Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Одеський національний політехнічний університет

Інститут електромеханіки та енергоменеджмента

Кафедра електропостачання та енергоменеджмента

Курсова робота

з дисципліни:

“Електромагнітні та електромеханічні перехідні процеси”

на тему:

“РОЗРАХУНОК СТРУМІВ КОРОТКОГО ЗАМИКАННЯ”

Виконав: студент гр. ЕС-101 Барщ В.Б.

Керівник: Невольніченко В.М.

Одеса 2013

Реферат

Курсова робота з дисципліни «Електромагнітні та електромеханічні перехідні процеси» має: 49 сторінок, 55 рисунків, 8 таблиць.

Об'єкт дослідження: система електропостачання.

Мета: розрахунок струмів короткого замикання та їх складових.

Метод дослідження: аналітичні розрахунки та розрахунки на ПК.

Метод виконання: розрахунок курсової роботи включає в себе визначення струмів короткого замикання для мережі. На початку курсової роботи виконується розрахунок початкових надперехідних струмів при трифазних коротких замиканнях у точках К-1, К-2, К-3 ( для нормального режиму розрахунок ведеться аналітично, а для максимального і мінімального режимів - за допомогою ПК). Розрахунок виконується в іменованих та відносних одиницях, після чого результати звіряються. Далі розраховуються ударні струми при трифазних коротких замиканнях в точках К-1, К-2 для умов максимального режиму. Після цього розраховуються струми короткого замикання при однофазному короткому замиканні в точці К-1 та двофазному короткому замиканні в точці К-2. Для кожного виду несиметричного режиму будуються векторні діаграми струмів та напруги. Наприкинці курсової роботи визначається періодична складова струму короткого замикання в момент розмикання контактів вимикача (t=0,1 с).

Ключові слова: коротке замикання, надперехідний струм, ударний струм, схема заміщення, періодична складова струму КЗ, аперіодична складова струму КЗ, пряма послідовність чергування фаз, зворотна послідовність чергування фаз, нулбова послідовність чергування фаз, іменовані одиниці, відносні одиниці.

Зміст

Вступ

1. Вихідні дані

2. Розрахунок струмів при трифазному КЗ

3. Розрахунок струмів КЗ на ЕОМ у програмі TonarW

4. Розрахунок ударного струму в точках К-1 и К-2

5. Розрахунок однофазного струму КЗ у точці К-1

6. Розрахунок двофазного струму КЗ у точці К-2

7. Розрахунок періодичної й аперіодичної складової струму КЗ у точці К-2 у момент розмикання контактів вимикача

Висновок

Література

Вступ

короткий замикання струм вимикач

При проектуванні та експлуатації систем електропостачання розрахунки електромагнітних перехідних процесів і, зокрема, процесів при раптовому короткому замиканні, займають помітне місце. Під розрахунком електромагнітного перехідного процесу звичайно розуміють обчислення зміни у часі струмів і напруг у розглянутій схемі при заданих умовах.

До числа найважливіших задач, для практичного розв'язання яких проводяться такі розрахунки, належать вибір і перевірка електричних апаратів і провідників за умовами коротких замикань, а також вибір параметрів і перевірка дії релейного захисту і системної автоматики при їхній експлуатації й проектуванні.

Основною розрахунковою величиною як для вибору електричних апаратів і провідників, так і для вибору параметрів пристроїв релейного захисту і системної автоматики є діюче початкове значення періодичної складової струму короткого замикання (КЗ) Ї початковий надперехідний струм КЗ, розрахункам якого як при трифазних, так і при несиметричних коротких замиканнях присвячена основна частина курсової роботи. ЇЇ мета Ї придбання студентами практичних навичок розрахунків струмів КЗ як без використання так і з використанням персональних комп'ютерів (ПК). Крім початкового надперехідного струму розраховуються ударні струми КЗ, а також значення періодичної та аперіодичної складових струму КЗ у заданий момент часу різними практичними (інженерними) методами.

