Меню

Как определить периодическую составляющую тока кз от генератора в произвольный момент времени t



Времени переходного процесса КЗ

Вопрос 5: Определение токов для любого момента

Значения периодической и апериодической составляющих тока КЗ для времени t > 0 необходимо знать для выбора коммутационной аппаратуры.

При определении значений периодической составляющей тока КЗ для моментов времени до 0,5 с рекомендуют метод типовых кривых.

Этот метод основан на использовании кривых изменения во времени отношения действующих значений периодической составляющей тока КЗ от генератора в произвольный момент времени (Iп, t, г) и в начальный момент короткого замыкания (Iп, 0,г) при разных удаленностях точки повреждения. Последние характеризуются отношением Iп, 0, г / I ¢ ном, где I ¢ ном — номинальный ток генератора, приведенный к той ступени напряжения, где находится точка КЗ; этот ток можно определить по формуле

здесь Рном и cos jном — номинальные значения мощности, МВт, и коэффициента мощности генератора соответственно; Uср,к — среднее напряжение той ступени, кВ, на которой находится точка КЗ.

Типовые кривые при разных значениях отношения Iп, t, г / Iп, 0, г = f (t) при разных значениях отношения Iп, 0, г / I ¢ ном приведены на рис.

Если расчетная схема имеет один генератор (или несколько однотипных генераторов, находящихся в одинаковых условиях по отношению к точке КЗ), то расчет тока КЗ в произвольный момент времени с использованием метода типовых кривых целесообразно производить в следующем порядке:

1) определить начальное значение периодической составляющей тока в месте КЗ от генератора (или группы генераторов) и найти отношение Iп ,о, г / I ‘ ном. При наличии

Рис.4.12. Типовые кривые определения затухания периодической составляющей тока КЗ нескольких однотипных генераторов вместо Рном нужно подставлять суммарную мощность всех генераторов; 2) по кривой I п, t, г / Iп, 0, г = f (t), соответствующей найденному значению отношения Iп,0,г / I ¢ ном, для нужного момента времени t найти отношение токов I п,t,г / Iп,0,г; 3) по найденным в пп. 1 и 2 значениям Iп, 0, г и Iп,t,г/ Iп,0,г определить действующее значение периодической составляющей тока КЗ от генератора или группы генераторов в момент времени t.

Метод типовых кривых целесообразно применять в тех случаях, когда точка КЗ находится у выводов генераторов (синхронных компенсаторов) или на небольшой электрической удаленности от них, например за трансформаторами связи электростанции с энергосистемой. Все генераторы (синхронные компенсаторы), значительно удаленные от точки КЗ, и остальную часть энергосистемы следует заменять одним источником и считать напряжение на его шинах неизменным по амплитуде. Если такой источник (энергосистема) связан с точкой КЗ непосредственно, т.е. независимо от генераторов, расположенных вблизи места КЗ, то действующее значение периодической составляющей тока от энергосистемы при трехфазном коротком замыкании для любого момента времени можно считать равным Iп,t = Iп,0 = const.

Источник

Расчет начальных значений периодической и апериодической составляющих тока трехфазного КЗ

date image2014-02-02
views image8811

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Переходный процесс в синхронном генераторе при трехфазном КЗ.

Процесс возникает в синхронных машинах при всяких внезапных изменениях режима работы, а также при коммутационных операциях, связанных с включениями и отключениями машины.

Переходные процессы в синхронных машинах могут влиять на их устойчивость, т. е. на способность автоматически поддерживать синхронное вращение при нарушениях установившегося режима.

Далее будут рассмотрены с физической точки зрения электромагнитные переходные процессы, возникающие в цепях статора и ротора синхронного генератора при внезапных изменениях его нагрузки при постоянной скорости вращения ротора n = const.

Наиболее характерным внезапным изменением нагрузки синхронного генератора является трехфазное короткое замыкание на его зажимах при холостом ходе, когда токи в обмотках статора за короткий период времени возрастают от нулевого значения до значений, во много раз превосходящих номинальный ток машины.

Принимаем, что продолжительность переходного электромагнитного процесса невелика и скорость вращения ротора за время нарастания токов в обмотках статора не успевает измениться, и остается практически постоянной.

