Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электроснабжение. Расчет токов короткого замыкания. Методические указания к практическим и курсовой работам
.pdf
Снижение напряжения при КЗ компенсируется увеличением тока возбуждения, при снижении напряжения на выводах генератора ниже 0,85–0,9 от номинального срабатывает форсировка возбуждения, обеспечивающая нарастание
возбуждения генератора до предельного значения, следовательно, АРВ изменяет Фf, эдс генератора и ток КЗ.
Все АРВ действуют с небольшим запаздыванием, а индуктивность обмотки возбуждения генератора приводит к задержке увеличения тока ротора, в
результате действие АРВ проявляется спустя некоторое время после возникновения тока КЗ. Начальные значения периодической и апериодической составляющих тока такие же, как и при работе генератора без АРВ.
Глубина снижения напряжения на выводах генератора при КЗ и реакция
системы регулирования зависят от удаленности места повреждения.
При КЗ на выводах машины АРВ оказывает слабое влияние на ток КЗ, так
как намагничивающее действие реакции якоря преобладает.
С увеличением хк отношение установившегося тока I∞ к начальному I
п,0
возрастает. При определенных значениях хк (хк больше сопротивления генератора в 4–6 раз) I∞ может быть больше I
. В данном случае форсировка возбуж-
п,0
дения компенсирует снижение напряжения на генераторе и дает дополнительное приращение Ф
рез
.
Кривая тока КЗ показана на рис. 5.
При дальнейшем увеличении электрической удаленности места повреждения ток КЗ уменьшается и соответственно уменьшается влияние КЗ на работу генератора. При КЗ в удаленной точке характер изменения тока в цепи
аналогичен, как при питании от источника неограниченной мощности.
Для систем электроснабжения предприятий типичным случаем является
питание от источника неограниченной мощности, так как даже главные понизительные подстанции (ГПП) питаются по ответвлениям от объединенной энергосистемы, мощность которой во много раз превосходит мощность подстанции.
Для случаев питания промышленных предприятий от шин РУ напряжением 6–
10 кВ собственной электростанции следует учитывать явления, происходящие в
генераторах станции.
11
Рис. 5. Изменение тока КЗ с АВР на генераторе
Методы расчета тока трехфазного короткого замыкания
Назначение расчетов токов КЗ:
– для выбора главных схем электростанций, сетей и подстанций;
– выбора и проверки электроаппаратов и проводников;
– проектирования и настройки устройств релейной защиты и автоматики;
– определения влияния токов нулевой последовательности линий электропередачи на линии связи;
– проектирования заземляющих устройств;
– анализа аварий в электроустановках и электросистемах;
– оценки допустимости и разработки методики проведения различных
испытаний в электрических системах;
– анализа устойчивости работы энергетических систем.
При расчетах токов КЗ применяются следующие допущения:
– не учитывать сдвиг по фазе эдс и изменение частоты вращения роторов
синхронных генераторов, компенсаторов и электродвигателей, если продолжительность КЗ не превышает 0,5 с;
– не учитывать насыщение магнитных систем электрических машин;
– не учитывать поперечную емкость воздушных линий электропередачи
напряжением 110–220 кВ, если их длина не превышает 200 км, напряжением
330–500 кВ – 150 км;
– не учитывать активные сопротивления элементов электроэнергетической системы (воздушных и кабельных линий электропередачи) при расчете
периодической составляющей тока КЗ, если результирующее эквивалентное
12
ном*d
х
сопротивление относительно точки КЗ не превышает 30% результирующего эквивалентного индуктивного сопротивления. При определении Tа (постоянной
времени затухания апериодической составляющей тока КЗ) активное сопротивление учитывается.
Порядок расчета
1. Составляется расчетная схема рассматриваемой электроустановки,
намечаются расчетные токи КЗ.
