АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

 

Кафедра электроснабжения промышленных предприятий

 

 

                                                                     УТВЕРЖДАЮ

                                                     Проректор по учебно-методической работе

                                                   ______________________

                                                   “___”_________________2004 г.

 

 

 

ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ

Методические указания к  выполнению лабораторных работ

для студентов электроэнергетических специальностей

 

 

 

 

СОГЛАСОВАНО                                                            Рассмотрено и одобрено на

Начальник УМО                                                    заседании кафедры ЭПП

________________                                               Протокол № _______

“___”___________2004г.                                     от “___”___________2004г.

 

                                                                                 Зав. кафедрой ЭПП,

                                                                                 д.т.н., профессор

                                                                                 _____________А.В. Болотов

 

Редактор                                                                Составители:

                                                                                         Старший преподаватель  

________________                                                 кафедры ЭПП

                                                                                         __________Н.Н. Арыстанов

“___”___________2004г.                                      Старший преподаватель                         кафедры ЭПП

                                                                                        ___________А.С. Алданова

                                                          

 

 

 

 

 

Алматы 2004

СОСТАВИТЕЛИ: Н.Н. Арыстанов, А.С. Алданова. Переходные процессы в электроэнергетике. Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов обучающихся по специальностям направления 210000 - Электроэнергетика - Алматы, АИЭС, 2004. -  45 с.

 

    

 

 

 

          Методические указания соответствуют курсу «Переходные процессы в электроэнергетике», включают задания на выполнение лабораторных работ, исходные данные, указания и перечень рекомендуемой литературы.

Методические указания предназначены для студентов очной и заочной форм обучения.

Ил. 20 , табл.7, библиогр. - 10 назв.

 

 

          Рецензент: д-р. техн. наук, проф. В.Н. Мукажанов

 

 

          Печатается по плану издания Алматинского института энергетики и связи на 2004 год.

 

 

 


                                    Алматинский институт энергетики и связи 2004г.

                                       

 

 

 


Содержание

 

 

 

Введение ..........................................................……….....…….….4

1 Лабораторная работа №1 ………………………………………4

2 Лабораторная работа №2 ………………………………………6

3 Лабораторная работа №3 ………………………………………12

4 Лабораторная работа №4 ………………………………………14

Список литературы ...................................................………...…..17

Приложение А ………………………………………………..…..18

Приложение Б ……………………………………..……………..29

Приложение В ……………………………………………..……..33

Приложение Г …………………………………………..………..34

Приложение Д ……………………………………………..……..35

Приложение Е ……………………………………………..……..37

Приложение Ж ………………………………………….………..39

 

 

 

Введение

 

При проектировании и эксплуатации электрических установок и систем требуется выполнить расчеты электромагнитных переходных процессов  при внезапном  симметричном или несимметричном коротких замыканиях (КЗ). Основными видами КЗ в электрических системах являются несимметричные  КЗ , расчет токов и напряжения для которых достаточно сложен. Ток короткого замыкания в начальный момент переходного процесса складывается из периодической и апериодической составляющих. При отсутствии на генераторах автоматического регулирования возбуждения (АРВ) после затухания апериодической составляющей тока  КЗ  наступает установившийся режим  КЗ.  Наличие устройств АРВ генераторов существенно влияет на характер переходного процесса, его длительность и величину тока как в переходном, так и в установившемся режимах.

При расчете КЗ аналитическим или практическим методами неоценимую помощь оказывают универсальные компьютерные программы-симуляторы электрических цепей. Они позволяют получить решение в соответствии с принятым методом расчета, почти полностью освобождая от трудоемкой вычислительной работы. На модели можно производить экспериментальные исследования, которые невозможно или очень сложно выполнять в реальной схеме.

 

 

 

1 Лабораторная работа № 1

 

Расчет величины тока трехфазного короткого замыкания для начального момента времени КЗ (t = 0)

 

1.1 Цель работы

Целью настоящей работы является проведение расчета тока трехфазного короткого замыкания для начального момента времени t = 0 с использованием компьютерной модели.

 

1.2 Задание на подготовительную работу

1.2.1 Ознакомиться с компьютерной программой-симулятором и принципом создания расчетной модели электрической системы (приложение Ж).

1.2.2 Составить схему замещения исследуемой электрической системы по варианту (приложения А, Б), выбрать базисные условия и рассчитать в системе относительных единиц параметры элементов схемы замещения.

1.2.3 Рассчитать токи при КЗ в точках, указанных преподавателем.

 

1.3 Порядок проведения работы

1.3.1 Составить модель схемы замещения для начального момента времени короткого замыкания на компьютере с использованием программы-симулятора .

1.3.2 Подключить амперметр попеременно в заданные преподавателем точки КЗ и, включив режим симуляции, замерить величину токов трехфазного КЗ (сверхпереходный ток) на модели.

1.3.3 Пересчитать полученные на модели значения токов в относительных единицах в реальные токи КЗ.

 

1.4 Оформление результатов работы

Отчет должен содержать:

1.4.1 Схемы замещения для начального момента времени t = 0.

1.4.2 Результаты расчета ЭДС и сопротивлений элементов системы при выбранных базисных условиях.

1.4.3 Результаты расчета токов КЗ.

1.4.4 Результаты замеров токов на компьютерной модели и пересчитанные значения токов КЗ.

