Ответы по госам / otvety_3

1. Относительное значение - это отношение одной физической величины к другой одноимённой физической величине, выбранной за единицу измерения. Чтобы выразить отдельные величины в относительных единицах, нужно установить базисные единицы. Именованные единицы— действительные числа, являющиеся значением какой-нибудь величины, и сопровождающиеся названием единицы измерения. Относительные единицы используются при расчетах токов КЗ. Произвольно можно задаваться любыми двумя базисными величинами. Обычно задаются Sб и Uб. Обычно Sб принимают соразмерной номинальной мощности источника питания или кратной 100 МВА, 1000 МВА. Формулы для перевода номинальных значений в базисные: x*л=x0*l*(Sб/Uн^2), х*г=хd*(Sб/Sн), х*т=(uк/100)*(Sб/Sн), U*=U/Uб, I*=Iн*(√3*Uб)/Sб, E*=Eн*(Uн/Uб). Точный учёт коэффициента трансформации: kт=U2\U1, процедуру приведения параметров производят по формулам: U*=U*kт, I*=I/kт; z*=z*kт^2. В сложных схемах электроснабжения с большим кол-вом тр-ров, используют усреднённый коэффициент трансформации: kср=k1*k2*…*kn=U2/U1*U3/2*…*Un/Un-1=Un/U1=Uб/Uн.

3. Расчёт переходного процесса при КЗ в ЭС начинается с составления расчётной схемы, в которую включаются все элементы, участвующие в переходном процессе. В расчётную схему входят источники энергии и элементы, связывающие источники энергии с точкой КЗ. Если в расчётной схеме имеются магнитосвязанные цепи, то их необходимо заменить эквивалентной электрически связанной цепью, называемой схемой замещения. Для этого необходимо все параметры элементов приведённых к номинальным параметрам этих элементов привести к напряжению одной ступени трансформации, называемой основной ступенью. Типовые формулы: Δ-Y: x1=(x12*x31)/(x12+x23+x31) и т.д.; Y-Δ: x12=x1+x2+(x1*x2)/x3 и т.д. Для составления схемы замещения необходимо воспользоваться допущениями: отбрасывание третьего сопротивления при преобразовании Y в Δ не учавствующего в кз, замещение 2х параллельных трансформаторов одним (тогда х=х/2). Каждый элемент схемы замещения в соответствии с принятыми допущениями эквивалентируются своим сопротивлением (например, в схемах с U > 1 кВ мы можем пренебречь активными сопротивлениями, а в схемах с U < 1 кВ - такое допущение неприемлемо). Определение тока кз в свёрнутой схеме: Iкз=E/Xэкв (ое) -> I=Iкз*Sб/(√3*Uб) (кА).

5. Расчёт 3х фазного тока кз в сложной схеме на практике пользуются приближенным способом: Iat=Ia0*e^(-t/Ta), где Ta – некоторая эквивалентная постоянная времени определяемая как: Та=x∑/(r∑*ω). Iа0 легко определить как разность проекций на ось, периодических составляющих доаварийного режима и периодической составляющей кз. При более грубых расчётах обычно не прибегают к подсчёту Та, а принимают для нее некоторое среднее значение в соответствии с принятым для данных условий ударным коэффициентом. Так, при kу=1.8 значение Tа=0.045 сек.

7. Сверхпереходный ток кз в СМ. При наличии демпферной обмотки в синхронной маши для расчета первоначального момента КЗ принимают следующюю фиктивную энергетическую систему: Eq`` - это сверхпереходная ЭДС; xd`` - это сверхпереходное сопротивление. В первоначальный момент КЗ меняются токи во всех обмотках, но при этом полное потокосцепление обмоток остаетсянеизменным. Если доаварийным режимом был холостой ход Io = 0, то Eq``= Uo =1 в ое. Сверхпереходный ток (действующее значение периодической слагающей тока в первоначальный момент КЗ): I``=1/xd``. Наряду с периодической составляющей тока КЗ присутствует апериодическая составляющая. Ее начальное значение принаиболее неблагоприятных условиях равно амплитуде сверхпереходного переходного тока КЗ: Ia=√(2)*I``. Ударный ток КЗ - это максимальное мгновенное значение тока КЗ при наиболее неблагоприятных условиях.

