Исаев А.С., Ошурков М.Г., Жичкин С.В. Расчет токов КЗ в сети выше 1 кВ: Методические указания - файл n1.doc

Исаев А.С., Ошурков М.Г., Жичкин С.В. Расчет токов КЗ в сети выше 1 кВ: Методические указания
скачать (1867.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc1868kb.03.11.2012 09:48скачать

n1.doc



МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

РОССИЙСКИЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА

НОВОМОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ

РАСЧЁТ ТОКОВ КЗ В СЕТИ ВЫШЕ 1 кВ
Методические указания

Новомосковск 2002




УДК-621.316

ББК-31.27-05

Р149
Рецензент:

Доктор технических наук, профессор

Московского энергетического института Б.И.Кудрин
Составители: А.С. Исаев А.С., М.Г. Ошурков, С.В. Жичкин

Р149

Расчет токов КЗ в сети выше 1 кВ: Методические указания/ РХТУ им.Д.И. Менделеева, Новомосковский ин-т. Новомосковск; Сост.: А.С.Исаев, М.Г.Ошурков, С.В.Жичкин, 2002. – 48с.


В настоящих методических указаниях к курсовой работе по дисциплине «Переходные процессы в СЭС» даны теоретические положения по расчету составляющих тока КЗ в сети промышленного предприятия, приведен необходимый справочный материал, основанный на современных нормативных документах и варианты заданий к курсовой работе. Указания предназначены для студентов специальностей 1004 и 181300.

Табл. 30, Библиогр.: 3 назв.

УДК-621.316

ББК-31.27-05
© Новомосковский институт РХТУ им.Д.И. Менделеева, 2002

ВВЕДЕНИЕ.
Тема курсовой работы: «Расчет токов короткого замыкания в системе электроснабжения промышленного предприятия». Индивидуальных занятий – 10 часов. Самостоятельная работа студента – 20 часов.

Цель курсовой работы: формирование знаний и умений в расчетах и анализе режимов и процессов при коротких замыканиях различного вида в сетях напряжением выше 1 кВ.

Задачи курсовой работы: 1. Формирование понимания физической сущности электромагнитных переходных процессов, причин возникновения, следствий, основных допущений при составлении схем замещения, исследованиях и расчетах. 2. Формирование знаний и практических умений расчетов параметров системы и режима при различного вида коротких замыканиях. 3. Формирование знаний методов и инженерных методик расчетов режимов коротких замыканий для: выбора рационального варианта схемы электроснабжения; выбора и проверки электрических аппаратов и проводников; разработки мер по координации токов КЗ объектов электроснабжения.

Для выполнения курсовой работы необходимо знание следующих разделов дисциплин, изученных ранее. Математика: алгебра. Физика: электричество и магнетизм. Теоретические основы электротехники: физические основы электротехники; цепи синусоидального тока; трехфазные цепи; переходные процессы в линейных цепях. Электромеханика: трансформаторы, автотрансформаторы; принцип, режимы работы, конструкции и характеристики синхронных и асинхронных машин.

Из дисциплины «Переходные процессы в СЭС» необходимо знание следующих разделов и тем. Переходный процесс короткого замыкания в простейших трехфазных цепях. Переходный процесс при внезапном коротком замыкании в цепи статора синхронной и асинхронной машин. Практические методы расчета токов короткого замыкания. Переходные процессы при нарушении симметрии трехфазной сети.

Необходимость выпуска данного указания обусловлена изменением нормативных документов /2/, которые не отражены предыдущими изданиями /3/ .

1. РАСЧЁТ ТОКОВ КЗ. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ.
Величины, подлежащие определению, допустимая погрешность расчета токов КЗ и применяемая при этом методика расчета зависят от целей расчёта.

Для выбора и проверки электрооборудования допускаются, упрощенные методы расчета токов КЗ, если их погрешность, не пре­вышает 5—10 %. При этом определяют:

начальное значение периодической составляющей тока КЗ и значение этой составляющей в произвольный момент времени, вплоть до расчетного времени размыкания поврежденной цепи; начальное значение апериодической составляющей тока КЗ и значение этой составляющей в произвольный момент времени, вплоть до расчетного времени размыкания поврежденной цепи;

ударный ток КЗ.

Для выбора параметров настройки релейной защиты и автоматики определяют максимальное и минимальное расчетные значе­ния периодической и апериодической составляющих тока КЗ в начальный и произвольный моменты времени как в месте КЗ, так и в отдельных ветвях расчетной схемы.
При расчетах токов КЗ допускается не учитывать /1/:

1) сдвиг по фазе ЭДС и изменение частоты вращения роторов, синхронных генераторов, компенсаторов и электродвигателей, ес­ли продолжительность КЗ не превышает 0,5с;

2) ток намагничивания трансформаторов и автотрансформато­ров;

3) насыщение магнитных систем электрических машин;

4) поперечную емкость воздушных линий электропередачи напряжением 110—220 кВ, если их длина не превышает 200 км, и напряжением 330—500 кВ, если их длина не превышает 150 км;
При отсутствии данных о фактических коэффициентах трансформации силовых трансформаторов и автотрансформаторов допускается использовать приближенный способ их учета. Он сос­тоит в замене фактических коэффициентов трансформации силовых трансформаторов и автотрансформаторов отношением сред­них номинальных напряжении сетей соответствующих ступеней напряжения. При этом рекомендуется использовать шкалу средних номинальных напряжении сетей /2/: 3,15; 6,3; 10,5; 13,8; 15,75; 18; 20; 24; 37; 115; 154; 230; 340; 515 кВ.

