Аварийные и особые режимы работы электрооборудования

АВАРИЙНЫЕ И ОСОБЫЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

Руководство по изучению теоретической части курса

Омск–2005

Составители: Ю.З. Ковалёв, д–р техн. наук, проф.,

А.В. Беспалов, канд. техн. наук, доц.

Руководство определяет объем и содержание теоретической части курса «Аварийные и особые режимы работы электрооборудования» для студентов специальностей 140610 «Электрооборудование и электрохозяйство предприятий, организаций и учреждений» и 080801 «Прикладная информатика (в электрооборудовании и электрохозяйстве предприятий, организаций и учреждений)». Содержит список рекомендуемой литературы, основные термины и определения курса, условные обозначения и единицы измерения основных величин, основные формулы и соотношения, а также контрольные вопросы для самопроверки.

Печатается по решению редакционно–издательского совета Омского государственного технического университета.

Содержание

Рабочая программа лекционного курса. 4

Список основной литературы.. 7

Список дополнительной литературы.. 7

Список нормативной литературы.. 7

Терминология. 8

Обозначения и единицы измерения основных величин. 24

Основные схемы и формулы.. 26

Контрольные вопросы по лекционному курсу. 40

Рабочая программа лекционного курса

Цели и задачи дисциплины

Обучение студентов навыкам расчета токов коротких замыканий и неполнофазных режимов для выбора оборудования, определения условий электроснабжения и других целей в соответствии с производственными задачами. Задачей дисциплины также является обучение студентов навыкам определения режимов работы электрооборудования при нарушении нормальной работы системы и в особых режимах.

После изучения дисциплины студент должен знать:

Ø принципы составления схем замещений для расчета коротких замыканий, неполнофазных режимов и других расчетов;

Ø качественный характер протекания переходных процессов во всех основных элементах систем электроснабжения;

Ø практические методы расчета токов короткого замыкания;

Ø практические методы определения статической и динамической устойчивости электрооборудования;

студент должен уметь:

Ø составлять схемы замещения и рассчитывать их параметры для любого режима работы электрооборудования;

Ø рассчитывать ток КЗ в любой момент времени для любого вида КЗ в достаточно сложной разветвленной сети;

Ø рассчитывать неполнофазные и несимметричные режимы в электрических сетях и системах электроснабжения;

Ø определять запас устойчивости основных схем электрооборудования;

Ø определять допустимость и характеристики пуска, самозапуска и асинхронного хода электродвигателей и генераторов.

Объем дисциплины и виды учебной работы в часах

Вид занятий	Всего (час.)	семестры
Всего аудиторных занятий:
Лекции
Практические занятия
Лабораторные работы
Самостоятельная работа:
Курсовой проект (работа)
Расчетно–графические работы
Рефераты
Домашнее задание
Всего по курсу
Вид итогового контроля (зачет, экзамен)	экз.						зач.	экз

Содержание курса по разделам

1. Аналитические методы расчета переходных процессов.

2. Практические методы расчета трехфазных коротких замыканий.

3. Практические методы расчета несимметричных коротких замыканий.

4. Практические методы расчета продольных несимметрий и других повреждений.

5. Статическая устойчивость электрических систем.

6. Динамическая устойчивость электрических систем.

7. Пуск и самозапуск электродвигателей.

