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
17
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ
ВЯТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра электрических станций
РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
Методические указания
к контрольной работе
Дисц. «Переходные процессы»
Для студентов з/о
специальности – 100100
электрические станции,
обучающихся по ускоренной
форме (на базе среднего
технического образования)
Киров 2000
УДК 621.311.
Составитель : ст. препод. Кушкова Е.И.,
каф. ЭС
Рецензент : к.т.н., доц.Овчинников В.В.,
каф. Э
Редактор А.Н. Корсаков
Подписано в печать Усл.печ. л 6,5
Бумага типографская. Печать матричная.
Заказ № Тираж Бесплатно.
Текст напечатан с оригинал-макета, предоставленного авторами
610000, Киров, ул. Московская , 36
Изготовление обложки, изготовление ПРИП
Лицензия ЛР № 020519 от 20.06.97 г.
Вятский государственный технический университет, 2000
Права на данное издание принадлежат Вятскому
государственному техническому университету
Введение.
Расчет токов короткого замыкания необходим для выбора и проверки электрооборудования по условиям короткого замыкания (КЗ); для выбора уставок и оценки возможного действия релейной защиты и автоматики; для определения влияния токов нулевой последовательности линий электропередачи на линии связи; для выбора заземляющих устройств.
При расчетах токов КЗ допускается не учитывать:
Расчет периодической составляющей тока КЗ допускается производить, не учитывая активные сопротивления элементов электроэнергетической системы, если результирующее эквивалентное сопротивление относительно точки КЗ не превышает 30% результирующего эквивалентного индуктивного сопротивления.
Расчет трехфазного КЗ.
Расчетные схемы элементов, схемы замещения и формулы для расчета параметров схем замещения в таблице 1. Здесь Uср – среднее номинальное напряжение в месте установки данного элемента. Шкала средних номинальных напряжений: 3,15; 6,3; 10,5; 13,8; 15,75; 18; 20; 24; 37; 115; 154; 230; 340; 515 кВ.
Схема замещения эквивалентируется (сворачивается) к точке КЗ. Методы эквивалентных преобразований схем приведены в приложении 1.
,
где – среднее (по шкале) напряжение в точке КЗ.
Таблица 1 – Схемы и параметры схем элементов электроэнергетической системы
|
Наименование элемента |
Схемы |
Параметры схемы |
|||
|
расчетная |
замещения |
расчетной |
замещения |
||
|
Генератор |
Sном(МВА), Uном(кВ), cos ном, , Та (с) |
||||
|
Синхрон-ный компенсатор |
Sном(МВА), Uном(кВ), cos ном, , Та (с) |
||||
|
Недовозбуждение |
|||||
|
Перевозбуждение |
|||||
|
Эквивалентная (обобщенная) нагрузка |
Uном(кВ), Sном (МВА) |
||||
|
продолжение таблицы 1 |
|||||
|
Синхрон-ный двигатель |
Sном(МВА), Uном(кВ), cos ном, Та (с), или I пуск , Мпуск |
||||
|
Асинхрон-ный двигатель |
Рном(кВ), Uном(кВ), cos ном, I пуск , (%) |
||||
|
Двухобмо-точный трансформатор (автотрансформатор) |
Uном ВН(кВ), Uном НН(кВ), Sном (МВА) (%) |
||||
|
продолжение таблицы 1 |
|||||
|
Эквива-лентный источник (система) |
Uном(кВ), SКЗ (МВА) или |
||||
|
Iном. отк (кА), или |
|||||
|
Трехобмо-точный трансформатор (автотрансформатор) |
Uном ВН(кВ), Uном CН(кВ), Uном CН(кВ), Sном (МВА), |
||||
|
продолжение таблицы 1 |
|||||
|
Двухобмо-точный трансформатор с обмоткой низкого напряжения расщепленной на две части |
Uном ВН(кВ), Uном НН(кВ), Sном (МВА) (%) |
||||
|
—— при параллельной работе обмоток низкого напряжения |
Uном ВН(кВ), Uном НН(кВ), Sном (МВА) (%) |
||||
|
продолжение таблицы 1 |
|||||
|
Реактор |
Uном(кВ), Iном(кА), (Ом) |
||||
|
Сдвоен-ный реактор |
Uном(кВ), Iном(кА), (Ом), |
||||
|
Линия электропередачи |
Значения ударных коэффициентов () и постоянной времени затухания апериодической составляющей тока КЗ () для характерных цепей, примыкающих к точке КЗ приведены на рисунке 1 и в таблице 2.
Рисунок 1 – Кривые для определения ударных коэффициентов и постоянных времени затухания апериодической составляющей тока КЗ при коротком замыкании за трансформатором собственных нужд.
