Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Расчётные условия короткого замыканияСтр 1 из 6Следующая ⇒
РАСЧЁТ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
Методические указания к курсовому и дипломному проектированию для студентов специальности «Электрооборудование и электрохозяйство предприятий, организаций и учреждений» (140610).
Новокузнецк
УДК 621/34(075) Р Рецензент Кандидат технических наук, профессор кафедры автоматизированного электропривода и промышленная электроники СибГИУ Кунинин П.Н.
Р Расчёт коротких замыканий в системах электроснабжения: метод. указ. / Сиб. гос. индустр. ун-т; сост.: В.С. Князев, Г.С. Свирская. – Новокузнецк: СибГИУ, 2011. – 56с.: ил. Изложены рекомендации и методические указания по выполнению раздела «Расчёт токов короткого замыкания» курсового и дипломного проектов. Приведены примеры расчёта различных видов коротких замыканий в системах электроснабжения среднего (до 1000В) и высокого (выше 1кВ) напряжений. Предназначены для студентов специальности «Электрооборудование и электрохозяйство предприятий, организаций и учреждений» (140610). СОДЕРЖАНИЕ
Введение……………………………………..……………... 4 1. Режим короткого замыкания …………..….………….... 5 1.1. Расчётные условия короткого замыкания ……….…7 1.2. Расчётный вид короткого замыкания …...………….7 1.3. Расчётная схема ……………………….……….…... 9 1.4. Расчётные точки короткого замыкания …………... 10 1.5. Схема замещения ………...………………...….…..10 1.6. Токи короткого замыкания ………………..…..… 12 2. Расчёт токов короткого замыкания в энергосистемах напряжением выше 1 кВ ………………………….… 13 2.1 Расчёт токов трёхфазного короткого замыкания в системах неограниченной мощности ……………13 2.2.Расчёт токов КЗ при питании от системы ограниченной мощности.. …………………………. 16 2.3. Расчёт ударного тока при коротком замыкании..... 16 2.4. Определение наибольшего действующего значения тока за первый период от начала процесса КЗ...... 18 2.5. Учёт подпитки мест короткого замыкания от электродвигателей ………………………………. 19 2.6. Расчёт токов двухфазного КЗ …………………… 21 Пример 1 ……………………………………………..… 22 Пример 2 ……………………………………………..… 31 3. Расчёт токов короткого замыкания в энергосистемах напряжением до 1000 В ……………………………… 34 3.1 Расчёт токов трёхфазного короткого замыкания … 35 3.2 Расчёт токов двухфазного короткого замыкания... 37 3.3 Расчёт токов однофазного короткого замыкания... 37 Пример 3 ……………………………………………..… 39 Библиографический список …......…………………..….. 44 Приложение А …………………………………………… 45 Приложение Б …………………………………….……… 52 Приложение В …………………………………………… 55 Приложение Г …………………………………………… 56 Приложение Д …………………………………………… 56 Приложение Е …………………………………………… 57 Приложение Ж …………………………………………… 57
ВВЕДЕНИЕ Для электроустановок характерны четыре режима: нормальный, аварийный, послеаварийный и ремонтный. Аварийный режим является кратковременным режимом, а остальные – продолжительными режимами. Электрооборудование выбирается по параметрам продолжительных режимов и проверяется по параметрам кратковременных режимов, определяющим из которых является режим короткого замыкания (КЗ). По режиму КЗ оборудование систем электроснабжения выбирается и проверяется на электродинамическую и термическую стойкости, а коммутационные аппараты – также на коммутационную способность. В методических указаниях рассмотрены методы расчёта коротких замыканий в электроустановках напряжением выше 1кВ и до 1000В с учётом особенностей физических процессов, происходящих при различных видах коротких замыканий. Данная работа предназначена студентам-энергетикам для выполнения расчётов токов короткого замыкания в системах электроснабжения с целью выбора и проверки электрооборудования по режиму КЗ. Приведены примеры расчёта режимов короткого замыкания в системах электроснабжения. РЕЖИМ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ Коротким замыканием называют всякое случайное или преднамеренное, не предусмотренное нормальным режимом работы, электрическое соединение различных точек электроустановки между собой или с землёй. Короткое замыкание является, как правило, результатом нарушения изоляции электрооборудования из-за старения изоляционных материалов или перенапряжений, недостаточно тщательным уходом за электрооборудованием, ошибочными