Некоммерческое акционерное общество

АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра электрических станций, сетей и систем

 

РАСЧЁТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ В УСТАНОВКАХ

С НАПРЯЖЕНИЕМ ВЫШЕ 1000 В С ПОМОЩЬЮ ПРОГРАММЫ

GUFAULTS

 

Методические указания

для студентов специальности 050718 – Электроэнергетика

по дисциплинам «Электрические станции и подстанции»,

«Проектирование электрических станций»

 

Алматы 2008 

СОСТАВИТЕЛИ: С.Е Соколов, Г.Х. Хожин. Методические указания к программе расчёта токов короткого замыкания, GUFAULTS для студентов специальности 050718 – Электроэнергетика. по дисциплинам «Электрические станции и подстанции», «Проектирование электрических станций». – Алматы: АИЭС, 2008. – 16 с.

 

Методические указания содержат описания к применению программы Gufaltus, предназначенной для выбора, проверки кабелей и электрооборудования по условиям короткого замыкания, для выбора коммутационных аппаратов, уставок релейной защиты, заземляющих устройств в разомкнутых и замкнутых сетях электроустановок переменного тока напряжением выше 1000 В.

Методические указания применяются для выполнения РГР, курсовых проектов (работ) и дипломных проектов.

Содержание 

Введение............................................................................................................ 4

1 Выводные данные........................................................................................... 4

2 Учитываемые при расчёте факторы............................................................... 4

3 Построение расчётной схемы и ввод исходных данных............................... 5

3.1 Использование основного графического меню....................................... 5

3.2 Использование графического меню результатов расчета...................... 10

3.3 Использование текстового меню............................................................ 11

4 Сохранение и вывод на печать результатов расчёта.................................... 12

5 Пояснения к проведенному расчету............................................................. 13

6 Рекомендации пользователю........................................................................ 14

Список литературы.......................................................................................... 15

Введение

Программа Gufaults предназначена для выбора и проверки кабелей и электрооборудования по условиям короткого замыкания, для выбора коммутационных аппаратов, уставок релейной защиты, заземляющих устройств в разомкнутых и замкнутых сетях электроустановок переменного тока напряжением выше 1 кВ.

1 Выводные данные

Программа вычисляет в соответствии с рекомендациями ГОСТ 25514-87 "Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением свыше 1 кВ":

- действующее значение и начальную фазу периодической составляющей тока симметричного и несимметричных коротких замыканий в заданный момент времени поврежденной фазы в точке короткого замыкания и во всех двухполюсных элементах расчетной схемы;

- значение апериодической составляющей и ударного тока в точке короткого замыкания и во всех двухполюсных элементах расчетной схемы;

- действующее значение и начальную фазу симметричных составляющих напряжения во всех узлах расчетной схемы;

- начальную и конечную температуру кабелей при трехфазных коротких замыканиях.

Результаты расчета можно просматривать на экране дисплея и получать протокол расчета в виде текстового файла или на принтере.

В протоколе расчета воспроизводятся все исходные данные и результаты расчета, затребованные в процессе диалога с программой на экран. Кроме того, в протоколе расчета имеются сведения о параметрах всех элементов схемы замещения (ЭДС, активные и индуктивные сопротивления).

2 Учитываемые при расчёте факторы

Расчет на программе Gufaults производится с учетом:

- активных и индуктивных сопротивлений элементов электрической сети;

- реальных коэффициентов трансформации трансформаторов (с учетом РПН);

- предшествующего режима генераторов;

- несинфазности генерирующих элементов расчетной схемы;

- подпитки короткого замыкания токами двигателей;

- затухания периодической составляющей тока подпитки от асинхронных двигателей.

 

3 Построение расчётной схемы и ввод исходных данных

Типовой сценарий работы с программой Gufaults  предусматривает ввод расчетной схемы, параметризацию элементов схемы, указание места короткого замыкания, выполнение расчета, просмотр и документирование расчетной схемы и протокола с результатами расчета, сохранение исходных данных задачи в архиве.

