Меню

Расчет времени импульса тока



Виды мощности, используемые при исследовании электрических систем. Расчет мощности в цепях постоянного тока

Страницы работы

Фрагмент текста работы

Ответы на контрольные вопросы:

1. Виды мощности, используемые при исследовании электрических систем.

Различают мгновенную, среднюю и импульсную мощности электрического тока

Мгновенная мощность определяется выражением

Средняя мощность Р равна среднему значению мгновенной мощности за время, равное периоду колебаний.

Импульсная мощность определяют как среднюю мощность за время действия импульса напряжения или тока р=1/tн∫pdt

В цепях синусоидального тока различают средне активную, реактивную и полную мощности, которые рассчитываются по формулам:

В цепях несинусоидального тока активную и реактивную мощности рассчитывают по формуле:

где P и Q – мощности отдельных гармоник

2. Как рассчитывают мощности в цепях постоянного тока

В цепях постоянного тока мощность рассчитывается по формулам

P = U∙I = I 2 ∙R = U 2 ∙P -1

где U и I – значения постоянного напряжения и тока; R – сопротивление цепи.

3. Как рассчитывают мощность в цепи переменного тока?

В цепях синусоидального тока различают средние активную, реактивную и полную мощности, которые рассчитываются по формулам:

где — действующие значения напряжения и тока в цепи; — активное, реактивное, полное сопротивление цепи соответственно; — сдвиг фаз.

В цепях несинусоидального тока активную и реактивную мощности рассчитывают по формуле:

где — мощности отдельных гармоник

Ферродинамические ваттметры применяются для измерения мощности в цепях переменного тока, главным образом, промышленной частоты.

4. Как определяют импульсную и среднюю мощности?

Различают мгновенную, среднюю и импульсную мощности электрических тока. При этом средняя мощность равна среднему значению мгновенной мощности за время, равное периоду колебания:

Импульсную мощность определяют как среднюю мощность за время действия импульса напряжения или тока:

Между импульсной и средней мощностями имеется взаимосвязь, определяемая выражением:

5. Какие методы измерения мощности используют на низкой частоте?

Методы измерения мощности делятся на электрические, тепловые и механические. Электрические методы могут быть прямыми и косвенными. Тепловые и механические являются косвенными.

Косвенный электрический метод измерения мощности основан на использовании амперметра и вольтметра.

Прямой электрический метод измерения мощности основан на использовании электродинамических, ферродинамических или электронных ваттметров.

Схема измерения мощности методом амперметра и ваттметра

Схема включения электродинамических и ферродинамических ваттметров

6. Какие методы измерения мощности используют на высокой частоте?

В диапазоне СВЧ измерения этих величин затруднены, так как размеры входных цепей измерительных приборов соизмеримы с длиной волны. Любое отличие сопротивлений источника и нагрузки от характеристического сопротивления передающего тракта приводит к неоднозначности отсчета напряжения, В волноводах измерение напряжения вообще невозможно. Поэтому на высокой и сверхвысокой частотах измерение мощности производят только по эквивалентному тепловому эффекту. Наиболее широкое распространенное получение приборы, базирующиеся на тепловых методах измерения мощности. К их числу относят системы калориметрических ваттметров, которые измеряют приращение температуры рабочего тела

Источник

Расчет тепловых импульсов токов к.з

Для расчета тепловых импульсов токов к.з. составляется схема селективности работы релейной защиты подстанции, на которой указывается время отключения тока к.з. в каждой характерной точке подстанции.

Тепловой импульс тока к.з., кА 2 · С,

где t откл – время отключения тока к.з., с,

где t св – собственное время отключения выключателя с приводом по каталогу, с;

t ср — собственное время срабатывания защиты, 0,1 с;

t рз — время выдержки срабатывания защиты, с, определяемое по схеме селективности работы релейной защиты;

Та – постоянная времени затухания апериодической составляющей тока к.з., с, принимается Та = 0,02-0,03с для сборных шин 110 кВ; для сборных шин низшего напряжения понижающих подстанций с трансформаторами мощностью 32-80 МВА Та = 0,05-0,1 с и 25 МВА и ниже Та = 0,045 с.

