Буквенные обозначения величин

Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

А. Д. Эрнст

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ

В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Курс лекций

Омск

Издательство ОмГТУ

2009

УДК 621.31(075)

ББК 31.2я73

Э81

Рецензенты:

В. К. Федоров, д-р техн. наук, проф. СибАДИ;

Ю. В. Кондратьев, канд. техн. наук, доц. ОмГУПС

Эрнст, А. Д.

Э81 Электромагнитные переходные процессы в системах электроснабжения: курс лекций. − Омск: Изд-во ОмГТУ, 2009. – 144 с.

ISBN 978-5-8149-0781-3

Изложены основные положения теории и практики расчетов электромагнитных переходных процессов в электроэнергетических системах. Рассмотрены вопросы составления и преобразования схем замещения и применения практических методов расчета симметричных и несимметричных коротких замыканий в курсе «Переходные процессы в электроэнергетических системах».

Для студентов дистанционной, очной, вечерней и заочной форм обучения по специальности 140211 «Электроснабжение», а также для подготовки магистров по специальности 140208.68 «Автоматика энергосистем».

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Омского государственного технического университета

УДК 621.31(075)

ББК 31.2я73

ISBN 978-5-8149-0781-3

технический университет», 2009

ОГЛАВЛЕНИЕ

Буквенные обозначения величин.............................................................................................. 5

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ................................................................................................................ 7

1.1. Предмет изучения. Основные понятия. Возникновение и развитие проблем

переходных процессов..................................................................................................................... 7

1.2. Действие токов КЗ и последствия коротких замыканий............................................... 9

1.3. Задачи расчета электромагнитных переходных процессов...................................... 10

1.4. Координация и оптимизация токов короткого замыкания......................................... 11

2. РЕЖИМЫ РАБОТЫ НЕЙТРАЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ.......................................... 12

2.1. Причины возникновения переходных процессов........................................................ 13

2.2. Виды КЗ в системах электроснабжения......................................................................... 13

2.3. Трехфазные сети с изолированной нейтралью............................................................. 15

2.3.1. Простое замыкание на землю в сетях с изолированной нейтралью............ 15

2.3.2. Достоинства и недостатки сетей с изолированной нейтралью...................... 17

2.4. Трехфазные сети с компенсацией емкостного тока. Достоинства

и недостатки .................................................................................................................................... 18

2.5. Трехфазные сети с заземленной нейтралью. Достоинства и недостатки............... 19

2.6. Требования к защите от поражения электрическим током в электрических

сетях.................................................................................................................................................... 20

3. ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПАРАМЕТРЫ ПЕРЕХОДНОГО ПРОЦЕССА............................. 22

3.1. Переходный процесс в простейших трехфазных цепях............................................. 22

3.2. Определение ударного тока КЗ........................................................................................ 25

3.3. Приближенное исследование переходных процессов.............................................. 27

3.4. Эквивалентная постоянная времени............................................................................... 28

3.5. Действующие значения величин и их составляющих при переходном

процессе............................................................................................................................................. 28

3.6. Переходный процесс при включении трансформатора на холостом ходу........... 33

4. РАСЧЕТНЫЕ СХЕМЫ ПРИ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЯХ................................................ 36

4.1. Принципы составления схем замещения....................................................................... 36

4.2. Методы преобразования схем замещения.................................................................... 37

4.3. Система относительных единиц при расчетах КЗ....................................................... 41

4.4. Определение сопротивления элементов электрических систем и их схемы
замещения......................................................................................................................................... 44

5. УСТАНОВИВШИЙСЯ РЕЖИМ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ.......................................... 50

5.1. Основные характеристики и параметры......................................................................... 50

5.2. Учет нагрузки в установившемся режиме короткого замыкания............................ 53

5.3. Расчет установившегося режима КЗ при отсутствии и наличии АРВ..................... 54

