Розрахунок електромагнітних процесів у системах електропостачання

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 системах електропостачання»





Виконав ст.гр. __________ _________ 

 			 дата підпис

Перевірив ас. __________ _________ 

дата підпис

Нормаконтролер ас. __________ _________ 

дата підпис



Донецьк


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 у системах електропостачання. Під час її виконання провела розрахунки струмів та напруг при симетричних та несиметричних коротких замиканнях у високовольтній мережі, струмів замикання на землю в мережах з ізольованою нейтраллю, а також визначила струми КЗ в низковольтних мережах. Побудувала векторних діаграм струмів та напруг при несиметричних коротких замиканнях.

ПЕРЕХІДНІ ПРОЦЕСИ, ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ, КОРОТКІ ЗАМИКАННЯ, МЕРЕЖА, НЕЙТРАЛЬ,ВЕКТОРНІ ДІАГРАМИ.


ЗМІСТ



Перелік умовних позначень та скорочень

Вступ

1.Розрахунок струмів трифазного короткого замикання

1.1 Вихідні дані

1.2Складання та перетворення схеми заміщення 

1.3 Розрахунок струмів трифазного КЗ у початковий момент часу

1.4 Розрахунок струмів КЗ у довільний момент часу

2.Розрахунок несиметричного короткого замикання

2.1 Складання та перетворення схем заміщення окремих послідовностей

2.2 Розрахунок струмів та напруг при несиметричному КЗ

2.3 Побудова векторних діаграм

3.Визначення стуму замикання на землю в мережі з ізольованою нейтраллю

4.Особливості розрахунку струмів короткого замикання в мережі 0,4 кВ

Висновки

Перелік посилань

	Додаток А


ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ ТА СКОРОЧЕНЬ



СЕП – системи електропостачання;

КЗ - коротке замикання;

ЕРС – електрорушійна сила;

Uб - базисна напруга;

G - генератори;

М - асинхронний двигун;

MG - синхронний двигун.




ВСТУП



Задача досліджень та розрахунків перехідних процесів є у тому, щоб аналізуючи особливості роботи та якісно нові властивості при кількісних змінах у системах електропостачання, передбачати проходження перехідних процесів та керувати ними.

Дослідження та розрахунок перехідних процесів є одним з необхідних умов розв’язання багатьох задач, що з’являються при проектуванні та експлуатації систем електропостачання. Ці задачі пов’язані з дослідженням електромагнітних перехідних процесів, вибором принципу дії та настроювання автоматичних пристроїв проти аварійного керування, аналізом механічних перехідних процесів з метою визначення умов стійкості електричного навантаження систем та розробки заходів для забезпечення безперервної роботи промислових підприємств в різних режимах систем електропостачання.

За дослідженнями та розрахунками перехідних процесів слід проектувати такі системи, в яких перехідні процеси закінчувалися б злагодженим потрібним стійким режимом. При цьому перехідні процеси мають розглядатися з боку надійності всієї системи та її поведінка при зміні умов роботи.

В процесі експлуатації систем однією з основних причин порушення нормального режиму роботи окремих електроустановок та системи в цілому є короткі замикання, які є випадковими або спеціальними, не передбачуваними нормальним режимом роботи, електричні з’єднання різних точок електроустановки між собою або з землею.

Для розв’язання складних задач та проведення традиційних розрахунків перехідних процесів зараз широко застосовують засоби обчислювальної техніки. 


1 РОЗРАХУНОК СТРУМІВ ТРИФАЗНОГО КОРОТКОГО ЗАМИКАННЯ



Вихідні дані



На рисунку 1.1 привела вихідну схему електричної системи





Рисунок 1.1 – Вихідна схема.


Характеристики складових системи обирала за довідником [4].



Таблиця 1.1 – Вихідні дані

Генератори 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,G2 тип ТГВ-300-2У3 :

номінальна повна потужність Sн= 353 МВА

номінальна напруга Uн= 20 кВ;

cosцн =0,85;

номінальний струм Ін= 10,19 кА;

xd//=0.195 в.о.

Трансформатори Т1 та Т2 типу ТДЦ –400000/220-78Т1

номінальна вища напруга Uвн=237 кВ;

номінальна нижча напруга Uнн=21 кВ;

Uк=11%.

Трансформатори Т3 та Т4 типу ТРДН-32000/220:

номінальна вища напруга Uвн=230 кВ;

номінальна нижча напруга Uнн=6,3 кВ.

UкВН=11,5%.

Трансформатор Т5 типу ТМ-2500/10:

Uк=6,5%;

Рк =23,5 кВт.

Асинхронний двигун М типу ДА302-17-44-8У1:

номінальна напруга Uн=6 кВ;

кратність стуму 6.8;

ККД 93,5;

cosцн =0,85;

Синхронний двигун МG типу СДН 14-44-12У3:

номінальна напруга Uн=6 кВ;

кратність стуму 5.3;

ККД 93,2;

cosцн =0,9;

Вимикачі типу 7025С 4000/380.