Аналогичные переходные процессы могут возникнуть также в синхронном двигателе и компенсаторе, если при вращении без нагрузки и при отсутствии реактивного тока в статоре вблизи зажимов произойдет трехфазное замыкание.

Машина в этом случае перейдет в режим короткозамкнутого генератора, вращаясь за счет запасенной ее ротором кинетической энергии.

Расчет начального значения периодической составляющей тока трехфазного короткого замыкания.

Токи КЗ в электроустановках напряжением до 1 кВ рекомендуется рассчитывать в именованных единицах. При составлении эквивалентных схем замещения параметры элементов исходной расчетной схемы следует приводить к ступени напряжения сети, на которой находится точка КЗ, а активные и индуктивные сопротивления всех элементов схемы замещения выражать в мил-лиомах.

Читайте также:  Простые цепи электрического тока что это такое

Методика расчета начального действующего значения периодической составляющей тока КЗ в электроустановках до 1 кВ зависит от способа электроснабжения — от энергосистемы или автономного источника.

При расчете токов КЗ в электроустановках, получающих питание непосредственно от сети энергосистемы, допускается считать, что понижающие трансформаторы подключены к источнику неизменного по амплитуде напряжения через эквивалентное индуктивное сопротивление. Значение этого сопротивления Хс, мОм, приведенное к ступени низшего напряжения сети, следует рассчитывать по формуле

где Ucp.номH — среднее номинальное напряжение сети, подключенной к обмотке низшего напряжения трансформатора, В; Ucp.номВ — среднее номинальное напряжение сети, к которой подключена обмотка высшего напряжения трансформатора, В; — действующее значение периодической составляющей тока при трехфазном КЗ у выводов обмотки высшего напряжения трансформатора, кА; Sк — условная мощность короткого замыкания у выводов обмотки высшего напряжения трансформатора, MB*A.

При отсутствии указанных данных эквивалентное индуктивное сопротивление системы в миллиомах допускается рассчитывать по формуле

где — номинальный ток отключения выключателя, установленного на стороне высшего напряжения понижающего трансформатора, кА.

В случаях, когда понижающий трансформатор подключен к сети энергосистемы через реактор, воздушную или кабельную линию (длиной более 1 км), необходимо учитывать не только индуктивные, но и активные сопротивления этих элементов.

При электроснабжении электроустановки от энергосистемы через понижающий трансформатор начальное действующее значение периодической составляющей тока трехфазного КЗ ( ), кА, без учета подпитки от электродвигателей рассчитывают по формуле

где — соответственно суммарное активное и сук/марное индуктивное сопротивления прямой последовательности цепи КЗ, мОм.

Сопротивления соответственно равны:

RT + Rp + Rт.т + Rк.в + Rш + Rк + R1.кб + Rл + Rд

где Хс — эквивалентное индуктивное сопротивление системы до понижающего трансформатора, мОм, приведенное к ступени низшего напряжения; RТ и ХТ — активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности понижающего трансформатора, мОм, приведенные к ступени низшего напряжения сети; Rp и Хр — активное и индуктивное сопротивления реактора, мОм; RТ.Т и ХТ.Т — активное и индуктивное сопротивления первичных обмоток трансформаторов тока, мОм (их значения приведены в приложении 5 к ГОСТ Р 50270 — 92); Rк.в и Хк.в — активное и индуктивное сопротивления токовых катушек и переходных сопротивлений подвижных контактов автоматических выключателей, мОм (их значения приведены в приложении 6 к ГОСТ Р 50270 — 92); Rш и Хш — активное и индуктивное сопротивления шинопроводов, мОм, (рекомендуемый метод их расчета и параметры некоторых комплектных шинопроводов приведены в приложении 1 к ГОСТ Р 50270 — 92); — суммарное активное сопротивление различных контактов и контактных соединений (данные о них приведены в приложении 4 к ГОСТ Р 50270—92), при приближенном учете сопротивлений контактов следует принимать: = 0,1 мОм — для контактных соединений кабелей, = 0,01 мОм — для шинопроводов, = 1,0 мОм — для коммутационных аппаратов; R1кб и Х1кб— активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности кабелей (их значения приведены в приложении 2 к ГОСТ Р 50270 — 92); и Хл и Rл— активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности проводов воздушных линий или проводов, проложенных открыто на изоляторах (их значения приведены в приложении 3 к ГОСТ Р 50270 —92); RД— активное сопротивление дуги в месте КЗ, мОм, рассчитываемое в зависимости от условий КЗ.