6. НАЧАЛЬНЫЙ МОМЕНТ ВНЕЗАПНОГО ИЗМЕНЕНИЯ РЕЖИМА................................ 57

6.1. Баланс магнитных потоков. Переходные параметры синхронной машины.......... 57

6.2. Сверхпереходные параметры синхронной машины................................................... 60

6.3. Учет подпитки синхронных и асинхронных двигателей при расчете токов КЗ.... 61

7. ПРАКТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ.............................. 64

7.1. Учет системы при расчете токов короткого замыкания............................................. 64

7.2. Метод расчетных кривых. Основные допущения и последовательность
расчета............................................................................................................................................... 66

7.3. Метод спрямленных характеристик. Основные допущения
и последовательность расчета..................................................................................................... 70

7.4. Метод типовых кривых. Основные допущения и последовательность расчета... 75

7.5. Уточнение расчетов практическими методами. Нахождение коэффициентов

распределения.................................................................................................................................. 77

8. ОБЩИЕ УРАВНЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПЕРЕХОДНОГО ПРОЦЕССА........ 80

8.1. Постановка задачи и проблемы решения...................................................................... 80

8.2. Индуктивности обмоток синхронной машины............................................................. 81

8.3. Обобщенный вектор трехфазной системы и замена переменных............................ 83

8.4. Вывод уравнения Парка−Горева..................................................................................... 85

8.5. Уравнения Парка−Горева в системе относительных единиц.................................... 87

8.6. Уравнения Парка−Горева в операторной форме......................................................... 87

8.7. Переходный процесс при включении обмотки возбуждения на постоянное
напряжение.......................................................................................................................................... 88

8.8. Внезапное КЗ синхронной машины без демпферных обмоток................................ 90

9. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАСЧЕТА НЕСИММЕТРИЧНЫХ КОРОТКИХ

ЗАМЫКАНИЙ.................................................................................................................................. 91

9.1. Применимость метода симметричных составляющих в расчетах

несимметричных КЗ........................................................................................................................ 91

9.2. Параметры элементов для прямой и обратной последовательностей.................... 95

9.3. Сопротивления нулевой последовательности трансформаторов и

автотрансформаторов..................................................................................................................... 98

9.4. Сопротивления нулевой последовательности воздушных и кабельных
линий................................................................................................................................................ 104

9.5. Схемы замещения отдельных последовательностей................................................ 108

10. ОДНОКРАТНАЯ ПОПЕРЕЧНАЯ НЕСИММЕТРИЯ........................................................ 112

10.1. Общие положения........................................................................................................... 112

10.2. Двухфазное КЗ. Определение токов и напряжений................................................ 113

10.3. Однофазное КЗ. Определение токов и напряжений................................................ 114

10.4. Двухфазное КЗ на землю. Определение токов и напряжений.............................. 116

10.5. Правило эквивалентности прямой последовательности........................................ 118

10.6. Комплексные схемы замещения.................................................................................. 121

10.7. Соотношения между токами при различных видах КЗ.......................................... 122

10.8. Трансформация симметричных составляющих....................................................... 124

10.9. Использование практических методов при расчетах несимметричных КЗ...... 126

11. ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ СЕТЕЙ

ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ...................................................................................... 127

11.1. Особенности расчета токов КЗ в сетях напряжением до 1000 В......................... 127

11.2. Особенности расчета тока КЗ в цепях постоянного тока...................................... 133

12. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ОГРАНИЧЕНИЯ ДЕЙСТВИЯ ТОКОВ

КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ...................................................................................................... 136

12.1. Схемные решения........................................................................................................... 136

12.2. Деление сети.................................................................................................................... 138

12.3. Использование токоограничивающих устройств.................................................... 139

12.4. Оптимизация режима работы нейтрали..................................................................... 140

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК......................................................................................... 142

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Предмет изучения. Основные понятия. Возникновение и развитие