Таблица 2 – Средние значения ударного коэффициента Куд и постоянной времени Та для характерных ветвей, примыкающих к точке КЗ.
|
Место КЗ |
Куд |
Та (с) |
|
Турбогенератор мощностью 12–60 МВт |
1,94 -1,955 |
0,16-0,25 |
|
Турбогенератор мощностью 100–1000 МВт |
1,975-1,98 |
0,4-0,54 |
|
Ветвь генератор–трансформатор |
1,9-1,95 |
0,1-0,2 |
|
Система, связанная с шинами, где рассматривается КЗ, воздушными линиями, напряжением 35 кВ 110-150 кВ 220-330 кВ 500-750 кВ |
1,608 1,608-1,717 1,717-1,78 1,85-1,895 |
0,02 0,02-0,03 0,03-0,04 1,85-1,895 |
|
Сборные шины повышенного напряжения станций с трансформаторами мощностью 80 МВА в единице и выше |
1,85-1,935 |
0,06-0,15 |
|
продолжение таблицы 2 |
||
|
до 80 МВА в единице |
1,82-1,904 |
0,05-0,1 |
|
За линейным реактором на электростанции |
1.9 |
0,1 |
|
За линейным реактором на подстанции |
1.85 |
0,06 |
|
Ветвь асинхронного двигателя |
1,6 |
0,02 |
|
За кабельной линией 6-10 кВ |
1,4 |
0,01 |
|
За трансформатором мощностью 1000 кВА |
1,6 |
0,02 |
|
РУ повышенного напряжения подстанции |
1,8 |
0,05 |
|
РУ вторичного напряжения подстанции |
1,85 |
0,06 |
Значения приведены на рисунке 1 и в таблице 2.
Рисунок 2 – Типовые кривые для определения затухания периодической составляющей тока КЗ.
Расчет выполняется методом типовых кривых. Типовые кривые для генераторов приведены на рисунке 2.
Значение периодической составляющей тока КЗ для заданного момента времени t :
.
– периодическая составляющая тока КЗ от системы. Причем за систему в этом случае можно принять все источники, для которых КЗ является удаленным. Это генераторы, отделенные от точки КЗ реактором, двумя трансформаторами или трансформатором с расщепленной обмоткой низкого напряжения.
– периодическая составляющая тока КЗ от генератора (при КЗ на выводах генератора) или от блока генератор-трансформатор (при КЗ на стороне ВН блока) определяется по типовым кривым в следующем порядке:
а) определяется приведенное значение номинального тока генератора:
,
где – среднее (по шкале) напряжение в точке КЗ.
б) определяется
;
.
в) рассчитывается
.
Если 2, то , если 2, тогда
г) по соответствующей кривой () для заданного момента времени определяется ,
д) рассчитывается
.
.
7. Построение осциллограммы.
При построении осциллограммы принимаем .
Мгновенное значение тока КЗ в любой момент времени от начала КЗ
,
где – амплитудное значение периодической составляющей тока КЗ;
– угол сдвига тока в цепи КЗ относительно напряжения источника той же фазы;
, где =50 гц;
– апериодическая составляющая тока КЗ в начальный момент времени;
– постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ (см. п. 4).
Строится периодическая составляющая тока КЗ, причем ;
строится апериодическая составляющая тока КЗ;
осциллограмма полного тока КЗ получается графическим суммированием периодической и апериодической составляющей.
Пример осциллограммы приведен на рисунке 3.
Рисунок 3 – Осциллограмма полного тока и его составляющих при трехфазном КЗ
Расчет несимметричного КЗ.
Схема замещения прямой последовательности полностью аналогична схеме замещения для расчета трехфазного КЗ.
Схема замещения обратной последовательности такая же, но без ЭДС.
Схема замещения нулевой последовательности зависит от схем соединения обмоток трансформаторов. ЭДС в схеме отсутствуют. Ток нулевой последовательности является по сути однофазным током, протекающим по фазе и замыкающимся через землю. Схему замещения нулевой последовательности начинают строить от точки КЗ (которая как бы является источником токов нулевой последовательности) прослеживая пути протекания тока нулевой последовательности. В схеме замещения нулевой последовательности изменяются сопротивления ВЛ. Пример составления схемы замещения нулевой последовательности приведен на рисунке 4.
Схемы замещения каждой последовательности эквивалентируются так же, как при расчете трехфазного КЗ.
2. Расчет симметричных составляющих токов и напряжений всех последовательностей.
За особую фазу принимаем фазу А, тогда периодическая составляющая тока фазы А прямой последовательности.
,
где – эквивалентная ЭДС в схеме прямой последовательности;
– эквивалентное сопротивление схемы прямой последовательности;
– дополнительное сопротивление, которое определяется видом КЗ () и параметрами схем замещения обратной и нулевой последовательностей.
Рисунок 4 – Расчетная схема (а) и схема замещения нулевой последовательности (б).