1. Вихідні дані

Рис. 1 Схема системи електропостачання

Таблиця №1

Дані про повітряні лінії, трансформатори ГПП та їх навантаження

Варіант	Uнн, кВ	Марка проводу ЛЕП W1	Довжина ділянки L1, км	Довжина ділянки L2, км	Марка проводу ЛЕП W2	Довжина ділянки L3, км	Sн тр-ра ГПП, МВА	Навантаження ГПП
								Sн, МВА	cos
1	6	АС- 240/56	52	24	АС-70/11	18	6,3	8,6	0,81

Таблиця № 2

Дані про систему та двигуни

Варіант ант	кА	Двигуни, що живляться від ГПП
		Вид	n	Рном, кВт	Uном, кВ	cos	в.о.
1	25	СД	3	800	6	0,9	0,946	0,169

Таблиця № 3

Дані про турбогенератори ТЕЦ

Варіант	Турбогенераторы ТЕЦ
	Рном, МВт	Uном, кВ	cos				Та, с
1	60	10,5	0,8	0,195	0,238	0,275	0,247

Таблиця № 4

Дані про трансформатори ТЕЦ

Варіант	Трансформатори ТЕЦ
	Sном, МВA	Uвн, кВ	Uнн, кВ	Uк, %
1	80	121	10,5	10,5	310

Таблиця № 5

Дані про трансформатори ГПП

Тип
ТМН-6300/110	6,3	115	6,6	10	44	10,5	1

Таблиця №6

Дані про автотрансформатори

125	330	115	10,5	10	35	24	345

Завдання на курсову роботу

Для схеми, представленої на рис. 1, розрахувати аналітичним способом початкові надперехідні струми при трифазному короткому замиканні в точках К- 1, К-2, та К-3. Розрахунки виконати, виражаючи параметри елементів системи в іменованих і відносних одиницях при точному зведені їх до основного ступеня напруги. Вважати, що генератори ТЕЦ працюють у номінальному режимі, трансформатори й автотрансформатори працюють на основних відгалуженнях регульованих обмоток і схема електропостачання відповідає нормальному робочому режиму. Розрахунки струмів КЗ в точках К-1, К-2 виконати з урахуванням підживлення від синхронних двигунів (СД) 6-10 кВ і узагальненого навантаження (Н) на шинах нижчої напруги ГПП. Трансформатори ГПП працюють роздільно. ГПП приєднана до двох паралельних ліній W1 на відгалуженні W2. Лінії W1 - із двостороннім живленням від районної вузлової підстанції з автотрансформаторами АТ1 і АТ2, зв'язаними із системою (С), і від ТЕЦ із блоками генератор - трансформатор. Система характеризується початковим надперехідним струмом КЗ -, розрахованим без урахування підживлення від частини системи, наведеної на рис. 1 (генераторів ТЕЦ).

Вважати, що навантаження секцій РУ НН ГПП однакове, дані про систему, генератори, трансформатори ТЕЦ і двигуни однієї секції РУ НН ГПП наведені у таблицях. Склад споживачів узагальненого навантаження кожної секції РУ НН ГПП: асинхронні двигуни низьковольтні - 95%, освітлення, виконане лампами розжарювання, - 5%, номінальна потужність цехових трансформаторів - 1000 кВА, коефіцієнт завантаження - 0,7.

Двигуни приєднані до шин ГПП кабелями, їх опір слід прийняти таким, що дорівнює нулю.

До виникнення КЗ генератори ТЕЦ і двигуни працюють у номінальному режимі.

Розрахувати початкові надперехідні струми при трифазних коротких замиканнях у точках К-1, К-2, К-3, на ПК. При розрахункових умовах завдання, в максимальному й мінімальному режимах. Розрахувати ударні струми при трифазних КЗ у точках К-1, К-2 відповідно.

Розрахувати значення періодичної складової струму трифазного короткого замикання у точках К-2 та К-3 в момент часу t = 0,1c з початку короткого замикання методом типових кривих, а у точці К-3 також методом спрямлених характеристик. Розрахувати значення аперіодичної складової струму трифазного короткого замикання у точці К-2 в момент часу t = 0,1c.

Розрахувати аналітично, використовуючи точне зведення у відносних одиницях, початкові надперехідні струми та напруги при:

- однофазному КЗ у точці К-1; побудувати векторні діаграми струмів і напруг у місці короткого замикання;

- двофазному КЗ у точці К-2; побудувати векторні діаграми струмів і напруг у місці КЗ, а також струмів в обмотках ВН трансформатора ГПП.