Формулы для определения параметров элементов схем замеще­ния в именованных и относительных единицах с приведением их значений к основной ступени напряжения, используя приближен­ный способ учета коэффициентов трансформации силовых трансформаторов и автотрансформаторов, приведены в приложении.
2. РАСЧЕТ НАЧАЛЬНОГО ЗНАЧЕНИЯ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ТОКА ТРЕХФАЗНОГО КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
2.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ.
При расчете начального значения периодической составля­ющей тока трехфазного КЗ должны быть учтены все синхронные генераторы и компенсаторы, а также синхронные и асинхронные электродвигатели мощностью 100 кВт и более, если эти электро­двигатели не отделены от точки КЗ токоограничивающими реак­торами или силовыми трансформаторами. В автономных систе­мах при расчетах токов КЗ следует учитывать и электродвигатели мощностью менее 100 кВт, если их доля в суммарном токе КЗ со­ставляет не менее 5%.

Синхронные и асинхронные машины в схему замещения должны вводятся сверхпереходными сопротивлениями и сверхпереходными ЭДС. Последние следует принимать численно равными значениям этих ЭДС в момент предшествующий КЗ.

Для синхронных генераторов и электродвигателей, которые до КЗ работали с перевозбуждением, сверхпереходная ЭДС (фазное значение) в именованных единицах определяется по формуле:

(2.1)

где Uф0 - фазное напряжение на выводах машины в момент, предшествующий КЗ, кВ; I0 - ток статора в момент, предшествующий КЗ, кА; 0 - угол сдвига фаз напряжения и тока в момент, предшествующий КЗ, рад.
Для синхронных генераторов и электродвигателей, работав­ших до КЗ с недовозбуждением, сверхпереходная ЭДС определяется:

(2.2)

Для синхронных компенсаторов, работавших до КЗ с перевозбуж­дением, ЭДС определяется согласно (2.3), с недовозбуждением (2.4).

(2.3)

(2.4)

Сопротивления синхронных машин:

, (2.6)

где xd” – сверхпереходное сопротивление по продольной оси, о.е.; - активное сопротивление СД, приведенное к номинальным условиям, о.е.
Для асинхронных электродвигателей ЭДС определяется по формуле:

(2.7)

Сопротивления в именованных единицах АД определяются по формуле:

, (2.8)

где Uном – номинальное напряжение электродвигателя, кВ; Рном – номинальная мощность электродвигателя, МВт; cosном – номинальный коэффициент мощности электродвигателя;  - КПД электродвигателя, о.е.; КП – кратность пускового тока, о.е.; КМ – кратность пускового момента, о.е.
Для энергосистемы:

ЕС=UСР.НОМ, , rC=0 (2.9)

где UСР.НОМ – среднее номинальное напряжение, кВ; SКЗ - мощность короткого замыкания, МВА.

Для системы бесконечной мощности (SКЗ = ?) сопротивление пренебрежимо мало.

Асинхронные двигатели небольшой мощности и осветительная нагрузка рассматриваются как обобщенная нагрузка, которая характеризуется параметрами, приведенными к номинальным условиям:

Е=0.85, x=0.35; r=x/(4ч5)
Сопротивления воздушных и кабельных линий:

, (2.10)

где х0, r0 – удельные индуктивное и активное сопротивление линии, Ом/км; l – длина линии, км; n – число параллельных линий.
При этом при выполнении условия х0?3r0 активное сопротивление линии при расчете начального значения периодической составляющей тока КЗ (IП(0))пренебрежимо мало.
Сопротивления двухобмоточного трансформатора, Ом:

, (2.11)

где Uном – номинальное напряжение трансформатора, кВ; Sном – номинальная мощность трансформатора, МВА; uКЗ - напряжение короткого замыкания, %; PКЗ – потери мощности короткого замыкания, кВт.
Сопротивление реакторов согласно ГОСТ 14794-69 задается в Омах. Для реакторов, выпускавшихся ранее:

, 10-3 (2.12)

где Uном – номинальное напряжение реактора, кВ; Iном – номинальный ток реактора, кА; хР,% - индуктивное сопротивление, приведённое к номинальным условиям, %; Pном – номинальные потери активной мощности, кВт.
Сопротивления трансформаторов иного исполнения и сдвоенных реакторов определяются согласно табл.П1.
При отсутствии данных для определения активного сопротивления допустимо его определения по кривым рис.П1 для трансформаторов и по данным табл.П2 для других элементов.

Сопротивления электрических коммутационных аппаратов при расчете КЗ в сети напряжением выше 1 кВ не учитывают ввиду их небольшой величины /2/.


