Методичні вказівки до виконання курсової роботи

Виконання курсової роботи слід починати з розрахунку симетричного короткого замикання.

При розгляді схем з декількома джерелами електричної енергії задача точного розрахунку перехідного процесу короткого замикання значно ускладнюється. Тут потрібно враховувати розмагнічуючу дію реакції статора, параметри системи збудження, нелінійні характеристики навантаження, взаємний вплив синхронних машин тощо.

Але в більшості практичних випадків визначаємо не повний струм КЗ, а тільки його складові. Так, наприклад, основною розрахунковою величиною під час вибору параметрів пристроїв релейного захисту та системної автоматики є початкове значення періодичної складової струму КЗ. Під час вибору провідників та апаратів необхідно знати початкове значення періодичної складової струму КЗ, ударний струм, значення періодичної та аперіодичної складових для заданого моменту часу тощо. Найбільш достовірно визначаємо початкове значення періодичної складової струму КЗ. Розрахунок цього струму для схем складної структури вимагає великого обсягу обчислювальних робіт і ефективний тільки при застосування ЕОМ. У випадку схем простої структури за умови лінійності елементів можна користуватися аналітичними методами розрахунку.

Розрахунок струмів трифазного КЗ у початковий момент КЗ необхідно виконувати за наступним алгоритмом:

1. Виходячи з розрахункових умов для прийнятої однолінійної схеми, скласти схему заміщення мережі, в схему заміщення повинні увійти тільки ті елементи по яких протікає струм КЗ.

2. Прийняти базові умови та виконати розрахунок опорів елементів мережі в іменованих одиницях, приведених до основного ступеня напруги, чи відносних одиницях, приведених до базових умов згідно 1, 2 [2].

3. Схему заміщення перетворити до найпростішого виду, тобто до радіальної схеми, в якій кожне джерело з'єднано з точкою КЗ через один опір.

4. Визначити модуль періодичної складової початкового надперехідного струму шляхом ділення надперехідної ЕРС джерела на опір відповідної вітки.

5. Якщо задача розрахунку не обмежена визначенням струму КЗ у заданій точці, то шляхом зворотніх перетворень визначити струм КЗ у різних вітках схеми заміщення.

Необхідно враховувати вплив на струми КЗ приєднаних до даної мережі синхронних компенсаторів, синхронних і асинхронних електродвигунів. Вплив асинхронних електродвигунів на струми КЗ не враховується при потужності до 100 кВт в одиниці, якщо електродвигуни віддалені від місця КЗ одним ступенем трансформації, а також при довільній потужності, якщо вони віддалені від місця КЗ двома чи більше ступенями трансформації.

Окремо слід враховувати синхронні і асинхронні двигуни на виводах яких виникло коротке замикання.

При живленні точки КЗ від генератора з автоматичним регулятором збудження діюче значення періодичної складової в процесі короткого замикання може зрости.

Визначення струму КЗ для довільного моменту часу представляє певні труднощі.

Для визначення його складових широко користуються наближеними методами розрахунку (див. § 5 [2]).

Під час розрахунку періодичної складової струму несиметричного КЗ для моменту часу t=0 складаємо розрахункові схеми заміщення прямої, оберненої та нульової послідовностей.

Параметри розрахункової схеми прямої послідовності визначаємо як для схеми заміщення при симетричному КЗ згідно 2 [2]. Принципова відмінність цієї схеми від схеми заміщення симетричного КЗ лише в тому, що напруга у місці КЗ не дорівнює нулю, а дорівнює деякій величині U_КА1.

Розрахункова схема оберненої послідовності відрізняється від розрахункової схеми прямої послідовності відсутністю ЕРС та дещо більшим значенням реактансів генераторів. Враховуючи, що в розрахункову схему крім генераторів входять й інші елементи схеми цією різницею реактансів СГ можна знехтувати. За такого припущення, параметри схеми зміщення оберненої послідовності відповідають параметрам схеми заміщення прямої послідовності. В точці КЗ оберненої послідовності прикладена напруга оберненої послідовності U_КА2.

Складанання схеми нульової послідовності слід починати від точки КЗ до якої прикладена напруга нульової послідовності U_КА0.

Конфігурація схеми нульової послідовності залежить від схеми з'єднань обмоток трансформаторів і автотрансформаторів та кількості заземлених нейтралей. Включають у схему нульової послідовності лише ті елементи, по яких протікає струм цієї послідовності.

Особливості розрахунку параметрів схем заміщення нульової послідовності елементів електричних мереж наведені у розділі 2 [2].

Далі згортаємо розрахункові схеми послідовностей відносно точки КЗ та визначаємо результуючі опори , та .

Згідно правила еквівалентності прямої послідовності струм прямої послідовності при довільному несиметричному КЗ розглядається як струм умовного трифазного короткого замикання в точці, віддаленій від дійсної точки несиметричного КЗ в схемі заміщення прямої послідовності на додатковий опір

де - результуюча ЕРС схеми прямої послідовності; - додатковий імпеданс, значення якого залежить від виду КЗ і визначається результуючими опорами схем оберненої та нульової послідовностей:

для К⁽¹⁾

для К⁽²⁾

для К^(1,1)

Модуль струму пошкодженої фази у місці КЗ при довільному несиметричному КЗ визначається за формулою:

де m(n) - коефіцієнт, який залежить від виду КЗ,

для К⁽¹⁾

для К⁽²⁾

для К^(1,1)

за умови, що активними опорами можна знехтувати, .

Напругу прямої послідовності при довільному виді несиметричного КЗ також можна зобразити у загальному вигляді як

Залежно від виду КЗ за виразами табл. 5.1 розраховуємо струми оберненої та нульової послідовності у місці КЗ.

Далі визначаємо розподіл струмів послідовностей у відповідних розрахункових схемах та обчислюємо симетричні складові невідомих струмів віток. При необхідності враховуємо зсув векторів струмів прямої та оберненої послідовностей на відповідні кути.

За комплексними значеннями симетричних складових струмів заданої вітки (вимикача) будуються векторні діаграми симетричних складових вітки. Векторні діаграми повних величин фазних струмів вітки будуються шляхом геометричного додавання векторів симетричних складових.

За виразами табл. 5.1 обчислюються напруги, оберненої та нульової послідовності у місці КЗ.

Для побудови векторних діаграм напруг довільного вузла необхідно знайти симетричні складові напруг вузла, які визначаються як геометрична сума комплексів спадів напруг від струмів даної послідовності в схемі заміщення цієї ж послідовності між даним вузлом і точкою КЗ. Векторні діаграми повних фазних напруг вузла будуються шляхом геометричного додавання векторів симетричних складових.

Таблиця 5.1.

Струми і напруги послідовностей	позна- чення	Вид КЗ

струми:
прямої
оберненої
нульової
напруги:
прямої
оберненої
нульової

Епюри напруг - це графічне зображення зміни напруг вздовж заданої ділянки схеми. Побудова епюри для заданої ділянки проводиться у масштабі за результатами попередніх розрахунків напруг вузлів схеми послідовним алгебраїчним сумуванням напруг , , у місці КЗ з падінням напруг від струмів відповідних послідовностей в схемі заміщення цієї ж послідовності. Сумування здійснюється від місця КЗ до заданого вузла схеми.

Для визначення струмів заземлених нейтралей трансформаторів та АТ слід використовувати раніше знайдений струморозподіл в схемі заміщення нульової послідовності. Необхідно врахувати, що в нейтралі трансформатора протікають струми нульової послідовності трьох фаз.

Користуючись розрахунковими кривими, можна визначити діюче значення періодичної складової струму прямої послідовності несиметричного КЗ для довільного моменту часу t. Для цього потрібно обчислити розрахункові реактанси виділених віток розширеної схеми прямої послідовності, в яку замість напруги введено реактанс . Для генераторної вітки за умови, що та виражені у відносних базових одиницях,

Якщо і виражені в іменованих одиницях, то

Для вітки системи

Додатковий реактанс визначають через результуючі реактанси схем оберненої та нульової послідовностей, при нехтуванні активними опорами елементів схеми.

Розрахункова схема прямої послідовності не включає в себе ЕРС. Параметри схеми заміщення прямої послідовності розраховуються аналогічно дослідженню трифазного КЗ.

Оскільки даний метод розрахунку наближений, то приймають x₂=x₁

Знаючи розрахунковий реактанс генераторної вітки, за кривими знаходять діюче значення періодичної складової струму прямої послідовності для заданого моменту часу t. Струм для вітки системи визначають аналітично. Порядок розрахунку такий самий, як і під час трифазного КЗ. Розрахункові криві наведені на рис. 5.1 та 5.2.

Результуючий струм прямої послідовності у місці КЗ шукають, додаючи струми від окремих генеруючих віток, ці струми необхідно виразити у спільній системі одиниць.

Струм оберненої та нульової послідовності в місці КЗ обчислюють за відомим струмом прямої послідовності I_КА1t користуючись співвідношеннями наведеними в табл. 5.1.