Значения сопротивлений RТ и ХТ рассчитывают по формулам:

где — потери короткого замыкания в трансформаторе, кВт; — номинальное напряжение обмотки низшего напряжения трансформатора, кВ; — номинальная мощность трансформатора, кВ*А; — напряжение короткого замыкания трансформатора, %.

Активное сопротивление Rp рассчитывается по формуле

а индуктивное сопротивление Хр следует принимать как указано заводом изготовителем или определять по формуле

где — потери активной мощности в фазе реактора при номинальном токе, Вт; — номинальный ток реактора, А; угловая частота напряжения сети, рад/с; L — индуктивность катушки реактора, Гн; М — взаимная индуктивность между фазами реактора, Гн.

Если электроснабжение электроустановки осуществляется от энергосистемы через понижающий трансформатор и вблизи места КЗ имеются синхронные и асинхронные электродвигатели или комплексная нагрузка, то начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ с учетом подпитки от электродвигателей или комплексной нагрузки определяют как сумму токов от энергосистемы и электродвигателей или комплексной нагрузки.

В электроустановках с автономными источниками электроэнергии начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ без учета подпитки от электродвигателей /п0, кА, рассчитывают по формуле

Читайте также:  Бесколлекторный двигатель постоянного тока параметры

где — верхпереходная ЭДС (фазное значение) автономного источника, В, значение которого следует рассчитывать как и для синхронных электродвигателей; — соответственно суммарные активное и индуктивное сопротивления цепи КЗ, мОм.

Сопротивления RlY и соответственно равны:

где Rа — соответственно активное сопротивление обмотки статора и автономного источника; Xd ’’ — сверхпереходное сопротивление по продольной оси ротора.

При необходимости учета синхронных и асинхронных электродвигателей или комплексной нагрузки в автономной электрической системе начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ следует определять как сумму токов от автономных источников и электродвигателей или комплексной нагрузки.

Расчет апериодической составляющей тока короткого замыкания

Наибольшее начальное значение апериодической составляю­щей тока КЗ в общем случае следует считать равным амплитуде периодической составляющей тока в начальный момент КЗ:

В радиальных сетях апериодическую составляющую тока КЗ в произвольный момент времени определяют по формуле

где t — время, с; Тл — постоянная времени затухания апериоди­ческой составляющей тока КЗ, с.

Постоянная времени Тa равна

где и — результирующие индуктивное и активное сопротив­ления цепи КЗ, мОм; — синхронная угловая частота сети, рад/с.

При определении и синхронные генераторы, синхрон­ные и асинхронные электродвигатели должны быть введены в схему замещения в соответствии с подразд. 6.6 и 6.7, а комплексная нагрузка — в соответствии с подразд. 6.8.

Апериодическую составляющую тока КЗ от автономного син­хронного генератора в случае необходимости учета тока генератора в момент, предшествующий КЗ, определяют, как в подразд. 5.3.

Если точка КЗ делит расчетную схему на радиальные, незави­симые друг от друга ветви, то апериодическую составляющую тока КЗ в произвольный момент времени определяют как сумму апе­риодических составляющих токов отдельных ветвей, используя формулу.

Источник

Расчет действующего значения периодической составляющей тока для произвольного момента времени

5.3 Расчет действующего значения периодической составляющей тока для произвольного момента времени.

В приближенных расчетах периодическую составляющую тока в точке КЗ для произвольного момента времени определяют по одному из двух методов:

1) метод расчетных кривых;

2) метод типовых кривых.

Выбор метода расчета и соответствующих кривых зависит от поставленной задачи, мощности генератора, системы возбуждения и постоянной времени возбуждения.

Расчетные кривые используются для турбогенераторов мощностью до 300 МВТ c АРВ. На рис.5.7 и 5.8 приведены расчетные кривые токов короткого замыкания турбогенераторов средней мощности до 100 МВТ [1]. и 200 – 300 МВТ [8] соответственно.

