МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ  РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «ТЮМЕНСКИЙ государственный НЕФТЕГАЗОВЫЙ университет» Филиал ТюмГНГУ в г. Тобольске Кафедра электроэнергетики

РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

Методические указания к курсовой работе по дисциплине

«Переходные процессы в электроэнергетических системах с сосредоточенными параметрами»

для студентов направления подготовки 140400.62 -

Электроэнергетика и электротехника, всех форм обучения

Составитель Е.Н. Леонов

Тобольск

ТюмГНГУ

2016

Расчёт токов короткого замыкания в электрических системах: метод. указ. к курсовой работе по дисциплине «Переходные процессы в электроэнергетических системах с сосредоточенными параметрами» для студентов, обучающихся по напр. 140400.62 «Электроэнергетика и электротехника» / сост. Е.Н. Леонов; Тюменский государственный нефтегазовый университет. – Тобольск, 2016. – 32 с.

Аннотация

Методические указания по дисциплине «Переходные процессы в электроэнергетических системах с сосредоточенными параметрами» предназначены для студентов, обучающихся по направлению подготовки 140400.62 «Электроэнергетика и электротехника». Данная дисциплина изучается в двух семестрах, курсовая работа выполняется в первом семестре изучения дисциплины.

Изложены основные положения расчётов токов короткого замыкания в электрических системах напряжением выше 1000 В. Рассмотрены вопросы составления и преобразования схем замещения и применения практических методов расчёта симметричных коротких замыканий. Приведены задания, исходные данные и примеры выполнения курсовой работы по теме «Расчёт токов короткого замыкания в электрических системах»

Приведённые материалы также могут использоваться для расчетов токов короткого замыкания при выполнении выпускной квалификационной работы.

                 

1 ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ РАСЧЕТОВ

Данные методические указания предназначены для студентов, изучающих дисциплину «Переходные процессы в электроэнергетических системах с сосредоточенными параметрами». Расчёт режимов коротких замыканий (КЗ) в электроустановках напряжением выше 1000 В производится для выбора схем электрических соединений, выбора и проверки оборудования и проводников, расчётов релейной защиты и других целей [1]. Основной целью данных методических указаний для студентов очной и заочной форм обучения направлению 140400.62 «Электроэнергетика и электротехника» закрепление изучаемого теоретического материала и приобретение навыков практического решения инженерных задач расчета режимов симметричных коротких замыканий.

Курсовая работа представляет собой задание, включающее в себя вопросы расчета симметричных режимов КЗ. При выполнении работы должны быть определены следующие расчетные величины:

– долевое участие каждой электрической станции и системы в общем токе трёхфазного КЗ в начальный момент времени при трёхфазном КЗ в заданной точке;

– начальное значение периодической составляющей тока трёхфазного КЗ от каждого источника и суммарный ток трёхфазного КЗ;

–  значение тока КЗ для времени с и с; 

–  остаточные напряжения в заданных точках системы;

–  ударный ток КЗ;

–  действующее значение тока КЗ за первый период его изменения и тепловой импульс;

–  мощность КЗ.

Текст задания к курсовой работе приведен в прил. А. Объем курсовой работы 15 – 20 страниц.

Курсовая работа выполняется в соответствии с требованиями к текстовым документам [6] и защищается после устранения замечаний, сделанных преподавателем при проверке законченной работы. При защите студент должен уметь ответить на вопросы, приведенные в прил. Б.

 2 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Курсовая работа выполняется в соответствии с индивидуальным заданием, выдаваемым каждому студенту. Бланк задания приведён в прил. А. Исходные данные берутся в соответствии с шифром, состоящим из комбинации буквенных и цифровых обозначений.

Для домашнего задания, например:

1.2.К5.

Первая цифра (1) обозначает вариант в табл. 2.1 и определяет характеристики линий электропередачи.

Вторая цифра (2) определяет параметры генераторов, трансформаторов, автотрансформаторов, реакторов, нагрузок и системы. Цифра указывает вариант в табл. 2.2.

Сочетание буквы и цифры (К5) указывает номер точки, в которой производится расчет трёхфазного короткого замыкания.