 

1.5 Методические указания

1.5.1 Параметры элементов и ЭДС в схемах замещения обычно представляются в относительных единицах, что позволяет придать результатам исследований простоту и наглядность. Чтобы выразить параметры элементов и ЭДС в относительных единицах нужно сначала выбрать те величины, которые должны служить единицами измерения, т.е. установить базисные единицы (выбрать базисные условия). Выбираемые базисный ток Iб, базисное междуфазное напряжение Uб, базисная мощность и базисное сопротивление Хб связаны между собой известными соотношениями:

Sб =UбIб ,        Хб =           .

Из приведенных выражений видно, что произвольно могут быть выбраны только две базисные величины – базисная мощность и базисное напряжение, а две другие определяются. Выбор базисных условий произволен, но рекомендуется производить его так, чтобы вычислительная работа по возможности была проще. Для базисной мощности целесообразно принимать простое круглое число (100, 1000 МВА и т.п.), а за базисное напряжение - номинальное напряжение одной из ступеней трансформации данной схемы участка системы.

1.5.2 Составление схемы замещения. Генераторы вводятся в схему замещения своими сверхпереходными ЭДС Е² и сопротивлениями  x²d. Если известен предшествующий режим работы генератора, то величину сверхпереходной ЭДС легко определить по формуле

,

где Uо, Iо, jо - предшествующие напряжения, ток и угол сдвига между их векторами.

Все генераторы до возникновения к.з. работают с номинальной нагрузкой (Iо = 1, Uо = 1) и соs jо = 0,8. В приближенных расчетах методом относительных единиц для турбогенераторов Е² = 1,08, для гидрогенераторов Е² = 1,13, . Нагрузки должны быть введены в схему замещения в точках их действительного присоединения. При этом их относительная реактивность принимается равной x²нагр.= 0,35 , а Е²нагр.= 0,85 при их полной рабочей мощности (МВА) и среднем номинальном напряжении (кВ) той ступени, где эти нагрузки присоединены. Система вводится в схему замещения ЭДС Ес=1 и сопротивлением хс=. Схемы замещения остальных элементов приведены в Приложении В.

1.5.3 Далее схему замещения следует преобразовать в эквивалентную схему замещения (Приложение Г), состоящую из результирующих ЭДС и сопротивления (Ерез и хрез). Ток трехфазного короткого замыкания находится по формуле

, [А],

, [А],

где Uб – напряжение той ступени системы, на которой расположена точка короткого замыкания, которое обычно принимают как базисное напряжение.

 

Контрольные вопросы

1. Укажите основные причины возникновения КЗ.

2. Какие основные допущения принимаются при расчете коротких замыканий?

3. Понятие о системе относительных единиц.

4. Составление схем замещения и их преобразование.

5. Понятие о периодической и апериодической слагающих тока КЗ.

6. Как учитывается нагрузка в начальный момент внезапного нарушения режима?

7. Понятие ударного тока КЗ.

8. В чем состоит практическая ценность сверхпереходной ЭДС и сопротивления?

 

 

 

Лабораторная работа № 2

 

Расчет несимметричных коротких замыканий

 

2.1 Цель работы

Целью настоящей работы является проведение расчета всех видов несимметричных коротких замыканий для начального момента времени с использованием метода симметричных составляющих.

 

2.2 Задание на подготовительную работу

2.2.1 Для схемы, заданной преподавателем (Приложения А, Б), выбрать базисные условия и рассчитать в системе относительных единиц сопротивления элементов схем замещения прямой, обратной и нулевой последовательностей.

2.2.2 Задать величину ЭДС источников в схеме замещения прямой последовательности в системе относительных единиц при выбранных базисных условиях для начального момента времени t=0 (лаб. раб. № 1).

2.2.3 Рассчитать значения симметричных составляющих и фазных токов и напряжений короткого замыкания и заполнить таблицу из Приложения Д.

 

2.3 Порядок проведения работы

2.3.1 В программе-симуляторе дополнительно к схеме замещения прямой последовательности (лабораторная работа №1) составить схемы замещения обратной и нулевой последовательностей.

2.3.2 Для определения эквивалентных сопротивлений различных последовательностей необходимо задать произвольную величину ЭДС в относительных единицах одинаковую для всех источников (например 1 В). В схему нулевой последовательности следует ввести ЭДС системы с тем же значением. Включить режим симуляции и снять показания амперметра в точке КЗ. Значения эквивалентных сопротивлений находятся по следующей формуле

,

,

где Ем – величина моделируемой ЭДС, Iм – показания амперметра.

2.3.4 Сравнить с предварительным расчетом.

2.3.5 Зная эквивалентное сопротивление прямой последовательности можно определить величину эквивалентной ЭДС прямой последовательности по формуле

,

где Iк(3) – ток трехфазного короткого замыкания (лабораторная работа №1).

          2.3.6 Составить в программе-симуляторе комплексные схемы замещения для двухфазного (к(2)), однофазного (к(1)) и двухфазного на землю (к(1,1)) коротких замыканий. Снять значения симметричных составляющих токов и напряжений на модели по амперметрам и вольтметрам.

          2.3.7 Перевести измеренные значения из относительных в именованные.

2.3.8 Сравнить с предварительным расчетом.

 

2.4 Оформление результатов работы

Отчет должен содержать:

2.4.1 Схемы замещения прямой, обратной и нулевой последовательностей.

2.4.2 Результаты расчета ЭДС и сопротивлений элементов системы при выбранных базисных условиях.

2.4.3 Результаты расчета токов  и напряжений КЗ (таблица из Приложения Д).

2.4.3 Комплексные схемы замещения.

2.4.4 Результаты замеров токов и напряжений на компьютерной модели.