2.2. ПРИВЕДЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ.
При составлении схемы замещения необходимо выполнить приведение – переход от магнитносвязанных контуров к схеме, содержащей только электрические связи.

При расчете в именованных единицах переход от реальных параметров (E, x, I) к приведенным () осуществляется в соответствии:

(2.13)

где КТ – коэффициент пересчета.
При выполнении точного приведения:

(2.14)

где КТi – коэффициент i-той трансформации в направлении от основной ступени к приводимой; M – число трансформаций, определяемое количеством уровней напряжения схемы.
При приближенном приведении расчет проводят по средним номинальным напряжениям:

(2.15)

При расчете в относительных единицах приведение к базисным условиям осуществляется согласно (2.16) или (2.17).

(2.16)

(2.17)

где ZБi, UБi – базисные соответственно сопротивление и напряжение i-той ступени; - сопротивление элемента в относительных единицах, приведенное к номинальным условиям.
Базисная мощность SБ выбирается при расчете в относительных единицах произвольно. Базисные напряжения при приближенном приведении принимаются по шкале средних номинальных напряжений. При точном приведении по действительным коэффициентам трансформации:

UБi=UБОСНТ (2.18)

где UБОСН – базисное напряжение основной ступени, принимаемое по шкале средних номинальных напряжений; КТ – в соответствии с (2.14).
2.2. РАСЧЕТ IП(0).
Если для расчета токов КЗ используется аналитический способ, то схему замещения, полученную в соответствии с указа­ниями пп. 2.1—2.2, необходимо преобразовать и определить экви­валентную ЭДС Е’’эк.ф (или Е’’эк(б)) и эквивалентное сопротивле­ние хэк (или хэк(б)) относительно точки КЗ. Начальное действую­щее значение периодической составляющей тока в месте КЗ (Iп(о)) в именованных единицах:

, (2.19)

где Iб – базисный ток ступени напряжения сети, где находится точка КЗ, кА; хэк - результирующее эквивалентное сопротивление расчет­ной схемы относительно точки КЗ, Ом; - результирующее эквивалентное сопротивление расчет­ной схемы относительно точки КЗ, в относительных единицах при выбранных базисных условиях.
3. РАСЧЕТ АПЕРИОДИЧЕСКОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ТОКА ТРЕХФАЗНОГО КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
Начальное значение апериодической составляющей тока трехфазного короткого замыкания следует определять как раз­ность мгновенных значении полного тока в момент, предшествую­щий КЗ, и периодической составляющей тока в начальный момент КЗ.

Наибольшее начальное значение апериодической составля­ющей тока КЗ в общем случае следует считать равным амплиту­де периодической составляющей тока е начальный момент КЗ:

(3.1)

Это выражение справедливо при условиях:

  1. сеть имеет высокую добротность, вследствие чего активным сопротивлением можно пренебречь;

  2. отсутствует ток в расчетной цепи до момента КЗ;

  3. напряжение сети к моменту КЗ проходит через нуль.

В простых радиальный схемах апериодическая составляю­щая тока КЗ в произвольный момент времени (iat) опре­деляется по формуле:

(3.2)

где Tа – постоянная времени затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания, с, равная

, (3.3)

где хэк и Rэк — результирующие эквивалентные индуктивное и активное сопротивления цепи КЗ, Ом; с — синхронная угловая частота напряжения сети, с-1. (В практических расчетах с — 314 с-1).

При этом синхронные генераторы и компенсаторы, синхронные и асинхронные электродвигатели должны быть введены в схему замещения индуктивным сопротивлением обратной последователь­ности (для асинхронных электродвигателей xэк= x”) сопротив­лением обмотки статора постоянному току при нормированной рабочей температуре этой обмотки.

Апериодическую составляющую тока КЗ от синхронного генератора в килоамперах в случае необходимости учета тока генератора в момент, предшествующий КЗ, можно определить по формуле:

, (3.4)
где Ir[0] - ток генератора в момент, предшествующий КЗ, кА: [0]-угол сдвига фаз сверхпереходной ЭДС и тока генератора в момент, предшествующий КЗ, рад; Та - постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ от генератора, с.

В сложных разветвленных схемах апериодическую состав­ляющую тока КЗ следует рассчитывать путем решения системы дифференциальных уравнений контурных токов или узловых на­пряжении, составленных с учетом как индуктивных, так и актив­ных сопротивлений всех элементов схем. Для определения наи­большего значения апериодической составляющей тока КЗ началь­ные условия следует принимать нулевыми.
Если точка КЗ делит схему на радиальные не зависимые друг от друга ветви, то при приближенных расчетах апериодичес­кую составляющую тока КЗ в произвольный момент времени в килоамперах следует определять как сумму апериодических сос­тавляющих токов отдельных ветвей:

, (3.5)
где m — число независимых ветвей схемы; ia0i — начальное значение апериодической составляющей тока КЗ в 1-й ветви, кА
Для облегчения расчетов по определению Iat в приложении приведены значения x / R и Та для характерных ветвей электроэнергетических систем. (табл.П3, рис.П3).