Токи обратной и нулевой последовательностей особой фазы в месте несимметричного КЗ связаны с током прямой последовательности соотношением:
Напряжения прямой обратной и нулевой последовательностей особой фазы в месте КЗ
Умножение вектора на означает его поворот на 90о против часовой стрелки.
3. Построение векторной диаграммы.
Из метода симметричных составляющих известно, что
Умножение вектора на оператор означает его поворот на 120о против часовой стрелки, на – на 240о.
Для определения фазной величины нужно геометрически сложить соответствующие симметричные составляющие
Примеры векторных диаграмм для различных видов КЗ приведены на рисунках 57.
Приложение 1
Эквивалентные преобразования схем.
Путем эквивалентных преобразований схема замещения приводится к простейшему виду. Для этого используются известные методы преобразования линейных электрических цепей.
Преобразование (свертывание) схемы выполняется в направлении от источника питания к месту КЗ.
.
Если , то
Две параллельные ветви:
Если , то
Два генератора:
5. В процессе преобразования схемы замещения часто возникает задача «разделения связанных цепей».
а) б) в) г)
Рисунок 1 - Разделение связанных цепей.
Токи от источников I, II, III проходят через общее сопротивление x4, причем в общем виде число ветвей источников может быть любым. Для того чтобы определить ток, поступающий к точке КЗ от каждого источника, необходимо преобразовать схему к виду, показанному на рисунке 1,г. Расчет производится в следующем порядке.
Определяют результирующее сопротивление схемы (рисунок 1, а–в):
,
где xэк – эквивалентное сопротивление всех источников питания относительно узла 1 схемы:
.
Принимают относительное значение периодической составляющей тока в месте КЗ за единицу () и находят коэффициенты распределения, т.е. долю участия в токе КЗ каждого источника. На основании законов Кирхгофа можно записать:
а также
Отсюда коэффициенты распределения по ветвям
Правильность вычисления коэффициентов можно проверить по выполнению условия
.
Учитывая, что токораспределение по ветвям должно оставаться неизменным, получаем (рисунок 1,г)
6. Если трехфазное КЗ находится в узле с несколькими сходящимися в нем ветвями (рисунок 2,а), то этот узел можно расчленить, сохранив на конце каждой образовавшейся ветви такое же КЗ (рисунок 2,б).
а) б)
Рисунок 2 - Разрезание узла по точке короткого замыкания.
Далее полученную схему нетрудно преобразовать относительно любой из точек КЗ, учитывая другие ветви с коротким замыканием как обычные нагрузочные ветви с ЭДС, равными нулю.
7. При симметрии схемы замещения относительно точки КЗ или симметрии участка схемы относительно какой-либо промежуточной точки в ходе преобразования можно соединить точки, имеющие одинаковые потенциалы, и исключить из схемы сопротивления, по которым токи КЗ не протекают.
Например, если точка КЗ делит схему на две симметричные равные части (рисунок 3,а), то при одинаковых характеристиках генераторов G1 и G3 и трансформаторов узлы а и б схемы будут иметь одинаковые потенциалы, вследствие чего их можно совместить. В результате получится схема, представленная на рисунке 3,в. В этой схеме
. Дальнейшее преобразование схемы производится по обычным правилам.
8. В ряде случаев преобразование схем замещения упрощается, если трехлучевую звезду заменить эквивалентным треугольником, затем разрезать его по вершине, где приложена ЭДС. Образовавшиеся параллельные ветви заменяют эквивалентными с той же ЭДС. Рассмотрим сложную несимметричную схему (рисунок 4,а) и ее схему замещения (рисунок 4,б). Преобразуем звезду сопротивлений () в треугольник сопротивлений (), как показано на рисунке 5,а. Разрезав треугольник по узлу 1, получаем схему рисунка 5,б. Дальнейшие преобразования схемы приведены на рисунке 5, в, г. Здесь
;
.
Получившийся треугольник () преобразуется в звезду (). После определения сопротивлений и получаем схему, приведенную на рисунке 5,г.
Если генераторы G1 и G2 схемы, приведенной на рисунке 4 имеют одинаковые ЭДС, то их можно объединить в эквивалентную машину с S=2Sном, причем . При таком объединении образуется треугольник сопротивлений (), который преобразуется в звезду (), как показано на рисунке 6,а. В схеме на рисунке 6,б определяют сопротивления и . Получившийся в результате треугольник () преобразуется в звезду (). После определения сопротивлений и получаем схему, приведенную на рисунке 5,г.
а) б) в)
Рисунок 3 – Короткое замыкание в симметричной сложной схеме.
а) б)
Рисунок 4 – Короткое замыкание в сложной несимметричной схеме.
Рисунок 5 – Преобразование сложной схемы.
а) б)
Рисунок 6 – Преобразование сложной схемы по методу треугольник-звезда.
Чтобы перейти к списку всех методических указаний,
нажмите левой кнопкой мыши здесь