проблем переходных процессов

Первоначально конструкции электрических машин выполнялись с требованиями нормальной работы. Их мощности были малы, и они обладали естественным запасом устойчивости против механического и теплового действия токов короткого замыкания (далее КЗ). По мере роста мощности машин и осуществления их параллельной работы, размер повреждений при КЗ резко возрос, и вследствие этого стало необходимо рассчитывать аварийные условия работы. Серьезная разработка теории переходных процессов в электрических машинах началась в конце 20-х годов ХХ века. Наибольший вклад в теорию переходных процессов внесли Н.Н. Щедрин, С.А. Ульянов. В 1930−1935 годах Парком (США) и
А.А. Горевым (СССР) была разработана общая теория переходных процессов в синхронных машинах, послужившая основой создания практических методов расчета. В настоящее время разработана нормативная база определяющая методики расчетов токов КЗ [1−7,17].

Ниже рассмотрим основные определения курса.

Электрическая система (далее ЭС) − это условно выделенная часть электроэнергетической системы, в которой осуществляются выработка, преобразование, передача и потребление электрической энергии. В результате аварийных ситуаций в системе возникают переходные процессы, в течение которых происходит переход от одного энергетического состояния (режима) к другому.

Режим работы системы − это совокупность процессов, характеризующих работу электрической системы и ее состояние в любой момент времени. Параметры режима: напряжения, мощности и т.п. − связаны между собой параметрами системы. Параметры системы: сопротивления, проводимости, коэффициенты трансформации, постоянные времени и т.п. − определяются физическими свойствами элементов. Различают несколько видов режимов электрических систем.

Установившийся (нормальный) режим − состояние системы, когда параметры режима изменяются в небольших пределах, позволяющих считать эти параметры неизменными. Это основной расчетный режим, имеющий лучшие технико-экономические характеристики.

Нормальные переходные режимы возникают при нормальной эксплуатации системы (включение и отключение каких-либо элементов системы, изменение нагрузки, несинхронное включение синхронных машин (далее СМ) и т.п.).

Аварийные переходные режимы возникают в ЭС при таких возмущениях (авариях), как короткие замыкания, внезапные отключения элементов ЭС, повторные включения и отключения этих элементов, несинхронные включения СМ и т.п.

Послеаварийные установившиеся режимы наступают после отключения поврежденных элементов ЭС. При этом параметры послеаварийного режима могут быть как близкими к параметрам нормального (исходного) режима, так и значительно отличаться от них.

При переходе от одного режима к другому изменяется электромагнитное состояние элементов системы и нарушается баланс между механическим и электромагнитным моментами на валах генераторов и двигателей. Это означает, что переходный процесс характеризуется совокупностью электромагнитных и механических изменений в системе, которые взаимно связаны и представляют собой единое целое. Тем не менее очень часто переходный процесс делят на две стадии. На первой стадии из-за большой инерции вращающихся машин в ЭС преобладают электромагнитные изменения. Эта стадия длится от нескольких сотых до
0,1 ... 0,2 с и называется электромагнитным переходным процессом. На второй стадии проявляются механические свойства системы, которые оказывают существенное влияние на переходные процессы. Эта стадия называется электромеханическим переходным процессом. В настоящем курсе будут изучаться электромагнитные переходные процессы, протекающие при постоянной скорости вращения электрических машин ( ).

Наиболее частой причиной возникновения аварийных переходных процессов является короткое замыкание.

Короткое замыкание − это не предусмотренное нормальными условиями эксплуатации замыкание между фазами или между фазами и землей. В системах с изолированной нейтралью замыкание одной фазы на землю называется простым.

В местах замыкания часто образуется электрическая дуга, сопротивление которой имеет нелинейный характер. Учет влияния дуги на ток КЗ представляет собой сложную задачу и в настоящем курсе не рассматриваются. Учет дуги производится в сетях до 1000 В.