По умолчанию для архива задач в директории GUFAULTS программа создает поддиректорий TASKS. Исходные данные каждой задачи хранятся в трех файлах, имеющих расширения TSK, DB0 и DB1. В файлах с расширением TSK хранится информация о содержании задачи (первая строка файла), путях доступа к архиву (вторая строка), файлам базы данных (третья строка) и временным файлам (четвертая строка), создаваемым программой в процессе работы. В пятой строке файла сохраняется информация о цветовой палитре данной задачи, в шестой строке - состав меню элементов расчетной схемы. Каждая задача, таким образом, при необходимости, может иметь свой архив и свою справочно-информационную базу. Реализуется сценарий при помощи графических и текстовых меню.

На этапе построения расчётной схемы рекомендуется очень внимательно контролировать отображение элементов на экране дисплея, обращая особое внимание на наличие электрических соединений (точек) в местах стыковки выводов трех и более элементов или линий-проводников и контролировать параметры элементов схемы замещения (ЭДС, активные и реактивные сопротивления), содержащиеся в протоколе работы программы. Электрическое соединение двух элементов или проводников отображается без символа "точка" (в соответствии с ЕСКД).

Для ввода и редактирования расчетной схемы используется база стандартных графических символов, расположенных в нижней части графического интерфейса пользователя, что позволяет значительно уменьшить затраты времени на подготовку исходных данных и вероятность ошибок.

Параметризация элементов расчетной схемы производится ручным способом. С целью снижения вероятности ошибки вводимые в программу числовые данные оцениваются на соответствие установленному для каждого параметра диапазону значений. Данные, выходящие за пределы установленного диапазона, программа отвергает. Предусмотрена возможность оперативной корректировки диапазона допустимых значений для каждого параметра.

Имеются сервисные средства для использования каталогизированного архива задач, вывода на принтер расчетной схемы и результатов расчета.

Исходные данные и результаты расчета хранятся в файлах формата .dbf, что обеспечивает возможность эффективной интеграции программы с программными модулями, решающими смежные задачи.

3.1 Использование основного графического меню

Основное графическое меню появляется на экране при запуске программы (рисунок 3.1).

 

 

 

 

 

 

 

 

 Рисунок 3.1 – Основное графическое меню 

Оно состоит из горизонтального и вертикального рядов пиктограмм. Пиктограммы горизонтального ряда содержат стандартные графические символы элементов электрических схем. Пиктограммы вертикального ряда содержат условные символы различных операций, выполняемых программой.

Активизация меню происходит при позиционировании локатора на одну из пиктограмм меню и нажатии на левую или правую клавишу "мыши" или на клавиши "Enter" или "Del" клавиатуры. Эффект от нажатия будет зависеть не только от того, какая пиктограмма меню выбрана, но и от того, нажатием какой клавиши "мыши" или клавиатуры она активизирована.

Подготовка расчетной схемы производится выбором элементов из горизонтального меню в нижней части экрана дисплея и копированием их на рабочее поле дисплея (рисунок 3.2).

Для установки любого элемента в любое место на экране достаточно двух нажатий на левую клавишу "мыши", первое нажатие при выборе элемента из меню, второе при указании места установки элемента на рабочем поле дисплея.

Данная операция производится следующим способом: переместите графический курсор в центр пиктограммы с нужным элементом, нажмите левую клавишу "мыши" или клавишу "Enter" клавиатуры - элемент при этом должен поменять окраску. Затем переместите курсор в точку экрана, в которой должен оказаться центр выбранного элемента, и еще раз нажмите левую клавишу "мыши" или клавишу "Enter" - там появится копия выбранного элемента.

Для перемещения локатора по экрану дисплея можно использовать либо "мышь", либо клавиши со стрелками. При удержании в нажатом положении клавиши Alt скорость перемещения локатора увеличивается.

Удалить неудачно помещенный элемент из схемы можно нажатием правой клавиши "мыши" или клавиши "Del" клавиатуры. Одно нажатие клавиши удаляет один элемент схемы, центр которого удален от ос­трия графического курсора не более чем на 5 мм.

 

 

Рисунок 3.2 – Выбор и копирование элементов на рабочее поле дисплея

 Электрическое соединение элементов, концы выводов которых соприкоснутся на экране, происходит автоматически. Программа не требует при рисовании схемы особой тщательности указания места положения элементов на экране - она укладывает их в ряды с шагом 10 мм, что обеспечивает автоматическую стыковку выводов элемен­тов.

Необходимо, по возможности, элементы расчетной схемы стремится располагать так, чтобы для их электрического соединения не потребовались дополнительные линии-проводники.

