88268

Переходные процессы в простейших цепях. Основные сведения об электромагнитных переходных процессах. Общие указания к выполнению расчетов

Лекция

Энергетика

Наиболее распространенными являются переходные процессы вызванные следующими причинами: включением и отключением электродвигателей и других приемников электроэнергии короткими замыканиями возникновением местной несимметрии в системе например при обрыве одной из фаз линии...

Русский

2015-04-27

203.5 KB

3 чел.

Раздел 1. Переходные процессы в простейших цепях.

Основные сведения об электромагнитных переходных процессах. Общие указания к выполнению расчетов.

В установившихся системах электрических систем все величины либо неизменны во времени, либо являются его периодическими функциями. Переходным называется процесс, возникающий при переходе от одного установившегося состояния к другому, как в условиях нормальной эксплуатации, так и в аварийных ситуациях.

Во время переходных процессов токи, напряжения и механические моменты могут существенно отличаться от значений в установившихся режимах. Проверка электрических машин, аппаратов, линий электропередач по нагреву, на механическую прочность и прочность изоляции должна выполняться с учетом переходных процессов.

При любом переходном процессе происходит в той или иной мере изменение электромагнитного состояния элементов системы и нарушение баланса между моментом на валу каждой вращающейся машины и электромагнитным моментом.

Наиболее распространенными являются переходные процессы, вызванные следующими причинами: включением и отключением электродвигателей и других приемников электроэнергии, короткими замыканиями, возникновением местной несимметрии в системе (например, при обрыве одной из фаз линии); действием форсировки возбуждения генераторов, несинхронным включением синхронных машин.

Из сказанного следует, что переходных процесс характеризуется совокупностью электромагнитных и механических изменений в системе, которые взаимно связаны и по существу представляют собой единое целое. Тем не менее, благодаря довольно большой механической инерции вращающихся машин стадия переходного процесса характеризуется преимущественно электромагнитными изменениями. Например, пуск асинхронного двигателя. С момента включения в сеть до момента начала разворота ротора имеет место только электромагнитный переходный процесс, который затем дополняется механическим переходным процессом.

Таким образом, при известных условиях представляется возможным и целесообразным рассматривать только одну сторону переходного процесса, а именно явления электромагнитного характера.

В соответствии с этим настоящий курс разбит на две части. В первой рассматриваются электромагнитные переходные процессы, а во второй – совместно электромагнитные и механические, т.е. электромеханические переходные процессы.

В курсе «Теоретические основы электротехники» уже знакомились с переходными процессами в цепях с сосредоточенными и распределенными параметрами. Рассматривались однофазные цепи с заранее известными источниками питания. В данном курсе рассматриваются процессы в многофазных цепях и в самих источниках питания.

Основные виды переходных процессов.

Из всего многообразия электромагнитных переходных процессов в электрической системе наиболее распространенными являются процессы, вызванные:

а) включением и отключением двигателей и других приемников электроэнергии;

б) коротким замыканием в системе, а также повторным включением и отключением короткозамкнутой цепи;

в) возникновением местной несимметрии в системе (например, отключение одной фазы);

г) действием форсировки возбуждения синхронных машин, а также их развозбуждением (т.е. гашением их магнитного поля);

д) несинхронным включением синхронных машин.

Коротким замыканием называют всякое не предусмотренное нормальными условиями работы замыкание между фазами, а также в системе с заземленной нейтралью и фаз на землю.

В системах с незаземленной нейтралью или заземленной через компенсирующие устройства замыкание одной фазы на землю называется простым, и ток обусловлен, главным образом, емкостью фаз относительно земли.

При возникновении короткого замыкания  в электрической системе сопротивление цепи уменьшается, что приводит к увеличению токов в отдельных цепях по сравнению с нормальном режимом, и в свою очередь вызывает снижение напряжения в системе.

Обычно в месте замыкания образуется некоторое переходное сопротивление, состоящее из сопротивления возникшей дуги и сопротивления прочих элементов пути тока от одной фазы к другой или от фазы на землю.

Когда токи достаточно велики (сотни ампер и более) сопротивление дуги приблизительно постоянно и по своему характеру почти чисто активное. С уменьшением тока и увеличением длины дуги, что имеет место в течение переходного процесса, ее сопротивление возрастает.

Рис.1. Кривые изменения во времени тока и сопротивления самопогасающей открытой дуги на линии 110кВ с деревянными опорами. 1,2 – номера опытов.

В ряде случаев переходные сопротивления столь малы, что ими пренебрегают и такие замыкания называют металлическими.

С трехфазных системах с замкнутой нейтралью различают следующие виды коротких замыканий в одной точке:

1) трехфазное короткое замыкание, которое является симметричным, так как все фазы находятся в одинаковых условиях.

Несимметричные короткие замыкания, а также несимметричные нагрузки. Представляют собой различные виды поперечной несимметрии.

Трехфазное короткое замыкание, несмотря на сравнительно малую его вероятность, заслуживает внимание, так как процесс включения любого трехфазного приемника по существу короткое замыкание с некоторым сопротивлением.

