БРС-структура КП для ввода в БАРС

ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

БАРС-структура дисциплины для ввода в БАРС ЗЕТ = __5_
В приложение к диплому выносится оценка за освоение дисциплины за 7 семестр.

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
7.1 Основная литература:
Крючков И.П., Старшинов В.А., Гусев М.В. Переходные процессы в электроэнергетических системах. М.: Изд. дом МЭИ, 2008.
Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах. – М.: Энергия, 1970. – 520с
Буре И.Г., Родина Л.С. Расчет параметров систем промышленного электроснабжения в переходных режимах. М.: Издательство МЭИ, 2005.

Электромагнитные переходные процессы
Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий
Основные допущения
1) отсутствие насыщения магнитных систем;
2) пренебрежение токами намагничивания трансформаторов;
3) сохранение симметрии трехфазной системы;
4) пренебрежение емкостными проводимостями;
5) приближенный учет нагрузок;
6) неучет активных сопротивлений при расчете периодической слагающей тока КЗ;
7) отсутствие качаний синхронных машин.

Токи коротких замыканий
Система относительных единиц
Под относительным значением какой-либо величины следует понимать ее отношение к другой одноименной величине, выбранной за единицу измерения

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий
Если сопротивления элементов заданы в относительных номинальных единицах (о.н.е.), они определяются по тем же формулам, только в качестве базисных величин приняты номинальные
Иногда относительные величины сопротивлений выражают в процентах

Токи коротких замыканий
Пересчет к базисным условиям ЭДС и сопротивлений элементов схемы, заданных в о.н.е. производится по следующим соотношениям

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий
При составлении расчетной схемы замещения целесообразно одновременно с приведением параметров к базисным условиям осуществить приведение к одной ступени трансформации, выбранной за основную. Можно записать общие выражения для определения приведенных к основной ступени значений отдельных величин

Токи коротких замыканий
Для упрощения расчетов используют приближенное приведение, когда коэффициенты трансформации определяются по средним номинальным напряжениям

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий
Преобразование схем замещения
Для расчета тока в месте КЗ схему замещения необходимо привести к простейшему виду – ЭДС за реактивностью, непосредственно связанные с точкой КЗ, путем элементарных преобразований или используя более сложные методы и принципы.
Последовательное соединение сопротивлений

Токи коротких замыканий
2. Параллельное соединение сопротивлений

Токи коротких замыканий
3. Замена нескольких источников эквивалентным

Токи коротких замыканий
4. Преобразование треугольника в звезду

Токи коротких замыканий
5. Преобразование звезды в треугольник

Токи коротких замыканий
6. Метод рассечения в узле КЗ

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий
9. Применение метода собственных и взаимных сопротивлений

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий
Переходный процесс в простейшей трехфазной цепи

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий
Действующее значение тока КЗ

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий
Внезапное КЗ синхронной машины
Параметры схемы замещения СГ в начальный и установившийся моменты переходного процесса

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий
Характеристики двигателей и нагрузки

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий
Приближенный учет системы

Расчет токов КЗ и выбор электрооборудования
Расчетные условия для проверки аппаратуры и токоведущих частей по режиму короткого замыкания
Электрические аппараты и шинные конструкции распределительных устройств должны быть проверены на электродинамическую и термическую устойчивость.
Расчетным видом короткого замыкания при проверке электродинамической стойкости аппаратов и жестких шин с относящимися к ним поддерживающими и опорными конструкциями является трехфазное короткое замыкание. Термическую стойкость следует проверять также по трехфазному короткому замыканию. Исключение представляют аппараты и проводники в цепи генераторов, для которых необходимо проверить их термическую стойкость при времени действия резервной защиты генератора. Аппаратура и токопроводы, применяемые в цепях генераторов мощностью 60 МВт и более, а также в цепях блоков генератор-трансформатор такой же мощности, должны проверяться по термической стойкости, исходя из расчетного времени короткого замыкания 4с. Поэтому для цепи генератора следует рассмотреть трёхфазное и двухфазное короткое замыкание.

