Расчет параметров короткого замыкания в электрических системах

Расчет параметров короткого замыкания в электрических системах

 

Нормоконтроллер: Руководитель: Коровин Ю. В.

Коровин Ю. В. _________________

_________________ «____» __________ 2012 г.

«____» __________ 2012 г.

 

 

Автор работы:

студент группы Э-384

Сутягин К. М.

Вариант: С3-В4-4,8

«___»___________2012г.

 

Работа защищена с оценкой:

_____________________

«____»___________2012г.

 

 

Челябинск 2012

Задание к курсовой работе

1. РАСЧЕТ РЕЖИМА ТРЕХФАЗНОГО КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

1.1. Рассчитать по точной методике и построить зависимости от времени мгновенных значений тока статорной обмотки генератора G1 и его отдельных составляющих (периодической, апериодической, двойной частоты, вызванной действием АРВ и предшествующего режима) на интервале 0...0,3 с при коротком замыкании в точке К1.

1.2. Рассчитать и построить зависимости от времени действующего значения периодической составляющей тока статорной обмотки генератора Г1 на интервале 0...0,5 с при коротком замыкании в точке К1:

– по точной методике;

– по методу типовых кривых.

1.3. Рассчитать по упрощенной методике и построить зависимость от времени апериодической составляющей тока статорной обмотки генератора Г1 на интервале 0...0,5 с при коротком замыкании в точке К1.

1.4. По методу типовых кривых в заданных вариантом точках короткого замыкания рассчитать действующие значения периодической и апериодической составляющих тока короткого замыкания для моментов времени 0 и 0,3 с, а также ударный ток короткого замыкания.

1.5. В заданных вариантом точках короткого замыкания рассчитать на ПЭВМ действующие значения периодической составляющей тока короткого замыкания для моментов времени 0 и 0,3 с.

2. РАСЧЕТ НЕСИММЕТРИЧНОГО КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

2.1. В точке короткого замыкания на стороне обмотки с более высоким напряжением рассчитать действующие значения периодической и апериодической составляющих тока однофазного короткого замыкания для моментов времени 0 и 0,3 с, а также ударный ток короткого замыкания.

2.2. В той же точке рассчитать действующее значение периодической составляющей тока двухфазного короткого замыкания в начальный момент времени.

2.3. Повторить расчеты по п.2.1 ип.2.2на ПЭВМ.

 

 

Исходные данные на курсовое проектирование.

 

Вариант: С3-В4-4,8.

 

Тип генераторов:

Таблица 1.

G1	G2	G3
ТГВ-500	ТГВ-500	ТГВ-500

 

 

Типы трансформаторов:

Таблица 2.

АТ1	АТ3	АТ4
АТДЦТН-500000	АТДЦТН-500000	АТДЦТН-500000

 

Таблица 2 (продолжение).

Т1	Т2	Т3	Т6	Т7
ТЦ-630000	ТЦ-630000	ТЦ-630000	ТРДЦН-63000	ТРДЦН-63000

 

 

Разземлена нейтраль трансформатора Т7.

 

 

Длины линий электропередачи, км.

Таблица 3.

W1	W2	W3	W4	W5	W6

 

Все линии имеют грозозащитные тросы.

 

 

Мощность К.З. на шинах электрической системы, МВА.

 

Таблица 4.

С1	C2

 

 

 

Рисунок 1 – Схема электрической сети.

 

АННОТАЦИЯ

Сутягин К.М., Расчёт режимов короткого замыкания. – Челябинск: ЮУрГУ, Э, 2012, 51с., 45 ил., Библиография литературы – 6 наименований.

 

 

Целью курсовой работы является расчет короткого замыкания электрической сети, для которой заданы мощность КЗ на шинах электрической системы, а также конструктивные элементы генераторов, трансформаторов, автотрансформаторов и воздушных линий электропередач: типы и марки, варианты соединения обмоток трансформаторов, количество цепей, длины линий.

В результате расчета были рассмотрены два вида короткого замыкания:

· трехфазное короткое замыкание;

· несимметричное короткое замыкание.

Кроме того, составлены схема замещения электрической сети, произведен проверочный расчет, с использованием разработанной на кафедре «ЭССиС» программы «ТОКО».