2. Розрахунок діючих значень періодичних складових струмів трифазних КЗ у початковий момент часу

2.1 Розрахунок діючих значень періодичної складової струму в початковий момент трифазного КЗ в іменованих одиницях при точному зведенні

У розрахунковій схемі ми нехтуємо приєднанням трансформатора Т5, тому що він має дуже малий вплив на значення струмів КЗ у точках К-1 та К-2 двигунів і навантаження, підключених до шин НН Т5. Обираємо в якості основного другу ступінь. Виконуємо еквівалентування:

Рис. 2 Розрахункова схема системи електропостачання для визначення струмів КЗ в точках К-1 та К-2

Розрахуємо еквівалентні потужності.

Сумарна еквівалентна потужність автотрансформаторів:

Сумарна еквівалентна потужність трансформаторів ТЕЦ:

Сумарна еквівалентна потужність турбогенераторів:

Сумарна еквівалентна потужність СД:

Потужність навантаження однієї секції:

Коефіцієнти трансформації трансформаторів та автотрансформаторів, розраховуємо як відношення номінальної напруги обмотки, яка обернена до основного ступеня, до номінальної напруги іншої обмотки.

Отже, маємо такі коефіцієнти трансформації:

Складемо таку схему заміщення:

Рис. 3 Схема заміщення системи електропостачання

Розрахуємо параметри елементів схеми заміщення. Всі параметри елементів, що не знаходяться на основному ступені, зведемо до основного ступеня, в нашому випадку це ступень - 2.

Система:

Автотрансформатор:

Повітряна лінія ЛЕП W1:

Повітряна лінія ЛЕП-1 W1:

Повітряна лінія ЛЕП-2 W2:

Трансформатор ГПП:

Трансформатор ТЕЦ:

Турбогенератор:

СД:

Узагальнене навантаження:

Виконаємо еквівалентні перетворення в схемі заміщення:

Рис. 4 Перетворена схема заміщення (крок 1)

Рис. 5 Перетворена схема заміщення (крок 2)

Рис. 6 Перетворена схема заміщення (крок 3)

Рис. 7 Перетворена схема заміщення (крок 4)

Розрахуємо значення періодичних складових струмів трифазних КЗ в початковий момент часу в точках К-1 й К-2.

Так як , то активним опором для подальших розрахунків не можна знехтувати.

Рис. 8 Схема для розрахунку короткого замикання в точці К-1

Рис. 9 Схема для розрахунку короткого замикання в точці К-2

Розрахуємо значення періодичних складових струмів трифазного КЗ в початковий момент часу в точці К-3. При розрахунках знехтуємо відгалуженням ГПП, оскільки струм підпитки від СД та узагальненого навантаження буде незначним.

Рис. 10 Схема для розрахунку струму короткого замикання в точці К-3

Рис. 11 Схема заміщення системи електропостачання для розрахунку струму КЗ в точці К-3

Розрахуємо параметри елементів схеми заміщення. Оскільки , то активними опорами при подальших розрахунках можна знехтувати.

Виконаємо еквівалентні перетворення:

Рис. 12 Перетворена схема заміщення (крок 1)

Рис. 13 Перетворена схема заміщення (крок 2)

2.2 Розрахунок діючих значень періодичної складової струму в початковий момент трифазного короткого замикання у відносних одиницях при точному зведенні

Обираємо другий ступінь в якості основного. Задамося базисними величинами - це потужність та напруга, отже, можна знайти базисний струм на основному ступені:

Складемо схему заміщення:

Рис. 14 Схема заміщення системи електропостачання

Розрахуємо параметри елементів схеми заміщення приведені до базисних умов. Всі параметри елементів, що не знаходяться на основному ступені, зведемо до основного ступеня:

Система:

Автотрансформатор:

Лінія електропередач:

Трансформатор ГПП:

Трансформатор ТЕЦ:

Турбогенератор:

CД:

Узагальнене навантаження:

Виконаємо еквівалентні перетворення в схемі заміщення:

Рис. 15 Перетворена схема заміщення (крок 1)

Рис. 16 Перетворена схема заміщення (крок 2)

Рис. 17 Перетворена схема заміщення (крок 3)

Розрахуємо значення періодичних складових струмів трифазних КЗ в початковий момент часу в точках К-1 й К-2.