4.РАСЧЕТ УДАРНОГО ТОКА ТРЕХФАЗНОГО КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
При расчете ударного тока короткого замыкания допуска­ется считать:

1) ударный ток наступает через 0.01 с после начала КЗ (ис­ключения см. п. 4.5);

2) амплитуда периодической составляющей тока КЗ в момент t=0,01 с равна амплитуде этой составляющей в начальный мо­мент КЗ.

В радиальных схемах ударный ток трехфазного КЗ (iуд) в килоамперах следует определять по фор­муле:

(4.1)
где Куд — ударный коэффициент; Та— постоянная времени затухания апериодической состав­ляющей тока КЗ с (см. п.3).

В сложных разветвленных электрических схемах ударный ток КЗ следует рассчитывать путем решения системы уравнений контурных токов или узловых напряжений (при нулевых началь­ных условиях), составленных с учетом как индуктивных, так и ак­тивных сопротивлений всех элементов расчетной схемы.

При приближенных расчетах ударного тока КЗ в любой сложной схеме допускается использовать формулу:

(4.2)

где Та,эк — эквивалентная постоянная времени затухания аперио­дической составляющей тока КЗ, с (см. п. 3.5).

Если точка КЗ делит схему на радиальные не зависимые друг от друга ветви, то при приближенных расчетах ударный ток КЗ следует определять как сумму ударных токов отдельных вет­вей:

(4.3)

где Iп0i — начальное действующее значение периодической соста­вляющей тока КЗ в i-й ветви, кА.

В некоторых частных случаях, например при КЗ в электри­ческих сетях, в которых отношение результирующих эквивалент­ных индуктивных и активных сопротивлений относительно точки КЗ меньше трех, или при КЗ на линиях с установками продоль­ной емкостной компенсации, момент возникновения ударного то­ка КЗ не равен 0.01 с и его следует определять дополнительно.

В первом случае этот момент(tуд) в секундах и ударный ток КЗ (iуд) в килоамперах допускается определять по формулам:

(4.4)




где к — угол сдвига фаз ЭДС источника электроэнергии и пери­одической составляющей тока КЗ, рад.

Во втором случае при определении ударного тока КЗ и момен­та его возникновения необходимо учитывать не только апериоди­ческую составляющую тока КЗ и периодическую составляющую тока, имеющие синхронную частоту, но и свободную периодиче­скую составляющую, имеющую подсинхронную частоту.

Зависимость КУД от отношения x/r для высоковольтных двигателей приведена на рис.П3. Для остальных элементов – рис.П4.
5. РАСЧЕТ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ТОКА ТРЕХФАЗНОГО КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ ОТ АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ В ПРОИЗВОЛЬНЫЙ МОМЕНТ ВРЕМЕНИ
Периодическую составляющую тока КЗ от асинхронных электродвигателей в произвольный момент времени следует рас­считывать путем решения соответствующей системы дифференци­альных уравнений переходных процессов с использованием ЭВМ.

В приближенных расчетах для определения действующего значения периодической составляющей тока КЗ от асинхронных электродвигателей в произвольный момент времени при радиаль­ной схеме следует использовать типовые кривые, приведенные на рис.1, которые характеризуют изменение этой составляющей во времени при разных удаленностях точки КЗ. Значения периодиче­ской составляющей тока КЗ в произвольный момент отнесены к начальному значению этой составляющей:

. (5.1)

Удаленность точки КЗ от асинхронного электродвигателя ха­рактеризуется отношением действующего значения периодической составляющей тока этого электродвигателя в начальный момент КЗ к его номинальному току

(5.2)
Значение периодической составляющей тока КЗ от асинхронного двигателя в именованных единицах в момент време­ни t равно:
. (5.3)

где t – коэффициент затухания тока, определяемый по типовым кривым (рис.1).



рис.1. Типовые кривые для асинхронного двигателя (напряжение выше 1 кВ).


6. РАСЧЕТ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ТОКА ТРЕХФАЗНОГО КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ ОТ СИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ В ПРОИЗВОЛЬНЫЙ МОМЕНТ ВРЕМЕНИ
6.1. РАСЧЕТ ДЛЯ ПРОСТОЙ СХЕМЫ.
Под простой схемой понимают непосредственное соединение синхронной машины с точкой КЗ.

В простых ради­альных схемах действующее значение периодической составляю­щей тока КЗ в произвольный момент времени определяют в соот­ветствии с п.5.