Iу=kу*√2*I``, где ky - ударный коэффициент. Тa - постоянная времени, затухающая апериодическая составляющая тока КЗ. Ta=xd``∑/r∑. В сложной схеме апериодическую составляющую считают с эквивалентной постоянной времени: Iа=Iаm*e^(t/Tа). Тa = (0,01... 0,03) - очень мала, поэтому апериодическая составляющая очень быстрозатухает. Под установившемся режимом КЗ понимают такой режим, когда полностью затухли апериодические составляющие. Расчет установившегося режима КЗ при отсутствии АРВ генераторов отличается от расчетов сверхпереходного режима только параметрами схем замещения генератора: I∞=Eq/xq.

2. Применение относительных (безразмерных) единиц позволяет быстро сопоставить результаты вычислений для различных точек системы. Подобная система единиц может применяться как в относительно номинальном варианте, где за основу принимаются параметры наиболее ответственного элемента (генератор, трансформатор), так и в относительно базисном варианте. В этом случае за основу принимаются две базисные единицы, остальные получаются из принятых. Приняв базисное междуфазное напряжение Uб и базисную мощность трехфазной системы Sб, через обычные соотношения получим:

Iб=Sб/(√3*Uб), Zб=Uб/(√3*Iб). При переходе от относительно номинальных к относительно базисным единицам: E*=Eн*(Uн/Uб), x*л=x0*l*(Sб/Uн^2), хг=хd*(Sб/Sн), хт=(uк/100)*(Sб/Sн), I*=Iн*(√3*Uб)/Sб. Выбор опорных базисных величин следует делать так, чтобы вычислительная работа были бы возможно проще, т.е. базисную мощность выражать круглым числом, а базисное напряжение принимать равным номинальному. Не следует забывать, что при наличии магнитосвязанных цепей (трансформаторы) они заменяются электрически связанными. В этом случае истинные величины пересчитываются столько раз, сколько имеется трансформаторов между приводимой цепью и принятой основной ступенью. В практических расчетах применяют среднее номинальное напряжение для каждой ступени трансформации. Тогда результирующий коэффициент трансформации определится отношением средних напряжений крайних ступеней. kср=k1*k2*…*kn=U2/U1*U3/2*…*Un/Un-1=Un/U1=Uб/Uн.

4. Под источником бесконечной мощности понимается источник, напряжение и частота которого не зависят от изменения условий в сети и остаются постоянными: Sс=∞; Uс=const; f =const; z=0, выражение для мгновенного значения тока в любой момент времени t от начала КЗ: Iк=Iпm*sin(ωt+α-φ)+Iаm*e^(t/Tа). Как видно из этой формулы, полный ток КЗ слагается из двух составляющих: вынужденной, обусловленной действием напряжения источника Iп=Iпm*sin(ωt+α-φ), и свободной, обусловленной изменением запаса энергии магнитного поля в индуктивности Iа=Iаm*e^(t/Tа). Вынужденная составляющая тока КЗ имеет периодический характер с частотой, равной частоте напряжения источника. Называют эту составляющую обычно периодической составляющей тока КЗ. Свободная составляющая тока имеет апериодический характер изменения, на основании чего эту составляющую тока называют также апериодической составляющей тока КЗ. Максимальное мгновенное значение полного тока носит название ударного тока и обозначается iy. Постоянная времени Та - это время, в течении которого затухает апериодическая составляющая тока КЗ до e^1 от своего первоначального значения.