Задание предусматривает расчет симметричного КЗ в одной точке заданной схемы.

Исходные данные для расчетов приведены ниже. При расчетах считать, что все генераторы снабжены демпферными обмотками и устройствами АРВ, схемы заземления нейтралей в блочных схемах одинаковы для всех блоков данной станции.

При определении ударного коэффициента активное сопротивление системы принимать равным нулю, а сопротивления нагрузки не учитывать. Точки короткого замыкания К6, К7, К8, К9 находятся посредине соответствующих линий.

Рисунок 2.1 – Схема электрических соединений системы № 1

Таблица 2.1 – Характеристики линий электропередачи

Таблица 2.2 – Технические данные элементов электрической системы

                                                                                 Продолжение табл. 2.3

      Продолжение табл. 2.3

Ва-	Станция  3
ри-	Турбогенераторы с АРВ						Трансформаторы
ант	n	МВт		кВ			МВ.А	кВ	кВ	%
	27	28	29	30	31	32	33	34	35	36	37
5	6	90	0,9	16,5	0,19	50	125	121	16,5	10,5	30

Окончание табл. 2.3

Примечания: n – количество блоков генератор-трансформатор;

5  Пример расчЁта симметричного трЁхфазного КЗ курсовой работы

Все расчёты будут приводиться согласно  следующим  исходным данным:

- линии электропередачи – табл. 2.1 (вариант 4);

- станции 1, 2, 3 – табл. 2.2 (вариант 5);

- автотрансформатор – табл. 2.2 (вариант 5).

5.1 Расчет параметров и преобразования схемы замещения

Расчёт произведём в относительных единицах без учёта  сопротивлений нагрузки. В качестве базисной мощности принимается мощность системы

 МВ^.А.

За базисное напряжение принимается среднее номинальное напряжение сети в точке КЗ:

 кВ.

Базисный ток приведенный к среднему базисному номинальному напряжению в точке КЗ:

 кА.

Составляется исходная схема замещения (рисунок 5.1) по схеме электрических соединений системы (рисунок 2.1).

Определяются параметры схемы замещения с приведением их значений к базисным величинам.

Сопротивления генераторов определяются по формуле (3.5):

,

,

.

Сопротивления трансформаторов – по формуле (3.7):

,

,

.

Рисунок 5.1 – Схема замещения

Сопротивление реактора – по формуле (3.9):

.

Сопротивления линий – по формуле (3.10):

,

,

,

.

Сопротивления автотрансформатора – по формулам (3.8):

,

,

.

Сопротивление системы по формуле (3.6):

.

Теперь сворачиваем схему замещения прямой последовательности.

Расчёт (рис. 5.2):

,

, 

.

Рисунок 5.2

Расчёт (рис. 5.3):

Рисунок 5.3

,

,

,

Расчёт (рис. 5.4):

,

.

Рисунок 5.4

Расчёт (рис. 5.5):

,

1,

Рисунок 5.5

Расчёт (рис. 5.6):

,

,

,

,

,

,

Рисунок 5.6

Расчёт (рис. 5.7):

.

Рисунок 5.7 – Результирующее сопротивление

5.2 Определение долевого участия источников в суммарном начальном токе КЗ и расчёт взаимных сопротивлений

Необходимо определить долевое участие каждой электрической станции и системы в начальном токе КЗ с использованием коэффициентов распределения.

Коэффициенты распределения находятся развертыванием схемы от результирующего сопротивления до исходной схемы.

Единичный ток распределяется обратно пропорционально сопротивлению.

Расчёт (рис. 5.6):

,

.

Расчёт (рис. 5.5, 5.4):

,

,

.

Расчёт (рис. 5.3, 5.2):

,

.

Выполняется проверка:

.

Определяются взаимные сопротивления станций и системы (рис. 5.8)

,            ,

,             .

Рисунок 5.8 – Разделение источников

5.3 Определение периодической составляющей тока

Найдём ЭДС  первой станции:

,

.

Так как при приближённом приведении , то ЭДС каждой системы можно определить по паспортным данным.

, ,

.

Токи отдельных источников в начальный момент времени

,                       ,

,                 .

Суммарный ток трёхфазного короткого замыкания

.

