🗊Презентация Расчет токов трехфазного замыкания в ЭС в именованных единицах

МИНОБРНАУКИ РОССИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Самарский государственный технический университет» (ФГБОУ ВПО «СамГТУ») Расчет токов трехфазного замыкания в ЭС в именованных единицах По дисциплине Электромагнитные переходные процессы в электрических системах

Типовые формулы и алгоритм расчета. Типовые формулы и алгоритм расчета. ри расчётах в именованных единицах все сопротивления схемы замещения должны быть выражены в Омах и приведены к одному базисному напряжению (к среднему напряжению одной электрической ступени). Такое приведение необхо­димо, если между источником и точкой КЗ. имеется одна или несколько ступе­ней трансформации. За базисное напряжение удобно принимать среднее напряжение той ступени, на которой имеется место КЗ. Приведение сопротивления, выраженного в Омах, к выбранному базисному напряжению производят по формуле: Х’= (n1, n2, n3…nk)^2X, где n1 n2 n3 nn — коэффициенты трансформации трансформаторов, через которые сопротивление х связано со ступенью базового напряжения; Коэффициенты трансформации определяют в направлении от выбранной базовой ступени к той ступени, на которой включено рассматриваемое сопротивление.

Так как для каждой электрической ступени принято определенное среднее напряжение, то коэффициенты трансформации, используемые для приве­дения сопротивлений, представляют собой отношения средних напряже­ний двух ступеней. В связи с этим промежуточные коэффициенты трансфор­мации сокращаются и пересчет сопротивлений можно вести по следующей формуле: Так как для каждой электрической ступени принято определенное среднее напряжение, то коэффициенты трансформации, используемые для приве­дения сопротивлений, представляют собой отношения средних напряже­ний двух ступеней. В связи с этим промежуточные коэффициенты трансфор­мации сокращаются и пересчет сопротивлений можно вести по следующей формуле: X’=U^2б/U^2CP, где Х – индуктивное сопротивление данного элемента, Ом, заданное при Uср ступени, на которой включен данный элемент; Х/ - индуктивное сопротивление данного элемента , Ом, приведённое к принятому базисному напряжению Uб

сопротивления элементов сети с учётом приведения рассчитывают по фор­мулам: сопротивления элементов сети с учётом приведения рассчитывают по фор­мулам: 1) Для системы: Xc=Xc(Ub/Ucp)^2 если известна Sк.з.: Xc=U^2b/Sк.з. 2) Для ЛЭП: Xл=xo*I*(Ub/Ucp)^2; Rл=ro*I*(Ub/Ucp)^2 3) Для трансформатора:Ur=Uk%/100%; Ub^2/Sном Где Uk%  - напряжение К.З. трансформатора, % по справочным данным Sном - Номинальная мощность трансформатора, МВ*А. После расчёта всех сопротивлений определяют одно эквивалентное сопро­тивление до точки КЗ

Ze=`Xe^2+Re^2 , Ом Где Х/e  и R/e  - суммарные индуктивное и активное сопротивление сети до места КЗ. Ze=`Xe^2+Re^2 , Ом Где Х/e  и R/e  - суммарные индуктивное и активное сопротивление сети до места КЗ. Целесообразно учитывать активное сопротивление, если R/e    Х/e  e/3. Для генераторов, трансформаторов, воздушных линий и коротких участков распреде­лительной сети обычно учитывают только индуктивные сопротивления.

В пример возьмем расчет токов к.з. в сетях до 1 кВ. В пример возьмем расчет токов к.з. в сетях до 1 кВ. В электрических сетях до 1 кВ составление схемы замещения и определение начального значения тока КЗ имеют некоторые особенности. В этих сетях, прежде всего, надо учитывать индуктивное и активное сопротивление элементов цепей, т.к. они соизмеримы. В установках до 1 кВ на ток КЗ существенное влияние оказывают сопротивления таких элементов, как короткие проводники небольшого сечения, трансформаторы тока, токовые катушки автоматов, сопротивления контактных соединений, которые в установках высокого напряжения не учитываются.

