Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Электромагнитные переходные процессы в электрических системах

Покупка
Основная коллекция
Артикул: 791386.01.99
Рассмотрен круг вопросов, связанных с причинами возникновения электромагнитных переходных процессов и их физической природой. Приведены теоретические основы анализа и методы расчета токов как симметричных, так и несимметричных коротких замыканий в электроэнергетических системах и системах электроснабжения. Для студентов вузов по направлению подготовки 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника». Может быть полезно аспирантам по научным специальностям «Электроэнергетика», «Энергетические системы и комплексы» и «Электротехнические комплексы и системы», слушателям центров подготовки и повышения квалификации инженерно-технических работников, занимающихся проектированием и эксплуатацией электроэнергетических систем.
Ларин, А. М. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах : учебное пособие / А. М. Ларин, Д. В. Полковниченко, И. Б. Гуляева. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2022. - 268 с. - ISBN 978-5-9729-1065-6. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1902484 (дата обращения: 29.03.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.

A. M. Ларин, Д. В. Полковниченко, И. Б. Гуляева






ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ





Рекомендовано ученым советом
ГОУВПО «Донецкий национальный технический университет» в качестве учебного пособия для обучающихся образовательных учреждений высшего профессионального образования
















Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2022

УДК 621.311
ББК 31.27
     Л25



Рецензенты:
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой горной электротехники и автоматики Донецкого национального технического университета Маренич Константин Николаевич;
доктор технических наук, профессор, профессор кафедры электроэнергетики Луганского государственного университета им. В. Даля Захарчук Александр Сидорович

    Ларин, А. М.

Л25 Электромагнитные переходные процессы в электрических системах : учебное пособие / А. М. Ларин, Д. В. Полковниченко, И. Б. Гуляева. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2022. - 268 с. : ил., табл.
           ISBN 978-5-9729-1065-6

     Рассмотрен круг вопросов, связанных с причинами возникновения электромагнитных переходных процессов и их физической природой. Приведены теоретические основы анализа и методы расчета токов как симметричных, так и несимметричных коротких замыканий в электроэнергетических системах и системах электроснабжения.
     Для студентов вузов по направлению подготовки 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника». Может быть полезно аспирантам по научным специальностям «Электроэнергетика», «Энергетические системы и комплексы» и «Электротехнические комплексы и системы», слушателям центров подготовки и повышения квалификации инженерно-технических работников, занимающихся проектированием и эксплуатацией электроэнергетических систем.

                                                            УДК 621.311
                                                            ББК31.27










ISBN 978-5-9729-1065-6

     © Ларин А. М., Полковниченко Д. В., Гуляева И. Б., 2022
     © Издательство «Инфра-Инженерия», 2022
                            © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2022

                СОДЕРЖАНИЕ





Стр.

ПРЕДИСЛОВИЕ.............................................. 7
ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ............................ 9
ВВЕДЕНИЕ................................................ 10
Тема 1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ
ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССАХ.................................... 12
  1.1 Основные понятия и определения.................... 12
  1.2 Виды замыканий в электрических системах. Причины их возникновения и последствия................. 12
  1.3 Назначение расчётов. Понятие о расчётных условиях. Основные допущения, принимаемые при расчётах коротких замыканий. 17
Тема 2. СОСТАВЛЕНИЕ СХЕМ ЗАМЕЩЕНИЯ
И ВЫЧИСЛЕНИЕ ИХ ПАРАМЕТРОВ.............................. 20
  2.1 Определение параметров схемы замещения в относительных единицах............................... 20
  2.2 Составление схем замещения при наличии трансформаторных связей................................ 22
Тема 3. ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ
В ПРОСТЕЙШЕЙ ТРЕХФАЗНОЙ ЦЕПИ............................ 31
  3.1Об щиеположения.................................... 31
  3.2 Процессы в короткозамкнутом контуре............... 32
  3.3 Процессы в контуре, который остается подключенным к источнику питания.................................... 34
  3.4 Ударный ток....................................... 37
Тема 4. УСТАНОВИВШИЙСЯ РЕЖИМ КОРОТКОГО
ЗАМЫКАНИЯ СИНХРОННОЙ МАШИНЫ............................. 40
  4.1 Общие замечания................................... 40
  4.2 Физическая модель установившегося режима короткого замыкания.............................................. 40
  4.3 Влияние и учёт нагрузки........................... 44
  4.4 Влияние автоматического регулирования возбуждения. 45
  4.5 Практический расчёт тока установившегося КЗ в цепи, которая питается от генераторов без АРВ................ 47
  4.6 Расчёт тока КЗ в цепи, которая питается от генераторов с АРВ. 48
Тема 5. НАЧАЛЬНЫЙ МОМЕНТ ВНЕЗАПНОГО ИЗМЕНЕНИЯ
РЕЖИМА СИНХРОННОЙ МАШИНЫ................................ 50
  5.1 Принцип сохранения начального потокосцепления..... 50
  5.2 Физические процессы в начальный момент КЗ......... 50
  5.3 Переходные ЭДС и переходные индуктивные сопротивления........ 53

