Моделирование схемы цеховой сети для расчета токов трехфазного и двухфазного КЗ

Схема замещения одной фазы сети для расчета токов КЗ определена в предыдущей лабораторной работе (рис. 1.13). Соберем данную схему в схемотехническом редакторе, дополнив ее амперметром на выводе источника питания и активным сопротивлением нагрузки.

Определим сопротивление нагрузки для одной фазы цехового трансформатора, приняв за коэффициент загрузки силового трансформатора по активной мощности наиболее типичный случай – К_з = 0,7.

кВт, откуда R _н = 0,21 Ом

В окне редактора выделим все элементы схемы замещения для одной фазы сети, скопируем их в буфер обмена и сделаем две вставки. Соберем схему моделируемой системы электроснабжения в трехфазном исполнении, для чего выполним необходимые соединения. Сделаем систему питающих ЭДС симметричной, установив угол сдвига фаз В и С 120 и 240 градусов соответственно. Для этого нужно открыть окно редактора свойств источника переменного напряжения (AC Voltage Source) и внести соответствующие изменения (рис. 1.16).

 

Рис.1.16. Окно свойств источника переменного напряжения

 

Математическая модель схемы электроснабжения для расчета токов трехфазных и двухфазных КЗ в среде Electronics Workbench представлена на рис.1.17.

 

Рис.1.17. Схема цеховой сети в режиме номинальной нагрузки

 

Для удобства исследования дополним математическую модель коммутационными ключами (Switch), управляемыми клавишами с клавиатуры и для каждого ключа назначим свою клавишу. Для этого нужно открыть окно свойств каждого ключа и внести необходимые изменения (рис. 1.18).

 

Рис.1.18. Окно свойств ключа

 

На рис. 1.19 представлена математическая модель системы электроснабжения для исследования режимов трех-, двухфазных КЗ. На рисунке показана схема в режиме трехфазного КЗ в точке К1.

 

 

Рис.1.19. Схема цеховой сети в режиме трехфазного КЗ в точке К1

 

Замыкая соответствующие ключи можно провести исследования цеховой системы электроснабжения в режимах трехфазных и двухфазных КЗ.

Моделирование схемы цеховой сети для анализа режима однофазного КЗ

Принципиальное отличие режима однофазного КЗ от двух-, трехфазных заключается в том, что режим работы сети в этом случае является несимметричным. И если в режимах трех-, двухфазных КЗ нулевой провод остается ненагруженным, то в режиме однофазного КЗ по нулевому проводу протекает ток короткого замыкания. Это легко увидеть на математической модели, подключив между общей точкой фазных ЭДС и землей амперметр.

Для исследования схемы электроснабжения в режимах однофазного КЗ нужно добавить в математическую модель сопротивления нулевых проводников и учесть изменение сопротивления трансформатора.

Сопротивление силового трансформатора при загрузке одной фазы (однофазное КЗ) по табл. 1.2 = 81 мОм

Приведем к одной фазе = /3 = 27 мОм

Будем считать сопротивление силового трансформатора чисто индуктивным.

Сопротивления нулевых жил кабельных линий КЛ1 и КЛ2 определены в лабораторной работе № 3:

R _0-КЛ1 = 0,653 мОм

R _0-КЛ2 = 12,5 мОм

Дополним математическую модель двумя сопротивлениями: активным R ₀ = R _0-КЛ1+ R _0-КЛ2= 13,15 мОм и реактивным Х ₀ = 27 мОм.

Подключим эти сопротивления между общей точкой ЭДС и землей и добавим еще три ключа. Математическая модель готова к исследованию режимов однофазных КЗ.

На рис. 1.20 представлена математическая модель системы электроснабжения для исследования всех возможных режимов КЗ. На рисунке представлена модель схемы цеховой сети в режиме однофазного КЗ на землю фазы С в точке К1.

 

Рис.1.20. Схема цеховой сети в режиме однофазного КЗ фазы С в точке К1

 

ЗАДАНИЕ

Для схемы электрической сети до 1000 В (рис. 1.15) требуется составить математическую модель цеховой системы электроснабжения для исследования режимов КЗ в программе схемотехнического моделирования Electronics Workbench; определить токи КЗ и составить «сводную ведомость токов КЗ».

Провести исследования переходных процессов изменения токов во время КЗ, определить по осциллографу значения ударного тока КЗ в каждой точке и длительность переходного процесса КЗ. Сравнить и проанализировать результаты моделирования схемы электроснабжения с результатами, полученными в лабораторной работе №3.

 

ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЕТУ

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

1. Цель и порядок выполнения работы

2. Значения токов КЗ, определенные методом математического моделирования

3. Сводную ведомость токов КЗ

4. Выводы

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какие математические модели нужно использовать для анализа установившихся и переходных процессов в системах электроснабжения

2. Какие математические методы используются в программах схемотехнического моделирования для определения выходных электрических параметров

3. От каких факторов зависит величина апериодической составляющей тока КЗ и длительность переходного процесса

4. От каких факторов зависит точность результатов моделирования

5. Какое действие оказывают токи КЗ на электрооборудование

6. Способы ограничения токов КЗ в системах электроснабжения