроснабжения; наметить и обозначить на расчетной схеме и схеме замещения точки расчета токов КЗ; определить токи КЗ и составить «сводную ведомость токов КЗ».
Рис.1.2. Расчетная схема распределительной сети
Определение сопротивлений
На подстанции энергосистемы установлен выключатель высокого напряжения ВГБЭ-35-630-41,5 с номинальным током отключения КЗ Iоткл.ном = 41,5 кА.
Принимаем Uср.ном = 37 кВ.
Определяем мощность КЗ системы;
Sкз.сист = = = 2660 МВА.
Расчет ведем в относительных единицах. Производим расчёт сопротивлений сети, принимая базисную мощность Sб = 100 МВА.
1. Сопротивление энергосистемы:
2. Сопротивление воздушной линии 35 кВ:
где: l = 1,5 км - длина воздушной линии;
Uср.ном - базисное напряжение данной ступени трансформации, кВ;
rо= 0,27 Ом/км - активное сопротивление провода АС-120 (табл.1.6);
xо= 0,309 Ом/км - индуктивное сопротивление провода АС-120 (табл.1.12).
3. Сопротивление трансформатора ТДНС-16000/35 кВА:
=
Активным сопротивлением пренебрегаем, так как трансформатор большой мощности.
где Sном.тр = 16 МВА- номинальная мощность трансформатора;
uкз= 10,5% – напряжение короткого замыкания трансформатора;
4. Сопротивление кабельной линии:
;
,
где: l = 0,42 км – длина кабельной линии;
Uср.ном = 6,3 кВ – базисное напряжение данной ступени трансформации;
rо = 0,329 Ом/км – активное сопротивление кабеля ААШв–(3х95) (табл.1.6);
хо= 0,0602 Ом/км – индуктивное сопротивление кабеля ААШв–(3х95) (табл.1.5)
Составляем схему замещения – рис. 1.3.
Рис.1.3.Схема замещения участка распределительной сети
Расчет токов КЗ
В сетях среднего напряжения (6-35 кВ) в России применяют изолированную нейтрвль. Ток однофазного замыкания на землю в таких сетях невелик, его величина определяется емкостью линии (зависит от напряжения, длины и типа линии), и этот режим не является аварийным. Соответственно, рассчитывать токи однофазного КЗ в сетях среднего напряжения нет необходимости.
Ток двухфазного КЗ легко определяется по рассчитанному току трехфазного:
Ток трехфазного КЗ определяется по формуле:
, кА
где Zрез – полное сопротивление до точки КЗ, Ом.
При расчете в системе относительных единиц сначала находят базисный ток КЗ на рассматриваемой ступени трансформации:
, кА
а затем определяют реальное значение периодической составляющей тока КЗ:
, кА
Будем определять токи трехфазного КЗ по намеченным точкам.
Точка К1:
кА
кА
Ударный ток КЗ
= 104,5 кА
по таблице 1.1.
Точка К2:
кА
кА
Ударный ток КЗ
= 50,91 кА
по таблице 1.1.
Точка К3:
кА
кА
Ударный ток КЗ
= 31,99 кА
по таблице 1.1.
Точка К4:
кА
кА
Ударный ток КЗ
= 26,83 кА
по таблице 1.1.
Сводная ведомость токов КЗ
|
Расчетные точки |
К1 |
К2 |
К3 |
К4 |
|
|
Токи КЗ, кА |
41,05 |
20,0 |
12,57 |
10,46 |
|
|
iуд |
104,5 |
50,91 |
31,99 |
26,83 |
Для схемы электрической сети выше 1000 В (рис. 1.4) требуется составить схему замещения для расчета токов КЗ; определить сопротивления элементов схемы электроснабжения; наметить и обозначить на расчетной схеме и схеме замещения точки расчета токов КЗ; определить токи КЗ и составить «сводную ведомость токов КЗ». Кабельные линии к цеховой ТП и высоковольтному синхронному двигателю (СД) выполнены кабелями с бумажной поясной изоляцией. Среднее геометрическое расстояние между проводами воздушной линии электропередачи (ВЛ) принимаются любым, в соответствии с табл.1.11.
