Расчет симметричного трехфазного КЗ

ЗАДАНИЕ

 

 

Студенту (ке)                   Фамилии Имени Отчеству                    Группа Э-19Х

Фамилия, имя, отчество полностью

Направление (специальность) 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»

код, наименование

Тема «Расчет токов симметричного и несимметричного короткого замыкания в системе промышленного электроснабжения (Х.Х.КХ.(Х))»

 

Исходные данные к проекту Характеристика элементов электропередачи, Исходные данные трансформаторов и энергосистемы, данные о длительности короткого замыкания.

 

Перечень подлежащих разработке вопросов:

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.

 

Методическая литература и иные информационные источники

1. Эрнст, А. Д. Расчет токов короткого замыкания в электрических системах [Электронный ре-сурс]: учеб.электрон. изд. локального распространения: учеб. пособие / А. Д. Эрнст; ОмГТУ. - Электрон.текстовые дан. (1,92 Мб). - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2014. - 1 эл. опт.диск (CD-ROM)

2. Эрнст, А. Д. Расчет токов короткого замыкания в системах электроснабжения [Электронный ресурс]: учеб.электрон. изд. локального распространения: учеб. пособие / А. Д. Эрнст, М. В. Шкаруба; ОмГТУ. - Электрон.текстовые дан. (*64 Кб). - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2014. - 1 эл. опт. диск (CD-ROM).

3. Переходные процессы. Нелинейные образования. Четырехполюсники [Электронный ре-сурс]: учеб.электрон. изд. локального распространения: метод. Указания / ОмГТУ; сост.: И.В. Никонов, С.В. Овчинников. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2013. – 1 эл. опт.диск (CD-ROM)/

4. Батулько, Дмитрий Васильевич. Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем [Мультимедиа: Электронный ресурс]: мультимедийный практикум / Д. В. Батулько; ОмГТУ, Каф. "Электроснабжение промышленных предприятий". - Электрон, дан. - Омск: ОмГТУ, 2016. - 2 on-line: ЦВ

 

Дата выдачи задания «______» __________________ 2021 г.

 

Руководитель _____________ ст.преподаватель Шепелева Елена Юрьевна _________

Подпись                                             ученая степень, звание, Ф.И.О.                                       дата

 

 

Задание принял к исполнению студент (ка) _______________ «_____» __________ 2021 г.

Подпись                                                            дата

Расчет несимметричного КЗ

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. 7). по схеме электрических соединений системы (рис 2). Схема замещения обратной последовательности сворачивается аналогично схеме замещения прямой последовательности.

Рисунок 7 – 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. 8).

Расчет (рис. 8):

                                                                      

Рисунок 8 – Схема замещения обратной последовательности

Расчет (рис. 9):

                                                                                          

Рисунок 9 – Схема замещения обратной последовательности

Результирующее сопротивление обратной последовательности (рис. 10):

Рисунок 10 – Результирующее сопротивление

Коэффициенты распределения обратной последовательности от единичного тока распределяется обратно пропорционально сопротивлениям  и  от их общего сопротивления . Расчет (рис. 9-10):

                                                                                                                                 

Выполняется проверка  

          

Полученные значения коэффициентов распределения обратной последовательности будут в дальнейшем использованы для нахождения остаточных напряжений в других точках системы (раздел 2.3).

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.

В схеме (рис. 11)  и все нейтрали заземлены.

Рисунок 11 – Схема замещения нулевой последовательности при заземленной нейтрали Т2

Определяются параметры элементов схемы замещения (рис. 11).

Трансформаторы:

                                                                                                                      

                                                                                                          

Линии:

                                                                                              

                                                                                                        

где  

Расчет (рис. 12):

                                                                                                                

 

Рисунок 12 – Схема замещения нулевой последовательности

Расчет (рис. 13):

                                                                                                                 

Рисунок 13 – Схема замещения нулевой последовательности

Результирующее сопротивление нулевой последовательности относительно точки КЗ (рис. 14):

                                                                                                                  

Рисунок 14 – Результирующее сопротивление

Коэффициенты распределения нулевой последовательности от единичного тока распределяется обратно пропорционально сопротивлениям  и  от их общего сопротивления .