Рис. 18 Схема для розрахунку короткого замикання в точці К-1

Так як , то активним опором для подальших розрахунків не можна знехтувати.

Рис. 19 Схема для розрахунку короткого замикання в точці К-2

Розрахуємо значення періодичних складових струмів трифазного КЗ у відносних одиницях в початковий момент часу в точці К-3. При розрахунках знехтуємо відгалуженням ГПП, оскільки струм підпитки від СД та навантаження буде незначним. Розрахуємо параметри елементів схеми заміщення.

Рис. 20 Схема заміщення системи електропостачання для розрахунку струму КЗ в точці К-3

Розрахуємо параметри елементів схеми заміщення. Оскільки , то активними опорами при подальших розрахунках можна знехтувати.

Виконаємо еквівалентні перетворення:

Рис. 21 Перетворена схема заміщення (крок 1)

Рис. 22 Перетворена схема заміщення (крок 2)

3. Розрахунок струмів короткого замикання на персональному комп'ютері за допомогою програми Tonar 7

Розрахунок струмів у максимальному та мінімальному режимах необхідний для вибору апаратів, а також для перевірки чутливості релейного захисту.

В нормальному режимі роботи, трансформатори ГПП працюють роздільно. Секційний вимикач вимкнутий.

Зробимо схеми електричної мережі для розрахунку струмів КЗ на ПК:

Рис. 23 Розрахункова схема системи електропостачання

Максимальний режим системи електропостачання реалізується наступним чином: секційний вимикач увімкнутий, трансформатор ГПП Т5 вимкнутий, а Т6 працює на крайньому відгалуженні РПН (напр. = 96,6 кВ). Цим досягается найменша кількість послідовних і найбільша - паралельних елементів між джерелом та точкою КЗ, тому величина струму максимальна.

Для мінімального режиму навпаки, потрібно щоб між джерелом та точкою КЗ була найменша кількість паралельних і найбільша - послідовних елементів. Тому вимикається секційний вимикач, а також ввідний на секцію шин трансформатора ГПП Т5. При мінімальному режимі навантаження становить 20 % від навантаження нормального режиму, високовольтні двигуни вимкнені, а струм від системи зменшуємо в 1,4 рази.

Рис. 24 Схема системи електропостачання для розрахунку струмів КЗ у максимальному режимі

Рис.25 Схема системи електропостачання для розрахунку струмів КЗ у мінімальному режимі

Номінальна напруга обмотки, що регулює, для крайніх відгалужень знаходиться за виразами:

- для максимального режиму:

- для мінімального режиму:

Оскільки напруга у мережі не може перевищувати найбільшу робочу напругу, яка складає для мережі 110 кВ - 126 кВ, то .

Напругу КЗ в максимальному та мінімальному режимах для трансформатора потужністю 25 МВА беремо з таблиці: , . Виконаємо розрахунок та результати занесемо до таблиці.

Таблиця № 7

Струми КЗ в точках К-1, К-2, К-3, отримані в результаті розрахунку

Режим
Максимальний	3,376	12,832	52,491
Нормальний	3,349	8,237	52,829
Мінімальний	3,339	6,943	52,826

Таблиця № 8

Складові струмів КЗ в максимальному режимі

Точка КЗ
К-1	3,231	0,389
К-2	7,36	1,74	1,005

4. Розрахунок ударних струмів в точках К-1 і К-2

Розрахунки ударних струмів КЗ необхідні для перевірки апаратів на електродинамічну стійкість, а також для розрахунку струмообмежуючого реактора. Зі збільшенням електродинамічної стійкості різко зростає вартість апаратів. Тому часто для здешевлення конструкції РУ використовують струмообмежуючі реактори та апарати, розраховані на менші електродинамічні зусилля.