3

  5.4 Схемы замещения и векторная диаграмма................... 54
  5.5 Сверхпереходные ЭДС и индуктивные сопротивления синхронныхгенераторов....................................... 56
  5.6 Практический расчёт начальных значений токов трёхфазных коротких замыканий............................... 59
     5.6.1 Расчёт действующего значения периодической составляющей
          тока при удалённых коротких замыканиях.............. 59
     5.6.2 Расчёт начального действующего значения периодической составляющей тока короткого замыкания
          отсинхронныхмашин................................... 61
     5.6.3 Влияние и учёт электродвигателей и нагрузок в начальный момент переходного процесса.................. 63
Тема 6. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ НАРУШЕНИИ СИММЕТРИИ....................................... 69
  6.1 Физические процессы и основные положения анализа несимметричных режимов...................................... 70
     6.1.1 Образование высших гармоник........................ 70
     6.1.2 Применение метода симметричных составляющих к расчёту
         переходных процессов при нарушении симметрии......... 72
  6.2 Сущность метода симметричных составляющих............... 73
  6.3 Параметры элементов электрической системы для токов обратной и нулевой последовательностей............................... 76
  6.4 Схемы замещения отдельных последовательностей........... 85
Тема 7. ОДНОКРАТНАЯ ПОПЕРЕЧНАЯ НЕСИММЕТРИЯ....................... 88
  7.1 Основные математические соотношения для различных видов КЗ. 88
     7.1.1 Однофазное КЗ......................................... 88
     7.1.2 Двухфазное КЗ на землю............................. 90
     7.1.3 Двухфазное КЗ......................................... 91
  7.2 Векторные диаграммы токов и напряжений в месте КЗ....... 93
  7.3 Правило эквивалентности прямой последовательности.......... 95
  7.4 Комплексные схемы замещения............................. 97
  7.5 Распределение и трансформация токов и напряжений отдельных последовательностей......................................... 97
  7.6 Сравнение различных видов КЗ........................... 101
Тема 8. ОДНОКРАТНАЯ ПРОДОЛЬНАЯ НЕСИММЕТРИЯ....................... 111
  8.1 Основные математические соотношения для различных видов несимметрии................................................ 111
     8.1.1 Разрыв одной фазы................................. 112
     8.1.2 Разрыв двух фаз................................... 113
     8.1.3 Правило эквивалентности прямой последовательности при продольной несимметрии.............................. 115
  8.2 Векторные диаграммы при продольной несимметрии......... 115

