46381

Расчет токов короткого замыкания

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Определить начальный сверхпереходный и ударный ток а также наибольшее действующее значение полного тока в месте повреждения при трехфазном коротком замыкании в узле К1; остаточное напряжение на выводах генератора и нагрузки а также начальный сверхпереходный ток в генераторе; периодическую слагающую тока в месте повреждения в произвольный момент времени при трехфазном коротком замыкании в узле К1; фазные значения тока и напряжения в месте повреждения при однофазном коротком замыкании в узле К2 а также фазные значения напряжения на...

Русский

2013-11-21

2.49 MB

83 чел.

PAGE  38

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ВОЛОГОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра электроснабжения

Дисциплина: Переходные процессы в электрических системах

КУРСОВАЯ РАБОТА

Расчет токов короткого замыкания

Выполнил студент группы ЭС-42

Смирнов А. С.

Проверил: Бабарушкин В. А.

Вологда

2007

Задание на курсовую работу

Для схемы электрической системы, приведенной на рис.1, определить

  •  начальный сверхпереходный и ударный ток, а также наибольшее действующее значение полного тока в месте повреждения при трехфазном коротком замыкании в узле К1;
  •  остаточное напряжение на выводах генератора и нагрузки, а также начальный сверхпереходный ток в генераторе;
  •  периодическую слагающую тока в месте повреждения в произвольный момент времени при трехфазном коротком замыкании в узле К1;
  •  фазные значения тока и напряжения в месте повреждения при однофазном коротком замыкании в узле К2, а также фазные значения напряжения на выводах генератора, тока в генераторе и нейтралях трансформаторов;
  •  фазные значения токов и напряжений в месте повреждения при двухфазном и двухфазном на землю коротких замыканиях в узле К2.

Выбрать и проверить выключатель и разъединитель в цепи генератора по параметрам нормального и аварийного режимов.

Расчет трехфазного короткого замыкания выполнить в относительных единицах методом эквивалентных ЭДС.

Расчет несимметричных коротких замыканий выполнить в именованных единицах без учета активных сопротивлений для начального момента времени. Фазные значения токов и напряжений определить двумя способами: аналитически по формулам образования и с помощью векторных диаграмм.

Каталожные характеристики элементов схемы электрической системы принять по справочной литературе


Рис. 1. Расчетная схема электрической системы.

G – генератор; T1, T2, T3 – трансформаторы; W – двухцепная воздушная линия электропередачи; C – система; H – обобщенная нагрузка; K1, K2 – точки короткого замыкания.

G: ТВФ-120-2У3;

T1: ТДЦ-125000/110, Y/Δ-11;

T2: ТДН-80000/110, Y/Δ-11;

T3: АТДЦТН-250000/220/110, Yавто/Δ-0-11;

W: 25 км, АС-185, x1уд=0,39 Ом/км, x0уд=1,41 Ом/км, x0m.уд=0,943 Ом/км;

H: S=56 МВ·А;

C: Iк=15 кА, x/r=15, x1=x2, x0=1,2x1.

Параметры трансформаторов занесем в таблицу.

Таблица 1

Тр-р

Sном,МВ·А

Uвн,кВ

Uсн,кВ

Uнн,кВ

Pк, кВт

Px, кВт

uкв-с, %

uкв-н, %

uкс-н, %

Т1

125

121

-

10,5

400

120

-

10,5

-

Т2

80

115

-

38,5

310

58

-

10,5

-

Т3

250

230

121

10,5

430

105

11

32

20

Параметры генератора: Sном = 125 МВА, Pном = 100 МВА, Uном = 10,5 кВ, cosφ=0,8 Iном = 6,875 кА, x``d = 0,192, x2 = 0,234, x0 = 0,097, Ta(3) = 0,4

  1.  
    Определение токов трехфазного короткого замыкания в начальный момент времени.
    1.  Выбор системы базисных величин.

  1.  Расчет параметров схемы замещения и ЭДС источников и нагрузки.

Параметры генератора:

Параметры трансформатора 1.

Параметры трансформатора 2.

Параметры трансформатора 3.

Параметры системы.

Параметры обобщенной нагрузки.

Параметры линии.

Рис. 2. Параметры схемы замещения.

  1.  Преобразование схемы замещения к простейшему виду.


Рис. 3. Параметры схемы замещения, приведенной к простейшему виду.

  1.  Определение периодической слагающей тока короткого замыкания в месте повреждения.

Периодическая слагающая определится по формуле:

При пересчете в именованные единицы получим:

  1.  Определение ударного тока и наибольшего действующего значения полного тока в месте повреждения.