2.4.5 Векторные диаграммы токов и напряжений.

 

2.5 Методические указания

2.5.1 Наиболее просто задача расчета несимметричных к.з. решается при помощи метода симметричных составляющих, который позволяет любую несимметричную трехфазную систему токов или напряжений разложить на три симметричные составляющие: прямой, обратной и нулевой последовательностей. Данные симметричные системы независимы и не влияют одна на другую. Токи прямой последовательности вызывают падение напряжения на сопротивлении прямой последовательности, а токи обратной и нулевой последовательностей вызывают соответственно падения напряжения обратной и нулевой последовательностей на сопротивлении обратной и нулевой последовательностей. Следовательно, каждый элемент электрической системы оказывает свое сопротивление протекающим по нему токам различных последовательностей. В общем случае сопротивления различных последовательностей одного и того же элемента отличаются друг от друга.

          2.5.2 Разложение несимметричной системы на три симметричные требует составления схем замещения отдельно для прямой, обратной и нулевой последовательностей.

          2.5.3 Схема замещения прямой последовательности - это обычная схема, которая составляется для расчета симметричного КЗ. Началом схемы следует считать нулевую точку эквивалентной звезды генератора (или нагрузки), потенциал которой равен нулю. Конец схемы - точка КЗ.

          2.5.4 Схема замещения обратной последовательности по структуре аналогична прямой последовательности. Все элементы схемы системы вводятся сопротивлениями обратной последовательности. ЭДС генераторов и нагрузки принимаются равными нулю.

          Началом схемы замещения обратной последовательности является точка нулевого потенциала, в которой объединены свободные концы всех генерирующих и нагрузочных ветвей. Концом схемы является точка КЗ.

          Для элементов, магнитосвязанные цепи которых неподвижны относительно друг друга, сопротивления прямой и обратной последовательностей одинаковы, так как от перемены порядка чередования фаз симметричной трехфазной системы токов взаимоиндукция между фазами такого элемента не изменяется.

          Таким образом, для трансформаторов, автотрансформаторов, воздушных и кабельных линий, реакторов сопротивление обратной последовательности равно сопротивлению прямой последовательности х1 = х2.

          Для генераторов сопротивление обратной последовательности равно х2 = 1,22 х²d. В практических расчетах обычно принимают х2 » х²d, поэтому для начального момента времени справедливо следующее соотношение х1å = х2å.

          2.5.5 Система токов нулевой последовательности резко отличается от систем токов прямой и обратной последовательностей, вследствие чего сопротивления нулевой последовательности в общем случае весьма существенно отличаются от соответствующих сопротивлений двух других последовательностей. Ток нулевой последовательности по существу является однофазным током, разветвленным по трем фазам сети, обратным проводом которой служит земля. Следовательно, основным условием, определяющим возможность протекания тока нулевой последовательности, является наличие хотя бы одной заземленной нейтрали, электрически связанной с местом КЗ.

Структура схемы замещения нулевой последовательности, главным образом определяется схемой соединения обмоток трансформаторов и автотрансформаторов (таблица 1). Обмотки трансформатора и автотрансформатора, соединенные в D или U без заземленной нейтрали, ограничивают пути циркуляции токов нулевой последовательности, поэтому элементы сети, присоединенные к этим обмоткам в схеме замещения отсутствуют.

          Началом схемы считают точку, в которой объединены ветви с нулевым потенциалом (точку заземления нейтралей). Концом схемы является точка КЗ. Составление схемы замещения нулевой последовательности следует начинать от точки КЗ, считая, что в последней все три фазы закорочены и к этой точке приложено напряжение нулевой последовательности.

          Если нейтраль одного из трансформаторов заземлена через какое-либо индуктивное сопротивление (реактор), то оно должно быть введено в схему нулевой последовательности утроенной величиной. Это объясняется тем, что схему нулевой последовательности составляют для одной фазы, а через указанное сопротивление протекает сумма токов нулевой последовательности всех трех фаз. Чтобы падение напряжения на этом элементе осталось неизменным величину сопротивления в нейтрали утраивают.

2.5.6 Как известно, ток прямой последовательности при любом несимметричном коротком замыкании может быть определен как ток  при трехфазном КЗ в точке, удаленной от действительной точки КЗ (в схеме прямой последовательности) на дополнительное реактивное сопротивление, которое не зависит от параметров схемы прямой последовательности и определяется результирующими сопротивлениями обратной и нулевой последовательностей относительно места возникновения несимметрии.

,                                

где  - дополнительное сопротивление для данного вида несимметричного КЗ.

Это положение называют правилом эквивалентности прямой последовательности. Значения , токов и напряжений для несимметричных КЗ приведены в Приложении Д.

 

Таблица 1

 

Тип трансфор-

матора

Схема замещения нулевой последовательности

Сопротивление нулевой последовательности

Трехфазный двухобмоточный  трансформатор со схемой соединения обмоток U0 /D

 

 

 

Хо =Х1= Хв + Хн =

 Хmo = ¥

Автотрансформатор со схемой соединения обмоток

U0 / U0 /D

 

 

Хв =

 

          Токи и напряжения всех последовательностей в месте КЗ прямопропорциональны току прямой последовательности, поэтому задача расчета любого несимметричного КЗ прежде всего состоит в определении тока прямой последовательности в месте КЗ.

          2.5.7 Для определения тока прямой последовательности нужно соединить схемы отдельных последовательностей друг с другом так, чтобы в сумме они давали то сопротивление, которое должно быть поставлено в знаменателе. Такие схемы называются комплексными схемами замещения (рисунок 1).

