Составители: д-р техн. наук, проф. Б.А. Коробейников; канд. техн. наук, доц. А.И. Ищенко

УДК 621.311.1.001.45(076.5)

Расчет несимметричных коротких замыканий на модели постоянного тока. Методические указания к лабораторной работе № 14.2 по дисциплине «Переходные процессы в системах электроснабжения» для студентов всех форм обучения специальности 140211 – Электроснабжение / Сост. Б.А. Коробейников, А.И. Ищенко; Кубан. гос. технол. ун-т. Кафедра электроснабжения промышленных предприятий. – Краснодар: Изд. КубГТУ, 2007. – 12 с.

Рассматривается конкретный пример расчета несимметричного короткого замыкания в электрической системе (в соответствии с вариантом). Схема модели строится на основании эквивалентной комплексной схемы системы.

Ил. 4. Библиогр.: 3 назв.

Печатается по решению Редакционно-издательского совета Кубанского государственного технологического университета

1 ВВЕДЕНИЕ

Расчет токов коротких замыканий (к. з.) в сложных электрических системах связан со значительными трудностями. Применение расчетных столов (моделей) позволяет существенно упростить эти расчеты и свести их к непосредственным измерениям величин и весьма простому приведению полученных значений к действительным.

При расчетах коротких замыканий в высоковольтных электрических системах, как правило, пренебрегают активными сопротивлениями элементов, рассчитывая распределение токов в схеме эквивалентной с индуктивными элементами [l]. Кроме того, известно, что угол сдвига между векторами электродвижущих сил (ЭДС) генераторов в системе не превышает 20-30°, что позволяет не учитывать различия фаз ЭДС генераторов. Из вышеуказанного вытекает возможность применения модели постоянного тока для расчета токов короткого замыкания.

Вданной работе используется расчетный стол постоянного тока, позволяющий регулировать шесть ЭДС независимо друг от друга, определить токи короткого замыкания, токораспределение и остаточное напряжение в любой точке системы при коротком замыкании в одной точке. Кроме того, с помощью модели можно найти сопротивление всей схемы относительно любой точки короткого замыкания.

Врассматриваемой работе с помощью расчетного стола постоянного тока, необходимо произвести расчеты несимметричного короткого замыкания для указанного варианта, используя метод симметричных составляющих.

При использовании расчетных моделей удобны комплексные эквивалентные схемы. В этом случае эквивалентные схемы системы (рисунок 1) отдельных последовательностей объединяют в комплексную схему, имеющую различные виды соединений в зависимости от вида короткого замыкания (рисунок 2).

Вприложении Б рассмотрен пример составления комплексной эквивалентной схемы для однофазного короткого замыкания.

2 ЦЕЛЬ И ПРОГРАММА РАБОТЫ

Цель работы – использование расчетного стола постоянного тока для расчета несимметричных коротких замыканий в электрических системах.

Программа работы:

•ознакомление с устройством и принципом действия расчетного стола постоянного тока;

4

Рисунок 1 – Схема структурная электрической системы G1 – ТЭЦ;

G2 – ГЭС;

Н– обобщенная нагрузка.

•составление эквивалентных схем электрической системы прямой, обратной и нулевой последовательности при коротких замыканиях;

•составление комплексных эквивалентных схем при несимметричных коротких замыканиях;

•расчет параметров комплексной эквивалентной схемы в относительных единицах;

•сборка схемы на расчетном столе;

•определение токов прямой, обратной и нулевой последовательности для заданной точки короткого замыкания;

•определение токов в месте несимметричного к. з.;

•выводы.

5

а) для двухфазного короткого замыкания; б) для однофазного короткого замыкания;

в) для двухфазного короткого замыкания на землю

Рисунок 2 – Схемы эквивалентные (замещения) комплексные б) составление эквивалентных схем электрической системы прямой,

обратной и нулевой последовательности при коротких замыканиях; в) составление комплексных эквивалентных схем при несимметрич-

ных коротких замыканиях; г) расчет параметров комплексной эквивалентной схемы в относи-

тельных единицах; д) сборка схемы на расчетном столе;

е) определение токов прямой, обратной и нулевой последовательности для заданной точки короткого замыкания;

ж) определение токов в месте несимметричного к. з.; з) выводы.

3. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

Описание установки приведено в [2].

6

4.УКАЗАНИЕ МЕР БЕЗОПАСНОСТИ

4.1.Следует установить потенциометры на панели расчетного стола

внулевое положение до подачи напряжения на стол.

4.2.По окончании работы следует выключить тумблер «сеть» на панели стола.

5. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ

5.1.Для указанного преподавателем варианта (см. приложение 1) нужно составить эквивалентные схемы различных последовательностей исходной схемы системы (см. рис. 1).