4

  8.3 Эпюры напряжений при продольной несимметрии.............. 118
Тема 9. ЗАМЫКАНИЕ НА ЗЕМЛЮ В СЕТЯХ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ...................................... 121
  9.1 Особенности распределительных сетей 6-35 кВ.............. 121
  9.2 Простое однофазное замыкание на землю.................... 122
Тема 10. КОРОТКИЕ ЗАМЫКАНИЯ В УСТАНОВКАХ НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1000 В.......................................... 130
  10.1 Особенности методики расчёта............................ 130
  10.2 Расчёт сопротивлений элементов электроустановки......... 132
  10.3 Расчёт начальных значений периодической составляющей токов КЗ 136
  10.4 Учёт синхронных и асинхронных электродвигателей......... 138
Тема 11. УРАВНЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПЕРЕХОДНОГО ПРОЦЕССА СИНХРОННОЙ МАШИНЫ..................................... 140
  11.1 Общие замечания......................................... 140
  11.2 Исходные уравнения...................................... 141
  11.3 Обобщённый (изображающий) вектор трёхфазной системы..... 144
  11.4 Преобразование координат................................ 145
  11.5 Уравнение Парка - Горева в дифференциальной форме....... 146
  11.6 Уравнения переходного процесса в синхронной машине в операторной форме..................................... 149
Тема 12. ВНЕЗАПНОЕ КОРОТКОЕ ЗАМЫКАНИЕ
СИНХРОННОЙМАШИНЫ............................................... 153
  12.1 Методика использования уравнений СМ в операторной форме для анализа переходных процессов при КЗ на выводах СМ... 153
  12.2 Уравнение переходного процесса при трёхфазном КЗ на выводах синхронного генератора без демпферных обмоток........... 154
  12.3 Физические процессы при внезапном КЗ.................... 157
  12.4 Влияние и приближённый учёт демпферных обмоток.......... 162
Тема 13. ФОРСИРОВКА ВОЗБУЖДЕНИЯ И РАЗВОЗБУЖДЕНИЕ СИНХРОННОЙ МАШИНЫ............................. 165
  13.1Об  щиеположения......................................... 165
  13.2 Включение обмотки возбуждения на постоянное напряжение.. 166
  13.3 Влияние АРВ при внезапном трёхфазном коротком замыкании. 172
  13.4 Гашение магнитного поля синхронного генератора.......... 178
      13.4.1 Гашение магнитного поля на постоянное активное сопротивление........................................ 180
      13.4.2 Гашение магнитного поля с помощью дугогасительнойрешетки............................... 182
  13.5 Практический расчёт периодической составляющей токов
      коротких замыканий от электрических машин впроизвольныймоментвремени............................... 185
      13.5.1 Расчёт периодической составляющей тока трёхфазного КЗ.... 186
      13.5.2 Расчёт периодической составляющей токов несимметричных коротких замыканий.................... 192

5

      13.5.3 Учёт асинхронных и синхронных электродвигателей вэлектроустановкахдо1кВ............................... 199
Тема 14. АНАЛИЗ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПРИ СЛОЖНЫХ НЕСИММЕТРИЧНЫХ ПОВРЕЖДЕНИЯХ................................. 202
  14.1 Расчёт сложных видов повреждений по расчётным схемам замещения и граничным условиям........................... 202
      14.1.1 Двойное КЗ на землю в сети с изолированной нейтралью.    202
      14.1.2 Обрыв фазы с одновременным однофазным КЗ....... 205
  14.2 Комплексные расчётные схемы и их использование при анализе сложных несимметричных повреждений........... 208
Тема 15. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ
В ДЛИННЫХ ЛИНИЯХ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА............................................ 214
  15.1 Особенностидальнихэлектропередачпеременноготока...... 215
      15.1.1 Схемы дальних электропередач................... 216
      15.1.2 Преимущества и недостатки передачи электроэнергии на дальние расстояния................................. 218
      15.1.3 Задачи исследований и методика их проведения... 221
  15.2 Теоретические положения анализа электромагнитных переходных процессов в длинных линиях электропередачи.... 222
      15.2.1 Методы расчёта переходных процессов в длинных линиях ... 222
      15.2.2 Периодические свободные составляющие
          при коротких замыканиях в дальней электропередаче....... 223
  15.3 Расчёт коротких замыканий в длинных линиях аналитическим методом.................................... 224
      15.3.1 Строгий подход к расчёту токов трёхфазных коротких замыканий.................................... 224
      15.3.2 Упрощённый подход к расчёту коротких замыканий....... 227
      15.3.3 Анализ токов трёхфазных коротких замыканий
           с учётом распределённости параметров длинной линии..... 230
      15.3.4 Анализ токов коротких замыканий по упрощённой методике. 233
      15.3.5 Расчёт путем численного решения системы дифференциальных уравнений, составленных по методу переменных состояния. 236
  15.4 Моделирование переходных процессов при коротких замыканиях
      в дальних электропередачах в среде пакета MATLAB...... 240
Тема 16. СПОСОБЫ ОГРАНИЧЕНИЯ ТОКОВ КЗ....................... 245
  16.1 Постановказадачи..................................... 245
  16.2 Оптимизация структуры сети (схемные решения)............... 246
  16.3 Стационарное или автоматическое разделение сети...... 247
  16.4 Токоограничивающие устройства........................ 248
  16.5 Оптимизация режима заземления нейтралей в электрических сетях. 256
  16.6 Координация уровней токов КЗ......................... 257
ГЛОССАРИЙ................................................... 259
ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ............................ 265