Для соединения элементов, выводы которых оказались в разных точках экрана, используются эквипотенциальные линии-проводники. Для этого необходимо правой клавишей "мыши" или клавишей "Del" клавиатуры "толкнуть" 15 пиктограмму горизонтального меню один, два или три раза так, чтобы в ней появился символ проводника. Переместите курсор сначала в одну из соединяемых точек и нажмите левую клавишу "мыши" - должен появиться "хвостик" линии, затем перемещайте курсор в другую точку - линия должна вытягиваться за курсором, и снова нажмите на левую клавишу, когда курсор окажется в нужной точке - линия фиксируется на экране и соединит электрические узлы, соприкасающиеся с ее концами (рисунок 3.3).

Если вместо левой клавиши "мыши" нажать правую или клавишу "Del" клавиатуры, линия-проводник отрывается от начальной точки и удаляется с экрана. При стыковке трех выводов элементов или концов линий-проводников автоматически возникает символ электрического соединения – точка.

Для обеспечения электрического соединения пересекающихся линий-

 

Рисунок 3.3 – Соединение элементов расчётной схемы с помощью эквипотенциальной линии-проводники

 проводников следует пользоваться 15 пиктограммой горизонтального меню - точкой на перекрестье.

Подсветив эту пиктограмму, переместите локатор в точку пересечения линий на экране и нажмите левую клавишу "мыши" - на пересечении линий появится точка, что соответствует наличию электрического контакта четырех концов линий проводников.

Пересекающиеся линии-проводники не будут иметь электрического контакта, если в месте их пересечения нет символа точки! Также необходимо избегать наложения друг на друга элементов схемы, это может быть причиной ошибок.

Для удаления элемента из схемы достаточно локатор разместить в зоне с радиусом 5 мм от центра удаляемого элемента и нажать правую клавишу "мыши" или клавишу "Del" клавиатуры. Для удаления из схемы символа короткого замыкания и линий-проводников необходимо активизировать 15 пиктограмму горизонтального меню (с любым символом на ней). Для удаления любого другого элемента схемы должна быть активна одна из первых 14 пиктограмм меню.

Вертикальное меню (см. рисунок 3.1) обеспечивает выбор операций, среди которых (сверху вниз):

а) переход в режим текстовых меню ("маски");

б) изменение масштаба отображения схемы на экране от 1 до 1/256 (квадраты);

в) перемещение схемы влево/вправо (горизонтальные стрелки);

г) перемещение схемы вверх/вниз (вертикальные стрелки);

д) изменение ориентации элементов в горизонтальном меню (круговые стрелки);

е) параметризация (просмотр и коррекция параметров) элементов расчетной схемы с помощью ручного ввода значений (левой клавишей "мыши");

ж) запуск расчетных процедур (левой клавишей "мыши");

и) вывод на принтер протокола расчета (левая клавиша) или создание в папке TASKS bmp-файла с расчетной схемой (правая клавиша);

к) выход из программы в операционную систему (левая клавиша) или очистка экрана и файлов с описанием текущей задачи для ввода новой задачи (правая клавиша).

После построения расчётной схемы и указания точки короткого замыкания, необходимо для всех её элементов ввести дополнительную информацию, т.е указать паспортные данные и ввести время отключения короткого замыкания. Для этого активируйте левой клавишей "мыши" или клавишей "Enter" клавиатуры " 6-ую пиктограмму горизонтального меню. Затем переместите курсор в точку экрана, в которой находится выбранный элемент и еще раз нажмите левую клавишу "мыши" или клавишу "Enter" - там появится подменю ввода параметров данного элемента (рисунок 3.4).

Исходя из примера ввода паспортных данных для генератора, приведенного на рисунке 3.4, таким же образом вводятся параметры остальных элементов расчётной схемы, необходимые для расчёта.

Для расчётной точки короткого замыкания задаётся время отключения повреждения от питающей сети (рисунок 3.5).

