Е.И.Пахомов
ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ
Электромагнитные переходные процессы
конспект лекций
Челябинск
2004
Содержание введение
В настоящее время увеличивается количество аварий в энергосистемах (сентябрь 2000 г. – Авария в Северном узле Челябэнерго, лето 2003 г. – Авария в США, несколько штатов остались без энергоснабжения). Лучшее средство предотвращения таких аварий – совершенствование управления энергосистемой, которое подразделяется на 2 класса: оперативно- диспетчерское и автоматическое.
Эффективность ОДУ зависит не только от полноты информации о состоянии системы в текущий момент времени, но и от результатов предварительного анализа нормальных и переходных режимов.
Автоматическое управление осуществляется с помощью релейной защиты элементов системы от сверхтоков, возникающих при переходных процессах в электрической сети.
§1 Общие сведения о переходных процессах
Электрическая система – это условно выделенная часть электроэнергетической системы, в которой осуществляется выработка, преобразование, передача и потребление электроэнергии.
Состояние системы в любой момент времени называется режимом. Параметры режима: напряжение, мощность и т. п. – связаны между собой параметрами системы: сопротивления (активное, индуктивное, емкостное), ЭДС источников, постоянные времени – определяются физическими свойствами элементов.
При переходе от одного режима к другому возникает переходный процесс (ПП).
Виды переходных процессов:
электромагнитные переходные процессы;
электромеханические переходные процессы;
волновые переходные процессы (переходные процессы в длинных линиях).
В целом переходные процессы характеризуются изменением электромагнитных и механических параметров. Можно условно разделить переходные процессы на электромагнитные (рассматриваются изменения только токов и напряжений) и электромеханические (учитываются изменения электрических и механических параметров).
Условия, позволяющие производить данное деление:
из-за большой инерционности роторов СМ на начальной стадии переходного процесса преобладают электромагнитные изменения;
при относительно малых возмущениях (причин приводящих к переходному процессу), например, при КЗ за большим сопротивлением от источника, весь переходный процесс можно рассматривать как электромагнитные короткие замыкания (КЗ).
§2 Короткие замыкания
Основной причиной электромагнитного переходного процесса является короткое замыкание.
Короткое замыкание – это не предусмотренное нормальным режимом замыкание между фазами, а также замыкание фаз на землю.
В системах с изолированной нейтралью замыкание фаз на землю называется простым.
|
Нормальный режим:
.
При КЗ (аварийный режим)
(так как ключ КЗ замкнут на землю)
;
.
Так как
очень велико, то
.
.
Увеличиваются токи и уменьшаются
напряжения, причем, чем ближе КЗ к
источнику (т.е.
– меньше, а
– больше), тем эти изменения существенней.
В месте КЗ часто образуется дуга и
появляется переходное сопротивление,
вызванное загрязнением, наличием
остатков изоляции и т. п. Обычно
сопротивление дуги и переходное
сопротивление малы и ими пренебрегают.
Такое замыкание называют металлическим.
Расчет максимально возможных токов
проводится для металлических КЗ.
КЗ являются следствием нарушения изоляции электрооборудования и могут вызываться следующими причинами:
старение и разрушение материала изоляции;
пробой изоляции из-за перенапряжения;
некачественный уход за изоляцией;
механические повреждения;
перекрытие токоведущих частей животными и птицами;
ошибки персонала при проведении переключений.
Последствия КЗ и способы предотвращения:
увеличение токов приводит к нагреву, оборудование должно выбираться с учетом термической стойкости;
большие токи приводят к большим усилиям, оборудование должно выбираться с учетом термической стойкости;
снижение напряжения при КЗ может привести к остановке двигателей нагрузки – установка автоматики снижения напряжения;
необходимо применять средства защиты (релейная защита, токоограничивающие реакторы);
выбор рациональной схемы сети, в которой токи КЗ будут наименьшими.
Расчет токов КЗ с учетом всех факторов – сложная задача. Чтобы ее упростить, вводят некоторые допущения.
Допущения, принимаемые при расчетах токов КЗ:
пренебрегаем насыщением магнитных цепей
(можно применять методы наложения, т.к.
все элементы – линейные);пренебрегаем токами намагничивания трансформаторов;
сохранение симметрии трехфазной системы (она нарушается лишь в месте повреждения);
для сетей выше 1 кВ пренебрегаем активными сопротивлениями элементов;
нагрузку учитывают либо постоянным сопротивлением, либо источником ЭДС с постоянным сопротивлением;
пренебрегаем емкостной проводимостью (за исключением замыканий на землю с изолированной нейтралью);
пренебрегаем качаниями СМ (скорость вращения в течение 0,1…0,2 с. постоянна).
Обычно расчет проводят в относительных единицах, т.к. это существенно упрощает расчетные формулы, результат расчета становится более наглядным. Относительное значение величины – это ее отношение к другой одноименной величине, принятой за базисную.
Виды КЗ:
трехфазные КЗ (симметричные КЗ) –
– 5% - во всех сетях, 1% - в сетях 500 кВ;
двухфазное КЗ на землю –
– 10% во всех сетях, 2% - в сетях 500 кВ;двухфазное КЗ –
– 15% - во всех сетях, 2% - в сетях 500 кВ;однофазное КЗ –
– 70% - во всех сетях, 95% - в сетях 500 кВ.