6

                ПРЕДИСЛОВИЕ




     Дисциплина «Электромагнитные переходные процессы в электрических системах» читается на электротехническом факультете ГОУВПО «Донецкий национальный технический университет» студентам электроэнергетических специальностей по направлению подготовки 13.03.02 - «Электроэнергетика и электротехника» при подготовке бакалавров по трем профилям: «Электроэнергетические системы и сети», «Электрические станции» и «Электроснабжение».
     Учебное пособие разработано в полном соответствии с рабочими программами, утвержденными в ДОННТУ для указанных профилей подготовки.
     Целью изучения дисциплины является формирование у будущих специалистов знаний и умений по теоретическим основам, методам и алгоритмам расчетов переходных процессов, возникающих при изменении электромагнитного состояния элементов электроэнергетической системы, вызванного короткими замыканиями, обрывами проводов, сложными повреждениями, форсированием возбуждения генераторов и др. причинами, а также знакомство со способами и средствами, с помощью которых можно управлять переходными процессами, придавая им желаемый характер.
     Дисциплина базируется на знаниях и умениях, которые студент приобрёл при освоении предшествующих дисциплин: «Общая физика», «Теоретические основы электротехники», «Электрические машины», «Электрические системы и сети».
     Знания и умения, приобретённые при освоении данной дисциплины, необходимы при изучении последующих: «Электромеханические переходные процессы в электрических системах», «Основы релейной защиты и автоматизации энергосистем», «Электрическая часть станций и подстанций», «Эксплуатация электрических систем», «Специальные режимы электрических систем».
     В учебном пособии особое внимание уделено раскрытию физической сути возникающих электромагнитных процессов. В нём подробно изложены методы расчёта симметричных и несимметричных коротких замыканий и сложных повреждений, представляющих собой различные комбинации поперечной и продольной несимметрий. Даны многочисленные примеры решения практических задач.
     При подготовке данного пособия авторами были учтены руководящие указания государственных стандартов по расчёту коротких замыканий, как в высоковольтных установках, так и в установках напряжением ниже 1 кВ.
     Пособие в полном объёме соответствует специальности «Электроэнергетические системы и сети». Для профиля подготовки «Электрические станции» может быть исключена тема № 15, связанная с изучением коротких замыканий в дальних электропередачах. Для профиля «Электроснабжение» необязательным является изучение тем № 11,№ 13и№ 15.