Расчет:

                                                                                                                                   

Выполняется проверка  

          

Если на Т2 нейтрали трансформаторов не заземлены, то схема изменит свой вид (рис. 15).

Рисунок 15 – Схема замещения нулевой последовательности при изолированной нейтрали Т2

 

Определяются параметры элементов схемы замещения (рис. 15).

Трансформаторы:

                                                                                                                      

Линии:

                                                                                                        

где  

Расчет (рис. 16):

                                                                                                             

Рисунок 16 – Результирующее сопротивление

Коэффициенты распределения нулевой последовательности при изолированной нейтрали равны  

Полученные значения коэффициентов распределения нулевой последовательности будут в дальнейшем использованы для нахождения остаточных напряжений в других точках системы (раздел 2.3).

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:

Дополнительное сопротивление

Значение коэффициента

Ток прямой последовательности в месте КЗ

                                                                                                              

Токи отдельных последовательностей определяются согласно табл. 4:

                                                                                                                                                          

                                                                                                                                                                                      

В именованных единицах:

                                                                                                                    

                                                                                                                                                    

Таблица 4 –Основные соотношения метода симметричных составляющих

Определяемые величины	Вид короткого замыкания
	0
	0	0
	0
	0	Значение до КЗ

Модуль полного тока фаз в месте КЗ:

                                                                                                      

Напряжения отдельных последовательностей в месте КЗ:

                                                                                                                    

                                                                                                      

                                                                                                                                                                                    

В именованных единицах:

                                                                                              

Полные фазные величины в именованных единицах:

                                                                          

                          

Полученные в результате расчета фазные значения симметричных составляющих токов напряжений в месте КЗ в именованных единицах используются для построения в масштабе векторных диаграмм (рис. 15).

                   

Рисунок 15 – Векторные диаграммы токов и напряжений в месте КЗ при двухфазном коротком замыкании

Для двухфазного КЗ.

Определяется взаимное сопротивление генератора относительно точки КЗ для прямой последовательности

                                                                                                                  

Начальный ток прямой последовательности генератора

                                                                                                                                              

При электрической удаленности точки КЗ от источника  отношение для момента времени определяется по типовым кривым в данном случае для

:

Для момента времени

Периодическая составляющая прямой последовательности тока однофазного КЗ генератора для момента времени

                                                                                                                      

Для системы ток прямой последовательности во времени не изменяется

                                                                                                                    

Суммарный ток однофазного короткого замыкания для

                                                                             

В именованных единицах:

                                                                                                            

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Эрнст, А. Д. Расчет токов короткого замыкания в электрических системах [Электронный ресурс]: учеб.электрон. изд. локального распространения: учеб. пособие / А. Д. Эрнст; ОмГТУ. - Электрон.текстовые дан. (1,92 Мб). - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2014. - 1 эл. опт.диск (CD-ROM)

2. Эрнст, А. Д. Расчет токов короткого замыкания в системах электроснабжения [Электронный ресурс]: учеб.электрон. изд. локального распространения: учеб. пособие / А. Д. Эрнст, М. В. Шкаруба; ОмГТУ. - Электрон.текстовые дан. (*64 Кб). - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2014. - 1 эл. опт. диск (CD-ROM).

3. Переходные процессы. Нелинейные образования. Четырехполюсники [Электронный ресурс]: учеб.электрон. изд. локального распространения: метод. Указания / ОмГТУ; сост.: И.В. Никонов, С.В. Овчинников. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2013. – 1 эл. опт.диск (CD-ROM)/

4. Батулько, Дмитрий Васильевич. Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем [Мультимедиа: Электронный ресурс]: мультимедийный практикум / Д. В. Батулько; ОмГТУ, Каф. "Электроснабжение промышленных предприятий". - Электрон, дан. - Омск: ОмГТУ, 2016. - 2 on-line: ЦВ

5. Теоретические основы электротехники: учебник для вузов: в 3 т. Т.1. / К.С. Демирчян [и др.] – 4-е изд. – СПб.: Питер, 2004 – 463 с.

6. Переходные процессы в электроэнергетических системах.: учебник для вузов/И.П. Крючков, В.А. Старшинов, Ю.П. Гусев, М.В. Пиаторов; под ред. И.П. Крючкова. М.:Издательский дом МИ 2008-416с.:ил.