Рис.1.4. Расчетная схема распределительной сети
Варианты заданий приведены в таблице 1.13. Вариант задания определяется преподавателем.
Таблица 1.13
Варианты заданий
|
№ вар |
Система |
ВЛ |
Трансформатор ГПП |
КЛ1 |
КЛ2 |
||||
|
Sкз, МВА |
S, мм2 |
l. км |
S, МВА |
uкз, % |
S, мм2 |
l. км |
S, мм2 |
l. км |
|
|
1 |
5000 |
АС-240 |
5,6 |
40 |
11 |
150 |
1,2 |
95 |
0,5 |
|
2 |
4000 |
АС-185 |
10,2 |
32 |
10,5 |
120 |
0,6 |
70 |
1,2 |
|
3 |
3000 |
АС-150 |
5,4 |
25 |
10,5 |
120 |
0,8 |
95 |
0,6 |
|
4 |
2000 |
АС-120 |
6,8 |
16 |
10,5 |
95 |
1,2 |
50 |
0,8 |
|
5 |
2000 |
АС-150 |
10,5 |
25 |
11 |
95 |
1,2 |
120 |
0,3 |
|
6 |
3000 |
АС-120 |
4,1 |
32 |
11 |
70 |
0,4 |
70 |
0,2 |
|
7 |
1000 |
АС-95 |
2,2 |
16 |
10,5 |
50 |
0,2 |
70 |
0,5 |
|
8 |
1000 |
АС-70 |
3,4 |
10 |
10,5 |
35 |
0,4 |
50 |
0,2 |
|
9 |
2000 |
АС-240 |
12,5 |
32 |
11 |
120 |
2,2 |
95 |
1,1 |
|
10 |
3000 |
АС-185 |
5 |
25 |
10,5 |
70 |
3,5 |
50 |
0,4 |
Отчет по лабораторной работе должен содержать:
Лабораторная работа № 2
Цель работы: овладение методикой математического моделирования и расчета токов КЗ в сетях выше 1000 В в системе схемотехнического моделирования Electronics Workbench
Одной из наиболее известных программ схемотехнического моделирования является Electronics Workbench (разработка фирмы Interactive Image Technologies, www.interactiv.com). Electronics Workbench является доступным и удобным инструментом математического моделирования, предоставляющий пользователю большое количество электронных компонент и контрольно-измерительных приборов, по внешнему виду и характеристикам приближенных к их промышленным аналогам. После составления схемы и её упрощения путем оформления подсхем, моделирование начинается щелчком обычного выключателя. При этом от пользователя скрыт сложный математический алгоритм работы программы, и при ее соответствующей настройке, реальные эксперименты может проводить пользователь, имеющий квалификацию электрика, а не программиста.
Программа Electronics Workbench может быть использована для построения математической модели системы электроснабжения и расчета токов КЗ.
При построении математической модели системы электроснабжения для расчета токов КЗ в среде схемотехнического моделирования Electronics Workbench следует обратить внимание на следующие факторы:
1. По умолчанию тип измерительных приборов в программе установлен на «постоянный ток» - DC. Так как моделирование проводится для системы переменного тока нужно изменить тип используемых измерительных приборов на «переменный ток» - АС. Для этого, открыв двойным щелчком мыши, окно свойств измерительного прибора, выберите вкладку «Value», и в раскрывающимся списке «Mode» установите АС (рис. 1.5). Для уменьшения погрешности измерений можно выставить величину внутреннего сопротивления амперметра в 1 ∙10-12 Ом (Resistance – 1 pΩ).
Рис.1.5. Окно свойств амперметра в редакторе Electronics Workbench
2. Величина индуктивных сопротивлений в программе задается не в Ом, а в Гн. Для перехода от величины индуктивного сопротивления, заданного в Ом, к индуктивности в Гн нужно воспользоваться известной формулой:
, где f – частота сети, Гц.
Для схемы электроснабжения (лаб. работа №1, рис. 1.2) требуется составить схему замещения в редакторе Electronics Workbench; определить токи КЗ и составить «сводную ведомость токов КЗ».