Содержание курса лекций

№ раздела	Содержание лекционного курса	Часы	литература	опре–деления
	1. Основные понятия. Трехфазное короткое замыкание (КЗ) в неразветвленной цепи. Трехфазное КЗ за трансформатором. Дифференциальные уравнения переходного процесса в синхронной машине в фазных координатах. Линейные преобразования этих уравнений. Уравнения Парка–Горева.		2 – гл.1, §4.1, 4.3, 4.4	1–43
2. Переходный процесс в синхронной машине при трехфазном КЗ без учета и с учетом влияния демпферных контуров. Влияние системы возбуждения на переходный процесс. Переходный процесс в синхронной машине при трехфазном КЗ без учета и с учетом влияния автоматической регулировки возбуждения. Переходный процесс в асинхронной машине при трехфазном КЗ на выводах.		2 – §4.4, 4.5	44–67
	3. Особенности и принципы выполнения практических расчетов переходных процессов КЗ. Начальный момент времени, установившийся режим, переходный режим. Периодическая и апериодическая составляющие тока КЗ. Система относительных единиц. Приведение магнитосвязанных цепей к одному уровню напряжения.		2 – гл.3, §4.3, 4.7	68–94
4. Схемы замещения элементов систем электроснабжения для начального момента времени и установившегося режима. Воздушные и кабельные линии; трансформатор; реактор; асинхронный двигатель; обобщенная нагрузка. Схемы замещения синхронных машин для различных этапов расчета. Расчет начального значения периодической составляющей. Расчет апериодической составляющей и ударного тока КЗ.		2 – гл. 2	95–108
5. Расчет установившегося значения тока КЗ. Метод типовых кривых для расчета переходного тока КЗ. Другие практические методы расчета.		2 – §4.6	109–116
	6. Режимы заземления нейтрали в системах электроснабжения. Применение метода симметрических составляющих для анализа переходных процессов при несимметричных КЗ в трехфазных цепях, содержащих синхронные машины. Параметры прямой, обратной и нулевой последовательности различных элементов электроэнергетической системы. Схемы замещения нулевой последовательности трансформаторов. Схемы замещения нулевой последовательности воздушных линий.		2 – §5.1, 5.2	117–136
7. Составление схем замещения прямой, обратной и нулевой последовательности. Расчет токов и напряжений при различных несимметричных КЗ: двухфазном, однофазном и двухфазном на землю. Комплексные схемы замещения.		2 – §5.3, 5.4	137–138
	8. Особенности расчета КЗ в распределительных сетях и системах электроснабжения 3…35 кВ. Замыкание на землю в сети с изолированной нейтралью.		2 – §7.1, 7.2	139–141
9. Особенности расчета токов КЗ в электроустановках напряжением до 1 кВ. Способы ограничения токов КЗ. Уровни токов КЗ.		2 – §7.3, гл. 8	142–144
10. Использование метода симметричных составляющих для расчета неполнофазных режимов. Схемы замещения при разрыве одной и двух фаз.		2 – §5.5
11. Сложные виды повреждений: разрыв фазы с одновременным КЗ, двойное замыкание на землю в установках с изолированной нейтралью.		2 – §5.6	146–148
	12. Статическая устойчивость электрической системы; практические критерии устойчивости; схемы замещения при анализе устойчивости.		2 – §9.1, 9.2, 9.3, 9.4	149–132
13. Основные случаи анализа устойчивости. Статическая устойчивость с учетом действия регуляторов возбуждения и скорости.		2 – с 9.5 по 9.13	164–165
	14. Динамическая устойчивость электрической системы; способы приближенного решения уравнения движения ротора генератора; анализ процессов с учетом форсировки возбуждения. Понятие результирующей устойчивости; процесс выпадения генератора из синхронизма, условие ресинхронизации, асинхронный ход.		2 – §10.1, 10.2, 10.3, 10.10, гл. 11	166–178
15. Практические способы расчета динамики. Способ площадей. Метод последовательных интервалов. Применение ЭВМ при расчете динамических процессов. Методы повышения устойчивости.		2 – §10.4, 10.5, 10.6, 10.11, гл. 12
	16. Переходные процессы в узлах нагрузки системы, устойчивость узлов нагрузки, пуск электродвигателей.		2 – §10.7, 10.8	179–186
17. Самозапуск электродвигателей: причины, способы расчета, анализ характера процесса.		2 – §10.10	187, 188

Список основной литературы

1. Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования РД 153–34.0–20.527–98 / Под ред. Б.Н. Неклепаева. – М.: Изд–во НЦ ЭНАС. 152 с.

2. Куликов Ю. А. Переходные процессы в электрических системах: Учеб. посо­бие. Новосибирск: НГТУ; М.: Мир: ООО «Издательство АСТ», 2003. 283 с.

