1.2 Основные понятия и определения

Электрическая система – это условно выделенная часть электроэнергетической системы, в которой осуществляется процесс выработки, преобразования, передачи и потребления электрической энергии. Совокупность упомянутых процессов, характеризующих состояние электрической системы в любой момент времени принято называть режимом работы системы. Режим (состояние) характеризуется параметрами режима: напряжениями, токами, мощностями, фазовыми углами и т.д., которые связаны между собой параметрами системы. Параметры системы: сопротивления, проводимости, коэффициенты трансформации, постоянные времени и т.д. – определяются физическими свойствами элементов. Различают несколько видов режимов работы электрической системы (ЭС):

1. Установившийся (нормальный) режим – состояние системы, когда параметры режима изменяются в небольших пределах, что позволяет их считать условно постоянными;

2. Нормальные переходные режимы имеют место при нормальной эксплуатации системы (изменение нагрузки, коммутационные переключения и т.д.);

3. Аварийные переходные режимы возникают при значительных возмущениях (авариях) как: короткие замыкания, внезапное отключение и включение мощных элементов, несинхронные включения синхронных машин (СМ) и т.д.;

4. Послеаварийные установившиеся режимы наступают после отключения повреждённых элементов ЭС. При этом параметры послеаварийного режима могут быть как близкими к параметрам предшествую-щего (нормального) режима, так и значительно отличаться от них.

При переходе от одного режима к другому изменяется электро-магнитное состояние элементов системы и нарушается баланс между механическими и электромагнитными моментами на валах генераторов и двигателей. Это означает, что переходный процесс характеризуется совокупностью электромагнитных и электромеханических изменений в системе, которые взаимно связаны и представляют собой единое целое. Тем не менее, очень часто переходный процесс делят на две стадии. На первой стадии из-за большой инерции вращающихся машин в ЭС преобладают электромагнитные изменения. Эта стадия длиться от нескольких сотых до 0.1 – 0.2 с и называется электромагнитным переходным процессом. На второй стадии проявляются механические свойства системы, которые оказывают существенное влияние на переходные процессы. Эта стадия называется электромеханическим переходным процессом.

Наиболее частой причиной возникновения аварийных переходных процессов являются короткие замыкания (КЗ). В трёхфазных системах с глухозаземлённой нейтралью (U = 0.4; 110 кВ и выше) различают следующие виды коротких замыканий в одной точке:

• трёхфазное;

• двухфазное;

• двухфазное на землю;

• однофазное.

В сетях с изолированной или компенсированной нейтралью (U = 3; 6; 10; 35 кВ) замыкание одной фазы на землю называется простым.

В месте КЗ может возникать переходное сопротивление, вызванное электрической дугой, загрязнением, наличием остатков изоляции и т.д. Это сопротивление минимально в начальной стадии переходного процесса; с течением времени оно быстро возрастает. В силу неопределённости данных о величине переходного сопротивления его учёт весьма осложнен. Для получения максимально возможных токов переходным сопротивлением пренебрегают и расчёт производят для металлических КЗ.

Наибольшую вероятность имеют однофазные КЗ; при этом она возрастает с увеличением класса напряжения сети. Это обусловлено увеличением междуфазного расстояния (в среднем с 0,7 м в сети 6 – 10 кВ до 14 м в сети 500 кВ). Иногда в процессе развития аварии первоначальный вид короткого замыкания переходит в другой (например, однофазное КЗ – в двухфазное на землю).

Наименьшую вероятность имеет трехфазное КЗ. Однако во многих случаях трехфазное КЗ связано с наиболее тяжёлыми последствиями, вследствие больших значений небалансов мощностей на валах генераторов. Трехфазное КЗ является симметричным, поскольку все фазы находятся в одинаковых условиях. Изучение переходных процессов начинается с режима трехфазного замыкания в силу его относительной простоты по сравнению с другими видами несимметрии и, во-вторых, вследствие того, что расчёт несимметричных КЗ сводиться к расчету некоторого фиктивного трехфазного КЗ.