Расчет трехфазного короткого замыкания методом эквивалентных ЭДС

Аннотация

 

В пояснительной записке к курсовой работе по дисциплине "Переходные процессы в системах электроснабжения" представлен расчет тока трехфазного короткого замыкания методом эквивалентных ЭДС и методом расчетных кривых, а также расчет несимметричных коротких замыканий. Расчет выполнялся вручную.

Пояснительная записка содержит 60 листов машинописного текста, в том числе 41 рисунок, 3 таблицы и список использованных источников из 4 наименований.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

Введение………………………………………………………………………..…….....4

1 Расчет трехфазного короткого  замыкания методом эквивалентных ЭДС………………………………………………………………………………..….....7

1.1 Определение начального сверхпереходного тока…………………………..……7

1.1.1 Определение параметров схемы  замещения……………………………….…...7

1.1.2 Преобразование схемы замещения ………………….……….……………......13

1.1.3 Определение характера нагрузки….……………………………………….......19

1.1.4 Преобразование схемы замещения  с учетом потребительского характера нагрузки…..…………………........................................................................................21

2 Расчет трехфазного короткого замыкания методом расчетных кривых….……..23

2.1 Определение параметров схемы  замещения……………………………….……23

2.2 Преобразование схемы замещения  ………………….……….…………….........25

2.3 Определение начальных значений  тока к.з. для каждого источника………….30

3 Расчет аналитическим путём токов и напряжений при всех видах несимметричного короткого замыкания…………………………..………………...34

3.1 Составление схемы замещения прямой последовательности ..………………..34

3.2 Составление схемы замещения нулевой последовательности…………………43

3.3 Расчет однофазного короткого замыкания………………………………………49

3.4 Расчет двухфазного короткого замыкания…………………………………..…..51

3.5 Расчет двухфазного короткого  замыкания на землю…………………………...54

      Заключение………………………………………………………………………...59

      Список использованных  источников…………………………………………….60

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Курс «Переходные процессы в системах электроснабжения» является одним из профилирующих для электроэнергетических специальностей и специализаций.

Переходные процессы возникают в электрических системах как при нормальной эксплуатации (включение и отключение нагрузок, источников питания, отдельных цепей, производство испытаний и пр.), так и в аварийных условиях (обрыв нагруженной цепи или отдельной ее фазы, короткое замыкание, выпадение машин из синхронизма и т. д.).

Из всего многообразия электромагнитных переходных процессов в электрической системе наиболее распространенными являются процессы, вызванные:

а) включением и отключением двигателей и других приемников электроэнергии;

б) коротким замыканием в системе, а также повторным включением и отключением (одновременным или каскадным) короткозамкнутой цепи;

в) возникновением местной несимметрии в системе (например, отключение одной фазы линии передачи);

г) действием форсировки возбуждения синхронных машин, а также их развозбуждением (то есть гашением их магнитного поля);

д) несинхронным включением синхронных машин.

Коротким замыканием называют всякое не предусмотренное нормальными условиями работы замыкание между фазами, а в системах с заземленными нейтралями (или четырехпроводных) – также замыкание одной или нескольких фаз на землю (или на нулевой провод).

В системах с незаземленными нейтралями или с нейтралями, заземленными через специальное компенсирующее устройство, замыкание одной из фаз на землю называют простым замыканием. При этом виде повреждения прохождение тока обусловлено главным образом емкостью фаз относительно земли.

При возникновении короткого замыкания в электрической цепи уменьшается (степень уменьшения зависит от положения точки короткого замыкания в

системе), что приводит к увеличению токов в отдельных ветвях системы по сравнению с токами нормального режима. В свою очередь это вызывает снижение напряжения в системе, которое особенно велико вблизи места короткого замыкания.   

Обычно в месте замыкания образуется некоторое переходное сопротивление, состоящее из сопротивления возникшей электрической дуги и сопротивлений прочих элементов пути тока от одной фазы к другой или от фазы на землю. Электрическая дуга возникает или с самого начала происшедшего повреждения как, например, при перекрытии или пробое изоляции, или через некоторое время, когда перегорит элемент, вызвавший замыкание. При замыканиях между фазами переходное сопротивление определяется главным образом сопротивлением электрической дуги.

В ряде случаев переходные сопротивления могут быть столь малы, что практически ими можно пренебречь. Такие замыкания называют металлическими.

Естественно, при прочих равных условиях ток при металлическом замыкании больше, чем при наличии переходного сопротивления. Поэтому, когда требуется найти возможные наибольшие величины токов, исходят из наиболее тяжелых условий, считая, что в месте замыкания отсутствуют какие – либо переходные сопротивления.

В трехфазных системах с заземленной нейтралью различают следующие основные виды коротких замыканий в одной точке:

а) трехфазное;

б) двухфазное;

в) однофазное;

г) двухфазное на землю, то есть замыкание между двумя фазами с одновременным замыканием той же точки на землю.

Трехфазное короткое замыкание является симметричным, так как при нем все фазы остаются в одинаковых условиях. Напротив, все остальные виды коротких замыканий являются несимметричными, поскольку при каждом из них фазы находятся уже в неодинаковых условиях; поэтому системы токов и напряжений при этих видах короткого замыкания в той или иной мере искажены.

