Моделирование дуговых коротких замыканий в электрических сетях

Презентация подхода к построению математической модели электрической дуги, предназначенной для анализа функционирования релейной защиты в процессе моделирования аварийных режимов электрических сетей при разработке новых распределительных устройств.

Рубрика Физика и энергетика
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 30.04.2018
Размер файла 382,0 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Моделирование дуговых коротких замыканий в электрических сетях

Беличенко Р.И.

Аннотация

МОДЕЛИРОВАНИЕ ДУГОВЫХ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ

Беличенко Р.И., аспирант, ФГБОУ ВПО Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова.

В статье рассматривается подход к построению математической модели электрической дуги, предназначенной для анализа функционирования релейной защиты в процессе моделирования аварийных режимов электрических сетей.

Ключевые слова: энергетика, релейная защита, электрическая дуга.

Abstract

SIMULATION OF ARC FAULTS IN ELECTRICAL NETWORKS

Belichenko R.I., Postgraduate student, Federal State Budget Educational Institution of Higher Professional Education "Platov South-Russian State Polytechnic University (Novocherkassk Polytechnic Institute)".

This paper considers the approach to the design of the electric arc mathematical model, for the analysis of the relay protection functioning during arc short circuits in the electrical networks.

Keywords: electrical power, relay protection, electrical arc.

Содержание статьи

При разработке и испытании новых устройств релейной защиты и автоматики электроэнергетических систем возникает необходимость исследования их работы при возникновении электрической дуги в случае короткого замыкания. Наиболее актуально моделирование дуги при замыканиях в закрытых отсеках комплектных распределительных устройствах (КРУ) на напряжение 0,4 кВ, где дуга в отсеке может перейти на сборные шины, что приводит к значительному ущербу и отключению большого количества потребителей. В этой связи представляется важным разработка модели электрической дуги и анализируемой электрической сети для использования при решении задач построения быстродействующих защит с контролем ее параметров, например, дуговых защит, а также для учета ее влияния на функционирование основных и резервных защит высоковольтного оборудования.

Данная работа подразумевает выполнение нескольких этапов:

1) Выбор наиболее приемлемой математической модели для описания процессов в электрической дуге короткого замыкания.

2) Разработка функционального преобразователя, позволяющего решить уравнение математической модели динамической дуги.

3) Построение вольтамперной характеристики дуги и получение необходимых осциллограмм токов и напряжений короткого замыкания в разных точках сети.

Как известно, процессы горения электрической дуги описываются дифференциальными уравнениями в простых производных [1, 2].

(1)

где и - постоянная времени столба дуги; - ток в цепи столба дуги, характеризующий внутреннюю энергию дуги в данный момент времени.

Электрическая дуга, как элемент электрической цепи, характеризуется статической вольтамперной характеристикой (СВАХ) столба дуги , отражающей статические свойства дуги.

Напряжение на дуге:

(2)

где - постоянная составляющая, равная сумме приэлектродных падений напряжения и динамическая составляющая *i/ .

Мощность, подводимая к дуге, зависит от динамической составляющей напряжения и определяется из выражения:

(3)

- статическое сопротивление столба дуги.

При степенной аппроксимации нелинейной статической вольтамперной характеристики , математическая форма аппроксимированной ВАХ может быть представлена следующим образом [3, 4]:

(4)

где , - ток и напряжение в фиксированной точке на ВАХ дуги (в выбранной рабочей точке); n-показатель степени (n=? - для ВАХ независимой от напряжения; n = - 1/3 - для свободно горящих дуг; n = - 1 - для дуг постоянной мощности).

К настоящему времени предложено большое количество моделей динамической дуги, такие как: модели Касси и Майра, Заруди, Шельгазе, Siemens, Kema, Schavemaker, Schwarz, Mathematical Model of the Dynamic Arc (MMDA) и многие другие.

