Для блочных трансформаторов Т1, Т2, (ТДЦ-250000/220/15,75)

(2.3)

Для блочных трансформаторов Т3, Т4, (ТДЦ-250000/110/15,75)

Определить сопротивление для генераторов G1-4 (Т3В-200-2)

(2.4)

Определить сопротивление для автотрансформаторов Т5,Т6, (АТДЦТН-200000/220/110)

(2.5)

(2.6)

,

 

Х₁₂=Х₁₃ –пассивные сопротивления и в расчётах не учитываются

 

 

2.4 Расчёт токов короткого замыкания в точке К–1

Преобразуем схему от источника к точке короткого замыкания [3, т.2.2]

Изм.

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Лист

ПР.02.140206.4-07.05

 

С С

 

18/0,46 21/0,23 К-1 22/0,84

К-1

19/0,7 20/0,69 24/0,45

 

 

G3;4

G1;2 G1-4

2.5 Определить токи к.з. в точке К-1 в начальный момент времени

От энергосистемы:

Изм.

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Лист

ПР.02.140206.4-07.05

(2.7)

(2.8)

где Е^//=1 – сверхпереходная ЭДС источников для системы

(2.9)

(2.10)

где i_п.о – периодическая составляющая тока короткого замыкания, кА;

i_а.о. – апериодическая составляющая тока короткого замыкания, кА;

i_у – ударный ток, кА;

k_у – ударный коэффициент [3, т.2.3] От генераторов G1-4:

Е^//=1,13 – сверхпереходная ЭДС генераторов;

2.6 Определить токи к.з. в точке К-1в момент отключения

Предварительно выбираем выключатель по напряжению типа ВГТ-110

[3, П.6.1] Определяем полное время отключения короткого замыкания

(2.11)

где t_в –собственное время отключения выключателя;

t_р.з – время срабатывания релейной защиты;

Определить значение токов по ветвям

От системы:

(2.12)

(2.13)

где значение определяется по кривым [3, с. 24]

 

От генераторов G1-G4

Определяем приведённый ток генераторов к той ступени напряжения, на которой рассматривается короткое замыкание.

(2.14)

где ΣР_ном. – суммарная мощность генераторов;

COSφ – коэффициент мощности генераторов; [3, П.8.1]

Изм.

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Лист

ПР.02.140206.4-07.05

Определяем отношение периодической составляющей тока короткого замыкания к приведённому току генераторов

 

(2.15)

Найти по кривым значение отношения [3, с. 25]

Определяем периодическую составляющую короткого замыкания в момент отключения

(2.16)

(2.17)

2.7 Выполнить расчёт токов короткого замыкания в точке К-2

Преобразовать схему от источников к точке короткого замыкания К-2

С

 

 

22/0,84

 

15/0,42

19/0,7 25/1,37 К-2

 

17/0,95

 

G1;2 G3

 

G4

С G1-3

 

27/2,0 28/1,1

к-2

17/0,95

Изм.

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Лист

ПР.02.140206.4-07.05

 

G4

 

2.8 Определить начальное значение периодической составляющей тока короткого замыкания

От энергосистемы

 

От генераторов G1-3

От генератора G4

 

2.9 Определить токи к.з. в точке К–2 в момент отключения

Предварительно выбираем выключатель по напряжению типа

ВВГ-20-160 [3, П.6.1] Определяем полное время отключения короткого замыкания

Определить значение токов по ветвям

От системы:

Изм.

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Лист

ПР.02.140206.4-07.05

От генератора G-4

Определяем приведённый ток генераторов к той ступени напряжения, на которой рассматривается короткое замыкание

 

Определяем отношение периодической составляющей тока короткого замыкания к приведённому току генераторов

Найти по кривым значение отношения: [3, с.25]

Определяем периодическую составляющую короткого замыкания в момент отключения

I_п.t=0,77*I_п.о.= 0,77*43,5=33,5кА

От генераторов G1-G3

Определяем отношение периодической составляющей тока короткого замыкания к приведённому току генераторов

Найти по кривым значение отношения: [3, с.25]

Определяем периодическую составляющую короткого замыкания в момент отключения

I_п.t=0,96*I_п.о.= 0,96*37,6 = 36кА

Изм.