действиями обслуживающего персонала, механическими повреждениями изоляции. При возникновении КЗ в электрической системе сопротивление цепи резко уменьшается, что приводит к значительному увеличению токов в отдельных ветвях системы по сравнению с токами нормального режима. Обычно в месте замыкания образуется некоторое переходное сопротивление, состоящее из сопротивления возникшей электрической дуги и сопротивлений прочих элементов пути тока от одной фазы к другой или от фазы на землю. В ряде случаев переходные сопротивления могут быть столь малы, что практически ими можно пренебречь – такие замыкания называют металлическими. Когда требуется найти возможные наибольшие токи, исходят из наиболее тяжёлых условий, полагая КЗ металлическим. Многократно превышая наибольший допустимый ток продолжительного (нормального) режима, токи в аппаратах и проводниках, примыкающих к месту электрического соединения (точке КЗ), вызывают нагрев токоведущих элементов и проводников выше допустимого – тепловое действие тока КЗ. Кроме теплового действия, токи короткого замыкания вызывают между проводниками большие механические усилия – электромеханическое действие тока КЗ. Эти усилия особенно велики в начальной стадии процесса КЗ, когда ток достигает максимума. При недостаточной прочности проводников и их креплений возможно разрушение их при КЗ. Значительное увеличение токов в ветвях приводит к снижению напряжений в системе, которое особенно велико вблизи от места КЗ. Глубокое снижение напряжений при КЗ отрицательно сказывается на работе потребителей (при понижении напряжения в течение 1сек и более на загруженные электродвигатели могут остановиться и, оставаясь включенными в сеть, вызвать дальнейшее снижение напряжения в сети). При задержке отключения КЗ сверх допустимой продолжительности, возможно нарушение нормального электроснабжения не только данного предприятия, но и всей системы электроснабжения. Чем ближе короткое замыкание к электростанции, тем оно опаснее, так как отключается большее количество электроприёмников, ток КЗ имеет большую величину по сравнению с токами короткого замыкания в более удалённых от электростанции точках. Расчёт токов короткого замыкания необходим для выбора аппаратов и проводников, их проверки по условиям термической и электродинамической стойкости при КЗ, для определения параметров срабатывания, проверки чувствительности и согласования действия устройств релейной защиты электроустановок. В результате расчета токов короткого замыкания определяются токи, протекающих по участкам сети, остаточные напряжения в момент короткого замыкания в расчетных точках. Выбор расчётных точек производится на основе анализа схемы электроснабжения с целью нахождения наиболее неблагоприятных условий повреждений, определяющих выбор аппаратов и проводников. Учитывая дискретный характер изменения параметров электрооборудования и так как для выбора аппаратов и проводников не требуется большой точности, расчёт токов КЗ производится приближённым практическим методом с принятием ряда допущений. При этом погрешность расчётов токов КЗ не должна превышать 5%. При выполнении расчётов токов КЗ практическим методом, как правило, не учитывают: 1) сдвиг по фазе ЭДС генераторов и изменение частоты вращения роторов синхронных машин; 2) ток намагничивания трансформаторов; 3) насыщение магнитных систем генераторов, трансформаторов, автотрансформаторов, электродвигателей; 4) ёмкостную проводимость воздушных и кабельных линий; 5) возможную несимметрию трёхфазной системы; 6) влияние недвигательной нагрузки на токи КЗ; 7) подпитку места КЗ в сети напряжением выше 1кВ со стороны электродвигателей напряжением до 1кВ. В трёхфазных системах с заземлённой нейтралью различают следующие основные виды КЗ в одной точке (в скобках условное обозначение КЗ и многолетняя аварийная статистика [Л. 2]: 1) трёхфазное ( , относительная вероятность 5%); 2) двухфазное ( , вероятность 10% ); 3) однофазное на землю ( , вероятность 65%); 4) двухфазное на землю, т.е. замыкание между двумя фазами с одновременным замыканием на землю ( , 20%). Трёхфазное короткое замыкание является симметричным, так как все фазы электрической цепи остаются в одинаковых условиях. Все другие виды КЗ являются несимметричными.