где  - начальное значение периодической составляющей тока к. з.;  - ударный коэффициент, зависящий в свою очередь от постоянной времени затухания апериодической составляющей тока к. з

Постоянная  и  связаны соотношением:

Т. к. к. з. произошло на выводах генератора, то  берем из справочника - . Для 17–ой ветви  найдется следующим образом:

Ударный коэффициент:

Ударный коэффициент можно найти и другими способами:

Как видно из расчетов, для нахождения ударного коэффициента можно использовать любую из трех формул, т.к. погрешность вычислений незначительна.

Ударный ток:

Суммарный ударный ток трехфазного к. з. для точки К1:

Наибольшие действующие значения ударного тока:

Суммарное наибольшее действующее значение ударного тока трехфазного к. з. в т. К1:

  1.  Определение остаточного напряжения на выводах генератора и нагрузки, начального сверхпереходного тока генератора

Т. к. короткое замыкание происходит на выводах генератора, то напряжение

Начальный сверхпереходный ток генератора равен

 

Найдем напряжение на выводах нагрузки

  1.  Определение периодической слагающей тока трехфазного короткого замыкания в произвольный момент времени
    1.  Определение периодической слагающей тока короткого замыкания в месте повреждения методом типовых кривых

Выберем выключатель типа МГУ-20-90/9500У3

Расчетное время , где - собственное время отключения выключателя.

Отношение начального значения периодической составляющей тока к. з. от генератора к номинальному току

По данному отношению и времени  определим с помощью основных кривых отношение

Таким образом, периодическая составляющая тока от генератора к моменту τ будет:

Отношение начального значения периодической составляющей тока к. з. от генератора к начальному значению периодической составляющей тока к. з.:

По данному отношению при известном отношении  определим с помощью дополнительных кривых отношение

Таким образом, периодическая составляющая тока к. з. в точке К1 в момент времени равный 0,16 сек. будет равна

  1.  Выбор и проверка выключателя и разъединителя в цепи генератора по параметрам нормального и аварийного режимов.
    1.  Выбор выключателя и разъединителя по напряжению установки и длительному току.

Выбираем маломасляный выключатель типа МГУ-20-90/9500У3.

Паспортные данные:           

Выбираем разъединитель типа РВР-20/8000 У3.

Паспортные данные:      

  1.  Проверка выключателя по отключающей способности

В первую очередь идет проверка на симметричный ток отключения.

Затем проверяется возможность отключения апериодической составляющей тока короткого замыкания.

где  - значение апериодической слагающей тока в момент расхождения контактов выключателя;  - номинальное допустимое значение апериодической слагающей в отключаемом токе.

 

где  - нормированное значение содержания апериодической составляющей в отключаемом токе.

Итак, получаем

Проверка по включающей способности.

где  - начальное значение периодической составляющей тока к. з. в цепи выключателя.

где  - ударный коэффициент, нормированный для выключателей.

где - ударный ток к. з. в цепи выключателя.

Следовательно, выключатель, выбранный по номинальному току отключения, способен также включить цепь с номинальным током включения.

  1.  Проверка выключателя и разъединителя на электродинамическую стойкость

Выключатель:

Разъединитель:

Таким образом, и выключатель и разъединитель удовлетворяют условиям электродинамической стойкости.

  1.  Проверка выключателя и разъединителя на термическую стойкость

На термическую стойкость выключатель проверяется по тепловому импульсу тока к. з.:

где - интеграл Джоуля – импульс квадратичного тока к. з.;

и - действующее значение тока термической стойкости, и время его протекания (номинальные значения), соответственно.

где ,  - импульсы квадратичного тока к. з. соответственно от периодической и апериодической составляющих.

Для упрощения расчета сделаем допущение, что периодическая составляющая тока к. з. не затухает. Благодаря этому допущению расчет будет проведен с большим запасом надежности. Примем расчетную продолжительность к. з. равной 2 секунды.

Таким образом:

Выключатель:

Итак,  следовательно, термическая стойкость выключателя обеспечена.

Разъединитель:

Итак,  следовательно, термическая стойкость разъединителя обеспечена.