В тоже время без значительного загрубления расчётов можно пренебречь сопротивлением внешних связей и считать, что шины высшего напряжения трансформатора, питающего сеть низшего напряжения, являются шинами неизменного напряжения. В тоже время без значительного загрубления расчётов можно пренебречь сопротивлением внешних связей и считать, что шины высшего напряжения трансформатора, питающего сеть низшего напряжения, являются шинами неизменного напряжения. Параметры схем замещения для установок ниже 1 кВ удобно представлять в именованных единицах. За среднее напряжение принимают значения из следующего ряда: 690, 525, 400, 230, 127 В. Величины хi и ri для i-го элемента сети определяют с использованием соответствующих справочных данных.

Для силового трансформатора: Для силового трансформатора: Nr= ( Pk*U^2ном/S^2ном)*10^6(mOм) Xr=(^Uk^2-(100* Pk/Sном)-U^2ном/Sном)*10^4 где SНОМ - номинальная мощность трансформатора, кВА; UНОМ – номинальное линейное напряжение обмотки низшего напряжения трансформатора, кВ;  РК – потери КЗ в трансформаторе, кВт; UК – напряжение КЗ трансформатора, %.

Под начальным сверхпереходным током понимают действующее значение периодической составляющей тока в начальный момент КЗ при . В расчётах применяют укрупнённые именованные величины: кВ, кА, МВА и т.п. Под начальным сверхпереходным током понимают действующее значение периодической составляющей тока в начальный момент КЗ при . В расчётах применяют укрупнённые именованные величины: кВ, кА, МВА и т.п. Расчёт ТКЗ начинается с составления схемы замещения, используя схемы замещения отдельных элементов, приведенные в п.1.2. Схему замещения изображают однолинейной (для одной из фаз), используя симметрию схемы; обратный путь тока в схемах не показывают. Расчётная схема замещения соответствует аварийному режиму энергосистемы и на ней изображаются только те элементы, по которым протекает ток КЗ. Ток КЗ протекает от источников к месту повреждения. Элементы схемы замещения обозначают в виде обыкновенной дроби, в числителе которой находится порядковый номер, а в знаменателе – величина сопротивления.

Затем выбирается основная ступень напряжения, к которой приводятся сопротивления всех элементов и ЭДС генераторов. В качестве основной ступени напряжения рекомендуется принять ступень, где произошло КЗ. Затем выбирается основная ступень напряжения, к которой приводятся сопротивления всех элементов и ЭДС генераторов. В качестве основной ступени напряжения рекомендуется принять ступень, где произошло КЗ. Для исключения влияния соединения обмоток трансформаторов (автотрансформаторов) коэффициент трансформации определяется как отношение линейных напряжений при холостом ходе, при этом он равен отношению: напряжения обмотки, обращённой к основной ступени к напряжению обмотки, обращённой к приводимому элементу.

При наличии между основной ступенью и приводимым элементом нескольких трансформаторов (или автотрансформаторов) результирующий (эквивалентный) коэффициент трансформации равен произведению всех коэффициентов трансформации трансформаторов, расположенных между приводимым элементом и основной ступенью: kэ=k1k2….kn=Пk1 При наличии между основной ступенью и приводимым элементом нескольких трансформаторов (или автотрансформаторов) результирующий (эквивалентный) коэффициент трансформации равен произведению всех коэффициентов трансформации трансформаторов, расположенных между приводимым элементом и основной ступенью: kэ=k1k2….kn=Пk1 Приведенные параметры обозначают, например, . Для приведения используют следующие формулы: E=E*kэ ; U=U*k; I=I/kэ ; z=z*kэ

