Реферат | Библиотека | Ссылки | Отчет о поиске | Индивидуальное задание

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ РОЗРАХУНКІВ ПЕРЕХІДНИХ ПРОЦЕСІВ ПРИ ТРИФАЗНИХ КОРОТКИХ ЗАМИКАННЯХ

     При складанні розрахункової схеми електропостачання підприємства для аварійного режиму роботи з коротким замиканням її еквівалентно подають відносно місця КЗ з двох частин за джерелами енергії:

• генератори електричної системи;
• електроспоживачі із запасом енергії до моменту часу виникнення аварійного режиму.

     Через різний характер електромагнітних процесів ці частини СЕП слід розглядати нарізно.

     У складанні схем заміщення зазначених частин СЕП керуються таким:

• для моменту часу t = 0 активні елементи СЕП (генератори, двигуни) еквівалентуються джерелами е.р.с. Е_t = const з внутрішнім опором х"_d або х'_d, а пасивні (трансформатори, ЛЕП, реактори) – лише електричними опорами;
• для часу t > 0 у еквівалентів активних елементів Е_t = var та x_t = var, а пасивних елементів x_t = consr (не враховуємо зміну значення частоти в аварійному режимі) і r_t = var (через нагрівання провідників перебігом струму КЗ, що характерно в електричних мережах напругою до 1 кВ з переважним значенням активної складової опору).

     Перетворення схем заміщення та обчислення параметрів аварійного режиму відбувається з урахуванням електромагнітної (розмагнічувальної) реакції джерел на виникнення КЗ. Міра впливу останньої оцінюється безпосередньо за електричною віддаленістю. Названі особливості впливають на вибір та використання способів визначення характеристик перехідного процесу і параметрів аварійного режиму.

     Розрахунки з високою точністю значень характеристик та параметрів аварійного режиму в СЕП, що виникає внаслідок КЗ, для і > 0 вимагають великого обсягу обчислень. Вони значно ускладнюються, якщо врахувати автоматичне регулювання збудження генераторів, відмінності параметрів синхронних машин у поздовжній та поперечній осях, невизначеність поведінки двигунів приєднаних навантажень. При проектуванні та експлуатації СЕП в основному використовують спрощені способи визначення показників перехідного процесу. У ряді випадків за допомогою найпростіших оцінок треба визначити лише рівень значень шуканих величин, достатніх для з'ясування умов роботи електроустаткування або обґрунтування практичного вирішення завдань його експлуатації.

     Спрощення розрахунку (для простоти обчислень, очевидної порівнянності та контролю результатів розрахунку з фізичною картиною явища) базується на певних припущеннях. Останні беруться для конкретних умов відповідно до поставленого завдання та кінцевої мети розрахунку.

     Основна відмінність між практичними способами розрахунку параметрів аварійного режиму, що виникає внаслідок КЗ, полягає у визначенні періодичної складової струму КЗ залежно від вимог та призначення розрахунків, узятих припущень. Наприклад, якщо значення струму у місці КЗ обчислюється для вибору електроустаткування, придатні одні припущен¬ня, а при розв'язанні завдань захисту елементів та настроювання засобів автоматизації СЕП – інші, що потребують розрахунків з порівняно меншими похибками.

     Для трифазних мереж електроустановок напругою понад 1 кВ промислової частоти опрацьована загальна методика розрахунку струмів КЗ, викладена у стандарті ГОСТ 27514-87. Короткие замыкания в электроустановках: Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением свыше 1 кВ, у початковий та довільний моменти часу перебігу аварійного режиму. Методика передбачає обчислення струмів КЗ для вирішення завдань: вибір та перевірка електроустаткування за умов короткого замикання; вибір запобіжних уставок та оцінка можливої дії засобів релейного захисту і автоматики СЕП; визначення впливу струмів нульової послідовності ліній електропередачі на супутні лінії зв'язку; вибір заземлювальних пристроїв електроустановок.