Ударний струм в точці К-1

Для визначення ударного струму на стороні 110 кВ ГПП слід врахувати, що точка КЗ К-1 ділить розрахункову схему на дві незалежні частини. Ударний струм приймається рівним сумі ударних струмів від відповідних частин схеми:

Для визначення ударних струмів розраховуються ударні коефіцієнти складових струмів від системи та генераторів, двигунів і узагальненого навантаження. Ударні коефіцієнти складових струмів від системи та генераторів при КЗ у точках К-1 та К-2, від двигунів та узагальненого навантаження при КЗ у точці К-1 та узагальненого навантаження при КЗ у точці К-2 розраховуються так:

де - еквівалентна стала часу згасання аперіодичної складової струму КЗ, с;

- фазовий кут струму КЗ, рад.

У наведених формулах:

- результуючий еквівалентний індуктивний опір відповідної вітки схеми заміщення відносно точки КЗ, знайдений при відсутності всіх активних опорів. (генератори ТЕЦ та СД вводяться еквівалентними індуктивними опорами зворотної послідовності)

- результуючий еквівалентний активний опір відповідної вітки схеми заміщення відносно точки КЗ, знайдений при відсутності всіх індуктивних опорів.

Складемо схему заміщення для розрахунку:

Рис. 26 Схема заміщення

Виконаємо еквівалентні перетворення схеми:

Рис. 27 Перетворена схема заміщення (крок 1)

Рис. 28 Перетворена схема заміщення (Крок 2)

Рис. 29 Перетворена схема заміщення (Крок 3)

Ударний струм в точці К-2

Рис. 30 Перетворена схема заміщення

Розрахуємо ударний струм в точці К-2.

5. Розрахунок струму однофазного КЗ в точці К-1

1. Схема прямої послідовності

Рис. 31 Схема заміщення прямої послідовності

Це та ж схема заміщення, що й при розрахунку стуму трифазного КЗ. Для спрощення, розрахунки періодичної складової струму при несиметричних КЗ виконуємо без урахування активних опорів елементів схем різних послідовностей, оскільки при КЗ в основних колах електроенергетичних систем результуючий еквівалентний опір схем заміщення відносно точки КЗ значно перевищує результуючий активний опір.

Еквівалентні перетворення виконуємо аналогічно до перетворень, виконаних при розрахунку струмів трифазного КЗ.

Рис. 32 Еквівалентна схема прямої послідовності

2. Схема зворотної послідовності

Схема зворотної послідовності відрізняється від схеми прямої послідовності тільки тим, що в ній ЕРС дорівнюють нулю, а опори генераторів ТЕЦ, синхронних двигунів та узагальненого навантаження задаються опорами зворотної послідовності.

Рис. 33 Схема заміщення зворотної послідовності

Виконаємо еквівалентні перетворення:

Рис. 34 Перетворена схема заміщення зворотної послідовності (Крок 1)

Рис. 35 Перетворена схема заміщення (Крок 2)

Рис. 36 Перетворена схема заміщення (Крок 3)

3. Схема нульової послідовності

Схема відрізняється тим, що автотрансформатор представляється в схемі трилучневою зіркою опорів, а опори ліній збільшуються в 3 рази. Оскільки обмотки НН трансформаторів з'єднані в трикутник, то струми нульової послідовності не протікають за ними. Тому в схемі відсутній опір генератора. Опори трансформаторів ТЕЦ, трансформатора ГПП такі ж, як і в схемі прямої послідовності.

Рис. 37 Схема заміщення нульової послідовності

Виконаємо еквівалентні перетворення.

Рис. 38 Перетворена схема заміщення (Крок 1)

Рис. 39 Схема заміщення

Рис. 40 Перетворена схема заміщення (Крок 3)

Складаємо комплексну схему заміщення для однофазного КЗ.

Рис. 41 Комплексна схема заміщення однофазного КЗ

Повний струм КЗ у всіх фазах дорівнює сумі їх складових

Так як , то знайдемо сумарний струм однофазного КЗ у фазі А:

Знаходимо симетричні складові напруги фази А:

Векторні діаграми струмів та напруг в місці однофазного КЗ побудовані в Додатку А

Побудуємо векторні діаграми струмів та напруг в місці КЗ. З векторних діаграм маємо:

6. Розрахунок струмів двофазного КЗ в точці К-2

1. Схема прямої послідовності

Рис. 44 Схема заміщення прямої послідовності

Виконуємо еквівалентні перетворення. Для цього скористаємось перетворення, які були виконані раніше.