После вычисления всех ЭДС и сопротивлений и приведения к основной ступени исходная схема замещения сворачивается - преобразуется к простейшему виду – эквивалентная ЭДСи эквивалентное сопротивление. При этом используются правила преобразования электрических схем, основными из которых являются: сложение последовательно соединённых сопротивлений, замена параллельно соединённых сопротивлений одним эквивалентным, преобразование «звезды» в «треугольник» и обратное преобразование, преобразование «звезды» с произвольным числом лучей в многоугольник. После вычисления всех ЭДС и сопротивлений и приведения к основной ступени исходная схема замещения сворачивается - преобразуется к простейшему виду – эквивалентная ЭДСи эквивалентное сопротивление. При этом используются правила преобразования электрических схем, основными из которых являются: сложение последовательно соединённых сопротивлений, замена параллельно соединённых сопротивлений одним эквивалентным, преобразование «звезды» в «треугольник» и обратное преобразование, преобразование «звезды» с произвольным числом лучей в многоугольник. При выполнении преобразований часто требуется нахождение эквивалентной ЭДС двух параллельно включённых ветвей с различными ЭДС и сопротивлениями (при расчётах токов КЗ значения ЭДС отличаются незначительно друг от друга).  при этом : Eэ= E1X2+E2X1/X1+X2 и Xэ=(X1X2/X1+X2)+X3….

 Преобразование схемы с двумя параллельными элементами  Преобразование схемы с двумя параллельными элементами Найденные из преобразованной схемы эквивалентные ЭДС и сопротивление, используются для вычисления тока КЗ. Учитывая, что ЭДС линейная (междуфазная), а ток КЗ определяется фазный, то сверхпереходный ток КЗ вычисляется по формуле Ik=E/^3* Xэ

Расчёт ТКЗ с точным приведением коэффициентов трансформации.Сопротивления всех элементов схемы выражаются в именованных единицах с использованием выражений (1.7, 1.9). Сопротивления генератора, трансформатора, линиии реактораопределяются с помощью выражений: Расчёт ТКЗ с точным приведением коэффициентов трансформации.Сопротивления всех элементов схемы выражаются в именованных единицах с использованием выражений (1.7, 1.9). Сопротивления генератора, трансформатора, линиии реактораопределяются с помощью выражений:

С целью компенсации потерь напряжения в элементах энергосистем (линии, кабели, трансформаторы, реакторы) номинальные напряжения обмоток повышающих трансформаторов выше стандартных номинальных напряжений соответствующего класса: если кВ, то на 10%, есликВ – на 5 %. Напряжение 220 кВ является граничным, поэтому у некоторых повышающих трансформаторов это напряжение только на 5% выше номинального. Шкала напряжений питающих трансформаторов: С целью компенсации потерь напряжения в элементах энергосистем (линии, кабели, трансформаторы, реакторы) номинальные напряжения обмоток повышающих трансформаторов выше стандартных номинальных напряжений соответствующего класса: если кВ, то на 10%, есликВ – на 5 %. Напряжение 220 кВ является граничным, поэтому у некоторых повышающих трансформаторов это напряжение только на 5% выше номинального. Шкала напряжений питающих трансформаторов:

Расчёт ТКЗ с приближённым приведением коэффициентов трансформации.На практике часто используется приближённое приведение коэффициентов трансформации, при этом упрощаются расчёты токов КЗ. Для каждой ступени принимают, что все номинальные напряжения обмоток трансформаторов и генераторов одинаковы и равны среднему номинальному напряжению трансформатораили расчётному напряжению. В соответствие с "Правилами устройства электротехнических установок" (ПУЭ) среднее номинальное значения напряжения принимается выше стандартных номинальных напряжений соответствующего класса: есликВ, то на 5%, есликВ – на 2,5 %. Расчёт ТКЗ с приближённым приведением коэффициентов трансформации.На практике часто используется приближённое приведение коэффициентов трансформации, при этом упрощаются расчёты токов КЗ. Для каждой ступени принимают, что все номинальные напряжения обмоток трансформаторов и генераторов одинаковы и равны среднему номинальному напряжению трансформатораили расчётному напряжению. В соответствие с "Правилами устройства электротехнических установок" (ПУЭ) среднее номинальное значения напряжения принимается выше стандартных номинальных напряжений соответствующего класса: есликВ, то на 5%, есликВ – на 2,5 %.