     Обчислювальні показники перехідного процесу внаслідок КЗ, допустима похибка обчислень та вибір способу розрахунку залежать від кінцевої мети розрахунків. Для вибору та перевірки електроустаткування струми КЗ можна розраховувати спрощеними способами, якщо їх похибка не перевищує 5 ... 10 %. При цьому обчислюють:

• значення періодичної складової струму та потужності КЗ у початковий і довільний моменти часу перебігу аварійного режиму, у тому числі для розрахункового часу розмикання пошкодженого кола;
• значення аперіодичної складової струму КЗ у початковий та довільний моменти часу, а також для розрахункового часу розмикання пошкодженого кола;
• ударний струм КЗ;
• струморозподіл у схемі СЕП;
• залишкові напруги у вузлах схеми СЕП.

     Для вибору значень параметрів настроювання захисту елементів й автоматики СЕП як вихідні дані обчислюють найбільше та найменше розрахункові значення періодичної і аперіодичної складових струму КЗ у початковий та довільний моменти часу в місці КЗ чи в окремих вітках розрахункової схеми.

     Рекомендована стандартом ГОСТ 27514-87 методика не поширюється на розрахунки струмів КЗ:

• за складних видів несиметрії у СЕП (наприклад, одночасні КЗ та обрив), при повторних КЗ та КЗ у СЕП з нелінійними елементами;
• з урахуванням динаміки електричних машин в електромеханічних перехідних процесах;
• при розгляді перехідного процесу внаслідок КЗ усередині електричних машин, трансформаторів та автотрансформаторів;
• для непромислових значень частот, що виникають при КЗ у лініях електропередач напругою 220 кВ та вище;
• в електроустановках напругою 750 кВ та вище.

     Для розрахунку показників зазначених аварійних перехідних режимів використовують спеціальні методи.

     Обчислення значень струмів КЗ для довільних моментів часу в місці КЗ та в окремих вітках розрахункової схеми слід розглядати у межах електромеханічних перехідних процесів, до чого залучають ЕОМ та відповідні методи дослідження динамічної стійкості режиму енергетичної системи.

     Загалом під час визначення струму КЗ необхідно враховувати всі активні елементи електричної системи. Допускається еквівалентувати віддалену від місця КЗ частину електричної системи – усі джерела електроенергії, для яких КЗ далеко. її відповідні елементи можуть бути відносно місця КЗ або іншого обраного вузла мережі еквівалентовані одним джерелом незмінної напруги і одним опором (таке джерело зветься «електричною системою»). Якщо для конкретного вузла електричної мережі значення струму трифазного КЗ І_к⁽³⁾ чи потужності трифазного КЗ S_к⁽³⁾ відомо, то еквівалентний індуктивний опір джерела «електрична система» визначається за виразом

,

(1)

     де U_{ср, ном} – середня номінальна напруга у вузлі.

     Значення е.р.с. джерела «електрична система» слід брати рівним середній номінальній напрузі у вузлі електричної мережі.

     Залежно від складності розрахункової схеми СЕП струми КЗ визначають аналітично з використанням еквівалентних схем заміщення чи із застосуванням аналогових розрахункових моделей змінного та сталого струмів або математичних моделей на ЕОМ.

     Спосіб розрахунку струму короткого замикання обирають з таких міркувань. В одноконтурних розрахункових схемах СЕП струм КЗ слід обчислювати за аналітичним чи графо-аналітичним способом рекомендованими прийомами перетворення схем. У багатоконтурних же розрахункових схемах СЕП струм КЗ варто обчислювати методами вузлових напруг або контурних струмів із застосуванням ЕОМ.

     Під час використання методу вузлових напруг розв'язуємо матричне рівняння

,

(2)

     де І_вуз – стовпцева матриця вузлових струмів;
Y_вуз – квадратна матриця власних та взаємних вузлових провідностей;
U_вуз – стовпцева матриця вузлових напруг.

     За методом контурних струмів спершу треба розв'язати матричне рівняння

,

(3)

     де Е_к – стовпцева матриця е.р.с;
Z_к – квадратна матриця власних та взаємних опорів незалежних контурів;
І^к – стовпцева матриця контурних струмів.

