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

42282. ОСНОВНОЕ УРАВНЕНИЕ ДИНАМИКИ ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ВОКРУГ НЕПОДВИЖНОЙ ОСИ 981 KB
  Изучение динамики вращательного движения твердого тела. Исследование зависимости угла поворота твердого тела от времени, экспериментальная проверка основного уравнения динамики вращательного движения, определение момента инерции твердого тела как коэффициента пропорциональности в основном уравнении
42283. ИЗУЧЕНИЕ УПРУГИХ СВОЙСТВ ПРУЖИНЫ 2.68 MB
  Если пружина находится в равновесии то силы действующие на любую часть пружины уравновешены рис. По закону Гука сила упругости пропорциональна деформации пружины : 1 где проекция силы упругости на ось направленную вдоль оси пружины рис. Рис. Одной из упругих характеристик...
42284. ЦЕНТРОБЕЖНАЯ СИЛА 843 KB
  Исследование зависимости величины центробежной силы от массы тела угловой скорости и расстояния до оси вращения. Вместе с платформой вращается привязанная к оси вращения небольшая тележка. Рассмотрим небольшой груз массы m подобно тележке привязанный к оси вращения нерастяжимой невесомой нитью и вращающийся вместе с платформой.1 этот груз схематически изображён слева от оси вращения.
42285. ИЗУЧЕНИЕ КОЛЕБАНИЙ СВЯЗАННЫХ МАЯТНИКОВ 1.67 MB
  Измерение собственных частот колебаний и частоты биений экспериментальная проверка соотношения между этими частотами. Теоретическая часть Биения Гармоническими колебаниями называются колебания которые описываются формулой 1 где координата колеблющейся точки амплитуда колебаний циклическая частота период колебаний начальная фаза. Амплитуда колебаний и начальная фаза определяются начальными условиями:...
42286. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОМЕНТА ИНЕРЦИИ ТВЕРДОГО ТЕЛА И ПРОВЕРКА ТЕОРЕМЫ ШТЕЙНЕРА 1.78 MB
  Теоретическая часть Момент инерции это величина зависящая от распределения масс в теле и являющаяся мерой инертности тела при вращательном движении. Момент инерции тела относительно оси вращения определяется выражением 1 где элементарные точечные массы на...
42287. КОЛЕБАНИЯ СТРУНЫ 6.2 MB
  Исследование зависимости частоты колебаний струны от силы натяжения длины и линейной плотности материала струны. Оборудование: Установка включающая в себя устройство для натяжения струны с динамометром измерительную линейку с подвижными порожками электрическую лампочку с держателем фотоэлемент низкочастотный усилитель осциллограф и универсальный счетчик; резиновый молоток; набор струн. Колебания струны как пример стоячей волны На практике стоячие волны возникают при отражении волн от преград: падающая на преграду волна и бегущая ей...
42288. Уравнение состояния идеального газа 2.55 MB
  Оборудование: Установка включающая в себя газовый шприц в стеклянном корпусе нагреватель датчик давления датчик температуры блок управления Cobr3 компьютер. Чтобы показать это раскроем физический смысл давления газа и температуры. Существует два определения температуры: одно использует термодинамический подход другое молекулярнокинетический. В термодинамике понятие температуры вводится как характеристика степени нагретости вещества.
42289. МИКРОПРОГРАММИРОВАНИЕ КОМАНД СМ ЭВМ 67 KB
  Цель работы: Знакомство с принципами микропрограммной эмуляции ЭВМ с программным управлением микропрограммирование машинных команд СМ ЭВМ. по условию CH 0 Конец...