МІНІСТЕРСТВО НАУКИ ТА ОСВІТИ УКРАЇНИ
ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Кафедра “Електричні станції та мережі”ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
до курсової роботи
по курсу: «Перехідні процеси у в системах електропостачання»
на тему: «Розрахунок електромагнітних процесів у системахелектропостачання»
Виконав ст.гр.__________ _________
дата підпис
Перевірив ас. ___________________
дата підпис
Нормаконтролер ас.__________ _________
дата підписДонецьк
РЕФЕРАТ
Пояснювальна записка: 32с., 11 рис., 5 джерел,1 таблиця, 1 додаток.
Об’єкт дослідження – система електропостачання.
Мета роботи — придбання практичних навичок розрахунку електромагнітних перехідних процесів усистемах електропостачання. Під час її виконання провела розрахунки струмів та напругпри симетричних та несиметричних коротких замиканнях у високовольтній мережі,струмів замикання на землю в мережах з ізольованою нейтраллю, а також визначиластруми КЗ в низковольтних мережах. Побудувала векторних діаграм струмів танапруг при несиметричних коротких замиканнях.
ПЕРЕХІДНІ ПРОЦЕСИ,ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ, КОРОТКІ ЗАМИКАННЯ, МЕРЕЖА, НЕЙТРАЛЬ, ВЕКТОРНІ ДІАГРАМИ.
ЗМІСТПерелікумовних позначень та скороченьВступ
1.Розрахунок струмівтрифазного короткого замикання
1.1 Вихідні дані
1.2Складання та перетвореннясхеми заміщення
1.3 Розрахунок струмівтрифазного КЗ у початковий момент часу
1.4 Розрахунок струмів КЗ удовільний момент часу
2.Розрахунок несиметричногокороткого замикання
2.1 Складання та перетвореннясхем заміщення окремих послідовностей
2.2 Розрахунок струмів танапруг при несиметричному КЗ
2.3 Побудова векторних діаграм
3.Визначення стуму замиканняна землю в мережі з ізольованою нейтраллю
4.Особливості розрахункуструмів короткого замикання в мережі 0,4 кВ
Висновки
Перелік посилань
Додаток А
ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬТА СКОРОЧЕНЬ
СЕП – системи електропостачання;
КЗ — коротке замикання;
ЕРС – електрорушійна сила;
Uб — базисна напруга;
G — генератори;
М — асинхронний двигун;
MG — синхроннийдвигун.
ВСТУП
Задача досліджень та розрахунків перехіднихпроцесів є у тому, щоб аналізуючи особливості роботи та якісно нові властивостіпри кількісних змінах у системах електропостачання, передбачати проходженняперехідних процесів та керувати ними.
Дослідження та розрахунок перехідних процесів є одним з необхідних умоврозв’язання багатьох задач, що з’являються при проектуванні та експлуатаціїсистем електропостачання. Ці задачі пов’язані з дослідженням електромагнітнихперехідних процесів, вибором принципу дії та настроювання автоматичних пристроївпроти аварійного керування, аналізом механічних перехідних процесів з метоювизначення умов стійкості електричного навантаження систем та розробки заходівдля забезпечення безперервної роботи промислових підприємств в різних режимахсистем електропостачання.
За дослідженнями та розрахунками перехідних процесів слід проектуватитакі системи, в яких перехідні процеси закінчувалися б злагодженим потрібнимстійким режимом. При цьому перехідні процеси мають розглядатися з боку надійностівсієї системи та її поведінка при зміні умов роботи.
В процесі експлуатації систем однією з основних причин порушеннянормального режиму роботи окремих електроустановок та системи в цілому єкороткі замикання, які є випадковими або спеціальними, не передбачуваними нормальнимрежимом роботи, електричні з’єднання різних точок електроустановки між собоюабо з землею.
Для розв’язання складних задач та проведення традиційних розрахунківперехідних процесів зараз широко застосовують засоби обчислювальної техніки.
1РОЗРАХУНОК СТРУМІВ ТРИФАЗНОГО КОРОТКОГО ЗАМИКАННЯ
1.1 Вихідні даніНа рисунку 1.1привела вихідну схему електричної системи
/>
Рисунок 1.1 – Вихідна схема.
Характеристики складових системи обирала за довідником [4].