3. Переходные процессы в системах электроснабжения: Учебник / В.Н. Винославский, Г.Г. Пивняк, Л.И. Несен и др. К.:Выща шк., 1989. 422 с.

Терминология

(в соответствии с ГОСТ 26522–85, ГОСТ 18624–73, ГОСТ 27471–87,

Основные схемы и формулы

1. Мгновенное значение тока фазы А для КЗ в неразветвленной цепи

2. Начальное значение апериодической составляющей тока КЗ в простейшей цепи

.

3. Постоянная времени .

4. Ударный ток в простейшей цепи .

5. Ток первичной обмотки трансформатора при коротком замыкании на вторичной обмотке

,

где – постоянная времени первичной обмотки,

– постоянная времени вторичной обмотки,

, , .

6. Ток вторичной обмотки трансформатора при коротком замыкании

.

7. Система дифференциально–алгебраических уравнений синхронной машины в фазных координатах

8. Коэффициент взаимоиндукции между обмоткой возбуждения и обмотками фаз

9. Коэффициент взаимоиндукции между демпферной обмоткой в продольной оси ротора и обмоткой фазы А

.

10. Коэффициент взаимоиндукции между демпферной обмоткой в поперечной оси ротора и обмоткой фазы А

11. Индуктивности фазных обмоток и взаимоиндуктивности между ними

12. Формулы замены фазных координат на систему координат d, q, 0

13. Формулы замены системы координат d, q, 0 на фазные координаты

.

14. Система уравнений Парка–Горева для синхронной машины

15. Уравнение движения синхронной машины

где – электромагнитный момент.

16. Мгновенное значение полного тока КЗ на выводах генератора без АРВ в любой момент времени

17. Внешнее сопротивление цепи генератора хвн, при КЗ за которым сверхпереходный III и установившийся I∞ токи одинаковы

.

18. Мгновенное значение полного тока КЗ на выводах генератора с демпферными обмотками при форсировке возбуждения (при этом напряжение на вы­водах обмотки возбуждения мгновенно воз­растает до предельного значения)

19. Переходные э. д. с. и индуктивное сопротивление машины без демпферных обмоток

20. Сверхпереходные э. д. с. и индуктивное сопротивление машины с демпферными контурами

;

21. Приближенно для машин без демпферных контуров

.

22. Приближенно для машин с демпферными контурами

.

23. Периодические составляющие синхронной машины по осям d и q в произвольный момент времени

;

;

; .

24. Установившийся ток КЗ

25. Постоянные времени затухания токов

; ; ; .

26. Постоянная времени обмотки возбуждения при замкнутой статорной и разомкнутой демпферной обмотках , .

27. Постоянная времени демпферной обмотки при замкнутой обмотке статора и разомкнутой обмотке возбуждения

, , .

28. Полный ток КЗ фазы А синхронного генератора

,

где ; – сопротивление обратной последовательности.

29. Сверхпереходное индуктивное сопротивление асинхронного двигателя

30. Сверхпереходная ЭДС асинхронного двигателя

.

31. Приближенно для АД

32. Критерий пренебрежения активной составляющей сопротивления .

33. Напряжение (ток, мощность, сопротивление) в относительных единицах ; ; ; ; ; ; .

34. Соотношения для базисных условий , .

35. Пересчет на базисные условия из номинальных

; ; .

36. Точное приведение параметров расчетной схемы к одному уровню напряжения при расчетах в именованных единицах

, ,

где n – отношение напряжения холостого хода обмотки трансформатора (автотрансформатора), обращенной в сторону выбранной основной ступени напряжения сети к напряжению холостого хода обмотки, обращенной в сторону ступени, подлежащей приведению.

37. Точное приведение параметров расчетной схемы к одному уровню напряжения при расчетах в относительных единицах .

38. Приближенное приведение параметров расчетной схемы к одному уровню напряжения при расчетах в именованных единицах

; ,

где среднее номинальное напряжение U_СР выбирается из ряда средних номинальных напряжений сетей, кВ: 3,15; 6,3; 10,5; 13,8; 15,75; 18; 20; 24; 27; 37; 115; 154; 230; 340; 515; 770; 1175

39. Приближенное приведение параметров расчетной схемы к одному уровню напряжения при расчетах в относительных единицах – U_Б,Н=U_СР,Н .