Определение сопротивлений
Составляем схему замещения для расчета токов КЗ в абсолютных единицах. Так как трехфазная система симметрична, достаточно составить однолинейную схему замещения одной фазы сети.
1. Сопротивление энергосистемы:
Энергосистема моделируется неизменной ЭДС за индуктивным сопротивлением хсист.
Определяем фазную ЭДС энергосистемы:
е = 21,362 кВ
Определяем сопротивление системы:
Ом
Переходим к индуктивности
mГн
2. Сопротивление воздушной линии 35 кВ:
0,405 Ом
0,4635 Ом
где: l = 1,5 км - длина воздушной линии;
rо= 0,27 Ом/км - активное сопротивление провода АС-120 (табл.1.6);
xо= 0,309 Ом/км - индуктивное сопротивление провода АС-120 (табл.1.12).
Переходим к индуктивности
mГн
3. Сопротивление трансформатора ТДНС-16000/35 кВА:
Ом
mГн
Примечание: сопротивление трансформатора можно приводить к любой обмотке (высшего или низшего напряжения). Соответственно сопротивления трансформатора в схеме замещения должны находиться на том же напряжении, к которому приведен трансформатор.
Sном.тр = 16 МВА- номинальная мощность трансформатора;
uкз= 10,5% – напряжение короткого замыкания трансформатора;
Сопротивления трансформатора приведены к обмотке высшего напряжения.
Для моделирования силового трансформатора при расчете токов КЗ в среде Electronics Workbench удобно использовать его линейную модель, окно свойств которой представлено на рис.1.6.
Рис.1.6. Окно свойств линейного трансформатора
в редакторе Electronics Workbench
Определим коэффициент трансформации трансформатора ГПП , в окне свойств на вкладке «Models» из предлагаемой библиотеки (Library) трансформаторов выберем силовой (power), Из предлагаемой базы моделей (Model) силовых трансформаторов выберем идеальный (ideal) и нажмем кнопку редактирования его свойств - Edit. Откроется окно свойств идеального силового трансформатора (рис. 1.7), в которое нужно ввести рассчитанный нами коэффициент трансформации (primary-to-secondary turns ratio) kтр = N = 5,873. Остальные значения параметров трансформатора изменять нет необходимости.
Рис.1.7. Окно свойств идеального силового трансформатора
в редакторе Electronics Workbench
4. Сопротивление кабельной линии 6,3 кВ:
0,138 Ом
0,0263 Ом
где: l = 0,42 км – длина кабельной линии;
rо = 0,329 Ом/км – активное сопротивление кабеля ААШв–(3х95) (табл.1.6);
хо= 0,0602 Ом/км – индуктивное сопротивление кабеля ААШв–(3х95) (табл.1.5)
Переходим к индуктивности
mГн
В окне схемотехнического редактора собираем схему замещения для расчета токов КЗ. Для полноты исследования введем в расчетную схему сопротивление нагрузки.
Определим сопротивление нагрузки для одной фазы трансформатора, приняв за коэффициент загрузки силового трансформатора по активной мощности наиболее типичный случай – Кз = 0,7.
, откуда Rн = 3,21 Ом
Математическая модель схемы электроснабжения для расчета токов КЗ в среде Electronics Workbench представлена на рис.1.8.
Рис.1.8. Математическая модель схемы электроснабжения
для расчета токов КЗ в среде Electronics Workbench
Показания амперметра, подключенного между точкой К2 и землей, иллюстрируют установившееся значение тока КЗ в этой точке. Однако, в отличие от линейной математической модели системы электроснабжения, представленной в лабораторной работе №1, данная модель позволяет не только определить установившиеся значения токов КЗ в намеченных точках, но изучить поведение системы в переходных процессах.
Добавим в каждую ветвь изучаемой схемы по одному шунтирующему сопротивлению небольшого наминала (например 0,001 Ом) и ключ К для замыкания электрической цепи по команде клавиши клавиатуры ПК. Подключим к шунту электронный осциллограф. Подадим питание на схему и замкнем ключ К.