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

Введение……………………………………….…………………………………….7

 

1 Расчет режима трехфазного короткого замыкания……………………..…...8

1.1 Расчет по точной методике мгновенных значений тока статорной обмотки СГ………………………………………………………………………....8

1.1.1 Определение параметров СГ …………..………………………….8

1.1.2 Анализ предшествующего режима………………………………..10

1.1.3 Анализ аварийного режима……………………………………..…11

1.1.4 Анализ режима регулирования возбуждения…………………….13

1.1.5 Анализ результирующего режима………………….…….…….…14

1.2 Определение действующего значения периодической составляющей тока статорной обмотки генератора...…………………………………...……….19

1.2.1 Определение по точной методике……………………………….….19

1.2.2 Определение по методу типовых кривых……………………….….20

1.3 Расчет апериодической составляющей тока статорной обмотки генератора Г1……………………………………………………………………...22

1.4 Расчет действующих значений периодических и апериодических

составляющих в точках К7 и К3...............................……………….……….24

1.4.1 Расчет в точке К7………………………………………………...…25

1.4.2 Расчет в точке К3……………………………………………………33

2 Расчет несимметричного короткого замыкания…………………………….39

2.1 Расчет действующего значения периодической и апериодической составляющих тока однофазного короткого замыкания........…………………..39

2.1.1 Схема замещения прямой последовательности………..…..……..39

2.1.2 Схема замещения обратной последовательности………………...39

2.1.3 Схема замещения нулевой последовательности……...…..……....39

2.1.4 Определение токов однофазного короткого замыкания...……….44

2.2 Расчет действующего значения периодической составляющей тока

двухфазного короткого замыкания в начальный момент времени...……….48

2.3 Расчет токов несимметричных КЗ на ПЭВМ……...………….………...48

3 Сравнение токов различных видов коротких замыканий……..……….…..49

Заключение……………………………………………………………….……50

 

Список литературы……………………………………………………………51

 

 

Введение.

 

 

Короткие замыкания возникают при нарушении изоляции электрических цепей. Причины таких нарушений различны. Чаще всего короткое замыкание проходит через переходное сопротивление.

В трёхфазных электроустановках возникают трёх- и двухфазные короткие замыкания. А также могут возникать одно- и двухфазные короткие замыкания на землю. Наиболее тяжёлым из режимов для сети является режим трехфазного короткого замыкания.

Так как при трехфазном коротком замыкании все фазы электрической сети оказываются в одинаковых условиях, то это короткое замыкание является симметричным. Остальные короткие замыкания называют несимметричными.

Короткие замыкания сопровождаются увеличением токов в повреждённых фазах до значений, превосходящих в несколько раз номинальные значения.

Протекание токов короткого замыкания приводит к увеличению потерь в проводниках и контактах, что вызывает их повышенный нагрев.

Таким образом, режим короткого замыкания является аварийным, и необходимо уметь определять значение тока короткого замыкания в любой точке электроэнергетической системы в любой момент времени.

Для обеспечения надежной работы электрических систем, предотвращения повреждений оборудования при коротком замыкании необходимо быстро отключать поврежденный участок. Поэтому очень важно правильно выбирать токоведущие части и аппараты, токоограничивающие устройства и другое оборудование. Для осуществления указанных мероприятий необходимо уметь определять ток короткого замыкания в любой интересующий момент. В настоящее время расчет токов короткого замыкания чаще проводят с помощью ЭВМ.

 

 

Анализ аварийного режима.

 

Постоянная времени поперечной ДО при закороченной статорной находим как =

Функции сопротивления турбогенератора в аварийном режиме по продольной оси:

По поперечной оси:

Построим на рисунке 3 зависимости сопротивлений турбогенератора от времени в именованных единицах, для этого умножим и на х_б:

х_б

 

Рисунок 4 – Зависимости сопротивлений турбогенератора от времени

При приближенном учете активного сопротивления статорных обмоток составляющие токов аварийного режима будут равны:

.

.

Построим на рисунках 6 и 7 зависимости токов продольной и поперечной обмоток преобразованного синхронного генератора от времени в именнованых единицах. Для этого умножим составляющие токов на базисный ток :

,

где I_ном- номинальный ток статорной обмотки СГ

 

В интервале времени t = 0,…,0.3с

 

Рисунок 5 – Зависимость тока продольной обмотки преобразованного синхронного генератора от времени.

 

Рисунок 6 – Зависимость тока поперечной обмотки преобразованного синхронного генератора от времени.

 

 

Расчет токов КЗ в точке К4

 

Относительно точки К4 преобразуем схему к расчетному виду. Базовую ступень напряжения принимаем U_Б=515 кВ.

 

 

Рисунок 20- Расчетная схема

 

Генераторы Г1, Г2, Г3:

Т.к. генераторы одинаковые, то ;

ЭДС системы: .

