Заключение

1. Графики нагрузки используют для анализа электроустановок, для проектирования системы электроснабжения, для составления прогнозов электропотребления, планирования ремонтов, а также для ведения нормального режима работы.

При проектировании систем электроснабжения мы должны учитывать ожидаемый график нагрузки. Типовой график нагрузки строится по результатам исследований аналогичных действующих потребителей и приводится в справочной литературе . Следует сказать, что нагрузка между отдельными электростанциями распределяется таким образом, чтобы обеспечить максимальную экономичность работы в целом по энергосистеме. Исходя из этого, диспетчерская служба энергосистемы задаёт электростанциям суточные графики нагрузки.

2. Вопросы, выносимые на самоподготовку, рекомендации по их изучению по указанной литературе Л3с14-25:

-Классификация графиковнагрузки.

-Построение графика нагрузки потребителей по типовому графику

-Построение годового графика по продолжительности нагрузки

-Участие эл.станций различного типа в годовом графике нагрузки

Лекция №8-11

Тема1.5. Короткие замыкания в электроустановках

Цель лекции. Осуществлять поиск информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач. Приобретение навыков применения инструкций и нормативных правил при выполнении расчетов.

План лекции:

1.Расчет короткого замыкания. Упрощения при расчете.

2. Расчет короткого замыкания. Системы именованных и относительных единиц.

3. Определение начального тока при трёхфазном КЗ

4.Методы ограничения токов короткого азмыкания.

1.Расчет короткого замыкания. Упрощения при расчете.

Короткими замыканиями (КЗ) называют замыкания между фазами (фазными проводниками электроустановки), замыкания фаз на землю (нулевой провод) в сетях с глухо - и эффективно-заземленными нейтралями, а также витковые замыкания в электрических машинах. Короткие замыкания возникают при нарушении изоляции электрических цепей. Причины таких нарушений различны: старение и вследствие этого пробой изоляции, набросы на провода линий электропередачи, обрывы проводов с падением на землю, механические повреждения изоляции кабельных линий при земляных работах, удары молнии в линии электропередачи и др.

Короткие замыкания, как правило, сопровождаются увеличением токов в поврежденных фазах до значений, превосходящих в несколько раз номинальные значения.

Протекание токов КЗ приводит к увеличению потерь электроэнергии в проводниках и контактах, что вызывает их повышенный нагрев. Нагрев может ускорить старение и разрушение изоляции, вызывать сваривание и выгорание контактов, потерю механической прочности шин и проводов и т.п. проводники и аппараты должны без повреждений переносить в течение заданного расчетного времени нагрев токами КЗ, т. е. должны быть термически стойкими.

Протекание токов КЗ сопровождается также значительными электродинамическими усилиями между проводниками. Для защиты токоведущих частей и их изоляции от разрушения принимаются необходимые меры.

Ток в процессе короткого замыкания не остаётся постоянным, а изменяется, т.е., ток, увеличившийся в первый момент времени, затухает до некоторого значения, а затем под действием автоматического регулятора возбуждения (АРВ) достигает установившегося значения. Промежуток времени, в течение которого происходит изменение значения тока КЗ, определяет продолжительность переходного процесса. После того как изменение значения тока прекращается, до момента отключения КЗ продолжается установившийся режим КЗ.

Из-за наличия в сети индуктивных сопротивлений, препятствующих мгновенному изменению тока при возникновении КЗ, значение тока нагрузки i_н не изменяется скачком, а нарастает по определённому закону от нормального до аварийного значения. Для упрощения расчёта и анализа ток, проходящий во время переходного процесса КЗ, рассматривают как состоящий из двух составляющих: апериодической и периодической.

Апериодической называется постоянная по знаку составляющая тока i_а, которая возникает в первый момент КЗ и сравнительно быстро затухает до нуля.