          Комплексные схемы замещения наглядно показывают, что величина тока или напряжения любой последовательности в месте к.з. зависит от результирующих сопротивлений всех последовательностей, распределение токов и напряжений каждой последовательности происходит только в пределах схемы данной последовательности.

          Комплексные схемы замещения особенно удобны при использовании расчетных моделей постоянного или переменного тока, поскольку в этом случае можно замерить приборами токи  и напряжения отдельных последовательностей для любого участка и любой точки рассматриваемой системы.

 

а)
 

б)
 

в)
 

 

                    Рисунок 1- Комплексные схемы замещения

                                       а) для двухфазного КЗ;

                                       б) для однофазного КЗ;

                                       в) для двухфазного КЗ на землю.

 

Контрольные вопросы

1. В чем сущность метода симметричных составляющих, каковы его основные  положения?

2. Определение параметров элементов системы для токов обратной и нулевой последовательностей.

3. Граничные условия и основные соотношения между токами и напряжениями отдельных последовательностей при различных видах поперечной несимметрии.

4. Применение правила эквивалентности прямой последовательности и комплексные схемы замещения.

5. Сравнение токов при различных видах коротких замыканий.

 

 

 

Лабораторная работа № 3

 

Расчет величины тока трехфазного короткого замыкания для момента времени t¥

 

3.1 Цель работы

Целью настоящей работы является проведение расчета тока трехфазного короткого замыкания для момента  времени t¥ с использованием программы-симулятора.

 

3.2 Задание на подготовительную работу

3.2.1 Составить схему замещения исследуемой электрической системы для момента времени t=∞ (установившийся режим), выбрать базисные условия и рассчитать в системе относительных единиц  параметры элементов схемы замещения.

3.2.2 Выбрать режим работы каждого генератора для t¥ . В режиме           предельного возбуждения генератор вводится Еgпр. , Хd, в режиме нормального напряжения Ег = Uн., Хг = 0. При приведении параметров генератора к базисной ступени

,

Еgпр.*= I*f пр.,

где Е*q пр - предельное значение синхронной ЭДС,

Х*d (б) - синхронное индуктивное сопротивление.

          Нагрузка вводится параметрами Енагр.=0

.

3.2.3 Для момента времени t¥ определить величину критического тока каждого генератора Iкр(б) по формуле

          .

 

3.3 Порядок проведения работы

3.3.1 Составить в программе-симуляторе схему замещения для момента времени t¥, установив амперметры в ветви каждого генератора, нагрузочные ветви заземлить.

3.3.2 Включив режим симуляции, замерить величину тока в ветви каждого генератора и сопоставить с величиной их критического тока.

3.3.4 Если величины токов в генераторах соответствуют выбранным режимам работы, то можно определить величину установившегося тока по показаниям амперметра, установленного в заданной точке КЗ.

3.3.5 Если режимы некоторых генераторов выбраны неверно, необходимо изменить режим работы и выставить соответствующие значения ЭДС и сопротивлений на модели и затем замерить величину установившегося тока КЗ в заданной точке.

 

3.4 Оформление результатов работы

Отчет должен содержать:

3.4.1 Схемы замещения для момента времени t ¥.

3.4.2 Выбор режимов работы генераторов.

3.4.3 Результаты расчета ЭДС и сопротивлений элементов системы при выбранных базисных условиях.

3.4.4 Результаты замеров.

 

3.5 Методические указания

Под установившимся режимом переходного процесса понимают ту стадию процесса короткого замыкания, когда все возникшие в начальный момент КЗ свободные токи практически затухли и полностью закончен подъем тока возбуждения под действием автоматического регулирования возбуждения (АРВ).

3.5.1 В установившемся режиме короткого замыкания нагрузка, оставаясь включенной в сеть, продолжает потреблять электроэнергию, поэтому она вводится в схему замещения ЭДС Е = 0. Сопротивление нагрузки хнагр = 1,2. Приведение сопротивления к базисным условиям осуществляется по формуле

          .

Если нагрузка подключена непосредственно за точкой короткого замыкания, то вводить ее в схему замещения в установившемся режиме КЗ не следует, так как нагрузка зашунтирована коротким замыканием и напряжение на ней отсутствует.

3.5.2 При коротком замыкании генератор с АРВ в зависимости от электрической удаленности точки КЗ может работать в одном из двух режимов:

- предельного возбуждения;

- нормального напряжения.

В таблице 2 приведены все соотношения, характеризующие режимы генератора при коротком замыкании.

В режиме предельного возбуждения генератор вводится в схему замещения своими Еgпр. и Хd..

          В режиме нормального напряжения Е = Uн, хd = 0. Затем осуществляется проверка выбранных режимов путем сопоставления найденных токов для генераторов с их критическими токами. Для режима предельного возбуждения должно быть I ³ Iкр (или U £ Uн), а для режима нормального напряжения I £ Iкр.

          Если в результате проверки оказалось, что режимы некоторых генераторов выбраны неверно, то необходимо заменить режимы работы и вновь определить ток КЗ в установившемся режиме КЗ.

 

Таблица 2

Режим предельного возбуждения        

Режим нормального напряжения

 

                                                                     

                                                                       

                                                                            

                                                         

         

 

          Контрольные вопросы

1. Основные характеристики и параметры синхронной машины в момент времени t ¥.

2. Как учитывается нагрузка в установившемся режиме короткого замыкания.

3. Как влияет автоматическое регулирование возбуждения на процесс короткого замыкания?