При приближенных расчетах действующего значения пери­одической составляющей тока КЗ от синхронных электродвигателей в произвольный момент времени в радиальной схеме допуска­ется использовать типовые кривые, приведенные на рис.2, кото­рые характеризуют изменение этой составляющей во времени при разных удаленностях точки КЗ. Значения периодической составля­ющей тока КЗ в произвольный момент времени отнесены к на­чальному значению этой составляющей:


рис.2. Типовые кривые для синхронного двигателя (напряжение выше 1 кВ).
. (6.1)

Удаленность точки КЗ от синхронного электродвигателя характеризуется отношением периодической составляющей тока этого двигателя в начальный момент КЗ к его номинальному току

. (6.2)

Порядок расчета действующего значения периодической сос­тавляющей тока КЗ от синхронного электродвигателя в произволь­ный момент времени аналогичен изложенному в п.5. Коэффициент затухания определяется по рис.2. Значение периодической составляющей тока в именованных единицах в момент време­ни t равно:
. (6.3)
6.2. РАСЧЕТ ДЛЯ СЛОЖНОЙ СХЕМЫ.
В этом случае генератор соединен с точкой КЗ через промежуточное сопротивление (рис.3). Необходимо учесть совместное влияние на ток КЗ системы и генератора.



Рис.3. Подключение генератора к точке КЗ по сложной схеме.


Порядок расчета в этом случае:
1. Определяется суммарный ток КЗ в начальный момент времени IП(0) (см. п.2).

2. Определяется ток от генератора в начальный момент времени:

, (6.4)

где UM – потенциал точки М, определяемый UM=IП(0)ХК

Если отношение тока от генератора к суммарному току КЗ (IГ(0)/IП(0).) меньше 0.5, то генератор следует учитывать совместно с системой. В этом случае ток будет незатухающим с течением времени, т.е. IПt=IП(0).

Если полученное отношение больше, то расчет продолжается.
3. Определяется удаленность генератора от точки КЗ по формуле (6.2).

4. По типовым кривым определяется коэффициент затухания . При этом используются обе части типовых кривых (рис.П.2).

5. Ток в заданный момент времени в именованных единицах:

(6.5)


7. РАСЧЕТ ТОКОВ НЕСИММЕТРИЧНЫХ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ
Расчет токов несимметричных коротких замыканий реко­мендуется вести с использованием метода симметричных состав­ляющих. При этом предварительно необходимо составлять схемы замещения прямой, обратной и нулевой последовательностей.

Схема замещения прямой последовательности должна включать все элементы расчетной схемы электроустановки. Син­хронные генераторы, синхронные компенсаторы и подлежащие учету синхронные и асинхронные электродвигатели при расчете начального значения тока несимметричного КЗ вводят в схему замещения прямой последовательности сверхпёреходными ЭДС и сверхпереходными сопротивлениями.

Трехобмоточные трансформаторы, автотрансформаторы, транс­форматоры с расщепленной обмоткой низшего напряжения, а так­же сдвоенные реакторы должны быть представлены своими схема­ми замещения. Эти схемы, а также расчетные выражения для оп­ределения их параметров приведены в табл.П1.

Схема замещения обратной последовательности также должна включать все элементы расчетной схемы. При этом ЭДС обратной последовательности синхронных и асинхронных машин, а также комплексных нагрузок следует принимать равными нулю. Сопротивление обратной последовательности асинхронных машин следует принимать равным сверхпереходному сопротивлению.

Сопротивления обратной последовательности трансформаторов, реакторов, воздушных и кабельных линий следует принимать равными сопротивлениям прямой последовательности.

Для составления схемы замещения нулевой последователь­ности предварительно следует выявить возможные пути циркуляции токов нулевой последовательности па каждой ступени напря­жения сети, начиная от точки КЗ. При этом необходимо руководствоваться следующим:

1) если обмотка какого-либо трансформатора со стороны точки КЗ соединена в треугольник или в звезду с незаземленной нейт­ралью, то как сам трансформатор, так и следующие за ним (по на­правлению от точки КЗ) элементы не должны вводиться в схему замещения нулевой последовательности;

2) если обмотки какого-либо трансформатора соединены по схеме Y0/, причем обмотка, соединенная в звезду с заземленной нейтралью, обращена в сторону точки КЗ, то в схему замещения нулевой последовательности следует вводить только элементы, включенные между точкой КЗ и трансформатором, и сам транс­форматор;

3) если несколько воздушных линий электропередачи одного или разных напряжений проложены по одной трассе, то в схеме замещения нулевой последовательности необходимо учитывать вза­имоиндукцию между этими линиями, используя с этой целью схе­мы замещения, приведенные в приложении 8.
Ток прямой последовательности особой фазы в месте КЗ при любом несимметричном коротком замыкании следует опреде­лять по формуле

(7.1)

где Е - результирующая ЭДС всех источников электроэнергии; x1 — результирующее индуктивное сопротивление схемы прямой последовательности относительно точки КЗ; x(n) — дополнительное индуктивное сопротивление, которое определяется видом КЗ (n) и параметрами схем заме­щения обратной и нулевой последовательностей; значения x(n) для различных видов коротких замыканий приведены в табл.7.1.


Таблица 7.1.

Расчетные коэффициенты для различных видов КЗ.


Вид КЗ


Дополнительное сопротив­ление x(n)

Значение коэффициента , m(n)


Двухфазное

Однофазное


x2

x2+x0




3


Двухфазное на землю









При расчетах тока прямой последовательности в началь­ный момент КЗ результирующую ЭДС Е и результирующее индуктивное сопротивление x1 следует определять из схемы, анало­гичной схеме для определения начального значения периодической составляющей тока трехфазного КЗ.

