МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ ИРКУТСКОЙ ОБЛАСТИ Усть-Илимский филиал Государственного бюджетного профессионального образовательного учреждения Иркутской области «Иркутский энергетический колледж» КУРСОВАЯ РАБОТА По дисциплине: Тема: ПМ.03.МДК.03.01.Автоматизированные системы Расчет токов короткого замыкания, вариант 2 Выполнил: студент гр. 4ЭС.20 Лютых Леонид Андреевич Ф.И.О. дата, л.подпись Проверил преподаватель: Васильев Дмитрий Юрьевич Ф.И.О. оценка, дата, л.подпись Усть-Илимск 2024 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ .............................................................................................................. 3 1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ...................................................................................... 4 2. РАСЧЕТ ТОКОВ КЗ ......................................................................................... 16 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ..................................................................................................... 17 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ........................................... 18 2 ВВЕДЕНИЕ Коротким замыканием (КЗ) называется нарушение нормальной работы электрической установки, вызванное замыканием фаз между собой, а также замыканием фаз на землю в сетях с глухозаземленными нейтралями. При КЗ токи в поврежденных фазах увеличиваются в несколько раз по сравнению с предшествующим режимом работы электроустановки, а напряжения снижаются, особенно вблизи места повреждения. Протекание больших токов вызывает повышенный нагрев проводников, что ведет к увеличению потерь электроэнергии, ускоряя старение и разрушение изоляции, приводит к потере механической прочности токоведущих частей и электрических аппаратов. Снижение уровня напряжения при КЗ в сети ведет к уменьшению вращающего момента электродвигателей, их торможению, снижению производительности и даже к полной остановке. Резкое снижение напряжения при КЗ может привести к нарушению устойчивости параллельной работы генераторов электростанций и частей электрической системы, возникновению системных аварий. В результате возможно лавинообразное развитие системной аварии. Элементы электрических систем обладают активными, индуктивными сопротивлениями и емкостными проводимостями. Поэтому при внезапном нарушении режима работы вследствие КЗ электрическая система представляет собой колебательный контур. Токи в ветвях и напряжение в узлах будут изменяться в течение некоторого времени после возникновения КЗ в соответствии с параметрами этого контура. За время КЗ с момента его возникновения до момента отключения поврежденного участка в цепи протекает переходный процесс с большими мгновенными токами, вызывающими электродинамическое воздействие на электрооборудование. При длительном КЗ токи оказывают термическое действие, которое может привести оплавлению и выгоранию контактов, повреждению самих токоведущих частей. Таким образом, режим КЗ является аварийным. 3 1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ 2. Общие данные Е, В 1 Sб, мВА 1000 Куд 1,8 W1;2,3 L, км 70; 40 G1,2 Худ, Ом 0,3 Sном, мВА 50 Т2 Sном, мВА 70 Uквн-сн, % 12 Т1 Eг В 1,08 Sном, мВА 120 Uк, % 15 cosφ Кпуск 0,9 5 Eд В 0,9 М Uквн-нн, % 24 Uксн-нн, % 10,5 Худ, Ом 0,4 Р, кВт 600 Рис.1. Первоначальная расчётная схема 4 Рис.2. Схема замещения Определяем сопротивления линий по формулам именованных и относительных единиц с последующей проверкой. XL = Xуд × L × XL = Xуд × L × где U2б U2ср.