Расчет токов короткого замыкания в электрических системах

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ФИЛИАЛ «ТОБОЛЬСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ»

 

Кафедра «Электроэнергетики»

 

 

 

 

 

 

 

Расчётно-графическая работа

по теме: «Расчет токов короткого замыкания в электрических системах»

 

Вариант № 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: Аппасов Р. М.

группа ЭСб-12, 3 курс

 

Проверил: Эрнст А.Д.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тобольск, 2015

 

ЗАДАНИЕ К СРС  
по дисциплине: «Электромагнитные переходные процессы

 в электроэнергетических системах»

Шифр: 8.2.К2(1,1)

Выдано студенту: Аппасову Ринату Маратовичу      группа: ЭСб-12

 

1. Для заданной  схемы электрической сети выполнить  расчет трехфазного короткого замыкания (КЗ) в заданной точке.

Определить:

1.1 долевое  участие каждой электрической  станции и системы в начальном  токе КЗ с использованием коэффициентов  распределения;

1.2 периодическую  составляющую начального тока  КЗ от каждого  источника и суммарный ток трехфазного КЗ;

1.3 периодическую  составляющую тока трехфазного  КЗ для заданного времени   методом типовых кривых;

1.4 ударный  ток КЗ;

1.5 действующее  значение тока КЗ за первый  период;

1.6 тепловой  импульс;

1.7 отключаемую  мощность КЗ;

1.7 остаточное  напряжение на шинах трансформатора  Т2 (точка К4) и на шинах генератора (в точке К5).

2. Составить  и преобразовать схемы замещения  отдельных последовательностей  и выполнить расчет заданного  вида несимметричного КЗ.

Определить:

2.1 значения  симметричных составляющих токов  и напряжений в месте КЗ  и их полные фазные величины  для начального момента времени;

2.2 значения  симметричных составляющих и  полные фазные величины напряжений на шинах трансформатора Т2 и на шинах генератора для начального момента времени;

2.3 периодическую  составляющую тока несимметричного  КЗ для времени отключения  КЗ методом типовых кривых;

3. Построить  векторные диаграммы токов и  напряжений в месте КЗ, а также  векторные диаграммы напряжений на шинах трансформатора Т2(точка К4) и  на шинах генератора (точка К5).

 

Примечания:

1. Расчет  произвести в относительных единицах  при приближенном приведении.

2. Считать, что  до КЗ генераторы работали  в  режиме заданной нагрузки. Сопротивление нагрузки не учитывать.

3. При определении ударного тока использовать  усредненные типовые  значения ударного коэффициента и эквивалентной постоянной времени для соответствующей точки КЗ.

 

Срок сдачи_____________________

 

Задание выдал «_____» __________ 20___г.

 

 

1. Расчет симметричного трехфазного КЗ для СРС

Таблица 1.1 Исходные данные

Вариант	Генератор					Линия
	Тип	SН (МВּА)				l(км)	Uн,(кВ)
8	ТГ	350	20	0,146	0,24	40	220

Таблица 1.2 Исходные данные

Вари–ант	Трансформаторы							Нагрузка			Система
	T1			T2				РН МВт			S” (МВ А)
	SН (МВ А)	Uк%	Схема	SН (МВ А)		Uк%	Схема
8	400	10,5		2х200		12		400	0,9		2000
Таблица 1.3 Длительность короткого замыкания
Вариант					2
Длительность КЗ					0,1 с

 

Рис. 1.1. Схема электропередачи

 

1.1 Расчет параметров и преобразования схемы замещения

 Расчет  произведем в относительных единицах  без учета сопротивлений нагрузки. В качестве базисной мощности  принимается мощность генератора

 МВА.

За базисное напряжение принимается среднее номинальное напряжение сети в точке КЗ:                кВ.

Базисный ток приведенный к среднему базисному номинальному напряжению в точке КЗ:   кА.

Относительный ток заданной нагрузки генератора при базисных условиях

.

 

Составляется исходная схема замещения (схема замещения прямой последовательности) по схеме электрических соединений системы (рис 2).

 

Рис. 1.2. Схема замещения прямой последовательности

 

Определяются параметры схемы замещения с приведением их значений к базисным величинам.

Сверхпереходное сопротивление генератора определяется по формуле:

.

Сопротивления трансформаторов – по формуле:

,

 .

Сопротивления линий – по формуле:

 ,

Сопротивление системы: .

Сворачивается схема замещения прямой последовательности (рис. 3).

Рис. 1.3

Расчет (рис. 3):

 

 

 

.

 

 

1.2 Определение долевого участия источников в суммарном начальном

          токе КЗ и расчет взаимных сопротивлений

Необходимо определить долевое участие генератора электрической станции и системы в начальном токе КЗ с использованием коэффициентов распределения.

Коэффициенты распределения находятся развертыванием схемы от результирующего сопротивления до исходной схемы.

