Исследование работы простейшей системы передачи электрической энергии в режиме трехфазного короткого замыкания

Пензенский государственный университет Кафедра «Автоматизированные электроэнергетические системы» .

Отчёт.

о выполнении лабораторной работы по дисциплине «Электромагнитные переходные процессы» .

" Исследование работы простейшей системы передачи электрической энергии в режиме трехфазного короткого замыкания" .

Выполнил: студент гр.12ЕЭ 1.

Нестеров В.А.

Проверила: Гаврина О.В.

г. Пенза 2015 г.

Цель работы: освоение методики определения токов короткого замыкания в электроэнергетических системах путем моделирования в среде MatLAB.

Рабочее задание:.

1) По заданным в таблице 1 номинальным значениям напряжений источника, линии, напряжения нагрузки и ее мощности выбрать типы трансформаторов и линии электропередач простейшей системы, схема которой представлена на рисунке 1.

2) Составить схему замещения простейшей цепи.

Рисунок 1.

Рисунок 2.

3) Используя традиционные методы расчета электрических цепей, вычислить токи короткого замыкания входной и выходной обмоток первого трансформатора при трехфазном коротком замыкании на шинах первичной и вторичной обмоток второго трансформатора.

4) На основании паспортных данных элементов системы и предыдущих вычислений рассчитать параметры элементов для использования при моделировании.

Рисунок 3.

5) Последовательно открывая окна параметров элементов модели электрической системы, ввести цифровые данные, полученные в результате предварительного расчета.

6) Открыть файл модели простейшей системы передачи электрической энергии LR11. С помощью осциллографов проконтролировать законы изменения мгновенных значений токов и напряжений во времени.

7) Открыть файл модели простейшей системы передачи электрической энергии LR12. Осуществляя симуляцию модели на рисунке 3 снять зависимости тока вторичной обмотки трансформатора и тока нагрузки от длины линии и от сопротивления короткого замыкания трансформатора.

8) Построить и проанализировать графики данных зависимостей.

Ход работы:.

Расчет параметров трансформатора:.

Рисунки 4 и 5 — параметры повышающего и понижающего трансформатора Время симуляции устанавливаем равным 5 с. Время замыкания ключа 0.5с.В результате симуляции схемы на рис. 2 получили следующие результаты:

Рисунок 6 — Осциллограмма тока на обмотке низкого напряжения 1-ого трансформатора Амплитудное значение установившегося тока I_a=200 кА Рисунок 7 — Осциллограмма тока на обмотке высокого напряжения 1-ого трансформатора Амплитудное значение установившегося тока I_a=9 кА Рисунок 8 — Осциллограмма тока на обмотке низкого напряжения 2-ого трансформатора Амплитудное значение установившегося тока I_a=13 А Рисунок 9 — Осциллограмма напряжения генератора Амплитудное значение установившегося напряжения U_a=21 кВ Рисунок 10 — Осциллограмма напряжения на обмотке высокого напряжения 2-ого трансформатора Амплитудное значение установившегося напряжения U_a=47 кВ Рисунок 11 — Осциллограмма напряжения на обмотке низкого напряжения 2-ого трансформатора Амплитудное значение установившегося напряжения U_a=21 кВ В результате симуляции схемы на рис. 3 получили следующие результаты:

1) Зависимость действующих значений токов на вторичной обмотке 1-ого трансформатора и токов на вторичной обмотке 2-ого трансформатора от длины линии.

а) Длина линии L=100 км, ток на вторичной обмотке низкого напряжения 1-ого трансформатора I_1a=3700 A. Ток на вторичной обмотке 2-ого I_2a=12A.

Рисунок 12 — Осциллограмма тока на обмотке низкого напряжения 1-ого трансформатора Рисунок 13 — Осциллограмма тока на вторичной обмотке 2-ого трансформатора Рисунок 14 — Осциллограмма напряжения генератора Напряжение генератора остается постоянным (21 000В) т.к. мы считаем наш источник идеальным, т. е. его сопротивление мало.

Рисунок 15 — Осциллограмма напряжения на обмотке высокого напряжения 2-ого трансформатора.

Амплитудное значение установившегося напряжения U=180 000 В Рисунок 16 — Осциллограмма напряжения на обмотке низкого напряжения 2-ого трансформатора Амплитудное значение установившегося напряжения U=20 000 В б) Длина линии L=50 км, ток на вторичной обмотке низкого напряжения 1-ого трансформатора I_1a=4000 A. Ток на вторичной обмотке 2-ого трансформатора I_2a=10A.

Рисунок 17 — Осциллограмма тока на обмотке низкого напряжения 1-ого трансформатора Рисунок 18 — Осциллограмма тока на вторичной обмотке 2-ого трансформатора в) Длина линии L=200 км, ток на вторичной обмотке низкого напряжения 1-ого трансформатора I_1a=2400 A. Ток на вторичной обмотке 2-ого трансформатора I_2a=12,5A.

Рисунок 19 — Осциллограмма тока на обмотке низкого напряжения 1-ого трансформатора Рисунок 20 — Осциллограмма тока на вторичной обмотке 2-ого трансформатора г) Длина линии L=300 км, ток на вторичной обмотке низкого напряжения 1-ого трансформатора I_1a=1900 A. Ток на вторичной обмотке 2-ого I_2a=13A.

Рисунок 21 — Осциллограмма тока на обмотке низкого напряжения 1-ого трансформатора Рисунок 22 — Осциллограмма тока на вторичной обмотке 2-ого трансформатора д) Длина линии L=400 км, ток на вторичной обмотке низкого напряжения 1-ого трансформатора I_1a=1400 A. Ток на вторичной обмотке 2-ого I_2a=14A. трансформатор трехфазный замыкание обмотка Рисунок 23 — Осциллограмма тока на обмотке низкого напряжения 1-ого трансформатора Рисунок 24 — Осциллограмма тока на вторичной обмотке 2-ого трансформатора е) Длина линии L=500 км, ток на вторичной обмотке низкого напряжения 1-ого трансформатора I_1a=1200 A. Ток на вторичной обмотке 2-ого трансформатора I_2a=15A.

Рисунок 25 — Осциллограмма тока на обмотке низкого напряжения 1-ого трансформатора.

Рисунок 26 — Осциллограмма тока на вторичной обмотке 2-ого трансформатора Результаты занесем в таблицу:

2) Зависимость токов к.з. от активного сопротивления и индуктивности обмоток трансформатора.

а) Исходные данные 2-ого трансформатора:

Ток на вторичной обмотке низкого напряжения 1-ого трансформатора I_1a=3700 A. Ток на вторичной обмотке 2-ого трансформатора I_2a=12A.

Рисунок 27 — Осциллограмма тока на обмотке низкого напряжения 1-ого трансформатора Рисунок 28 — Осциллограмма тока на вторичной обмотке 2-ого трансформатора б) При увеличении активного сопротивления и индуктивности первичной и вторичной обмоток трансформатора в 20 раз:

Ток на вторичной обмотке низкого напряжения 1-ого трансформатора I_1a=2350 A. Ток на вторичной обмотке 2-ого трансформатора I_2a=12,5A.

Рисунок 29 — Осциллограмма тока на обмотке низкого напряжения 1-ого трансформатора Рисунок 30 — Осциллограмма тока на вторичной обмотке 2-ого трансформатора в) При увеличении активного сопротивления и индуктивности первичной и вторичной обмоток трансформатора в 30 раз:

Ток на вторичной обмотке низкого напряжения 1-ого трансформатора I_1a=1900 A. Ток на вторичной обмотке 2-ого трансформатора I_2a=12,5A.

Рисунок 31 — Осциллограмма тока на обмотке низкого напряжения 1-ого трансформатора Рисунок 32 — Осциллограмма тока на вторичной обмотке 2-ого трансформатора г) При увеличении активного сопротивления и индуктивности первичной и вторичной обмоток трансформатора в 40 раз:

Ток на вторичной обмотке низкого напряжения 1-ого трансформатора I_1a=1550 A. Ток на вторичной обмотке 2-ого трансформатора I_2a=12,5A.

Рисунок 33 — Осциллограмма тока на обмотке низкого напряжения 1-ого трансформатора Рисунок 34 — Осциллограмма тока на вторичной обмотке 2-ого трансформатора д) При увеличении активного сопротивления и индуктивности первичной и вторичной обмоток трансформатора в 50 раз:

Ток на вторичной обмотке низкого напряжения 1-ого трансформатора I_1a=1300 A. Ток на вторичной обмотке 2-ого трансформатора I_2a=12,5A.

Рисунок 35 — Осциллограмма тока на обмотке низкого напряжения 1-ого трансформатора Рисунок 36 — Осциллограмма тока на вторичной обмотке 2-ого трансформатора е) При увеличении активного сопротивления и индуктивности первичной и вторичной обмоток трансформатора в 60 раз:

Ток на вторичной обмотке низкого напряжения 1-ого трансформатора I_1a=1100 A. Ток на вторичной обмотке 2-ого трансформатора I_2a=12,5A.

Рисунок 37 — Осциллограмма тока на обмотке низкого напряжения 1-ого трансформатора Рисунок 38 — Осциллограмма тока на вторичной обмотке 2-ого трансформатора Полученные данные занесем в таблицу:

Вывод.

Выполнив лабораторную работу, освоили методику определения токов короткого замыкания в электроэнергетических системах путем моделирования в среде Mathlab и путем использования традиционных методов расчета электрических цепей. Построили графики зависимости токов в линии и нагрузке от длины линии и параметров трансформаторов.

При коротком замыкании на шинах нагрузки токи короткого замыкания получаются больше, чем при к.з. на первичной обмотке второго трансформатора.

Токи короткого замыкания уменьшаются с увеличением длины линии и с увеличением активного сопротивления и индуктивности трансформаторов.