Расчётная схема Для выбора и проверки электрических аппаратов и проводников по условиям КЗ составляется расчётная схема. Расчётная схема представляет собой схему в однолинейном исполнении, в которую введены генераторы, компенсаторы и электродвигатели, оказывающие влияние на ток КЗ (непосредственно связанные с точкой КЗ электрически или находящиеся в зоне малой удалённости). Также она включает элементы системы электроснабжения, связывающие источники энергии с местом КЗ (трансформаторы, автотрансформаторы, реакторы, воздушные и кабельные линии и т.п.). На расчётной схеме электрической сети указываются аппараты и проводники, подлежащие выбору и проверке по условиям КЗ, устройства релейной защиты, для которых рассчитываются уставки срабатывания или проверяется чувствительность. Влияние синхронных компенсаторов, электродвигателей напряжением выше 1кВ на токи кз не учитывают при единичной мощности до 100 кВт если они удалены от расчётной точки кз силовыми трансформаторами, токоограничивающими реакторами и элементами сети, имеющими существенные сопротивления (длинные воздушные, кабельные линии и т. д.). Влияние электродвигателей при любой мощности можно не учитывать, если они удалены от места кз двумя и более ступенями трансформации или через обмотки сдвоенного реактора. При составлении расчётной схемы полагают, что все источники, включенные в расчётную схему, работают одновременно и ЭДС всех источников энергии совпадают по фазе. Удалённая от точки КЗ часть электроэнергетической системы представляется на расчётной схеме в виде одного источника энергии, имеющего неизменную по амплитуде ЭДС и сопротивление, равное эквивалентному сопротивлению заменяемой части системы. При изображении на расчётной схеме однотипных, одинаково соединённых с точкой короткого замыкания, электродвигателей целесообразно показывать их в виде одного эквивалентного электродвигателя, номинальная мощность которого записывается как число объединённых электродвигателей, умноженное на номинальную мощность единичного электродвигателя.
Схема замещения По расчётной схеме составляют схему замещения, на которой все элементы цепи короткого замыкания заменены ЭДС и сопротивлениями. При этом трансформаторные связи в расчётной схеме заменяются электрическими. В электроустановках напряжением выше 1кВ учитывают индуктивные сопротивления генераторов, синхронных компенсаторов, электродвигателей, силовых трансформаторов и автотрансформаторов, реакторов, воздушных и кабельных линий (сопротивления шин РУ, электрических аппаратов не учитывают ввиду их малой величины). Активные сопротивления следует учитывать только для воздушных линий с проводами малых сечений и стальными проводами, а также для протяжённых кабельных сетей малых сечений. В электроустановках напряжением до 1000В учитывают индуктивные и активные сопротивления всех элементов короткозамкнутой цепи (включая сопротивления переходных контактов аппаратов, токовых катушек, переходные сопротивления и т. п.). Элементы систем электроснабжения, связывающие источники электроэнергии с местом КЗ, вводят в схему замещения сопротивлениями, а источники электроэнергии – сопротивлениями и ЭДС. Сопротивления и ЭДС элементов схемы замещения должны быть приведены к одной ступени напряжения (основная ступень). В практических расчётах за основную ступень принимают ступень, где определяются токи короткого замыкания. На схеме замещения каждое сопротивление имеет цифровое обозначение в виде дроби: в числителе – порядковый номер сопротивления, а в знаменателе – его расчётное значение. Параметры элементов выражают в именованных или относительных единицах. В сетях напряжением выше 1кВ для расчёта токов КЗ обычно применяют относительные единицы (о.е.), а в сетях напряжением до 1000В – именованные единицы (мОм). Расчёты токов КЗ в относительных единицах позволяют применить при наличии большого числа трансформаций более простые формулы, существенно упрощая расчётные формулы. При составлении схемы замещения в относительных единицах значения ЭДС и сопротивлений элементов схемы выражают в долях выбранных значений базовых (базисных) величин. В качестве базисных величин принимают базисную мощность Sб и базисное напряжение Uб. За базисную мощность принимается суммарная мощность генераторов (если мощности электрогенераторов известны). При неизвестной мощности генераторов принимают Sб = 100 МВ× А (для мощных энергосистем принимают Sб = 1000 МВ× А). Для основной ступени (для которой выполнятся расчёт), базисное напряжение принимают равным среднему значению напряжения, превышающему номинальное напряжение сети на 5%: Uср = 0, 23кВ; 0, 4; 0, 69; 3, 15кВ; 6, 3кВ; 10, 5кВ; 37кВ; 115кВ. Базисные значения тока и сопротивления: . Значения мощности, напряжения, ЭДС, тока и сопротивления в относительных единицах определятся: ; ; ; . Индекс (звёздочка) показывает, что указанная величина выражена в относительных единицах, б или только б – в относительных единицах, приведённых к базисным условиям.