Сопротивления системы приведенные к базисному напряжению:

,

Сопротивления трансформатора АТ1 приведенные к базовому напряжению:

АТДЦТН-500000/500

,

, Так как x_СН<0 (связано с расположением обмотки среднего напряжения в магнитном поле трансформатора), то принимают x_СН=0 и соответствующие сопротивления схемы замещения.

ТЦ-630000/500

.

ТЦ-630000/220

Сопротивления линий электропередач:

,

где n – число цепей линии,

L_i- длина линии.

,

,

,

,

,

 

 

Преобразуем исходную схему в эквивалентную:

 

,

 

,

 

,

Преобразуем “треугольник” сопротивлений 12, 13, 14 в “звезду”:

 

Рисунок 21- Преобразованная схема замещения

 

,

,

 

 

 

 

Рисунок 22- Преобразованная схема замещения

 

Преобразуем “треугольник” сопротивлений 32, 24, 26 в “звезду”:

,

,

.

 

 

Рисунок 23- Преобразованная схема замещения

,

,

 

Рисунок 24- Преобразованная схема замещения

 

,

,

 

Рисунок 25- Преобразованная схема замещения

 

Получаем значение периодической составляющей тока в месте КЗ в начальный момент времени:

В именованных единицах:

Значение апериодической составляющей в начальный момент времени:

Находим периодическую составляющую в ветвях источников, разворачивая последовательно схему:

Проверка по ПЗК

 

Проверка по ПЗК

Проверка по ПЗК

В итоге получаем:

 

Коэффициенты для генераторов Г3 и Г1-Г2:

 

По типовым кривым при найденных β для момента времени 0,3с находим коэффициенты γ: γ _G1 =0,92, γ _G2 =0,92, γ _G3 =0,97, γ _C1 = 1, γ _C2 = 1.

Значение периодической составляющей тока КЗ в момент времени 0,3с:

Определение ударного тока и апериодической составляющей тока КЗ проводим отдельно для ветвей систем С₁, С_2, генераторов Г_1,Г₂ и Г₃.

 

Таблица 9- Значения k_у и Т_а для элементов схемы

Ветви	Та, с	kу
системы С1	0,08	1,895
системы С2	0,08	1,895
генератора G1	0,08	1,895
генератора G2	0,08	1,895
генератора G3	0,08	1,895

 

Ударный ток КЗ:

Значение апериодической составляющей тока КЗ в момент времени 0,3с:

 

 

 

 

 

Рисунок 26 - Зависимость апериодического тока

 

 

Рисунок 27 – проверка на ПЭВМ

 

Расчет токов КЗ в точке К8.

 

Относительно точки К8 преобразуем схему к расчетному виду. Базовую ступень напряжения принимаем U_Б=37 кВ.

 

 

Рисунок 28 Расчетная схема

 

Посчитаем недостающие сопротивления, не использующиеся в предыдущем расчете.

 

Все преобразования, сделанные для точки К-4, используем для точки К-8 без учета сопротивления . Обозначим через

 

 

 

 

 

Рисунок 29- Преобразованная схема замещения

 

 

Рисунок 30- Преобразованная схема замещения

 

 

Рисунок 31- Преобразованная схема замещения

 

Рисунок 32- Итоговая схема замещения

 

Получаем значение периодической составляющей тока в месте КЗ в начальный момент времени:

В именованных единицах:

 

Значение апериодической составляющей в начальный момент времени:

Находим периодическую составляющую в ветвях источников, разворачивая последовательно схему:

 

Проверка по ПЗК

 

Проверка по ПЗК

Получаем:

Коэффициенты для генераторов Г3 и Г1-Г2:

По типовым кривым при найденных β для момента времени 0,3с находим коэффициенты γ: γ _G1 =1, γ _G2 =1, γ _G3 =1, γ _C1 = γ _C2 =1.

Значение периодической составляющей тока КЗ в момент времени 0,3с:

Ударный ток КЗ:

,

Значение апериодической составляющей тока КЗ в момент времени 0,3с:

.

Рисунок 33- Зависимость апериодического тока

 

 

 

 

Рисунок 34 – проверка на ПЭВМ

Результаты расчета вручную и на ПЭВМ практически совпадают.

