2. Расчет несимметричных коротких замыканий

2.1. Основные понятия

Требуется при однофазном, двухфазном коротких замыканиях на землю в заданной точке вычислить величину тока в поврежденной фазе; построить векторные диаграммы токов и напряжений в точке КЗ.

Для определения токов и напряжений при несимметричных КЗ используются метод симметричных составляющих и уравнения второго закона Кирхгофа. Полученные на этой основе расчетные формулы приводят к правилу эквивалентности прямой последовательности: «Ток прямой последовательности любого несимметричного КЗ может быть определен как ток при трехфазном КЗ в точке, удаленной от действительной точки КЗ на дополнительное сопротивление, определяемое видом КЗ».

Если не учитывать сопротивление дуги в месте КЗ и активные сопротивления элементов схемы, то правилу эквивалентности прямой последовательности будет соответствовать выражение

, (6)

где -ток прямой последовательности в месте несимметричного короткого замыкания вида n; Е_-результирующая ЭДС схемы прямой последовательности относительно точки КЗ; -дополнительное сопротивление, определяемое видом короткого замыкания.

Модуль периодической составляющей тока в поврежденных фазах в месте КЗ может быть выражен через ток прямой последовательности

, (7)

где m⁽ⁿ⁾-коэффициент, зависящий от вида КЗ.

В табл. 2 даны значения , m⁽ⁿ⁾, симметричных составляющих токов и напряжений в точке КЗ для различных видов коротких замыканий; при этом , -результирующие сопротивления схем обратной и нулевой последовательностей относительно точки КЗ. Расчеты рекомендуется выполнять в относительных единицах, в окончательных результатах токи и напряжения - давать в именованных единицах. Выполнение п.2 следует начинать с составления схем замещения прямой, обратной и нулевой последовательностей и определения их результирующих сопротивлений относительно заданной точки КЗ - , , _.

Таблица 2 -

Наименование определяемых величин	Обозначе-ния величин	Вид короткого замыкания
		Однофазное	Двухфазное	Двухфазное на землю
Дополнительное сопротивление
Коэффициент		3
Ток прямой последовательности
Ток обратной последовательности
Ток нулевой последовательности			0
Напряжение прямой последовательности
Напряжение обратной последовательности
Напряжение нулевой последовательности			0

Контрольные вопросы

1. Классификация режимов и переходных процессов.

2. Основные положения, принимаемые при анализе переходных процессов.

3. Причины возникновения электромагнитных переходных процессов и их следствия.

4. Классификация коротких замыканий.

5. Назначение расчетов переходных процессов и требования к ним.

6. Основные допущения при выполнении расчетов электромагнитных переходных процессов.

7. Понятия о расчетных условиях при исследовании электромагнитных переходных процессов.

8. Система относительных единиц и ее применение в расчетах переходных процессов.

9. Составление схем замещения и определение параметров их элементов в именованных и относительных единицах.

10. Преобразование схем замещения сложных ЭЭС.

11. Применение принципа наложения в расчетах переходных процессов.

12. Определение мощности короткого замыкания.

13. Трехфазное короткое замыкание в неразветвленной цепи, питаемой от источника синусоидального напряжения неизменной амплитуды и частоты.

14. Токи в фазах при трехфазном КЗ и их составляющие.

15. Условия возникновения наибольшей апериодической слагающей и максимума мгновенного значения полного тока короткого замыкания.

16. Ударный ток трехфазного короткого замыкания.

17. Ударный коэффициент при трехфазном коротком замыкании.

18. Действующее значение полного тока короткого замыкания и его слагающих.

19. Приближенное определение апериодической слагающей тока и эквивалентной постоянной времени для разветвленной цепи.

20. Установившийся режим КЗ

21. Основные характеристики и параметры синхронной машины в установившемся режиме короткого замыкания.

22. Влияние и учет нагрузки на величину тока в установившемся режиме КЗ

23. Влияние автоматического регулирования возбуждения синхронных машин на величины токов и напряжений при установившемся режиме КЗ

24. Режимы работы генератора в установившемся режиме КЗ

25. Дифференциальные уравнения переходного процесса синхронной машины в фазных координатах.

