Общие указания к расчетам токов короткого замыкания

Министерство образования и науки Республики Казахстан Некоммерческое АО «Алматинский университет энергетики и связи имени Гумарбека Даукеева» Институт Электроэнергетики и электротехники Кафедра электроэнергетических систем ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ для студентов специальности 5В071800 - Электроэнергетика 2 Лекция. Общие указания к расчетам токов короткого замыкания Алматы 2021 1 Дисциплина «Переходные процессы в электроэнергетике» является одной из профилирующих для электроэнергетических специальностей. Переходные процессы возникают в электрических системах как при нормальной эксплуатации (включение и отключение нагрузок, источников питания, отдельных цепей и пр.), так и в аварийных условиях (обрыв нагруженной цепи или отдельной ее фазы, короткое замыкание, выпадение машины из синхронизма и т.д.). Изучение переходных процессов необходимо прежде всего для ясного представления причин возникновения и физической сущности этих процессов, а также для разработки практических критериев и методов их количественной оценки, с тем чтобы можно было предвидеть и заранее предотвратить опасные последствия таких процессов. Важно понимать переходные процессы, но еще важнее уметь сознательно управлять ими. При любом переходном процессе происходит в той или иной мере изменение электромагнитного состояния элементов системы и нарушение баланса между моментом на валу каждой вращающейся машины и электромагнитным моментом. В результате этого нарушения соответственно изменяются скорости вращения машин, т.е. некоторые машины испытывают торможение, в то время как другие – ускорение. Такое положение существует до тех пор, пока регулирующие устройства не восстановят нормальное состояние, если это вообще осуществимо при изменившихся условиях. Из этого следует, что переходный процесс характеризуется совокупностью электромагнитных и механических изменений в системе. Последние взаимно связаны и, по существу, представляют единое целое. 2 2 Лекция. Общие указания к расчетам токов короткого замыкания Содержание лекции: допущения при расчетах коротких замыканий, составление схем замещения и расчет их параметров. Система относительных единиц. Цель лекции: знакомство со схемами замещения основных элементов электрических систем и их параметрами. Изучение системы относительных единиц. 2.1 Основные допущения, принимаемые при расчетах Расчет переходного процесса в сложной электрической системе с учетом всех влияющих факторов – сложная и трудоемкая задача. Для ее упрощения вводят ряд допущений. Однако те из них, которые справедливы при решении одной задачи, могут быть совершенно неприемлемы для другой. Поэтому ниже приводятся только те допущения, которые принимаются при решении большинства практических задач. 1. Сохранение симметрии трехфазной системы (она нарушается только в месте повреждения). 2. Пренебрежение автотрансформаторов. токами намагничивания трансформаторов и 3. Отсутствие насыщения магнитных систем (т.е. линейность всех элементов схемы). 4. Пренебрежение активными сопротивлениями (кроме расчетов токов КЗ в сетях до 1000 В и при оценке постоянных времени). 5. Пренебрежение емкостными проводимостями линий (кроме расчета простых замыканий на землю). 6. Учет нагрузок постоянными сопротивлениями. 7. Скорость вращения синхронных машин постоянна (для начальной стадии переходного процесса t – 0,1…0,2 с). 8. Неучет сдвига по фазе векторов ЭДС расчетной схемы. Применение вычислительной техники для расчетов переходных процессов позволяет отказаться от некоторых допущений и тем самым 3 повысить точность расчетов, более полно учесть явления, характеризующие переходный процесс. 2.2 Составление схем замещения и расчет их параметров 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 показывают только те элементы, по которым возможно протекание аварийных токов или их составляющих. При наличии в расчетной схеме трансформаторов целесообразно имеющиеся в ней магнитно-связанные цепи представить одной эквивалентной электрически связанной цепью. Схема замещения сложной электрической системы является соединением схем замещения отдельных ее элементов. В ней элементы соединены так же, как на расчетной схеме. После составления схемы замещения рассчитываются ее параметры в именованных или относительных единицах, затем полученные значения приводятся к основной ступени напряжения. 2.3 Система относительных единиц Расчет токов КЗ может производиться в абсолютных (именованных) или относительных единицах. При расчетах в относительных единицах все величины сравниваются с основными или базисными. Относительное выражение величин удобно для оценки влияния того или иного участка схемы или отдельного элемента на результат расчета. По способу относительных единиц просто определяется ток КЗ на выводах генератора или максимальный возможный ток КЗ за трансформатором, если известны их параметры. Для расчета в относительных единицах сначала выбирают базисные величины или условия: мощность Sб, напряжение Uб, ток Iб и сопротивление Xб или Zб. Обычно задаются двумя величинами – базовыми мощностью и напряжением, остальные две – ток и сопротивление – получают из уравнения мощности и закона Ома 4 За базисное напряжение обычно принимается номинальное Uном или среднее расчетное Uср напряжение какой-либо ступени трансформации. При выборе базисной мощности руководствуются тем, чтобы порядок относительных значений, полученных при расчете, был удобен. Чаще всего базисную мощность принимают равной 100 МВА или 1000 МВА, но иногда останавливаются на номинальной мощности какого-либо элемента, если она несколько раз повторяется в схеме. Относительные величины выражаются следующим образом (2.1) (2.2) , (2.3) , . 5 (2.4) (2.5) Индекс * (звездочка) указывает на то, что речь идет об относительной величине, индекс «б» говорит о том, что она приведена к базисным условиям. Базисное сопротивление Zб или Хб, как правило, непосредственно в формулы пересчета (2.4), (2.5) не вводится, а выражается через напряжение и ток или мощность: , (2.6) . (2.7) Относительное базисное сопротивление показывает, какая часть базисного напряжения, приложенного к цепи, падает в рассматриваемом сопротивлении при прохождении по нему базисного тока. 6