Составление исходной схемы замещения

Министерство образования и науки РФ

ФГБОУ ВПО

Ангарская государственная техническая академия

___________________________________________________________________

 

И.Г. Голованов

ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЭС

Часть 1

«Электромагнитные переходные процессы»

 

Методические указания по практическим занятиям

 

Для студентов всех форм обучения по направлению подготовки «Электроэнергетика и электротехника»

 

 

Ангарск 2014

Голованов И.Г. Переходные процессы в электроэнергетических системах. Часть 1. Электромагнитные переходные процессы. Методические указания по практическим занятиям для студентов по направлению подготовки «Электроэнергетика и электротехника». [Электронный ресурс] / И.Г. Голованов – г. Ангарск, 2014. – 33 с.

 

В данных методических указаниях по практическим занятиям представлен материал для освоения методов анализа параметров системы электроснабжения в нормальных и аварийных режимах работы.

 

Для студентов всех форм обучения по направлению подготовки «Электроэнергетика и электротехника»

 

Рецензенты:

к.т.н., доцент «Электрический привод и электрофицированный транспорт» НИ ИрГТУ (г. Иркутск)

к.т.н., доцент Войтов Олег Николаевич, ведущий научный сотрудник ИСЭ СО РАН им. Л.А. Мелентьева (г. Иркутск)

 

Рекомендовано к изданию учебно-методическим советом факультета технической кибернетики Ангарской государственной технической академии.

 

© Ангарская государственная техническая академия, 2014 г.

© Кафедра «Электроснабжение промышленных предприятий»

Содержание

Введение…………………………………………………………………………………….3

1. Тема 1. Расчёт параметров системы электроснабжения в именованных

и относительных единицах и их приведение к базисным условиям.

 Составление схем замещения и определение результирующего

сопротивления короткозамкнутой цепи………………………………………………...6

2. Тема 2. Расчёт начального, ударного и установившегося тока КЗ.  

Определение тока КЗ в произвольный момент времени по расчётным

 и типовым кривым………………………………………………………………………..21

2.1 Допущения, принимаемые при расчётах токов короткого замыкания……….21

2.2 Расчёт начального действующего значения периодической

составляющей тока короткого замыкания………………………………………….…23

2.3 Расчёт апериодической составляющей тока короткого замыкания……….…25

2.4 Расчёт ударного тока короткого замыкания……………………………………...26

2.5 Расчёт периодической составляющей тока короткого замыкания

 по расчётным и типовым кривым (в произвольный момент времени)………….27

2.6 Учёт синхронных и асинхронных двигателей при расчёте токов

 короткого замыкания……………………………………………………………………..33

Тема 3. Расчёт и построение векторных диаграмм токов и напряжений

при несимметричных КЗ………………………………………………………………….41

3.1 Метод симметричных составляющих…………………………………………..…41

3.2 Расчёт токов при несимметричных коротких замыканиях……………………..44

3.3 Расчёт несимметричных токов КЗ в произвольный момент времени……….48

3.4 Векторные диаграммы несимметричных КЗ……………………………………...49

Тема 4. Расчёт токов КЗ в электрических сетях до 1 кВ……………………………57

4.1 Принимаемые допущения………………………………………………………......57

4.2 Расчет начального значения периодической составляющей

тока трехфазного короткого замыкания………………………………………………57

4.3 Методы расчёта несимметричных коротких замыканий. Составление

схем замещения………………………………………………………………...…………61

4.3.1 Расчет токов однофазного короткого замыкания…………………………….62

4.3.2 Расчёт токов двухфазного короткого замыкания…………………………..…63 4.4 Расчёт апериодической составляющей тока короткого замыкания…………...64

 4.5 Расчёт ударного тока короткого замыкания……………………………………65

Приложение 1…………………………………………………………………………….77

Литература………………………………………………………………………………..80

 

 

Введение

Развитие  современных электроэнергетических систем идёт по пути концентрации производства электроэнергии на мощных электростанциях и централизация электроснабжения от общей высоковольтной сети. При этом наблюдается несколько существенных тенденций:

– рост единичных мощностей агрегатов;

– рост напряжения высоковольтных электрических сетей;

– увеличение мощности энергетических объединений.

В этом случае усложняются процессы, происходящие в системе электроснабжения. Переходные процессы возникают в электрических системах как при нормальной эксплуатации (включение и отключение нагрузки и т.д.), так и в аварийных условиях (КЗ, обрыв линии). Их изучение, не может быть самоцелью. Оно необходимо прежде всего для разработки практических критериев и методов их количественной оценки, с тем чтобы можно было предвидеть и заранее предотвратить опасные последствия таких процессов.