Для моделирования междуфазных дуговых замыканий наиболее подходящей является MMDA, разработанная в ИЭС им. Е.О. Патона [5, 6, 7], связанная с энергетическими параметрами электрической дуги. Она справедлива для любых видов статических вольтамперных характеристик (СВАХ) дуги, и с ее помощью легко определяются такие важные энергетические параметры столба дуги как отводимая мощность и внутренняя энергия столба дуги, что принципиально невозможно в альтернативных моделях.

Для практической реализации модели дуги используется программный комплекс компьютерного моделирования MatLab/ Simulink. Его основное достоинство состоит в возможности построения моделей сложных электротехнических систем на основе методов имитационного и функционального моделирования c функцией многократно меняющегося шага. электрическая дуга релейная защита

Для моделирования элементов с нелинейной вольтамперной характеристикой используется модель на базе управляемого источника напряжения, в котором напряжение на столбе дуги обеспечивается с помощью повторителя напряжения. Таким образом, имитируется напряжение на столбе дуги и на приэлектродных областях.

ВАХ задана выражением:

(6)

Модель дуги представлена в виде блок-диаграммы на рис. 1.

Рис. 1 - Блок-диаграмма динамической модели электрической дуги переменного тока

На схеме представлены основные элементы:

1. Источник сигнала постоянной величины - Constant, складывается с сигналом, получаемым на выходе блока скалярного произведения двух векторов для получения выражения (2) и имитирует напряжение на столбе дуги и на приэлектродных областях;

2. Switch - переключатель с сигнала датчика тока на постоянный сигнал. Таким образом обеспечивается решение проблемы физической реализуемости моделируемого элемента (во избежание деления на нуль) - выполнения аксиом непрерывности и ограниченности изменения координат;

3. блок Memory - путем задержки на один шаг дискретизации обеспечивает устранение негативного влияния алгебраического контура;

4. блок Fcn - реализует Simulink-модель дуги, уравнение (6).

5. блок Hit Crossing определяет момент времени, когда входной сигнал пересекает заданное пороговое значение.

6. блок Dot Product выполняет вычисление скалярного произведения (свертку) двух векторов

7. блок Math Function реализуют математическое действие возведения в квадрат.

8. блок Sqrt реализуют математическое действие извлечения квадратного корня.

9. блок Controlled Voltage Source - управляемый источник напряжения, вырабатывает напряжение в соответствии с сигналом управления.

10. блок Current Measurement - измеряет ток в цепи.

11. блоки Scope 1-8 предназначены для снятия показаний в различных точках схемы.

Для анализа процессов в электрической сети при дуговых коротких замыканиях целесообразно разработать комплексную модель реальной сети. В данной статье рассматривается однофазное дуговое короткое замыкание.

Рис. 2 - Модель сети с дуговым коротким замыканием: а) принципиальная схема; б) схема замещения

Параметры сети:

· Генератор: U = 400 В; I = 150 А; S = 100 кВА; R = 3 Ом; L = 7e-3 Гн;

· Кабельная ЛЭП АСБ-240: l = 1 км; R = 0,131 Ом/км;

· Нагрузка: R = 0,1 Ом; L = 3,18e-4 Гн;

Рис. 3 - Модель сети с дуговым коротким замыканием в Matlab/Simulink

Данная модель состоит из аппаратной и измерительной составляющих. Аппаратная часть включает в себя источник питания, модель электрической дуги и нагрузку. Измерительная часть состоит из информационных блоков, которые обеспечивают осциллографирование сигналов токов и напряжений, а также из математических блоков, обеспечивающих расчет величин мощности и сопротивления. Качественные примеры фиксации и измерения параметров дуги представлены на рис. 4, 5.

Для прикладного использования модели электрической дуги - с целью анализа работы релейной защиты в реально действующих электрических сетях, предлагается использовать их имитационные модели совместно с MMDA.

Рис. 4 - Вольтамперная характеристика электрической дуги

Рис. 5 - Зависимость напряжения от тока дуги

Основываясь на полученных результатах (динамическая вольтамперная характеристика дуги, зависимость тока от напряжения и т.д.), предоставляется возможность анализировать работу электрической системы при междуфазных дуговых замыканиях.