40. Расчетные схемы и схемы замещения элементов СЭС

Наименование элемента	Расчетная схема	Схема замещения для начального момента времени	Формулы для расчета параметров схемы замещения (неуказанные параметры являются справочными данными элементов)
Синхронный генератор			,
Система			,ЕС=Uср. ном
Синхронный двигатель, синхронный компенсатор			,
Асинхронный двигатель			, , ,
Комплексная нагрузка
Двухобмоточный трансформатор (автотрансформатор)			,
Трехобмоточный трансформатор (автотрансформатор)
Трансформатор с расщепленной обмоткой НН
Реактор
Сдвоенный реактор			, ,
Кабельная линия			ХКЛ=ХУД×lЛ, RКЛ=RУД×lЛ
Воздушная линия			ХВЛ=ХУД×lЛ, RВЛ=RУД×lЛ

41. Эквивалентные преобразования схем

Исходная схема	Схема после преобразования	Эквивалентные соотношения

42. Начальное действующее значение периодической составляющей тока в месте КЗ

.

43. Начальное действующее значение периодической составляющей тока в месте КЗ при приближенных расчетах или .

44. Начальное значение апериодической составляющей тока КЗ .

45. Апериодическая составляющая тока КЗ многоконтурной схемы в произвольный момент вре­мени .

46. Эквивалентная постоянная времени

; ; .

47. Апериодическая составляющая тока КЗ многолучевой схемы в произвольный момент вре­мени .

48. Ударный ток .

49. Ударный коэффициент при последовательной схеме

; ; .

50. Ударный коэффициент при многоконтурной схеме

; .

51. Ударный коэффициент при X_эк/R_эк > 5; .

52. Ударный ток при многолучевой схеме .

53. Соотношения параметров генератора для режима номинального напряжения при установившемся КЗ: ; ; ; .

54. Соотношения параметров генератора для режима предельного возбуждения при установившемся КЗ: ; ; ; .

55. Критические ток и сопротивление при установившемся режиме КЗ:

; .

56. Электрическая удаленность точки КЗ от синхронной машины

.

57. Периодическая составляющая тока КЗ от синхронной машины в заданный момент времени .

58. Периодическая составляющая тока КЗ от синхронного двигателя в заданный момент времени .

59. Периодическая составляющая тока КЗ от асинхронного двигателя в заданный момент времени .

60. Расчет периодической составляющей тока КЗ при учете электродвигателей и системы: .

61. Действующее значение периодической составляющей тока КЗ в произвольный момент времени с учетом электродвигателей и статической нагрузки

.

62. При КЗ за общим для узла нагрузки и системы сопротивлением

, .

63. Оператор фазового сдвига .

64. Определение фазных токов через симметричные составляющие:

I_А= I_A1+I_А2 +I_А0,

I_B= a²×I_A1+a×I_А2 +I_А0,

I_C= a×I_A1+a²×I_А2 +I_А0.

65. Определение симметричных составляющих через фазные токи:

I_А1= 1/3(I_A+a×I_B+a²×I_C ),

I_А2= 1/3(I_A+a²×I_B+a×I_C ),

I_А0= 1/3(I_A+I_B+I_C ).

66. Основные уравнения для фазы А при поперечной несимметрии:

;

67. Схемы замещения нулевой последовательности трансформаторов

Расчетная схема	Обозначение	Схема замещения
	Y0/Y0; У0/У0
	Y0/D; У0/Д
	Y0/Y; У0/У
	Y0/D/D; У0/Д/Д
	Y0/Y/D; У0/У/Д
	Y0/Y0/D; У0/У0/Д

68. Индуктивное сопротивление нулевой последовательности одноцепной воздушной линии без заземленных тросов (Ом/км) ,

где D₃ = 935 м – эквивалентная глубина возврата тока через землю,

–средний геометрический радиус системы трех проводов линии,

– среднее геометрическое расстояние между проводами фаз А, В, C.

