Электромагнитный переходный процесс

Электромагнитные переходные процессы сопровождаются изменением электромагнитного состояния элементов электрической сети. Механические параметры режима остаются неизменными. Скорость протекания от 50 до 150 Гц.

Описание

Электромагнитные переходные процессы возникают:

• при включении и отключении двигательных и других агрегатов;
• в результате коротких замыканий (КЗ) и простых замыканий;
• при местной несимметрии;
• при работе форсировки возбуждения, регуляторов возбуждения, автоматов гашения поля и т.п.;
• несинхронного включения синхронных машин (СМ).

Из всего многообразия электромагнитных переходных процессов наиболее распространенными являются процессы, вызванные КЗ Большая часть КЗ - это дуговые, которые как правило, самоликвидирующиеся; реже - металлические, при которых фазы электроустановки соединяются между собой или с землей.

Последствия КЗ проявляются:

• в резком увеличении токов в ветвях электрчиеской сети, особенно в месте КЗ; в некоторых ветвях увеличение тока может быть небольшим;
• в значительном снижении напряжения в узлах ЭС; при трехфазном КЗ напряжение в точке КЗ снижается до нуля; при несимметричных КЗ напряжение в точке КЗ частично сохраняется;
• в искажении симметрии напряжений и токов при несимметричных КЗ, в результате которого увеличивается электромагнитное и электростатическое влияние линий электропередачи (ЛЭП) на линии связи и другие объекты;
• в тепловом действии токов КЗ, приводящем к повреждению изоляции, спеканию контактов электроаппаратуры и т.д.;
• в динамическом действии токов КЗ, в появлении механических усилий, повреждающих конструкции машин и аппаратов.

Необходимо отметить, что потребители (нагрузка) в ЭС очень чувствительны к снижению напряжения. Так, например, асинхронные двигатели (АД), составляющие до 50 % нагрузки, при снижении напряжения затормаживаются, что приводит к увеличению тока нагрузки и дальнейшему снижению напряжения на ее зажимах. Появляется опасность нарушения устойчивости параллельной работы электрических машин (ЭМ) в системе, которая в этом случае распадается на части, работающие несинхронно. В результате происходит длительное нарушение электроснабжения потребителей, приводящее к огромному материальному ущербу.

Подавляющее число КЗ (85 %), происходящих в ЭС, связано с замыканием на землю. Трехфазное КЗ является очень редким (5 %), но изучение процессов, происходящих при этом виде КЗ, имеет первостепенное значение, поскольку последствия трехфазных КЗ являются самыми тяжелыми для ЭС.

Кроме того, применение метода симметричных составляющих позволяет определить величины токов и напряжений прямой последовательности любого несимметричного КЗ как соответственные величины при некоторых условных трехфазных замыканиях. Существующие методы расчёта и анализа электромагнитных переходных процессов при трёхфазных КЗ можно разбить на две группы:

• аналитические;
• практические.

В основу аналитического метода расчёта положен анализ электромагнитных процессов по уравнениям Парка-Горева. Он позволяет с высокой точностью определить величину тока при внезапном КЗ в начальный момент времени для простейшей системы, состоящей из одного синхронного генератора (СГ).

При переходе к схемам с несколькими генераторами задача точного расчёта переходного процесса усложняется. Появляется необходимость учета возникающих качаний генераторов и поведения присоединенных нагрузок; изменения свободных токов в каждом из генераторов, связанных между собой. При наличии автоматического регулирования возбуждения (АРВ) аналогичная связь имеется между приращениями вынужденных токов. Поэтому практическое применение аналитического метода весьма ограничено. Его можно рассматривать лишь как эталон для оценки других приближенных методов расчёта.

При решении многих практических задач не требуется знания точных результатов, поэтому возможно использование приближенных инженерных методов, которые рассматриваются ниже. Все расчёты переходных процессов при КЗ базируются на решении дифференциальных уравнений, описывающих поведение системы при временных изменениях параметров режима.

Практический подход, применяемый для решения всех инженерных задач и использующий мгновенные значения параметров режима, позволяет перейти от дифференциальных уравнений к алгебраическим и тригонометрическим.

При нахождении значений токов КЗ в электрических системах необходимо выделять две различные ситуации:

• КЗ происходит в ЭС, имеющей мощные источники с режимом работы, не зависящим от режима работы электрической системы (исключение составляет режим КЗ вблизи источников);
• КЗ рассматривается в электрической системе, режим которой существенно влияет на режимы работы источников.

В первом случае источники имеют значительно большую мощность, нежели узлы потребления ими питаемые, или источники питания удалены от ЭС, в которой возникают различные виды КЗ (системы электроснабжения, распределительные сети и т.д.).

Во втором - источники и подключаемая к ним система имеют соизмеримые мощности или КЗ происходит в системообразующих сетях (вблизи шин электрических станций).

Несмотря на различие ситуаций, подходы к расчёту токов КЗ в обоих случаях имеют много общего, основываются на одних и тех же понятиях и допущениях. Гораздо более различны методы расчёта симметричных и несимметричных КЗ Последнее обстоятельство является определяющим при формировании структуры и методики изучения расчёта и анализа электромагнитных переходных процессов в ЭС.