Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 22
|
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО СЕЛЬСКОМУ ХОЗЯЙСТВУ ФГОУ ВПО КОСТРОМСКАЯ ГСХА Кафедра электроснабжения Н.М. ПОПОВ, А.Н. КАНОВ Переходные процессы
Методические рекомендации КОСТРОМА 2006 УДК 658.26: 621.31 Методические рекомендации составлены сотрудниками кафедры электроснабжения ФГОУ ВПО Костромская ГСХА к.т.н., доцентом Поповым Н.М. и ассистентом Кановым А.Н. Методические рекомендации рассмотрены и рекомендованы к изданию методической комиссией факультета электрификации и автоматизации сельского хозяйства ФГОУ ВПО Костромская ГСХА, протокол № 4 от 13 мая 2005 г. Рецензент: к.т.н. доцент кафедры теоретических основ электротехники и автоматики ФГОУ ВПО Костромская ГСХА Шабалин В.Д. В учебно-методическом издании даны рекомендации по оформлению и выполнению курсовой работы, приведены варианты заданий и рекомендуемая литература. Методические рекомендации по выполнению курсовой работы по дисциплине «Переходные процессы» предназначены для студентов 3 курса специальности 311400 «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства» специализации 311404 «Электроснабжение сельского хозяйства» очной формы обучения. Табл. 2. Ил. 4. Ист. 5. Прил. 4 Учебно-методическое издание
Попов Н.М., Канов А.Н.
Переходные процессы
Методические рекомендации по выполнению курсовой работы для студентов 3 курса специальности 311400 «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства» специализации 311404 «Электроснабжение сельского хозяйства». — Кострома: КГСХА, 2006 г. — 16 с. Зав РИО Кондор И.В. Редактор Киселёва Н.В. Корректор Тарбеева Т.В. Содержание
1. Требования к оформлению пояснительной записки. 3
2. Методические рекомендации к расчету токов короткого замыкания. 4
2.2. Расчетная схема и схема замещения. 4
2.3. Определение относительных расчетных сопротивлений. 4
2.4. Определение установившегося значения тока к.з. 6
2.5. Построение графиков переходного процесса. 7
2.6. Определение значения тока к.з. на линии 10 кВ.. 8
2.7. Оценка возможности схлестывания проводов. 9
2.8. Построение графиков изменения токов к.з. при перемещении точки к.з. вдоль линии. 10
3. Задание к курсовой работе. 11
4. Список рекомендуемых источников. 12
В процессе эксплуатации электрических сетей различают рабочие и аварийные режимы. В результате изменения нагрузок и аварийных режимов наблюдаются переходные процессы. Переходным процессом называется изменение токов и напряжений при переходе системы от одного установившегося состояния (исходный режим) до другого установившегося состояния (послеаварийный режим). Рабочие режимы приводят к возникновению переходных процессов, но они настолько незначительны, что чаще всего и не рассматриваются в эксплуатации. С разной степенью вероятности аварийные режимы возникают в любое время суток и года на воздушных, кабельных линиях электропередачи, на подстанциях и в распределительных устройствах. Аварийные режимы работы сети сопровождаются ухудшением качества подведенного к потребителям напряжения. Аварийным режимом называется изменение состояния сети, не предусмотренное эксплуатационными характеристиками, результатом которого является: – резкое изменение токов или напряжений; – угроза выхода из строя потребителей или участков сети; – опасность для жизни людей или животных. В электрических сетях и у потребителей аварийные состояния возникают в результате коротких замыканий, перегрузок и обрывов проводов, при которых наблюдаются переходные процессы. Рассмотрение переходных процессов необходимо для выбора аппаратуры, токоведущих частей, релейной защиты. Наиболее тяжелыми для электрооборудования являются трехфазные короткие замыкания, при которых резко увеличиваются токи и снижается напряжение. Однофазные короткие замыкания являются наиболее опасными для обслуживающего персонала и для животных. При изучении переходных процессов в аварийных режимах предусматривается выполнение курсовой работы. Целью курсовой работы
является закрепление теоретических сведений, необходимых для расчета переходных процессов в аварийных режимах в сетях 110/35/10/0,4 кВ. Настоящие методические рекомендации содержат задания и дают пояснения к выполнению курсовой работы, а также они являются, по своей сути, дополнением к основным рекомендуемым учебникам.
