Met_913

3

ВВЕДЕНИЕ

Сооружение и эксплуатация систем электроснабжения (СЭС) связаны с необходимостью выполнения предъявляемых к ним требований по передаче, распределению и потреблению электроэнергии. Критериями исполнения требований являются надежность, качество и экономичность. Их соблюдение требует постоянного использования материальных, трудовых и финансовых ресурсов, величина которых зависит от различных режимов, к которым относят аварийные и послеаварийные, связанные с возникновением переходных процессов в СЭС.

Для эффективного управления эксплуатацией СЭС необходима информация, которая может быть получена на основе сбора данных о состоянии системы в текущий момент времени путем предварительного анализа нормальных режимов и переходных процессов. Вопросы изучения физических процессов, не являющихся нормальными, относятся к дисциплине «Переходные процессы в электроэнергетических системах».

С проблемами существования переходных процессов и их последствиями современный специалист или бакалавр встречается при решении ряда профессиональных задач в области проектно-конструкторской

ипроизводственно-технологической деятельности. Освоение дисциплины «Переходные процессы в электроэнергетических системах» позволит научиться использовать методы анализа и моделирования линейных и нелинейных электрических цепей постоянного и переменного тока; рассчитывать режимы работы электроустановок различного назначения и схемы электрических объектов; определять эффективные режимы работы электрооборудования по заданной методике и др.

Трудоемкость дисциплины для направления бакалавриата 140400.62 «Электроэнергетика и электротехника» составляет 216 часа (6 ЗЕ), из них 36 часа (1 ЗЕ) отводится на выполнение курсовой работы, которая предназначена для освоения методов практических расчетов токов симметричного и несимметричного короткого замыкания, построения векторных диаграмм и определения параметров по ним.

Курсовая работа является неотъемлемой частью подготовки по указанной образовательной программе. Она предназначена для освоения методов практических расчетов токов симметричного и несимметричного короткого замыкания, построения векторных диаграмм

иопределения параметров по ним.

Впроцессе освоения теоретического материала, его закрепления на основе практических расчетов посредством выполнения курсового

проекта предлагается выполнить расчеты токов симметричных и несимметричных коротких замыканий в сети внутреннего электроснабжения предприятия напряжением до 1 000 В и выше.

4

Перед выполнением курсовой работы необходимо получить задание, исходные данные, ознакомиться с требованиями к её оформлению и содержанию.

Для выполнения курсовой работы необходимо знать:

–системы расчета параметров схем замещения;

–схемы замещения отдельных элементов расчетной схемы СЭС;

–способы эквивалентирования схем замещения;

–порядок выполнения расчетов токов трехфазного короткого замыкания (КЗ);

–виды несимметричных КЗ;

–методы расчета несимметричных КЗ;

–метод симметричных составляющих и особенности его применения;

–правила составления схем замещения и особенностей расчета параметров для прямой, обратной и нулевой последовательностей;

–принципы построения диаграмм токов и напряжений в месте несимметричного КЗ.

В ходе выполнения курсовой работы студент приобретает умение:

–оперировать простейшими методами расчета и приемами исследования токов короткого замыкания;

– производить практические расчеты токов трехфазного КЗ

всети до 1000 В и выше;

–анализировать результаты своих расчетов и делать правильные выводы;

–определять значения токов в ветвях схемы при расчете несимметричных КЗ;

–рассчитывать составляющие токов и напряжений несимметричных КЗ;

–строить диаграммы токов и напряжений в ветви, прилегающей к точке КЗ.

Предлагаемое пособие содержит все необходимое для выполнения курсовой работы. Варианты заданий на курсовую работу находятся в приложении. Основная часть содержит необходимый теоретический и справочный материал, а также примеры, помогающие выполнить отдельные разделы работы. При необходимости можно воспользоваться дополнительной учебной и справочной литературой, приведенной в библиографическом списке.

Полученные знания и умения выполнять расчеты токов короткого замыкания в сетях до и выше 1000 В позволят будущему специалисту

впроектной деятельности и при эксплуатации систем электроснабжения решать задачи выбора электрических аппаратов и оборудования; расчета уставок релейной защиты; анализа причин и последствий аварий в электросетях; задачи, связанные с повышением уровня надежности функционирования электроэнергетических систем и др.

5

1. ЗАДАНИЕ, ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ, ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Задание на курсовую работу:

1. При трёхфазном коротком замыкании в схеме внутреннего электроснабжения предприятия рассчитать:

–сопротивление внешней цепи;

–сверхпереходный ток со стороны внешнего электроснабжения;

–подпитывающее влияние двигателей в начальный момент переходного процесса;

–суммарный сверхпереходный ток в точке КЗ и мгновенное значение ударного тока КЗ.

