Переходные процессы / Курсовая работа / Курсовая работа

Министерство образования Российской Федерации

КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра электроснабжения промышленных предприятий

ТОКИ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ В СИСТЕМЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Методические указания

ккурсовой работе по курсу «Переходные процессы

всистемах электроснабжения» для студентов всех форм обучения специальности 100400 – «Электроснабжение»

Краснодар 2003

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

УДК 621.316.001

ТОКИ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ В СИСТЕМЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Методические указания к курсовой работе по дисциплине «Переходные процессы в системах электроснабжения» для студентов всех форм обучения специальности 100400 – «Электроснабжение» / Кубан. гос. технол. ун-т; сост. Б.А. Коробейников, Л.И. Деревцова, А.И. Ищенко. Красно-

дар, 2003. – 28 с.

Определяются токи трехфазного и двухфазного короткого замыкания в системе электроснабжения, производится сравнение токов к.з. для различных мест и видов короткого замыкания.

Ил. 1. Табл. 3. Библиогр.: 4 назв.

Печатается по решению Редакционно-издательского совета Кубанского государственного технологического университета

© Кубанский государственный технологический университет

1.ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1.Изучение электромагнитных переходных процессов основывается на знаниях, которые получены в курсах математики, теоретических основ электротехники, электрических систем и сетей, электрических машин

идр.

1.2.Проектирование систем электроснабжения требует выполнения значительной расчетной работы, существенное место среди которой занимает вычисления величин токов при внезапных коротких замыканиях. Современные промышленные предприятия характеризуются большой сложностью систем электроснабжения, содержащих не только потребители, но

иисточники активной и реактивной мощности, поэтому расчеты величин токов и напряжений при коротких замыканиях являются довольно трудоемкими.

1.3.Цель курсовой работы является развитие навыков самостоятельной работы у студентов по расчетам симметричных и несимметричных коротких замыканий в системе электроснабжения промышленного предприятия.

2.ТЕМАТИКА КУРСОВОЙ РАБОТЫ

2.1.Для выполнения курсовой работы задана расчетная схема электроснабжения промышленного предприятия с сетью напряжением свыше 1000 В. Указаны точки короткого замыкания, мощность короткого замыкания на шинах главной понизительной подстанции, мощности генераторов ТЭЦ. Необходимо произвести расчет токов короткого замыкания с учетом подпитывающего эффекта высоковольтных электрических двигателей.

2.2.Объем курсовой работы определяется заданием, которое задает руководитель. Объем пояснительной записки должен быть 35 – 40 страниц рукописного текста. При выполнении студентом исследовательской работы по тематике данной курсовой работы один из вопросов задания по согласованию с руководителем может быть выполнен в большем объеме при исключении других вопросов типового задания.

3.СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

3.1.Электрические сети промышленных предприятий свыше 1000В питаются от районной энергосистема и в некоторых случаях имеют собственную ТЭЦ. При расчетах таких сетей необходимо учитывать сопротивления системы, генераторов ТЭЦ, двигателей, силовых трансформаторов и

3

автотрансформаторов, реакторов, воздушных и кабельных линий, а также токопроводов. Пренебрежение активными сопротивлениями допустимо,

когда rΣ ≤ 13 XΣ . Не учитываются сопротивления коммутационных ап-

паратов, трансформаторов тока и некоторых других элементов сети. Существенное влияние на величину начального тока короткого за-

мыкания (к.з.) могут оказать крупные двигатели, которые подключены вблизи от места к.з.. При расчетах необходимо учитывать двигатели, находящиеся на одной ступени трансформации вместе с точкой к.з., а также двигатели мощностью более 100 кВт, если они отделены от места к.з. одной ступенью трансформации. Двигатели, отделенные от места к.з. двумя и более ступенями трансформации, не учитываются, исключение составляет случай, когда суммарная мощность группы двигателей достаточно велика (соизмерима с мощностью трансформатора, связывающего данную установку с системой).

Группу двигателей, подключенных к одним сборным шинам, можно заменить одним эквивалентным двигателем, исключая объединение синхронных и асинхронных двигателей.

Если к выводам ТЭЦ на промышленном предприятии подсоединена нагрузка, мощность которой соизмерима с мощностью генераторов и точка к.з. расположена на выводах этих генераторов, то эту нагрузку не вводят в

расчетную схему, а приближенно учитывают, принимая сверхпереходную ЭДС генератора в относительных единицах, равную 1.

Определение токов к.з. для сетей промышленных предприятий свыше 1000 В производится с помощью эквивалентной схемы, получаемой из расчетной схемы заменой соответствующих элементов сопротивлениями и ЭДС.

3.2. Генераторы вводятся в схему, эквивалентную своими сверхпере-

ходными параметрами – сверхпереходной реактивностью Х′d′ и сверхпере-

ходной ЭДС - E′′.

Реактивность указанных элементов, приведенная в справочниках, задана в относительных единицах при номинальных условиях, т.е. дано

X d.ном. Активным сопротивлением обмоток генератора пренебрегают. Реактивность генератора в именованных единицах можно найти как

где Uном - номинальное напряжение генератора, кВ; Sном - номинальная мощность генератора, МВ·А.

