Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Переходные процессы в электротехники / Курсовая работа / ПП.КР.Методическое руководство(Ред4)

.pdf
Скачиваний:
25
Добавлен:
08.06.2015
Размер:
583.77 Кб
Скачать

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию Государственное учреждение высшего профессионального образования САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

______________________________________________________

Кафедра "Электроснабжение промышленных предприятий"

ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

Методическое пособие для курсового проектирования

САМАРА 2012

Составитель В.И. КОТЕНЕВ.

УДК 621. 316

Переходные процессы в электроэнергетических системах. Метод. пособие для курсового проектирования Самарский. гос. техн. ун-т; Сост., В.И. Котенев. Самара 2012 23с.

Содержат методические указания и задание на выполнение курсовой работы по курсу «Переходные процессы в электроэнергетических системах».

Методические указания рассчитаны на студентов специальности 140211.

2

ОБЩЕЕ ПОЛОЖЕНИЕ

Расчет переходных процессов в разветвленных электрических цепях и системах затруднен наличием большого количества трансформаторов и разных напряжений в отдельных цепях.

Для упрощения расчетов применяются системы относительных и базисных величин, позволяющие исключить трансформаторные связи и привести все параметры элементов к одному из напряжений.

Система относительных единиц

Любой элемент электрической цепи характеризуется паспортными или номинальными значениями. Параметры или значения, отличные от номинальных, часто представляются в относительных величинах. Для представления параметров в относительных единицах необходимо выбрать базисную величину. За базу часто принимают номинальные параметры или величины этого элемента. Тогда значения параметров, отличающиеся от номинальных, приводятся в относительных

единицах

при номинальных базисных условиях. Например,

Uн 0, 5

это означает, что данный элемент вырабатывает, или

*

 

находится под напряжением равным половине номинального и.т.д. Но представление параметров элементов в относительных единицах при номинальных базисных условиях для большинства систем недостаточно, эти относительные номинальные значения приводятся к другим базисным величинам, принятым для всей системы и не привязанные к номинальным значениям. Например, на клеммах электродвигателя напряжением 380 В

относительное номинальное напряжение равно Uн 0,8 .

*

Определить напряжение относительно базисного, если за базу принято 6,3 кВ .

U б UнU н 380 0,8 0, 048 . Uб 6300

3

В курсовой работе все параметры элементов должны быть представлены как в именованных, так и в относительных единицах. Для этого необходимо, прежде всего, выбрать базисные величины. За базисные величины рекомендуется принимать: за базисное напряжение исходное напряжение в точке короткого замыкания, за базовую мощность – соизмеримую наибольшую мощность источника питания в системе или кратную 10,100, 1000 и т.д. (1,10,100 МВА и т.д.).

Остальные параметры электрической системы могут быть определены из следующих соотношений.

 

 

 

 

 

 

Sб

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3Uб Iб

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Iб

Sб

, Zб

U

б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3Uб

3Iб

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U

 

U /U

 

, I

 

 

I

, S

 

 

S / S

 

 

,

Z

 

Z / Z

 

б

б

б

 

б

б

б

б

 

 

 

 

 

Iб

 

 

 

 

 

 

 

 

*

 

 

*

 

 

*

 

 

 

 

 

 

 

*

 

 

здесь

U , I , S , Z – параметры элементов в именованных единицах индекс * – величина выражена в относительных единицах; индекс б – величина приведена к базисным единицам. Относительное сопротивление можно выразить через

базисные величины

Z

 

Z

3Iб

Z

Sб

б

 

 

 

 

Uб2

Uб2

*

 

Приведение параметров схемы к базисной ступени напряжения

При наличии в расчетной схеме трансформаторов возникает необходимость приведения сопротивлений и ЭДС системы, находящихся на разных ступенях напряжения к одной, принятой за основную – базисную.