Рис. 45 Перетворена схема заміщення прямої послідовності

2. Схема зворотної послідовності

Виконуємо еквівалентні перетворення. Для цього скористаємось перетвореннями, виконаними раніше.

Рис. 47 Перетворена схема заміщення зворотної послідовності

Рис. 48 Еквівалентна схема зворотної послідовності

Складемо комплексну схему заміщення для двофазного КЗ

Рис. 49 Комплексна схема заміщення двофазного КЗ

Знайдемо струм прямої послідовності ті повний струм фази А:

Векторі діаграми струмів та напруг в місці двофазного КЗ, а також векторна діаграма струмів в обмотці ВН трансформатора ГПП при двофазному КЗ, побудовані в Додатку Б.

Напруга прямої та зворотної послідовності:

Для побудови векторних діаграм струмів зі сторони ВН трансформатора ГПП Т-6, знайдемо складові струмів прямої та зворотної послідовності.

Побудуємо векторні діаграми струмів і напруг в місці КЗ, а також векторну діаграму струмів зі сторони ВН трансформатора ГПП(Т-6).

З векторних діаграм маємо:

7. Розрахунок значень періодичної і аперіодичної складової струму КЗ в точці К-2 в момент розмикання контактів вимикача

Складемо розрахункову схему

Рис. 50 Розрахункова схема

1. Розрахунок періодичної складової струму КЗ

Значення знайдемо за допомогою метода типових кривих.

Визначаємо електричну віддаленість точки КЗ від виводів еквівалентного двигуна. Для цього попередньо розраховуємо сумарний номінальний струм групи двигунів. Виходячи з типу двигуна обираємо відповідні типові криві та за обраною кривою для заданого моменту часу визначаємо коефіцієнт. Після цього визначаємо значення періодичної складової струму КЗ.

Так як узагальнене навантаження на 95% складається з низьковольтних СД, то:

Розрахуємо періодичну складову струму КЗ:

2. Розрахунок аперіодичної складової струму КЗ:

Висновок

В ході виконання курсової роботи були розраховані початкові над перехідні струми при трифазних коротких замиканнях у точках К-1, К-2, К-3. Розрахунок вівся аналітично в іменованих та відносних одиницях, після чого результати порівняли з результатами розрахунку струмів трифазного короткого замикання, виконаного на ПК за допомогою програмного комплексу Tonar. Отримана розбіжність між результатами аналітичного розрахунку та розрахунку на ПК є незначною, похибка становить не більш ніж 5%. Також за допомогою ПК був виконаний розрахунок струмів трифазних коротких замикань в мінімальному та максимальному режимах. За даними, отриманими в ході розрахунку для максимального режиму, були розраховані ударні струми при трифазних коротких замиканнях в точках К-1, К-2. Після цього розраховані струми короткого замикання при однофазному короткому замиканні в точці К-1 та двофазному короткому замиканні в точці К-2. Отримані значення струмів порівняли зі струмами трифазного короткого замикання. Для кожного виду несиметричного режиму побудували векторні діаграми струмів та напруг,які приведені в додатку А і Б відповідно. Останнім пунктом курсової роботи розрахували періодичну та аперіодичну складову струму короткого замикання в момент розмикання контактів вимикача (t=0,1 с).

Переконалися, що струм двохфазного КЗ в 0,866 разів менше, ніж струм трьохфазного КЗ.

Література

1. Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах. М.: Энергия, 1970. 518 с.

2. Ульянов С.А. Сборник задач по электромагнитным переходным процессам

3. Невольниченко В.Н. Составление схем замещения для расчета токов короткого замыкания. Тексты лекций, Одесса: ОПИ, 1984. 4.1. 53 с.

4. Невольниченко В.Н. Электромагнитные переходные процессы в системе электроснабжения при нарушении симметрии трехфазной цепи. Тексты лекций, Одесса: ОПИ, 1986. 4.3. 71 с.

Размещено на Allbest.ru

...