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Лист

ПР.02.140206.4-07.05

Полученные значения токов сносим в таблицу 2.1

Таблица 2.1 – Значения токов короткого замыкания

 

Точки	Токи к. з. Источники	Iп.о., кА	iа.о., кА	iу, кА		iа.t., кА
К-1	Система G1-G4 Суммарный	12,6 18,6	8,4 17,8 26,2	13,5 48,5		0,25 14,25
К-2	Система G1- G3 G4 Суммарный С; G1-3	18,3 37,6 43,5 55,9	25,9 61,6 78,9		18,3 33,5 54,3

 

Практическая работа №3

 

Тема: Расчет токов одно- и двухфазного коротких замыканий на землю

Цель работы:

- научиться преобразовывать схемы в точки к.з;

- освоение расчета токов несимметричного короткого замыкания;

- развивать навыки работы с каталогами и справочной литературой;

- продолжить изучение ЕСКД и применение их на практике (при оформлении отчета).

Теоретический материал

В трехфазных сетях могут возникать следующие несимметричные к.з.: двухфазные к.з.; одно- и двухфазные к.з. на землю. Расчеты несимметричных к.з., так же как и расчеты других несимметричных режимов в электрических системах (обрывы проводов, работа по системе «два провода – земля и т.п.), удобно производить с помощью метода симметричных составляющих. Суть его состоит в том, что любую несимметричную систему токов или напряжений, состоящих из трех векторов А, В, С, можно заменить тремя симметричными системами векторов прямой А₁, В₁, С₁, обратной А₂, В₂, С₂ и нулевой А₀, В₀, С₀ последовательностей.

Векторы системы прямой последовательности равны по величине и сдвинуты друг относительно друга на 120⁰ в направлении прямого чередования фаз. Векторы системы обратной последовательности равны по величине и сдвинуты друг относительно друга на 120⁰ в направлении обратного чередования фаз. Векторы системы нулевой последовательности совпадают по направлению и равны по величине, образуют симметричную, но неуравновешенную систему. Следовательно, геометрическая сумма векторов прямой, обратной и нулевой последовательностей равна нулю.

При расчетах несимметричных к.з. составляются схемы замещения отдельных последовательностей, в каждую из которых входят все элементы, по которым при данном несимметричном к.з. проходят токи соответствующих последовательностей.

Схемы замещения прямой последовательности составляется так же, как для расчета симметричного трехфазного к.з. Она сворачивается относительно точки к.з., и определяется результирующее сопротивление прямой последовательности Х_рез.1

 

Х_рез.1

С _к.з

 

Схема замещения обратной последовательности состоит из сопротивления обратной последовательности. При этом следует учесть, что сопротивления обратной и прямой последовательностей ЛЭП, реакторов и трансформаторов равны между собой.

В приближенных расчетах для синхронных машин Х₂ = Х¹¹_d.

Из выше изложенного следует, что результирующие сопротивления прямой и обратной последовательностей относительно рассматриваемой точки к.з. можно принять равными друг другу, т.е. Х_рез.1=Х_рез.2

Схема замещения нулевой последовательности необходима при расчетах токов к.з. на землю. В эту схему вводятся только те элементы расчетной схемы, по которым могут протекать токи нулевой последовательности, а именно: системы с заземленными нейтралями, силовые автотрансформаторы и трансформаторы с заземленными нейтралями, ЛЭП и кабели, соединяющие их.

Порядок выполнения работы:

-повторение теоретического материала; [2, c.116-136]

- определение варианта задания;

- изучение и выполнение расчета по заданному алгоритму индивидуальной задачи.

В результате выполнения практической работы студент должен:

знать:

- виды несимметричных коротких замыканий;

- основные формулы ТОЭ;

уметь:

- преобразовать расчетные схемы в схемы замещения и в точку к.з.;

- выполнять расчет несимметричных токов к.з;

Исходные данные: практическая работа №2.