4

ЭДС генератора в относительных единицах при номинальных условиях определяется согласно выражению.

где ϕном - угол сдвига между напряжением и током генератора.

3.3. Энергосистема, питающая систему электроснабжения предприятия, вводится в схему замещения реактивностью Хотм и значением номинального напряжения первичной стороны питающего трансформатора

Uном.

Индуктивное сопротивление питающей системы приближенно определяется в именованных единицах, как

где I′к′ (S′к′) - ток (мощность) к.з. на шинах питающей подстанции, кА

(МВ·А).

В относительных единицах при заданных базисных условиях

где Iδ (Sδ) - базисный ток (мощность), кА, (МВ·А).

3.4. Схемы замещения двухобмоточного трансформатора представляются в виде последовательного соединения активного и реактивного сопротивлений. Активное сопротивление двухобмоточного трансформатора в относительных единицах при номинальных условиях

где Рк - потери короткого замыкания, кВт;

Sт.ном - номинальная мощность трансформатора, кВт.

Полное сопротивление трансформатора в относительных единицах при номинальных условиях:

где Uк - напряжение короткого замыкания, % Индуктивное сопротивление соответственно

5

Для трансформаторов мощностью более 1000 кВ·А можно принять

Z*т.ном X*т.ном.

3.5. Схемы замещения кабельных и воздушных линий в сетях свыше 1000 В представляются в виде последовательного соединения активного и индуктивного сопротивлений.

Активное, реактивное и полное сопротивление линий в относительных единицах при базисных условиях определяется по выражениям:

где rол , x ол- удельные сопротивления линий, Ом/км;

l – длина линий, км;

Sδ - базисная мощность, MB·А;

Uδ - базисное напряжение той ступени, где расположена линия, кВ.

3.6. Синхронные и асинхронные двигатели в сетях свыше 1000 В вводятся в эквивалентную схему последовательно соединенными реактив-

ностью X′д′, активным сопротивлением rд и значением сверхпереходной

ЭДС Ед .

Сверхпереходная ЭДС Е′′да.ном асинхронного двигателя в относительных единицах при номинальных условиях находится по формуле:

При этом сверхпереходное сопротивление в относительных едини-

цах

где Кп - пусковой коэффициент.

Активные сопротивления статора и ротора в относительных едини-

цах

6

sa - номинальное скольжение двигателя.

Для синхронных двигателей сверхпереходная ЭДС в относительных единицах при номинальных условиях

где Х′′дс.ном - сверхпереходное сопротивление синхронного двигателя в

относительных единицах при номинальных условиях.

В приближенных расчетах сверхпереходная ЭДС и реактивность в относительных единицах

Е′′дс.ном 1,1; Х′′дс.ном = 0,2 .

Активное сопротивление статора синхронного двигателя можно принять равным активному сопротивлении статора асинхронного двигателя равновеликой мощности и частоты вращения поля.

3.7. Если к сборным шинам подключена группа двигателей, то их можно заменить одним эквивалентным при условиях, изложенных в п. 3.1.

Так как двигатели связаны со сборными шинами через питающие кабели, то с учетом кабелей эквивалентное сопротивление

где Х′′д.ном.i - реактивность i-го двигателя;

Хкбi - реактивность кабеля, питающего i-й двигатель, Ом.

7

При этом номинальная мощность эквивалентного двигателя определяются как

где ηном.i - КПД i-го двигателя; n – число двигателей;

Pном.i - активная мощность i-го двигателя, МВт.

Если эквивалентируемые двигатели и питающие кабели одинаковы,

то

Реактивность кабеля можно не учитывать в расчетах, если для двигателя с номинальным напряжением 6 кВ длина кабеля

для двигателя с номинальным напряжением 10 кВ

Активное сопротивление эквивалентного двигателя в относительных единицах при номинальных условиях

Если объединяемые двигатели одинаковы, то

8

где F - сечение кабеля, мм2.

Активное сопротивление ротора эквивалентного асинхронного дви-

3.8. Элементы расчетной эквивалентной схемы сети промышленного предприятия свыше 1000 В могут быть определены как в относительных,

9

так и в именованных единицах. Поэтому найденные ЭДС и сопротивления должны быть выражены в одинаковых единицах.

Если ЭДС источников питания найдены в относительных единицах при номинальных условиях, то значение ЭДС в относительных единицах

При определении сопротивлений элементов в относительных единицах при выбранных базисных условиях необходимо в расчеты вводить ба-

зисные величины Uб и Iб той ступени, где располагается данный элемент. Если сопротивления элементов найдены в относительных единицах при номинальных условиях, то для приведения к общим базисным услови-

ям необходимо использовать выражения

Если сопротивления элементов найдены в именованных единицах, то

После определения необходимых параметров эквивалентную схему приводят к простейшему виду известными преобразованиями.

Объединение однотипных источников можно произвести заменой отдельных генерирующих ветвей с ЭДС E1, E2 ,...En одной ветвью с величинами

10