Таблиця 1.1 – Вихідні даніГенератори G1,G2
Pн, МВт 300 Трансформатори Т1, Т2
Sн, МВА
Uн, кВ
400
220 Трансформатори Т3, Т4
Sн, МВА 32 Трансформатор Т5
Sн, кВА 2500 Двигун М
Pн, кВт
4 штуки 800 Двигун MG
Pн, кВт
2 штуки 500 Вимикач QF
Iн, А 4000 Система GS
Sкз, МВА 4500 Повітряна лінія WL1
L, км
Х0/х
60
3,5 Повітряна лінія WL2
L, км
Х0/х
35
3,0 KL1 0,3 KL2 1 KL3 8,2 KL4 9,2
Генератори G1,G2тип ТГВ-300-2У3 :
· номінальнаповна потужність Sн= 353 МВА
· номінальнанапруга Uн= 20 кВ;
· cosцн =0,85;
· номінальнийструм Ін= 10,19 кА;
· xd//=0.195 в.о.
Трансформатори Т1 та Т2 типу ТДЦ –400000/220-78Т1
o номінальнавища напруга Uвн=237 кВ;
o номінальнанижча напруга Uнн=21 кВ;
o Uк=11%.
Трансформатори Т3 та Т4 типу ТРДН-32000/220:
o номінальнавища напруга Uвн=230 кВ;
o номінальнанижча напруга Uнн=6,3 кВ.
o UкВН=11,5%.
Трансформатор Т5 типу ТМ-2500/10:
o Uк=6,5%;
o Рк=23,5 кВт.
Асинхронний двигун М типу ДА302-17-44-8У1:
o номінальнанапруга Uн=6 кВ;
o кратністьстуму 6.8;
o ККД 93,5;
o cosцн =0,85;
Синхронний двигун МG типу СДН 14-44-12У3:
o номінальнанапруга Uн=6 кВ;
o кратністьстуму 5.3;
o ККД 93,2;
o cosцн =0,9;
Вимикачі типу 7025С 4000/380.
1.2 Складання та розрахунок схеми заміщення
/>
Рисунок 1.2 – Схема заміщення.
/>=/>=/>=/>=0,033.
WL1: /> в.о..
WL2: /> в.о..
T1, T2: /> в.о..
Т3, Т4: /> в.о..
/> в.о..
КL1: />в.о..
КL2: /> в.о..
MG: /> в.о.;
/>;
/> в.о..
M: /> в.о.;
/>.
G1, G2: /> в.о..
Для енергосистеми приймаю Е=1,05
Над перехідна ЕРС синхронних генераторів та синхронних електродвигунів,що працюють до КЗ із перезбудженням, визначається за формулою:
/>,
де />,/> — напруга навиводах машини і струм статора в попередньому режимі;
/> -кут зсуву фаз між струмом і напругою в попередньому режимі;
/> -над перехідний опір машини при нормальних умовах.
До виникнення КЗ двигуни працювали у номінальному режимі, тому
/>.
Для асинхронних двигунів:
М:/>в.о..
Для синхронних:
G: />
/> ;
MG: /> в.о..
Безпосередній розрахунок для схеми заміщення.
/> в.о.;
/> в.о.;
/> в.о.;
/> в.о.;
/> в.о..
Тому що кількість АД дорівнюю 4, а СД – 2, одержуємо:
/> в.о.;
/> в.о.;
/> в.о.;
/> в.о.;
/>/> в.о.;
/> в.о.;
/> в.о.;
/> в.о.;
/> в.о.;
/> в.о../>Рисунок 1.3 – Отримана схема заміщення
Напруга прямої послідовності:
/> в.о..
/> в.о.;
/>;
/> кА;
/> кА.
Струм від двигунів:
/> в.о.;
/> в.о..
Перший закон Кирхгофа:
/>
Звідки:
/> в.о..
Напруга у точці В:
/> в.о..
Струм генераторів:
/> в.о..
Струм системи:
/> в.о..
1.3 Розрахунок струмів трифазного КЗ у початковий момент часу
Струми джерел в багатопроменевій зірці:
/> кА;
/> кА;
/> кА;
/> кА.
Загальний струм в місці КЗ:
/> кА.
1.4 Розрахунок струмів КЗ удовільний момент часу
Визначення періодичного струму КЗ у довільний момент часу від генераторівпотужністю до 500 МВт включно, від синхронних компенсаторів та електродвигунівпроводиться із застосуванням методу типових кривих.
Номінальні струми машин, приведених до точки КЗ:
Іном(М)=/>кА;
Іном(МG)=/>кА;
Іном(G)=/>кА.