26. Уравнения для потокосцеплений токов и напряжений.

27. Индуктивность синхронного генератора.

28. Зависимость коэффициентов само- и взаимоиндукции статорных и роторных обмоток от положения ротора.

29. Системы координат, используемые при анализе переходных процессов.

30. Переход от фазных величин к их составляющим в разных системах координат.

31. Уравнений Парка-Горева.

32. Переходная э.д.с. и переходное сопротивление синхронного генератора.

33. Сверхпереходная э.д.с. и сверхпереходное сопротивление синхронного генератора.

34. Расчет тока трехфазного короткого замыкания в момент нарушения режима.

35. Переходный процесс в синхронном генераторе без демпферных обмоток при трехфазном КЗ

36. Влияние систем возбуждения синхронных машин на переходный процесс.

37. Переходный процесс в синхронном генераторе с демпферными обмотками при трехфазном КЗ

38. Основные допущения и требования к практическим расчетам токов КЗ

39. Приближенный учет системы.

40. Расчет тока трехфазного короткого замыкания в начальный момент времени от групп синхронных и асинхронных двигателей, обобщенной нагрузки.

41. Метод расчетных кривых для определения периодической составляющей тока трехфазного КЗ

42. Расчеты токов короткого замыкания с учетом индивидуального изменения токов генераторов.

43. Метод типовых кривых для определения периодической составляющей тока трехфазного КЗ

44. Метод спрямленных характеристик для расчета трехфазных КЗ

45. Основные положения исследования несимметричных электромагнитных переходных процессов.

46. Условия применимости метода симметричных составляющих для анализа электромагнитных переходных процессов.

47. Уравнений второго закона Кирхгофа для схем замещения отдельных последовательностей.

48. Параметры элементов ЭЭС для токов обратной и нулевой последовательности: синхронные машины, асинхронные двигатели, обобщенная нагрузка, трансформаторы, автотрансформаторы, воздушные и кабельные линии электропередачи.

49. Схемы замещения отдельных последовательностей при однократных поперечной и продольной несимметриях.

50. Результирующие э.д.с. и сопротивления схем замещения отдельных последовательностей.

51. Основные виды однократной поперечной несимметрии.

52. Расчетные выражения для составляющих токов и напряжений в месте возникновения: однофазного, двухфазного, двухфазного КЗ на землю.

53. Векторные диаграммы токов и напряжений в месте возникновения: однофазного, двухфазного, двухфазного КЗ на землю.

54. Правило эквивалентности прямой последовательности при однократной поперечной несимметрии.

55. Учет переходного сопротивления в месте возникновения поперечной несимметрии.

56. Комплексные схемы замещения при: однофазном, двухфазном, двухфазном КЗ на землю.

57. Распределение и трансформация токов и напряжений в схемах замещения отдельных последовательностей.

58. Эпюры напряжений прямой, обратной и нулевой последовательности простейшей ЭЭС при: однофазном, двухфазном, двухфазном КЗ на землю.

59. Практические методы расчета несимметричных коротких замыканий.

60. Расчет начальных значений токов и напряжений при несимметричных коротких замыканиях.

61. Применение метода расчетных кривых при расчете несимметричных коротких замыканий.

62. Применение метода типовых кривых при расчете несимметричных коротких замыканий.

63. Применение метода спрямленных характеристик при расчете несимметричных коротких замыканий.

64. Соотношение токов при несимметричных коротких замыканиях в одной точке.

65. Граничные условия и соотношения между составляющими токов и напряжений в месте: разрыва одной фазы; разрыва двух фаз; включения сопротивления в одну фазу; включения сопротивления в две фазы.

66. Правило эквивалентности прямой последовательности при однократной поперечной несимметрии.

67. Простое замыкание на землю.

68. Учет изменения сопротивления проводников при нагреве током короткого замыкания.

69. Учет местных источников и нагрузок при расчете токов КЗ системах электроснабжения.

70. Расчет токов короткого замыкания в электроустановках до 1 кВ.

ЗАДАНИЕ НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ

Контрольная работа выполняется в соответствии с заданием. Вариант задания определяется по последней цифре номера зачетной книжки студента.