Шкала номинальных напряжений: Шкала номинальных напряжений:

В приближённом приведении нескольких последовательно соединённых трансформаторов напряжения промежуточных ступеней сокращаются, и эквивалентный коэффициент трансформации определяется как отношение средних номинальных напряжений крайних ступеней, т.е. напряжения основной ступени и напряжения ступени приводимого элемента. В приближённом приведении нескольких последовательно соединённых трансформаторов напряжения промежуточных ступеней сокращаются, и эквивалентный коэффициент трансформации определяется как отношение средних номинальных напряжений крайних ступеней, т.е. напряжения основной ступени и напряжения ступени приводимого элемента. Для данного расчёта применимы все формулы, приведенные в п.1.3.1. Погрешность расчёта токов КЗ при приближённом приведении по сравнению с точным приведением не превышает 10-15%.

Выбор электрооборудования и проводников по условиям сохранения электродинамической стойкости после воздействия КЗ Электродинамическое действие токов КЗ.При коротких замыканиях в результате возникновения ударных токов КЗ в шинах и других конструкциях распределительных устройств возникают электродинамические усилия, создающие изгибающие моменты, которые приводят к механическим напряжениям в металле проводников. Механические напряжения в проводниках не должны превышать максимально допустимые, определяемые по справочнику для конкретного металла. Электродинамическое действие ударного тока () определяется силой взаимодействия между проводниками при протекании по ним ударного тока.

Термическое действие токов КЗ. Токоведущие части при КЗ могут нагреваться до критической температуры. Проводники термически устойчивы, если расчётная температура ()не превышаетдля используемого материала (например, для медных шин, а алюминиевых). Термическое действие токов КЗ. Токоведущие части при КЗ могут нагреваться до критической температуры. Проводники термически устойчивы, если расчётная температура ()не превышаетдля используемого материала (например, для медных шин, а алюминиевых). Время протекания тока КЗ определяется как сумма времени действия защиты и времени выключающей аппаратуры: (8.3) При проверке токоведущих частей на термическую устойчивость используют приведённое время , в течение которого установившейся ток КЗвыделяет тоже количество теплоты, что и изменяющийся во времени ток КЗ за действительное времяt.

Общие положения по выбору электрических аппаратов и параметров токоведущих устройств Общие положения по выбору электрических аппаратов и параметров токоведущих устройств Электрические аппараты, изоляторы и токоведущие устройства работают в условиях эксплуатации в трех основных режимах: длительном, перегрузки (с повышенной нагрузкой, которая для некоторых аппаратов достигает значения до 1,4номинальной) и короткого замыкания. Выбор электрических устройств по длительному режиму работы Выбор по номинальному напряжению. Электрические аппараты изначально имеют запас электрической прочности, что позволяет им работать при напряжении на 10-15%выше номинального. Поэтому в условиях эксплуатации при выборе аппаратов по напряжению используют следующие условие: Где Uном  - номинальные напряжения установки и аппарата.

Выбор электрических устройств по току КЗ Выбор электрических устройств по току КЗ Выбранные по номинальным условиям электрические аппараты, изоляторы и токоведущие устройства проверяют на электродинамическую и термическую стойкость при КЗ. Отключающие аппараты, кроме того, должны быть проверены и по отключающей способности относительно токов КЗ. Проверка на электродинамическую стойкость. Расчётным видом КЗ для проверки аппаратов на электродинамическую стойкость может быть трехфазное или однофазное короткое замыкание.

Проверка на термическую стойкость. Для электрических аппаратов должно выполняться одно из условий: Проверка на термическую стойкость. Для электрических аппаратов должно выполняться одно из условий: где - номинальный ток термической стойкости, который аппарат может выдержать в течение времени(определяется по справочным данным);- тепловой импульс, т.е. количество тепла выделенного в аппарате во время протекания тока КЗ;- установившейся ток КЗ;- приведённое время действия тока КЗ. Выбор и проверка элементов системы электроснабжения выше 1кВ Предохранители выбирают по номинальному току, номинальному напряжению и отключающей способности. При выборе по номинальному напряжению учитывают возможность превышения рабочего напряжения установки над номинальным напряжением на 10%.