Токи короткого замыкания Ток КЗ представляется суммой периодической (изменяющейся во времени по синусоидальному закону) и апериодической (изменяющейся во времени без перемены знака) слагающих: . Периодическая слагающая тока КЗ (периодический ток) зависит от ЭДС генерирующих источников и сопротивления фазы короткозамкнутой цепи, изменяется c рабочей частотой : . Амплитуда и начальная фаза периодического тока: – комплексное сопротивление цепи КЗ. В большинстве практических случаев принимают, что амплитуда периодического тока КЗ от источника электрической энергии, имеющая начальное значение ( – начальное действующее значение периодического тока), не изменяется во времени: ( – действующее значение периодического тока в установившемся режиме КЗ). При КЗ вблизи выводов электрогенераторов (электродвигателей) следует учитывать, что амплитуда периодического тока изменяется во времени – затухает по экспоненте с постоянной времени Тп. Апериодическая составляющая тока (апериодический ток) всегда затухает по экспоненте с постоянной времени Та: . При расчёте токов КЗ апериодический ток учитывается, как правило, только при определении максимального значения тока при короткого замыкания – ударного тока iуд . Постоянная времени апериодического тока определяется параметрами цепи КЗ: . Для выбора аппаратов и проводников, для проверки их по условиям режима короткого замыкания рассчитывают: 1) – наибольшее начальное значение периодического тока КЗ ( – начальное действующее значение периодического тока, сверхпереходный ток); 2) Iпt – действующее значение периодического тока КЗ в произвольный момент времени t, вплоть до момента размыкания повреждённой цепи; 3) iа0 – начальное значение апериодического тока КЗ; 4) iаt – значение апериодического тока КЗ в произвольный момент времени, вплоть до момента размыкания повреждённой цепи; 5) iуд – ударный ток короткого замыкания; 6) Iу – действующее значение полного тока за первый период переходного процесса.
Ограниченной мощности В случае, когда отношение суммарного расчётного сопротивления источников питания к полному результирующему сопротивлению цепи КЗ составляет более 10%, систему следует отнести к системе ограниченной мощности. Система ограниченной мощности характеризуется непостоянством напряжения на шинах электростанции в различные моменты времени после короткого замыкания (при ). Для системы ограниченной мощности определение значений периодического тока КЗ в различные моменты времени процесса короткого замыкания выполняют по кривыми затухания - метод расчётных кривых [Л.1, Л.6, Л.8]. Для практических расчётов пользуются кривыми: для времени t = 0 - определение сверхпереходного тока ; для времени t = 0, 1 - определение значения тока I 0, 1; для времени t = 0, 2 - определение значения тока I 0, 2; для времени t = ¥ - определение установившегося тока I¥ . Порядок расчёта с помощью кривых затухания: 1) находят кривые, на которых нанесены, соответственно, обозначения: 0; 0, 1; 0, 2 и ¥ ; 2) с помощью кривых затухания по значениям определяют относительные значения периодического тока КЗ для рассматриваемых моментов времени - ; 3) действующие значения периодического тока КЗ в именованных единицах для различных моментов времени режима КЗ определятся по формуле: , А.
А.2. Силовые трансформаторы А.3. Реакторы ПРИЛОЖЕНИЕ Б Сопротивления кабелей Таблица Б.1 Параметры кабеля с алюминиевыми жилами в алюминиевой (AL), свинцовой (Pb) и непроводящей ( – ) оболочках
Таблица Б.2 Параметры кабеля с алюминиевыми жилами в алюминиевой (AL), свинцовой (Pb) и непроводящей ( – ) оболочках
Таблица Б.3 Параметры кабеля с медными жилами в стальной оболочке**
* – при температуре жилы 65°С; ** – заземление выполнено медным проводом сечением 120 мм2.
Таблица Б.4 Параметры кабеля с медными жилами в стальной оболочке
* – при температуре жилы 65°С.