Кроме сопротивления дуги в месте КЗ возникает переходное сопротивление, вызываемое загрязнением, наличием остатков изоляции, окислов и т.п. В случае, когда переходное сопротивление и сопротивление дуги малы, ими пренебрегают. Такое замыкание называют металлическим. Расчет максимально возможных токов проводится для металлических КЗ. В электрических системах наиболее часто возникает однофазное замыкание. Его вероятность возрастает с увеличением напряжения сети. Это связано с увеличением междуфазного расстояния (в среднем с 0,7 м в сети 6 ... 10 кВ до 14 м в сети 500 кВ). Иногда в процессе развития аварии первоначальный вид короткого замыкания переходит в другой (например, однофазное КЗ переходит в двухфазное на землю и т.п.).

Несимметричные КЗ, а также несимметричные нагрузки образуют в системе поперечную несимметрию. Нарушение симметрии какого-либо промежуточного элемента трехфазной сети (например, отключение одной фазы линии электропередачи) вызывает продольную несимметрию. Повреждения, сопровождающиеся сочетанием разных видов несимметрии (например, обрыв фазы с ее коротким замыканием) либо одним видом несимметрии в разных точках системы, называются, сложными повреждениями и в настоящем курсе не рассматриваются.

Требования к защите от поражения электрическим током

в электрических сетях

В сетях как с изолированной, так и с заземленной нейтралью предъявляются очень высокие требования к защите человека от поражения электрическим током.

Существует определенный порог тока, который человек начинает ощущать, и тока, который приводит к необратимым последствиям:

1 мА – ощутимый ток;

10 мА – неотпускающий ток;

50 мА – фибриляционный ток.

Величина тока, протекающего через тело человека, определяется ЭДС и внутренним сопротивлением источника и сопротивлением тела человека. При расчетах минимальное значение сопротивления человека R _ч ~ 200 Ом.

Для сетей с изолированной нейтралью характерно длительное появление напряжения прикосновения и шагового напряжения (рис. 2.12).

Рис. 2.12. Напряжение растекания

Эти напряжения представляют собой относительную опасность и регламентируются величиной сопротивления защитного заземляющего устройства. Гораздо большую опасность вызывает прикосновение к токоведущим частям. Например, при прикосновении к выводу трансформатора (рис. 2.13) (испытание обратным напряжением) необходимо учитывать влияние емкости вывода и обмотки относительно земли.

I_C

Рис. 2.13. Поражение человека емкостным током в сети переменного тока

Емкостное сопротивление вывода относительно земли (рис. 2.13):

; (2.15)

Тогда ток, протекающий через тело человека, . (2.16)

Пример: U = 10 кВ; .

Тогда емкостное сопротивление цепи , ток через человека
I = 3 мА. Как видно, ток является ощутимым даже при очень малой емкости вывода и обмотки относительно земли. При прикосновении к токоведущим частям систем с изолированной нейтралью емкость электрически связанной сети значительно выше. Можно показать, что ток через тело человека при прикосновении практически равен току замыкания на землю и может достигать десятков ампер.

В сетях с заземленной нейтралью напряжением до 1 кВ широко применяется защитное отключение участка сети при повреждении изоляции и прикосновении человеком токоведущих частей с помощью устройства защитного отключения (УЗО) [22].

3. ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПАРАМЕТРЫ ПЕРЕХОДНОГО ПРОЦЕССА

3.1. Переходный процесс в простейших трехфазных цепях

Трехфазная цепь называется простейшей, если она состоит из сосредоточенных активных и индуктивных сопротивлений и не имеет трансформаторных связей. Характер электромагнитного переходного процесса при трехфазном КЗ зависит от степени удаленности точки КЗ от источников питания.

Рассмотрим короткое замыкание в точке, электрически удаленной от источников питания. КЗ, возникающие на ней, не оказывают существенного влияния на работу генераторов системы. Это обстоятельство позволяет считать напряжение системы неизменным. В этом случае шины источников питания называются шинами неизменного напряжения или шинами бесконечной мощности.

Допущения при расчете

1. Питание происходит от источника бесконечной мощности

, U_m = const .