Подавляющее число коротких замыканий связано с замыканием на землю, в то время как трехфазное короткое замыкание является очень редким.

Иногда в процессе развития аварии первоначальный вид короткого замыкания переходит в другой вид короткого замыкания. Так, например, в кабельных сетях (с трехжильными кабелями) несимметричные короткие замыкания часто переходят в трехфазные короткие замыкания, так как образовавшаяся при повреждении в кабеле электрическая дуга быстро разрушает изоляцию между его жилами.

Несимметричные короткие замыкания, а также несимметричные нагрузки по существу представляют различные виды поперечной несимметрии.

Нарушение симметрии какого – либо промежуточного элемента трехфазной цепи (например, отключение одной фазы линии передачи) называют продольной несимметрией.

Возможны случаи, когда одновременно возникает несколько несимметрий одинакового или различного вида. Так, например, при обрыве провода воздушной линии один его конец, расположенный близко к точке подвеса, остается изолированным, а другой, упав на землю, образует однофазное короткое замыкание. Здесь одновременно возникают продольная и поперечная несимметрии.

Все виды повреждений, сопровождающихся многократной несимметрией, называют сложными.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Расчет трехфазного  короткого замыкания методом  эквивалентных ЭДС

 

1. Определение начального сверхпереходного тока

 

Расчет сверхпереходного режима короткого замыкания необходимо начинать с выяснения характера нагрузок, для чего составляется схема замещения (рис. 1).

 

1.1.1 Определение параметров  схемы замещения 

 

1.1.1.1 Выбор базисных условий

 

Базисное напряжение :

 

 

Базисная мощность :

 

 

Базисный ток :

 

                  (1)

 

 

 

Базисное сопротивление :

 

                                           (2)

 

 

 

1.1.1.2 Определение коэффициентов трансформации трансформаторов и автотрансформаторов.

                                          (3)

 

где  - напряжение на обмотке ВН трансформатора, кВ;

- напряжение  на обмотке НН трансформатора, кВ

Коэффициент трансформации трансформатора №1 :

 

Коэффициент трансформации трансформатора №2 и №3, и :

 

Коэффициенты трансформации автотрансформаторов №4 и №5, k4 и k5:

 

Коэффициенты трансформации автотрансформаторов №8 и №9, k8 и k9:

 

                                                                                                                (4)

 

где  - напряжение на обмотке СН трансформатора, кВ

 

 

1.1.1.3 Определение сопротивлений  трансформаторов и автотрансформаторов

Определение сопротивлений трансформатора №1 x10 Ом:

                                                                                                          (5)

 

где Uкт – напряжение короткого замыкания трансформатора, %;

Sнт – номинальная мощность трансформатора, МВА;

 –  номинальное напряжение трансформатора, кВ

 

Определение сопротивлений трансформаторов №4 x20 и №5 x19:

 

                                                                                                 (6)

 

 

Определение сопротивления обмотки автотрансформаторов №8 x2 и №9 x3 на стороне Uср xср8-9 Ом:

 

                                                                         (8)

 

где Uквс, Uксн, Uквн, – напряжение короткого замыкания автотрансформатора, соответственно между сторонами В-С, С-Н и В-Н напряжений %;

 

Определение сопротивления обмотки автотрансформаторов №8 x4 и №9 x5 на стороне Uвн xв8-9 Ом:

 

                                                                           (9)

 

 

Определение сопротивления обмотки трансформаторов №2 x14 и №3 x15 на стороне Uвн xн2-3 Ом:

                                                                        (10)

 

 

Определение сопротивления обмотки трансформаторов №2 x12 и №3 x13 на стороне Uвн xв2-3 Ом:

 

                                                                         (11)

 

 

 

1.1.1.4 Определение сопротивлений линий

 

Определение сопротивления линии W1:

 

                                                                                                (12)

 

где xпл – погонное сопротивление, Ом/км;

l – длина линии, км 

Так как линия W1 является двухцепной, то x17= x18.

 

Определение сопротивления линии W2:

 

                                                                                                          (13)

 

Так как линия W2 является двухцепной, то x7= x6.

 

Определение сопротивления линии W3 по формуле (13):

 

Определение сопротивления линии W4 по формуле (14):

 

 

1.1.1.5 Определение сопротивлений генераторов и питающей системы

 

Определение сопротивлений генератора №1 x16 Ом:

 

                                                                                               (14)

 

где  – сверхпереходная реактивность, о.е.;

Uнг – номинальное напряжение генератора, кВ;

Sнг – номинальная мощность генератора, МВА;

 

Определение по формуле (14) сопротивлений генератора №2 x11 Ом:

 

Определение сопротивления питающей системы x1:

 

                                                                                               (15)

 

где xc1 – сверхпереходная реактивность системы, о.е.;

Uнс – номинальное напряжение системы, кВ;

Sнс – номинальная мощность системы, МВА;

 

 

1.1.1.6 Определение ЭДС источников

 

По таблице А.1 /1/ для турбогенератора мощностью до 100 МВт ; для системы ; для нагрузки , о.е.