69. Индуктивное сопротивление нулевой последовательности одноцепной воздушной линии с одним или несколькими заземленными тросами: ,

где , , .

70. Индуктивное сопротивление нулевой последовательности одной из двух
параллельных цепей, соединенных по концам, без заземленных тросов (Ом/км):

, , .

71. Индуктивное сопротивление нулевой последовательности одной из двух одинаковых параллельных цепей, имеющих заземленные тросы и соединенных по концам (Ом/км): .

72. Правило эквивалентности прямой последовательности .

73. Модуль фазного тока в месте несимметричного КЗ .

74. Граничные условия для однофазного КЗ: , , .

75. Коэффициенты для однофазного КЗ , m₍₁₎=3.

76. Симметричные составляющие токов: .

77. Симметричные составляющие напряжений

, , .

78. Фазные токи: ; , .

79. Фазные напряжения: , , .

80. Граничные условия для двухфазного КЗ: , , .

81. Коэффициенты для двухфазного КЗ: , m⁽¹⁾= .

82. Симметричные составляющие токов: , .

83. Симметричные составляющие напряжений: .

84. Фазные токи: , , .

85. Фазные напряжения: , .

86. Граничные условия для двухфазного КЗ на землю: , .

87. Коэффициенты для двухфазного КЗ на землю:

, .

88. Симметричные составляющие токов: , .

89. Симметричные составляющие напряжений: .

90. Фазные токи: ,

,

.

91. Фазные напряжения: , .

92. Учет переходного сопротивления в месте однофазного КЗ:

93. Учет переходного сопротивления в месте двухфазного КЗ:

94. Учет переходного сопротивления в месте двухфазного КЗ на землю:

95. Симметричные составляющие токов при замыкании на землю:

.

96. Симметричные составляющие напряжений при замыкании на землю:

, .

97. Полный ток в месте замыкания на землю .

98. Оценка порядка значения тока замыкания на зем­лю .

99. Активное сопротивление проводника ,

где – условная температура, равная: для меди 234 °С, для алюминия 236 °С.

100. Температура проводника до короткого замыкания

.

101. Увеличение активного сопротивления проводников при КЗ

, ;

102. Конечная температура нагрева проводника без учета теплоотдачи (адиабатический процесс, ) при металлическом КЗ .

103. Конечная температура нагрева кабеля при КЗ с учетом теплоотдачи в изоляцию .

104. Сопротивление (мОм) эквивалентного источника (системы) при КЗ в сетях до 1 кВ .

105. Ток трехфазного КЗ в сетях до 1кВ без учета подпитки .

106. Суммарное активное сопротивление при расчете КЗ в сетях до 1 кВ

.

107. Суммарное индуктивное сопротивление при расчете КЗ в сетях до 1 кВ:

.

108. Активное и индуктивное сопротивления (мОм) прямой последовательности понижающего трансформатора, приведенные к ступени низшего напряжения сети:

, .

109. Ток однофазного КЗ в сетях до 1кВ без учета подпитки

.

110. Суммарное активное сопротивление нулевой последовательности при расчете КЗ в сетях до 1 кВ .

111. Суммарное индуктивное сопротивление нулевой последовательности при расчете КЗ в сетях до 1 кВ .

112. Ток двухфазного КЗ в сетях до 1кВ без учета подпитки .

113. Ток трехфазного КЗ в сетях до 1кВ в произвольный момент времени без учета подпитки .

114. ЭДС синхронного электродвигателя

.

115. Активное сопротивление асинхронного электродвигателя

.

116. Индуктивное сопротивление асинхронного электродвигателя

.

117. Ударный ток подпитки асинхронного электродвигателя

.

118. Среднее значение активного сопротивления дуги в начальный момент КЗ

; .

119. Сопротивление цепи КЗ:

при трехфазном КЗ ,

при двухфазном КЗ ,

при однофазном КЗ .

120. Система уравнений для продольной несимметрии:

;

;