–оценить влияние нагрузки на начальное значение тока КЗ

иударный ток, если она непосредственно присоединена к точке КЗ. Построить зависимость полного трехфазного тока КЗ и его со-

ставляющих от времени.

2. Вычислить в сети 380/220 В:

– начальное действующее значение периодической слагающей тока трехфазного КЗ с учетом и без учета внешнего сопротивления;

– оценить влияние сопротивления внешней цепи на значение сверхпереходного тока;

– определить ударный ток КЗ.

3. При несимметричном КЗ в схеме внешнего электроснабжения:

–определить действующее значение периодической слагающей тока для заданного вида КЗ;

–построить векторные диаграммы токов и напряжений в точке КЗ и определить по ним токи и напряжения фаз.

4. Определить действующее значение периодической слагающей тока трехфазного КЗ сети 6–10 кВ в произвольный момент времени по типовым кривым в заданной точке.

Семестровый график выполнения курсовой работы:

1, 2 неделя. Составление расчетных схем и схем замещения сети. Расчет параметров.

3, 4 неделя. Практический расчет тока трехфазного КЗ в сети 6- 10 кВ с учетом двигателей. Определение ударного и полного тока КЗ.

5, 6 неделя. Построение зависимости трехфазного тока КЗ от времени. Оценка влияния нагрузки на начальное значение тока КЗ и ударный ток.

7, 8 неделя. Практический расчет тока трехфазного КЗ в сети до 1 кВ. Оценка влияния сопротивления внешней цепи на значение сверхпереходного тока, определение ударного тока КЗ.

6

9, 10 неделя. Метод симметричных составляющих. Составление схемы замещения и расчет параметров для схемы прямой и обратной последовательностей.

11, 12 неделя. Составление схемы и расчет параметров для схемы нулевой последовательности.

13, 14 неделя. Эквивалентирование схем. Определение тока несимметричного КЗ.

15, 16 неделя. Построение векторных диаграмм токов и напряжений в месте КЗ и определение по ним значений фазных токов и напряжений.

17 неделя. Определение действующего значения периодической слагающей тока трехфазного КЗ сети 6–10 кВ в произвольный момент времени по типовым кривым. Подготовка к защите КР.

Исходные данные к курсовой работе. Исходными данными для расчета трёхфазного КЗ являются представленные в приложении параметры элементов сети электроснабжения и ее схема.

Преподаватель выдает студенту вариант задания с указанием номера варианта исходных данных, схемы и места возникновения трехфазного КЗ в сети внутреннего электроснабжения 6–10 кВ; в сети 380/220 В, место возникновения трехфазного КЗ в сети 6– 10 кВ для определения действующего значения периодической слагающей тока трехфазного КЗ в произвольный момент времени и сам момент времени.

В качестве исходных данных для расчета несимметричного КЗ преподавателем выдаются студенту параметры элементов схемы электроснабжения, место возникновения и вид несимметричного КЗ.

Требования к оформлению и содержанию курсовой работы.

Расчетно-пояснительная записка должна быть выполнена в соответствии с выданным заданием, на листах формата А4, аккуратно, с обязательной нумерацией страниц. Формулы, таблицы, рисунки и текст должны быть выполнены в соответствии со стандартом вуза.

Обязательные разделы расчетно-пояснительной записки:

1.Введение.

2.Содержание.

3.Задание.

4. Исходные данные.

5. Расчет трёхфазного КЗ в схеме внутреннего электроснабжения сети 6–10 кВ.

6. Расчет тока трехфазного КЗ в сети 380/220 В.

7. Расчет несимметричного КЗ в схеме внешнего электроснабжения.

7

8. Векторные диаграммы токов и напряжений в месте несимметричного КЗ, выполненные в масштабе.

9. Определение действующего значения периодической слагающей тока трехфазного КЗ сети 6–10 кВ в произвольный момент времени по типовым кривым.

10.Список использованных источников.

11.Заключение.

Все основные разделы работы (п. 3–6) должны иметь подпункты согласно выданному заданию.

Материал работы должен включать в себя промежуточные схемы замещения, полученные путем преобразования (эквивалентирования). В каждую последующую схему должны входить сопротивления, рассчитанные на основе предыдущей схемы замещения. Результаты расчета параметров представляются следующим образом: используемая формула, числовые значения, конечный результат с указанием единиц измерения. Обозначения в тексте и на схемах должны совпадать. Для обозначения параметров предлагается использовать сквозную индексацию, задавая индексы преобразованным элементам схемы по направлению к увеличению.