Типовые кривые используются для турбогенераторов мощностью до 1200 МВТ с системами возбуждения различного типа. На рис. 5.9-5.12 приведены типовые кривые для различных групп турбогенераторов с учетом современной тенденции оснащения генераторов разных типов определенными системами возбуждения [10].

Рисунок 5.7 Расчетные кривые токов к.з. турбогенератора
средней мощности до 100 МВТ с АРВ, =0,57 с.

Рисунок 5.8.Расчетные кривые токов к.з. типового турбогенератора 200 – 300 МВт с АРВ

а) с постоянной времени возбудителя Те=00,15с.

б) с постоянной времени возбудителя Те=0,20,3с.

Рисунок 5.9 Типовые кривые изменения периодической составляющей тока КЗ от турбогенераторов с тиристорной независимой системой возбуждения

Рисунок 5.10 Типовые кривые изменения периодической составляющей тока КЗ от турбогенераторов с тиристорной системой самовозбуждения

На рис. 5.9 представлены типовые кривые для турбогенераторов с тиристорной независимой системой возбуждения (СТН) — генераторов типов ТВВ-300-2ЕУЗ, ТВВ-500-2ЕУЗ, ТВВ-800-2ЕУЗ, ТГВ-300-2УЗ, ТГВ-800-2УЗ; при построении кривых приняты кратность предельного напряжения возбуждения = 2,0 и постоянная времени нарастания напряжения возбуждения при форсировке возбуждения = 0,02 с.

На рис. 5.10 представлены типовые кривые для турбогенераторов с тиристорной системой параллельного самовозбуждения (СТС) — генераторов типов ТВФ-100-2УЗ, ТВФ-110-2ЕУЗ, ТВФ-120-2УЗ, ТВВ-160-2ЕУЗ, ТВВ-167-2УЗ, ТВВ-200-2АУЗ, ТВВ-220-2УЗ, ТВВ-220-2ЕУЗ, ТГВ-200-2УЗ, ТЗВ-220-2ЕУЗ, ТЗВ-320-2ЕУЗ; при построении этих кривых приняты = 2,5 и = 0,02 с.

На рис. 5.11 представлены типовые кривые для турбогенераторов с диодной независимой (высокочастотной) системой возбуждения генераторов типов ТВФ-63-2ЕУЗ. ТВФ-63-2УЗ, ТВФ-110-2ЕУЗ; при построении кривых приняты = 2,0 и =0,2 с.

Рисунок 5.11 Типовые кривые изменения периодической составляющей тока КЗ от турбогенераторов с диодной независимой (высокочастотной) системой возбуждения

Рисунок 5.12 Типовые кривые изменения периодической составляющей тока КЗ от турбогенераторов типов ТВВ-1000-2УЗ и ТВВ-1200-2УЗ с диодной бесщеточной системой возбуждения

На рис. 5.12 представлены типовые кривые для турбогенераторов с диодной бесщеточной системой возбуждения (СДБ) — генераторов типов ТВВ-1000-2УЗ и ТВВ-1200-2УЗ; при построении кривых приняты = 2,0 и = 0,15 с.

Читайте также:  Есть противопоказания при лечении диадинамическим током

Все кривые получены с учетом насыщения стали статора, насыщения путей рассеяния статора, вызванного апериодической составляющей тока статора, эффекта вытеснения токов в контурах ротора и регулирования частоты вращения ротора турбины. При этом предполагалось, что до КЗ генератор работал в номинальном режиме.

В тех случаях, когда расчетная продолжительность КЗ превышает 0,5 с, для расчета периодической составляющей тока в произвольный момент времени при КЗ на выводах турбогенераторов допустимо использовать кривые, приведенные на рис. 5.13, а при КЗ на стороне высшего напряжения блочных трансформаторов — кривые, приведенные на рис. 5.14. Как на рис. 5.13, так и на рис. 5.14 кривая 1 относится к турбогенераторам с диодной бесщеточной системой возбуждения, кривая 2-с тиристорной независимой системой возбуждения, кривая 3-с диодной независимой (высокочастотной) системой возбуждения и кривая 4 — с тиристорной системой самовозбуждния.