Читайте также:  Вращение происходит вокруг оси mn ток в рамке

Расчет минимально допустимых сечений токоведущих частей, мм 2 ,

10 3

где С – коэффициент, учитывающий теплопроводность материала, принимаемый для алюминиевых шин и проводов 88; для кабелей с бумажной изоляцией и алюминиевыми жилами 85.

Пример 1.

Определить токи к.з., тепловые импульсы и минимально допустимые сечения токоведущих частей для характерных точек РУ 110; 27,5; 10кВ тяговой подстанции переменного тока.

Точки к.з. и необходимые технические данные элементов цепи к.з. приведены на расчетной схеме рис.2.

Рисунок 2 — Расчетная схема

1. Составляем схему замещения.

На основании заданной расчетной схемы (рис.2) составляем схему замещения (рис.3). Так как напряжение ЛЭП выше 1000 В, сопротивления элементов схемы носят индуктивный характер и заменяются индуктивностями.

Рисунок 3 — Схема замещения

2. Принимаем Sб= 100 МВА и рассчитываем все сопротивления схемы замещения при этой базисной мощности.

3. Расчет относительных сопротивлений элементов схемы замещения.

3.1. Относительные сопротивления энергосистемы:

где Sб — мощность к.з. системы, МВА, по заданию.

3.2. Относительные сопротивления ЛЭП:

где х— индуктивное сопротивление 1 км линии, Ом/км, принимаем х= 0,4 Ом/км;

l – длина линии, км, по заданию;

Uср – среднее напряжение, кВ, Uср = 115 кВ.

Х* б2(2) = 0,4 ∙ 20 ∙ 100/115 2 = 0,06;

Х* б3 = 0,4 ∙ 60 ∙ 100/115 2 = 0,18;

Х* б4 = 0,4 ∙ 20 ∙ 100/115 2 = 0,06;

Х* б5 = 0,4 ∙ 40 ∙ 100/115 2 = 0,12;

Х* б7(7) = 0,4 ∙ 30 ∙ 100/115 2 = 0,09.

3.3. Напряжение к.з. каждой обмотки трансформатора, %,

где UК В-С, UК В-Н , UК С-Н — напряжение к.з. для каждой пары обмоток трансформатора, %.

UК В = 0,5 (10,5 + 17 — 6 ) = 10,75%;

UК С = 0,5 (10,5 + 6 – 17) = — 0,25 %;

UК Н = 0,5 (17 + 6 – 10,5) = 6,25 %.

3.4. Относительные сопротивления каждой обмотки трансформатора:

где S н.тр – номинальная мощность трансформатора, МВА.

Х* б 8 = 10,75/100 ∙ 100/25 = 0,43;

Х* б 9 = -0,25/100 ∙ 100/25 = -0,01;

Х* б 10 = 6,25/100 ∙ 100/25 = 0,25.

4. Расчет относительных сопротивлений точек к.з.

4.1. Суммарное относительное сопротивление точки К1 рассчитываем по схеме замещения рис.3.

Получаем схему замещения рис. 4.

Рисунок 4 — Схема замещения

Преобразуем треугольник сопротивлений Х* б3, Х* б 4 и Х* б 5 в эквивалентную звезду:

Получаем схему замещения рис.5.

Рисунок 5 — Схема замещения

Х* б 16 = Х* б 11 + Х* б 13 = 0,23 + 0,03 = 0,26;

Х* б 17 = Х* б 12 + Х* б 14 = 0,145 + 0,06 = 0,205;

Х* б 19 = Х* б К1 = Х* б 18 + Х* б 15 = 0,115 + 0,02 = 0,135.

Получаем схему замещения рис. 6.

Рисунок 6 — Схема замещения

4.2. Суммарное относительное сопротивление точки К2 рассчитываем по схеме замещения рис. 7.

Рисунок 7 — Схема замещения

Х* б к2 = Х* б 19 + Х* б 8 + Х* б 9 = 0,135 + 0,43 – 0,01 = 0,555.

4.3. Суммарное относительное сопротивление точки К3 рассчитываем по схеме замещения рис. 8.

Рисунок 8 — Схема замещения

Х* б к3 = Х* б 19 + Х* б 8 + Х* б 10 = 0,135 + 0,43 + 0,25 = 0,815.

Результаты расчета суммарных относительных сопротивлений точек к.з. сводим в таблицу 4.