Использование ПЭВМ для расчетов режимов симметричных замыканий в ЭС Расчет коротких замыканий вручную требуют значительных трудозатрат. По этим причинам после появления ЭВМ, а далее ПВМ начались попытки применить их для расчета уставок релейной защиты. Эти программы для распредсетей были относительно простыми и разрабатывались непосредственно теми, кто занимался расчетами на любительском уровне. Для раз-работки программ использовались алгоритмические языки программирования: Бейсик, Фортран, Паскаль, Дельфи и т.д.

Для выполнения даже сложных профессиональных программ можно ис-пользовать любые имеющиеся ПВМ, начиная с I-386 серии. В дальнейшем к разработке программ подключились профессионалы, и простые программы превратились в сложные комплексы программ, позволяющие автоматизировать выполнение всех этапов расчета: подготовку данных, расчет параметров, составление схемы замещения, расчет аварийных величин, выбор уставок защиты и сохранение результатов. Для выполнения даже сложных профессиональных программ можно ис-пользовать любые имеющиеся ПВМ, начиная с I-386 серии. В дальнейшем к разработке программ подключились профессионалы, и простые программы превратились в сложные комплексы программ, позволяющие автоматизировать выполнение всех этапов расчета: подготовку данных, расчет параметров, составление схемы замещения, расчет аварийных величин, выбор уставок защиты и сохранение результатов.

Институтом Электродинамики Украины разработан «Комплекс программ расчета аварийных режимов в сложной электрической сети объемом до 3000 узлов». В настоящее время эксплуатируется программный комплекс V-VI-50, позволяющий выполнить самые сложные расчеты в сетях любой сложности с учетом токов нагрузки, емкостных токов в сети, сложных несимметричных режимов.  Институтом Электродинамики Украины разработан «Комплекс программ расчета аварийных режимов в сложной электрической сети объемом до 3000 узлов». В настоящее время эксплуатируется программный комплекс V-VI-50, позволяющий выполнить самые сложные расчеты в сетях любой сложности с учетом токов нагрузки, емкостных токов в сети, сложных несимметричных режимов. 

 Этими программами оснащены все энергетические системы Украины. Этот комплекс можно применить и для расчета в распредсетях, однако для этого он слишком сложен.  Этими программами оснащены все энергетические системы Украины. Этот комплекс можно применить и для расчета в распредсетях, однако для этого он слишком сложен. Аналогичные программы разработаны и внедрены Новосибирским политехническим институтом (Техническим университетом), Московским институтом «Энергосетьпроект».

Кроме того, множеством других организаций – проектных и электросетевых – разработаны и эксплуатируются собственные программы, приспособленные к их нуждам. У авторов в настоящее время отсутствуют сводные данные по возможности приобретения программ расчета ТКЗ, а также по их особенностям. Кроме того, множеством других организаций – проектных и электросетевых – разработаны и эксплуатируются собственные программы, приспособленные к их нуждам. У авторов в настоящее время отсутствуют сводные данные по возможности приобретения программ расчета ТКЗ, а также по их особенностям.

 Ряд этих организаций предлагает указанные программы на продажу. У авторов в настоящее время отсутствуют сводные данные по возможности приобретения программ расчета ТКЗ, а также по их особенностям.   Ряд этих организаций предлагает указанные программы на продажу. У авторов в настоящее время отсутствуют сводные данные по возможности приобретения программ расчета ТКЗ, а также по их особенностям. 

. Поэтому мы рекомендуем обратиться к информации в сети «Интернет» или в ближайшей службе РЗА. При выборе необходимой программы следует четко представлять задачи, которые должна выполнять программа, и выяснить, насколько соответствует данная программа этим задачам. . Поэтому мы рекомендуем обратиться к информации в сети «Интернет» или в ближайшей службе РЗА. При выборе необходимой программы следует четко представлять задачи, которые должна выполнять программа, и выяснить, насколько соответствует данная программа этим задачам.  

Список использованных источников: 1) Ульянов С.А., Электромагнитные переходные процессы в электрических системах, изд-во «Энергия», 1970 2) Крючков И.П., Переходные процессы в электрических системах, МЭИ, 2008