Приведение базируется на следующих соотношениях:

E (k1, k2 , kn )E , U (k1, k2 , kn )U ,

 

 

 

1

 

 

 

I

 

 

 

I ,

 

 

 

 

 

(k , k

2

, k

n

)

1

 

 

 

4

здесь под коэффициентом трансформации k трансформатора понимается отношение междуфазного напряжения холостого хода

Табл. 1

 

 

В именованных

В относительных

Наименование

В именованных

единицах,

единицах,

приведенных к

приведенных к

элемента

единицах

базисному

базисному

 

 

 

 

напряжению

сопротивлению

 

x x

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Любая

 

 

 

 

 

 

 

 

н

 

 

 

 

d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sб

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

синхронная,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

x x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

машина

xн

 

 

 

 

 

 

 

Uн

 

 

 

*d

 

P cos

*

 

 

*

 

 

Pн cos

 

 

Pн cos

 

 

 

 

 

 

 

 

 

н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Асинхронный

x

 

 

1 Uн2

x

 

1 Uб2

 

 

 

 

 

 

 

x

 

1

 

 

 

 

 

 

 

Sб2

 

 

Iп

Pн cos

Iп

 

 

Pн cos

 

I

 

 

 

 

P cos

 

двигатель

 

 

 

 

*

п

 

 

 

 

*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Трансформатор

x

Uк %

 

Uн2

x

Uк %

 

 

Uб2

x

 

Uк %

 

 

Sб

 

 

 

100

 

Sн

 

 

100

 

 

 

Sн

 

 

100

 

 

 

Sн

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Воздушная или

x X

 

 

 

l

x x

 

 

 

 

Uб

 

 

 

2

x xл

 

 

 

 

Sб

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

кабельная линия

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

л

 

 

 

U

 

 

 

 

 

 

 

*

 

 

 

 

 

 

 

Uл.ср

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

л.ср

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реактор

x xр

 

Uн

 

 

 

 

 

 

 

x xр

 

 

 

Uб2

 

 

 

 

 

 

 

x xр

 

 

 

 

Sб

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

 

 

 

 

 

3Iр

 

 

 

 

 

 

 

 

*

 

 

 

 

 

3I U

н

*

 

 

*

 

 

 

3IрUн

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Система при

x

 

 

 

Uн

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

Uб2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

Sб

 

 

 

 

 

 

 

 

известном токе к.з.

 

 

 

3Iкс

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3U

 

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3I

 

 

U

н

*

 

 

 

 

 

 

н

к

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

кс

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Система при

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sб

 

 

 

 

 

 

 

 

известной

 

x

Uн

x

Uб

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sк

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sк

 

 

Sк

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

мощности к.з.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Обобщенная

x x

 

 

 

 

Uн2

 

 

x x

 

 

 

 

 

Uб2

 

 

 

 

x xон

 

 

Sб

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

нагрузка

 

 

 

 

 

 

 

он

 

Sон

 

 

 

 

 

 

он

 

Sон

*

 

 

 

 

 

 

* Sон

 

 

 

*

 

 

 

 

 

 

*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

Формулы приведения электрических элементов системы в схемах замещения приведены в таблице 1.

Составление схемы замещения

Перед расчетом переходного режима электрической системы на основе ее принципиальной схемы составляют расчетную схему, которая отличается от принципиальной тем, что на ней в однолинейном изображении показываются не реальные элементы, а их схемы замещения, при этом в схему включают элементы, по которым возможно протекание токов в аварийном режиме. При составлении схемы замещения необходимо иметь в виду, что все элементы, у которых нет подвижных взаимосвязанных магнитных частей, замещаются активными и реактивными сопротивлениями это линии электропередач, кабели, трансформаторы, реакторы, а энергосистемы, генераторы, все электрические двигатели замещаются ЭДС, активными и реактивными сопротивлениями.

Преобразование схем замещения

Целью преобразования схемы замещения является ее приведение к простейшему виду, где в качестве источника эквивалентная ЭДС и эквивалентное сопротивление рис.1а.