В именованных единицах

кА.

Эквивалентная ЭДС:

.

Суммарный ток трёхфазного короткого замыкания

,

то есть ток совпадает с найденным током от отдельных источников.

Периодическая составляющая тока трёхфазного КЗ для момента времени с и  с находится методом типовых кривых (прил. В).

Номинальные токи станций в о.е.

,

,

.

При электрической удалённости точки КЗ от источника  отношение для момента времени определяется по типовым кривым:

,

,

.

Для момента времени c:  ,  ,  .

Для момента времени c:     ,  ,   .

Периодическая составляющая тока КЗ для момента времени с

,

,

.

Суммарный ток трёхфазного короткого замыкания для с:

,

кА.

Периодическая составляющая тока КЗ для момента времени с:

,

,

.

Суммарный ток трёхфазного короткого замыкания

,

кА.

5.4 Определение ударного тока КЗ

Активные сопротивления определяются по отношению:

.

Сопротивления генераторов:

,     ,     .

Сопротивления трансформаторов:

,     ,     .

Сопротивления линий: отношение ,       

,         ,

,         .

Сопротивления автотрансформатора:

.

Сопротивление системы:

.

Схема замещения для активных сопротивлений составляется и преобразуется аналогично схеме замещения для реактивных сопротивлений (рис. 5.1 – 5.7):

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

.

 ,

где   – эквивалентная постоянная времени.

Если  в относительных единицах, то

 о.е.,

.

Если  в именованных единицах, то

 с.,

.

Ударный ток определяется по формуле (4.5)

кА.

5.5 Определение действующего значения тока КЗ за первый период, теплового импульса и мощности КЗ

Действующее значение тока КЗ за первый период его изменения

кА.

Тепловой импульс тока КЗ

.

Мощность в момент времени с (время отключения КЗ)

МВ^.А.

5.6 Расчет остаточных напряжений при трехфазном КЗ

Остаточное напряжение на шинах СН автотрансформатора (в точке К4)

или

.

В именованных единицах

 кВ.

Остаточное напряжение в точке К5

.

В именованных единицах

 кВ.

Библиографический список

1. Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования / Под ред. Б.Н. Неклепаева. – М.: Изд–во НЦ ЭНАС, 2001. – 152 с.

2. Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах: Учебник для электрических и энергетических вузов и факультетов. – М.: Энергия, 1970. – 520с.

3. Куликов Ю.А. Переходные процессы в электрических системах: Учеб. пособие. – Новосибирск: Изд–во НГТУ; М.: Мир: ООО «Издательство АСТ», 2003. – 283 с.

4. Справочник по проектированию электроснабжения промышленных предприятий / Под ред. Ю.Г. Барыбииа и др. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 576 с.

5. Пособие к курсовому и дипломному проектированию для электроэнергетических специальностей: Учеб. пособие для студентов вузов / В.М. Блок и др.; Под ред. В.М. Блок. – М.: Высш. школа, 1981. – 304 с.

6. ГОСТ 2.105-95. Общие требования к текстовым документам. – М.: Госкомитет по стандартам, 1996. – 85 с.

7. Теоретические основы электротехники: Учебник для вузов: В 3 т. / К.С. Демирчян и др. – 4–е изд. – СПб.: Питер, 2004 – Т.1. – 463с.

8. Расчет коротких замыканий и выбор электрооборудования: Учеб. пособие/И.П.Крючков, и др; Под ред. И.П.Крючкова и В.А.Старшинова.-М.: Изд. Центр «Академия», 2005.-416 с.

Приложение А

ЗАДАНИЕ

к курсовой работе «Расчёт токов короткого замыкания в электрических системах»

Вариант: __________________

Выдано студенту__________________________   группа_______________

Для заданной схемы электрической сети выполнить расчет трёхфазного короткого замыкания (КЗ) в одной точке.

Определить:

1 долевое участие каждой электрической станции и системы в начальном токе КЗ с использованием коэффициентов распределения;

2 периодическую составляющую начального тока КЗ от каждого источника и суммарный ток трехфазного КЗ;

3 периодическую составляющую тока трехфазного КЗ для времени           t = 0,1 c и t = 3 c методом типовых кривых;

4  ударный ток КЗ;

5 отключаемую мощность  КЗ;

6 тепловой импульс;

7 остаточное напряжение на шинах СН автотрансформатора и в точке К5.