Вариант определяется по таблице 2.1

 

Алгоритм решения

1 На расчетной схеме показать схемы соединения обмоток трансформаторов и режимы работы нейтрали. Определить необходимые параметры схемы (из пр.р.№2)

2 Составить эквивалентную схему замещения прямой последовательности.

2.1Определить ее параметры (аналогично 3-х фазному КЗ).

2.2 Определить результирующие сопротивления прямой последовательности, свернув схему в точку к.з, используя известные правила ТОЭ: [3, т.2.2]

или (3.1)

(3.2)

3 Составить схему замещения обратной последовательности. . 3.1Определить ее параметры

Для системы:

, (3.3)

где - сопротивление обратной последовательности системы.

Для генераторов:

, (3.4)

где - сопротивление обратной последовательности генератора

Остальные параметры остаются без изменений.

 

3.2 Определить результирующее сопротивление обратной последовательности , преобразовав схему в точку к.з.

 

4 Составить схему замещения нулевой последовательности. .

4.1 Определить ее параметры:

Для системы:

, (3.5)

где - сопротивление нулевой последовательности.

Для линии:

(3.6)

(3.7)

для одноцепных линий:

- без троса ;

- со стальным тросом ;

- с алюминиевым тросом .

для двухцепных линий:

- без троса ;

- со стальным тросом ;

- с алюминиевым тросом .

Для генераторов:

;

Если обмотки трансформаторов соединены по схеме «звезда»-«треугольник», то генераторы из расчетной схемы исключаются.

4.2 Определить результирующее сопротивление , преобразовав схему замещения в точку к.з.

 

5 Определить токи однофазного к.з. на землю.

 

5.1 Определить результирующее сопротивление току однофазного КЗ на землю

(3.8)

5.2 Определить периодическую составляющую тока КЗ

, кА, (3.9)

где , кА – базисный ток;

МВА

 

5.3 Определить ударный ток однофазного к.з. на землю:

, кА, (3.10)

где - ударный коэффициент [3,т 2.3]

6 Определить токи двухфазного к.з. на землю.

 

6.1 Определить результирующее сопротивление току двухфазного к.з.

; (3.11)

6.2 Определить периодическую составляющую тока КЗ:

, кА, (3.12)

где ; (3.13)

, - коэффициенты распределения тока.

6.3 Определить ударный ток двухфазного КЗ на землю:

(3.14)

Полученные расчетные данные свести в таблицу 3.1

 

Таблица 3.1 Расчетные данные
токи вид КЗ	, кА	, кА
Однофазное на землю
Двухфазное на землю

Пример выполнения практической работы №3

Тема: Расчет токов одно- и двухфазного коротких замыканий на землю

Исходные данные практическая работа №2

 

1 Составить расчётную схему, на которой привести основные

параметры электрооборудования (из П.Р. №2)

С S_ном.С =8000 МВА

Х_*С =0,98; Х_0.С =0,07

L=180 км Р_max =240 МВт

230 115 Р_min =200 МВт

 

 

Т1 Т2 Т5 Т3 Т4

 

Т6

 

G1 G2 G3 G4

 

Изм.

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Лист

ПР.03.140206.4-07.05 ДП. 1001. 2-00. 3883. ПЗ.

Разработал

Проверил

Рецензент

Н. Контроль

Утвердил

Расчет несимметричных токов короткого замыкания

Литер

Листов

ЧЭнК

Рисунок 3.1- расчетная схема

1 На расчетной схеме показать схемы соединения обмоток трансформаторов и режимы работы нейтрали. Определить (взять из практической работы №2) необходимые параметры схемы.

2 Преобразовать схему замещения прямой последовательности в точку короткого замыкания к-1 аналогично 3-х фазному КЗ (можно привести последнюю схему для точки к-1 из практической работы №2)

С

 

22/0,84

К-1

24/0,45

 

G1-4

Рисунок 3.2 – преобразованная в точку к-1 схема замещения
С,G1-4

Изм.