ном Sб U2ср.ном , (1.1) , (1.2) Xуд – удельное сопротивление; L – длина; Uб – базисное напряжение; Sб – полное базисное сопротивление; Uср.ном – среднее номинальное напряжение. XL1 = 0,4 × 70 × 6,32 352 5 = 0,896 Ом XL1 = 0,4 × 70 × 1000 352 XL2 = 0,4 × 40 × XL2 = 0,4 × 40 × 6,32 352 1000 352 = 22,848 Ом = 0,512 Ом = 13,056 Ом Проверка: XL1 0,896 = = 0,039 XL1 22,848 XL2 0,512 = = 0,039 XL2 13,056 Определяем сопротивления двухобмоточных трансформаторов по формулам именованных и относительных единиц с последующей проверкой. U2ср.ном Uк U2б XT = × × 2 , 100 Sном Uср.ном XT = где Uк Sб × , 100 Sном (2.1) (2.2) Uк – напряжение кз; SТ.ном – полная номинальная мощность трансформатора. 15 62 6,32 XT = × × 2 = 0,049 Ом 100 120 6 XT = 15 1000 × = 1,249 Ом 100 120 Проверка: XT 0,049 = = 0,039 XT 1,249 Определяем сопротивления двигателей по формулам именованных и относительных единиц с последующей проверкой. U2ср.ном U2б XД = × × 2 , Kпуск SД Uср.ном 1 6 (3.1) XД = где 1 × Kпуск Sб , SД (3.2) SД – полное мощность двигателя; Kпуск – коэффициент пускового тока. Определяем полную мощность двигателя для последующих решений по формуле: P × N × 10-3 SД = η , ×cosφ 100 где (4) P – активная мощность двигателя; η – коэффициент полезного действия; cosφ – коэффициент мощности двигателя. 600 × 4 × 10-3 SД = = 2,962 МВА 90 × 0,9 100 1 62 6,32 XД = × × 2 = 2,678 Ом 5 2,962 6 XД = 1 1000 × = 67,522 Ом 5 2,962 Проверка: XД 2,678 = = 0,039 XД 67,522 Определяем сопротивления трехобмоточных трансформаторов по формулам именованных и относительных единиц с последующей проверкой. Uкв U2ср.ном U2б XTВ = × × 2 , 100 Sном Uср.ном (5.1) Uкс U2ср.ном U2б XTС = × × 2 , 100 Sном Uср.ном (5.2) Uкн U2ср.ном U2б XTН = × × 2 , 100 Sном Uср.ном (5.3) 7 где XTВ = Uкв Sб × , 100 Sном (5.4) XTС = Uкс Sб × , 100 Sном (5.5) XTН = Uкн Sб × , 100 Sном (5.6) Uкв – напряжение кз высшей обмотки трансформатора; Uкс − сопротивление кз средней обмотки трансформатора; Uкн – сопротивление кз низшей обмотки трансформатора. 12,75 1102 6,32 XTВ = × × = 0,065 Ом 100 70 1102 Uкс 1102 1152 XTС = × × = 0 Ом 100 70 1102 11,25 1102 6,32 XTН = × × = 0,058 Ом 100 70 1102 12,75 1000 × = 1,821 Ом 100 70 Uкс 1000 XTС = × = 0 Ом 100 70 11,25 1000 XTН = × = 1,607 Ом 100 70 XTВ = Проверка: XTВ 0,065 = = 0,035 XTВ 1,821 XTС 0 = =0 XTС 0 XTН 0,058 = = 0,036 XTН 1,607 Определяем сопротивления по формулам именованных и относительных единиц с последующей проверкой. 8 U2ср.ном U2б XГ = Xуд × × 2 , Sном Uср.ном XГ = Xуд.г × Sб , Sном (6.1) (6.2) 1102 6,32 XГ = 0,3 × × = 0,217 Ом 50 1102 XГ = 0,3 × 1000 = 6 Ом 50 Проверка: XГ 0,217 = = 0,036 XГ 6 Расчет общего сопротивления схемы до точки кз. Для того чтобы подсчитать общее сопротивление всех элементов цепи используются следующие формулы: Общее сопротивление при последовательном соединении. Xобщ = X1 + X2 + X3 + … + XN , (7) Общее сопротивление при параллельном соединении. Xобщ = 1 , 1 1 1 1 + + +…+ X1 X2 X3 XN (8) Эту формулу можно упростить, если применяется только два элемента в цепи. Xобщ = X1 × X2 , X1 + X2 (9) В случае если у двух элементов цепи одинаковое сопротивление, то их общее сопротивление будет равна в два раза меньше, чем сопротивление каждого из элементов, входящих в эту цепь. Xобщ = где Xn , N (10) Xn – номинальное сопротивление элемента цепи; N – количество элементов с одинаковым номинальным сопротивлением. 