Периодическая составляющая тока КЗ в начальный момент времени I_{п mo} называется начальным током КЗ. Значение начального тока КЗ используют, как правило, для выбора уставок и проверки чувствительности релейной защиты. Начальный ток КЗ называют также сверхпереходным i_п, так как для его определения в схему замещения вводятся сверхпереходные сопротивления генератораи ЭДС.

Установившимся называется периодический ток КЗ после окончания переходного процесса, обусловленного затуханием апериодической составляющей и действием АРВ.

Полным током КЗ называется его значение, равное сумме периодической и апериодической составляющих в любой момент переходного процесса. Максимальное мгновенное значение полного тока называется ударным током КЗ и вычисляется при проверке электротехнического оборудования на электродинамическую стойкость.

Как уже отмечалось, для выбора уставок и проверки чувствительности РЗ обычно используется начальное (сверхпереходное) значение тока КЗ, расчёт которого производится наиболее просто. Допустимость такого решения объясняется, с одной стороны, быстрым затуханием апериодической составляющей в сетях высокого напряжения (за время 0,05 – 0,2 с), что обычно меньше времени срабатывания рассматриваемых защит, а с другой стороны – неизменностью периодической составляющей при КЗ в сети, питающейся от мощной энергосистемы, генераторы которой оснащены АРВ, поддерживающими постоянным напряжение на её шинах.

В сетях, питающихся от генератора или энергосистемы ограниченной мощности, напряжение на шинах в процессе КЗ изменяется в значительных пределах, вследствие чего значения начального и установившегося токов не равны. Однако и в этом случае для расчётов релейной защиты можно использовать начальное значение тока КЗ. Это не приводит к большой погрешности, поскольку, как показывает опыт эксплуатации, на значение установившегося тока КЗ значительно большее влияние, чем на значение начального тока, оказывают увеличение переходного сопротивления в месте повреждения, токи нагрузки и другие факторы, не учитываемые обычно при расчёте токов КЗ.

Принимая во внимание всё выше изложенное, можно считать целесообразным и в большинстве случаев вполне допустимым использование для расчёта и анализа поведения релейных защит, действующих с любой выдержкой времени, значения начального тока КЗ. При этом возможное снижение тока в процессе КЗ следует учитывать для защит, имеющих выдержку времени, введением в расчёт повышенных коэффициентов надёжности по сравнению с быстродействующими защитами.

Расчет токов КЗ по точным выражениям в реальных схемах с несколькими источниками затруднен. Кроме того на практике часто не требуется высокой точности расчетов. Поэтому для вычисления токов КЗ в произвольный момент времени оказывается возможным и целесообразным использовать практические приближенные методы расчета.

При этом вводятся дополнительные упрощения:

• закон изменения периодической слагающей тока КЗ в схеме с одним генератором распространяется на схему с несколькими генераторами;

• изменение апериодической слагающей тока КЗ в сложной схеме учитывается приближенно;

• нагрузки учитываются упрощенно;

• ротор синхронной машины симметричен.

  2. Расчет короткого замыкания. Системы именованных и относительных единиц.

Расчеты токов короткого замыкания необходимы для решения следующих задач: выбора схем электрических соединений; выявления условий работы потребителей при аварийных режимах; выбора аппаратов и проводников; проектирования и настройки устройств релейной защиты, автоматики, заземляющих устройств; выбора систем автоматического регулирования возбуждения; анализа устойчивости работы электрических систем.

Допущения, принимаемые в расчетах токов КЗ:

1) закон изменения периодической слагающей тока КЗ для схемы с одним генератором можно использовать для приближенной оценки этой слагающей для схемы с несколькими генераторами;

2) учет апериодической слагающей можно проводить приближенно;

3) ротор синхронной машины симметричен;

4) учет системы проводят приближенно.

