Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра электромеханики

Расчет коротких замыканий в электроэнергетических системах

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по выполнению курсовой работы по дисциплине

«Электромагнитные переходные процессы в ЭЭС»

Уфа 2005

Составители: Р.Р. Саттаров, Т.Ю. Волкова

УДК 621.311.064.1 (07)

ББК 31.277 (я7)

Расчет коротких замыканий в электроэнергетических системах: методические указания по выполнению курсовой работы по дисциплине «Электромагнитные переходные процессы в ЭЭС»/ Уфимск. авиац. техн. ун-т; Сост. Р.Р. Саттаров, Т.Ю.Волкова. – Уфа, 2005. – 42 с.

Методические указания к курсовой работе по дисциплине «Электромагнитные переходные процессы в ЭЭС» содержат необходимые теоретические сведения по методам расчетов симметричных и несимметричных токов короткого замыкания в ЭЭС, а также примеры выполнения таких расчетов.

Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по специальности 140205 «Электроэнергетические системы и сети». Будут полезны студентам этих специальностей при курсовом и дипломном проектировании.

Табл. 5. Ил. 10. Библ.: 9 назв.

Рецензенты: Р.К. Фаттахов

И.В. Вавилова

© Уфимский государственный

авиационный технический университет, 2005

Содержание

Рис. 1.5. Схема замещения ЭС к примеру 1.3. 24

Введение

Целью настоящих методических указаний является рассмотрение основных вопросов расчета коротких замыканий (КЗ). Однако целый круг затрагиваемых при этом вопросов, таких как составление схемы замещения электрической системы (ЭС), определение ее параметров в именованных и относительных единицах с приведением к общей ступени трансформации, наконец, методы расчета режима линейных схем замещения, являются общими при решении и других задач анализа переходных процессов в электрических системах.

При проектировании и эксплуатации электрических систем для решения целого ряда технических вопросов необходимо предварительно произвести расчёт электромагнитных переходных процессов, вызванных внезапным коротким замыканием (КЗ). В зависимости от назначения расчётов выбирается тот или иной расчётный вид короткого замыкания. В частности, расчёты токов короткого замыкания проводятся при выборе электрооборудования и проверке его по условиям работы при коротких замыканиях, при выборе параметров релейной защиты и системной автоматики, при определении степени влияния ЛЭП высокого напряжения на линии связи, при выборе заземляющих устройств. Как правило, решающим для окончательного решения вопроса работоспособности той или иной установки в условиях короткого замыкания оказывается расчет трёхфазного КЗ.

При выборе электрооборудования и коммутационной аппаратуры, как правило, необходимо определить ток и мощность короткого замыкания в месте их установки в электрической системе. Расчету при этом подлежат:

• начальное значение периодической составляющей тока КЗ и значение этой составляющей к моменту расхождения контактов выключателя;

• апериодическая составляющая тока короткого замыкания к моменту расхождения контактов;

• ударный ток короткого замыкания;

• мощность короткого замыкания для проверки отключающей способности выключателя.

Для выбора параметров релейной защиты и системной автоматики необходимо рассчитать начальное значение периодической составляющей тока КЗ и ее изменение во времени в интервале до 2...3 с как в месте (точке) короткого замыкания, так и в отдельных ветвях схемы.

Короткое замыкание в электрической системе приводит к резкому изменению конфигурации ее схемы. Новый режим в измененной схеме (режим КЗ, характеризующийся большими значениями токов и низкими напряжениями) не может установиться мгновенно в силу электромагнитной и механической инерции элементов электрической системы. Поэтому возникновение КЗ сопровождается переходными процессами, при которых наблюдаются изменения всех режимных параметров системы и, прежде всего электромагнитных величин, в том числе токов и напряжений.

При расчёте токов КЗ необходимо учитывать параметры всех элементов электрической системы, включая источники энергии, распределительную сеть и потребителей (двигательную и статическую нагрузки). При определении параметров релейной защиты и системной автоматики в ряде случаев необходим учёт переходных сопротивлений в месте повреждения: сопротивления дуги и сопротивления заземления опор.

С учетом линейности всех элементов электрической системы (что является определенным допущением) переходные электромагнитные процессы в электрических системах описываются линейными дифференциальными уравнениями, решение которых, как известно, записывается в виде суммы свободной и принужденной составляющих искомых величин. Что касается тока КЗ, то он также будет содержать свободную (апериодическую) и принужденную (периодическую) составляющие.

При расчетах периодической составляющей тока КЗ допускается не учитывать:

• угол фазового сдвига ЭДС и изменение частоты вращения ротора синхронных генераторов, если продолжительность режима короткого замыкания не превышает 0,5 с;

• активное сопротивление элементов системы, если его суммарная величина не превышает 30% от суммарного индуктивного сопротивления, т.е. при .

• ток намагничивания трансформаторов и автотрансформаторов;

• насыщение магнитных систем электрических машин;

• поперечную ёмкость воздушных линий электропередачи напряжением 110-220 кВ, если их длина не превышает 200 км, и напряжением 330-350 кВ, если их длина не превышает 150 км.

При расчётах токов КЗ допускается максимально упрощать и эквивалентировать всю внешнюю по отношению к месту КЗ систему (источники энергии, распределительную сеть и потребителей) и индивидуально учитывать только источники энергии, непосредственно примыкающие к месту КЗ.

Для расчёта несимметричных КЗ рекомендуется использовать метод симметричных составляющих, принимая полную симметрию по фазам всех элементов электрической цепи, что обеспечивает независимое рассмотрение схем отдельных последовательностей.

В объем курсовой работы «Расчет симметричных и несимметричных коротких замыканий в электроэнергетической системе» входит выполнение двух разделов на основе заданной схемы электрической системы.

В первой части рассчитываются токи трехфазного КЗ в заданной точке электрической системы. При этом определяются апериодическая и периодические составляющие токов КЗ, ударный ток КЗ, тепловой импульс, а также распределение токов по ветвям схемы. Токи определяются для начального момента времени (t=0) и для заданного момента времени t от начала КЗ.

Во второй части работы рассчитываются токи и напряжения при несимметричных КЗ. Расчеты производятся с использованием метода симметричных составляющих.

В методических указаниях приведены алгоритмы и примеры выполнения расчетов по каждому разделу.