Запуск расчётного процесса осуществляется с помощью 7-й пиктограммы вертикального меню. После успешного завершения процесса на экране появляются результат проведённого расчёта и вспомогательные ряды пиктограмм горизонтального и вертикального меню, необходимые для детального расчёта тока короткого замыкания в месте повреждения (рисунок 3.6). В случае некорректного ввода исходных данных, либо несоблюдения вышеуказанных правил по построению расчётной схемы может произойти сбой в работе программы, что приведёт к её «сворачиванию» в оконный режим, не предназначенный для проведения расчёта

 

 

Рисунок 3.4 – Подменю ввода параметров генератора

 

Рисунок 3.5 – Ввод времени отключения короткого замыкания

 

 

Рисунок 3.6 – Ввод времени отключения короткого замыкания

3.2 Использование графического меню результатов расчета

Меню результатов расчета появляется на экране после успешного выполнения расчетной процедуры, запускаемой при активизации пункта 7 основного графического меню. При этом в окне на рабочем поле экрана появляются значения токов в точке короткого замыкания (рисунок 3.5). Для удаления окна с результатами расчетов можно нажать либо правую клавишу мыши, либо любую клавишу на клавиатуре. Далее пользователь может получить значения токов и напряжений в любом другом элементе расчетной схемы для любого вида короткого замыкания. Для этого:

- выбрать  соответствующий вид короткого замыкания в горизонтальном ряду пиктограмм (поместить локатор на пиктограмму и нажать левую клавишу "мыши", цвет текста в выбранной пиктограмме изменится) (рис 3.6);

- в вертикальном ряду выбрать пиктограмму "I/U" и определить тип запрашиваемых величин: ток (левой клавишей) или напряжение (правой клавишей) ;

- подвести локатор к середине нужного элемента на схеме и нажать левую клавишу "мыши" (рисунок 3.7).

На экране появится окно с таблицей, содержащей действующие значения линейных токов (или фазных напряжений) и начальные угловые фазы токов (напряжений). В зависимости от вида короткого замыкания в окно выводится соответствующий набор симметричных составляющих токов или напряжений и значение тока или напряжения для поврежденной фазы.

 

 

Рисунок 3.7 – Расчёт величины напряжения при 2-х фазном коротком замыкании

 За начало отсчета угловых фаз принято направление вектора ЭДС системы. ЭДС генераторов, синхронных компенсаторов и двигателей в данной версии программы считаются опережающим ЭДС системы на 30 эл. град., что соответствует наиболее часто встречающейся комбинации схем соединения обмоток "звезда-треугольник" у трансформаторов, отделяющих систему от генераторов на расчетной схеме. При других схемах соединения обмоток трансформаторов, начальная фаза ЭДС генераторов, компенсаторов и двигателей должна соответствовать суммарному углу поворота вектора ЭДС системы при переходе через трансформаторы, связывающие конкретный элемент расчетной схемы с системой.

3.3 Использование текстового меню

Вход в текстовые меню осуществляется выбором пиктограммы с масками в вертикальном меню. В режиме текстового меню обеспечивается возможность (слева направо по пунктам меню):

а) изменить имя текущей задачи и аннотировать решаемую задачу;

б) задать размещение файлов, связанных с решаемой задачей на дисках;

в) архивировать задачу, выбрать задачу из имеющихся в архиве, копировать описание задачи из одного архива в другой, удалить описание задачи из архива;

 

 

Рисунок 3.8 – Интерфейс текстового меню

 г) изменить значения по умолчанию и диапазон разрешенных значений текстово-числовых параметров элементов расчетной схемы;

д) изменить цветовое оформление программы для текущей задачи;

е) вернуться в режим графического меню или выйти из программы.

4 Сохранение и вывод на печать результатов расчёта

Программа автоматически фиксирует все просматриваемые на экране результаты расчета в протоколе на магнитном диске (файл GUFAULTS.PRT). Можно выключить режим записи просматриваемых на экране результатов в протокол, для этого расположите локатор на 5 пиктограмме вертикального ряда "См/Зап" и нажмите левую клавишу "мыши". Правой клавишей можно включить протоколирование получаемых на экране дисплея результатов.

Не выходя из программы, можно посмотреть текущее содержимое протокола (активизировать 9 пиктограмму "Чит/Ред" левой клавишей) и редактировать протокол (активизировать 9 пиктограмму правой клавишей "мыши"). При этом программа использует текстовый редактор EDIT.COM, путь к которому указан в файле GUFAULTS.CNF.

При прочтении запрашиваемого протокола можно произвести его сохранение непосредственно в текстовый редактор MS-Word с помощью следующей комбинации команд: Файл => Сохранить как => Выбрать директорию сохранения => ИМЯ.doc.