  1.  
    Определение тока несимметричного короткого замыкания.
    1.  Определение параметров схемы замещения, ЭДС источников и нагрузок прямой последовательности

Параметры генератора

Параметры трансформатора 1

Параметры линии электропередач

Трансформатор 2

Параметры обобщенной нагрузки

Параметры трансформатора 3

Параметры системы

Рис. 4 Параметры схемы замещения прямой последовательности

  1.  Преобразование схемы замещения прямой последовательности

Упрощенная схема на данном этапе показана на на рис.5

Рис.5 Параметры схемы замещения после нескольких этапов упрощения

Рис.6. Преобразованная схема замещения прямой последовательности

  1.  Определение параметров схемы замещения обратной последовательности

Элементы схемы замещения, не имеющие вращающихся частей, имеют равные сопротивления обратной и прямой последовательностей. ЭДС источников обратной последовательности равны нулю. Таким образом, схема замещения обратной последовательности будет иметь вид

Рис.7. Схема замещения обратной последовательности

Параметры генератора

Параметры трансформатора 1

Параметры линии электропередач

Трансформатор 2

Параметры обобщенной нагрузки

Параметры трансформатора 3

Параметры системы

На основе расчетов строим схему замещения обратной последовательности с параметрами.

Рис.8. Параметры схемы замещения обратной последовательности

  1.  Преобразование схемы замещения обратной последовательности

Рис.9. Схема после нескольких этапов упрощения

Рис. 10. Преобразованная схема замещения обратной последовательности

  1.  Определение параметров схемы замещения нулевой последовательности

Схемы замещения нулевой последовательности соответствуют путям циркуляции токов нулевой последовательности. Токи нулевой последовательности протекают под действием напряжения нулевой последовательности. Для циркуляции токов нулевой последовательности на данной ступени напряжения должно быть не мене 2-х соединений с землей. Сопротивление трансформаторов для схем прямой и нулевой последовательностей одинаковы.

Для начала определим, какой вид будет иметь схема замещения обратной последовательности.

Рис.11. Схема замещения нулевой последовательности

Параметры трансформатора 1

Параметры линии электропередач

Трансформатор 2

Параметры трансформатора 3

Параметры системы

Рис. 12. Параметры схемы замещения нулевой последовательности

  1.  Преобразование схемы замещения нулевой последовательности

Рис. 13. Параметры схемы замещения после нескольких этапов упрощения

Рис.14. Упрощенная схема замещения нулевой последовательности

  1.  Комплексная схема замещения для однофазного короткого замыкания. Определение симметричных составляющих тока и напряжения в месте повреждения.

Рис.15. комплексная схема замещения однофазного короткого замыкания

Для однофазного короткого замыкания справедливы следующие уравнения

где  - симметричные составляющие тока фазы А;  - эдс прямой последовательности фазы А;  - результирующие сопротивления прямой, обратной и нулевой последовательностей соответственно.

Тогда симметричные составляющие напряжения в месте повреждения определятся следующим образом:

  1.  Определение фазных значений тока и напряжения в месте повреждения при однофазном коротком замыкании

Аналитический метод.

Метод векторных диаграмм

Рис.16. Векторная диаграмма токов однофазного короткого замыкания

Рис.17. Векторная диаграмма напряжений однофазного короткого замыкания

  1.  Определение фазных значений напряжения на выводах генератора, тока в генераторе и в нейтралях трансформаторов при однофазном коротком замыкании

Определим составляющие тока в генераторе

Определим составляющие напряжения в точке 1 (напряжение на выводах генератора).

От составляющих тока и напряжения переходим к фазным величинам, учитывая угол фазового сдвига трансформатора.

Векторные диаграммы:

Рис.18. Векторная диаграмма тока в генераторе при однофазном коротком замыкании

Рис.19. Векторная диаграмма напряжений на выводах генератора

Токи в нейтралях трансформаторов.

  1.  Комплексная схема замещения для двухфазного короткого замыкания. Определение симметричных составляющих тока и напряжения в месте повреждения

Рис.20. Комплексная схема замещения для двухфазного короткого замыкания

Если принять фазу А за расчетную, то можно записать:

Тогда симметричные составляющие напряжения в месте повреждения определятся следующим образом:

  1.  Определение фазных значений тока и напряжения в месте повреждения при двухфазном коротком замыкании

Векторные диаграммы.

Рис. 21. Векторные диаграммы напряжений в месте повреждения при двухфазном коротком замыкании

Рис. 22. Векторные диаграммы токов при двухфазном коротком замыкании в месте повреждения

  1.  Комплексная схема замещения для двухфазного короткого замыкания на землю. Определение симметричных составляющих тока и напряжения в месте повреждения

Рис.23. Комплексная схема замещения для двухфазного короткого замыкания на землю

Если принять фазу А за расчетную, то можно записать:

 

Тогда симметричные составляющие напряжения в месте повреждения определятся следующим образом:

  1.  Определение фазных значений тока и напряжения в месте повреждения при двухфазном коротком замыкании на землю