Под расчетной схемой установки понимают упрощенную однолинейную
схему электроустановки с указанием всех элементов и их параметров, которые
влияют на ток КЗ и поэтому должны быть учтены при выполнении расчетов.
На расчетной схеме или в приложениях к ней указываются номинальные
параметры (напряжения, мощности, сопротивления и т.д.) всех элементов (систем (S
МВ∙А;
линий электропередачи (lW, км; худ, Ом/км); реакторов (х
, МВ∙А; х
ном С
*ном С
); генераторов, синхронных компенсаторов (S
); трансформаторов, автотрансформаторов (S
, МВ∙А; uк, %);
ном Т
, Ом)), сопротив-
номLR
ном G
ления которых учитываются при расчетах токов КЗ.
Звездочкой обозначены величины, выраженные в относительных единицах.
В отдельных случаях для уточненных расчетов в схеме должны указываться также параметры нагрузки.
При расчетах токов КЗ в установках напряжением до 1 кВ необходимо
учитывать сопротивления шин, трансформаторов тока, рубильников, автоматических выключателей, параметры которых должны учитываться в расчетной
схеме.
С целью упрощения расчетов для каждой электрической ступени в рас-
,
четной схеме вместо ее действительного напряжения на шинах указывают
среднее напряжение Uср, кВ, согласно следующей шкале: 770; 515; 340; 230;
154; 115; 37; 24; 20; 18; 15,75; 13,8; 10,5; 6,3; 3,15.
Приняв для каждой электрической ступени среднее напряжение, считают,
что номинальные напряжения всех элементов, включенных на данной ступени,
равны среднему напряжению.
13
номномном
UI3S
номномном
I3/Uх
UI3S
I3/Uх
ном(ном)*
U/UU
ном(ном)*
I/II
ном(ном)*
S/SS
2
номномномномном(ном)*
U/SхU/хI3x/xx
ббб
UI3S
ббб
I3/Uх
б*
U/UU
б*
I/II
б*
S/SS
2
ббббб*
U/SхU/хI3x/xx
Пример расчетной схемы приведен на рис. 6.
Для определения сопротивления элементов сети на расчетной схеме параметры обычно указываются в именованных единицах, в относительных единицах или в процентах.
Вычисления величин в относительных единицах
Возьмем какой-либо элемент трехфазной цепи (трансформатор, генератор, реактор) со следующими номинальными параметрами: U
S
, МВ∙А; х
ном
ном
, Ом.
, кВ; I
ном
ном
, кА;
Номинальные параметры связаны между собой:
;
.
Любой другой режим работы того же элемента цепи, включая и режим
КЗ, характеризуется некоторыми значениями напряжения U, тока I, мощности
и сопротивления
, которые можно выразить в долях соот-
ветствующих номинальных параметров данного элемента, принимаемых в данном случае за базовые:
;
;
;
.
Полученные значения являются относительными величинами, характеризующими элемент цепи при заданных условиях работы.
Относительные значения тока, напряжения и других параметров можно
определять по отношению к любой базовой системе величин, положенных в
основу расчета. В базовую систему величин входят базовая мощность
, базовое напряжение Uб, базовый ток Iб, базовое сопротивление
. Произвольно можно задаться только двумя базовыми величина-
ми, а по ним определяют оставшиеся значения.
Относительные базовые значения:
;
;
;
.
14
100U%U
ном)(*
100I%I
ном)(*
100S%S
ном)(*
100x%x
ном)(*
2
бно м
2
номб
)ном(*
бно м
номб
)ном(**
US
US
x
UI
UI
хх
ф*
ф,б
ф
лин,б
лин
лин*
U
U
U
U
U
U
***
/хUI
***
IUS
d
х
2
ном
ном
d
ном
ном
d)ном(*d
U
S
х
U
I3
хх
В каталогах и заводских информационных материалах всегда приводятся
относительные значения параметров по отношению к номинальным, принятым
в данном случае за базовые.