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 на виводах 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 у довільний момент часу



Визначення періодичного струму КЗ у довільний момент часу від генераторів потужністю до 500 МВт включно, від синхронних компенсаторів та електродвигунів проводиться 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 відношенням діючого значення періодичної складової струму цієї машини в початковий момент КЗ до номінального струму машини:



	.

	,

	;

	,

	;

	.

	

	Розрахунок періодичної складової струму КЗ у довільний момент часу. при  коротке замикання вважається віддаленим і періодична складова струму КЗ приймається незмінної по амплітуді: . Не змінюється в часі і періодична складова струму КЗ від енергосистеми.

 кА;

 кА;

 кА;

 кА - const.



Аперіодична складова струму КЗ від будь-якого джерела у довільний момент часу визначається по формулі



,



де  – періодичний струм КЗ від цього ж джерела у початковий момент часу;

 – постійна часу згасання аперіодичної складової струму КЗ, с. 

Для всіх характерних гілок електричної системи, крім гілок електродвигунів, значення  визначається за 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 має місце через 0,01с після початку КЗ. Його значення визначається за формулою:



,



де  – ударний коефіцієнт. 



	 кА;

	 кА;

	 кА;

	 кА.

	

	Сумарний ударний струм дорівнює:

	

	 кА.

	

	
розрахунок несиметричного короткого замикання



2.1 Складання та перетворення схем заміщення окремих послідовностей 



Розрахунок несиметричних коротких замикань виконується методом симетричних складових із використанням схем заміщення прямої, зворотньої і нульової послідовностей.

		Спочатку складаю схему заміщення прямої послідовності. Вона буде аналогічна схемі заміщення для розрахунку трифазного КЗ за винятком місцезнаходження точки КЗ. Схема заміщення прямої послідовності перетворюють до найпростішого виду (одна гілка з сумарною ЕРС  та сумарним опором прямої послідовності ).

	

	

Рисунок 2.1 – Схема заміщення для прямої послідовності.



 в.о.;

 в.о..





Рисунок 2.2 – Перетворена схема заміщення для прямої послідовності



 в.о.;

 в.о.;

 в.о..

		

		Далі складаю та перетворюю схему заміщення зворотньої послідовності. Вона відрізняється від схеми прямої послідовності тим, що всі ЕРС джерел дорівнюють нулю, а генератори представляються своїми опорами зворотньої послідовності. У результаті перетворення схеми заміщення визначають результуючий опір зворотньої послідовності . 

		

		 в.о..

		


		Рисунок 2.3 – Схема заміщення для нульової послідовності.



Схему заміщення нульової послідовності також перетворюють до найпростішого 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 за формулою:



 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 нульової послідовності


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 ЗАМИКАННЯ НА ЗЕМЛЮ В МЕРЕЖІ З ІЗОЛЬОВАНОЮ НЕЙТРАЛЛЮ



За [4] обираю необхідні дані.



ІСО1=0,71 для потужності двигуна 630 кВт та перерізом S=70 мм2.

ІСО2=1,1 для потужності двигуна 1600 кВт 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 < 30 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 фазного КЗ в мережі 0,4 кВ



Опір енергосистеми:



 мОм,



де  - середня номінальна напруга мережі, підключеної до обмотки нижчої напруги трансформатора, В;

 - середня номінальна напруга мережі енергосистеми, до якої підключена обмотка вищої напруги трансформатора, В;

 - діюче значення періодичної складової струму трифазного КЗ на боці вищої напруги трансформатора, 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]:



=0,05 мОм;

=5,12 мОм.



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 енергосистеми та пошкодження обладнання при КЗ потрібно швидко вимикати пошкоджену ділянку та застосовувати правильно обрані апарати за умовами КЗ. Для виконання цього необхідно вміти визначити КЗ, що супроводжується перехідними процесами, при якому значення страму та напруги, характер їх зміни залежать від співвідношення потужності та опорів джерела живлення та мережі, у якій відбулося пошкодження.

У курсовому проекті розраховано коротке замикання у точці К2 симетричне та однофазне у точці К2. Визначили струм замикання на землю в мережі з ізольованою нейтраллю та розрахувала струм трифазного 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, Козулин В.С. Электрооборудование станций и подстанций. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 648с.

3.Методичесие указания по выполнению курсовой работы. – Д.: ДонНТУ, 2004.-30с.

4.Неклепаев Б.Н. Электрическая часть электростанций. - М.: Энергия, 1986. – 640с.

5.Электроэнергетические системы в примерах и иллюстрациях / Под ред. В.А. Веникова. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 456с. 


ДОДАТОК А

ПЕРЕЛІК ЗАУВАЖЕНЬ НОРМОКОНТРОЛЕРА ДО КУРСОВОЇ РОБОТИ



Позначення документа

Документ

Умовна оцінка

Зміст зауваження











Дата______________________Підпис_______________