Модифицированная схема исследований приведена на рис.1.9, экран осциллографа с кривой тока КЗ в расчетной точке К4 на рис.1.10.
Так как, кривые тока и напряжения на активном элементе совпадают, мы можем визуально наблюдать переходный процесс изменения тока в процессе короткого замыкания. С помощью, имеющихся в арсенале осциллографа визиров (на рис.1.10 красная и синие линии), легко определить величину мгновенного значения напряжения на шунтирующем резисторе в произвольный момент времени, а затем определить и величину тока.
Рис.1.9. Математическая модель схемы электроснабжения
для исследования переходных процессов КЗ
Рис.1.10. Кривая изменения тока в точке К4 во время переходного процесса КЗ
Для схемы электрической сети выше 1000 В (рис. 1.4) требуется составить схему замещения для определения токов КЗ в программе схемотехнического моделирования Electronics Workbench; определить сопротивления элементов схемы электроснабжения; наметить и обозначить на расчетной схеме и схеме замещения точки расчета токов КЗ; определить токи КЗ и составить «сводную ведомость токов КЗ».
Провести исследования переходных процессов изменения токов во время КЗ, определить по осциллографу значения ударного тока КЗ в каждой точке и длительность переходного процесса КЗ. Сравнить и проанализировать результаты моделирования схемы электроснабжения с результатами, полученными в лабораторной работе №1.
Отчет по лабораторной работе должен содержать:
Лабораторная работа № 3
Цель работы: овладение методикой математического моделирования и расчета токов КЗ в сетях до 1000 В.
В большинстве практических случаях можно считать, что КЗ в сетях до 1000 В питается от системы с неограниченной мощностью, т.е. периодическая составляющая тока КЗ неизменна в течение всего времени существования режима КЗ:
При расчетах токов КЗ в установках напряжением до 1000 В необходимо учитывать активные и индуктивные сопротивления до точки КЗ всех элементов короткозамкнутой сети: силового трансформатора, проводов, кабелей и шин, токовых катушек расцепителей автоматических выключателей, первичных обмоток трансформаторов тока, переходных контактов аппаратов (определяются по справочным материалам, приведенным в п.1.1 настоящего практикума).
Сопротивление электрической дуги, возникающей в месте КЗ, рассчитывается (обычно при определении чувствительности релейных защит) по соотношению:
,
где Iд – ток, проходящий через дугу (принимается ток, определенный без учета сопротивления дуги при КЗ в том же месте); lд – длина дуги (м), равна расстоянию между токоведущими частями.
При расчете однофазных токов КЗ значения удельных индуктивных сопротивлений петли «фаза-нуль» принимается равным:
х0 = 0,15 мОм/м – для КЛ до 1 кВ и проводов в трубах;
х0 = 0,6 мОм/м – для ВЛ до 1 кВ;
х0 = 0,4 мОм/м – для изолированных открыто проложенных проводов;
х0 = 0,2 мОм/м – для шинопроводов.
Расчет параметров цепи и токов КЗ выполняется в именованных единицах, напряжение принимается на 5% выше номинального напряжения сети (т.е. Uср. ном)
Для схемы электроснабжения цеховой сети (рис. 1.11) определить токи КЗ и составить «сводную ведомость токов КЗ». Питание распределительного шкафа ШР выполнено кабелем АНРГ с открытой прокладкой по стене; для питания отдельных электроприемников цеха используются провода АВВГ с прокладкой в трубах. Для подключения измерительных приборов в схеме электроснабжения установлены трансформаторы тока ТА1 и ТА2 с классом точности 1,0.
Рис.1.11. Расчетная схема распределительной сети
Расчет ведем в абсолютных единицах. Сопротивления элементов схемы электроснабжения приводим к номинальному напряжению вторичной обмотки 0,4 кВ.