4. Расчет при отсутствии и при наличии АРВ.

 

 

Лабораторная работа № 4

 

Проведение расчета трехфазного короткого замыкания методом расчетных кривых

 

4.1 Цель работы

Целью настоящей работы является совместное использование метода расчетных кривых и программы-симулятора для определения периодической слагающей тока короткого замыкания в любой момент времени переходного процесса. Сочетание метода расчетных кривых и экспериментов на модели позволяет значительно упростить и ускорить необходимые вычисления, особенно в сложных системах.

 

4.2 Задание на подготовительную работу

4.2.1 Составить схему замещения электрической системы. Выбрать базисные условия и рассчитать в системе относительных единиц параметры элементов схемы замещения.

4.2.2 Необходимо помнить, что при использовании метода расчетных кривых нагрузки в схему замещения не вводятся, а ЭДС источника не определяется. Источники вводятся в схему замещения только своими сверхпереходными сопротивлениями, приведенными к принятым базисным условиям.

 

4.3 Порядок проведения работы

4.3.1 Составить схему замещения в программе-симуляторе. Во всех генерирующих ветвях установить ЭДС с одинаковым произвольным значением напряжения (например 1 В) и амперметры.

          4.3.2 Включить режим симуляции и замерить величину тока в каждой генерирующей ветви.

4.3.3 Полученные по результатам замеров токи генерирующих ветвей не являются искомыми токами короткого замыкания. Они дают только возможность определить взаимное сопротивление каждого источника относительно данной точки короткого замыкания. Величина взаимного сопротивления в относительных единицах при выбранных базисных условиях для генерирующей ветви определяется как отношение напряжения и тока модели в данной ветви

          ,                                                      

где Uм – напряжение ЭДС, Iiм - ток в i - ой генерирующей ветви.

 

4.4 Оформление результатов работы

4.4.1 По полученным значениям взаимных сопротивлений для данной точки КЗ определяются расчетные сопротивления по формуле

,                               

где Sнi - номинальная мощность источника данной i-ой генерирующей ветви.

          4.4.2 По соответствующим расчетным кривым (Приложение Е) для турбо- или гидрогенераторов определяется кратность тока периодической слагающей при t = 0 и t¥ и рассчитывается ток короткого замыкания

          ,                                     

где  - номинальный ток i-го источника, приведенный к ступени короткого замыкания, кА;

Uсрн - среднее номинальное напряжение ступени, где произошло КЗ, кВ.

          4.4.3 Полный ток короткого замыкания в месте КЗ определяется как сумма токов отдельных генерирующих ветвей

.                     

          4.4.4 Занести результаты расчета в таблицу 3 и сравнить величину суммарного тока КЗ для t = 0 и t¥ c величиной, полученной в лабораторной работе № 1, 3.

 

  Таблица 3

Точка короткого замыкания

Наименование

Iiм

Sнi

Iнi

хik(б)

храсч.

I*nкt

Inкt

источника

t = 0

t¥

t = 0

t¥

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Полный ток в точке КЗ Iкtå

 

 

 

4.5 Методические указания

 

4.5.1 Если в системе имеется источник неограниченной мощности, то расчетное сопротивление для него не определяется. Ток от такого источника для любого момента времени находится по формуле

 ,

где - базисный ток на рассматриваемой ступени напряжения, где произошло короткое замыкание.

          4.5.2 Если для какой-нибудь группы источников (или источника) храсч получается больше трех (храсч.>3), то  величина тока КЗ для любого момента времени определяется по формуле

          .

 

          Контрольные вопросы

1. Каковы дополнительные допущения, принимаемые в практических расчетах коротких замыканий?

2. Как можно приближенно произвести учет источника неограниченной мощности в схеме замещения электрической системы?

3. На чем основан метод расчетных кривых?

4. Каков порядок  расчета по общему изменению и по индивидуальному изменению?

5. Применение метода расчетных кривых для расчета несимметричных коротких замыканий.

 

 

 

 

 

 

Список литературы

 

1. Ульянов С.А.  Электромагнитные переходные процессы в электрических системах.- М.: Энергия, 1970.

2. Ульянов С.А  Сборник задач по электромагнитным переходным процессам.- М.: Энергия, 1968.

3. Неклепаев Б.Н. Электрическая часть электростанций и подстанций.- М.:  Энергоатомиздат, 1986.

4. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию. Т.1. Электроснабжение /Под общ.ред. А.А.Федорова. - М.: Энергоатомиздат, 1986.

5. Справочник по проектированию элетроснабжения.  Электроустановки промышленных предприятий /Под ред. В.И. Круповича.- М.: Энергия, 1980.

6. Веников В.А.  Переходные электромеханические процессы в электрических системах. -М.: Высшая школа, 1978.

7. Веников В.А.  Переходные электромеханические процессы в электрических системах. - М.: Высшая школа, 1985.

8. РД-153-34.0-20.527-98 Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования. –М.: Издательство НЦ ЭНАС, 2002.

9. Переходные процессы в электрических машинах и аппаратах и вопросы их проектирования /Под ред. О.Д. Гольдберга. – М.: Высшая школа, 2001.