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Лист

ПР.03.140206.4-07.05

Х_рез.1 /0,29

к.з.

 

Рисунок 3.3- схема замещения прямой последовательности

2.1 Определить результирующие сопротивления прямой последовательности

(3.1)

3 Составить схему замещения обратной последовательности. , определить ее параметры

С,G1-4

 

Х_рез.2 /0,29

к.з.

 

Рисунок 3.4- схема замещения прямой последовательности

Для упрощения расчетов можно принять Х_рез.2 = Х_рез.1 = 0,29

4 Составить схему замещения нулевой последовательности , определить ее параметры

 

 

С

Изм.

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Лист

ПР.03.140206.4-07.05

1/0,008

 

 

2-5/1,36 230 115

к-1

10/0,46 12/0 14-15/0,42

 

6/0,44 7/0,44

 

 

11/0,46 13/0

G1 G2 G3 G4

 

Рисунок 3.5- схема замещения

 

4.1 Для системы:

, (3.2)

где - сопротивление нулевой последовательности

4.2 Для линии:

 

(3.3)

[3, с. 28]

для одноцепных линий со стальным тросом ; (3.4)

4.3 Для генераторов (при соединении обмоток трансформаторов

по схеме Y/Y):

; (3.5)

где Х_*о.г – сопротивление нулевой последовательности генератора [1, с.80]

 

Если обмотки трансформаторов соединены по схеме Y/ , то генераторы из расчетной схемы исключаются.

 

Определить результирующее сопротивление , преобразовав схему замещения в точку К-1

Изм.

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Лист

ПР.03.140206.4-07.05

С С,G1-4

 

12/1,03 17/0,23 К-1

Х_рез.0 /0,13

13/0,22 16/0,21

к.з.

 

G3;4

G1;2

 

Рисунок 3.6 - схема замещения нулевой последовательности

 

5 Определить токи однофазного КЗ на землю

5.1 Принять базисную мощность:

МВ×А

5.2 Определить базисный ток:

, кА (3.6)

5.3 Определить результирующее сопротивление току однофазного КЗ на землю:

(3.7)

 

5.4 Определить периодическую составляющую тока КЗ:

Изм.

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Лист

ПР.03.140206.4-07.05

, кА, (3.8)

5.5 Определить ударный ток однофазного КЗ на землю:

, кА, (3.9)

где - ударный коэффициент (каталог, приложение 2.1)

6 Определить токи двухфазного КЗ на землю

6.1 Определить результирующее сопротивление току двухфазного КЗ:

; (3.10)

6.2 Определить периодическую составляющую тока КЗ:

, кА, (3.11)

где

(3.12)

(3.13)

- коэффициенты распределения тока

 

6.3 Определить ударный ток двухфазного КЗ на землю:

(3.14)

Изм.

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Лист

ПР.03.140206.4-07.05

Полученные расчетные данные свести в таблицу 3.1

 

Таблица 3.1 Расчетные данные несимметричных токов к.з.

токи вид КЗ	, кА	, кА
Однофазное на землю	21,1	58,7
Двухфазное на землю	3,15	4,45

 

 

Практическая работа № 4

Тема: Выбор линейного токоограничивающего реактора

Цель работы:

- ознакомление со способами ограничения токов короткого замыкания;

- ознакомление с назначением токоограничивающих реакторов, их конструкцией и областью применения;

- освоение методики выбора реактора;

- освоение расчета стойкости реактора и величины остаточного напряжения;

- развивать навыки работы с каталогами и справочной литературой;

- продолжить изучение ЕСКД и применение их на практике (при оформлении отчета).

 

Теоретический материал

В процессе развития современной энергетики повышается уровень тока

короткого замыкания. Применение электрических аппаратов, соответствующим этому уровню токов КЗ, приводит к экономическим и техническим трудностям, которые не оправдывают себя.

Наиболее распространенными и действенными способами ограничения токов короткого замыкания являются: секционирование электрических сетей, установка токоограничивающих реакторов, использование трансформаторов с расщепленной обмоткой низшего напряжения.