Принимаем суммарный единичный ток . Единичный ток распределяется обратно пропорционально сопротивлениям и от их общего сопротивления . Расчет:

,

.

Выполняется проверка   .

Определяются взаимные сопротивления генератора станции и системы относительно точи К2 (рис. 4)

Рис. 1.4. Разделение источников

, .

Взаимные сопротивления генератора станции и системы могут быть найдены также методом эквивалентных преобразований.

 

 

 

1.3 Определение периодической составляющей тока

Найдем ЭДС первой станции в о.е при базисных условиях:

 

 

где .

Токи отдельных источников в начальный момент времени:

 ,.

Суммарный начальный ток трехфазного короткого замыкания:

 

.

В именованных единицах: кА.

Эквивалентная ЭДС: .

Суммарный ток трехфазного короткого замыкания

.

 

то есть ток совпадает с найденным током от отдельных источников.

Периодическая составляющая тока трехфазного КЗ для момента времени с находится методом типовых кривых (Приложение В).

Номинальный ток станции в о.е. ,

При электрической удаленности точки КЗ от источника отношение для момента времени определяется по типовым кривым (приложение Б):

.

По кривым метода для момента времени c : .

Периодическая составляющая тока генератора для момента времени c :

.

Суммарный ток трехфазного короткого замыкания для с

.

В именованных единицах:

 

1.4 Определение ударного тока КЗ

     При КЗ в распределительных сетях согласно разделу 4.3 рекомендуется принимать значение ударного коэффициента Соответствующая ему эквивалентная постоянная времени .

Ударный ток определяется по формуле (4.14)

 

 

1.5 Определение действующего значения тока КЗ за первый период, 
теплового импульса и отключаемой мощности КЗ

Действующее значение тока КЗ за первый период его изменения

 

Тепловой импульс тока КЗ

.

        Отключаемая мощность КЗ;

Мощность в момент времени с (время отключения КЗ)

 

 

1.6 Расчет остаточных напряжений при трехфазном КЗ

Остаточное напряжение на шинах трансформатора Т2:

 

 

Фазное напряжение именованных единицах:

  кВ.

Остаточное напряжение в точке К5:

.

Фазное напряжение на шинах генератора именованных единицах: кВ.

 

 

 

 

 

 

 

2 РАСЧЕТ НЕСИММЕТРИЧНОГО КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

2.1 Составление и преобразование схем отдельных последовательностей

Схема замещения обратной последовательности по структуре аналогична схеме замещения прямой последовательности, но не содержит ЭДС, а сопротивления элементов считаются постоянными для любого момента времени. Генераторы вводятся в схему своими сопротивлениями обратной последовательности ( ).

Составляется схема замещения обратной последовательности (рис. 5.12).

 по схеме  электрических соединений системы  (рис 2.1). Схема замещения обратной последовательности сворачивается аналогично схеме замещения прямой последовательности.

Рис. 2.1 Схема замещения обратной последовательности

Сопротивление обратной последовательности генератора с приведением его значения к базисным условиям определяется по формуле:

.

Сопротивления трансформаторов, линий и сопротивление системы имеют те же значения, что и в схеме прямой последовательности.

Сворачивается схема замещения обратной последовательности (рис. 2.2).

Рис.2.2

Расчет (рис. 2.2):

 

 

.

Коэффициенты распределения обратной последовательности от единичного тока распределяется обратно пропорционально сопротивлениям и от их общего сопротивления . Расчет:

,     .

Выполняется проверка

.

     Полученные значения  коэффициентов распределения обратной последовательности будут в дальнейшем использованы для нахождения остаточных напряжений в других точках системы (раздел 5.5.3).

Схема замещения нулевой последовательности определяется участвующими в схеме трансформаторами и характером соединения их обмоток. Токи нулевой последовательности протекают через трансформаторы, нейтрали которых заземлены. Генераторы не принимают участие в схеме, т.к. оказываются отдаленными от путей протекания токов нулевой последовательности.

Составляется исходная схема замещения нулевой последовательности.

Если на Т2 нейтрали  трансформаторов не заземлены, то схема изменит свой вид (рис. 2.3).

Рис. 2.3 Схема замещения нулевой последовательности

при изолированной   нейтрали Т2

 

Определяются параметры элементов схемы замещения (рис. 5.16).

Трансформаторы:

,

Коэффициент распределения нулевой последовательности:

.   

     Полученные значения  коэффициентов распределения нулевой последовательности будут в дальнейшем использованы для нахождения остаточных напряжений в других точках системы (раздел 5.5.3).

 

 

 

2.2 Определение значений симметричных составляющих  
и полных фазных величин в точке КЗ

Определяем значения симметричных составляющих токов и напряжений в месте КЗ и их полные фазные величины для начального момента времени.

Для двухфазного КЗ на землю:

Дополнительное сопротивление

Значение коэффициента:

.

Ток прямой последовательности в месте КЗ:

.

Токи обратной и нулевой последовательностей определяются согласно табл. 5.1: