Курсовая работа (т): Переходные процессы в электроэнергетических системах

2.2 Составление схем прямой, обратной и нулевой последовательностей

1.       Схема замещения прямой последовательности.

Схема прямой последовательности соответствует обычной схеме, используемой для расчета любого симметричного трехфазного режима. Генераторы и нагрузки вводятся в нее соответствующими реактивностями и ЭДС (Х" и Е").

Все остальные элементы входят в схему замещения неизменными во времени сопротивлениями.

Началом схемы прямой последовательности считают точку, в которой объединены свободные концы всех генерирующих и нагрузочных ветвей. Концом схемы прямой последовательности считают точку, где возникла рассматриваемая несимметрия.

2.       Схема замещения обратной последовательности.

Эта схема по структуре аналогична прямой последовательности. Различие составляет в том, что в схеме обратной последовательности ЭДС всех генерирующих элементов принимают равными нулю. Начало и конец схемы обратной последовательности определяется также, как и для схемы прямой последовательности.

3.       Схема замещения нулевой последовательности.

Эта схема в значительной мере определяется соединением обмоток входящих в нее трансформаторов и автотрансформаторов. Составление схем нулевой последовательности следует начинать, как правило, от точки, где возникла несимметрия, считая, что в этой точке все фазы замкнуты между собой накоротко и к ней приложено напряжение нулевой последовательности.

Далее следует выявить в пределах каждой электрически связанной цепи возможные пути протекания токов нулевой последовательности. Для циркуляции токов нулевой последовательности необходима по меньшей мере одна заземленная нейтраль в той же электрически связанной цепи, где приложено это напряжение.

В схему замещения нулевой последовательности войдут лишь те элементы схемы, через которые протекают токи нулевой последовательности. Сопротивления элементов в схеме нулевой последовательности в общем случае существенно отличаются от их сопротивлений в схемах прямой и обратной последовательностей.

а) Синхронные машины - поскольку присоединяются к системе через трансформаторы со схемой соединения обмоток ∆/Y, а сами генераторы работают с изолированной или компенсированной нейтралью, то это исключает протекание через них токов нулевой последовательности.

б) Трансформаторы - величина сопротивления нулевой последовательности определяется их конструкцией и соединением обмоток. Со стороны обмотки, соединенной в ∆ или Y, независимо от того, как соединены другие обмотки, токи нулевой последовательности течь не могут, так как нет пути возврата через землю. В этом случае для трансформаторов Х0=∞.

Путь для циркуляции токов нулевой последовательности имеет место лишь в трансформаторах, которые со стороны места повреждения имеют обмотку, соединенную в звезду с заземленной нейтралью. В этом случае сопротивление трансформаторов должно быть учтено в схеме замещения нулевой последовательности.

Для всех двухобмоточных трансформаторов со схемой соединения Yо/∆ индуктивное сопротивление нулевой последовательности равно:

Х0 = Хвн +Хнн=Х1, (2.2)

В зависимости от конструкции трансформаторов в схеме учитывается реактивность намагничивания нулевой последовательности Хμ0.

Для группы трех однофазных трансформаторов, а также броневых трансформаторов ток намагничивания нулевой последовательности очень мал, так как в этом случае условия для магнитного потока практически те же, что и при питании трансформатора от источника напряжения прямой последовательности. Поэтому можно считать Хот=Х1т.

Иные условия в трехфазных трехстержневых трансформаторах, где магнитные потоки нулевой последовательности замыкаются через изолирующую среду и кожух трансформатора. Для проведения магнитного потока по пути со столь высоким сопротивлением необходим достаточно большой ток намагничивания.

Поэтому реактивность Хμ0 , трансформаторов такого типа значительно меньше, чем Хμ1 ,в зависимости от конструкции этого типа трансформатора она находится в пределах Хμ0 = (0,9…1,0). Имея ввиду что величина Хнн все же значительно меньше Хμ0 , можно считать что и для трехстержневого трансформатора с соединением обмоток Yо/∆ Хμ0 =∞.

Аналогично вводится в схему замещения трехфазный трехобмоточный трансформатор, у которого имеется обмотка, соединенная в треугольник.

В схеме замещения трансформатора не участвует обмотка, соединенная в звезду с незаземленной нейтралью, так как в ней не могут циркулировать токи нулевой последовательности.

Обмотка, соединенная в звезду с заземленной нейтралью вводится в схему замещения при условии, что на стороне этой обмотки обеспечен путь для тока нулевой последовательности, то есть в ее цепи имеется по меньшей мере хотя бы одна заземленная нейтраль, показанная на рисунке 2.1 пунктиром.

Рисунок 2.1 - Схема замещения трансформатора

В случае автотрансформатора в схеме замещения участвуют все обмотки, поскольку через автотрансформатор токи нулевой последовательности могут переходить со стороны высшего напряжения на сторону среднего напряжения и наоборот, так как обмотки ВН и СН имеют общую нейтраль.

Сопротивления схемы замещения Хвн , Хсн , Хнн находят по тем же формулам, что и в случае трансформаторного к.з..

в) Воздушные линии - имеют сопротивление Хол значительно большее, чем сопротивление прямой (обратной) последовательности. Это обуславливается тем, что при токе прямой (обратной) последовательности взаимоиндукция с другими фазами уменьшает сопротивление фаз, тогда как при токе нулевой последовательности взаимоиндукция между фазами увеличивает сопротивление фаз.

Для одноцепной линии сопротивление нулевой последовательности определяется по формуле:

Z0=ZL+2Zм, (2.3)

Сопротивление прямой последовательности находится по формуле:

Z1= ZL- Zм, (2.4)

где ZL и Zм - индуктивность фазы и сопротивление взаимоиндукции между фазами, определенные с учетом возврата тока нулевой последовательности через землю.

Сопротивление нулевой последовательности каждой цепи двухцепной линии дополнительно увеличивается, благодаря взаимоиндукции с проводами параллельной цепи:

Z02ц =ZL+2Zм+3ZI-IIo, (2.5)

где ZI-IIo - сопротивление взаимоиндукции между цепями.

При наличии у линии заземленных тросов ее индуктивное сопротивление нулевой последовательности снижается за счет реакции от наведенных токов в тросе:

Z0 =ZL+2Zм-3/(Z2 ПТо /ZТО ), (2.6)

где Z ПТо - сопротивление взаимоиндукции между проводом и тросом;

ZТО - сопротивление троса.

В практических расчетах принимают:

для одноцепной линии без тросов Х0=3,5 Х1;

то же с заземляющими тросами Х0=2.0 Х1;

для двухцепной линии без тросов Х0=5,5 Х1;

то же с заземленными тросами Х0=3,0 Х1.

2.3 Порядок расчёта токов несимметричных к.з

Порядок расчёта:

1.       Составляются схемы замещения прямой, обратной и нулевой последовательностей (Для двухфазного к.з. составляются схемы прямой и обратной последовательностей).

2.       Определяются значения сопротивлений прямой, обратной и нулевой последовательностей элементов схемы в именованных единицах по приближенной схеме замещения (с учетом средних номинальных напряжений ступеней).

.        Применяя методы преобразования, определяются эквивалентные сопротивления схем прямой - X1∑ и обратной - X2∑ и нулевой - X0∑ последовательностей, а в схеме прямой последовательности кроме того определяется эквивалентная ЭДС ЕА1∑.

.        Определяетсялополнительное сопротивление X∆(n) для соответствующего вида к.з. (см. таблицу 2.1).

.        Определяется ток прямой последовательности несимметричного короткого замыкания:

Iка1(n) = Еа1∑ / j(X1∑+X∆(n)). (2.7)

6. Определяются токи обратной и нулевой последовательностей, а также напряжения всех последовательностей (см. таблицу 2.1).

. Определяются фазные величины токов и напряжений для точки к.з., которые равны рассматриваемой сумме составляющих отдельных последовательностей.

Модули токов к.з. в поврежденных участках могут также определяться с помощью коэффициентов пропорциональностей, m(n) :

Iк(n) = IКА1(n) * m(n) , (2.8)

где значения m(n) рассчитывается по формулам из таблицы 2.2.

Таблица 2.2 - Расчётные формулы определения коэффициента пропорциональности, m(n)

3. Расчет токов к.з. в установках напряжением до 1000 В

3.1 Определение параметров схемы замещения

Электрические установки напряжением до 1000 В, питаемые от распределительной сети электрической системы через понижающие трансформаторы, характеризуются, как правило, большой электрической удаленностью относительно источников питания.

Это позволяет считать, что при к.з. за таким понижающим трансформатором напряжение в точке сети, где он присоединен, практически остается неизменным и равным своему номинальному значению. Правильность расчета токов короткого замыкания в установках до 1000 В зависит от того, насколько правильно и точно учтены сопротивления короткозамкнутой цепи. Наряду с индуктивными сопротивлениями здесь весьма существенную роль играют активные сопротивления, причем последние могут преобладать.

Заметное влияние оказывают сопротивления таких элементов, как сборные шины и присоединения к ним, трансформаторы тока, контактные соединения - болтовые соединения шин, зажимы и разъемные контакты аппаратов и другие.

Точная оценка сопротивлений контактных соединений представляет собой очень трудную задачу, так как эти сопротивления зависят от многих факторов (состояния контактных поверхностей, степени затяжки болтов, силы сжатия пружин и т. п.). Поэтому рекомендуется учитывать их совокупно (включая контакт в месте замыкания), вводя в короткозамкнутую цепь активное сопротивление, величина которого в зависимости то к.з. оценивается в пределах 15-30 мОм.

Поскольку сопротивления большинства элементов рассматриваемых

установок задаются в именованных единицах, то весь расчет обычно ведут также в именованных единицах, при этом, при этом ввиду малости самих сопротивлений их выражают в миллиомах (мОм).

3.2 Порядок расчёта токов короткого замыкания

Порядок расчета:

1.       Составляются схемы замещения прямой, обратной и нулевой последовательностей с учетом активных сопротивлений элементов.

2.       Пользуясь справочным материалом определяют сопротивления элементов схем.

.        Применяя метод преобразований ,определяются результирующие сопротивления схем отдельных последовательностей r1∑ , r2∑ , r0∑ , X1∑ , X2∑ X0∑ относительно точки к.з..

.        По найденным результирующим сопротивлениям отдельных последовательностей относительно точки к.з. определяется начальное значение периодической слагающей тока - трехфазного к.з.

 , (3.1)

, (3.2)

где Uср - линейная величина среднего номинального напряжения ступени, где рассматривается к.з.. К этому же напряжению приведены все сопротивления цепи.

4. Задание на курсовую работу

короткий замыкание ток напряжение

1.       Для схемы показанной на рисунке 1.1 (приложение 1) аналитическим путем определить начальное значение тока в месте повреждения при трёхфазном коротком замыкании в точке Кi(3), а также при двухфазном коротком замыкании, двухфазном коротком замыкании на землю и однофазном коротком замыкании в точке Кi(n). Построить векторные диаграммы токов и напряжений для точки короткого замыкания.

2.       Для приведенной на рисунке 1.2 (приложение 1) схемы электроснабжения промышленного предприятия определить аналитическим путем начальное значение периодической слагающей тока при трехфазном коротком замыкании и однофазном к.з. в точке Кi(n).

Примечания:

.        Решение выполнять в именованных единицах по приближенной схеме замещения без учета нагрузок.

.        Номер точки к.з. Кi(n) определяется последней цифрой, а номер варианта предпоследней цифрой номера зачетки.

3. Все данные о параметрах элементов схемы, приведенной на рисунке 1.1 (приложение 1), указаны в таблицах 2.1 - 2.3 (приложение 2).

4.       Все данные о параметрах элементов схемы, приведенной на рисунке 1.2 (приложение 1) указаны в таблицах 2.4 и 2.5 (приложение 2).

Пояснительная записка выполняется в соответствии с СТП 101-00 «Стандарт предприятия общие требования и правила оформления выпускных квалификационных работ, курсовых проектов (работ), отчетов по РГР, по УИРС, по производственной практике и рефератов».

Пояснительная записка курсового проекта должна содержать следующие структурные элементы:

титульный лист;

задание на проектирование ;

аннотацию;

содержание;

введение;

основную часть;

заключение

список использованных источников;

приложения (необязательно).

Список используемых источников

1 Переходные процессы в электрических системах: Учеб. Пособие/ Ю.А. Куликов. - Новосибирск: НГТУ, М.: Мир: ООО «Издательство АТС», 2003. - 283 с.

2 Электромагнитные переходные процессы в электрических системах: Учеб. Пособие / С.А. Ульянов. - М.: Энергия, 1970. - 519 с ;

3 Пособие к курсовому и дипломному проектированию для электроэнергетических специальностей вузов: Учебное пособие / В.М.Блок, Г.К.Обушев. - М. : Высш. шк., 1990 .- 383 с.

4 РД 153-34.0-20.527-98. Руководящие указания по расчёту токов короткого замыкания и выбору электрооборудования.

5 ГОСТ 27514-87. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением свыше 1 кВ.

Приложение 1

Приложение 2

Таблица 2.1 - Параметры генераторов и системы