10. Переходные процессы в системах электроснабжения /Под ред. В.Н. Винославского. - Киев: Высшая школа, 1989.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Рисунок А.1 - Схемы типовых элементов электрической системы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок А.2 - СХЕМА № 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок А.3 - СХЕМА № 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок А.4 - СХЕМА № 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок А.5 - СХЕМА № 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок А.6 - СХЕМА № 5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок А.7 - СХЕМА № 6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок А.8 - СХЕМА № 7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок А.9 - СХЕМА № 8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок А.10 - СХЕМА № 9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок А.11 - СХЕМА № 10

 

Приложение Б

Таблица Б.1 - Параметры элементов электрической системы

 

Предпоследняя цифра номера зачетной книжки

Система

ЭЛЕМЕНТ № 1

ЭЛЕМЕНТ № 2

Генераторы Г-1, Г-2, Г-3

Трансформаторы        Т-1, Т-2

Н-1

Генераторы Г-4, Г-5

Трансформатор Т-3

 

Н-2

Sк.з., мВА

Sном, МВА

Uном, кВ

Xd

X"d

If.пред

Sном, МВА

Uном, кВ

Uк, %

Sном, МВА

Sном, МВА

Uном, кВ

Xd

X"d

If.пред

Sном, МВА

Uном, кВ

Uк, %

Sном, МВА

Uвн,кВ

Uнн, кВ

Uвн,кВ

Uнн, кВ

Подпись: 291

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

0

1600

125

10,5

1,907

0,192

3,2

125

347

10,5

11

80

80

10,5

1,23

0,22

3,15

125

121

10,5

11

70

1

1200

75

10,5

1,69

0,146

4,2

125

242

10,5

11

50

30

10,5

0,95

0,3

3,2

80

121

10,5

11

20

2

1000

37,5

6,3

2,46

0,143

3,5

80

242

6,3

11

30

66

10,5

0,91

0,21

2,8

125

121

10,5

11

50

3

1500

62,5

6,3

1,4

0,134

3,9

80

242

6,3

11

40

55

10,5

0,61

0,23

2,6

125

121

10,5

11

45

4

900

78,75

10,5

2,2

0,153

4

125

242

10,5

11

60

100

13,8

0,89

0,26

2,85

200

121

13,8

11

80

5

1800

75

10,5

1,69

0,145

4,4

125

347

10,5

11

55

50

10,5

1

0,16

2,65

125

121

10,5

11

35

6

2000

37,5

10,5

2,65

0,153

3,8

125

347

10,5

11

25

30

10,5

0,95

0,3

2,7

80

121

10,5

11

25

7

2400

235,3

15,75

1,88

0,191

2,6

400

347

15,8

11

200

55

10,5

0,61

0,23

2,95

125

121

10,5

11

30

8

1500

176,5

18

1,713

0,213

2,8

200

347

18

11

150

27,5

6,3

1,35

0,21

2,55

40

121

6,3

11

25

9

1300

117,5

10,5

1,79

0,183

3

125

242

10,5

11

90

25

10,5

0,95

0,24

3,1

40

121

10,5

11

15

 

 

 

 


          Продолжение таблицы Б.1

 

Предпоследняя цифра номера зачетной книжки

ЭЛЕМЕНТ № 3

ЭЛЕМЕНТ № 4

Генераторы Г-6, Г-7

Трансформатор Т-4

Генератор Г-8

Автотрансформатор АТ-1

Sном, МВА

Uном, кВ

Xd

X"d

If.пред

Sном, МВА

Uном,кВ

Uк, %

Sном, МВА

Uном, кВ

Xd

X"d

If.пред

Sном, МВА

Uном,кВ

Uк, %

Uвн,кВ

Uнн, кВ

Uвн,кВ

Uсн,кВ

Uнн,кВ

Uк В-С

Uк В-Н

Uк С-Н

Подпись: 301

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

0

15

6,3

1,85

0,11

3,85

63

330

6,3/6,3

11

37,5

10,5

2,65

0,153

3,75

63

330

115

11

10

32

21,5

1

37,5

10,5

2,65

0,15

3,8

100

230

11/11

12

15

6,3

1,35

0,114

3,66

32

230

121

6,6

11

34

21

2

15

6,3

1,85

0,11

3,65

32

230

6,6/6,6

12

62,5

6,3

1,4

0,134

3,9

125

230

121

6,6

11

31

19

3

78,75

10,5

2,2

0,15

4

160

230

11/11

12

37,5

10,5

2,65

0,153

3,8

100

230

121

11

11

31

19

4

37,5

6,3

2,46

0,14

3,8

100

230

6,6/6,6

12

75

10,5

1,69

0,146

5,4

160

330

121

11

11

32

20

5

75

10,5

1,69

0,15

4,4

200

330

10,5/10,5

11

15

10,5

2,07

0,131

3,85

63

330

115

11

10

32

21,5

6

15

10,5

2,07

0,13

3,75

32

330

10,5/10,5

11

62,5

6,3

1,4

0,134

3,95

125

330

115

6,6

10

35

22

7

78,75

10,5

2,2

0,15

4

200

330

10,5/10,5

11

37,5

6,3

2,46

0,143

3,75

125

330

115

6,6

10

35

22

8

37,5

10,5

2,65

0,15

4,2

63

330

10,5/10,5

11

75

6,3

1,6

0,195

4,25

200

330

115

6,6

10

34

22,5

9

37,5

10,5

2,65

0,15

4,15

63

230

11/11

12

125

10,5

1,19

0,192

4,25

250

230

121

11

11

32

20

 

 

 

 


Продолжение таблицы Б.1

 