Рис. 24. Векторные диаграммы токов двухфазного короткого замыкания на землю


Рис. 25. Векторные диаграммы напряжений при двухфазном коротком замыкании на землю


Заключение

В данной курсовой работе мы провели расчет токов и напряжений для различных случаев короткого замыкания: трехфазного, однофазного, двухфазного и двухфазного на землю для электрической системы состоящей из генератора, системы, линии, трансформаторов, различных нагрузок и имеющей несколько ступеней напряжения. Алгоритм расчета токов и напряжений нами изучен и усвоен для любого случая короткого замыкания, так же мы освоили такие методы расчета токов и напряжений короткого замыкания как метод эквивалентных ЭДС для расчета трехфазного короткого замыкания, метод симметричных составляющих для расчета несимметричных режимов короткого замыкания, метод типовых кривых, с помощью которого мы определили периодическую слагающую тока в произвольный момент времени. В данной курсовой работе мы выбрали и проверили по различным параметрам коммутационные устройства: выключатель и разъединитель в цепи генератора.

При расчёте динамической устойчивости электрической системы выяснили, что предельное время отключения трёхфазного короткого замыкания меньше, чем для однофазного на землю. Т.е. чтобы не нарушить устойчивость системы при трехфазном коротком замыкании на землю необходимо отключить повреждённый участок почти 4 раза быстрее, чем при однофазном коротком замыкании.


Список использованной литературы

  1.  Неклепаев Б.Н. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: учебное пособие для вузов/ Б.Н. Неклепаев, И.П. Крючков. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 608 с.
  2.  Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования/ Под ред. Б.Н. Неклепаева. – М.: НЦ ЭНАС. – 152 с.
  3.  Рожкова Л. Д., Козулин В. С. Электрооборудование станций и подстанций. Учебник для техникумов. М., «Энергия», 1975.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

6296. Конструкционные стали. Классификафия конструкционных сталей 62 KB
  Конструкционные стали. Классификафия конструкционных сталей. Классификация конструкционных сталей Углеродистые стали. Цементуемые и улучшаемые стали Цементуемые стали. Улучшаемые стали. Высокопрочные, пружинные, шарико...
6297. Фармакопейный анализ спиртов и простых эфиров 138 KB
  Фармакопейный анализ спиртов и простых эфиров Спирты R—ОН Спирты можно рассматривать как углеводороды, в которых один или несколько атомов водорода замещены –ОН группами. В зависимости от числа гидроксильных г...
6298. Логические элементы на биполярных структурах 100.5 KB
  Логические элементы на биполярных структурах. Транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ) удачно совмещает хорошее быстродействие, помехоустойчивость, нагрузочную способность с умеренным потреблением энергии и невысокой стоимостью...
6299. Коррозионно-стойкие стали и сплавы. Жаростойкие стали и сплавы. Жаропрочные стали и сплавы 85 KB
  Коррозионно-стойкие стали и сплавы. Жаростойкие стали и сплавы. Жаропрочные стали и сплавы Коррозия электрохимическая и химическая. Классификация коррозионно-стойких сталей и сплавов Хромистые стали. Жаростойкость, жаростойки...
6300. Элементы логики с инжэкционным питанием 93 KB
  Элементы логики с инжэкционным питанием. Интегрально-инжекционная логика (И2Л), которую вернее было бы назвать логикой с инжекционным питанием, не может быть реализована на дискретных компонентах. Вариант структуры логики ИгЛ, изготовленной, н...
6301. Средства, влияющие на центральную нервную систему 83 KB
  Средства, влияющие на центральную нервную систему. Средства для наркоза. Наркоз (narcosis - оцепенение, оглушение) - это состояние, которое характеризуется обратимым угнетением ЦНС, проявляющееся потерей сознания, утратой чувствительности ...
6302. Наркотические и ненаркотические анальгетики 72.5 KB
  Наркотические анальгетики Боль сигнализирует о патологическом процессе в организме. Лаконично защитную роль боли сформулировали еще древние греки, утверждая, что боль - сторожевой пес здоровья. Однако затем она становится ненужной и вес...
6303. Административные правонарушения 461 KB
  Административные правонарушения Порядок производства по делам об административных правонарушениях установлен введенным в действие с 1 июля 2002 г. Кодексом РФ об административных правонарушениях от 30 декабря 2001 г. N 195-ФЗ (далее - КоАП РФ), в ч....
6304. Обучение аудированию 116.07 KB
  Обучение аудированию Аудирование-это вид устной рецептивной речевой деятельности,представляет собой восприятие на слух устной речи и её понимание. Термины аудирование, аудировать (от лат.аudire) введены в методику в 1950...