Рисунок 5.14. Типовые кривые изменения перио­дической составляющей тока КЗ от турбоге­нераторов с различными системами возбуждения при трехфазных КЗ на стороне высшего напряжения блочных трансформаторов

Типовые кривые для синхронного электродвигателя приведены на рис. 5.15, а для асинхронного электродвигателя — на рис. 5.16.

Рисунок 5.15. Типовые кривые для синхронного электродвигателя

Рисунок. 5.16. Типовые кривые для асинхронного электродвигателя

На рис.5.17 приведены типовые кривые для расчета периодической составляющей тока в точке КЗ для произвольного момента времени при связи генератора и электрической системы с точкой КЗ через общее сопротивление [2].

Рисунок 5.17. Типовые кривые для определения периодической составляющей тока КЗ синхронных машин с тиристорной или высокочастотной системой возбуждения и синхронных компенсаторов.

Источник

Определение тока КЗ в произвольный момент времени.

Если точка КЗ питается от источника ограниченной мощности, то периодическая слагающая тока меняется с течением времени. Для выбора выключателя требуется определить периодическую и апериодическую составляющую этого КЗ в момент расхождения контактов выключателя.

— собственное время выключателя 0,03-0,2 с. Это время подачи сигнала от момента расхождения контактов.

— выдержка времени 0-4 с.

Апериодическая слагающая до момента времени:

Для определения периодической слагающей используют метод типовых кривых, в которых установлена зависимость периодической составляющей от времени и электроудаленности. Электроудаленность характеризуется отношением начального значения периодической составляющей КЗ к Iн.г.

1. Определяется ток КЗ от системы

2. Определяется суммарная номинальная мощность электродвигателей подключенных к месту КЗ и рассчитывается их пусковой ток

а) пренебрегаем сопротивлением кабелей, которые соединяют точку КЗ с двигателем

б) учитывается сопротивление кабелей

3. Начальное значение периодической слагающей тока КЗ

4.Периодическая слагающая к определенному моменту времени.

5. Апериодическая составляющая тока КЗ

6.Определяем ударный ток КЗ

ЛЕКЦИЯ 16

Тема 5.2. Несимметричные короткие замыкания

При несимметричном КЗ ток КЗ может быть как больше так и меньше тока трехфазного КЗ. Несимметричный ток КЗ рассчитывают для выбора и проверки параметров релейной защиты (чувствительности). В основу расчетов положен метод симметричных составляющих. Он состоит в замене 3-х несимметричных величин тремя системами, каждая из которых состоит из 3-х симметричных величин.

Достаточно знать симметричные составляющие только одной фазы, тогда можно получить и остальные.

а) Допустим известны А1 А2 А0

б) Если известны 3 вектора несимметричной составляющей, то их можно разложить на симметричные.

Двухфазное КЗ возникает при появлении прямой обратной последовательности. Однофазное и трехфазное КЗ на землю – возникает появление всех 3-х последовательностей. Сопротивление элементов различно для каждой последовательности и токи создают также различные падения напряжения.

Во время трехфазного систематического КЗ все напряжения в точке КЗ равны нулю. Но при несимметричном КЗ, например при однофазном на землю, суммарное напряжение фазы = 0, а напряжение отдельных последовательностей отлично от нуля.

Сопротивление КЗ.

Прямая последовательность:

r1, x1, z1 – также как и в расчете трехфазного КЗ.

Сопротивление обратной последовательности

r2, x2, z2 . Для статических элементов цепи: z2=z1, x2 = x1 , r2 = r1 -они равны прямой последовательности (трансформаторы, реакторы, ЛЭП).

Для генераторов и двигателей они отличаются и определяются по справочнику.

Сопротивление нулевой последовательности r0, x0, z0.

Для воздушных ЛЭП: r0=(3..8)r1

Наименование
3,5 Одноцепные без защитного троса
Одноцепные с защитным тросом
5,5 Двухцепные без защитного троса
Двухцепные с защитным тросом

Кабельные линии трехжильные:

Сопротивление нулевой последовательности трансформатора зависит от режима его нейтрали и расположения точки КЗ по отношению к этому трансформатору.

Источник