СОДЕРЖАНИЕ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

1. При трехфазном коротком замыкании в точке К_____ заданной схемы ЭЭС* определить значения

1.1 периодической составляющей тока для начального момента времени I_П0;

1.2 ударного тока;

1.3 периодической составляющей тока КЗ методом расчетных или типовых кривых и полного тока через 0,2 сек.

2. Определить токи поврежденных фаз при однофазном, двухфазном коротком замыкании на землю, двухфазном коротких замыканиях в точке К___; построить векторные диаграммы токов и напряжений в месте КЗ.

Рекомендуемая литература:

1. Балаков Ю.Н. Проектирование схем электроустановок / Ю.Н.Балаков, М.Ш.Мисриханов, А.В.Шунтов. – М.: Изд-во МЭИ, 2006. – 288с.

2. Расчет коротких замыканий и выбор электрооборудования / Н.П.Крючкова и В.А.Старшинова. – М.: Изд-во «Академия», 2009. – 416с.

3. МУ по выполнению контрольной работы по дисциплине «Электромагнитные переходные процессы». Электронный ресурс. Снопкова Н.Ю. – 2012 г.

4. РД 153-34.0-20.527-98. Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования.

*Примечание: Задание для каждого варианта приведено в методических указаниях по выполнению курсового проекта. Вариант определяется по последней цифре номера зачетной книжки студента.

Схема электрической системы для всех вариантов приведена на рис. 1.

Рисунок 1 – Схема электрической системы

Таблица 1 – Параметры системы

Вариант	Uc, кВ	Sкз, МВ·А	Iкз, кА	x”c , о.е.
1, 3, 5, 7, 9	230	10 000	-	0,1
2, 4, 6, 8, 10	230	-	3,5	0,15

Таблица 2 – Параметры генераторов

Генераторы	Тип генератора	Pном МВт	К-т м-ти	Uном, кВ	Х, о.е.					Та, с
					Х"d	Х'd	Хd	Х2	Х0
Г-1, Г-2	ТВФ-120-2УЗ	100	0,8	10,5	0,192	0,278	1,907	0,234	0,097	0,4
Г-3, Г-4, Г-5	СВ-505/190-16Т	60	0,9	11	0,14	0,23	0,88	0,222	0,082	0,4

Примечания. Приведенные параметры относятся к каждому из генераторов. Все генераторы снабжены АРВ. Считать, что до момента КЗ все генераторы работали в режиме номинальной нагрузки. Принять, что мощность системы велика по сравнению с мощностью станций в рассматриваемой системе.

Таблица 2 – Параметры трансформаторов

	Тип	Sном, МВА	Uном,, кВ			Uк, %
			В	С	Н	В-С	В-Н	С-Н
Т1 и Т2	ТДЦ-125000/110	125	121	-	10,5; 13,8	-	10,5	-
Т3	ТДЦ-80000/110	80	121	-	6,3; 10,5; 13,8	-	11	-
Т5	АТДЦТН-250000/230/110	250	230	121	38,5	11	32	20

Таблица 3 – Параметры нагрузок

Номер варианта	Uн, кВ	Потребляемая мощность, МВт		Cos ɸ
		Н-1	Н-3
2, 4, 6, 8, 10	10	10	4	0,8
1, 3, 5, 7, 9	10	8	4	0,85

Номер варианта	Uн, кВ	Потребляемая мощность, МВт
		Н-2
2, 4, 6, 8, 10	110	25
1, 3, 5, 7, 9	110	40

Таблица 4 – Параметры реакторов

Номер варианта	Обозначение	Тип реактора
1, 3, 5, 7, 9	Р	РБ-10-1600-0,243
2, 4, 6, 8, 10	Р	РБ-10-1000-0,143