6. Основная масса электроэнергии вырабатывается на тепловых и гидравлических электростанциях. Соответственно на ГЭС - гидрогенераторы, на ТЭЦ - турбогенераторы. Большинство генераторов выполняются в виде СМ. Синхронный генератор состоит из неподвижной части - статора и подвижной части - ротора. На статоре расположены три фазные обмотки. На роторе имеется обмотка возбуждения питаемая постоянным током от независимого источника (возбудителя). За счет постоянного тока в обмотке возбуждения создается мощное магнитное поле. Конструктивно турбогенераторы и гидрогенераторы различаются между собой. У турбогенератора ротор выполнен из сплошной, стальной паковки, в которой фрезеруются пазы и в них укладывается обмотка возбуждения. ТГ имеет одну пару полюсов, скорость ее вращения равна 3000 об/мин. ГГ имеет большее число пар полюсов и количество фазных обмоток тоже больше. скорость вращения ротора значительно меньше. ГГ - явнополюсные машины и сопротивления xd неравно xq. У турбогенераторов xd=xq – это не явнополюсная. В первый момент КЗ мгновенно меняются все токи и магнитные потоки, но результирующие потокосцепления обмоток остается постоянным. Поэтому реальный синхронный генератор удобно замещать фиктивной энергетической системой, в которой действует переходная ЭДС. Сопротивление по продольной оси за которым эта ЭДС действует называется переходным. Оно является паспортным данным генератора. Явнополюсные машины (ГГ) снабжаются демпферными обмотками. Демпферная обмотка - это мощная металлическая решетка установленная в роторе. Питание к демпферной обмотке не подведено и в нормальном режиме в ней не протекает никаких токов. Но если меняется магнитный поток проходя через полюс, то в ней наводится большой ток и создается свой магнитный поток, препятствующий изменению потокосцеплению обмотки. Магнитные потоки в продольной оси ротора определяющие реактивные сопротивления: а) xd - синхронное сопротивление; б) xd` - переходное сопротивление; в) xd`` - сверхпереходное сопротивление. Нормальный режим соответствует синхронному сопротивлению xd - паспортное значение.

8. Асинхронные двигатели составляют 50-60 % всей нагрузки системы. Они имеют очень простое устройство, удобны в эксплуатации и экономичны. Они состоят из статора с тремя фазными обмотками и короткозамкнутого ротора. Фазные обмотки подключаются к трехфазной питающей сети и создают результирующее магнитное поле статора. В роторе (обычно он литой из алюминия) полем статора наводится ток, который взаимодействует с образовавшим его магнитным полем и создает магнитный момент.

Ротор вращается за магнитным полем статора, но его скорость меньше синхронной. При кз во внешней сети электромагнитная энергия, запасенная в электродвигателе, расходуется на подпитку аварии. Для первого момента короткого замыкания двигатель имеет следующие параметры: Е"=0.9; x"=0.2;I"=4.5*Iн. После того как АД израсходовал всю запасённую энергию он переходит в режим потребления реактивной мощности из внешней сети и при этом он, как правило, опрокидывается. Большое снижение напряжения на длительное время приводит к значительному уменьшению пропускной способности, которая может оказаться ниже передаваемой мощности, что вызывает лавнинный процесс.  Опрокидывание АД - при увеличении момента на валу двигателя увеличивается ток. Это увеличение продолжается пока момент на валу двигателя не достигнет максимального (или как его ещё называют критического момента). При дальнейшем увеличении нагрузки на валу, двигатель переходит на неустойчивый участок электромеханической характеристики и попросту останавливается.

9. Когда задача ограничена нахождением тока кз применяется метод расчётных кривых. Данный метод основан на применении спец кривых, которые дают для произвольного момента процесса кз при расчётной реактивности схемы, относительное значение периодической слагающей тока в месте кз. Под расчётной реактивностью принята сумма реактивностей Храсч=x"d+xвнеш. Расчёт трёхфазного кз в разветвлённых цепях: для нахождения тока общего тока кз, необходимо определить токи кз для каждой ветви и просуммировать их. Допущения при использовании метода расчётных кривых: 1) в одну ветвь стараются сэквивалентировать генераторы одного типа (если с эквивалент генераторы разных типов то в качестве расчетного выбир генер электрически наиболее близкий к точке кз); 2) СД учитываются как ГГ равновеликой мощности (без арв); 3) Ситема учитыв как источник бесконеч мощности, ток для любого момента времени рассчитывается: I"=I∞=Iпк=E/Храсч; Храсч=x"d+xвнеш; 4) обобщенная нагрузка уже учтена в методе расчетных кривых, поэтому при составлении схем замещения ей можно пренебречь; 5) Если расчетные сопротивления получились меньше чем дано в расч кривых то допуск эти кривые дорисовать.