Определяем сопротивления для расчета трехфазного КЗ
1. Сопротивления трансформатора (табл. 1.2):
Rтр = 2,0 мОм Хтр = 8,5 мОм
2. Сопротивления автоматического выключателя QF1 (табл.1.10):
RQF1 = 0.08 мОм ХQF1 = 0.08 мОм RkQF1 = 0.1 мОм
3. Сопротивления автоматического выключателя QF2 (табл.1.10):
RQF2 = 0.12 мОм ХQF2 = 0.13 мОм RkQF2 = 0.25 мОм
4. Сопротивления первичной обмотки трансформатора тока ТА2 (табл.1.9):
RТА2 = 0.07 мОм ХТА2 = 0.05 мОм
Примечание: сопротивления трансформатора тока ТА1 можно не учитывать ввиду их малости.
5. Сопротивления кабельной линии КЛ1 (удельные сопротивления из табл.1.5):
RКЛ1 = r0∙l / n = 0,261∙10/4 = 0,653 мОм (с учетом 4 параллельно проложенных кабелей)
ХКЛ1 = х0∙l = 0,08∙10 = 0,8 мОм
6. Сопротивления автоматического выключателя QF3 (табл.1.10):
RQF3 = 2,4 мОм ХQF3 = 2,0 мОм RkQF3 = 1,0 мОм
7. Сопротивления кабельной линии КЛ2 (удельные сопротивления из табл.1.5):
RКЛ2 = r0∙l = 0,625∙20 = 12,5 мОм ХКЛ2 = х0∙l = 0,085∙20 = 1,7 мОм
8. Переходные сопротивления ступеней распределения (табл. 1.4):
RРУ НН = 15 мОм RШР = 25 мОм
9. Активные переходные сопротивления неподвижных контактных соединений (табл.1.8):
RkКЛ1 = 0.024 мОм RkКЛ2 = 0.043 мОм
Схема замещения цеховой сети для расчета токов трехфазного и двухфазного КЗ представлена на рис.1.12.
Рис.1.12. Схема замещения цеховой сети
Упростим схему замещения, определив эквивалентные сопротивления на участках схемы между точками КЗ
R1 = Rтр + RQF1 + RРУНН = 2 + 0,08 + 15 = 17,08 мОм
Х1 = Хтр + ХQF1 = 8,5 + 0,08 = 8,08 мОм
R2=RQF2+RТА2+RkКЛ1+RКЛ1+RШР=0,12+0,07+0,024+0,653+25=25,87 мОм
Х2 = ХQF2 + ХТА2 + ХКЛ1 = 0,13 + 0,05 +0,8 = 8,18 мОм
R3 = RQF3 + RkКЛ2 + RКЛ2 = 2,4 + 0,043 + 12,5 = 14,943 мОм
Х3 = ХQF3 + ХКЛ2 = 2,0 + 1,7 = 3,7 мОм
Упрощенная схема замещения представлена на рис. 1.13.
Рис.1.13. Упрощенная схема замещения цеховой сети
Расчет трехфазных и двухфазных токов КЗ
Ток трехфазного КЗ определяется по формуле:
, кА
где Zрез – полное сопротивление до точки КЗ, Ом.
Точка К1:
мОм
Периодическая составляющая тока трехфазного КЗ
12,77 кА
По рис.1.1 определим kуд. Для этого требуется определить Х1/R1=0,47, откуда kуд = 1,0
Ударный ток КЗ
= 18,1 кА
Ток двухфазного КЗ
= 0,87∙12,77 = 11,1 кА
Точка К2:
мОм
Периодическая составляющая тока трехфазного КЗ
5,0 кА
По рис.1.1 определим kуд. Для этого требуется определить Х/R≤0,5, откуда kуд = 1,0
Ударный ток КЗ
= 7,1 кА
Ток двухфазного КЗ
= 0,87∙5,0 = 4,35 кА
Точка К3:
Периодическая составляющая тока трехфазного КЗ
3,77 кА
По рис.1.1 определим kуд. Для этого требуется определить Х/R≤0,5, откуда kуд = 1,0
Ударный ток КЗ
= 5,33 кА
Ток двухфазного КЗ
= 0,87∙3,77 = 3,28 кА
Расчет однофазных КЗ
Определим сопротивления и составим схему замещения для расчета токов однофазного КЗ
Сопротивления трансформатора по табл. 1.2 = 81 мОм
К схеме замещения, изображенной на рис.1.12 нужно добавить сопротивления нулевых проводников.