Предпоследняя цифра номера зачетной книжки

ЭЛЕМЕНТ № 5

ЭЛЕМЕНТ № 6

ЭЛЕМЕНТ № 7

Генераторы Г-9, Г-10

Трансформаторы    Т-5, Т-6

Трансформаторы Т-7, Т-8

Н-3

Автотрансформатор АТ-2

Н-4

Sном, МВА

Uном, кВ

Xd

X"d

If.пред

Sном, МВА

Uном,кВ

Uк, %

Sном, МВА

Uном,кВ

Uк, %

Sном, МВА

Sном, МВА

Uном,кВ

Uк, %

Sном, МВА

Uвн,кВ

Uнн, кВ

Uвн,кВ

Uнн, кВ

Uвн,кВ

Uсн,кВ

Uнн,кВ

Uк В-С

Uк В-Н

Uк С-Н

Подпись: 311

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

0

80

10,5

1,23

0,22

3,2

80

121

10,5

11

125

330

10,5/10,5

11

55

200

330

115

38,5

10

34

22,5

100

1

25

10,5

0,95

0,24

3,1

40

121

10,5

11

80

242

6,3

12

70

63

230

121

38,5

11

35

22

30

2

27,5

6,3

1,25

0,21

2,6

40

121

6,3

11

125

242

10,5

11

100

100

230

121

11

11

31

19

45

3

66

10,5

0,91

0,21

2,8

80

121

10,5

11

32

230

6,6/6,6

12

12

125

230

121

6,6

11

31

19

60

4

100

13,8

0,89

0,26

2,9

125

121

13,8

11

63

230

11/11

12

30

160

230

121

38,5

11

32

20

80

5

97

13,8

0,76

0,21

3

125

121

13,8

11

125

347

10,5

11

90

125

330

115

11

10

35

22

50

6

55

10,5

0,61

0,23

2,6

80

121

10,5

11

200

330

10,5/10,5

11

85

63

330

115

6,6

10

32

21,5

25

7

236

15,8

1,65

0,3

3,4

250

121

15,8

11

32

330

6,6/6,3

11

10

200

330

115

11

10

34

22,5

90

8

160

13,8

1,34

0,28

3,3

200

121

13,8

11

63

330

10,5/10,5

11

25

125

330

115

38,5

10

35

22

55

9

30

10,5

0,95

0,3

2,7

40

121

10,5

11

100

230

11/11

12

40

250

230

121

38,5

11

32

20

125

 

 

 


           Продолжение таблицы Б.1

 

Предпоследняя цифра номера зачетной книжки

ЭЛЕМЕНТ № 8

ВОЗДУШНЫЕ ЛИНИИ

РЕАКТОР

Л-1

Л-2

Л-3

Л-4

Л-5

Н-5

двухцепная

одноцепная

одноцепная

одноцепная

двухцепная

Sном, МВА

L, км

Х0/Х1

L, км

Х0/Х1

L, км

Х0/Х1

L, км

Х0/Х1

L, км

Х0/Х1

Хр, Ом

Подпись: 321

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

0

120

320

3

70

2

270

2

105

3

170

2

35

1

200

280

5,5

140

3,5

70

3

80

3,5

160

3

15

2

250

360

4,7

100

3

60

3

90

3

150

4,7

20

3

300

180

3

80

2

70

2

100

3

140

5,5

25

4

150

300

4,7

210

3,5

100

3

70

2

130

3,5

30

5

350

390

5,5

180

3

220

3,5

60

3,5

120

2

35

6

240

250

3

125

2

200

3

65

3

110

3

15

7

320

420

4,7

240

3,5

120

3

75

3

100

4,7

30

8

180

200

5,5

90

3

110

3

85

2

90

5,6

25

9

100

450

4,7

60

3

300

2

95

3

80

3,5

30

 

Примечания: 1) Система – источник неограниченной мощности с неизменным напряжением, равным среднему номинальному напряжению той ступени, где она подключена; 2) все генераторы до возникновения короткого замыкания работают с номинальной нагрузкой Cosφ=0,8; 3) Г-1, 2, 3, 8, 9 – турбогенераторы, Г-4, 5, 6, 7 – гидрогенераторы; 4) для воздушных линий принимать удельное сопротивление прямой последовательности

худ = 0,4 Ом/км.

Приложение В

 

Таблица В.1 - Схемы замещения элементов

 

Наименование

Условное обозначение

Схема замещения

Исходные данные

Расчетные выражения

Двухобмоточный трансформатор

 

 

 

 

Uк

Sн

Трехобмоточный трансформатор

 

 

 

 

 

Uк В-С

Uк В-Н

Uк С-Н

Sн

Автотрансформатор с обмоткой низшего напряжения

 

 

 

Uк В-С

Uк В-Н

Uк С-Н

Sн

Аналогично трехобмоточному трансформатору

Трехфазный трансформатор с обмоткой низшего напряжения, разделенной на две ветви

 

 

 

 

Uк В-Н

Sн

 

Приложение Г

 

Таблица Г.1 - Основные формулы преобразования схем замещения

 

Производимое преобразование

Схемы

Э.д.с. и сопротивления преобразованной схемы

До преобразования

После преобразования

Последовательное соединение

 

 

 

 

Параллельное соединение

 

 

 

 

 

 

Преобразование треугольника в эквивалентную звезду

 

 

 

Преобразование звезды в эквивалентный треугольник

 

 

 

 

