Завдання до розрахункової роботи

МІНIСТЕРСТВО ОСВIТИ і науки УКРАЇНИ

Національний УНІВЕРСИТЕТ "ЛЬВIВСЬКА ПОЛIТЕХНIКА"

Інститут енергетики та систем керування

 

 

Застосування практичних методів розрахунку струмів коротких замикань. розрахунок струмів несиметричних КЗ

 

Методичні вказівки для опрацювання теоретичного матеріалу, підготовки до практичних занять та самостійного виконання розрахункової (контрольної) роботи з дисципліни "Електромагнітні перехідні процеси" студентами базового напрямку 6.050701 «Електротехніка та електротехнології» спеціальностей 6.05070101 «Електричні станції», 6.05070102 «Електричні системи і мережі» та 6.05070107 «Системи управління виробництвом та розподілом елекроенергії» всіх форм навчання

 

Затверджено

на засіданні кафедри

електричних систем та мереж

Протокол №2 від 09.09.2010 р.

 

 

Львів 2010


Застосування практичних методів розрахунку струмів коротких замикань. Розрахунок струмів несиметричних КЗ. /Методичні вказівки для опрацювання теоретичного матеріалу, підготовки до практичних занять та самостійного виконання розрахункової (контрольної) роботи з дисципліни "Електромагнітні перехідні процеси" студентами базового напрямку 6.050701 «Електротехніка та електротехнології» спеціальностей 6.05070101 «Електричні станції», 6.05070102 «Електричні системи і мережі» та 6.05070107 «Системи управління виробництвом та розподілом елекроенергії» всіх форм навчання.

Укл. А.Я. Яцейко, Н.В. Букович, Г.Н. Міркевич - Львів:

Вид-во Національного університету "Львівська політехніка" 2010 - 34 с.

 

 

Укладачі: А.Я. Яцейко, к.т.н., асистент.

Н.В.Букович, к.т.н.,доцент.

Г.Н. Міркевич, ст. викладач.

 

 

Відповідальний за випуск: Г.М.Лисяк, к.т.н., доцент.

 

 

Рецензент: Ю.О. Варецький, докт. техн. наук, професор.

 

1. Мета розрахункової роботи

Мета розрахункової (контрольної) роботи - поглиблене вивчення теоретичного матеріалу дисципліни "Електромагнітні перехідні процеси в електроенергетичних системах" та набуття навиків застосування практичних методів розрахунку струмів коротких замикань в елементах електроенергетичних систем, які використовуються в інженерній практиці, а також ознайомитися з особливостями розрахунку несиметричних коротких замикань.

Виконання розрахункових робіт дасть змогу студентам глибоко вивчити та засвоїти відповідний матеріал дисципліни і набути навики самостійного практичного вирішення поставлених задач, навчитись аналізувати отримані результати і робити відповідні висновки та рекомендації.

Завдання до розрахункової роботи

Задача 1. Для заданої схеми (рис.2.1) при трифазному короткому замиканні для моменту часу t обчислити:

- періодичну складову струму в точці К схеми;

- залишкову напругу у вузлі М схеми.

Завдання до розрахункової роботи кожному студенту видається індивідуально викладачем, який веде розрахункову роботу. До його виконання слід приступити після засвоєння відповідних розділів дисципліни.

Теоретичний матеріал, необхідний для виконання розрахункової роботи, вказано в [1,2].

Cхема №1 Cхема №2
Cхема №3 Cхема №4
  Cхема №5 Cхема №6
Cхема №7 Cхема №8
Cхема №9 Cхема №10
Cхема №11 Cхема №12
Cхема №13   Cхема №14
  Cхема №15 Cхема №16
Cхема №17 Cхема №18
Cхема №19 Cхема №20

 

Рис. 2.1. Принципові схеми до задачі №1

 

Таблиця 2.1

Варіанти параметрів схеми до задачі №1

№ п/п Система Трансформатор, автотрансформатор Т-1
Uс   Sн   Номінальна напруга обмоток, кВ Uквс Uквн Uксн
Ом кВ МВА ВН СН НН % % %
10,5 10,5
10,5 12,9 19,5
90* 10,5 6,2
10,5 10,5
6,3 19,5 12,5
120* 10,5 10,5 36,3
40,5 6,3 10,5
10,5
10,5 12,3 18,1 5,7
90* 10,5 6,2