Сопротивления нулевой жилы кабельных линий КЛ1 и КЛ2 (удельные сопротивления из табл.1.5):
R0-КЛ1 = r0∙l / n = 0,261∙10/4 = 0,653 мОм (с учетом 4 параллельно проложенных кабелей)
R0-КЛ2 = r0∙l = 0,625∙20 = 12,5 мОм
Кроме этого изменятся индуктивные сопротивления кабельных линий
ХКЛ1 = х0∙l = 0,4∙10 = 4 мОм
ХКЛ2 = х0∙l = 0,15∙20 = 3 мОм
Значения удельных индуктивных сопротивлений определены по рекомендациям, приведенным в п.1.4.1.
Схема замещения цеховой сети для расчета токов однофазного КЗ представлена на рис.1.14.
Рис.1.14. Схема замещения цеховой сети для расчета однофазных КЗ
Упростим схему замещения, определив эквивалентные сопротивления на участках схемы между точками КЗ
R1 = RQF1 + RРУНН = 0,08 + 15 = 15,08 мОм
Х1 = ХQF1 = 0,08 = 8,08 мОм
R2=RQF2+RТА2+RkКЛ1+RКЛ1+RШР+R0-КЛ1=
= 0,12+0,07+0,024+0,653+25+0,653=26,52 мОм
Х2 = ХQF2 + ХТА2 + ХКЛ1 = 0,13 + 0,05 +0,8 = 8,18 мОм
R3 = RQF3 + RkКЛ2 + RКЛ2 + R0-КЛ2 = 2,4 + 0,043 + 12,5 +12,5= 27,44 мОм
Х3 = ХQF3 + ХКЛ2 = 2,0 + 1,7 = 3,7 мОм
Упрощенная схема замещения цеховой сети для расчета токов однофазных КЗ не изменится (рис. 1.13), однако значения сопротивлений будут другими.
Ток однофазного КЗ определяется по формуле
.
где Uф – фазное напряжение в точке КЗ, кВ;
Zф-0 – полное сопротивление петли «фаза нуль» до точки КЗ, Ом;
– полное сопротивление трансформатора при однофазном КЗ, Ом.
Точка К1:
мОм
=5,2 кА
Точка К2:
мОм
=3,2 кА
Точка К3:
=2,3 кА
Сводная ведомость токов КЗ
|
Расчетные точки |
К1 |
К2 |
К3 |
|
|
Токи КЗ, кА |
5,2 |
3,2 |
2,3 |
|
|
11,1 |
4,35 |
3,28 |
||
|
12,8 |
5,0 |
3,8 |
||
|
iуд |
18,1 |
7,1 |
5,3 |
Для схемы цеховой сети до 1000 В (рис. 1.15) определить токи КЗ и составить «сводную ведомость токов КЗ». Питание распределительного шкафа ШР от распределительного устройства РУ цеховой подстанции выполнено шинопроводом ШНП. Для питания отдельных электроприемников используются четыре одножильных провода марки АПРТО одинакового сечения с прокладкой в трубах.
Рис.1.15. Схема электроснабжения цеховой сети
Варианты заданий приведены в таблице 1.14. Вариант задания определяется преподавателем.