Токоограничивающие реакторы относятся к специальным техническим средствам ограничения токов КЗ. Они применяются для ограничения токов КЗ в мощных электроустановках, а так же позволяют поддерживать на шинах определенный уровень напряжения при повреждении за реактором. Поддержание более высокого уровня остаточного напряжения в режиме КЗ требует значительного увеличения индуктивного сопротивления реактора. Однако в нормальном режиме работы установки чрезмерное увеличение сопротивления реактора приводит к увеличению потери напряжения в реакторе при протекании рабочего тока. Особенно это заметно при использовании реакторов в качестве групповых и индивидуальных.

Основная область применения реакторов – электрические сети U = 6 – 10 кВ. иногда токоограничивающие реакторы используются в установках 36 кВ и выше, а так же при напряжении ниже 1000 В.

Реактор представляет собой индуктивную катушку без сердечника из магнитного материала. На рисунке 4.1 изображена фаза реактора серии РБ.

Благодаря этому он обладает постоянным индуктивным сопротивлением, не зависящим от протекающего тока.

 

 

 

Рисунок 4.1 – фаза реактора серии РБ

1 – обмотка реактора;

2 – бетонные колоны;

3 – опорные изоляторы.

В зависимости от схемы включения реактора различают:

индивидуальное реактирование – для подключения мощных и ответственных линий;

групповые реакторы – через реактор питается группа линий;

секционные реакторы – реактор включается между секциями распределительных устройств.

В электроустановках нашли применение сдвоенные реакторы. Преимуществом сдвоенного реактора является то, что благодаря наличию

взаимной индуктивности между ветвями каждой фазы реактора потеря напряжения в нем меньше, чем в случае обычного реактора с таким же индуктивным сопротивлением. Это обстоятельство позволяет эффективно использовать сдвоенный реактор в качестве группового.

Порядок выполнения работы:

- повторение теоретического материала; [2, с.143-151] - определение варианта задания; - внимательное изучение задания на практическую работу;

- изучение и выполнение расчета по заданному алгоритму индивидуальной задачи.

 

 

В результате выполнения практической работы студент должен

знать:

- назначение реакторов в электроустановках; - возможные схемы включения реакторов; - типы реакторов, используемых в качестве групповых; - необходимые сведения для выбора и последующей проверки выбранного реактора;

уметь:

- определять по заданным параметрам установки и схеме включения серию установленного реактора; - выполнять расчет по заданному алгоритму индивидуальной задачи;

 

Исходные данные: индивидуальное задание согласно варианта, (определяется по таблице 4.1)

Таблица 4.1 Исходные данные для решения практической работы

 

Номер варианта
Количество отходящих линий n
Максимальный рабочий ток каждой линии Imax (А)
Суммарное начальное значение периодической составляющей тока к.з. в К-2 Iп0 (кА)	60,5	54,8		48,5		45,9	59,5		55,2
Тип установленного выключателя	ВМПЭ-10	ВК-10	ВВЭ-10	ВВЭ-10	ВМП-10	ВВЭ-10	ВК-10	ВВЭ-10	ВК-10	ВМПЭ-10
Номинальный ток отключения Iотк.ном (кА)			31,5			31,5	31,5	31,5
Полное время отключения к.з. tотк (с)	0,12	0,12	0,12	0,12	0,12	0,12	0,12	0,12	0,12	0,12

 

 

 

К-2

ЛЭП

 

G LR Q

 

 

Рисунок 4.2- расчетная схема

 

Алгоритм решения

1 Определить максимальный рабочий ток каждой ветви реактора, с учетом распределения линий на каждую ветвь реактора

I_{max р}= n*I_max, А (4.1)

где n - число линий, подключенных к одной ветви реактора; I_max – максимальный ток каждой линии (определяется по заданию)

Проверить условие I_ном > I_{max р} (4.2) где I _ном – номинальный ток реактора, А

2 Определить результирующее сопротивление цепи к.з. при отсутствии реактора

Х_рез. = U_ср./ √3 *I_п0; Ом. (4.3)

3 Определить требуемое сопротивление короткозамкнутой цепи

Х^треб = U_ср./ √3*I_{отк ном}; Ом, (4.5)

где I_{отк ном}– номинальный ток отключения выключателя установленного в цепи.