* Потужність обмотки низької напруги автотрансформатора 90 МВ*А становить 23.3% повної потужності, а автотрансформатора 120 МВ*А - 50%

 

продовження таблиці 2.1

№ п/п Трансформатор Т-2 Трансформатор Т-3
Sн Номінальна напруга обмоток Uk Sн Номінальна напруга обмоток Uk
МВА кВ % МВА кВ %
10,5 8,5 115 10,5 11,5
10,5 154 10,5
10,5 10,5 154 10,5
10,5 8,5 115 10,5
6,3 11,5 154 6,3
10,5 10,5 230 10,5
40,5 6,3 40,5 115 6,3 10,5
115 10,5 10,5 230 10,5
37 10,5 8,5 230 10,5
115 10,5 10,5 154 10,5

 

продовження таблиці 2.1

№ п/п Генератор Реактор Р Лінія Л
Sн Uн Iн Uн l К-сть кіл
мВА кВ в.о. кА кВ % км - Ом/км
10,5 0,22 0,4
10,5 0,20 2,5 0,4
10,5 0,146 0,4
67,3 10,5 0,28 0,4
6,3 0,195 0,4
117,5 10,5 0,183 0,4
37,5 6,3 0,143 2,5 0,40,4
117,5 10,5 0,183 0,4
62,5 10,5 0,135 0,4
10,5 0,22 0,4

Задача 2. Для заданої схеми (рис.2.2) під час несиметричного короткого замикання в точці К схеми обчислити:

періодичні складові струмів окремих послідовностей і повного струму КЗ;

побудувати векторні діаграми струмів та напруг в точках N та М схеми;

обчислити модуль струму пошкодженої фази у місці КЗ.

Примітки:

1. Вид несиметричного КЗ задається кожному студенту індивідуально викладачем, який веде розрахункову роботу.

2. Результати розрахунку виразити в іменованих одиницях при своїх номінальних напругах.

 

Cхема №1
Cхема №2
Cхема №3
Cхема №4
Cхема №5
Cхема №6
Cхема №7
  Cхема №8
Cхема №9
Cхема №10

 

Рис. 2.2. Принципові схеми до задачі №2

 


Таблиця 2.2

Варіанти параметрів схеми до задачі №2

№ варі- анта Система Генератор Г-1, Г-2 Трансформатор Т-1 Трансформатор Т-3
Uс SКЗ   Pн Uн cos j       Sн Номінальна напруга обмоток uк Sн Номінальна напруга uк
кВ МВ×А - МВт кВ - в.о. в.о. в.о МВ×А кВ % МВ×А кВ %
¥ 72,5 13,8 0,85 0,23 1,61 4,5 13,8 31,5 38,5 10,5
¥ 10,5 0,8 0,132 1,23 3,5 10,5 10,5 11,5
¥ 13,8 0,85 0,15 1,76 3,6 13,8 10,5 40,5 38,5 10,5
13,8 0,85 0,138 1,64 3,2 13,8 10,5
1,2 13,8 0,85 0,15 1,51 3,8 13,8 10,5
0,9 13,8 0,85 0,138 1,64 3,0 13,8 31,5 6,6 12,5
0,7 15,75 0,85 0,19 1,84 3,4 15,75 10,9
1,1 15,75 0,85 0,205 1,86 4,2 15,75 13,8
1,3 0,85 0,21 1,71 4,0
¥ 13,8 0,85 0,138 1,64 3,1 13,8 10,5 40,5 6,6 10,5
1,0 10,5 0,8 0,122 1,13 3,8 11,0 10,5 10,5 11,5
13,5 0,85 0,115 1,44 3,4 11,0 10,5
0,9 12,0 0,85 0,145 1,55 3,6 13,8 12,5 6,3 11,5
1,2 15,75 0,80 0,205 1,86 4,0 15,75 13,8

 