Таблица 1.14
Варианты заданий
|
№ вар |
Т1 |
QF1 |
ШНП |
QF2 |
КЛ1 |
№ вар |
Т1 |
QF1 |
ШНП |
QF2 |
КЛ1 |
||||
|
Sном, кВА |
Iном, А |
Iном, А |
l, м |
Iном, А |
S, мм2 |
l, м |
Sном, кВА |
Iном, А |
Iном, А |
l, м |
Iном, А |
S, мм2 |
l, м |
||
|
1 |
1600 |
2500 |
2500 |
30 |
250 |
120 |
10 |
11 |
1600 |
2500 |
2500 |
10 |
80 |
25 |
20 |
|
2 |
1000 |
1600 |
1600 |
25 |
200 |
95 |
15 |
12 |
1000 |
1600 |
1600 |
20 |
100 |
35 |
10 |
|
3 |
630 |
1000 |
1250 |
20 |
160 |
70 |
5 |
13 |
630 |
1000 |
1250 |
30 |
125 |
50 |
20 |
|
4 |
400 |
630 |
630 |
15 |
125 |
50 |
10 |
14 |
400 |
630 |
630 |
20 |
160 |
70 |
25 |
|
5 |
250 |
400 |
400 |
10 |
100 |
35 |
15 |
15 |
250 |
400 |
400 |
10 |
200 |
95 |
25 |
|
6 |
1600 |
2500 |
3200 |
10 |
80 |
25 |
20 |
16 |
1600 |
2500 |
3200 |
20 |
250 |
120 |
10 |
|
7 |
1000 |
1600 |
2500 |
15 |
250 |
120 |
10 |
17 |
1000 |
1600 |
2500 |
30 |
250 |
120 |
5 |
|
8 |
630 |
1000 |
1600 |
20 |
200 |
95 |
5 |
18 |
630 |
1000 |
1600 |
15 |
160 |
95 |
15 |
|
9 |
400 |
630 |
1000 |
25 |
160 |
95 |
20 |
19 |
400 |
630 |
1000 |
20 |
125 |
70 |
10 |
|
10 |
250 |
400 |
630 |
30 |
125 |
70 |
10 |
20 |
250 |
400 |
630 |
25 |
100 |
50 |
20 |
Отчет по лабораторной работе должен содержать:
Лабораторная работа № 4
Цель работы: овладение методикой математического моделирования и расчета токов КЗ в сетях до 1000 В в среде схемотехнического моделирования Electronics Workbench
Для схемы электроснабжения (лаб. работа №3, рис. 1.11) требуется составить схемы замещения в редакторе Electronics Workbench; определить токи КЗ и составить «сводную ведомость токов КЗ».
Моделирование схемы цеховой сети для расчета токов трехфазного и двухфазного КЗ
Схема замещения одной фазы сети для расчета токов КЗ определена в предыдущей лабораторной работе (рис. 1.13). Соберем данную схему в схемотехническом редакторе, дополнив ее амперметром на выводе источника питания и активным сопротивлением нагрузки.
Определим сопротивление нагрузки для одной фазы цехового трансформатора, приняв за коэффициент загрузки силового трансформатора по активной мощности наиболее типичный случай – Кз = 0,7.
кВт, откуда Rн = 0,21 Ом
В окне редактора выделим все элементы схемы замещения для одной фазы сети, скопируем их в буфер обмена и сделаем две вставки. Соберем схему моделируемой системы электроснабжения в трехфазном исполнении, для чего выполним необходимые соединения. Сделаем систему питающих ЭДС симметричной, установив угол сдвига фаз В и С 120 и 240 градусов соответственно. Для этого нужно открыть окно редактора свойств источника переменного напряжения (AC Voltage Source) и внести соответствующие изменения (рис. 1.16).
Рис.1.16. Окно свойств источника переменного напряжения
Математическая модель схемы электроснабжения для расчета токов трехфазных и двухфазных КЗ в среде Electronics Workbench представлена на рис.1.17.
Рис.1.17. Схема цеховой сети в режиме номинальной нагрузки
Для удобства исследования дополним математическую модель коммутационными ключами (Switch), управляемыми клавишами с клавиатуры и для каждого ключа назначим свою клавишу. Для этого нужно открыть окно свойств каждого ключа и внести необходимые изменения (рис. 1.18).
Рис.1.18. Окно свойств ключа
На рис. 1.19 представлена математическая модель системы электроснабжения для исследования режимов трех-, двухфазных КЗ. На рисунке показана схема в режиме трехфазного КЗ в точке К1.
Рис.1.19. Схема цеховой сети в режиме трехфазного КЗ в точке К1
Замыкая соответствующие ключи можно провести исследования цеховой системы электроснабжения в режимах трехфазных и двухфазных КЗ.