Ток прямой последовательности от синхронных генерато­ров или компенсаторов в произвольный момент времени при при­ближенных расчетах следует определять с использованием кри­вых, приведенных в /2/. При этом под удаленностью точки короткого замыкания следует понимать отношение тока прямой последовательности синхронной машины в начальный момент КЗ к номинальному току машины. В простых радиальных схемах ток прямой последователь­ности в произвольный момент времени определяют, как указано в п.6. При этом внешнее сопротивление должно быть увеличено на дополнительное сопротивление x(n) (см. табл. 7.1).

Полный ток поврежденной фазы в месте КЗ равен

, (7.2)

где m(n)— коэффициент, показывающий, во сколько раз ток поврежденной фазы в месте КЗ больше тока прямой по­следовательности.

Чтобы определить ток в какой-либо ветви расчетной схе­мы при несимметричном КЗ, следует предварительно, используя схемы замещения прямой, обратной и нулевой последовательнос­тей, найти токи соответствующих последовательностей в месте КЗ, провести токораспределение по ветвям схем отдельных после­довательностей, найти токи соответствующих последовательнос­тей в данной ветви и сложить их геометрически. При этом необ­ходимо иметь в виду, что токи обратной и нулевой последователь­ностей особой фазы в месте несимметричного КЗ связаны с током прямой последовательности соотношениями:

при двухфазном КЗ

(7.3)

при однофазном КЗ:

IкА2=IкА0=IкА1, (7.4)

при двухфазном КЗ на землю:

, . (7.5)

8.8. Чтобы определить напряжение в произвольном узле расчет­ной схемы при несимметричном КЗ, необходимо предварительно найти напряжения прямой, обратной и нулевой последовательнос­тей особой фазы в месте КЗ:

UкА1=jIкА1x(n); UкА2=-jIкА2x2; UкА0=-jIкА0x0 (7.6)

и падения напряжения прямой. Обратной и нулевой последова­тельностей в элементах, расположенных между точкой КЗ и рас­сматриваемым узлом. Затем следует геометрически сложить на­пряжения и падения напряжений соответствующих последователь­ностей.
8. ЗАДАНИЕ К КУРСОВОЙ РАБОТЕ.

Для заданной схемы электроснабжения (рис.4-12, табл.8.1-8.9) промышленного предприятия необходимо:




рис.4. Исходная схема к задаче 1.

Таблица 8.1.

Данные для составления расчетной схемы задачи 1.

Вариант

Точка КЗ

Номера выключателей, находящихся во включенном состоянии

1

2

3

1

К-1

В-1;В-6;В-7

2

К-2

В-1;В-6;В-7

3

К-3

В-1;В-6;В-7;В-12

4

К-4

В-5;В-9;В-10

5

К-5

В-5;В-9;В-10

6

К-6

В-5;В-9;В-10;В-13

7

пуск АД-1

В-1;В-6;В-7

8

пуск АД-3

В-5;В-9;В-10

9

К-2

В-1;В-2

10

К-3

В-1;В-2;В-3;В-4;В-5

Продолжение табл.8.1

1

2

3

11

К-2

В-1;В-3;В-4;В-5

12

К-6

В-1;В-2;В-3;В-4;В-5

13

К-5

В-3;В-4;В-5

14

К-5

В-1;В-2;В-3;В-4;В-5




рис.5. Исходная схема к задаче 2.
Таблица 8.2.

Данные для составления расчетной схемы задачи 2.

Вариант

Точка КЗ

Номера выключателей, находящихся во включенном состоянии

1

2

3

1

К-1

В-2;В-7

2

К-2

В-2;В-3;В-6

3

К-2

В-1;В7

4

К-3

В-1;В-3;В-6

5

К-4

В-3;В-4;В-5;В-8

6

К-4

В-3;В-4;В-5;В-6

Продолжение табл. 8.2.

1

2

3

7

К-5

В-3;В-4;В-5;В-8

8

пуск АД-1

В-1;В-3;В-6

9

К-1

В-2

10

К-1

В-1;В-2

11

К-2

В-1;В-2

12

К-2

В-1;В-2;В-3;В-4;В-5

13

К-4

В-3;В-4;В-5




рис.6. Исходная схема к задаче 3.
Таблица 8.3.

Данные для составления расчетной схемы задачи 3.

Вариант

Точка КЗ

Номера выключателей, находящихся во включенном состоянии

1

К-1

В-5;В-8;В-10;В-13

2

К-6

В-5;В-8;В-10;В-13

3

К-2

В-2;В-4,5,6,7,8,9;В-11;В-14

4

К-3

В-2;В-4,5,6,7,8,9;В-17,18,19

5

К-6

В-2;В-4;В-5;В-7,8,9;В-17;В-19

6

К-6

В-1;В-4;В-6,7,8,9;В-17;В-19

7

К-6

В-1;В-4;В-5;В-7,8,9,10;В-13

8

К-5

В-2;В-4,5,6,7,8,9;В-16

9

Пуск АД-1

В-5;В-8;В-10;В-13

10

Пуск АД-2

В-2;В-4,5,6,7,8,9;В-11;В-14

11

К-5

В-2;В-4;В-5;В-7;В-8;В-9

12

К-5

В-1;В-4;В-5;В-7;В-8;В-9

13

К-6

В-1;В-4;В-5;В-7;В-8;В-9

14

К-6

В-2;В-4;В-5;В-6,7,8,9



рис.7. Исходная схема к задаче 4.