Таблица 10 – Сравнение результатов

Вручную	ПЭВМ		Вручную	ПЭВМ
К-4	6,29	6,287	0,048	6,07	6,054	0,264
К-8	15,345	15,356	0,072	15,345	15,356	0,072

 

 

Заключение

В данной курсовой работе были изучены методы расчета коротких замыканий в электрической системе. В результате выполнения курсовой работы на основе существующих методик расчёта были определены токи трёхфазного, однофазного и двухфазного коротких замыканий. Расчётные параметры получились равны параметрам, рассчитанным программой «ToKo». На основании проведённого расчёта было проведено сравнение токов различных видов коротких замыканий. Электрическая система при правильно выбранном оборудовании выдержит любой ток короткого замыкания. Полученные параметры позволяют правильно выбрать оборудование электроэнергетической системы и электрические аппараты станций и подстанций. Таким образом, при эксплуатации данная система будет подчиняться установленным требованиям, и обеспечивать экономичное и качественное электроснабжение потребителя.

 

Список литературы

 

1. П.Н. Сенигов. Переходные процессы в синхронных машинах. Учебное пособие. Челябинск, 1993г.

 

2. Б.Н. Неклепаев, И.П. Крючков. Электрическая часть электростанций и подстанций. Справочник. Москва, Энергоатомиздат, 1989г.

 

3. П.Н. Сенигов. Расчет токов короткого замыкания в электрических системах. Учебное пособие. Челябинск, 1986г.

 

4. Справочник по проектированию электрических сетей. Под ред. Д.Л. Файбисовича. Москва. Издательство НЦ ЭНАС. 2007г.

 

5. Стандарт предприятия. Курсовое и дипломное проектирование. Общие требования к оформлению. СТП ЮУрГУ 04-2008.

 

6.С.А. Ульянов. Электромагнитные переходные процессы. Москва «Энергия». 1970г.

 

 

Расчет параметров короткого замыкания в электрических системах

 

Нормоконтроллер: Руководитель: Коровин Ю. В.

Коровин Ю. В. _________________

_________________ «____» __________ 2012 г.

«____» __________ 2012 г.

 

 

Автор работы:

студент группы Э-384

Сутягин К. М.

Вариант: С3-В4-4,8

«___»___________2012г.

 

Работа защищена с оценкой:

_____________________

«____»___________2012г.

 

 

Челябинск 2012

Задание к курсовой работе

1. РАСЧЕТ РЕЖИМА ТРЕХФАЗНОГО КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

1.1. Рассчитать по точной методике и построить зависимости от времени мгновенных значений тока статорной обмотки генератора G1 и его отдельных составляющих (периодической, апериодической, двойной частоты, вызванной действием АРВ и предшествующего режима) на интервале 0...0,3 с при коротком замыкании в точке К1.

1.2. Рассчитать и построить зависимости от времени действующего значения периодической составляющей тока статорной обмотки генератора Г1 на интервале 0...0,5 с при коротком замыкании в точке К1:

– по точной методике;

– по методу типовых кривых.

1.3. Рассчитать по упрощенной методике и построить зависимость от времени апериодической составляющей тока статорной обмотки генератора Г1 на интервале 0...0,5 с при коротком замыкании в точке К1.

1.4. По методу типовых кривых в заданных вариантом точках короткого замыкания рассчитать действующие значения периодической и апериодической составляющих тока короткого замыкания для моментов времени 0 и 0,3 с, а также ударный ток короткого замыкания.

1.5. В заданных вариантом точках короткого замыкания рассчитать на ПЭВМ действующие значения периодической составляющей тока короткого замыкания для моментов времени 0 и 0,3 с.

2. РАСЧЕТ НЕСИММЕТРИЧНОГО КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

2.1. В точке короткого замыкания на стороне обмотки с более высоким напряжением рассчитать действующие значения периодической и апериодической составляющих тока однофазного короткого замыкания для моментов времени 0 и 0,3 с, а также ударный ток короткого замыкания.

2.2. В той же точке рассчитать действующее значение периодической составляющей тока двухфазного короткого замыкания в начальный момент времени.

2.3. Повторить расчеты по п.2.1 ип.2.2на ПЭВМ.

 

 

Исходные данные на курсовое проектирование.

 

Вариант: С3-В4-4,8.

 

Тип генераторов:

Таблица 1.

G1	G2	G3
ТГВ-500	ТГВ-500	ТГВ-500

 

 

Типы трансформаторов:

Таблица 2.

АТ1	АТ3	АТ4
АТДЦТН-500000	АТДЦТН-500000	АТДЦТН-500000

 

Таблица 2 (продолжение).

Т1	Т2	Т3	Т6	Т7
ТЦ-630000	ТЦ-630000	ТЦ-630000	ТРДЦН-63000	ТРДЦН-63000

 

 

Разземлена нейтраль трансформатора Т7.

 

 

Длины линий электропередачи, км.