Отключающую способность аппаратов в незаземленных или резонансно-заземленных сетях (сети напряжением до 35 кВ включительно) следует проверять по току трехфазного короткого замыкания.
В эффективно-заземленных сетях (сети напряжением 110 кВ и выше) определяют токи при трехфазном и однофазном коротком замыкании, а проверку отключающей способности делают по более тяжелому режиму с учетом условий восстановления напряжения.

Проверка на электродинамическую стойкость. Ударные токи короткого замыкания могут вызвать поломки электрических аппаратов и шинных конструкций. Чтобы этого не произошло, каждый тип аппаратов испытывают на заводе, устанавливая для него наибольший допустимый ток короткого замыкания (амплитудное значение полного тока) iдин. В литературе встречается и другое название этого тока – предельный сквозной ток короткого замыкания iпр.скв.
Условие проверки на электродинамическую стойкость имеет вид
iу ≤ iдин,
где iу – расчетный ударный ток в цепи.

Проверка на термическую стойкость. Проводники и аппараты при коротком замыкании не должны нагреваться выше допустимой температуры, установленной нормами для кратковременного нагрева.
Для термической стойкости аппаратов должно быть выполнено условие
Bк ≤ I2тер ⋅ tтер ,
где Bк − импульс квадратичного тока короткого замыкания, пропорциональный количеству тепловой анергии, выделенной за время короткого замыкания;
Iтер − номинальный ток термической стойкости аппарата;
tтер − номинальное время термической стойкости аппарата.
Импульс квадратичного тока короткого замыкания
Bк=∫ I2к.tdt= Bк.п+ Bк.а
где Iк.t– действующее значение полного тока короткого замыкания в момент t;
tотк – время от начала короткого замыкания до его отключения;
tотк = tр.з + tо.в,
Bк.п − тепловой импульс периодической составляющей тока короткого замыкания;
Bк.а −тепловой импульс апериодической составляющей тока короткого замыкания.
Для удаленного КЗ
Bк = I2п0⋅( tотк + Tа)

Выбор выключателей
Выключатели выбирают:
- по номинальному напряжению Uуст≤Uном
- по номинальному току Iнорм ≤ Iном; Imax ≤ Iном
- по отключающей способности.
По ГОСТ 687-78Е отключающая способность выключателя характеризуется следующими параметрами:
а) номинальным током отключения Iотк.ном в виде действующего значения периодической составляющей отключаемого тока;
б) допустимым относительным содержанием апериодической составляющей в токе отключения βн,%;
в) нормированными параметрами переходного восстанавливающего напряжения (ПВН).

Номинальный ток отключения Iотк.ном и βн отнесены к моменту прекращения соприкосновения дугогасительных контактов выключателя τ. Время τ от начала короткого замыкания до прекращения соприкосновения дугогасительных контактов определяют по выражению
τ = tз.min + tс.в,
где tз.min = 0,01 c – минимальное время действия релейной защиты;
tс.в – собственное время отключения выключателя.
Допустимое относительное содержание апериодической составляющей (нормированная асимметрия номинального тока отключения) в отключаемом токе
βн =(iа.ном/√2 Iотк.ном) *100%
где iа.ном-номинальное допускаемое значение апериодической составляющей в отключаемом токе в момент размыкания дугогасительных контактов для времени τ.
Если τ > 0,09с, то принимают βн = 0

Типовые кривые изменения относительного значения периодической составляющей тока КЗ от турбогенераторов с тиристорной системой само возбуждения
Удаленность точки КЗ от синхронной машины характеризуется отношением действующего значения периодической составляющей тока этой машины в начальный момент КЗ к номинальному току машины
Если отношение действующего значения периодической составляющей тока синхронной машины в начальный момент КЗ к ее номинальному току менее двух, то короткое замыкание следует считать удаленным и периодическую составляющую тока КЗ принимать неизменной по амплитуде.