Таблица 8.4.

Данные для составления расчетной схемы задачи 4.

Вариант

Точка КЗ

Номера выключателей, находящихся во включенном состоянии

1

К-1

В-5;В-8;В-10;В-13

2

К-2

В-5;В-8;В-10;В-13

3

К-4

В-2;В-4,5,6,7,8,9;В-11;В-14

4

К-3

В-2;В-4,5,6,7,8,9;В-17,18,19

5

К-2

В-2;В-4;В-5;В-7,8,9;В-17;В-19

6

К-2

В-1;В-4;В-5;В-7,8,9;В-17;В-19

7

К-5

В-2;В-4,5,6,7,8,9;В-16

8

К-5

В-1;В-3;В-5,6,7,8,9;В-16

9

К-5

В-2;В-4;В-5;В-7,8,9

10

К-5

В-1;В-4;В-5;В-7,8,9

11

К-2

В-2;В-4,5,6,7,8,9



Рис. 8. Исходная схема к задаче 5.

Таблица 8.5.

Данные для составления расчетной схемы задачи 5.

Вариант

Точка КЗ

Номера выключателей, находящихся во включенном состоянии

1

К-1

В-8;В-10;В-14

2

К-1

В-1;В-9;В-10;В-14

3

К-3

В-1;В-2;В-13;В-14;В-15

4

К-3

В-6;В-7;В-8;В-10;В-14;В-15

5

К-5

В-1;В-2;В-11;В-14;В-15;В-16;В-17

6

К-2

В-8;В-10;В-13;В-14

7

Пуск СК-1

В-1;В-8;В-13;В-14

8

Пуск АД

В-11;В-12

9

Пуск АД

В-12;В-13

10

Пуск СД-1

В-1;В-8;В-9;В-10;В-14

11

Пуск СД-1

В-8;В-9;В-10;В-13;В-14


рис.9. Исходная схема к задаче 6.
Таблица 8.6.

Данные для составления расчетной схемы задачи 6.

Вариант

Точка КЗ

Номера выключателей, находящихся во включенном состоянии

1

K-1

B-1; B-4; B-5; B-7; B-8; B-13.

2

K-1

B-1; B-3..6; B-13.

3

K-2

B-5; B-10; B-11; B-14.

4

K-2

B-5; B-6; B-10; B-11; B-14; B-15.

5

K-4

B-5; B-10; B-11; B-14.

6

K-4

B-5; B-6; B-10; B-11; B-14; B-15.

7

K-3

B-1; B-4; B-5; B-7; B-8; B-14.

8

K-5

B-5; B-10; B-11; B-14.

9

K-4

B-1; B-2; B-4; B-5; B-14.

10

K-6

B-1; B-2

11

K-6

B-1; B-2; B-4; B-5; B-14.

12

K-1

B-1; B-2; B-3; B-6; B-15.

13

K-1

B-1..5; B-14; B-15.

14

K-1

B-1; B-3..6; B-14; B-15.




рис.10. Исходная схема к задаче 7.


Таблица 8.7.

Данные для составления расчетной схемы задачи 7.

Вариант

Точка КЗ

Номера выключателей, находящихся во включенном состоянии

1

К-1

В-13; В-12; В-13

2

К-1

В-13; В-12; В-13

3

К-2

В-13; В-9; В-12; В-13

4

К-2

В-912

5

Пуск СД-1

В-13; В-12; В-13

6

Пуск АД

В-912

7

К-1

В-2; В-6; В-13; В-15

8

К-3

В-2; В-6; B-13; В-15





рис.11. Исходная схема к задаче 8.



рис.12. Исходная схема к задаче 9.

Таблица 8.8.

Данные для составления расчетной схемы задачи 8.

Вариант

Точка КЗ

Номера выключателей, находящихся во включенном состоянии

1

2

3

1

К-1

В-1; В-49; В-10; В-11

2

К-2

В-1; В-4; В-5; В-8; В-10; В-11; В-13

3

К-2

В-1; В-5; В-8; В-10; В-12

4

К-3

В-1; В-5; В-8; В-10; В-12

5

Пуск СК-1

В-2; В-5; В-8; В-10; В-12

6

Пуск СК-1

В-1; В-5; В-8; В-10; В-12

7

К-1

В-1; В-510

8

К-4

В-1; В-413

Продолжение табл. 8.8.

1

2

3

9

К-4

В-1; В-510

10

К-2

В-1; В-3; В-513

9

Пуск СК-1

В-1; В-2; В-13; В-14

10

Пуск СД

В-8; В-10; В-13; В-14

11

К-1

В-2; В-3; В-5; В-14; В-15

12

К-1

В-2; В-5; В-14; В-15

13

К-2

В-2; В-3; В-5; В-14; В-15

14

Пуск СК-1

В-1; В-2; В-13; В-14


Таблица 8.9.