Также возможен процесс перехода несимметричного короткого замыкания в трехфазное короткое замыкание, особенно в кабельных линиях, так как происходит повреждение и разрушение изоляции между жилами из-за электрической дуги.

Нарушение симметрии какого-либо промежуточного элемента трехфазной цепи (например, отключение одной фазы линии передач и т.п.) называется продольной несимметрией.

Возможно возникновение сложной несимметрии. Например, при обрыве провода воздушной линии, один конец остается подвешенным на изоляторе, а другой падает на землю.

На воздушных линиях довольно часто имеют место самоустраняющиеся повреждения, например, перекрытие гирлянды, вызванное грозовым разрядом. После отключения линии прочность воздушного промежутка восстанавливается. Поэтому широкое применение нашло автоматическое повторное включение (АПВ). Выполняется также помимо однократного и многократное автоматическое повторное включение.

Успешное АПВ 45-70%.

Причины возникновения и следствия короткого замыкания.

Основной причиной переходных процессов являются преимущественно короткие замыкания. Последние являются результатом нарушения изоляции (старении материалов, перенапряжения, механические повреждения и т.д.). При выполнении упрощенных схем понижающих подстанций используются специальные аппараты – короткозамыкатели (одно-двухфазные). Последние создают преднамеренные короткие замыкания с целью быстрого отключения возникших ранее повреждений.

В зависимости от места возникновения и продолжительности повреждения последствия могут иметь различный характер. При коротком замыкании в удаленной точке сети величина тока короткого замыкания составляет небольшую долю номинального тока нескольких питающих генераторов (%) и такое короткое замыкание воспринимается как небольшое увеличение нагрузки. Сильное снижение напряжения наблюдается вблизи места трехфазного короткого замыкания, в то время как в других точках системы наблюдается незначительное снижение напряжения.

Следовательно, опасные последствия короткого замыкания наблюдаются лишь в ближайших к месту короткого замыкания частях системы.

Аналогичная картина наблюдается при пуске крупных двигателей (но не в столь резкой форме).

Обрыв цепи в слабо загруженной схеме существенных изменений не вызывает, в сильно загруженной схеме они могут быть значительны.

При прохождении (даже кратковременном) тока короткого замыкания он может вызвать дополнительный нагрев проводников.

Токи короткого замыкания могут также вызвать большие механические усилия, особенно на начальной стадии.

Глубокое снижение напряжения и резкое искажение симметрии вредно отражается на работе потребителей. Так при снижении напряжения на 30-40% в течение 1 секунды достаточно загруженные двигатели могут остановиться, оставаясь включенными в сеть, они еще более снижают напряжение, т.е. может наступить полное снижение электроснабжения.

При задержке отключения короткого замыкания может произойти нарушение устойчивости электрической системы, что является наиболее опасным последствием.

 Назначение расчетов и требования к ним.

Под расчетом электромагнитного переходного процесса вычисление токов и напряжений в рассматриваемой схеме при заданных условиях, в течение всего переходного процесса или для определенных моментов времени.

К таким задачам относятся:

  •  выбор схемы электрических соединений;
  •  выявление условий работы потребителей при аварийных режимах;
  •  выбор аппаратов и проводников и их проверка по условиям работы при коротком замыкании;
  •  проектирование и настройка устройств релейной защиты и автоматики;
  •  конструктивные решения элементов распределительных устройств на большие токи;
  •  выбор числа и мощности компенсирующих дугогасящих устройств;
  •  проектирование и проверка защитных заземлений;
  •  подбор характеристик разрядников для защиты от перенапряжений;
  •  Оценка и выбор систем возбуждения синхронных машин.

Основные допущения при расчетах.

Расчет электромагнитного переходного процесса в современных электрических системах с учетом всех факторов чрезвычайно сложен и практически не выполним. Поэтому вводят ряд допущений, которые зависят от постановки конкретной задачи. Однако для другой задачи они могут быть неприемлемы.

К ним относятся:

а) отсутствие насыщения магнитных систем. При этом все схемы оказываются линейными, расчет их значительно проще, в частности, могут быть использованы любые формы принципа наложения.

Кривая намагничивания

1 – действительная характеристика;

2 – расчетная характеристика.

б) Пренебрежение токами намагничивания трансформаторов и автотрансформаторов.

т.е. Iμ=0

Схему можно заменить:

в) Сохранение симметрии всех элементов трехфазной системы. Она нарушается обычно лишь какого-либо одного элемента, что происходит в результате его повреждения.

г) Пренебрежение емкостными проводимостями. Это является уместным и не искажает результаты, если в схеме нет продольной компенсации индуктивности цепи, т.е. С=0; ХС=∞; IC=0.

д) Приближенный учет нагрузок. В зависимости от стадии переходного процесса нагрузку приближенно характеризуют некоторым постоянным сопротивлением обычно индуктивным.

е) Отсутствие активных сопротивлений.