1. Требования 1) выполняется самостоятельно и представляется к защите в виде пояснительной записки в твердой обложке на листах А4 формата (297´210 мм) с полями: слева — 30 мм, справа — 10 мм, сверху и снизу — по 20 мм, поля не отчеркиваются. Объем пояснительной записки 25-30 страниц. 2) Пояснительная записка должна быть написана разборчивым почерком или напечатана на ПЭВМ 14-м (13-м) кеглем, или размером шрифта, с одинарным или полуторным междустрочным интервалом. Заголовки разделов, подразделов и пунктов следует печатать с абзацного отступа с прописной буквы без точки в конце, не подчеркивая [1]. 3) Номер страницы проставляют в центре нижней части листа (без точки). 4) Все таблицы и рисунки нумеруются в пределах раздела, они должны иметь название. Их размещают после первого упоминания в тексте в удобном месте, желательно без разрыва таблиц и рисунков. 5) Формула вписывается в отдельную строку. После формулы ставится запятая, и с новой строки без абзацного отступа после слова «где» даются разъяснения символов и коэффициентов. Например, полное сопротивление линии вычисляется по формуле:
где R0ф
,
R0н.п
— удельные активные сопротивления фазного и нулевого проводов, зависят от материала и от сечения проводов, Ом/км; Х0п
— удельное индуктивное сопротивление петли фазный-нулевой провод, для воздушных линий 380 В Х0п
= 0,6 Ом/км; L
— длина петли фазный-нулевой провод, км. 6) В записку вносятся вычисления одного примера, а остальные вычисления из черновика переносятся в таблицы. Черновики потребуются при защите курсовой работы. Все таблицы должны быть пронумерованы арабскими цифрами (сквозная нумерация, знак № перед цифрой не ставится). Номер таблицы размещают в правом верхнем углу, над заголовком таблицы или впереди него в одну строку, заголовок выравнивают по центру. Сокращать слово «Таблица» в заголовке нельзя. 7) Рисунки в записке выполняются на белой бумаге (допускается миллиметровка) черной пастой. Наименование рисунка набирают меньшим кеглем, чем основной текст, и располагают посередине строки до пояснительных данных следующим образом: Рис. 1.
Схема питания потребителей
8) Ссылки на использованную литературу производятся в квадратных скобках в порядке использования в тексте [1]. Литература в список использованных источников заносится в том порядке, в котором использовалась в тексте: 1, 2 и т.д. Использованные источники представляются в соответствии с ГОСТ 7.1-84. В ссылках на источники следует соблюдать все знаки препинания. Пример титульного листа приведен в приложении 1.
2. Методические рекомендации В пояснительной записке приводятся исходные сведения (приложения 2 и 3). Пояснительная записка состоит из нижеуказанных разделов. Введение и титульный лист не нумеруются, но учитываются при нумерации страниц. Во введении описывается система питания сельскохозяйственных потребителей при многоступенчатой трансформации, виды повреждений в электрических сетях. Отличие расчетов токов к.з. вблизи генераторов и в удаленных точках. Для написания введения желательно использовать проблемные статьи по электроснабжению сельского хозяйства, публикуемые в журналах «Механизация и электрификация сельского хозяйства», «Техника в сельском хозяйстве», «Новости электротехники». Объем введения 1-2 страницы.
2.2. Расчетная схема и схема замещения
В записке приводится полная расчетная схема сети с исходными параметрами элементов. На расчетной схеме показать реальные значения токов, протекающих в элементах сетей. От расчетной схемы перейти к схеме замещения. Приводить схемы замещения до и после каждого преобразования со значениями сопротивлений. Обозначать каждый раз на схеме замещения параметры элементов и величины токов в ветвях.