2. В цепи отсутствуют поперечные проводимости: активные, индуктивные и емкостные.

3. Короткое замыкание симметричное и металлическое (отсутствует дуга и переходное контактное сопротивление).

4. Цепь симметрична и взаимные индуктивности между фазами одинаковы.

Рис. 3.1. Схема замещения простейшей системы

Рассмотрим переходный процесс при трехфазном КЗ, вызываемом выключателем В (рис. 3.1). Ток режима, предшествующего короткому замыканию, может быть определен как:

. (3.1)

Проекции векторов напряжений и токов на ось времени определяют их мгновенные значения. Угол α между горизонталью и вектором U_A называется ф азой включения КЗ.

После включения выключателя В при КЗ (рис. 3.1) схема делится точкой КЗ на две части: правую и левую. Ток в правой части будет существовать до тех пор, пока энергия, запасенная в индуктивности L _Н, не перейдет в тепло в активном сопротивлении r _Н.

. (3.2)

а) б)

Рис. 3.2 а) векторная диаграмма; б) изменение токов в левой части

схемы простейшей системы

Дифференциальное уравнение равновесия в каждой фазе левого участка имеет вид:

(3.3)

Так как , то , (3.4)

откуда (3.5)

или . (3.6)

Решение состоит из принужденной (i_n) и свободной (i_a) составляющих и имеет вид:

(3.7)

где − постоянная времени цепи,

На рисунке 3.2: i _у – ударный ток – наибольшее мгновенное значение тока ;

I _∞– установившийся ток КЗ.

В момент времени t = 0:

(3.8)

(3.9)

где , согласно рисунку 3.3.

Для других фаз выражения для тока подобны и в дальнейшем не приводятся.

Понятие симметричного КЗ условное и справедливо для амплитуд периодических составляющих, а апериодические составляющие в фазах различны. При определенных условиях в одной из фаз может отсутствовать перходный процесс.

Расчетные величины переходного процесса для случая отсутствия предшествующего тока и приведены на рисунке 3.4

Рис. 3.4. Переходный процесс при трехфазном КЗ при отсутствии

предшествующего тока и

3.2. Определение ударного тока КЗ

Возможны два подхода в нахождении условий возникновения максимального значения ударного тока КЗ: умозрительный и строгий.

В практических расчетах максимальное мгновенное значение полного тока КЗ или ударного тока КЗ находят при наибольшей апериодической составляющей (рис. 3.5). Это умозрительный подход.

Рис. 3.5. Условие максимума апериодической составляющей при КЗ

Условием максимума апериодической составляющей является отсутствие предшествующего тока при угле включения , изображенном на рисунке 3.5.
С учетом этих условий выражение для ударного тока КЗ:

, 3.10)

где − ударный коэффициент;

− действующее значение периодической составляющей тока в первый период КЗ.

Ударный коэффициент показывает превышение ударного тока над амплитудой периодической составляющей (рис. 3.4).

Это вычисление ударного тока не является строгим, так как полный ток зависит от времени и угла включения. Строгое условие максимального мгновенного значения тока можно получить нахождением экстремума выражения (3.9). При условии отсутствия предшествующего тока

. (3.11)

Приравнивая к нулю частные производные по времени и углу, получаем:

(3.12)

Система уравнений (3.12) решается методом исключения относительно времени t и угла α:

. (3.13)

Из треугольника сопротивлений рисунка 3.3: . Так как

, (3.14)

то . Напряжение в момент включения должно проходить через ноль, т.е. угол .

Время наступления максимального значения находится решением системы уравнений (3.12) при и оно меньше 0,01 с. Это условие иллюстрирует векторная диаграмма рис. 3.7.

Рис. 3.7. Условие максимума тока при КЗ

При оба подхода совпадают.