продовження таблиці 2.2

№ варі- анта Трансформатор, автотрансформатор Т-2 Лінія Л-1 Навантаження Р
Н-1 Н-2 Н-3
Sн Номінальна напруга обмоток uКВС uКВН uКСН l х0(1) х0(0) хI-II(0) Sн Sн Sн хр
МВ×А - кВ % км Ом/км Ом/км Ом/км МВ×А МВ×А МВ×А Ом
- 13,8 10,5 0,4 1,4 0,67
- 10,5 10,5 10,5 0,4 1,4 1,0
- 13,8 10,5 0,39 1,41 0,95
0,2 3,6 37,6 0,4 1,2 0,8
- 6,3 12,4 11,6 17,7 0,4 1,3 0,60
0,2 3,6 37,6 0,4 1,2 0,84
0,33 38,5 11,6 0,41 1,32 0,84
0,25 38,5 0,4 1,3 0,60
0,5 38,5 10,5 0,42 1,31 0,61
- 15,75 10,5 0,4 1,4 0,8
- 11,0 10,5 10,5 0,4 1,45 1,1
0,4 3,6 37,6 0,45 1,1 0,8
0,6 3,6 37,6 0,35 1,2 0,90
0,4 37,0 0,4 1,3 0,60

 


Методика розрахунку

Розрахункова робота складається з двох задач, які слід розв'язувати в процесі вивчення курсу.

Задача 1. При переході до схем з декількома генераторами задача точного розрахунку перехідного процесу короткого замикання значно ускладнюється. Тут потрібно враховувати розмагнічуючу дію реакції статора, параметри системи збудження, нелінійні характеристики навантаження, взаємний вплив синхронних машин тощо.

Але в більшості практичних випадків визначаємо не повний струм КЗ, а тільки його складові. Так, наприклад, основною розрахунковою величиною під час вибору параметрів пристроїв релейного захисту та системної автоматики є початкове значення періодичної складової струму КЗ. Під час вибору провідників та апаратів необхідно знати початкове значення періодичної складової струму КЗ, ударний струм, значення періодичної та аперіодичної складових для заданого моменту часу тощо. Найбільш достовірно визначаємо початкове значення періодичної складової струму КЗ. Розрахунок цього струму для схем складної структури

вимагає великого обсягу обчислювальних робіт і ефективний тільки при застосування ЦОМ. У випадку схем простої структури за умови лінійності елементів можна користуватися аналітичним методом розрахунку.

Розрахунок струмів у початковий момент КЗ необхідно виконувати за наступним алгоритмом:

1. Виходячи з розрахункових умов для прийнятої однолінійної схеми, скласти схему заміщення мережі, в схему заміщення повинні увійти тільки ті елементи по яких протікає струм КЗ.

2. Прийняти базові умови та виконати розрахунок опорів елементів мережі в іменованих одиницях, приведених до основного ступеня напруги, чи відносних одиницях, приведених до базових умов.

3. Схему заміщення перетворити до найпростішого виду, тобто до радіальної схеми, в якій кожне джерело з'єднано з точкою КЗ через один опір.

4. Визначити модуль періодичної складової початкового надперехідного струму шляхом ділення надперехідної ЕРС джерела на опір відповідної вітки.

5. Якщо задача розрахунку не обмежена визначенням струму КЗ у заданій точці, то шляхом зворотніх перетворень визначити струм КЗ у різних вітках схеми заміщення.

Необхідно враховувати вплив на струми КЗ приєднаних до даної мережі синхронних компенсаторів, синхронних і асинхронних електродвигунів. Вплив асинхронних електродвигунів на струми КЗ не враховується при потужності до 100 кВт в одиниці, якщо електродвигуни віддалені від місця КЗ одним ступенем трансформації, а також при довільній потужності, якщо вони віддалені від місця КЗ двома чи більше ступенями трансформації.

Окремо слід враховувати синхронні і асинхронні двигуни на виводах яких виникло коротке замикання.

При живленні точки КЗ від генератора з автоматичним регулятором збудження діюче значення періодичної складової в процесі короткого замикання може зрости.

Визначення струму КЗ для довільного моменту часу представляє певні труднощі.

Для визначення його складових широко користуються наближеними методами розрахунку, які грунтуються на тих чи інших припущеннях.

При розробці практичних методів розрахунку, крім раніше прийнятих (див. § 1.3.1 [2]), прийняті такі додаткові припущення:

1) закон зміни періодичної складової струми КЗ для схеми з одним генератором використовуємо для наближеної оцінки цієї складової в схемі з багатьма генераторами;

2) аперіодичну складову струму КЗ враховуємо наближено;

3) ротор СГ симетричний, тобто параметри машини однакові при любому положенні ротора.

Різниця між практичними методами розрахунку перехідного процесу КЗ полягає у різному підході до визначення періодичної складової струму КЗ.

Нижче наведені алгоритми розрахунків найбільш поширених практичних методів розрахунку перехідного процесу КЗ.