Анализ переходных процессов при трехфазном кз в электрической сети, питающейся от источника бесконечной мощности

Цель работы: исследование факторов, влияющих на величины токов короткого замыкания в электрических сетях, определение факторов, влияющих на ударную величину тока КЗ и скорость затухания апериодической составляющей.

1 Теоретические сведения

1.1 Общие сведения

Электроэнергетическая система является совокупностью устройств, связанных одновременностью процесса производства, распределения и потребления электрической энергии. Одновременность этих процессов налагает на персонал и системную автоматику особые требования по качественному управлению системой для перебойного энергоснабжения потребителей. Это относится как к нормальным (установившимся), так и переходным (неустановившимся) режимам работы электроэнергетических систем.

Под переходными режимами понимаются неустановившиеся состояния, причиной которых являются разного рода воздействия. Эти воздействия можно классифицировать на малые и кратковременные (толчки нагрузки) и сильные и длительные (короткие замыкания, сбросы и наборы мощности, отключение линий и трансформаторов и т.д.) Непрерывный рост электро – и энергопотребления, развитие электроэнергетических систем по единичной мощности агрегатов, увеличение напряжений и протяженности являются причинами повышения роли переходных процессов. В настоящее время управление переходными процессами в электрических системах представляется столь же важной задачей, как и управление нормальными режимами.

Наиболее сильными возмущающими воздействиями являются всевозможные виды коротких замыканий. Короткие замыкания в электрических системах вызываются повреждением фазовой или линейной изоляции токоведущих частей вследствие прямых ударов молнии, недопустимых ветровых и гололедных нагрузок, естественного старения изоляции, механических повреждений кабелей при земляных работах и т.д.

Короткие замыкания сопровождаются увеличением токов в окрестности поврежденного участка и снижением напряжений. Уменьшение напряжения приводит к расстройству нормальной работы электроприемников, перегрузке или остановке двигателей, а при коротких замыканиях в системообразующих связях, к нарушению устойчивости параллельной работы отдельных станций. В результате этого система распадается на группы несинхронно работающих станций, что представляет весьма тяжелую системную аварию. Возрастание величины токов короткого замыкания может приводить к значительным электродинамическим (механическим) усилиям и термическим повреждениям элементов электроустановок. В связи с этим при проектировании и эксплуатации электрических установок необходимо так выбрать оборудование и наладить режим работы установок, чтобы оно надежно работало не только в нормальных, но и в аварийных режимах. Решение этих задач связано с проведением теоретических исследований, натурных испытаний и практических расчетов, в числе которых значительное место занимают расчеты параметров режимов коротких замыканий.

Систематические разработки теории переходных процессов в электрических системах начались в конце 20-х годов прошлого столетия. В 1929г. Р. Парк и независимо от него в 1933г. А.А.Горев, разработали основы строгой теории переходных процессов синхронных машин в виде системы дифференциальных уравнений. В начале 30-х годов Р.Эванс и К.Вагнер предложили использование метода симметричных составляющих для анализа несимметричных режимов. Эти работы послужили известным толчком к быстрому развитию исследований в области переходных процессов в электрических системах, как в России, так и за рубежом.

Определенные этапы можно отметить и в практике расчета режимов коротких замыканий в энергосистемах и проектных организациях. По мере развития энергетических систем и их объединений существенно усложнились и увеличились объемы вычислений. В 50-60-х годах широкое применение для этих целей получили расчетные статические модели постоянного и переменного тока. С 70-х годов в качестве основных средств для расчетов стали использоваться цифровые вычислительные машины и специализированное программное обеспечение.