В практике расчетов применяется первый подход. Ударный коэффициент чаще всего принимается равным . В этом случае

, (3.15)

Типовые постоянные времени и ударные коэффициенты на шинах оборудования приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1

Типовые постоянные времени и ударные коэффициенты

Наименование оборудования	Постоянная времени Т_а, с	Ударный коэффициент k_у
Турбогенератор	0,1–0,3	1,95
Блок генератор-трансформатор	0,04	1,8
ВЛЭП	0,01	1,3
КЛЭП	0,001	1

В сетях низкого напряжения 0,4–0,66 кВ .

Пределы изменения ударного коэффициента в простейшей цепи:

1. , , .

2. , и .

Таким образом .

При КЗ на выводах батарей статических конденсаторов БСК (рис. 3.8) ударный коэффициент может быть больше 2 .

а) б)

Рис. 3.8. КЗ на шинах БСК

а) схема замещения; б) векторная диаграмма

Общие положения

Поперечная несимметрия в произвольной точке трехфазной системы в общем виде может быть представлена присоединением в этой точке неодинаковых сопротивлений (рис. 10.1).

Рис. 10.1. Общий вид поперечной несимметрии в трехфазной системе

В настоящем разделе рассмотрены три вида несимметричных коротких замыкания (двухфазное, однофазное и двухфазное на землю); при этом предполагается, что эти замыкания металлические. Приводимые выкладки предполагают, что рассматриваются только основные гармоники тока и напряжения, причем схемы отдельных последовательностей состоят лишь из реактивностей и приведены к элементарному виду относительно короткого замыкания, т.е. найдены результирующая ЭДС Е_Σ и результирующие реактивности x _1Σ , x _2Σи x _0Σ.

При записи характерных для конкретного вида КЗ условий (граничных условий) примем, что фаза А находится в условиях, отличных от условий для двух других фаз и является «особой фазой». За положительное направление токов будем считать направление к месту КЗ.

Комплексные схемы замещения

Установленные в предыдущих параграфах соотношения между симметричными составляющими напряжений в месте короткого замыкания позволяют для каждого вида несимметричного КЗ соединить схемы отдельных последовательностей и образовать комплексную схему замещения для соответствующего вида КЗ.

Такие схемы приведены на рисунке 10.9

а) б) в)

Рис. 10.9. Комплексные схемы замещения

а – для однофазного КЗ на землю; б – для двухфазного КЗ;

в – для двухфазного КЗ на землю

Применение комплексных схем замещения удобно при физическом и математическом моделировании. Они позволяют моделирование КЗ любого вида и в любой точке расчетной схемы. При этом могут быть определены симметричные составляющие токов в любой ветви схемы и симметричные составляющие напряжений в любом узле. По полученным значениям симметричных составляющих могут быть синтезированы полные величины токов и напряжений.

Пример составления комплексной схемы замещения при однофазном КЗ для схемы рисунка 10.10 приведен на рисунке 10.11.

Рис. 10.10. Схема электропередачи

Рис. 10.11. Комплексная схема замещения при

Схемные решения

Схемные решения принимаются на стадии проектирования схем развития энергосистем, мощных электростанций и схем развития сетей повышенного напряжения. Схемные решения состоят в выборе оптимальных схем выдачи мощности электростанций, структуры и параметров элементов сетей энергосистем.

В главе 1 (рис. 1.1) приведены исторические изменения схемы питания для электростанций, связанные с повышением токов КЗ при развитии энергосистем.

Изменение схемы выдачи мощности электростанций приводит к изменению темпа роста уровней токов КЗ в сетях различного напряжения энергосистем.
В сетях более низкого напряжения могут быть образованы регионы со стабильным наибольшим уровнем токов КЗ. При проектировании систем электроснабжения промышленных предприятий выбор схемных решений в основном касается схем главных понизительных подстанций (ГПП). Возможные технические решения определяются допустимыми токами КЗ. Величина допустимых токов определяется технико-экономическим расчетом. В таблице 12.1 приведены возможные схемы ГПП и максимальное значение периодической составляющей тока КЗ от системы. При допустимом токе 20 кА указаны приемлемые схемные решения.

