Коротком  замыкании  в разветвленной

Электрической системе

Введение

 

При эксплуатации электростанций и электрических сетей в них достаточно часто возникают короткие замыкания (КЗ), которые являются одной из основных причин нарушения нормального режима работы электроустановок и электроэнергетической системы (ЭЭС) в целом. Короткое замыкание – это случайное или преднамеренное, не предусмотренное нормальным режимом работы электрическое соединение различных фаз электроустановки или сети между собой или с землей (в сетях с заземленной нейтралью), сопровождающееся резким возрастанием токов в ветвях, примыкающих к месту КЗ, а также уменьшением или искажением симметрии напряжения в различных точках сети.

Токи КЗ с учетом действия устройств релейной защиты обычно существуют незначительное время (0,05 с < t < 5 c), но из-за термического и динамического воздействий могут вызывать серьезные повреждения электрооборудования и проводников, ведущие к отказу основного оборудования.

Токи КЗ рассчитываются для выбора электрических аппаратов и токоведущих частей электрооборудования, проверки их на динамическую и термическую стойкость, проверки коммутационных аппаратов на отключающую способность, а также для выбора уставок срабатывания релейной защиты и устройств противоаварийной автоматики.

Данные методические указания предназначены для выполнения самостоятельных работ по курсу,,Электромагнитные переходные процессы''. Цель выполнения заданий на самостоятельную работу – закрепление теоретических знаний и выработка у студентов практических навыков по расчету токов КЗ в ЭЭС.

 

 

1.1. Задание на самостоятельную работу

Тема: Расчет токов при симметричном коротком замыкании в разветвленной электрической системе.

 

Студент _______________                                                Вариант № ____

Группа ________________                                                Дата выдачи

                                                                                             задания _______

 

 

Рис. 1.1

 

Дано: Электрическая схема системы, рис. 1.1.

Параметры элементов системы, в соответствии с вариантом см. в прил. 1П1.

В одной из точек системы К1…К7 происходит симметричное глухое короткое замыкание.

 

Предшествующий режим системы:

 

1. Генераторы Г1, Г2, Г3 работают в номинальном режиме при номинальном cosφ_Гном.

2. Мощности узлов нагрузки S_H1 = 0,45S_Г1; S_H2 = 0,4S_Г2; S_H3 = 0,15S_Г3; S_H4 = 0,1S_ΣГ; S_H5 = S_H6 = 0,05S_ΣГ при cos φ₀ = 0,85.

3. Остальная мощность генераторов передается в систему С.

Требуется:

1. Определить сверхпереходный ток I^`` в точке КЗ и примыкающих ветвях в момент t = 0.

2. Рассчитать величину ударного тока в точке КЗ и в примыкающих ветвях в момент t = 0,01 с.

3. Найти значение периодического I_пτ и апериодического i_aτ тока в момент отключения КЗ: t = τ.

 

 

Методические указания

 

1. В соответствии с заданием требуется рассчитать ток трехфазного короткого замыкания в заданной точке схемы для начального момента переходного процесса I^``, ударный ток i_у, периодическую составляющую тока I_пτ в заданный момент времени.

Следует заметить, что величина начального сверхпереходного тока является наиболее характерным параметром, определяющим условия короткого замыкания в каждой точке электрической системы и на различных стадиях переходного процесса КЗ.

Для расчета начального или сверхпереходного тока все генераторы должны быть введены в схему замещения своими переходными параметрами: сверхпереходной ЭДС Е^{``</sup> и сверхпереходным сопротивлением . ЭДС Е<sup>``} определяется для каждого генератора из условий начальной номинальной загрузки.

Нагрузка – это мощные асинхронные, синхронные двигатели или комбинированная нагрузка с преобладанием в ней двигателей, которая для начального момента КЗ также представляется в виде источника переходной ЭДС Е^{``</sup> за внутренним сопротивлением Х<sup>``}. Это объясняется тем, что двигатели в начальный момент замыкания подпитывают током точку КЗ.

Все остальные элементы: трансформаторы, линии передач, реакторы – вводятся в схему замещения своими индуктивными сопротивлениями. Активными и емкостными сопротивлениями допустимо пренебречь.

2. Для заданной разветвленной электрической схемы системы необходимо определить расчетную схему путем отбрасывания второстепенных участков. Отбрасываются участки схемы с большой электрической удаленностью или малой мощностью источников.

Удаленность отбрасываемых участков рассматривается относительно точки КЗ. Для решения этой задачи составляется полная схема замещения, на которой в относительных единицах должны быть представлены параметры всех источников и элементов цепей схемы. Полную электрическую схему замещения в о.е. можно составить при упрощающих условиях, а именно: за базисные напряжения ступеней принимаются средние или номинальные значения из ряда 770; 515; 340; 230; 154; 37; 24; 20; 18; 15,75; 13,8; 10,5; 6,3; 3,15 кВ. Базисная мощность выбирается произвольно на весь расчет. Это может быть полная мощность наиболее крупного генератора или его повышающего трансформатора.

Полную электрическую схему с обозначением основных параметров элементов – генераторов, трансформаторов, линий передач и нагрузок, а также схему замещения необходимо вычертить на отдельном форматном листе каждую. Основные параметры элементов на электрической схеме проставить рядом с обозначением элемента. На схеме замещения необходимо у каждого источника проставить численные значения его ЭДС и сопротивления.

Полученная схема удобна для анализа и для исключения второстепенных участков. При этом необходимо руководствоваться следующими правилами:

· все источники ЭДС, обладающие большой мощностью в виде мощных систем и генераторов, оставляются в расчетной схеме. Если точка КЗ находится от этих источников на большом электрическом удалении, то они могут быть объединены в дальнейшем в один источник, который можно назвать системой большой мощности.

· источники ЭДС малой мощности, обладающие относительно большим внутренним сопротивлением и расположенные на большом электрическом удалении от точки КЗ, из расчетной схемы исключаются.

· исключаются также все нагрузки, которые не примыкают непосредственно к точке КЗ.

3. Оставшиеся части электрической системы составляют расчетную схему. Расчетная схема вычерчивается на отдельном листе. Затем также на отдельном листе изображается ее схема замещения. Параметры этой схемы замещения определяются по уточненным базисным напряжениям ступеней (базисная мощность может быть оставлена прежней). ЭДС и сопротивления на схеме замещения целесообразно пронумеровать, проставив через черту значение соответствующего параметра в о.е., или обозначить по принадлежности к тому или иному элементу.

4. Полученная схема замещения путем преобразования приводится к простейшему виду. В результате расчета упрощенной схемы замещения определяется начальный или сверхпереходный ток в точке КЗ и в ветвях, примыкающих к этой точке.

5. Рассчитывается значение ударного тока КЗ в примыкающих к точке короткого замыкания ветвях. Расчетные значения ударного тока КЗ используются для проверки и выбора аппаратов и шинопроводов на электродинамическую стойкость.

6. Рассчитываются периодический ток КЗ и доля апериодического тока, по отношению к периодическому, для заданного момента времени t = τ в примыкающих ветвях. Эти данные необходимы для проверки коммутационных аппаратов по отключающей способности, а также для настройки релейной защиты.