Исследование токов короткого замыкания в системе тягового электроснабжения переменного тока

Цель работы — исследование переходных процессов до установившегося значения тока КЗ на тяговых подстанциях переменного тока электрических железных дорог.

При этом необходимо рассчитать параметры цепи КЗ и оценить их влияние на протекание переходного режима.

Исходные данные:

кВ - номинальное напряжение на шинах подстанции

МВА - мощность короткого замыкания на вводах в подстанцию

МВА - мощность тягового трансформатора

% - напряжение короткого замыкания тягового трансформатора

Вт - потери короткого замыкания трансформатора

1. Определяем сопротивление системы:

Ом

В лабораторной работе для упрощения расчетов принимаем, что активное сопротивление системы в 3 раза меньше индуктивного.

Ом

Рис.1. Схема подключения тяговой подстанции системы 25 кВ

2. Определяем сопротивление трансформатора:

Ом

3. Строим графики (рис. 3 - 6).Трёхфазное К.З. на шинах районной обмотки трансформатора (рис. 2). Начальную фазу напряжения принимаем 0,30,60,90 эл. град.

Рис. 2. Схема замещения при трехфазном КЗ на шинах районной обмотки трансформатора.

Полное сопротивление цепи:

Ом

кВ

I_k= 3,653 кА – действующее значение тока к.з.

рад – угол сдвига тока I_k относительно напряжения

- фаза тока К.З. установившегося режима

- начальная фаза напряжения

Гц

- угловая частота

с - постоянная времени

i (0.01) = 8.067 кА - максимальная амплитуда тока К.З.

ia (0) = 5.092 кА

Рис. 3

i (0.01) = 6.296 кА - максимальная амплитуда тока К.З.

ia (0) = 3.974 кА

Рис. 4

i (0.005) = 6.215 кА - максимальная амплитуда тока К.З.

ia (0) = 1,791 кА

Рис. 5

i (0.005) = 4,426 кА - максимальная амплитуда тока К.З.

ia (0) = - 0.872

Рис. 6

4. Строим график (рис. 8) при К.З. на шинах 27,5 кВ (замыкание вывода трансформатора на рельс, УПК отсутствует) (рис.7.). Начальную фазу принимаем для получения максимальной амплитуды переходного процесса.

Рис. 7 Схема замещения при КЗ на шинах 27,5 кВ (замыкание вывода трансформатора на рельс).

Xп = Xс + X т

Rп = Rс + R т

где Xс, Rс – индуктивное и активное сопротивление СВЭ соответственно, Ом;

X т, R т – индуктивное и активное сопротивление трансформатора ТП соответственно, Ом.

Для двухфазного КЗ (КЗ в тяговой сети) вместо Xп и Rп подставляется 2Xп и 2 Rп:

кА - действующее значение тока К.З.

- начальная фаза напряжения

кА - максимальная амплитуда тока К.З.

кА

Рис. 8

Вывод: При трёхфазном К.З., когда начальная фаза напряжения равна нулю амплитудное значение свободной составляющей достигает максимального значения и минимального при начальной фазе напряжения равной 90 эл. град.

5. Строим график (рис. 10) при К.З. на шинах 27,5 кВ (замыкание вывода трансформатора на рельс, с УПК вкл. в отсос) (рис.9.). Начальную фазу принимаем для получения максимальной амплитуды переходного процесса.

Рис. 9. Схема замещения при КЗ на шинах 27,5 кВ при включении УПК в отсос (замыкание вывода трансформатора на рельс).

X упк = Xп

где X упк – емкостное сопротивление УПК.

x = 2Xс + 2Xт - X упк

I_k= 11.954 кА - действующее значение тока К.З.

f_k =1.194 рад - угол сдвига тока I_k относительно напряжения

- фаза тока К.З. установившегося режима

f = 68.405 рад

T = 8.042 с - постоянная времени

- начальная фаза напряжения

i (0.01) = 20.252 кА - максимальная амплитуда тока К.З.

ia (0) = 15.719 кА

Рис. 10

Вывод: При установке УПК в отсос компенсируется индуктивное сопротивление трансформатора, следовательно, ток К.З. увеличивается.

6. Строим график (рис. 12) при К.З. на шинах 27,5кВ (замыкание вывода трансформатора на рельс, УПК отсутствует) (рис.11.). Начальную фазу принимаем для получения максимальной амплитуды переходного процесса, вкл. усиленный трансформатор.