В некоторых случаях относительные номинальные величины выражают в
процентах:
Относительное базовое сопротивление, если базовые условия отличны от
номинальных:
Относительные значения линейных и фазных напряжений численно равны между собой:
Поэтому закон Ома в относительных единицах
трехфазной сети
Определение сопротивлений элементов расчетной схемы
;
;
;
.
.
.
, мощность
Синхронные машины. В расчетных схемах синхронные машины вводятся сверхпереходным значением индуктивного сопротивления по продольной
оси
, которое указывается в каталогах в относительных единицах или в про-
центах при номинальных базовых условиях:
.
Активное сопротивление электрических машин высокого напряжения во
много раз меньше индуктивного (х/r=15…150).
При расчетах токов КЗ генераторы в ряде случаев объединяют, заменяя
обобщенным эквивалентным источником. Если точка КЗ находится у выводов
генератора (синхронного компенсатора) или на небольшом удалении от них,
например за трансформатором связи электростанции с энергосистемой, то такие электрические машины учитываются в схеме своими параметрами. Вся
15
срп,0к
UI3S
к
2
ср
0,п
ср
с
S
U
I3
U
х
отк,ном
ср
с
I3
U
х
остальная часть энергосистемы, где обычно сосредоточивается преобладающая
генераторная мощность, рассматривается как единый источник – система с шинами неизменного напряжения, участие которого в питании КЗ ограничено
только сопротивлениями тех элементов (линии, трансформаторы, реакторы),
через которые точка КЗ связана с этой частью системы.
Мощность короткого замыкания
.
Индуктивное сопротивление системы относительно точки КЗ
,
где Uср – среднее напряжение той ступени, для которой известен ток I
п,0
или мощность Sк.
Сопротивление энергосистемы. Определяется приближенно из условия
предельного использования выключателя, установленного или намечаемого к
установке в данном узле энергосистемы, то есть считая, что ток при трехфазном
КЗ непосредственно за этим выключателем равен его номинальному отключаемому току I
ном,отк
:
.
Возможно также задание системы параметрами эквивалентного генератора, то есть относительным номинальным сопротивлением х
мощностью S
, равной сумме номинальных мощностей источников.
ном
и номинальной
*с(ном)
Среднее значение отношения x/r для системы в целом:
– если КЗ отделено от системы линиями электропередачи, то отношение
уменьшается;
– с сокращением длины линий приближением КЗ к шинам мощных станций значение отношения возрастает.
Трансформаторы и автотрансформаторы. Для каждого силового
трансформатора в паспорте задается значение напряжения КЗ uк%, которое
равно относительному номинальному сопротивлению трансформатора:
16
%Z%u
тк
.
Так как для трансформаторов xт>>rт, то Zт%≈х т%.
Для двухобмоточных трансформаторов в справочниках задаются величины u
%. Для трехобмоточных трансформаторов, автотрансформаторов и
кВ-Н
трансформаторов с расщепленными обмотками напряжения КЗ задаются для
каждой пары обмоток. При определении индуктивных сопротивлений для каждой обмотки применяются уравнения, приведенные в табл. 1.
Реакторы. Для реакторов в паспорте указывают номинальный ток и со-
противление реактора.
Воздушные и кабельные линии электропередачи. Указывают длины
линий с учетом того, что удельные значения индуктивных сопротивлений на
фазу линий можно принимать, исходя из средних значений, указанных в
табл. 2.
Для генераторов, синхронных компенсаторов и электродвигателей в расчетной схеме необходимо задавать значение сверхпереходной эдс. Условно
считают, что все синхронные машины до КЗ работали с полной номинальной
нагрузкой при номинальном коэффициенте мощности и номинальном напряжении на выводах. Принимают, что все синхронные машины снабжены АВР и
устройствами форсировки возбуждения. Средние значения эдс источников приведены в табл. 3.