Целью данных методических указаний по практическим занятиям является отработка вопросов изучения практических методов расчёта и анализа режимов работы системы электроснабжения в особенности аварийных, связанных со всеми видами коротких замыканий и обрывов.

Тема 1. Расчёт параметров системы электроснабжения в именованных и относительных единицах и их приведение к базисным условиям. Составление схем замещения и определение результирующего сопротивления короткозамкнутой цепи

       Чтобы определить расчетный ток КЗ с целью выбора или проверки электри­ческих аппаратов и проводников по условиям короткого замыкания, необходимо пред­варительно выбрать расчетные условия, отвечающие требованиям ПУЭ в частности расчетную схему электроустановки. Выбор этой схемы следует производить с учетом возможных электрических схем соответствующей электроустановки при различных продолжительных режимах ее работы, включая ремонтные и послеаварийные режимы, а также с учетом электри­ческой удаленности различных источников энергии (генераторов, синхронных ком­пенсаторов и электродвигателей) от расчетной точки КЗ. В соответствии с ГОСТ 26522-85 все короткие замыкания подразделяются на удаленные и близкие. КЗ считается удаленным, если амплитуды периодической составляющей тока статора данной электрической машины в начальный и произ­вольный моменты КЗ практически одинаковы, и близким, если эти амплитуды суще­ственно отличаются. Обычно под электрической удаленностью расчетной точки КЗ от какого-либо источника энергии понимают приведенное к номинальной мощности и номинальному напряжению источника внешнее сопротивление, которое оказывается включенным между источником и точкой КЗ в момент возникновения КЗ. Однако такой способ оценки удаленности применим лишь в тех случаях, когда различные источники энергии связаны с расчетной точкой КЗ независимо друг от друга. Более универсальной величиной, которая в полной мере характеризует элект­рическую удаленность расчетной точки КЗ от произвольного источника энергии и может быть сравнительно легко определена в схеме любой конфигурации и при лю­бом числе источников энергии, является отношение действующего значения перио­дической составляющей тока источника энергии (генератора, синхронного компенса­тора, электродвигателя) в начальный момент КЗ к его номинальному току.

В отечественной и международной практике КЗ принято считать близким, если это отношение равно двум или больше двух. При меньших значениях указанного от­ношения КЗ следует считать удаленным.

В тех случаях, когда решаемая задача ограничивается приближенной оценкой значения тока в месте КЗ, для генератора или синхронного компенсатора КЗ до­пустимо считать удаленным, если расчетная точка КЗ находится по отношению к син­хронной машине за двумя и более трансформаторами или за реактором (кабельной линией), сопротивление которого превышает сверхпереходное сопротивление гене­ратора или синхронного компенсатора более чем в 2 раза. Для синхронного или асин­хронного электродвигателя КЗ допустимо считать удаленным, если расчетная точка КЗ находится на другой ступени напряжения сети (т. е. за трансформатором) или за реактором, кабелем и т. д., сопротивление которого в 2 раза и более превышает сверх­переходное сопротивление электродвигателя.

Если параметры генераторов, трансформаторов и других элементов наибо­лее удаленной от точки КЗ части электроэнергетической системы неизвестны, то эту часть системы допускается представлять на исходной расчетной схеме в виде одного источника энергии с неизменной по амплитуде ЭДС и результирующим эквивалент­ным индуктивным сопротивлением. Электродвигатели, для которых рас­чётное КЗ является удаленным, в расчетную схему не вводятся. Учет или не учет в расчетной схеме других элементов энергосистемы зависит от требуемой точности рас­четов тока КЗ, расчетного времени КЗ, используемого метода расчета и других факто­ров.   

Составление исходной схемы замещения

При расчете токов КЗ аналитическим методом следует предварительно по исходной расчетной схеме составить соответствующую схему замещения. При этом сопротивления всех элементов схемы и ЭДС источников энергии могут быть выраже­ны как в именованных, так и в относительных единицах.

Если известны фактические при принятых исходных условиях коэффициенты трансформации всех трансформаторов и автотрансформаторов расчетной схе­мы, то составление схемы замещения следует производить с учетом этих коэффици­ентов. Если же фактические коэффициенты трансформации части трансформаторов и автотрансформаторов неизвестны, то допускается при составлении схемы замеще­ния указанные коэффициенты учитывать приближенно.