Текст необходимо сопроводить комментариями и пояснениями по ходу решения. Выводы следует представить в конце каждого раздела.

В тексте пояснительной записки должны присутствовать соответствующие ссылки на использованную литературу.

Векторные диаграммы рекомендуется строить в относительных единицах, а масштаб подбирать таким образом, чтобы рисунок диаграммы был согласован с размерами страницы и не был слишком мелким. На диаграммах следует отразить процесс получения результирующих векторов и параметров режима в каждой фазе. Векторы тока и напряжения в фазах рекомендуется выразить в именованных единицах, для чего следует выполнить их перерасчет.

8

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

2.1. Основные понятия.

Общие сведения о переходных процессах

Э л е к т р и ч е с к а я с и с т е м а – это совокупность взаимодействующих элементов, которые подразделяются на элементы:

1) силовые:

– вырабатывающие (генераторы);

– преобразующие (трансформаторы, выпрямители, инверторы);

– потребляющие (нагрузки);

– передающие и распределяющие (ЛЭП, сети); 2) управления – регулируют и изменяют состояние системы (ре-

гуляторы возбуждения синхронных машин (СМ); регуляторы частоты, реле, выпрямители и т. п.).

СЭС, обладая многими свойствами, относятся к сложным и открытым системам, непрерывно взаимодействуя с окружающей средой. Взаимодействие принимает форму информации, энергии, физических процессов, материальных преобразований на границе с системой. Требования к системе таковы, что она призвана исполнять предназначенные функции. Однако под воздействием внешних факторов вероятностной природы функции не всегда выполнимы. Для контроля выполнения функций необходим постоянный мониторинг, то есть оценка состояния системы.

Р е ж и м с и с т е м ы – совокупность процессов, существующих в системе и определяющих её состояние в любой момент.

Режим характеризуется показателями, которые в количественном выражении описывают условия работы системы. Такие показатели называются параметрами режима. К ним относят: мощность, напряжение, ток, углы сдвига векторов напряженности, напряжения, тока, частоты и т. д.

Параметры режима связаны между собой соотношениями, в которые входят параметры системы: реактивное сопротивление; активное сопротивление; общее сопротивление; проводимость; собственные и взаимные сопротивления; коэффициенты трансформации; постоянные времени; коэффициенты усиления и т. д. Например, согласно закону Ома I = U / R, где I и U относят к параметрам режима, R – к параметрам системы.

Режимы электрических систем подразделяются на виды:

1. Нормальный установившийся (для которого проектируется система и определяются технико-экономические показатели). Значе-

9

ния параметров этого режима изменяются в пределах, соответствующих нормальной работе потребителей.

2.Нормальный переходный (когда система переходит от одного рабочего состояния к другому, т. е. обычные эксплуатационные изменения). Этот режим характеризуется быстрым и резким изменением параметров некоторых элементов СЭС при незначительном изменении параметров в узловых точках.

3.Аварийные установившиеся и переходные. Для них определяются технические характеристики, связанные с необходимостью ликвидации аварии и выяснения условий дальнейшей работы системы. Значения параметров всех элементов и узловых точек резко отличаются от номинальных.

Трудно предсказуемые факторы, воздействующие на систему, изменяют её текущее состояние, получившее название «переходные процессы».

П е р е х о д н ы е п р о ц е с с ы – процессы, появляющиеся в электрической системе при изменении условий ее работы.

Переходные процессы возникают за счет включения и отключения электроприемников, КЗ, включения и повторного включения КЗ, разрыва фаз, форсировки возбуждения, развозбуждения СМ, несинхронного включения СМ.

Электромагнитные переходные процессы возникают при нор-

мальной работе, то есть работе, не связанной с непредвиденными авариями и при аварии (непредусмотренные переходные процессы и КЗ).

При любых переходных процессах появляются изменения электромагнитного состояния магнитосвязанной системы и возникают электромеханические переходные процессы.

2.2. Виды коротких замыканий, назначения расчетов и основные допущения при расчете

токов короткого замыкания

К о р о т к и м з а м ы к а н и е м называется случайное или преднамеренное электрическое соединение различных точек электроустановки между собой или с землей, не предусмотренное нормальным режимом работы.

З а м ы к а н и е м называется соединение одной фазы с землей в сетях с изолированной, компенсированной (резонансно-заземлен- ной) нейтралью, которая используется в сетях до 35 кВ.

Замыкания в глухо или эффективно заземленных сетях через дугу либо непосредственные соединения электрической установки от-

носят к коротким замыканиям (табл. 1).

10