Расчет токов КЗ в электрических сетях напряжением выше 1 кВ ведется в системе относительных единиц (о.е.). Под относительным значением какой-либо величины понимают её отношение к другой одноименной величине, выбранной за единицу измерения. Величины, принятые в качестве единиц измерения называют базисными. Обычно произвольно выбирают базисную мощность S_б, МВ×А, близкую к установленной мощности генераторов в расчетной схеме и округленную до целого числа. Принимают базисное напряжение U_б, кВ, на одной из ступеней, базисные напряжения на других ступенях пересчитывают по действительным (точное приведение) или по приближенным (приближенное приведение) коэффициентам трансформации. Приближенные коэффициенты трансформации определяются по шкале средних номинальных напряжений: 515; 340; 230; 154; 115; 37; 24; 18; 15,75; 13,8; 10,5; 6,3; 3,15 кВ.

Ниже приведены формулы для определения сопротивлений элементов электрической сети в системе относительных единиц при выбранных базисных условиях.

Синхронное индуктивное сопротивление генератора Х_d и его сверхпереходное сопротивление Х²_d :

Х_d=Х_d(н)∙S_б/S_н;

Х²_d=Х²_d(н)∙S_б/S_н,

где S_н - номинальная мощность генератора, МВ×А; Х_d(н) - синхронное сопротивление генератора по продольной оси при номинальных условиях, о.е.; Х²_d(н)- его сверхпереходное сопротивление при номинальных условиях, о.е.

Индуктивное сопротивление двухобмоточного трансформатора Х_т:

Х_т=U_к∙S_б/(100∙S_н),

где U_к - напряжение короткого замыкания, %; S_н - номинальная мощность трансформатора, МВ×А.

Индуктивные сопротивления обмоток высшего (ВН) Х_в и низшего напряжений (НН) Х_н1=Х_н2, о.е., трехобмоточного трансформатора с расщепленной на 2 цепи обмоткой НН:

Х_в=U_к∙S_б/(100∙S_н)∙(1-K_р/4);

Х_н1=Х_н2=2∙U_к∙S_б/(100∙S_н)∙K_р/2,

где U_к - напряжение короткого замыкания обмоток ВН и НН, %; S_н - номинальная мощность трансформатора, МВ×А; К_р - коэффициент связи. Для трехфазных трансформаторов, у которых обмотка НН расщеплена на две цепи, К=3,5.

Индуктивные сопротивления обмоток ВН Х_в, среднего (СН) Х_с, НН Х_н, о.е., трехобмоточного трансформатора соответственно:

Х_в=U_кВ∙S_б/(100∙S_н);

Х_с=U_кС∙S_б/(100∙S_н);

Х_н=U_кН∙S_б/(100∙S_н),

где U_кВ, U_кС, U_кН - напряжения короткого замыкания обмоток ВН, СН и НН соответственно, %; S_н - номинальная мощность трансформатора или автотрансформатора, МВ×А.

Напряжения короткого замыкания обмоток ВН U_кВ, СН U_кС и НН U_кН, %:

U_кВ=0,5(U_вс+U_вн-U_сн);

U_кС=0,5(U_вс+U_сн-U_вн);

U_кН=0,5(U_вн+U_сн-U_вс),

где U_вс, U_вн, U_сн - напряжения короткого замыкания по обмоткам высокого и среднего, высокого и низкого, среднего и низкого напряжений соответственно, %.

Индуктивное сопротивление одинарного реактора Х_р, о.е.,

Х_р=Х_р∙S_б/(√3∙U_срн∙I_н)=Х_р∙I_б/I_н,

где U_срн - среднее номинальное напряжение ступени, где установлен реактор, кВ; I_н - номинальный ток реактора, кА; I_б – базисный ток, кА.

Индуктивное сопротивление воздушной, кабельной линий Х_л, о.е.,

Х_л=Х₀∙l∙S_б/U²_срн ,

где Х₀ - удельное сопротивление линии, Ом/км; U_срн - среднее номинальное напряжение линии, кВ; l - длина линии, км.