Таблица 4 — Результаты расчета суммарных сопротивлений

Точки к.з., РУ Суммарные относительные сопротивления
К1, РУ 110 кВ 0,135
К2, РУ 27,5 кВ 0,555
К3, РУ 10 кВ 0,815

5. Расчет токов и мощности к.з. сводим в таблицу 5.

Таблица 5 — Расчет токов и мощностей к.з.

Читайте также:  Случаи удара током детей
Точки к.з., РУ Расчетные выражения Значения токов и мощностей к.з.
К1 РУ-110кВ Iб = Sб /√3 Uср Iк = Iб / Х* бк1 iу = 2,55 Iк Sк = Sб / Х* бк1 Iб = 100/√3 ∙ 115 = 0,503 кА Iк = 0,503/0,135 = 3,73 кА iу = 2,55 ∙ 3,73 = 9,51 кА Sк = 100/0,135 = 740,7 МВА
К2 РУ 27,5 кВ Iб = Sб /√3 Uср Iк = Iб / Х* бк2 iу = 2,55 Iк Sк = Sб / Х* бк2 Iб = 100/√3 ∙ 26,2 = 2,1 кА Iк = 2,1/0,555 = 3,78 кА iу = 2,55 ∙ 3,78 = 9,64 кА Sк = 100/0,555 = 180,2 МВА
К3 РУ 10кВ Iб = Sб /√3 Uср Iк = Iб / Х* бк3 iу = 2,55 Iк Sк = Sб / Х* бк3 Iб = 100/√3 ∙ 10,5 = 5,5 кА Iк = 5,5/0,815 = 6,75 кА iу = 2,55 ∙ 6,75 = 17,21 кА Sк = 100/0,815 = 122,7 МВА

В таблице 5 приняты следующие обозначения:

Iб — базисный ток, кА;

Iк — периодическая составляющая тока к.з., кА;

iу — ударный ток к.з., кА;

Sк — мощность к.з., МВА.

6. Расчет тепловых импульсов токов к.з.

Для расчета тепловых импульсов токов к.з. составляем схему селективности работы релейной защиты подстанции рис.9.

Рисунок 9 — Схема селективности работы релейной защиты

Тепловой импульс тока к.з., кА 2 ∙ с,

где Та — постоянная времени затухания апериодической составляющей тока к.з., с;

t откл – время отключения тока к.з.,с,

где t св – собственное время отключения выключателя с приводом по каталогу, с;

t ср — собственное время срабатывания защиты, 0,1с;

t рз — время выдержки срабатывания защиты, с, определяемое по схеме селективности работы релейной защиты (рис.15).

Результаты расчета тепловых импульсов токов к.з. сводим в таблицу 6.

7. Расчет минимально допустимых сечений токоведущих частей, мм 2 ,

где С – коэффициент, учитывающий теплопроводность материала, С=88.

Результаты расчета минимально допустимых сечений токоведущих частей сводим в таблицу 6.

Таблица 6 — Расчет тепловых импульсов и минимальных сечений

Источник

Параметры электрического импульса

Импульсные процессы

Источниками колебаний в форме импульсов чаще всего являются импульсные генераторы — автономные преобразователи энергии источника питания, в энергию разрывных колебаний требуемой формы. Другим способом получения импульсов является их формирование путем изменения параметров колебаний иной формы, например синусоидальной.

Для этого используют формирующие устройства — ограничители амплитуды, схемы дифференцирования и другие устройства, которые изменяют параметры колебания — амплитуду, период следования, форму и т.п.

Электрическим импульсом называют напряжение или ток, отличающиеся от нуля или постоянного значения только в течение короткого промежутка времени, который меньше или сравним с длительностью установления процессов в электрической системе, в которой они действуют. Импульсы могут быть как периодическими, так и одиночными (рис. 1)

Рис. 1. Импульсы различной формы

В случае следующих друг за другом импульсов (т.е. периодических) обычно предполагается, что интервал между ними существенно превышает длительность процессов установления. В противном случае этот сигнал называют несинусоидальным напряжением или током. Такое определение не отличается строгостью, ибо переходные процессы протекают, как известно, бесконечно долго. Однако оно позволяет отличать импульсы в общепринятом смысле от напряжения сложной формы.

Параметры электрического импульса

Импульсы и импульсные последовательности характеризуются рядом параметров (длительность импульса, длительность паузы, время фронта, период следования и др). Методика измерения этих параметров представлена на рис 2.