7

     Авторами учтён опыт многолетнего преподавания дисциплины на кафедре «Электрические системы» ДОННТУ, включая проведение практических и лабораторных занятий, в основном проводимых с использованием разработанных авторами программ для ПЭВМ, реализующих изучаемые теоретические положения. Все рисунки, отражающие суть излагаемого теоретического материала, получены путём расчётов для конкретных параметров синхронных генераторов и элементов электрической системы. Это должно способствовать более четкому пониманию изучаемых явлений.
     Авторы стремились изложить материал компактно, логично, в той последовательности, в которой он преподаётся, в соответствии с учебнометодическими картами дисциплины. При этом учтено, что одновременно с изучением теоретических положений студенты проводят практические занятия и выполняют лабораторные работы. Итогом приобретения умений и навыков по расчёту коротких замыканий является выполнение расчётно-графической курсовой работы.
     При этом построение учебного пособия таково, что легко предусматривает возможность выборочного использования его материала во всех случаях, когда данная дисциплина по каким-либо причинам излагается в несколько изменённой или сокращенной форме.
     Настоящее пособие не ставит задачу дать обучающемуся полное руководство к алгоритмированию, программированию и проведению современных, достаточно сложных расчётов электромагнитных переходных процессов, осуществляемых, как правило, с помощью ПЭВМ. При изучении дисциплины студент должен, прежде всего, выработать понимание допущений и ограничений, связанных с физикой явлений и заложенных в основе расчётных методов, научиться практически подходить к инженерной оценке полученных результатов и возможности их использования.
     Для контроля степени усвоения изучаемого материала по всем темам разработаны контрольные вопросы для осуществления самопроверки.
     При подготовке настоящего учебного пособия авторы пользовались многочисленными работами по исследованию и расчёту электромагнитных переходных процессов. Учитывая его характер, соответствующие ссылки на первоисточники осуществлялись в тексте не всегда. Отметим также, что приведенный в пособии перечень использованных литературных источников не является полным и рассчитан в основном на возможности обучающихся.
     Авторы выражают искреннюю благодарность рецензентам: Мареничу Константину Николаевичу - д. т. н., профессору, заведующему кафедрой «Горная электротехника и автоматика им. Р. М. Лейбова» ГОУВПО «ДОННТУ» и Захарчуку Александру Сидоровичу - д. т. н., профессору, профессору кафедры «Электроэнергетика» ГОУВО ЛНР «ЛГУ им. В. Даля» за замечания и полезные советы, позволившие улучшить учебное пособие.

8

                ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ





     АГП - автомат гашения поля
     АРВ - автоматическое регулирование возбуждения
     АРС - автоматическое разделение сети
     ВЛЭП - воздушная линия электропередачи
     ВН - высшее напряжение
     ВТСП - высокотемпературный сверхпроводник
     ДГР - дугогасящая решетка
     ДО - демпферная обмотка
     КЗ - короткое замыкание
     КЛ - кабельная линия
     ЛЭП - линия электропередачи
     МСС - метод симметричных составляющих
     НН - низшее напряжение
     НП - нулевая последовательность
     ОВГ - обмотка возбуждения генератора
     ОЗЗ - однофазное замыкание на землю
     ОП - обратная последовательность
     ПП - прямая последовательность
     ПУЭ - правила устройства электроустановок
     СГ - синхронный генератор
     СК - синхронный компенсатор
     СМ - синхронная машина
     СН - среднее напряжение
     СПИН - сверхпроводящий индуктивный накопитель СРС - стационарное разделение сети
     СЭС - система электроснабжения
     ТТ - трансформатор тока
     ТН - трансформатор напряжения
     УПК - установка продольной компенсации
     ФВ - форсирование возбуждения
     ШР - шунтирующий реостат
     ЭДС - электродвижущая сила
     ЭЭС - электроэнергетическая система

9

                ВВЕДЕНИЕ




     Электроэнергетическая система (ЭЭС) является совокупностью устройств, связанных одновременностью процесса производства, распределения и потребления электрической энергии. Одновременность этих процессов налагает на персонал и системную автоматику особые требования по качественному управлению системой для бесперебойного энергоснабжения потребителей. Это относится как к нормальным (установившимся), так и к переходным (неустановившимся) режимам работы электроэнергетических систем.
     Под переходными режимами понимаются неустановившиеся состояния, причиной которых являются разного рода возмущения. Эти воздействия можно классифицировать на малые и кратковременные (толчки нагрузки) и сильные и длительные (короткие замыкания, сбросы и наборы мощности, отключения линий и трансформаторов и др.). Непрерывный рост электро- и энергопотребления, развитие электроэнергетических систем при использовании агрегатов большей единичной мощности, увеличение напряжений и длин ЛЭП являются причинами повышения роли переходных процессов. В то же время управление переходными процессами в электрических системах представляется настолько же важной задачей, как и управление нормальными установившимися режимами.
     Наиболее сильными возмущающими воздействиями являются различные виды коротких замыканий. Короткие замыкания в электрических системах вызываются повреждением фазной или линейной изоляции токоведущих частей в результате прямых ударов молнии, недопустимых ветровых нагрузок и гололеда, естественного старения изоляции, механических повреждений кабельных линий и др.
     Короткие замыкания сопровождаются увеличением токов в месте поврежденного участка и снижением напряжений в узлах электрической системы. Уменьшение напряжения может приводить к нарушению нормальной работы электроприемников, перегрузке или остановке двигателей, а при коротких замыканиях в системообразующих связях - к нарушению устойчивости параллельной работы отдельных электростанций. В результате этого система распадается на группы несинхронно работающих частей, что является достаточно тяжелой системной аварией. Рост величины токов короткого замыкания может приводить к значительным электродинамическим (механическим) усилиям и термическим повреждениям элементов электроустановок. В связи с этим при проектировании и эксплуатации электрических установок необходимо так выбрать оборудование и наладить режим работы установок, чтобы оно надежно работало не только в нормальных, но и в аварийных режимах. Решение этих задач связано с проведением теоретических исследований, натурных испытаний и практических расчетов, в числе которых значительное место занимают расчеты параметров режимов коротких замыканий.