Нахождение эквивалентного сопротивления не представляет большой сложности, так как это обычное соединение параллельных и последовательных цепей. Для объединения нескольких параллельных источников необходимо соблюдать некоторые условия.

Замена двух и более однотипных источников питания одним эквивалентным возможна, если соблюдается соотношение

 

S1 X рез1

0, 4 2,5

 

 

S 2 X рез2

 

 

 

 

где

 

 

S – номинальная мощность источника;

 

X рез – результирующее

сопротивление

между

соответствующим источником питания и точкой КЗ.

6

При упрощении схемы замещения системы можно пренебречь источником меньшей мощности, если

S2.ном 0, 05 ,

S1.ном

где S 2 – источник меньшей мощности.

Если схема замещения содержит источники со значительно отличающимися параметрами, то они объединяются в группы так, чтобы каждая группа содержала источники с близкими параметрами.

Тогда простейшая схема, к которой приводится схема замещения, будет иметь вид, показанный на рис.1б, в.

И токи будут рассчитываться от каждого источника отдельно.

Рис. 1.

Преобразование схемы замещения с несколькими параллельными источниками производят по следующей схеме.

7

 

 

 

n

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ек

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Zк

 

 

 

1

 

1

 

1

 

Е

экв

 

к 1

 

, Z

экв

 

 

 

,

n

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

Z1

 

Z2

 

Zn

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Zк

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

к 1

 

 

 

 

 

 

 

 

где

Eэкв – эквивалентная э.д.с. для n параллельных источников; Zк – индуктивное сопротивление каждого источника.

Расчет тока трехфазного короткого замыкания

Если до замыкания система была симметрична, то она остается симметричной и после замыкания. Поэтому можно рассматривать одну фазу, т.е. однолинейную схему.

Полный ток короткого замыкания во время переходного процесса определяется как сумма двух токов периодического и апериодического, которые легко определяются исходя из параметров системы.

i(t) iп (t) ia (t)

или

 

 

Umax

 

 

 

 

 

 

e

t

 

 

 

 

 

 

 

 

i(t)

sin( t

к

) i

Ta

 

 

 

 

Zэкв

 

 

 

a (0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

max x

sin( t

к

) I

п max

e Ta

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

Umax – фазное напряжение, приведенное к ступени КЗ,

Zэкв – полное сопротивление короткозамкнутого участка цепи,

Tа – постоянная времени короткозамкнутой цепи,

Та Х эквrэкв

– фаза в момент короткого замыкания; φк – угол сдвига тока относительно напряжения.

8

Первое слагаемое является периодической (вынужденной) составляющей, второе апериодической (свободной) составляющей.

Графическое изображение токов показано на рис.2. Наибольшее значение полного тока КЗ называют ударным

током. Этот момент наступает примерно через полпериода после появления короткого замыкания ( t 0, 01 с ). При этом условии

ударный ток

 

 

 

 

 

0,01

 

 

 

 

 

 

I

 

(1 e

Та ) k

 

 

 

 

i

у

п max

у

2I

п

 

 

 

 

 

 

где kу – ударный коэффициент;

Iп 2Iп max – действующее значение периодической составляющей тока в начальный момент времени.

Рис. 2

9

ЗАДАНИЕ НА ВЫПОЛНЕНИЕ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ.

1.Для заданного варианта и исходной точки короткого замыкания, определить периодическую составляющую тока трехфазного короткого замыкания

2.Определить апериодическую составляющую тока короткого замыкания.

3.Построить графически полный ток короткого замыкания для одной фазы.

4.Рассчитать ударный коэффициент kу и величину

ударного тока.

5.Исходные данные приведены в таблице 2, а электрическая схема системы электроснабжения на рис.3.

6.За базисное напряжение Uб принять напряжение в точке

короткого замыкания.

7. За базовую мощность принять значение Sб 100 МВА .

10