     Примечания:

1. Расчет произвести в относительных единицах при приближенном приведении.

2. Считать что до КЗ генераторы работали в номинальном режиме. Сопротивление нагрузки не учитывать.

3. При определении ударного тока использовать эквивалентную постоянную времени.

Срок сдачи_____________________

Задание выдал                                  «_____» __________ 20___г.

Приложение Б

Вопросы для самопроверки

1.     Какие основные допущения приняты при решении задач, поставленных в работе?

2.     Какие основные допущения положены в основу понятия об источнике «бесконечной мощности»?

3.     Отличия в приближенном и точном приведении.

4.     Как определить ток КЗ от системы бесконечной мощности?

5.     Каковы пределы изменения ударного коэффициента в индуктивно– активной цепи?

6.     Каковы пределы изменения отношения ?

7.     Вывести формулу .

8.     Вывести формулу .

9.      Вывести формулу .

10.                        В чем выражается условность термина «действующее значение тока КЗ за  первый период его изменения»?

11.                        В чем  выражается условность понятия «начальное значение тока КЗ»?

12.                        В чем  выражается условность понятия «мощность короткого замыкания»?

13.                        Сформулировать правило эквивалентности прямой последовательности.

14.                        В каких случаях ток установившегося КЗ может превышать  величину тока  в начальный момент?

15.                       Что такое «эквивалентная постоянная времени»?

16.                        Как определить остаточное напряжение в произвольной точке системы при симметричном КЗ?

СОДЕРЖАНИЕ

1 ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ РАСЧЕТОВ……………………………………………..3

2 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ……………………………………………………..4

3 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ, СОСТАВЛЕНИЕ  И

   ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СХЕМ ЗАМЕЩЕНИЯ………………………………8

3.1 Общие положения………………………………………………………….8

3.2 Приведение в относительных единицах………………………………….8

3.3 Параметры элементов……………………………………………………...9

3.4 Схема замещения………………………………………………………….10

3.5 Нахождение взаимных сопротивлений………………………………….11

4 РАСЧЁТ ТРЁХФАЗНОГО КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ ………………14

4.1 Общие положения………………………………………………………...14

4.2 Расчёт периодической слагающей тока короткого замыкания………...14

4.3 Определение ударного тока, действующего значения тока КЗ за первый период и мощности короткого замыкания…………………………………..16

4.4 Определение остаточных напряжений в узлах системы……………….17

5 Пример расчЁта симметричного трЁхфазного КЗ курсовой работы………………………………………………………..18

5.1 Расчет параметров и преобразования схемы замещения………………18

5.2 Определение долевого участия источников в суммарном начальном токе  КЗ и расчёт взаимных сопротивлений………………………………...21

5.3 Определение периодической составляющей тока ……………………..23

5.4 Определение ударного тока КЗ………………………………………......24

5.5 Определение действующего значения тока КЗ за первый период, теплового импульса и мощности КЗ………………………………………...25

5.6 Расчет остаточных напряжений при трехфазном КЗ …………………..26

Библиографический список…………………………………………………..27

Приложение А. ЗАДАНИЕ к курсовой работе……………………………...28

Приложение Б. Вопросы для самопроверки………………………………...29

Учебное издание

РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

Методические указания к курсовой работе по дисциплине

«Переходные процессы в электроэнергетических системах с сосредоточенными параметрами»

Составитель

ЛЕОНОВ Евгений Николаевич

Ответственный редактор

Фёдоров В.К., д.т.н., профессор.

В авторской редакции

Подписано в печать 14.02.2016. Формат 60х90 1/16. Усл. печ. л. 2.

Тираж 35 экз. Заказ № м 17.

Библиотечно-издательский комплекс

федерального государственного бюджетного

образовательного учреждения высшего образования

«Тюменский государственный нефтегазовый университет».

625000, Тюмень, ул. Володарского, 38.

Типография библиотечно-издательского комплекса.

625039, Тюмень, ул. Киевская, 52.