Віддаленість точки КЗ від синхронної машини характеризується відношеннямдіючого значення періодичної складової струму цієї машини в початковий моментКЗ до номінального струму машини:
/>.
/>,
/>;
/>,
/>;
/>.
Розрахунок періодичної складової струму КЗ у довільниймомент часу. при /> коротке замикання вважаєтьсявіддаленим і періодична складова струму КЗ приймається незмінної по амплітуді: />. Не змінюєтьсяв часі і періодична складова струму КЗ від енергосистеми.
/> кА;
/> кА;
/> кА;
/> кА — const.
Аперіодична складова струму КЗ від будь-якого джерела у довільний моментчасу визначається по формулі
/>,
де /> – періодичний струм КЗ від цього жджерела у початковий момент часу;
/> –постійна часу згасання аперіодичної складової струму КЗ, с.
Для всіх характерних гілок електричної системи, крім гілок електродвигунів,значення /> визначаєтьсяза табл. Д.2.2.
Тоді отримуємо аперіодичні складові:
/> кА;
/> кА;
/> кА;
/> кА.
Сумарна аперіодична складова дорівнює:
/> кА.
Ударний струм (максимальне миттєве значення повного струму) звичайно маємісце через 0,01с після початку КЗ. Його значення визначається за формулою:
/>,
де /> – ударний коефіцієнт.
/> кА;
/> кА;
/> кА;
/> кА.
Сумарний ударний струм дорівнює:
/> кА.
2 розрахунок несиметричного короткого замикання
2.1 Складання та перетворення схем заміщення окремих послідовностей
Розрахунок несиметричних коротких замикань виконується методомсиметричних складових із використанням схем заміщення прямої, зворотньої і нульовоїпослідовностей.
Спочатку складаю схему заміщення прямої послідовності. Вона будеаналогічна схемі заміщення для розрахунку трифазного КЗ за виняткоммісцезнаходження точки КЗ. Схема заміщення прямої послідовності перетворюють донайпростішого виду (одна гілка з сумарною ЕРС /> та сумарним опором прямоїпослідовності />).
/>
Рисунок 2.1 – Схема заміщення для прямої послідовності.
/> в.о.;
/> в.о..
/>Рисунок 2.2 – Перетворена схема заміщення дляпрямої послідовності
/> в.о.;
/> в.о.;
/> в.о..
Далі складаю та перетворюю схему заміщення зворотньоїпослідовності. Вона відрізняється від схеми прямої послідовності тим, що всіЕРС джерел дорівнюють нулю, а генератори представляються своїми опорамизворотньої послідовності. У результаті перетворення схеми заміщення визначаютьрезультуючий опір зворотньої послідовності />.
/> в.о..
/>
Рисунок 2.3 – Схема заміщення для нульової послідовності.
Схему заміщення нульової послідовності також перетворюють донайпростішого виду і визначають результуючий опір нульової послідовності />.
/> в.о.
/> в.о.
/> в.о.
/> .о.
/> в.о.
/> в.о.
/>Рисунок 2.4– Схема для нульової послідовності
/> в.о.
2.2 Розрахунок струмів та напруг при несиметричному КЗ.
Сумарні опори послідовностей:
х1∑=0,0479 в.о.;
х2∑=0,0479в.о.;
х0∑=0,1= в.о.;
/> в.о./>Рисунок 2.5 – Схема до розрахунку напруг та струмів
Струм прямої послідовності особливої фази в місці КЗ визначається заформулою:
/> в.о.
Напруга прямої послідовності особливої фази в місці
/> в.о.
Визначаємо струм зворотної і нульової послідовності
/> в.о.;
/> в.о.;
/> в.о..
Базисний струм:
/> кА
Дійсне значення струмів і напруги:
/> кА
/> кА
/> кА
/> кВ
Знаходимо струм після трансформатору 3:
/> в.о.
Струм прямої послідовності:
/> в.о.
Втрати напруги на трансформаторі 3 для прямої послідовності:
/> в.о.
Напруга на нижній стороні для прямої послідовності:
/> в.о.;
/> кВ.
Струм зворотної послідовності.
/> в.о..
Напруга на нижній стороні для зворотної послідовності:
/> в.о.;
/> кВ.
Струм нульової послідовності:
/> в.о.
Напруга на нижній стороні для нульової послідовності:
/> в.о..
Повний струм ушкодженої фази в місці КЗ:
/>,
де /> -коефіцієнт, що залежить від виду КЗ .