Приложение ДТаблица Д.1 - Основные формулы, применяемые при расчете КЗ
Определяемые величины Вид короткого замыкания
Двухфазное Однофазное Двухфазное на землю
1 2 3 4
Условное обозначение вида КЗ (n) (2) (1) (1,1)
Дополнительное сопротивление
Коэффициент m(n) 3
Подпись: 35Токи в месте КЗ прямой последовательности фазы А,
То же обратной последовательности фазы А,
То же нулевой последовательности, 0
Ток в месте КЗ фазы А, 0 0
То же фазы B, 0
         Продолжение таблицы Д.1
1 2 3 4
То же фазы C, 0
Напряжения в месте КЗ прямой последовательности фазы А,
Подпись: 36То же обратной последовательности фазы А,
То же нулевой последовательности, 0
Напряжения в месте КЗ фазы А, 0
То же фазы B, 0
То же фазы C, 0

Примечание: Оператор ;

 

 

Приложение ЕРисунок Е.1 - Расчетные кривые для гидрогенератора

Рисунок Е.2 - Расчетные кривые для турбогенератора

Приложение Ж

 

Ж.1 Описание работы с программой-симулятором

 

При открытии программы-симулятора на экране появляется основное окно программы (рис. А.2).

Элементы, используемые в лабораторной работе, выбираются в окнах: “SOURCES”, “BASIC”, “INDICATORS”.

          После щелчка левой кнопкой «мышки» на значок , расположенный на боковой панели слева, появляется окно “SOURCES”, в котором выбираются элементы: “GROUND” – «ЗАЗЕМЛЕНИЕ» – ; “DC VOLTAGE SOURSE” – «ЭДС» –  (рис. А.2). Чтобы выбрать необходимый элемент нужно щелкнуть левой кнопкой «мышки» на соответствующий символ, отпустив кнопку, дождаться, когда погаснет символ  и, ведя «мышкой», установить элемент на требуемое место рабочей области, после этого повторно щелкнуть «мышкой».

Для того чтобы ввести параметры нужно дважды щелкнуть левой кнопкой «мышки» на требуемом элементе, после этого появится окно установки параметров элемента (рис. А.3). В опции «Value» устанавливаются значение и единица измерения напряжения или сопротивления.

Для того чтобы повернуть элемент нужно щелкнуть на нем правой кнопкой «мышки», появится вспомогательное окно, в котором выбирается соответствующая функция (рис. А.4).

          После щелчка левой кнопкой «мышки» на значок , расположенный на боковой панели слева, появляется окно “BASIC”, в котором выбирается элемент

 


“RESISTOR VIRTUAL” – «СОПРОТИВЛЕНИЕ» –         (рис.А.2). Установка параметров элемента производится аналогично предыдущему.

Для установки измерительных приборов в схеме надо щелкнуть “мышкой” на знак - , расположенный на боковой панели слева, после этого появится окно “INDICATORS” (рис.А.2). В этом окне выбираются “VOLTMETER” – «ВОЛЬТМЕТР» -  или “AMMETER” – «АМПЕРМЕТР» - . Затем щелкнуть левой кнопкой “мышки” на выбираемом элементе, появится окно “Component Browser”. В этом окне надо щелкнуть «мышкой» на «ОК» и, ведя курсор по рабочей области, установить элемент в требуемом месте, щелкнув «мышкой». Параметры вольтметра и амперметра устанавливаются в окнах “VOLTMETER” и “AMMETER” соответственно, появляющиеся если дважды щелкнуть левой кнопкой «мышки» на выбранном приборе. В опции “Value” установить род измеряемого напряжения или тока – DC – постоянный (в функции “MODE”); для снижения погрешности измерений сопротивление вольтметра выставить максимальным, а амперметра минимальным (функция “Resistance (R)” ).

          На рисунке А.5 показана установка соединения между элементами схемы (провода). Курсор «мышки» навести на вывод элемента, появится символ     , щелкнуть левой кнопкой «мышки»; ведя этот символ по рабочему пространству (при этом за символом будет следовать пунктирная линия), установить его на выводе другого элемента и повторно щелкнуть «мышкой».

          Установив символ      на связывающий элементы провод, можно получить узел соединения (рис. А.6), на узел соединения можно завести максимум 4 провода.

На рисунке А.1 приведен пример построения схем. ЭДС имеющиеся в схемах заземляются со стороны отрицательного вывода, точки КЗ образуются путем соединения заданной на исходной схеме точки с заземлением через амперметр.

Режим симуляции включается и отключается кнопкой включения-отключения на верхней панели –  (рис. А.2). После включения режима симуляции снимаются показания с установленных в схеме измерительных приборов.

 

Точка КЗ
 

а) исходная                              б) в программе-симуляторе

 

Рисунок Ж.1 - Пример построения схемы

 

 

Подпись: 41

Рисунок Ж.2 - Основное окно программы-симулятора, панели элементов и элементы,

                         используемые в лабораторной работе

Подпись: 42       

Рисунок Ж.3 - Установка параметров элемента схемы                     Рисунок Ж.4 - Вращение элемента схемы

Рисунок Ж.5 - Установка соединения между элементами схемы

 

Подпись: 43

Рисунок Ж.6 - Узел соединения.

 

Доп, план 2004 г, поз.4

 

 

 

Нури Нигметуллаевич Арыстанов

Айгуль Сапаровна Алданова

 

 

ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Методические указания к выполнению лабораторных работ

(для студентов очной и заочной форм обучения электроэнергетических

специальностей)

 

 

 

 

Редактор                         В.В. Шилина

 

 

Подписано в печать _____               Формат 60х84 1/16

Тираж 150 экз,                                   Бумага типографская №1

Объем 2,75  уч. –изд. л.                     Заказ ____,Цена 88  тг,

 

 

 

Копировально-множительное бюро

 Алматинского института энергетики и связи

480013 Алматы, Байтурсынова, 126