Рис. 2. Основные параметры импульсов

Um – амплитуда импульса. Это наибольшее отклонение напряжения от исходного, установившегося значения Uo;

tфрдлительность фронта импульса (или время фронта). Это временной интервал, в течение которого напряжение возрастает от 0,1Um до 0,9Um. Иными словами, время фронта измеряется не по максимальному и минимальному значению напряжений, а по уровням 0.1-0.9 от максимального значения.

Читайте также:  Шкафы управления постоянным током

tcпдлительность спада импульса (или время спада). Это временной интервал, в течение которого напряжение спадает от 0,9Um до 0,1Um. Его иногда еще называют временем среза импульса.

tидлительность импульса. Это временной интервал между моментами на соседних интервалах tфр и tcп, для которых u = 0,5Um. Иными словами, длительность импульса измеряется на уровне половины амплитуды.

tп – длительность паузы. Она измеряется по уровню 0.5 аналогично длительности импульса. При этом соблюдается соотношение tп = T- tи.

Т – период следования импульсов. Это временной интервал между моментами на соседних интервалах tфр или tcп, для которых u = 0,5Um. Иными словами, период измеряется по уровню половины амплитуды между двумя соседними фронтами или спадами.

f – частота следования импульсов. Это величина, обратная периоду f =1 / T.

Q — скважность импульсов. Это величина, равная отношению периода к длительности импульсов: Q = Т/tи

Kз – коэффициент заполнения импульсов. Это величина, равная отношению длительности импульса к периоду: Kз = tи/T. Коэффициент заполнения и скважность импульсов – взаимообратные величины.

Источник

Расчет импульса мощности, выделяемой в приборе.

Для расчета температуры перехода необходима величина средней греющей прибор мощности Рср. Ее можно найти, зная закон изменения тока через прибор и его вольт-амперную характеристику (ВАХ).

При периодическом протекании через прибор импульсов тока произвольной формы и длительности необходимо сначала найти джоулев интеграл W одного импульса (т.е. количество энергии, выделяемой в приборе за один импульс).

(2.1)

где Р – мощность, выделяемая в приборе,

Ти – время импульса мощности

Расчет джоулева интеграла может производиться математически (например, в програмном пакете MathCAD) либо графоаналитическим методом.

Для этого необходим график импульса тока через прибор и прямая ветвь его ВАХ (для тиристоров — ВАХ открытого состояния).

Обычно приборы работают при температурах близких к предельно допустимым. Поэтому для расчетов используется и ВАХ, снятая при этой же температуре.

Порядок расчета импульса мощности и средней температуры перехода:

1. Определяется закон изменения тока через прибор (рис. 2.1).

Рис.2.1. – форма тока через прибор.

Для этого можно воспользоваться осциллограммой тока i = f(t), снятой на реальном электронном устройстве или его физической модели, либо рассчитать его по выражениям, полученным в результате анализа математической модели электронного устройства.

2. По ВАХ прибора (рис.2.2.) для предельно допустимой температуры перехода Tjm для различных моментов времени определяется величина падения напряжения на приборе.

Рис.2.2. ВАХ прибора.

3. Строится график (рис.2.3.) зависимости напряжения u = f(t) на приборе от времени.

4. Для различных моментов времени определяется выделяемая в приборе мощность путем перемножения тока и напряжения для конкретных моментов времени.

5. Строится график зависимости мощности, выделяемой в приборе, от времени (рис.2.4).

6. Математическим интегрированием или графо-аналитическим методом по формуле (2.1) находят джоулев интеграл, численно равный площади под графиком мощности.

7. В ряде случаев (для расчетов переходных режимов) реальный импульс мощности сложной формы (рис. 2.4) может быть заменен эквивалентным прямоугольным импульсом длительностью Ltп и амплитудой Н, имеющим тот же джоулев интеграл, что и реальный импульс. Например, можно принять амплитуду эквивалентного импульса равной амплитуде реального Н=Рm, тогда Тп=Ltп = S/H.

8. Расчитываем среднее значение мощности, выделяемой в приборе:

где T и f – период и частота следования импульсов соответственно.

9. По формулам (1.1 — 1.3) находят температуру перехода Tj.

Дата добавления: 2015-09-13 ; просмотров: 13 ; Нарушение авторских прав

Источник