2.3. Определение относительных расчетных сопротивлений
Относительные базисные сопротивления
[2]. В ограничении токов к.з. участвуют следующие элементы сети: генераторы, трансформаторы, линии электропередачи. Генераторы.
Сопротивление генератора в Омах находится по номинальным значениям:
где Приведем это сопротивление к базисному напряжению:
где U
баз
— базисное напряжение, В. Вычислим относительное базисное сопротивление:
где S
баз
— базисная мощность, ВА. Двухобмоточные трансформаторы.
Сопротивление трансформатора:
где Zтр
— полное сопротивление трансформатора, Ом; Хтр
— индуктивное сопротивление трансформатора, Ом; Uк
%
— напряжение короткого замыкания, %. Приведем это сопротивление к базисному напряжению:
Вычислим относительное базисное сопротивление трансформатора:
Линии электропередачи.
Индуктивное сопротивление ЛЭП длиной L определяется по формуле:
где Х0
— индуктивное сопротивление одного километра ЛЭП, Ом/км. Приведем это сопротивление к базисному напряжению:
Вычислим относительное базисное сопротивление ЛЭП:
Преобразование трехлучевой звезды в двулучевую.
Сложнее случай расчета тока к.з., если после преобразования схемы ток от двух источников протекает через общее сопротивление. Представим расчетную схему, по которой точка к.з. питается от двух генераторов, двух трансформаторов, но генераторы соединены реактором. Тогда после приведения сопротивлений к базисным условиям и преобразование треугольника в звезду получается как бы три луча схемы. В процессе перехода от трехлучевой звезды к двулучевой следует вычислять: 1) суммарное сопротивление трехлучевой звезды: Хå
= Х3
+Х1
Х2
/(Х1
+ Х2
), где Х1
, Х2
, Х3
— индуктивные сопротивления соответственно первого, второго и третьего луча; 2) коэффициенты токораспределения: С1
= X2
/(X1
+ X2
); С2
= X1
/(X1
+ X2
); 3) сопротивления двулучевой звезды: XI
= Xå
/C1
; XII
= Xå
/C2
. Используя все методы преобразования схем [3], в конечном итоге получают схему замещения, состоящую из одного или двух лучей. Причем все сопротивления выражаются в относительных базисных величинах. Расчет сопротивлений трехобмоточного трансформатора
. В сетях широкое распространение получили трехобмоточные трансформаторы. Они предназначены для питания близких и удаленных потребителей. У этих трансформаторов приводятся три значения напряжений к.з. по результатам заводских испытаний uк В-С
, uк В-Н
, uк С-Н
. Для расчетов удобно представить схему замещения такого трансформатора в виде трехлучевой звезды с сопротивлениями ХВ
, ХС
, ХН
. Чтобы получить значения этих сопротивлений, необходимо значения напряжения к.з. распределить на сопротивления обмоток высокого, среднего и низкого напряжений:
где uкВ-Н
—
напряжение короткого замыкания между обмотками высокого и низкого напряжения, %; uкС-Н
—
напряжение короткого замыкания между обмотками среднего и низкого напряжения, %; uкВ-С
—
напряжение короткого замыкания между обмотками высокого и среднего напряжения, %. По этим значениям напряжений к.з. вычисляются сопротивления обмоток при любом значении номинального напряжения
Вычисление расчетных сопротивлений.
Для определения тока к.з. по расчетным кривым необходимо найти расчетное сопротивление. Это сопротивление находят путем приведения суммарного базисного сопротивления к номинальной мощности генератора или группы генераторов:
где
2.4. Определение установившегося значения тока к.з.
Использование расчетных кривых.