Заключение

Оценивая перспективы использования математической модели электрической дуги, предназначенной для анализа функционирования релейной защиты в процессе моделирования аварийных режимов электрических сетей, необходимо отметить высокую эффективность данного метода для применения в проектировании перспективных устройств релейной защиты, в том числе и активно-адаптивных электроэнергетических систем.

Список литературы

1. Сисоян Г.А. Электрическая дуга в электрической печи. 3-е изд. Металлургия, 1974. С. 304.

2. Залесский А.М. Электрическая дуга отключения. Государственное Энергетическое Издательство, 1963. С. 267.

3. Черных И.В. SimPowerSystems: Моделирование электротехнических устройств и систем в Simulink. Издательство ДМК Пресс, С. 288.

4. Рогкустов С. В., Куповых В.С., Кулинич Д.В., Бронов С.А. Адаптационное моделирование прецизионных электромеханических систем // Сибирский федеральный университет, Красноярск, 2011. С. 145.

5. Схемотехника инверторных источников питания для дуговой сварки. Учебное пособие / [Верещаго, Квасницкий В.Ф., Мирошниченко Л.Н., Пентегов И.В.]. - Николаев: УГМТУ, 2000. - С. 283.

6. Пентегов И.В. Сравнительный анализ моделей динамической сварочной дуги / И. В Пентегов, В.Н. Сидорец // Автоматическая сварка. - 1989. - № 2. - С. 33-36.

7. Веpещаго Е.Н., Костюченко В.И. Модель электрической дуги В Matlab / Simulink // Електротехніка та електроенергетика. 2013. № 2. - С. 51-54.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Расчеты нормальных режимов, предшествующих коротким замыканиям. Метод и алгоритм расчета установившегося режима электрической сети. Электромагнитные переходные процессы при симметричных и несимметричных коротких замыканиях. Выбор и расчет релейной защиты.

    курсовая работа [1,8 M], добавлен 18.10.2011

  • Модели нагрузки линии электропередачи. Причины возникновение продольной несимметрии в электрических сетях. Емкость трехфазной линии. Индуктивность двухпроводной линии. Моделирование режимов работы четырехпроводной системы. Протекание тока в земле.

    презентация [1,8 M], добавлен 10.07.2015

  • Расчёт параметров схемы замещения прямой последовательности трансформаторов и автотрансформаторов линий электрических сетей от междуфазных коротких замыканий. Сопротивление срабатывания дистанционной защиты и остаточное напряжение на шинах подстанции.

    дипломная работа [2,3 M], добавлен 20.09.2012

  • Изучение методов расчета коротких замыканий в электрической системе. Определение токов трёхфазного, однофазного и двухфазного коротких замыканий. Анализ примеров выполнения расчетов указанных токов с использованием специализированной программы "ТоКо".

    дипломная работа [2,2 M], добавлен 29.08.2013

  • Моделирование различных режимов электрических сетей нефтяных месторождений Южного Васюгана ОАО "Томскнефть". Расчет режима максимальных и минимальных нагрузок энергосистемы. Качество электрической энергии и влияние его на потери в электроустановках.

    дипломная работа [2,5 M], добавлен 25.11.2014

  • Анализ повышения надежности распределительных электрических сетей. Оптимизация их режимов, обеспечивающая минимум затрат при заданной в каждый момент времени нагрузке потребителей. Ключевые технологии, развиваемые в секторе магистральных сетей за рубежом.

    реферат [197,2 K], добавлен 27.10.2015

  • Оценка параметров согласованности трансформатора и коротких сетей дуговых установок. Расчет характеристик ДСП-25, ДСП-30, ДСП-40, ДСП-50, ДСП-100. Анализ активных и индуктивных сопротивлений трансформаторов. Графики электрических и рабочих характеристик.