11. Расчёты на стороне 0,4кВ ведутся в именованных единицах. На стороне НН имеются кабели. у которых большие величины

активных сопротивлений. Поэтому обязательно необходимо учитывать и индуктивные, и активные сопротивления всех элементов: шинопроводов, кабелей, силовых и измерительных трансформаторов. Полное активное сопротивление контактов учитывается величиной: rкон=0.03...0.05 Ом. Токи подпитки К.З. от СД и АД, а также от обобщенной нагрузки на стороне НН рассчитываются отдельно и добавляются к общему току КЗ. Эквивалентные параметры питающей схемы (Еэ, Хэ) можно найти свернув схему выше 1000В относительно первичного напряжения понизительного тр-ра на 0.4кв. При приближенном учете сопротивлений контактов принимают: rк = 0,1 мОм - для контактных соединений кабелей; rк = 0,01 мОм - для шинопроводов; rк = 1,0 мОм - для коммутационных аппаратов. При расчете токов КЗ в электроустановках напряжением до 1 кВ следует учитывать как индуктивные, так и активные сопротивления первичных обмоток всех многовитковых измерительных трансформаторов тока, которые имеются в цепи КЗ. Активным и индуктивным сопротивлением одновитковых трансформаторов (на токи более 500 А) при расчетах токов КЗ можно пренебречь.При расчетах начального значения периодической составляющей тока КЗ от асинхронных электродвигателей последние следует вводить в схему замещения сверхпереходным индуктивным сопротивлением.

13. Схема прямой последовательности аналогична схеме для расчета 3-х фазных коротких замыканий. Генерирующие элементы, также как и нагрузки замещаются в зависимости от рассматривания момента короткого замыкания. Если рассматривают первоначальный момент КЗ: то генераторы и нагрузки замещают сверхпереходными параметрами. Началом схемы является точка нулевого потенциала (это где объединены все свободные концы генерирующих и нагрузочных ветвей), а ее концом – точка короткого замыкания. Схема обратной последовательности соответствует схеме прямой последовательности для t = 0, но все ЭДС в ней отсутствуют. Началом схемы является точка нулевого потенциала, концом – точка короткого замыкания. А сопротивления обратной последовательности считаются постоянными для начального момента времени. В схему нулевой последовательности входят только те элементы, по которым протекает ток I0. Их строят с конца (с точки короткого замыкания), где как бы присоединен источник U0 и последовательно прослеживая пути протекания токов I0.В цепи, электрически связанной с точкой короткого замыкания, токи нулевой последовательности потекут лишь в сторону элементов, соединенных в звезду с нейтралью. Соответственно в схему замещения войдут лишь те элементы, через которые протекают I0. Путем последовательных преобразований эти схемы приводят к простейшему виду. После этого приступают к расчету симметричных составляющих тока и напряжения в точке КЗ. Порядок построения схемы нулевой последовательности. 1. Точку короткого замыкания К0 считать источником напряжения нулевой последовательности. 2. Прослеживая от К0 возможные пути протекания токов нулевой последовательности строят схему, отмечая точки нулевого потенциала – Н0. 3. Соединяют все точки Н0 между собой. Примечание. Если получилось по схеме, что точки Н0 не оказалось, значит нет пути прохождения для токов нулевой последовательности.

15. Виды продольной несимметрии. Помимо аварий в виде КЗ в трехфазных цепях бывают разрывы фаз без замыкания на землю. Например, при включении выключателей могут сработать только две фазы, или наоборот только отключить не все фазы. В общем виде продольную несимметрию можно представить как включение в каждую фазу неодинаковых сопротивлений. Типичные случаи: 1. Разрыв одной фазы; 2. Разрыв двух фаз. Правило эквивалентности прямой последовательности для продольной несимметрии

Ток прямой последовательности при однократной продольной несимметрии можно определить, как ток симметричного трехфазного режима в схеме, где несимметричный участок заземлен симметричной цепью, величина сопротивления которой для каждого вида продольной несимметрии определяется сопротивлениями как самого несимметричного участка, так и схем обратной последовательности относительно места несимметрии.