Расчетные кривые используются для определения периодической составляющей тока в месте к.з. Этот метод основан на применении специальных кривых, дающих зависимость относительного значения периодической составляющей тока к.з. в произвольные моменты времени переходного процесса от расчетного сопротивления схемы. Эти кривые используются при определении токов к.з. в системах, в которых преобладают генераторы небольшой мощности до 150 МВт. Данные кривые приведены в приложении 4. Периодическую составляющую тока к.з. обычно находят для трех моментов времени: t =0, чтобы вычислить ударный ток; t = 0,2 с, чтобы проверить выключатели по отключающей способности; t = ¥, чтобы проверить работу релейной защиты. Относительное расчетное сопротивление откладывают по оси абсцисс и для каждого момента времени получают Если в схеме учитывается активное сопротивление, то расчет ведут не по индуктивному, а по общему сопротивлению В случае питания точки к.з. от двух источников суммарный ток к.з. определяется их суммированием: I
åк
=
Iк1
+
Iк2
. Ток к.з. от источника неограниченной мощности определяется отдельно по закону Ома и суммируется с токами от генераторов. Источник считается неограниченной мощности, если Порядок расчета тока к.з. по расчетным кривым
1. Составить расчетную схему. 2. Определить все сопротивления на расчетной схеме в относительных единицах. 3. Представить полную схему замещения. 4. Методами преобразований упростить схему замещения. 5. Вычислить 6. По расчетным кривым найти относительную периодическую составляющую тока к.з. 7. Определить ток к.з. от генератора в любой точке. 8. Для t = 0 вычислить ударный ток. Для t = 0,2 с определить ток отключения, который должен разрывать выключатель с временем действия 0,2 с. Затем вычисляется относительный базисный ток к.з. с учетом того, что в относительных базисных единицах ЭДС источника равна единице:
От относительного базисного значения тока переходят к значению тока в амперах. На другой ступени напряжения ток, протекающий во время к.з., будет отличаться в коэффициент трансформации раз. Чтобы вычислить величину тока к.з. на этой ступени, достаточно базисный ток этой ступени умножить на относительное базисное значение тока к.з.:
где Iкз
— ток короткого замыкания, А.
2.5. Построение графиков переходного процесса. На трех графиках для каждой из трех фаз изобразить совместно периодическую, апериодическую составляющие и полный ток к.з. При изменении начальной фазы или параметров нагрузки все графики должны измениться. График полного тока к.з. вычисляем по формуле:
где Первый член этого уравнения представляет собой установившийся режим — синусоидальную кривую, а второй член уравнения — свободную составляющую, которую называют апериодической составляющей. Наихудшие условия протекания тока к.з. при начальной фазе к.з.:
При таких начальных условиях получаем график изменения тока к.з., представленный на рисунке 1.
Рис. 1. Изменение тока при к.з. без учета нагрузки
Как видно, через полпериода после начала к.з. наблюдается наибольшая амплитуда тока к.з., которая называется ударным током. Полпериода составляет t = 0,01 с, тогда wt = p, w = 2pf = 314. Ударный ток равен:
Обозначим
2.6. Определение значения тока к.з. на линии 10 кВ
Приводятся синусоиды тока нагрузки и напряжения нагрузки и определение мгновенного значения тока в каждой фазе для определенного значения времени, при котором происходит к.з. С учетом тока нагрузки, существующего до момента к.з., графики токов переходного процесса изменятся по сравнению с начальным режимом холостого хода сети. В этом случае следует рассматривать два участка сети: участок от точки к.з. до источника и участок закороченной нагрузки. В момент возникновения к.з. в каждой фазе ток имел определенные мгновенные значения, соответственно которым на каждом из 2-х участков были определенные величины магнитных потоков. Эти значения потоков сохраняются в момент нарушения режима, так как в цепях с индуктивностью мгновенно измениться не могут. Общее решение дифференциального уравнения переходного процесса с учетом предварительного тока нагрузки выразится
Периодическая составляющая тока при переходе от режима нагрузки к режиму к.з. изменяется скачком, но это изменение компенсируется апериодической составляющей. Таким образом, ток переходного процесса при к.з. без скачков продолжает ток нагрузки, как это показано на рисунке 2.
Рис. 2. Переходный процесс при к.з. с учетом тока нагрузки
Следует иметь в виду, что в двух других фазах графики изменения токов будут иметь другой вид в связи со сдвигом токов на 120º и 240º во времени.