    отчет по практике [608,5 K], добавлен 17.05.2015

  • Структура потерь электроэнергии в электрических сетях. Технические потери электроэнергии. Методы расчета потерь электроэнергии для сетей. Программы расчета потерь электроэнергии в распределительных электрических сетях. Нормирование потерь электроэнергии.

    дипломная работа [130,1 K], добавлен 05.04.2010

  • Технические требования к трансформаторам новых серий и основные критерии при их разработке. Конструктивные особенности узлов проектируемых устройств. Зарубежные достижения в области распределительных трансформаторов, новые направления в разработках.

    реферат [116,7 K], добавлен 14.01.2011

  • Технико-экономическое обоснование главной схемы электрических соединений ТЕЦ, выбор ее генераторов, трансформаторов, измерительных приборов, распределительных устройств и релейной защиты. Расчет токов короткого замыкания аппаратов и токоведущих частей.

    курсовая работа [1,5 M], добавлен 28.06.2011

  • Эквивалентирование электрических сетей до 1000 В и оценка потерь электроэнергии в них по обобщенным данным. Поэлементные расчеты потерь электроэнергии в низковольтных электрических сетях. Выравнивание нагрузок фаз в низковольтных электрических сетях.

    дипломная работа [2,6 M], добавлен 17.04.2012

  • Потери электрической энергии при ее передачи. Динамика основных потерь электроэнергии в электрических сетях России и Японии. Структура потребления электроэнергии по РФ. Структура технических и коммерческих потерь электроэнергии в электрических сетях.

    презентация [980,8 K], добавлен 26.10.2013

  • Расчет параметров заданной электрической сети и одной из выбранных трансформаторных подстанций. Составление схемы замещения сети. Расчет электрической части подстанции, электромагнитных переходных процессов в электрической сети и релейной защиты.

    дипломная работа [1,0 M], добавлен 29.10.2010

  • Понятие переходных процессов в электрических системах и причины, их вызывающие. Определение шины неизменного напряжения. Расчеты симметричного (трёхфазного) и несимметричного (двухфазного на землю) коротких замыканий в сложной электрической системе.

    курсовая работа [5,3 M], добавлен 15.05.2012

  • Выбор номинального напряжения сети, мощности компенсирующих устройств, сечений проводов воздушных линий электропередачи, числа и мощности трансформаторов. Расчет схемы замещения электрической сети, режима максимальных, минимальных и аварийных нагрузок.

    курсовая работа [2,5 M], добавлен 25.01.2015

  • Приоритетные мероприятия по снижению технических потерь электроэнергии в распределительных электрических сетях. Выполнение расчетов нормальных режимов сетей с помощью вычислительной техники. Проведение реконструкции, характеристика нового оборудования.

    дипломная работа [7,5 M], добавлен 24.06.2015

  • Расчет электрических и рабочих характеристик, однофазная схема замещения дуговой сталеплавильной печи. Электрические характеристики дуговой установки на 19 ступени. Результаты расчетов электрических и рабочих характеристик, выполненные в Microsoft Excel.

    контрольная работа [1,5 M], добавлен 22.05.2015

  • Расчеты нормальных режимов, предшествующих короткому замыканию. Электромагнитный переходный процесс, сверхпереходные, ударные и установившиеся токи при трехфазном КЗ. Симметричные составляющие и фазные токи и напряжения. Построение векторных диаграмм.

    курсовая работа [1,2 M], добавлен 24.12.2011

  • Особенности, свойства, режимы работы и конструкция плавких предохранителей, предназначенных для защиты электрических сетей от перегрузок и коротких замыканий. Патрон кварцевого предохранителя типа ПКТ-10. Испытание предохранителей напряжением выше 1 кВ.

    контрольная работа [300,1 K], добавлен 19.12.2014

  • Составление схемы замещения электрической сети и определение её параметров. Расчёт режимов коротких замыканий. Выбор типа основных и резервных защит сети. Устройство резервирования отказа выключателя. Выбор основных типов измерительных трансформаторов.

    дипломная работа [1,7 M], добавлен 15.02.2016

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.