При выражении параметров элементов эквивалентной схемы замещения в именованных единицах с приведением параметров различных элементов исходной расчётной схемы к выбранной основной (базисной) ступени напряжения сети и с учётом фактических коэффициентов трансформации силовых трансформаторов и автотрансформаторов приведённые значения ЭДС источников энергии и сопротивления схемы следует определять по формулам:

где  и истинные значения ЭДС источника энергии и сопротивления какого – либо элемента исходной схемы;

 и их приведённые значения;

коэффициенты трансформации трансформаторов или автотрансформаторов, включённых каскадно между ступенью напряжения сети, где находятся элементы с подлежащими приведению ЭДС Е и сопротивлением Z, и основной ступенью напряжения.

Если ЭДС источника питания и сопротивление какого-либо элемента расчётной схемы выражены в относительных единицах при номинальных условиях (т.е. ЭДС при номинальном напряжении , а сопротивление – при номинальном напряжении и номинальной мощности ), то значения соответствующей ЭДС и сопротивления, приведённые к основной ступени напряжения сети, следует определять по формулам:

где  и  значения ЭДС источника энергии и сопротивления элемента расчётной схемы в относительных единицах при номинальном условиях.

При выражении параметров элементов эквивалентной схемы замещения в относительных единицах с приведением параметров различных элементов исходной расчётной схемы к базисным условиям и с учётом фактических коэффициентов трансформации силовых трансформаторов и автотрансформаторов необходимо:

1) Задаться базисной мощностью и для одной из ступеней напряжения исходной расчётной схемы, принимаемой за основную, выбрать базисное напряжение ;

2) Определить базисные напряжения других ступеней напряжения расчётной схемы, используя формулу:

                                                            (1.1)

где коэффициенты трансформации трансформаторов и автотрансформаторов. Включённых каскадно между основной и  ступенями напряжения;

3) Найти искомые значения ЭДС источников питания и сопротивлений всех элементов схемы замещения в относительных единицах при выбранных базисных условиях используя формулы:

                                                                                     (1.2)

или                                                                    (1.3)

                                                                                (1.4)

или                          ,                            (1.5)

где базисное напряжение той ступени напряжения исходной расчётной схемы. На которой находится элемент системы электроснабжения, подлежащей приведению.

Формулы (1.2) и (1.4) следует использовать в тех случаях, когда значения ЭДС источника питания и приводимое сопротивление заданы в именованных единицах, а формулы (1.3) и (1.5) – когда значения этих величин заданы в относительных единицах при номинальных условиях. Обычно в именованных единицах задано сопротивления воздушных линий, кабелей и реакторов, а в относительных единицах при номинальных условиях – сопротивления генераторов и синхронных компенсаторов. Сопротивление неподвижного электродвигателя (сопротивление КЗ) и сопротивление трансформатора в относительных единицах при номинальных условиях определяют по формулам:

где кратность пускового тока по отношению к номинальному току;

напряжение короткого замыкания трансформатора в процентах.

В тех случаях, когда отсутствуют данные о фактически используемых в условиях эксплуатации коэффициентах трансформации трансформаторов и автотрансформаторов, допустимо их принимать равными отношению средних номинальных напряжений сетей, связанных этими трансформаторами и автотрансформаторами. При этом рекомендуется использовать следующую шкалу средних номинальных напряжений сетей  кВ: 3,15; 6,3; 10,5; 13,8; 15,75; 18; 20; 24; 27; 37; 115; 154; 230; 340; 515; 770; 1175 [3].

При выражении параметров элементов эквивалентной схемы замещения в именованных единицах с приведением параметров различных элементов исходной расчётной схемы к выбранной основной ступени напряжения, используя при этом приближённый способ учёта коэффициента трансформации трансформаторов и автотрансформаторов, приведенные значения ЭДС источников питания и сопротивления различных элементов схемы следует определять по выражениям:

где  среднее номинальное напряжение той ступени напряжения сети. Которое принято за основную;

 среднее номинальное напряжение той ступени напряжения сети, на которой находится элемент с подлежащими приведению параметрами.

Если ЭДС источника питания и сопротивление какого-либо элемента расчётной схемы выражены в относительных единицах при номинальных условиях, то при приближённом учёте коэффициентов трансформации трансформаторов и автотрансформаторов их значения, приведённые к основной ступени напряжения сети, следует находить по выражениям:

При выражении параметров элементов эквивалентной схемы замещения в относительных единицах с приведением параметров различных элементов исходной расчётной схемы к базисным условиям, используя при этом приближённый способ учёта коэффициентов трансформации трансформаторов и автотрансформаторов, базисная мощность выбирается произвольно, а в качестве базисного напряжения любой ступени напряжения сети следует принимать среднее номинальное напряжение соответствующей ступени. В этом случае искомое значение ЭДС источников питания и сопротивлений элементов схемы замещения в относительных единицах следует определять по выражениям:

или                                    .

или                                   .

---

Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 468; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!