2.7. Оценка возможности схлестывания проводов
Сила, действующая на отталкивание проводников при двухфазном к.з., будет определяться по формуле:
где Чтобы оценить возможность схлестывания проводов в пролете воздушной линии электропередачи при двухфазном к.з., необходимо сравнить силу взаимодействия проводов с силой притяжения провода к земле Fпр:
где g
— ускорение свободного падения, м/с2
; m1
— масса одного км провода (принимается из справочников), кг; Возможно схлестывание проводом в пролете при условии FB
макс
> Fпр
.
2.8. Построение графиков изменения токов к.з. Однофазное к.з.
Определим ток однофазного к.з. [4] с учетом сопротивлений трансформатора и линии:
где Uф
— фазное напряжение, В; Для определения сопротивления петли фазный-нулевой провод необходимо знать их удельное активное сопротивление:
где R0ф
, R0н.п
— удельные активные сопротивления фазного и нулевого проводов, зависят от материала и от сечения проводов, Ом/км; Х0п
— удельное индуктивное сопротивление петли фазный-нулевой провод, для воздушных линий 380 В Х0п
= 0,6 Ом/км ; L
— длина петли фазный-нулевой провод, км. Трехфазное к.з.
Установившийся ток к.з. в простейшей цепи, питающейся от источника неограниченной мощности, находится по закону Ома:
где Rсум
— суммарное активное сопротивление цепи, Ом; Хсум
— суммарное реактивное сопротивление цепи, Ом; Двухфазное к.з.
При питании от системы неограниченной мощности ток двухфазного к.з. протекает под действием линейного напряжения по двум последовательно включенным фазам:
где Uл
— линейное напряжение, В; Поделив левые и правые части уравнений друг на друга, получим соотношение токов двухфазного и трехфазного к.з.:
Для того чтобы получить график изменения тока к.з. вдоль линии, необходимо задавать сопротивление линии как изменяющуюся функцию, зависимую от длины линии. В заключении приводятся основные выводы, полученные в результате расчетов. Результаты расчетов представлять в виде таблицы 1. Таблица 1. Результаты расчетов токов к.з.
Точка к.з. фаза Поток Iнагр
, Нач. фаза, iнагр
|t=0
iк.пер
|t=0
iк.апер
|t=0
Iк
(3)
, iуд
1. Представить расчетную схему и схему замещения сетей 110/35/10/0,38 кВ с нанесением точек короткого замыкания (далее к.з.). 2. Найти относительные расчетные сопротивления от генератора до точек к.з. 3. Вычислить установившееся значение тока трехфазного к.з. в выбранных точках. 4. Построить графики переходного процесса в течение 3...4 периодов в каждой фазе при трехфазном к.з. на 110 кВ при самой неблагоприятной начальной фазе в одной из фаз без учета предварительного тока нагрузки. Вычислить ударный ток. 5. В точке к.з. на линии 10 кВ определить ток трехфазного к.з. и значение ударного тока с учетом предварительного тока нагрузки. 6. При двухфазном к.з. в ближайшей к трансформатору точке на линии 0,38 кВ оценить возможность схлестывания проводов при расстоянии между проводами 400 мм. 7. Представить графики изменения токов трехфазного, двухфазного и однофазного к.з. в линии 380 В при перемещении точки к.з. вдоль линии. До начала к.з. отходящая линия загружена: – для вариантов с 1-го по 11 на 25% от номинальной мощности питающего трансформатора с коэффициентами мощности ВЛ-35, cosj = 0,83; – для вариантов с 12-го по 22-й на 35% от номинальной мощности питающего трансформатора с коэффициентами мощности ВЛ-35 cosj = 0,86; ВЛ-10, cosj = 0,87; ВЛ-0,38, cosj = 0,75. Таблица вариантов и общая схема сети 110/35/10/0,38 кВ представлены в приложении 2 и 3. Справочные данные для выбора генераторов, трансформаторов и линий можно взять из [5]. Пояснительная записка оформляется в соответствии с ГОСТ 7-32-2001 на оформление отчетов научно-исследовательских работ.