10

     Систематические разработки теории переходных процессов в электрических системах начались в конце 20-х годов прошлого столетия. В 1929 г. Р. Парк и, независимо от него, в 1933 г. А. А. Горев разработали основы теории переходных процессов синхронных машин в виде системы дифференциальных уравнений. В начале 30-х годов Р. Эванс и К. Вагнер предложили использование метода симметричных составляющих для анализа несимметричных режимов. Это послужило толчком к быстрому развитию исследований в области переходных процессов в электрических системах.
     Наиболее существенный вклад в теорию и практику электромагнитных переходных процессов внесли такие ученые-энергетики, как А. А.Горев, Н. Н. Щедрин, Н. Ф. Марголин, Л. Г. Мамиконянц, А. Б. Чернин, С. А. Ульянов, Р. Рюденберг, Р. Парк, К. Вагнер, Р. Эванс, Е. Кларк, Е. Кимбарк.
     Определенные этапы можно отметить и в практике расчета режимов коротких замыканий в энергосистемах и проектных организациях. В процессе развития энергетических систем и их объединений существенно усложнились и увеличились объемы вычислений. В 50-60-х годах широкое применение для этих целей получили расчетные статические модели постоянного и переменного тока. С 70-х годов как основные средства для расчетов стали использоваться цифровые вычислительные машины и специализированное программное обеспечение.

11

Тема 1




                ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССАХ




     1.1 Основные понятия и определения

     Энергетическая система - это совокупность электростанций, электрических и тепловых сетей, соединённых между собой и связанных общностью режимов и непрерывных процессов производства, преобразования и распределения электрической энергии и тепла при общем управлении этим режимом.
     Электроэнергетическая система (ЭЭС) - это часть энергетической системы, которая предназначена для выработки, преобразования, распределения и потребления электроэнергии. Она состоит из силовых элементов и элементов (устройств) регулирования.
     Система электроснабжения (СЭС) - это часть электроэнергетической системы, которая непосредственно осуществляет снабжение потребителей электроэнергией. Она содержит питающие и распределительные сети, трансформаторы, синхронные компенсаторы (СК), приемники электроэнергии.
     Узел нагрузки — место подключения отдельных СЭС к высоковольтным сетям электрических систем.
     Режим системы — состояние электрической системы, количественно характеризуемое некоторыми показателями, которые называются параметрами режима (напряжение, ток, частота, мощность).
     Параметры системы — показатели, которые количественно характеризуют физические свойства отдельных элементов системы (длина линии, параметры СГ, коэффициент трансформации трансформаторов и др.).
     Цель изучения дисциплины:
     -      понимание физических явлений, которые происходят при изменении электромагнитного состояния системы;
     -     изучение методов количественной оценки переходных процессов (ПП);
     -      ознакомление с мероприятиями и способами управления ПП для обеспечения желаемого характера их протекания.