/>Рисунок 2.6 – Схема для нульовоїпослідовності
Тоді повний струм дорівнює:
/> в.о.
Дійсне значення повного струму ушкодженої фази в місці КЗ:
/> кА.
2.3 Побудова векторних діаграм
/>
а)
/>
б)
Рисунок 2.7 – Векторні діаграма напруг
/>
Рисунок 2.8 – Векторна діаграма струмів у точці КЗ
3 ВИЗНАЧЕННЯ СТРУМУ ЗАМИКАННЯНА ЗЕМЛЮ В МЕРЕЖІ З ІЗОЛЬОВАНОЮ НЕЙТРАЛЛЮ
За [4] обираю необхідні дані.
ІСО1=0,71 для потужності двигуна630 кВт та перерізом S=70 мм2.
ІСО2=1,1 для потужності двигуна 1600кВт та перерізом S=150 мм2.
ІС1=n∙ ІСО1∙l1=4∙0,71∙0,4=1,136 кА;
ІС2= n∙ ІСО2∙l2=2∙1,1∙0,7=1,54 кА.
Сумарний струм:
ІС1+ ІС2=2,676 кА
Умова виконується і реактор встановлювати не треба.
4 РОЗРАХУНОК СТРУМУ КЗ В МЕРЕЖІ 0.4 кВ
/>
Рисунок 5.1 – Принципова схема і схема заміщення для розрахунку три фазногоКЗ в мережі 0,4 кВ
Опір енергосистеми:
/> мОм,
де /> -середня номінальна напруга мережі, підключеної до обмотки нижчої напругитрансформатора, В;
/> -середня номінальна напруга мережі енергосистеми, до якої підключена обмоткавищої напруги трансформатора, В;
/> -діюче значення періодичної складової струму трифазного КЗ на боці вищої напругитрансформатора, кА.
Знаходимо активний та індуктивний опір трансформатора:
/> мОм;
/> мОм;
/> мОм.
Тип шинопровода: ШМА68Н. Довжина шинопровода 10 м.
Знаходимо опори шинопровода:
/> мОм;
/> мОм.
Опір струмової котушки автомата /> та перехідний опір /> беремо із [1]:
/>=0,05мОм;
/>=5,12мОм.
Сумарні опори ланцюга КЗ:
/> мОм;
/>;
/> мОм.
Початкове діюче значення періодичної складової струму трифазного КЗ:
/> кА.
Постійна часу сгасання аперіодичної складової струму КЗ:
/> с
Час появи ударного струму:
/> с,
де /> -кут між векторами напруги і періодичної складової струму КЗ.
Ударний струм:
/> кА
ВИСНОВКИ
Для забезпечення надійної роботи енергосистемита пошкодження обладнання при КЗ потрібно швидко вимикати пошкоджену ділянку тазастосовувати правильно обрані апарати за умовами КЗ. Для виконання цього необхідновміти визначити КЗ, що супроводжується перехідними процесами, при якомузначення страму та напруги, характер їх зміни залежать від співвідношенняпотужності та опорів джерела живлення та мережі, у якій відбулося пошкодження.
У курсовому проекті розраховано короткезамикання у точці К2 симетричне та однофазне у точці К2. Визначили струмзамикання на землю в мережі з ізольованою нейтраллю та розрахувала струмтрифазного короткого замикання на шинах 0.4 кВ.
ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ
1.Переходные процессы в системах электроснабжения // В.Н.Винославский, Г.Г. Пивняк, Л.Н. Несен и др. – К.: Выща шк. Головное издательство,1989.- 422 с.
2.Рожкова Л.Д, КозулинВ.С. Электрооборудование станций и подстанций. – М.: Энергоатомиздат, 1987. –648с.
3.Методичесие указанияпо выполнению курсовой работы. – Д.: ДонНТУ, 2004.-30с.
4.Неклепаев Б.Н.Электрическая часть электростанций. — М.: Энергия, 1986. – 640с.
5.Электроэнергетическиесистемы в примерах и иллюстрациях / Под ред. В.А. Веникова. – М.: Энергоатомиздат,1983. – 456с.
ДОДАТОК А
ПЕРЕЛІК ЗАУВАЖЕНЬ НОРМОКОНТРОЛЕРА ДО КУРСОВОЇ РОБОТИПозначення документа Документ Умовна оцінка Зміст зауваження
Дата______________________Підпис_______________