В первую очередь производится проверка на симметричный ток отключения по условию
Iп.τ ≤ Iотк.ном,
где Iп.τ – действующее значение периодической составляющей тока короткого замыкания для времени τ, определяется расчетом.
Затем проверяется возможность отключения апериодической составляющей тока короткого замыкания iа.τ в момент расхождения контактов τ по условию
iа.τ ≤ iа.ном=√2 Iотк.ном* βн/100
Если условие Iп.τ ≤ Iотк.ном выполняется, а iа.τ> iа.ном, то допускается проверку по отключающей способности производить по полному току короткого замыкания:
√2 Iп.τ+ iа.τ≤√2 Iотк.ном* (1+βн/100)
Проверка на электродинамическую стойкость выполняется по условиям
Iп.0 ≤ Iпр.скв= Iдин iу ≤iпр.скв= iдин
На термическую стойкость выключатель проверяется по тепловому импульсу тока короткого замыкания:
Bк ≤ I2тер ⋅ tтер

Выбор разъединителей, отделителей, выключателей нагрузки и короткозамыкателей
Разъединители, отделители, выключатели нагрузки выбираются:
- по номинальному напряжению
- по номинальному длительному току
- по конструкции, роду установки;
- по электродинамической стойкости
- по термической стойкости
Короткозамыкатели выбираются по тем же условиям, но выбор по номинальному току не требуется.
При выборе выключателей нагрузки следует добавить условие выбора по току отключения:
Iраб.max ≤ Iотк,
где Iотк − номинальный ток отключения выключателя нагрузки.
Отключающая способность выключателя нагрузки рассчитана на отключение токов рабочего режима.

Выбор трансформаторов тока
Трансформаторы тока, предназначенные для питания измерительных
приборов, выбираются:
- по номинальному напряжению
- по номинальному току (причем, номинальный ток должен быть как можно ближе к рабочему току установки, так как недогрузка первичной обмотки приводит к увеличению погрешностей);
- по конструкции и классу точности;
- по электродинамической стойкости
- по термической стойкости;
Выбор класса точности определяет назначение трансформатора тока. В соответствии с ПУЭ:
а) трансформаторы тока для включения электроизмерительных приборов должны иметь класс точности не ниже 3;
б) обмотки трансформаторов тока для присоединения счётчиков, по которым ведутся денежные расчеты, должны иметь класс точности 0,5;
в) для технического учёта допускается применение трансформаторов тока класса точности 1.
Для обеспечения выбранного класса точности необходимо, чтобы действительная нагрузка вторичной цепи Z2 не превосходила нормированной для данного класса точности нагрузки Z2ном, Ом, т.е.
Z2 ≤ Z2ном.

Токи коротких замыканий
Несимметричные короткие замыкания
Метод симметричных составляющих

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий
Параметры схем замещения отдельных последовательностей
Прямая последовательность
Все параметры соответствуют параметрам симметричного режима
Обратная последовательность

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий
Нулевая последовательность

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий
Правило эквивалентности прямой последовательности

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий

Токи коротких замыканий

Мероприятия по ограничению токов КЗ
Требуемая степень ограничения токов КЗ определяется, в первую очередь, отключающей способностью установленных выключателей с учетом их количества и возможности модернизации. Ограничение уровня токов КЗ может определяться также необходимостью обеспечения электродинамической стойкости обмоток трансформаторов, электрической прочности кабелей связи и другими условиями.
Наиболее распространенными и действенными способами ограничения токов КЗ являются: секционирование электрических сетей; установка токоограничивающих реакторов; широкое использование трансформаторов с расщепленными обмотками низшего напряжения.

Первый способ является эффективным средством, которое позволяет уменьшить уровни токов КЗ в реальных электрических сетях в 1,5 – 2 раза.
Когда выключатель QB включен, ток КЗ от генераторов G1 и G2 проходит непосредственно к месту повреждения и ограничен лишь сопротивлением генераторов и трансформаторов соответствующих энергоблоков.
Если выключатель QB отключен, в цепь КЗ дополнительно включается сопротивление линий. Ток КЗ от генераторов G1 и G2 при этом резко снижается по сравнению с предыдущим случаем.
СЕКЦИОНИРОВАНИЕ СЕТИ (СДС)