Таблица 12.1

Схемы ГПП и максимальное значение периодической составляющей тока КЗ

Схема	Мощность, МВ∙А	Периодическая составляющая тока КЗ, кА
Схема	Мощность, МВ∙А	При U = 6кВ	При U = 10 кВ
	16	14	8,4
	25	21,8	13,1
	25	13,6	10,8
	40	17,8	15,6
	63	21,9	21,4
	80	23,9	24,8
	25	12,2	7,3
	40	19,6	11,7
	63	30,8	18,5
	80	39,1	23,5
	25	10,3	6,5
	40	12,7	9,8
	63	16,7	14,2
	80	18,8	16,9

Примечание: В расчетах приняты следующие величины− U _к= 10,5 %, (х_тр= 0,105) о.е., x_p = 0,1 Ом. Значения, выделенные заливкой, превышают значение допустимого тока КЗ равного 20 кА. При сопротивлениях реактора превышающих 0,1 Ом схемы с реактором могут использоваться при любых мощностях трансформаторов.

Схемные решения также могут предусматривать:

− выделение части территории (регионов) сетей одного напряжения, связанных между собой только через сеть повышенного напряжения – так называемое периферийное или продольное разделение сетей (рис. 12.1а).

− наложение сетей одного и того же напряжения на площади данного региона со связью этих сетей через сеть повышенного напряжения – так называемое местное или поперечное разделение сетей (рис. 12.1б). Данное схемное решение позволяет при значительном росте нагрузки иметь сети со стабильным наибольшим уровнем токов КЗ. В этих же целях используются двухтрансформаторные подстанции;

− разукрупнение электростанций по мощности;

− разукрупнение узлов сети по генерируемой мощности;

− использование схем удлиненных блоков генератор-трансформатор-линия.

а) б)

Рис. 12.1. Разделение сети: а − продольное; б − поперечное

Деление сети

Деление сети используют в процессе эксплуатации, когда требуется ограничить рост уровней токов КЗ при развитии энергосистем.

Стационарное деление сети (СДС) – это деление сети в нормальном режиме, осуществляемое с помощью секционных, шиносоединительных или линейных выключателей мощных присоединений электроустановок. Стационарное деление производят тогда, когда наибольший уровень тока КЗ в сети или уровень тока КЗ в узле сети превышает допустимый с точки зрения параметров установленного оборудования. СДС оказывает существенное влияние на режимы, устойчивость, надежность работы станции, на потери мощности.

Рис. 12.2. Стационарное деление сети

Автоматическое деление сети (АДС) – это деление сети в аварийном режиме с целью обеспечения работы коммутационных аппаратов при отключении шин поврежденной цепи. Оно выполняется на секционных или шиносоединительных выключателях, реже – на выключателях мощных присоединений. При АДС отключается значительно меньший ток, чем КЗ в поврежденной цепи.

Недостатки АДС:

− требуется, чтобы выключатели присоединений были способны выдержать полный сквозной ток КЗ;

− в результате деления возможно появление в послеаварийном режиме небаланса мощностей источников и нагрузки в разделившихся частях сети, это влияет на устойчивость и надежность работы энергосистемы;

− время восстановления нормального режима весьма значительно (~5…10 с).

Достоинства АДС: дешевизна, простота, надежность.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Правила устройства электроустановок. – 6-е изд. – СПб.: Деан, 2001. −
928 с.

2. Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования / под ред. Б.Н. Неклепаева. – М. : Изд-во НЦ ЭНАС, 2001. – 152 с.

3. ГОСТ 26522-85. Короткие замыкания в электроустановках. Термины и определения. − М.: Изд-во стандартов, 1985. − 17 с.

4. ГОСТ 27514-87. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением свыше 1 кВ. − М. : Изд-во стандартов, 1988. − 40 с.