Моделирование схемы цеховой сети для анализа режима однофазного КЗ
Принципиальное отличие режима однофазного КЗ от двух-, трехфазных заключается в том, что режим работы сети в этом случае является несимметричным. И если в режимах трех-, двухфазных КЗ нулевой провод остается ненагруженным, то в режиме однофазного КЗ по нулевому проводу протекает ток короткого замыкания. Это легко увидеть на математической модели, подключив между общей точкой фазных ЭДС и землей амперметр.
Для исследования схемы электроснабжения в режимах однофазного КЗ нужно добавить в математическую модель сопротивления нулевых проводников и учесть изменение сопротивления трансформатора.
Сопротивление силового трансформатора при загрузке одной фазы (однофазное КЗ) по табл. 1.2 = 81 мОм
Приведем к одной фазе =/3 = 27 мОм
Будем считать сопротивление силового трансформатора чисто индуктивным.
Сопротивления нулевых жил кабельных линий КЛ1 и КЛ2 определены в лабораторной работе № 3:
R0-КЛ1 = 0,653 мОм
R0-КЛ2 = 12,5 мОм
Дополним математическую модель двумя сопротивлениями: активным R0 = R0-КЛ1+ R0-КЛ2= 13,15 мОм и реактивным Х0 = 27 мОм.
Подключим эти сопротивления между общей точкой ЭДС и землей и добавим еще три ключа. Математическая модель готова к исследованию режимов однофазных КЗ.
На рис. 1.20 представлена математическая модель системы электроснабжения для исследования всех возможных режимов КЗ. На рисунке представлена модель схемы цеховой сети в режиме однофазного КЗ на землю фазы С в точке К1.
Рис.1.20. Схема цеховой сети в режиме однофазного КЗ фазы С в точке К1
Для схемы электрической сети до 1000 В (рис. 1.15) требуется составить математическую модель цеховой системы электроснабжения для исследования режимов КЗ в программе схемотехнического моделирования Electronics Workbench; определить токи КЗ и составить «сводную ведомость токов КЗ».
Провести исследования переходных процессов изменения токов во время КЗ, определить по осциллографу значения ударного тока КЗ в каждой точке и длительность переходного процесса КЗ. Сравнить и проанализировать результаты моделирования схемы электроснабжения с результатами, полученными в лабораторной работе №3.
Отчет по лабораторной работе должен содержать:
PAGE 4
l = 0,42 км
КЛ ААШв-3х95
l = 1,5 км
ВЛ АС-120
ТП
ГПП
К4
К3
К2
К1
~
RТА2
ХТА2
RQF1
ХQF1
Хтр
~
RQF2
К1
Rтр
RРУНН
ХQF2
ХQF2
К3
К2
RQF2
~
ЭП
КЛ2
КЛ1
Iном= 630 А
QF1
ТА2
l = 20 м
ШР
Sном= 1000 кВА
Iном= 1600 А
l = 10 м
QF2
QF3
ТМЗ-1000/10
АВВГ- 4(1х50)
АНРГ- 4(4х120)
К3
Iном= 80 А
К2
К1
ТА1
ВГБЭ-35-630-41,5
Uном=35 кВ
Uном=6 кВ
ТДНС-16000/35
хтр
rвл
RkКЛ1
РП 10 кВ
rкл
хкл
~
ХКЛ1
хвл
хсист
К4
К3
2
К1
~
ТП
ГПП
СД
ВЛ
RКЛ1
КЛ2
КЛ1
RQF3
Uном=35 кВ
Uном= 10 кВ
Трансформатор ГПП
RШР
ХQF3
RkКЛ2
ХКЛ2
RКЛ2
К1
RРУНН
RQF1
ХQF1
R0-КЛ2
R0-КЛ1
К3
ХТА2
К2
R3
Х3
R2
Х2
RТА2
RQF3
RkКЛ1
Х1
R1
~
ХКЛ1
RКЛ1
RШР
ХQF3
RkКЛ2
ХКЛ2
RКЛ2
К1
К2
К3
ЭП
КЛ1
ШР
QF2
РУ
QF1
ТА1
Т1
ШНП