Условно. Приемлемо при определении начальных и конечных значений отдельных величин, характеризующих переходный процесс. Приближенно активные сопротивления учитывают при оценке постоянных времени свободных составляющих рассматриваемых величин.

Однако для сети с небольшими сечениями проводников, для сетей менее 1кВ допущение непригодно.

    ;                    .

ж) Пренебрежение качаниями синхронных машин. Если задача ограничена рассмотрением лишь начальной стадии переходного процесса (0.1-0.2сек. с момента нарушения режима).

Расчетные условия.

Например, при выборе выключателя при коротком замыкании должны быть определены наибольшие величины тока короткого замыкания, исходя из условия, когда включено наибольшее число генераторов.

  •  Короткое замыкание происходит непосредственно у выводов самого выключателя;
  •  Для выбора трубчатого разрядника требуется знать не только наибольшую, но и наименьшую величину тока короткого замыкания;
  •  Большое разнообразие расчетных условий встречается при выборе и настройке систем автоматически: исходные предшествующие режимы системы, виды повреждений, последовательность отклонений и т.д.

Т.е. число расчетных условий достаточно велико.

 

     


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

73844. ПСИХІЧНІ ПРОЦЕСИ: ПАМ’ЯТЬ, УЯВА, МИСЛЕННЯ, УВАГА 84 KB
  Особливості пам’яті та уява. ІІ Пам’ять – форма психічного відображення яка заклечається в закріпленні збереженні і послідуючому відтворенні минулого досвіду. Пам’ять пов’язує минуле суб’єкта с його дійсністю і майбутнім і є найважливішою пізнавальною функцією яка лежить в основі розвитку і навчання.
73845. ЕМОЦІЙНО-ВОЛЬОВА СФЕРА ОСОБИСТОСТІ 112.5 KB
  Рису характеру розуміють як схильність до нервової поведінки яка склалася в силу наявності певних потреб мотивів чи інтересів мотиваційні риси або в силу наявності певних звичок установок сталевих особливостей поведінки. Окремі властивості характеру залежать одне від одного та тісно пов’язані між собою вони створюють цілісну організацію яку називають структурою характеру. В структурі характеру виділяють дві групи рис. Під рисою характеру розуміють ті чи інші особливості особистості людини які систематично проявляються в різних видах...
73846. Діяльність та особистість 148.5 KB
  Діяльність в житті людини: види структура предмет. ДІЯЛЬНІСТЬ – можна визначити як специфічний вид активності людини спрямований на пізнання і творче перетворення навколишнього світу включаючи самого себе й умови свого існування. Навчання являє собою прогресивне відтворення людини як свідомої особистості на основі засвоєння ним практичного та теоретичного досвіду людства. Особливе місце в житті людини займає ПРАЦЯ.
73847. ПСИХОЛОГІЯ СПІЛКУВАННЯ 132.5 KB
  Спілкування: його структура, рівні, функції, основні способи впливу, види. Мова і спілкування. Механізм сприйняття людини людиною під час спілкування. Бар’єри спілкування. Конфлікт: поняття, види, структура, форми, засоби вирішення.
73848. ОСОБЛІВОСТІ ПСИХОЛОГІЇ УПРАВЛІННЯ 90.5 KB
  Суб’єкт і об’єкт психології управління. Управлінська діяльність та стилі управління. І ПСИХОЛОГІЯ УПРАВЛІННЯ – напрямок в психологічній науці що вивчає управлінську діяльність властивості та якості особистості що необхідні для її успішної реалізації.
73849. Суздальская земля X – XIII вв. 78.5 KB
  Одновременно с новгородскими делами Андрей решал и южные дела. В конце 1168 г. было собрано внушительное войско для похода на Киев. Во главе войска был поставлен сын Андрея Мстислав и боярин Борис Жидиславич.
73850. ПРОИСХОЖДЕНИЕ И ЭВОЛЮЦИЯ ЧЕЛОВЕКА 332 KB
  От примитивных приматов в середине палеогена возникли антропоиды – человекообразные обезьяны. Их древнейшие остатки относятся к нижнему олигоцену, а появление относят к позднему эоцену – 40 млн.
73851. ПЕРИОДИЗАЦИЯ ИСТОРИИ СРЕДНИХ ВЕКОВ. РАННИЙ ФЕОДАЛИЗМ. ГЕНЕЗИС ФЕОДАЛИЗМА В ЕВРОПЕ 116.5 KB
  Поэтому Европу принято делить на несколько регионов: ЮЗ – Италия Испания Южная Галлия Византия Франкское государство Германия Центральная Европа – Польша Чехия Венгрия Славяно-Балканский регион СЗ Скандинавия Британские острова. ПРОИСХОЖДЕНИЕ И РАССЕЛЕНИЕ СЛАВЯН. Происхождение славян. Первые известия о славянах.
73852. Правление Александра Невского 107 KB
  Даниил Александрович Юрий Даниилович Иван Калита. сообщает что Юрий заложил город Москву на новом месте. Так и на месте вятичского городка Юрий заложил новый город. Когда Константин временно примирился с братьями Юрий осадил Москву.