10. Для расчетов токов кз необходимо сложную схему привести к простейшему виду : 1. составляется эквивалент схема общая для всех ступеней напряжения (0,4 кв отбрасывается); 2. составляется схема замещ по экв схеме; 3. рассчитываются её параметры по типовым формулам (x*л=x0*l*(Sб/Uн^2), х*г=хd*(Sб/Sн), х*т=(uк/100)*(Sб/Sн), U*=U/Uб, I*=Iн*(√3*Uб)/Sб, E*=Eн*(Uн/Uб)); 4. сворач схема замещ до простого вида. В методе расчетных кривых источ питания замещаются своими сверх переход параметрами. Основные допущения при расчёте КЗ: 1. Линеаризация нелинейных систем. 2. Пренебрегают токами намагничивания трансформаторов и автотрансформаторов. 3. Вводят сохранение симметрии трехфазной системы. 4. Пренебрегают поперечными параметрами линий. 5. Производят приближенный учет нагрузки. 6. Скорости вращающихся машин считаются неизменными. Метод расчета кривых. Он достаточно прост и широко используется. Основан на применении специальных кривых, которые дают для произвольного момента времени значение периодической слагающей тока в точке КЗ. Эти кривые были рассчитаны, построены и занесены во все справочники. Допущения при использовании метода расчётных кривых: 1) в одну ветвь стараются сэквивалентировать генераторы одного типа (если с эквивалент генераторы разных типов то в качестве расчетного выбир генер электрически наиболее близкий к точке кз); 2) СД учитываются как ГГ равновеликой мощности (без арв); 3) Ситема учитыв как источник бесконеч мощности, ток для любого момента времени рассчитывается: I"=I∞=Iпк=E/Храсч; Храсч=x"d+xвнеш; 4) обобщенная нагрузка уже учтена в методе расчетных кривых, поэтому при составлении схем замещения ей можно пренебречь; 5) Если расчетные сопротивления получились меньше чем дано в расч кривых то допуск эти кривые дорисовать.

12. Метод симметричных составляющих - метод расчета несимметричных электрических систем, основанный на разложении несимметричной системы на три симметричные - прямую, обратную и нулевую. Метод широко применяется для расчета несимметричных режимов трехфазной сети, например, коротких замыканий. Систему из 3-х несимметричных векторов можно получить наложением трех систем несимметричных векторов. В прямой последовательности вектора следуют в том же порядке, что и симметричная трехфазная цепь АВС. Соответственно, обратная последовательность – в обратном порядке АСВ. В нулевой последовательности (углы между векторами равны нулю) вектора совпадают по направлению, фазе и величине. Параметры СМ: В схеме прямой последовательности СМ х1 характеризуется теми же параметрами, что и при расчете 3ф кз. Токи обратной последовательности - в практических расчетах: x2 = xd”. Токи нулевой последовательности проникают в СМ только в случае соединения фазных обмоток ее статора в звезду с заземленной нейтралью (Yo), в иных случаях х0=∞. Параметры АД: Аналогично СМ. В схеме нулевой последовательности АД не участвуют, т. к. их фазные обмотки всегда соединены в треугольник => х0=∞. Параметры тр-ров: Магнитная связь между фазами тр-ра постоянна во времени или отсутствует совсем, потому для тр-ров: х1 = х2. Зато х0 тр-ов для токов нулевой последовательности зависит от схемы соединения фазных обмоток и конструкции магнитопровода. Со стороны обмоток тр-ра, соединенной в Δ или Y сопротивления x0 =∞, так как при этом невозможна циркуляция тока нулевой последовательности (нет замкнутого контура) независимо от схем соединения других обмоток и подключенных к ним элементов. Величина х0 может быть конечной только со стороны обмотки, соединенной в Yo. Но и здесь возможны различные результаты. Если тр-р выполняется трехфазным 5- или 4-стержневым, то магнитный поток Ф0 также замыкается по стали. Чаще на практике используются трехстержневые тр-ры, у которых магнитопровод не имеет свободных стержней. Автотр-ры замещаются также как и тр-ры. При этом учитывают, что нейтраль обмоток ВН- СН всегда заземлена. Трехобмоточные тр-ры эквивалентируются по тем же принципам, что и 2х-обмоточные тр-ры.

14. Правило эквивалентности прямой последовательности: тoк прямой последовательности любого несимметричного короткого замыкания может быть определен как ток при трехфазном коротком замыкании в точке, удаленной от действительной точки короткого замыкания на дополнительное сопротивление Zд которое не зависит от параметров схемы прямой последовательности и для каждого вида короткого замыкания определяется результирующими сопротивлениями обратной и нулевой последовательностей относительно рассматриваемой точки схемы. Сравнение видов кз: Правило эквивалентности прямой последовательности, позволяет достаточно просто произвести сравнение различных видов кз. При разных видах кз существует следующее неравенство – х(1)д>х(2)д>х(1.1)д>х(3)д=0, соответственно U(1)к>U(2)к>U(1.1)к>U(3)к=0 и I(1)к<I(2)к<I(1.1)к<I(3)к.