     1.2 Виды замыканий в электрических системах. Причины их возникновения и последствия

     В электрических системах могут иметь место установившиеся и переходные режимы.
     Параметры установившихся (стационарных) режимов сохраняются на рассматриваемом интервале времени неизменными или изменяются относительно медленно. Переходные режимы отвечают переходу системы от одного установившегося состояния к другому. Для них характерны быстрые и значительные изменения параметров.


12

     Переходные процессы могут быть нормальными и аварийными.
     Нормальные переходные процессы соответствуют обычным эксплуатационным изменениям в ЭЭС (включение, отключение, переключение, изменение нагрузки и др.). Эти режимы характеризуются относительно быстрым и резким изменением параметров некоторых элементов системы при незначительных изменениях параметров в ее узловых точках.
     Аварийные переходные процессы возникают под действием изменений в электрических системах, не предусмотренных нормальными условиями эксплуатации. При аварийных возмущениях параметры всех элементов, включая узловые точки, значительно отличаются от номинальных.
     Причины возникновения переходных процессов.
     Переходные процессы в электрических системах являются следствием изменения режимов, обусловленных эксплуатационными условиями, или результатами повреждений изоляции и токоведущих частей электроустановок.
     Причинами возникновения переходных процессов могут быть многочисленные воздействия на элементы системы:
     -       включения, отключения и переключения источников электрической энергии, трансформаторов, ЛЭП, электроприемников и других элементов;
     -       появление несимметрии токов и напряжений в результате отключения отдельных фаз, несимметричных изменений нагрузки, обрывов фаз и пр.;
     -      короткие замыкания в элементах системы;
     -       форсировка возбуждения синхронных машин и гашение их магнитного поля;
     -      внезапные набросы и сбросы нагрузки;
     -      пуск двигателей и синхронных компенсаторов;
     -      реверсирование асинхронных двигателей;
     -       асинхронный ход синхронных машин после выпадения их из синхронизма;
     -       атмосферно-климатические воздействия на элементы электрической системы;
     -      повторные включения и отключения короткозамкнутых цепей.
     Все переходные процессы можно условно разделить на электромагнитные и электромеханические.
     Электромагнитные переходные процессы протекают без изменения скорости вращения СМ.
     Электромеханические переходные процессы сопровождаются изменением скорости вращения СМ.
     Из общего спектра задач, возникающих при исследовании электромагнитных переходных процессов в электрических системах, основное внимание уделяется расчету токов короткого замыкания (КЗ), поскольку КЗ является наиболее частым видом аварий в системах, которые, к тому же, приводят к наиболее тяжелым последствиям. Исходя из этого, пособие в основном посвящено рассмотрению физических явлений, протекающих при КЗ, и изучению способов расчета этих аварийных режимов.

13

     Короткое замыкание - это любое не предусмотренное нормальными условиями эксплуатации ЭЭС замыкание фаз между собой, а в сети с заземленной нейтралью - также замыкание одной или нескольких фаз на землю.
     Замыкание одной фазы на землю в сети с изолированной или компенсированной нейтралью (заземленной через специальное компенсирующее устройство) называют простым замыканием на землю.
     Если сопротивление в месте замыкания отсутствует, то такое замыкание является металлическим.
     В табл. 1.1 приведены возможные виды коротких и простых замыканий в электрических сетях и их условные обозначения.


Таблица 1.1 - Виды коротких и простых замыканий

  Схема                Режим нейтрали                 
замыкания     Заземленная          Изолированная      
          Наименование Обознач. Наименование Обознач.
           Трехфазное    К(3)    Трехфазное  К(3)    
    4          КЗ                    КЗ              
          Трехфазное   К(1,1,1) Трехфазное    К(3,3) 
    4     КЗ на землю           КЗ с землей          
           Двухфазное    К(2)    Двухфазное  К(2)    
    4          КЗ                    КЗ              
          Двухфазное    К(1,1)  Двухфазное   К(2,з)  
          КЗ на землю           КЗ с землей          
    4      Однофазное             Простое            
               КЗ        К(1)    замыкание     З(1)  
                                  на землю           
            Двойное               Двойное            
          КЗ на землю   К(1+1)   замыкание    з(1+1) 
                                  на землю           

14