Выбрав левой клавишей 10 пиктограмму "Арх/Сте", можно скопировать текущее содержимое расчетного формуляра в директорий, где хранятся архивы задач. Правая клавиша очистит текущий расчетный формуляр.

Для возврата в основное графическое меню предусмотрена 11 пиктограмма меню результатов – "EXIT".

Сохранение графического отображения расчётной схемы необходимо проделать в следующей последовательности: навести курсор в область 10 пиктограммы основного вертикального меню, затем нажать клавишу ESC и при запросе программы: «Сохранить схему в TASKS\ <файл>.bmp? (Y/N)» подтвердить нажатием клавиши Y.

5 Пояснения к проведенному расчету

После проведения операции расчёта программа выдаёт результаты в виде окна, в котором указаны следующие параметры (рисунок 3.6; 3.7):

 

Ia1= 5.76/-83            действующее значение прямой последовательности тока в фазе "А" (5,76 кА) и начальная фаза тока относительно ЭДС источника питания (отстает на 83 эл. градусов относительно фазы "А" ЭДС системы).

 

Iк = 5.76/-83             действующее значение тока в поврежденной фазе (5,76 кА) и начальная фаза тока относительно ЭДС источника питания (отстаёт на 83 эл. градусов фазу "А" ЭДС системы).

 

iy = 13.55                 ударный ток 13,55 кА.

 

ia =0                         мгновенное значение апериодической составляющей тока в момент времени, заданный при параметризации точки короткого замыкания (0 кА).

 

ik = 8.15                   максимальное мгновенное значение тока в момент времени, заданный при параметризации точки короткого замыкания (8,15 кА), обычно используется при проверке выключателей по асимметричному отключаемому току.

 

Ua1= 68.3/0-              действующее значение прямой последовательности напряжения фазы "А" (68,3 кВ – фазное! напряжение) и начальная фаза напряжения относительно ЭДС источника питания (0 эл. градусов).

 

Ua2= 68.3/0 -            аналогично для напряжения обратной последовательности.

 

Ua = 136.5/0 -           действующее значение напряжения фазы "А" (136 кВ) и начальная фаза напряжения относительно ЭДС источника питания (0 эл. градусов фазу "А" ЭДС системы).

 

Beta = 0% -              содержание апериодической составляющей в токе в момент времени, заданный при параметризации точки короткого замыкания (23%). Приведено к амплитуде периодической составляющей.

 

Bk = 12.4 kA2*c-     интеграл Джоуля ("тепловой импульс" тока) к моменту времени, заданному при параметризации точки короткого замыкания.

6 Рекомендации пользователю

6.1 Проверяйте исходные данные, анализируйте результаты расчета – это позволит избежать ошибок.

6.2. Не включайте в расчетную схему «декоративные» элементы, которые не должны оказывать влияния на результат расчета (элементы по которым не будет протекать ток КЗ). Каждый лишний элемент увеличивает порядок системы уравнений и косвенно снижает точность расчета.

6.3. Не включайте в расчетную схему элементы с очень малыми сопротивлениями, например, кабели длиной менее 1 - 5 м. Элементы с малым сопротивлением ухудшают численную обусловленность системы уравнений, что приводит к снижению точности расчета.

6.4. Сопоставляйте токи в точке КЗ с токами в примыкающих ветвях, это позволит выявить ошибки в схеме. При небольших расхождениях токов в последовательно соединенных ветвях, более точным является ток в элементе с большим сопротивлением.

6.5. Проверяйте результаты расчета по первому закону Кирхгофа – сумма токов втекающих в узел должна быть равна сумме токов вытекающих из узла. Не забывайте, что токи являются векторными величинами и при арифметическом суммировании возможен небольшой небаланс. Небаланс возрастает при увеличении разницы отношений X/R примыкающих к узлу ветвей.

 

Список литературы 

1. Б.Н. Неклепаев, Координация и оптимизация уровней токов короткого замыкания в электрических системах. – М.: Энергия, 1978. – 152 с.

2. Р.М Кузембаева, С.Е. Соколов, Г.Х. Хожин, Электрические станции, сети и системы. Методические указания к выполнению расчётно-графической работы №1 (для студентов очной формы обучения специальности 050718 – Электроэнергетика). – Алматы: АИЭС, 2007. – 19 с.

3. Московский энергетический институт, Программа GUFAULTS-1.11. Инструкция по работе с программой. – Москва: МЭИ, 2005. – 17 с.