ОПЕРЕЖАЮЩЕЕ ДЕЛЕНИЕ СЕТИ В РЕЖИМЕ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ (ОДС)
При опережающем делении сети в период между возникновением и отключением короткого замыкания автоматически отключается один или несколько заранее выбранных выключателей с целью уменьшения тока короткого замыкания, а после отключения поврежденного присоединения указанные выключатели автоматически включаются. Это позволяет уменьшить ток короткого замыкания, отключаемый выключателем поврежденной цепи, при сохранении преимуществ работы замкнутой сети в нормальном режиме.
Указанная операция может быть осуществлена, как правило, без задержки отключения выключателя поврежденной цепи при использовании релейных защит с уменьшенным временем действия или выключателей с уменьшенным временем отключения.
Пример схемы опережающего деления сети
выключателем автотрансформатора при использовании автоматики, исключающей АПВ линии с большой величиной тока КЗ:
1 - контроль тока (ток КЗ превысил заданную уставку);
2 - блокирование пуска АПВ по условию отсутствия напряжения на линии электропередачи;
3 - устройство передачи ВЧ импульса по линии электропередачи;
4 - разрешение пуска АПВ по условию отсутствия напряжения на линии электропередачи

ПРИМЕНЕНИЕ ТОКООГРАНИЧИВАЮЩИХ РЕАКТОРОВ

В состав БТУ входят: реактор с большим индуктивным сопротивлением, емкость, настроенная в резонанс с реактором так, чтобы результирующее сопротивление БТУ в нормальном режиме приближалось к минимально возможному. Параллельно емкости включена индуктивность в нормальном режиме с ненасыщенным ферромагнитным сердечником. Индуктивность в нормальном режиме имеет большое сопротивление, и ток через нее мал. При КЗ ток через емкость возрастает, увеличивается падение напряжения на ней, а следовательно, и напряжение на индуктивности. Последняя переходит в режим насыщения сердечника, резко уменьшает свое сопротивление и закорачивает емкость. Ток КЗ ограничивается нескомпенсированным в данном случае реактором.
Безынерционное токоограничивающее устройство

ОГРАНИЧЕНИЕ ТОКОВ НЕСИММЕТРИЧНЫХ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ
Для ограничения токов несимметричных КЗ на землю обычно разземляют нейтраль части трансформаторов на электростанции или подстанции. Этот способ наиболее прост, поэтому следует в первую очередь рассматривать возможность его применения. Недостатками такого способа токоограничения являются возможность выделения в аварийных ситуациях участков сети с недостаточной степенью заземления нейтрали, трудности с защитой изоляции нейтрали, а также недопустимость разземления нейтрали автотрансформаторов по условиям их работы.
В тех случаях, когда указанный способ применяться не может, следует рассмотреть целесообразность ограничения тока при помощи включения в нейтраль трансформатора резистора или реактора.

Заземление нейтрали трансформатора через реактор или резистор так же, как и разземление нейтрали у части трансформаторов, имеет свои преимущества и недостатки. Очевидно, что активное сопротивление резистора и индуктивное сопротивление ветви, в которую он включен, складываются геометрически, в то время как индуктивное сопротивление реактора и указанное индуктивное сопротивление ветви складываются арифметически. Поэтому для достижения одинаковой степени увеличения полного сопротивления нулевой последовательности схемы сопротивление резистора, включенного в нейтраль, должно быть больше сопротивления реактора.
Таким образом, при одной и той же величине тока КЗ напряжение на нейтрали, заземленной через резистор, будет выше, чем на нейтрали, заземленной через реактор. Это является существенным недостатком варианта заземления нейтрали через резистор. Преимуществом этого способа является то, что резистор значительно ускоряет затухание апериодической составляющей тока КЗ и тем самым ограничивает ударный ток КЗ.

Использование реактора, так же как и разземления нейтрали у части трансформаторов, позволяет ограничить ударный ток только в той степени, в какой он ограничивает периодическую составляющую тока КЗ. Преимуществом заземления нейтрали трансформатора через реактор является значительно большее ограничение периодической составляющей тока КЗ при том же напряжении на нейтрали трансформатора. Однако нейтраль трансформатора, заземленная через реактор, с точки зрения грозовых перенапряжений является изолированной и требует специальной защиты, в то время как грозозащита нейтрали, заземленной через резистор, осуществляется самим резистором.