Назначения расчетов электромагнитных переходных процессов и требования к ним.

При проектировании и эксплуатации электрических установок и систем для решения многих технических вопросов и задач требуется предварительно произвести ряд расчетов, среди которых заметное место занимают расчеты электромагнитных переходных процессов и, в частности, процессов при внезапном коротком замы­кании.

Под расчетом электромагнитного переходного процес­са обычно понимают вычисление токов и напряжений в рассматриваемой схеме при заданных условиях. В за­висимости от назначения такого расчета находят указан­ные величины для заданного момента времени или на­ходят их изменения в течение всего переходного процес­са. При этом решение обычно проводится для одной или нескольких ветвей и точек схемы.

К числу задач, для практического решения которых производят такие расчеты, относятся:

а) сопоставление, оценка и выбор схемы электриче­ских соединений как отдельных установок (станций, под­станций), так и системы в целом;
б) выявление условий работы потребителей при аварийных режимах;
в) выбор аппаратов и проводников и их проверка по условиям работы при коротких замыканиях;
г) проектирование и настройка устройств релейной защиты и автоматизации;
д) определение условий несинхронного включения синхронных машин и включения их способом самосин­хронизации;
е) конструктивные решения элементов распредели­тельных устройств и, в частности, шинопроводов на большие рабочие токи;
ж) определение числа заземленных нейтралей и их размещения в системе;
з) выбор числа и мощности компенсирующих дугогасящих устройств;
и) определение влияния линий электропередачи на провода связи и сигнализации;
к) проектирование и проверка защитных заземлений;
л) подбор характеристик разрядников для защиты от перенапряжений (включая защиту конденсаторов уста­новок продольной компенсации);
м) оценка и определение параметров устройств га­шения поля синхронных машин;
н) оценка и выбор систем возбуждения синхронных машин;
о) проведение различных испытаний;
п) анализ происшедших аварий.

73. Установившийся режим короткого замы­кания.

Установившийся ток трехфазного КЗ I при отсутствии автоматического регулирования возбуждения (АРВ) генераторов в радиальной ветви, содержащей ЭДС E_э, о.е., и эквивалентное сопротивление X_э, о.е., определяется по формуле:

I=I_б E_э/X_э.

Генераторы в установившемся режиме вводятся в схему замещения синхронной ЭДС E_q и синхронным сопротивлением X_d. Величина ЭДС E_q определяется по формуле

E_q=√[(U₀cosφ₀)²+(U₀ sinφ₀₊I₀X_d)²],

где U₀, I₀, φ₀ - параметры доаварийного режима на зажимах генератора.

Нагрузки учитывают эквивалентным сопротивлением в системе относительных единиц при полной рабочей мощности нагрузок и среднем номинальном напряжении, той ступени, где она присоединена; X_наг(н)≈1,2.

Если доаварийным режимом является холостой ход, то нагрузка в схеме замещения отсутствует, а ЭДС генераторов принимают E_q=1.

Если до аварийного режима генератор работал при токе возбуждения I_f0, то ЭДС принимают в системе относительных единиц E_q=I_f0.

Расчет установившегося тока трехфазного короткого замыкания при наличии у генераторов автоматического регулирования возбуждения (АРВ) определяется режимом работы устройства форсировки возбуждения. Функцией АРВ является поддержание неизменным напряжения на шинах генератора независимо от режима его работы. Предельная величина ЭДС, которую может обеспечить при этом АРВ определяется как

E_qпр=К_ф∙U_н,

где К_ф - коэффициент форсировки, К_ф=3¸5.

В первый момент КЗ АРВ не успевает воздействовать на ЭДС генераторов, поэтому сверхпереходный ток в схемах, содержащих генераторы с АРВ, определяется также как и при отсутствии АРВ.

В режиме установившегося КЗ генератор может работать в одном из двух режимов: предельного возбуждения и нормального напряжения. Если величина внешнего сопротивления Х_вн (сопротивление между зажимами генератора и точкой КЗ) меньше критического Х_кр, то генератор работает в режиме предельного возбуждения и вводится в схему замещения предельной ЭДС E_qпр и синхронным сопротивлением Х_d (рис.3.9), в противном случае в режиме нормального напряжения вводится ЭДС, равной напряжению генератора U_н и сопротивлением Х_d=0 (рис.3.10). Ток КЗ I_к при работе генератора в режиме предельного возбуждения

I_к=E_qпр/X_э=К_ф∙U_н/(Х_d+Х_вн)>I_кр,

в режиме нормального напряжения

I_к=U_н/Х_вн<I_кр.

Величина критического сопротивления определяется по формуле:

X_кр=Х_d/(К_ф-1).

Соответственно критический ток будет определяться как:

I_кр=U_н/Х_кр.

В случае необходимости расчета переходного процесса КЗ в сложной системе с большим количеством генераторов, понятие внешней реактивности теряет смысл. Здесь можно воспользоваться методом преобразования схемы, в результате которого могут быть найдены взаимные сопротивления между каждым из генераторов и точкой КЗ. Сам процесс определения взаимных сопротивлений сложной схемы замещения весьма трудоемок и поэтому удобнее пользоваться понятием критического тока. Расчет ведется методом последовательных приближений. Произвольно задаваясь для каждого из генераторов с АРВ той или иной схемой замещения в зависимости от режима его работы, полную схему постепенно приводят к простейшей и находят ток в месте КЗ. Затем, развертывая схему в обратном направлении, определяют токи всех генераторов и делают проверку правильности выбранных режимов. Для генераторов в режиме предельного возбуждения должно выполняться условие I_к > I_кр, а для генераторов в режиме нормального напряжения I_к < I_кр. Если это условие не выполняется то весь расчет проводят заново. И так до тех пор, пока режимы всех генераторов с АРВ не станут соответствовать их схемам замещения.