5. ГОСТ Р 28249-93. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ. − М. : Изд-во стандартов, 1994. − 60 с.

6. ГОСТ 29176-91. Короткие замыкания в электроустановках. Методика расчета в электроустановках постоянного тока. – М. : Изд-во стандартов, 1992.
− 40 с.

7. ГОСТ Р 50254-92. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета электродинамического и термического действия токов короткого замыкания. − М. : Изд-во стандартов, 1993. − 57 с.

8. Сирота И.М. Режимы нейтрали электрических сетей / И.М. Сирота,
С.М. Кисленко, А.М. Михайлов. − Киев: Наукова думка, 1985. − 264 с.

9. Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах: учебник для электрических и энергетических вузов и факультетов /
С.А. Ульянов. – М. : Энергия, 1970. – 520 с.

10. Куликов Ю.А. Переходные процессы в электрических системах: учеб. пособие / Ю.А. Куликов. – Новосибирск : Изд-во НГТУ; М. : Мир: ООО «Издательство АСТ», 2003. – 283 с.

11. Справочник по проектированию электроснабжения промышленных предприятий / под ред. Ю.Г. Барыбина [и др.]. – М. : Энергоатомиздат, 1990. – 576 с.

12. Пособие к курсовому и дипломному проектированию для электроэнергетических специальностей: учеб. пособие для студентов вузов / В.М. Блок [и др.]; под ред. В.М. Блок. – М. : Высш. школа, 1981. – 304 с.

13. Теоретические основы электротехники: учебник для вузов: в 3 т. /
К.С. Демирчян [и др.]. – 4-е изд. – СПб. : Питер, 2004. – Т.1. – 463 с.

14. Жуков В.В. Короткие замыкания в электроустановках напряжением до
1 кВ / В.В. Жуков. − М. : Издательство МЭИ, 2004.− 192 с.

15. Винославский В.Н. Переходные процессы в системах электроснабжения / В.Н. Винославский [и др.]. – Киев : Выща школа, 1989. − 423 с.

16. Авербух А.М. Примеры расчетов неполнофазных режимов и коротких замыканий / А.М. Авербух. − Л. : Энергия, 1979. − 184 с.

17. Руководящие указания по релейной защите. Вып. 11. Расчеты токов короткого замыкания для релейной защиты и системной автоматики в сетях
110−750 кВ. − М. : Энергия, 1979. − 152 с.

18. Моделирование электромагнитных переходных процессов на ЭВМ: метод. указания / сост.: М.В. Шкаруба, А.Д. Эрнст. − Омск : Изд-во ОмГТУ, 2006.
− 44 с.

19. Эрнст А.Д. Расчет токов короткого замыкания в электрических системах: учеб. пособие / А.Д. Эрнст. − Омск : Изд-во ОмГТУ, 2009. – 63 с.

20. Федоров А.А. Основы электроснабжения промышленных предприятий /
А.А. Федоров, В.В. Каменева. − М. : Энергоатомиздат, 1984. − 472 с.

21. Жуков В.В. Короткие замыкания в электроустановках постоянного тока /
В.В. Жуков. − М. : Издательство МЭИ, 2005. − 189 с.

22. Расчет коротких замыканий и выбор электрооборудования: учеб. пособие / И.П. Крючков [и др.]; под ред. И.П. Крючкова и В.А. Старшинова. − М. : Изд. Центр «Академия», 2005. − 416 с.

Редактор Л.И. Чигвинцева

Компьютерная верстка – В.С. Николайчук

ИД № 06039 от 12.10.2001 г.

Сводный темплан 2009 г.

Подписано в печать 25.11.2009. Формат 60´84 ¹/₁₆. Бумага офсетная.

Отпечатано на дупликаторе. Уч. изд.-л. 9,0 Усл.-печ. л. 9,0

Тираж 200 экз. Заказ 692.

Издательство ОмГТУ. 644050, г. Омск, пр. Мира, 11, т. 23-02-12

Типография ОмГТУ