Данные для составления расчетной схемы задачи 9.

Вариант

Точка КЗ

Номера выключателей, находящихся во включенном состоянии

1

К-1

В-1,2,3,4,5,6;B-9;B-10;B13

2

К-3

B-1,2,3;B-5;B-6;B-9;B-10;B-13

3

К-4

B-7;B-12

4

К-6

B-7;B-12;B-13;B-8

5

К-5

B-1;B-3,4,5,6;B-9;B-11;B-12

6

пуск АД-1

B-1,2,3;B-5;B-6;B-9;B-10;B-13

7

пуск АД-3

B-7;B-12

8

пуск АД-4

B-8;B-13

9

K-3

B-1;B-3;B-5;B-6;B-9;B-11;B-12

10

K-3

B-1;B-3;B-5;B-6;B-9;B-11;B-12;B-17

11

K-4

B-7;B-8;B-12;B-13

12

K-1

B-1;B-3;B-5;B-6;B-9;B-11;B-12

13

K-2

B-1;B-3;B-5,6,7,8,9,10,11,12,13,

14

K-1

B-1;B-3;B-5,6,7,8,9,10,11,12,13,
















Приложение.

Таблица П.1.

Схемы замещения трансформаторов и сдвоенных реакторов.



Для большинства сдвоенных реакторов коэффициент связи КСВ=0.5.

Таблица П.2.

Средние отношения x/r для элементов СЭС

Элемент

x/r

Турбогенераторы мощностью до 100 МВт

15ч85

Турбогенераторы мощностью 100ч150 МВт

100ч140

Гидрогенераторы с демпферными обмотками

40ч60

Гидрогенераторы без демпферных обмоток

60ч90

Трансформаторы мощностью 5ч30 МВА

7ч17

Трансформаторы мощностью 60ч500 МВА

20ч50

Реакторы 6-10 кВ до 1 кА

15ч70

Реакторы 6-10 кВ выше 1 кА

40ч80

Воздушные линии 6-10 кВ

2ч8

Кабельные линии 6-10 кВ

0.2ч0.8


Таблица П.3

Средние соотношения для характерных точек КЗ.

Ветвь (место) КЗ

x/r

КУД

ТА

Генератор - трансформатор

30ч50

1.9ч1.95

0.1ч0.2

Асинхронный двигатель

6.3

1.6

0.02

Линейный реактор на электростанции

30

1.9

0.1

Линейный реактор на подстанции

18ч20

1.85

0.06

Кабельная линия 6-10 кВ

3

1.4

0.01

КЗ за трансформатором мощностью 1000 кВА

6.3

1.6

0.02

КЗ на присоединении РУ высшего напряжения подстанции

15

1.8

0.05

КЗ на присоединении РУ низшего напряжения подстанции

20

1.85

0.06




рис. П1. Номограммы для определения активного сопротивления трансформаторов.


рис. П2. Типовые кривые для синхронных машин.






рис.П3. Зависимость ударного коэффициента от номинальной мощности для высоковольтных двигателей.



рис. П4. Зависимость ударного коэффициента от характеристики сети.
Библиографический список.


  1. Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах. М.-Л., Энергия, 1964. - 704 с.

  2. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением свыше 1 кВ. ГОСТ 27514-87. М.: Государственный комитет по стандартам.

  3. Борисенко Р.А., Борщан Е.Д., Раух Я.Я. Методические указания для курсового проектирования по курсу "Электромагнитные переходные процессы". Новомосковск, 1980. – 32с.



Оглавление.
Введение………………………………………………………………... 3

1. Расчёт токов КЗ. Общие положения……………………………….. 4

2. Расчет начального значения периодической составляющей

тока трехфазного короткого замыкания………………………………5

3. Расчет апериодической составляющей тока трехфазного

короткого замыкания…………………………………………………...9

4. Расчет ударного тока трехфазного короткого замыкания………. 11

5. Расчет периодической составляющей тока трехфазного

короткого замыкания от асинхронных электродвигателей

в произвольный момент времени………………………………………13

6. Расчет периодической составляющей тока трехфазного

короткого замыкания от синхронных электродвигателей

в произвольный момент времени……………………………………...14

7. Расчет токов несимметричных коротких замыканий…………….. 17

8. Задание к курсовой работе…………………………………………. 20

Приложение…………………………………………………………….. 41

Библиографический список…………………………………………… 47

Учебное издание
Расчет токов КЗ в сети выше 1 кВ


Составители: Исаев Андрей Станиславович

Ошурков Михаил Геннадьевич

Жичкин Сергей Владимирович


Лицензия ЛР №020714 от 02.02.98 г.

Подписано в печать Формат 60х84 1/16

Бумага типографская № Отпечатано на ризографе.


Новомосковский институт Российского химико-технологического университета им Д. И. Менделеева

Издательский центр

Адрес института: 301670, Новомосковск, Тульской обл, Дружбы, 8.



Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации