К энергосистеме в точке, имеющей мощность короткого замыкания Skc=200 МВА и напряжение Uc=10 кВ,

К энергосистеме в точке, имеющей мощность короткого замыкания Skc=200 МВА и напряжение Uc=10 кВ, подключена линия электропередачи длиной L=1 км. Удельное сопротивление этой линии составляет xуд=0,4Омкм. Линия является питающей для распределительного устройства (РУ) промышленного предприятия, на котором имеется дуговая сталеплавильная печь (ДСП). Печной трансформатор мощностью Sпт=2 МВА установлен рядом с РУ. Активные и индуктивные сопротивления печного трансформатора и короткой сети, приведенные к вторичному напряжению U2ф=200 В, заданы в таблице: Rтр=6×10-4 Ом, Xтр=32×10-4 Ом, Rкс=12×10-4 Ом, Xкс=44×10-4 Ом. Количество электроэнергии, необходимое для расплавления 1 т стали равно Wтеор=320кВт×чт. Требуется: 1) составить принципиальную схему силовой цепи и упрощенную схему замещения ДСП; 2) определить ток при эксплуатационном коротком замыкании (ЭКЗ) в ДСП и, при необходимости, рассчитать сопротивление дросселя (реактора), требующегося для ограничения этого тока; 3) определить величину колебаний напряжения как на шинах РУ при ЭКЗ, так и в точке подключения линии электропередачи к системе; 4) построить электрические характеристики печи: зависимости от тока дуги величины полезной мощности, мощности потерь, активной мощности, напряжения дуги, коэффициента мощности, электрического коэффициента полезного действия; построить рабочие характеристики: зависимости от тока дуги величин удельного расхода электроэнергии, часовой производительности печи, времени плавления 1 т. стали, полного коэффициента полезного действия; определить оптимальный рабочий ток печи.

Сопротивления:
xлэп=xуд×L=0,4×1=0,4 Ом
xс=Uc2Skc=102200=0,5 Ом
2. Расчет тока ЭКЗ ведем в именованных единицах. Вначале параметры всех элементов приводим к вторичному напряжению U2ф.
xнн=xвнk2=0,928,92=1,07×10-3 Ом
где
k=Uc3×U2ф=100003×200=28,9
Ток ЭКЗ возникает при сопротивлении дуги Rд=0. Поэтому:
I2к=U2фrΣ2+xΣ2=20018×10-4 2+0,90762=220,36 А
где rΣ и xΣ - соответственно суммарные активное и индуктивное сопротивления схемы.
rΣ=Rкс+Rтр=12×10-4+6×10-4=18×10-4 Ом
xΣ=xс+xлэп+xкс+xтр=0,5+0,4+44×10-4+32×10-4=0,9076 Ом
Величина индуктивного сопротивления реактора, приведенная к вторичному напряжению печного трансформатора, определяется как
xр=U2ф2I2к-rΣ2-xΣ=2002220,36-18×10-42-0,9076=12,56 Ом
Для выбора реактора пересчитываем полученное сопротивление xр на ступень напряжения Uс с, а затем определяем его es,%:
es,%=3×Iн×xр'×100Uл=3×220,36×0,015×100200=2,86%
По каталогу выбираем реактор, имеющий ближайшее большее es,%, а потом определяем фактический ток ЭКЗ при установленном реакторе: СРОСЗ-1250 М, фактический ток I2=198 А.
3

. Величина колебаний напряжения в i-й точке равна:
δUi%=SптSki×100%
В точке подключения линии электропередачи к системе мощность КЗ задана. Для этой точки Ski=Skc.
δUkc%=SптSkc×100%=2×106200×106×100%=1%
Для определения величины колебаний напряжения на шинах РУ, вначале определяем мощность КЗ на шинах РУ:
Skру=Skc1+xлэпxс=200×1061+0,40,5=111,1×106 ВА
δUkру%=SптSkру×100%=2×106111,1×106×100%=1,8%
5. Изменяя I2 от нуля до I2k, для каждого получаем следующие значения:
электрические потери установки:
Pпот=3×I22×rΣ, Вт
мощность, выделяющаяся в дуге
Pпол=Pд=3×I2×Uд, Вт
активная мощность установки
Pакт=Pпот+Pпол
электрический КПД установки
ηэл=PполPакт×100,%
коэффициент мощности:
cosφ=I2×R2+I2×rΣU2ф
Расчет электрических характеристик приводим для I2=0,5×I2k, а остальные значения сводим в таблицу и по ним строим электрические характеристики.
Pпот=3×I22×rΣ=3×110,182×0,9076=33,05 кВт
Pпол=Pд=3×I2×Uд=3×110,18×196,4=69,92 кВт
Pакт=Pпот+Pпол=33,05+69,92=102,97 кВт
ηэл=PполPакт×100=69,92102,98×100=67,9%
cosφ=I2×R2+I2×rΣU2ф=110,18×0,45+110,18×0,9076200=0,75
I2
Pпот, кВт
Pпол, кВт
Pакт, кВт
ηэл,%
cosφ
0 0 0 0 0 0
22 1,37 12,96 14,33 90,4 0,15
44 5,27 25,92 31,19 83,1 0,298
66 11,86 38,89 50,75 76,6 0,448
88 21,09 51,85 72,94 71,1 0,597
110,18 33,05 69,92 121,64 67,9 0,75
132 47,44 77,78 125,22 62,1 0,89
154 64,57 90,74 155,31 58,4 0,04
176 84,34 103,7 188,84 54,9 0,19
198 106,75 116,7 223,45 52,2 0,34
220,36 132,22 129,84 262,06 49,5 0,59
6