4 Определить требуемое сопротивление реактора

Х_р ^треб = Х^треб - Х_рез ,Ом (4.6)

5 По каталогу выбрать тип реактора [3, П.4.1]

Х_р ≥ Х_р^треб (4.7)

6 Определить результирующее сопротивление короткозамкнутой цепи с учетом реактора

Х ¹_рез = Х_рез + Х_р, Ом (4.8)

7 Определить фактическое начальное значение периодической составляющей тока к.з.

I_п0 =U_ср./(√3*Х¹ _рез), кА. (4.9)

8 Произвести проверку выбранного реактора на электродинамическую стойкость

i_уд ≤ i_дин (4.10)

8.1 Определить ударный ток трёхфазного к.з.

i_уд=√2 * I_п0 * k_уд, кА (4.11)

где I_по - фактическое значение периодической составляющей тока к.з, кА,

k_уд- ударный коэффициент [3, т. 2.3]

i_дин – электродинамическая стойкость реактора, гарантируемая заводом изготовителем, кА [3, П.4.1]

9 Произвести проверку реактора на термическую стойкость

В_к ^зав ≥ В_к ^расч

9.1 Завод- изготовитель гарантирует время термической стойкости t_тер,С;

и квадратичный ток термической стойкости I_тер, кА. [3, П.4.1]

В_к^зав = I_тер ² *t_тер, кА²*С (4.12)

9.2 Определить расчётный импульс квадратичного тока к.з за реактором:

В_к ^расч = I_п0² * (t_откл+T_а); кА²*С (4.13)

где I_п0 – фактическое значение периодической составляющей тока к.з, кА

T_а – постоянная времени затухания апериодической составляющей тока к.з,

[3, т. 2.3]

t_откл=0,3 с - время, определенное по расчетной зоне при КЗ за реактором

[3, с. 57]

 

10 Определить остаточное напряжение на шинах при к.з. за реактором

U_ост=Х_р*√3 * I_п0 *100%/ U_ном

Значение U_ост по условиям работы потребителей должно быть не менее

65 – 70%

 

Пример выполнения практической работы № 4

 

Тема: Выбор линейного токоограничивающего реактора.

Изм.

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Лист

ПР.04.140206.4-07.05 ДП. 1001. 2-00. 3883. ПЗ.

Разработал

Коньков

Проверил

Николаева

Рецензент

Н. Контроль

Утвердил

Выбор токоограничивающего реактора

Литер

Листов

ЧЭнК

Исходные данные вариант № 5: выбрать групповой реактор для ограничения тока КЗ в цепях четырех линий питающих потребителей с шин 10 кВ генераторного распределительного устройства ТЭЦ. Максимальный рабочий ток для каждой линии I_max= 430 А. Суммарное начальное значение периодической составляющей тока КЗ на шинах 10 кВ I_п0 = 61 кА. На линии установлен выключатель типа ВК-10 с I_{отк ном} = 20 кА. Полное время отключения КЗ t_отк= 0,12 с.

Решение:

Намечаем к установке сдвоенный реактор серии РБСГ на U_ном= 10 кВ с номинальным током I_ном= 1000 А

1 Определить максимальный рабочий ток каждой ветви реактора, учитывая, что линии распределены по две на каждую ветвь реактора

I_{max р} = 2*430 = 860 А (4.1)

Проверить условие I_ном =1000 А > I_{max р} =860 А

2 Определить результирующее сопротивление цепи КЗ при отсутствии реактора

Х_рез= U_ср √3 * I_п0 = 10,5√3*61= 0,1 Ом (4.2)

3 Определить требуемое сопротивление цепи КЗ по условию обеспечения

заданной величины отключающей способности выключателя

X^треб. = U_ср. / √3*I_{отк. ном} = 10,5 /√3*20 = 0,303 Ом (4.3)

4 Определить т