 

ЗАДАНИЕ

 

 

Студенту (ке)                   Фамилии Имени Отчеству                    Группа Э-19Х

Фамилия, имя, отчество полностью

Направление (специальность) 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»

код, наименование

Тема «Расчет токов симметричного и несимметричного короткого замыкания в системе промышленного электроснабжения (Х.Х.КХ.(Х))»

 

Исходные данные к проекту Характеристика элементов электропередачи, Исходные данные трансформаторов и энергосистемы, данные о длительности короткого замыкания.

 

Перечень подлежащих разработке вопросов:

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.

 

Методическая литература и иные информационные источники

1. Эрнст, А. Д. Расчет токов короткого замыкания в электрических системах [Электронный ре-сурс]: учеб.электрон. изд. локального распространения: учеб. пособие / А. Д. Эрнст; ОмГТУ. - Электрон.текстовые дан. (1,92 Мб). - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2014. - 1 эл. опт.диск (CD-ROM)

2. Эрнст, А. Д. Расчет токов короткого замыкания в системах электроснабжения [Электронный ресурс]: учеб.электрон. изд. локального распространения: учеб. пособие / А. Д. Эрнст, М. В. Шкаруба; ОмГТУ. - Электрон.текстовые дан. (*64 Кб). - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2014. - 1 эл. опт. диск (CD-ROM).

3. Переходные процессы. Нелинейные образования. Четырехполюсники [Электронный ре-сурс]: учеб.электрон. изд. локального распространения: метод. Указания / ОмГТУ; сост.: И.В. Никонов, С.В. Овчинников. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2013. – 1 эл. опт.диск (CD-ROM)/

4. Батулько, Дмитрий Васильевич. Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем [Мультимедиа: Электронный ресурс]: мультимедийный практикум / Д. В. Батулько; ОмГТУ, Каф. "Электроснабжение промышленных предприятий". - Электрон, дан. - Омск: ОмГТУ, 2016. - 2 on-line: ЦВ

 

Дата выдачи задания «______» __________________ 2021 г.

 

Руководитель _____________ ст.преподаватель Шепелева Елена Юрьевна _________

Подпись                                             ученая степень, звание, Ф.И.О.                                       дата

 

 

Задание принял к исполнению студент (ка) _______________ «_____» __________ 2021 г.

Подпись                                                            дата

Расчет симметричного трехфазного КЗ

Все расчеты будут приводиться согласно исходным данным приведенным в таблицах 1-3: схема системы – рисунок 1.

Таблица 1 – Исходные данные генератора и линии

	Генератор					Линия
	Тип	SН (МВ А)				l (км)	Uн,(кВ)
0	ТГ	590	15,75	0,19	0,25	50	220

Таблица 2 – Исходные данные трансформаторов и энергосистемы

Вари–ант	Трансформаторы						Нагрузка		Система
	T1			T2			РН МВт		S”  (МВ А)
	SН.Т1 (МВ А)	Uк%	Схема	SН.Т2 (Т3) (МВ А)	Uк%	Схема
0	630	12		2х250	10,5		400	0,9	2000
Таблица 3 – Длительность короткого замыкания Вариант 0 Длительность КЗ 0,2 с

Рисунок 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

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

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

                                                                                                                                  

Относительный ток заданной нагрузки генератора при базисных условиях

                                                                                                                

Составляем исходную схему замещения (схема замещения прямой последовательности) по схеме электрических соединений системы (рис 2).

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

Сверхпереходное сопротивление генератора:

                                                                                                                                    

Сопротивления трансформаторов:

                                                                                                                       

                                                                                                             

Сопротивления линий:

                                                                                                      

                                                                                                              

Сопротивление системы:

                                                                                                                                                 

Рисунок 2 – Схема замещения прямой последовательности

 

Проводим дальнейшие преобразования схемы:

                                                                                                        

                                                                        

Сворачивается схема замещения прямой последовательности (рис. 3).

Рисунок 3– Схема замещения прямой последовательности

                                                                                                  

Рис. 4 – Схема замещения прямой последовательности

Результирующее сопротивление прямой последовательности (рис. 5):

                                                                                                          

Рисунок 5 – Результирующее сопротивление