4. Список рекомендуемых источников
1. Фалилеев Н.А. Применение условных графических обозначений в электрических схемах и на планах проектной документации. — Кострома: изд. КГСХА, 2003. — 16 с. 2. Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы. — М.; Энергия, 1970. — 520 с. 3. Баптиданов Л.Н., Тарасов В.И. Электрооборудование электрических станций и подстанций: в 2 т. — М.: Госэнергоиздат, 1960. — Т. 1. — 408 с. 4. Электроснабжение сельского хозяйства: учебник для вузов / И.А. Будзко, Т.Б. Лещинская, В.И. Сукманов. — М.: Колос, 2000. — 536 с. 5. Электрооборудование: справочник по электроснабжению и электрооборудованию: в 2 т / под ред. А.А. Федорова. — М.: Энергоатомиздат, 1987. — Т. 2. — 592 с. Образец оформления титульного листа курсовой работы
федеральное агентство по сельскому хозяйству фгоу впо костромская гсха Кафедра электроснабжения по дисциплине «Переходные процессы» Тема: Расчет токов коротких замыканий в сетях 110…0,38 кВ Вариант № Выполнил: студент 735 гр. Смирнов И.Н. Дата сдачи: _____________ Проверил: _______________ КОСТРОМА 2005 Приложение 2
Таблица. Исходные данные для выполнения курсовой работы
Варианты G1, МВт G2, МВт Т1, МВА Т2, МВА Т3, МВА 110/35/10 Т4, МВА 35/10 Т5, кВА 10/0,4 ВЛ-110 ВЛ-35 ВЛ-10 ВЛ-0,38 L110
, км провод АС, мм2
L35
, км провод АС, мм2
L10
, км провод АС, мм2
L0.38
, км провод А, мм2
1 60 2×25 80 63 10 6,3 630 20 120 15 50 10 35 0,3 35 2 30 60 63 40 16 6,3 400 25 150 20 70 15 35 0,32 35 3 2×30 100 40 80 16 4 400 30 95 20 70 8 25 0,4 35 4 100 30 80 25 25 10 2×250 35 120 40 70 10 35 0,36 35 5 60 60 63 40 25 6,3 630 40 150 25 95 5 35 0,2 50 6 2×30 60 40 80 16 6,3 2×400 25 95 20 50 12 50 0,28 50 7 30 2×30 63 25 25 4 400 15 120 20 50 12 50 0,3 50 8 4×12 2×60 80 63 25 10 630 20 150 40 70 8 25 0,32 50 9 3×12 3×60 80 63 25 6,3 400 30 95 40 70 15 50 0,36 35 10 3×30 100 63 80 16 4 400 20 120 15 50 20 50 0,42 35 11 2×30 2×60 63 40 16 10 400 30 150 30 95 20 50 0,42 25 12 2×25 60 63 63 10 6,3 630 30 150 15 50 10 35 0,3 35 13 60 30 80 40 16 4 400 35 120 15 50 15 35 0,32 35 14 100 2×30 63 80 16 4 400 20 150 20 70 8 25 0,4 50 15 30 100 63 25 25 10 2×250 15 120 40 70 10 35 0,36 35 16 60 60 80 40 25 6,3 630 40 150 25 95 5 35 0,2 35 17 60 2×30 80 80 16 4 2×400 35 185 15 50 12 50 0,28 35 18 2×30 30 40 25 25 4 400 10 150 20 50 12 50 0,3 25 19 2×60 4×12 63 63 25 10 630 40 120 40 70 8 25 0,32 50 20 3×60 3×12 80 63 25 6,3 400 35 185 40 70 15 50 0,36 50 21 100 3×30 63 80 16 4 400 30 150 30 95 20 50 0,42 50 22 2×60 2×30 63 40 16 10 2×250 20 185 30 95 20 50 0,42 50 Приложение 3
Общая схема сети 110/35/10/0,4 кВ
Приложение 4
Расчетные кривые генераторов
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||