9 X1 = ХГ 0,217 = = 0,108 Ом 2 2 Х = ХТС = 0 X2 = ХТВ 0,065 = = 0,032 Ом 2 2 X3 = ХТН 0,058 = = 0,029 Ом 2 2 10 X4 = Х1 + Х2 + Х3 = 0,108 + 0,032 + 0,029 = 0,169 Ом Х5 = Х4 + ХL1 = 0,169 + 0,896 = 1,065 Ом 11 Х6 = Х5 × ХС 1,065 × 1 = = 0,515 Ом Х5 + ХС 1,065 + 1 X7 = ХL2 0,512 = = 0,256 Ом 2 2 12 X8 = X6 + X7 = 0,515 + 0,256 = 0,771 Ом X9 = XT1 0,049 = = 0,024 Ом 2 2 13 X10 = X8 + X9 = 0,771 + 0,024 = 0,795 Ом X11 = XД 2,678 = = 1,339 Ом 2 2 14 Х10 × Х11 0,795 × 1,339 = = 0,498 Ом Х10 + Х11 0,795 + 1,339 Xэкв = Определяем эквивалентную ЭДС цепи в точке КЗ. Eг × xг + Eг × xг , xг + xг (11) EI × x5 + Eс × xс E = , x5 + xс (12) EI = II EI = 1,08 × 0,217 + 1,08 × 0,217 = 1,078 кВ 0,217 + 0,217 EII = 1,078 × 1,065 + 1 × 1 = 1,04 кВ 1,065 + 1 Eдв × Xдв + ЕII × Xэкв Eэкв = Xдв + Xэкв Eэкв = 0,9 × 2,678 + 1,04 × 0,498 = 0,921 кВ 2,678 + 0,498 15 (13) 3. РАСЧЕТ ТОКОВ КЗ Определяем базисное значение тока. Iб = Iб = Sб √3 × Uб 1000 √3 × 6,3 (14) = 91,65 кА Определяем значение тока КЗ по формулам и. е. и о. е. Iкз = Iкз = Iкз и.е = Iкз о.е = Eэкв × Uб √3 × Xэкв Eэкв × Iб Xэкв 0,921 × 6,3 √3 × 0,498 (15.1) (15.2) = 6,73 кА 0,921 × 91,65 = 169,495 кА 0,498 Проверка: Iкз и.е 6,73 = = 0,039 Iкз о.е 169,495 Определяем ударное значение тока КЗ. iуд = √2 × Iкз × Kуд iуд = √2 × 6,73 × 1,8 = 17,128 кА 16 (16) ЗАКЛЮЧЕНИЕ Любая электрическая сеть включает в себя электрооборудование. Для правильного подбора электрооборудования и для уменьшения материального ущерба в результате аварийных режимов в электрических сетях нужно уметь правильно определять значения прогнозируемых токов короткого замыкания. Задача студента научиться определять значения прогнозируемых токов короткого замыкания для повышения надежности электроснабжения предприятий и городов, для выбора рациональных схем электроснабжения, для снижения материально ущерба и себестоимости устанавливаемого оборудования. В ходе выполнения работы студент ознакомился с методами и правилами выполнения расчетов токов короткого замыкания, с методами преобразования и упрощения схем замещения устанавливаемого оборудования, с расчетом ударных токов короткого замыкания в электрических сетях. Расчет токов короткого замыкания приведен как в именованных, так и в относительных единицах Iкз и. е. = 6,73 А и Iкз о. е = 169,495 А. Ударное значение тока короткого замыкания равен iуд = 17,128 А. В каждом конкретном случае приводятся примеры с иллюстрациями преобразования схем замещения. Результаты расчетов и в именованных, и в относительных единицах совпадают, что позволяет судить о правильности и достоверности сделанных расчетов. Таким образом, цель работы достигнута, задачи – решены. 17 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. Неклепаев, Б.Н. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: учеб. пособие / Б.Н. Неклепаев, И.П. Крючков. – СПб.: БХВ-Петербург, 2014. – 608 с. 2. ГОСТ Р 52735-2007. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением свыше 1 кВ. – Введ. 2007-07-12. – М.: Стандартинформ, 2007. 3. ГОСТ 12965-85. Трансформаторы силовые масляные общего 4. Назначения классов напряжения 110 и 150 кВ. Технические условия. Введ. 1986-07-01. 5. ГОСТ 721-77 Системы электроснабжения, сети, источники, преобразователи и приемники электрической энергии. Номинальные напряжения свыше 1000 В. Введ. 1978-07-01. 6. ГОСТ 28249-93 Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ. Введ. 199501-01. 7. РД 34.20.179 Типовая инструкция по компенсации емкостного тока замыкания на землю в электрических сетях 6-35 кВ. Введ. 1988-04- 06. 8. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации. Введ. 2003-06-30 18
