Электромагнитные переходные процессы в электроэнергетических системах

1.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ
В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
При всяком изменении состояния электроэнергетической
системы (ЭЭС) происходят переходные процессы.
Под переходным процессом понимают процесс перехода от
одного режима работы ЭЭС к другому, чем-либо отличающемуся от
предыдущего.
Переходный
процесс
характеризуется
изменением
электромагнитного состояния элементов ЭЭС, напряжений, токов,
мощностей, моментов, частоты, углов сдвига между ЭДС источников и
напряжениями в разных узлах системы.

2.

При решении большинства практических задач переходный
процесс принимают состоящим из ряда процессов, характеризующих
изменение определенной группы параметров.
В одну группу выделяют электромагнитные переходные
процессы, в другую – электромеханические переходные процессы.
Причины возникновения переходных процессов
Наиболее распространенными переходными процессами
являются процессы, вызванные:
• включением и отключением электродвигателей и других
потребителей электроэнергии;
• короткими замыканиями (КЗ) в ЭЭС, а также повторным
включением или отключением короткозамкнутой цепи;
• возникновением местной несимметрии;
• действием форсировки возбуждения синхронных машин, а также
их развозбуждением (гашением их магнитного поля);
• несинхронным включением синхронных машин и др.

3.

КОРОТКИЕ ЗАМЫКАНИЯ В ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ
Одной из основных причин переходных процессов
являются короткие замыкания (КЗ).
Коротким
замыканием
называется
всякое,
не
предусмотренное нормальными условиями работы замыкание
между фазами, а в системах с заземленными нейтралями или
четырёхпроводных – замыкание фаз на землю или на нулевой
провод.
Возникновение
коротких
замыканий
связано
с
нарушением изоляции электрооборудования, вызванного
старением изоляционных материалов, перенапряжениями,
недостаточно тщательным уходом за оборудованием и
непосредственными механическими повреждениями (обрыв
кабельных линий при выполнении земляных работ, обрыв
воздушных линий (ВЛ) подъемными кранами, нарушение
изоляции животными или птицами и т. п.).

4.

Режимы заземления нейтрали
а – глухозаземленная;
б – эффективнозаземленная (например, через реактор);
в – изолированная;
г – с заземлением через дугогасящий реактор;
д – с заземлением через резистор

5.

Виды коротких замыканий

6.

7.

Последствия коротких замыканий
1) значительное увеличение силы тока на поврежденном
участке электрической сети;
2) перераспределение потоков электрической энергии в сети;
3) возникновение перенапряжений;
4) ухудшение показателей качества электроэнергии;
5) нарушение устойчивости работы элементов СЭС и
электроэнергетической системы;
6) термическое действие;
7) электродинамическое воздействие;
8) влияние на линии связи, устройства релейной защиты,
автоматики и телемеханики;
9) ухудшение электробезопасности;
10) возможность пожара и взрыва.

8.

Назначение расчета параметров
режима короткого замыкания
1) обоснования экономически целесообразных систем
передачи, распределения и потребления электрической энергии;
2) обеспечения осуществимости такого режима, который
должен наступить после окончания переходного процесса в ЭЭС;
3) выполнения требований, предъявляемых к качественным
показателям переходного процесса;
4) обеспечения устойчивости перехода от одного режима к
другому;
5) оценки устойчивости режима, наступившего после
окончания переходного процесса;
6) определения продолжительности переходного процесса и
его влияния на изменение параметров элементов ЭЭС;
7) создание таких условий в ЭЭС, при которых переходные
процессы заканчивались бы благополучным желательным
установившимся режимом.

9.

Параметры режима короткого замыкания – это
совокупность токов, напряжений, углов сдвигов фаз между
ними или между их симметричными составляющими, видов
КЗ,
мест
возникновения
КЗ,
продолжительности
воздействия токов короткого замыкания (ТКЗ), диапазонов
изменения значений ТКЗ.
Для выбора и проверки электрооборудования допускаются
упрощенные методы расчета токов КЗ, если их погрешность не
превышает 5–10 %.
При этом определяют:
- начальное действующее значение периодической
составляющей тока КЗ и значение этой составляющей в произвольный
момент времени, вплоть до расчетного времени размыкания
поврежденной цепи;
- начальное значение апериодической составляющей тока КЗ и
значение этой составляющей в произвольный момент времени, вплоть
до расчетного времени размыкания поврежденной цепи;
- ударный ток КЗ.

10.

Расчеты ТКЗ необходимы для решения следующих основных
задач:
1) сопоставления, оценки и выбора схемы СЭС и ЭЭС;
2) прогнозирования условий работы электроприемников при
аварийных режимах;
3) проверки выбранных коммутационных аппаратов и проводников
по условиям работы при КЗ;
4) проектирования и настройки устройств релейной защиты и
автоматики;
5) конструирования элементов распределительных устройств и
токопроводов;
6) определения числа точек заземления нейтралей в СЭС;
7) проектирования компенсирующих дугогасящих устройств и
заземлителей;
8) прогнозирования влияния ЛЭП на линии связи, автоматики и
телемеханики;
9)
выбора
характеристик
разрядников
и
ограничителей
перенапряжений
для
защиты
ЛЭП
и
электрооборудования
от
перенапряжений;
10) проведения различных испытаний, расследования и анализа
аварий.

11.

РАСЧЕТНЫЕ УСЛОВИЯ КЗ И РАСЧЕТНАЯ СХЕМА
Расчетам токов КЗ предшествовуют анализ схемы
электрической сети и определение наиболее тяжелых, но
достаточно вероятных, так называемых расчетных условий, в
которых оказывается тот или иной ее элемент. Эти условия находят
отражение в расчетной схеме.
Расчетная схема представляет собой однолинейную схему
электрической сети с электрическими аппаратами и проводниками,
подлежащими выбору и проверке по условиям КЗ, а также
устройствами релейной зашиты, для которых рассчитываются
уставки срабатывания и проверяется чувствительность.

12.

В расчетную схему вводятся все генераторы, синхронные
компенсаторы, синхронные и асинхронные электродвигатели
напряжением выше 1 кВ, имеющие небольшую электрическую
удаленность расчетной точки КЗ, а также трансформаторы,
автотрансформаторы, реакторы, токопроводы, воздушные и
кабельные линии, связывающие источники питания с местом
короткого замыкания.
Электрическая удаленность точки КЗ от синхронных машин и
электродвигателей
характеризуется
отношением
начального
действующего значения периодической составляющей тока КЗ в цепи
статора к номинальному току машины:
При
короткое замыкание считается удаленным.