Таблица 3.

W1	W2	W3	W4	W5	W6

 

Все линии имеют грозозащитные тросы.

 

 

Мощность К.З. на шинах электрической системы, МВА.

 

Таблица 4.

С1	C2

 

 

 

Рисунок 1 – Схема электрической сети.

 

АННОТАЦИЯ

Сутягин К.М., Расчёт режимов короткого замыкания. – Челябинск: ЮУрГУ, Э, 2012, 51с., 45 ил., Библиография литературы – 6 наименований.

 

 

Целью курсовой работы является расчет короткого замыкания электрической сети, для которой заданы мощность КЗ на шинах электрической системы, а также конструктивные элементы генераторов, трансформаторов, автотрансформаторов и воздушных линий электропередач: типы и марки, варианты соединения обмоток трансформаторов, количество цепей, длины линий.

В результате расчета были рассмотрены два вида короткого замыкания:

· трехфазное короткое замыкание;

· несимметричное короткое замыкание.

Кроме того, составлены схема замещения электрической сети, произведен проверочный расчет, с использованием разработанной на кафедре «ЭССиС» программы «ТОКО».

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

Введение……………………………………….…………………………………….7

 

1 Расчет режима трехфазного короткого замыкания……………………..…...8

1.1 Расчет по точной методике мгновенных значений тока статорной обмотки СГ………………………………………………………………………....8

1.1.1 Определение параметров СГ …………..………………………….8

1.1.2 Анализ предшествующего режима………………………………..10

1.1.3 Анализ аварийного режима……………………………………..…11

1.1.4 Анализ режима регулирования возбуждения…………………….13

1.1.5 Анализ результирующего режима………………….…….…….…14

1.2 Определение действующего значения периодической составляющей тока статорной обмотки генератора...…………………………………...……….19

1.2.1 Определение по точной методике……………………………….….19

1.2.2 Определение по методу типовых кривых……………………….….20

1.3 Расчет апериодической составляющей тока статорной обмотки генератора Г1……………………………………………………………………...22

1.4 Расчет действующих значений периодических и апериодических

составляющих в точках К7 и К3...............................……………….……….24

1.4.1 Расчет в точке К7………………………………………………...…25

1.4.2 Расчет в точке К3……………………………………………………33

2 Расчет несимметричного короткого замыкания…………………………….39

2.1 Расчет действующего значения периодической и апериодической составляющих тока однофазного короткого замыкания........…………………..39

2.1.1 Схема замещения прямой последовательности………..…..……..39

2.1.2 Схема замещения обратной последовательности………………...39

2.1.3 Схема замещения нулевой последовательности……...…..……....39

2.1.4 Определение токов однофазного короткого замыкания...……….44

2.2 Расчет действующего значения периодической составляющей тока

двухфазного короткого замыкания в начальный момент времени...……….48

2.3 Расчет токов несимметричных КЗ на ПЭВМ……...………….………...48

3 Сравнение токов различных видов коротких замыканий……..……….…..49

Заключение……………………………………………………………….……50

 

Список литературы……………………………………………………………51

 

 

Введение.

 

 

Короткие замыкания возникают при нарушении изоляции электрических цепей. Причины таких нарушений различны. Чаще всего короткое замыкание проходит через переходное сопротивление.

В трёхфазных электроустановках возникают трёх- и двухфазные короткие замыкания. А также могут возникать одно- и двухфазные короткие замыкания на землю. Наиболее тяжёлым из режимов для сети является режим трехфазного короткого замыкания.

Так как при трехфазном коротком замыкании все фазы электрической сети оказываются в одинаковых условиях, то это короткое замыкание является симметричным. Остальные короткие замыкания называют несимметричными.

Короткие замыкания сопровождаются увеличением токов в повреждённых фазах до значений, превосходящих в несколько раз номинальные значения.

Протекание токов короткого замыкания приводит к увеличению потерь в проводниках и контактах, что вызывает их повышенный нагрев.

Таким образом, режим короткого замыкания является аварийным, и необходимо уметь определять значение тока короткого замыкания в любой точке электроэнергетической системы в любой момент времени.

Для обеспечения надежной работы электрических систем, предотвращения повреждений оборудования при коротком замыкании необходимо быстро отключать поврежденный участок. Поэтому очень важно правильно выбирать токоведущие части и аппараты, токоограничивающие устройства и другое оборудование. Для осуществления указанных мероприятий необходимо уметь определять ток короткого замыкания в любой интересующий момент. В настоящее время расчет токов короткого замыкания чаще проводят с помощью ЭВМ.