     Для трифазних електричних мереж СЕП напругою до 1 кВ промислової частоти, приєднаних до енергосистеми або з автономними джерелами електроенергії, струми КЗ розраховують відповідно до стандарту ГОСТ 28249-89. Короткие замыкания в электроустановках: Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ. За ним установлюється загальна методика розрахунку струмів симетричних та несиметричних КЗ (найбільших та найменших значень) у початковий і довільний моменти часу перебігу аварійного режиму з урахуванням параметрів синхронних та асинхронних машин, трансформаторів, реакторів, кабельних і повітряних ліній, шинопроводів, конденсаторних батарей та вузлів з комплексним навантаженням.

     Параметри режиму з КЗ розраховують за початковими даними для вирішення завдань вибору та перевірки електроустаткування за умов дії КЗ, вибору уставок захисту, пристроїв автоматики та комутаційних апаратів і розрахунку заземлювальних пристроїв. Склад показників перехідного режиму та рівень допустимої похибки розрахунків струмів КЗ обирають залежно від кінцевої мети. Для вибору та перевірки електроустаткування за умов дії КЗ розрахункові показники допускається визначати спрощеними способами розрахунку струмів КЗ, якщо їхня похибка не перевищує 10 %. Розрахунку підлягають: початкові значення періодичної та аперіодичної складових струму КЗ; ударний струм; діючі значення періодичної складової струму КЗ у довільні моменти часу, у тому числі – для розрахункового часу розмикання пошкодженого кола мережі.

     При проектуванні захисту елементів СЕП розраховують найбільші та найменші значення періодичної складової струму в місці КЗ у початковий та довільний моменти часу, а також для розрахункового часу розмикання пошкодженого кола. Для вибору заземлювальних пристроїв електроустановок обчислюють струм однофазного КЗ.

     Зазначена у стандарті ГОСТ 28249-89 методика не поширюється на розрахунки струмів КЗ:

• при складних видах несиметрії у СЕП (наприклад, одночасні КЗ та обрив), у разі повторних КЗ та при КЗ в електроустановках з нелінійними елементами;
• з урахуванням динаміки електричних машин в електромеханічних перехідних процесах;
• усередині електричних машин і трансформаторів.

     Методики розрахунку показників перехідного режиму при трифазних КЗ орієнтовані на використання для певних ієрархічних рівнів СЕП (зовнішнє та внутрішнє електропостачання, електричні мережі до 1 кВ). Методи розрахунку застосовуються у таких характерних випадках: спільне живлення від електроенергетичних систем (ЕЕС) та ТЕЦ (ТЕС); підживлення місця КЗ від електродвигунів; підживлення місця КЗ від вузла з комплексним навантаженням; участь джерела реактивної потужності (ДРП) у живленні місця КЗ.

     Досвід розрахунків перехідних режимів свідчить, що помилки в обчисленні початкових значень струмів КЗ практичними методами – у межах + 5 %. Під час обчислення значень струмів у вітках для довільних моментів часу перебігу аварійного режиму за допомогою практичних способів розрахунку помилки сягають 10 ... 15 % (залежно від віддаленості та тривалості КЗ).

     У наближених розрахунках аналітично прийнято визначати лише діюче значення періодичної складової струму КЗ за перший період та ударний струм КЗ. При живленні від джерела «електрична система» необмеженої потужності діюче значення періодичної складової трифазного струму КЗ буде:

.

(4)

     З використанням діючого значення періодичної складової за перший період обчислюють ударний струм КЗ:
миттєвого значення

.

(5)

     діючого значення

.

(6)

     Для t = 0,01 с та при середньому значенні сталої часу затухання аперіодичної складової Тa =0,05 с

,

     а значення ударного струму

,

     Під час обчислення струмів КЗ у віддалених точках електричної мережі, в яких щодо впливу на значення струму помітно позначається активна складова опору короткозамкненого кола (при КЗ за трансформаторами малої потужності, у протяжних кабельних лініях, мережах напругою до 1 кВ), рекомендується визначати значення сталої часу затухання аперіодичної складової відповідно до виразу

,

(7)

     При наближених розрахунках КЗ у протяжних кабельних мережах чи після трансформаторів потужністю менше 1000 кВ∙А орієнтовно можна вважати k_y = 1,3.

ДонНТУ | Портал магистров ДонНТУ