Таблица Б.5 Параметры кабеля с медными жилами в стальной оболочке
* – при температуре жилы 65°С;
Таблица Б.6 Параметры четырёхжильных кабелей марки АПвПГ (АПвПГ) 0, 6/1 кВ и одножильных кабелей марки АПвП (АПвВ) 6/10 кВ
– сопротивление кабеля при прокладке треугольником; – сопротивление кабеля при прокладке в плоскости. ПРИЛОЖЕНИЕ В ПРИЛОЖЕНИЕ Г Сопротивления понижающих трансформаторов с вторичным напряжением 0, 4 кВ
Примечания: 1. Указанные в таблице значения сопротивлений масляных трансформаторов приведены к напряжению 0, 4 кВ; 2. Для трансформаторов с вторичным напряжением 0, 23 кВ данные таблицы следует уменьшить в 3 раза, а для трансформаторов со вторичным напряжение 0, 69 кВ – увеличить в 3 раза. ПРИЛОЖЕНИЕ Д Автоматических выключателей
ПРИЛОЖЕНИЕ Е ОРИЕНТИРОВОЧные значения переходных сопротивлений контактов аппаратов (до 1 кВ)
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж РАСЧЁТ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
Методические указания к курсовому и дипломному проектированию для студентов специальности «Электрооборудование и электрохозяйство предприятий, организаций и учреждений» (140610)
Редактор Ю.А. Колокольцева
Подписано в печать. Формат бумаги 60´ 84 1/16. Бумага писчая, печать офсетная. Усл. печ. л.. Уч.- изд. л.. Тираж экз. Заказ.
Сибирский государственный индустриальный университет. 654007, г. Новокузнецк, ул. Кирова, 42. Издательский центр СибГИУ. РАСЧЁТ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
Методические указания к курсовому и дипломному проектированию для студентов специальности «Электрооборудование и электрохозяйство предприятий, организаций и учреждений» (140610).
Новокузнецк
УДК 621/34(075) Р Рецензент Кандидат технических наук, профессор кафедры автоматизированного электропривода и промышленная электроники СибГИУ Кунинин П.Н.
Р Расчёт коротких замыканий в системах электроснабжения: метод. указ. / Сиб. гос. индустр. ун-т; сост.: В.С. Князев, Г.С. Свирская. – Новокузнецк: СибГИУ, 2011. – 56с.: ил. Изложены рекомендации и методические указания по выполнению раздела «Расчёт токов короткого замыкания» курсового и дипломного проектов. Приведены примеры расчёта различных видов коротких замыканий в системах электроснабжения среднего (до 1000В) и высокого (выше 1кВ) напряжений. Предназначены для студентов специальности «Электрооборудование и электрохозяйство предприятий, организаций и учреждений» (140610). СОДЕРЖАНИЕ
Введение……………………………………..……………... 4 1. Режим короткого замыкания …………..….………….... 5 1.1. Расчётные условия короткого замыкания ……….…7 1.2. Расчётный вид короткого замыкания …...………….7 1.3. Расчётная схема ……………………….……….…... 9 1.4. Расчётные точки короткого замыкания …………... 10 1.5. Схема замещения ………...………………...….…..10 1.6. Токи короткого замыкания ………………..…..… 12 2. Расчёт токов короткого замыкания в энергосистемах напряжением выше 1 кВ ………………………….… 13 2.1 Расчёт токов трёхфазного короткого замыкания в системах неограниченной мощности ……………13 2.2.Расчёт токов КЗ при питании от системы ограниченной мощности.. …………………………. 16 2.3. Расчёт ударного тока при коротком замыкании..... 16 2.4. Определение наибольшего действующего значения тока за первый период от начала процесса КЗ...... 18 2.5. Учёт подпитки мест короткого замыкания от электродвигателей ………………………………. 19 2.6. Расчёт токов двухфазного КЗ …………………… 21 Пример 1 ……………………………………………..… 22 Пример 2 ……………………………………………..… 31 3. Расчёт токов короткого замыкания в энергосистемах напряжением до 1000 В ……………………………… 34 3.1 Расчёт токов трёхфазного короткого замыкания … 35 3.2 Расчёт токов двухфазного короткого замыкания... 37 3.3 Расчёт токов однофазного короткого замыкания... 37 Пример 3 ……………………………………………..… 39 Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2017-03-08; Просмотров: 1313; Нарушение авторского права страницы