5.2.Следует рассчитать элементы эквивалентных схем различных последовательностей в относительных единицах. Для этого необходимо

задаться базисной мощностью Sб и базисным напряжением Uб и при-

вести все сопротивления и ЭДС к базисным условиям в соответствии с формулами:

где Х*б - сопротивление элемента системы, отнесенное к базисным условиям;

Х*ном - сопротивление элемента системы, отнесенное к номинальным условиям;

Uном - номинальное напряжение элемента системы, МВ·А; Sном- номинальная мощность элемента системы, МВ·А ; X - сопротивление элемента системы, Ом;

E*б - ЭДС элемента системы, отнесенная к базисным условиям; Е*ном - ЭДС элемента системы, отнесенная к номинальным услови-

ям.

7

Значения ЭДС генераторов определяются по приближенной формуле

где Х′d′ - сверхпереходное сопротивление генератора.

5.3. Комплексная эквивалентная схема составляется на основании эквивалентных схем последовательностей. Схема для исследования режима получается преобразованием комплексной эквивалентной схемы к виду, удобному для набора на модели. Сопротивления, набираемые на расчетном столе Rмод определяется исходя из масштаба сопротивлений

Для масштаба сопротивлений mX целесообразно применять числа

0,01; 0,1; 0,001.

Следует иметь ввиду, что при малых сопротивлениях элементов схемы могут сказаться переходные сопротивления гнезд магазинов к штекерам соединительных шнуров, а при больших сопротивлениях может оказаться недостаточной чувствительность применяемых приборов.

Если схема имеет одинаковые ЭДС, то необходимо создать фиктивный узел, объединяющий все точки питания с одинаковыми ЭДС, что делается включением ряда ключей набора узлов. Затем в одно из штепсельных гнезд соединительных шнуров, соединенных ключами набора узла, вставляется вилка одного из генераторов.

5.4.Для набора сопротивлений всех элементов необходимо штекеры шнуров, имеющие те же номера, что и концы каждого элемента схемы, вставить в соответствующие гнезда магазинов сопротивлений.

5.5.Непосредственными замерами по приборам определяются токи в модели при к. з. для этого необходимо:

а) подвести питание к набранной схеме, включив тумблер питания. При этом предварительно проверяется вывод потенциометров генератора (до отказа против часовой стрелки);

б) двухпозиционные переключатели измерительных приборов установить в верхнее положение. Нажимая кнопку вызова измерений генератора, медленно поворачивая рукоятку потенциометра поднять напряжение до тех пор, пока показания приборов будут удобны для отсчета.

Устанавливается масштаб ЭДС

где E* - расчетная ЭДС генератора;

8

Uмод - установленное напряжение генераторов на модели. Рекомендуется mU =1.

в) двухпозиционный переключатель прибора МВ-1 (миллиамперметр) перевести в нижнее положение, а МВ-2 (милливольтметр) – в верхнее. При помощи кнопок вызова измерений соединительных шнуров необходимо найти токи различных последовательностей в месте к.з.

После окончания измерений ручки потенциометров и переключатели устанавливаются в исходное положение, после чего снимается питание с модели.

5.6. На основании полученных показаний приборов произвести расчет тока прямой последовательностей по формуле

где Iмод - ток модели, А; Iб - базисный ток, кА.

5.7. Определить ток несимметричного короткого замыкания по фор-

муле

При двухфазном коротком замыкании на земле для определения

m(1,1) необходимо, исходя из схемы замещения для обратной последовательности, найти эквивалентное сопротивление обратной последовательности Х22, а исходя из схемы замещения для нулевой последовательности, найти эквивалентное сопротивление нулевой последовательности Х02.

6.СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

6.1.Титульный лист.

6.2.Исходные данные.

6.3.Схема замещения для различных последовательностей.

9

6.4.Расчеты параметров схемы замещения, выполненные в относительных единицах.

6.5.Комплексная схема замещения для заданного вида к.з.

6.6.Эскиз схемы замещения, подготовленной к набору на расчетном

столе

6.7.Результаты измерений и расчетов.

6.8.Выводы.

7.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

7.1.Сущность метода симметричных составляющих.

7.2.Правила составления схем замещения отдельных последовательностей и комплексной схемы.

7.3.Изменения комплексной схемы замещения в зависимости от вида короткого замыкания.

7.4.Формулы перевода из относительных номинальных и именованных в базисные единицы и наоборот.

7.5.Основные правила работы на расчетном столе:

а) подготовка схемы замещения к работе на расчетном столе; б) набор сопротивлений, узлов; в) работа на пульте управления; г) выбор масштабов.

ЛИ Т Е Р А Т У Р А

1.УЛЬЯНОВ С. А. Электромагнитные переходные процессы. –

М-Л.: Энергия, 1964. – 704 с.

2.ОПИСАНИЕ работы на расчетном столе постоянного тока/ Б.А. Коробейников, Л.И. Деревцова. – Краснодар: Краснод. политехн. ин-т, 1980 – 6 с.