Таблица 5 – Параметры линий

		Л-1										Л-2										Л-3
		n		, км						х0/х1		n		, км						х0/х1		n		, км						х0/х1
	2		120		0,431		0,129		3,5		2		45		0,427		0,14		3,5		2		90		0,444		0,135		3,5
	4		110		0,431		0,129		4,0		2		50		0,427		0,14		3,5		2		80		0,444		0,135		3,5
	3		107		0,431		0,129		3,5		2		60		0,427		0,14		3,5		3		95		0,444		0,135		4,0
	4		114		0,431		0,129		4,5		2		65		0,427		0,14		3,5		2		75		0,444		0,135		4,0
	2		105		0,431		0,129		3,0		2		50		0,427		0,14		3,5		2		90		0,444		0,135		3,5
	1		80		0,431		0,129		2,5		2		75		0,427		0,14		3,5		1		50		0,444		0,135		3,0
	1		95		0,431		0,129		3,0		2		55		0,427		0,14		3,5		1		70		0,444		0,135		3,0
	4		120		0,431		0,129		4,0		2		40		0,427		0,14		3,5		2		90		0,444		0,135		4,0
	3		110		0,431		0,129		4,5		2		50		0,427		0,14		3,5		2		90		0,444		0,135		4,0
	2		114		0,431		0,129		3,5		2		50		0,427		0,14		3,5		3		80		0,444		0,135		4,5

Таблица 7

№ варианта	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Точка КЗ	К1 К1	К2 К2	К3 К2	К4 К1	К5 К2	К2 К2	К4 К2	К4 К1	К5 К1	К3 К1

Сведения о параметрах системы даны в таблицах 1-9. При выполнении задания необходимо:

1. Дать текст контрольного задания, вычертить электрическую схему рассчитываемой сети и к ней исходные данные.

2. Следует стремиться к наиболее рациональному порядку решения задачи, после каждого этапа решения проводить необходимые пояснения и делать выводы.

3. Решение допускается проводить как в системе именованных, так и относительных единиц с переводом окончательного результата в систему СИ.

4. Векторные диаграммы должны быть построены в удобном масштабе.

5. В конце записки проводится перечень используемой литературы.

6. Пояснительная записка брошюруется

7. Текст пояснительной записки, графическая часть, обозначения на рисунках, единицы физических величин, список литературы должны быть выполнены в соответствии с СТО ИрГТУ 005-2009.

9. Выполненная в соответствии с пунктами 1-8 работа высылается на заочный факультет для получения рецензии.

10. В случае получения замечаний исправления следует выполнить в виде приложений или заново (в зависимости от объема исправлений) и повторно выслать на рецензию как исправленные, так и старые расчеты.

2. С помощью расчетных или типовых кривых определить значение тока ~ однофазного КЗ в точке К, номер которой определяется из таблицы 8 для начального момента времени, через 0,2 с после начала КЗ и в установившемся режиме. Найти величину установившегося тока в нейтрали трансформатора Т2. Построить векторные диаграммы напряжений и токов на шинах 10 кВ станции А (точка М).

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВПО

«Иркутский государственный технический университет»

ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ

Кафедра электрических станций, сетей и систем

ЗАДАНИЕ НА КОНТРОЛЬНУЮ ПРОЕКТ

по дисциплине «Электрические станции и подстанции»

студенту _____________________________________ гр. ЭСб -11- вариант __

^{(фамилия, инициалы) (шифр группы)}

Тема работы: Расчет параметров режима короткого замыкания

Дата выдачи задания «______» __________________________20__ г.

Дата представления курсового проекта руководителю «_____» __________20__ г.

Руководитель курсового проекта: _________________ / Н.Ю. Снопкова /

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВПО

«Иркутский государственный технический университет»

ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ

Кафедра электрических станций, сетей и систем

Допускаю к защите

руководитель________________

/Снопкова Н.Ю./

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РЕЖИМА КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту по дисциплине:

«Электрические станции и подстанции»

1.0NN.00.00 ПЗ

Выполнил студент группы _________ ____________ ______________

шифр гр подпись Ф.И.О.

Нормоконтролёр ____________ Н.Ю. Снопкова

Курсовой проект защищен

с оценкой_______________

Иркутск 201__

1 В тех случаях, когда расчет производится для протяженной кабельной или воздушной сети с относительно небольшими сечениями проводников, а также для установок и сетей напряжением до 1 кВ данное допущение непригодно.

10