17
Наименование
Исходная схема, исходные данные
Схема замещения
Расчетные выражения
при номинальных условиях
Трехобмоточный
трансформатор, автотрансформатор
х
тВН
%=0,5(u
кВН-НН
%+
+u
кВН-СН
%-u
кСН-НН
%)
х
тСН
%=0,5(u
кВН-СН
%+
+u
кСН-НН
%-u
кВН-НН
%)
х
тНН
%=0,5(u
кВН-НН
%+
u
кСН-НН
%-u
кВН-СН
%)
Двухобмоточный
трансформатор
хт%=u
кВН-НН
%
Группа однофазных
трансформаторов с
обмоткой низшего
напряжения, разделенной на три ветви
хтВН=0
хтНН1%= хтНН2%=
=хтНН3%=3uкВН-НН%
Сдвоенный реактор
хС=-kсвхLR, Ом
х1=х2=(1+kсв)хLR, Ом
Группа двухобмоточных однофазных
трансформаторов с
обмоткой низшего
напряжения, разделенной на две ветви
хтВ=0
хтНН1%= хтНН2%=
=хтНН3%=2uкВН-НН%
Таблица 1
Схемы замещения трансформаторов, автотрансформаторов и
сдвоенных реакторов
18
Наименование
Исходная схема, исходные данные
Схема замещения
Расчетные выражения
при номинальных
условиях
Трехфазный трансформатор с обмоткой низшего напряжения, разделенной
на две части
а
хтВН%=0,125uкВННН%;
хтНН1%= хтНН2%=
=1,75uкВН-НН%
б
хтВН%=uкВН-НН%-
-0,5u/кНН1-НН2%
хтНН1%= хтНН2%=
=u/кНН1-НН2%
u/кНН1-НН2% –
задается в каталогах
относительно
SНН1=SНН2=0,5SномТ
Линия электропередачи
Худ, Ом/км
Одноцепная воздушная линия, кВ
6–220
0,4
220–330 (при расщеплении на два провода в фазе)
0,325
400–500 (при расщеплении на три провода в фазе)
0,307
750 (при расщеплении на четыре провода в фазе)
0,28
Трехжильный кабель, кВ
6–10
0,08
35
0,12
Одножильный маслонаполненный кабель, кВ
110–220
0,16
Окончание табл. 1
Средние значения удельных индуктивных сопротивлений линий
электропередачи
Таблица 2
19
*
Е
Источник
номЕ*
, о.е.
Турбогенератор мощностью, МВт:
до 100
100-1000
1,08
1,13
Гидрогенератор с успокоительными обмотками
1,13
Гидрогенератор без успокоительных обмоток
1,18
Синхронный компенсатор
1,2
Синхронный электродвигатель
1,1
Асинхронный электродвигатель
0,9
Энергетическая система
1,0
1Е
)ном(*
85,0Е
)ном(*
35,0х
)ном(*
Таблица 3
Средние значения сверхпереходных эдс
при номинальных условиях
Нагрузка, включенная непосредственно у генераторов и имеющая мощность, соизмеримую с мощностью генераторов, учитывается путем коррекции
эдс последних до значения
. Мощные нагрузки, включенные вблизи
места КЗ, учитываются в виде обобщенного источника со своими параметрами
;
. Нагрузки, отделенные от места КЗ длинными лини-
ями, ступенями трансформации, обычно не учитываются.
2. По расчетной схеме составляется эквивалентная схема замещения,
все сопротивления на ней нумеруются.
На расчетной схеме электроустановки намечают точки, в которых предполагается КЗ. Затем для выбранной точки КЗ составляют эквивалентную электрическую схему замещения. Схема замещения – электрическая схема, соответствующая по исходным данным расчетной схеме, в которой все магнитные
связи заменены электрическими.
Параметры расчетной схемы (табл. 4) могут быть выражены в именованных или относительных единицах. При расчетах в именованных единицах все
сопротивления должны быть выражены в омах и приведены к одному базовому
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]