1.10. Метод вузлових потенціалів.

Одним із шляхів спрощення розв'язування задач аналізу електричних кіл є скорочення числа невідомих, тобто визначення спочатку деяких, число яких менше за число струмів у вітках, але знання цих змінних дозволяє просто визначити шукані величини.

Т акими проміжними змінними є,наприклад, потенціали вузлів.

Розглянемо коло /рис. 4.2/. Струми всіх віток можна виразити через потенціали чотирьох вузлів, прийнявши при цьому потенціал одного із вузлів, наприклад четвертого, таким, що дорівнює нулю /φ₄=0/:

/4.3/

Таким чином, замість семи невідомих струмів можна шукати всього три невідомих потенціали, знаючи які, легко знайти всі струми. Щоб одержати рівняння для визначення потенціалів, запишемо для вузлів 1, 2, 3 рівняння за першим законом Кірхгофа і замінимо в них струми через потенціали вузлів із /4.3/:

/4.4/

або

Після перетворень маємо;

/4.5/

Р озширимо одержану систему на схему із m вузлами, позначивши коефіцієнти при невідомих через У_jk і У_kk :

/4.6/

Незалежних рівнянь на одиницю менше ніж число вузлів, тобто m-1. Коефіцієнти Y_kk являють собою суму провідностей всіх віток, які підходять до вузла к і називаються власними провідностями вузла. Коефіцієнти Y_jk - сума провідностей віток, які з’єднують вузли j і к , називаються спільною провідністю між вузлами j і к . Права частина рівняння J_k - вузлові струми джерел, тобто алгебраїчна сума джерел струму в вітках які підходять до вузла К, якщо всі джерела напруги перетворити в джерела струму. Якщо таких перетворень на робити, то J_k алгебраїчна сума добутків ЕРС на провідності віток які підходять до даного вузла. Якщо джерело енергії напрямлено до розглядуваного вузла, то відповідна складова входить у рівняння іа знаком "+", а противному випадку - із знаком "-".

1.11. Метод накладання.

Для розрахунку електричних кiл, вімкнених на несинусоїдну напругу, застосовується метод накладання. Кожна гармонічна складова напруги створює свою складову струму. Загальний струм в колі визначається як сума миттєвих значень окремих гармонік струму. Розрахунок кожної гармонічної складової струму проводиться відомими методами у комплексній формі. При цьому необхідно враховувати, що із збільшенням номера гармонік індуктивний опір зростає, а ємностний спадає:

X_LK=kwL; X_CK=1/ kwC ,

де k-номер гармоніки;

w-кутова частота першої гармоніки.

Активна потужність, що споживається колом, при несинусоїдних струмах і напругах визначається як сума активних потужностей окремих гармонік:

P=U₀I₀ + U₁I₁cos₁ + U₂I₂cos₂ + ...,

де U_k, I_k - діючі значення напруги і струму k-ї гармоніки;

_k - кут зсуву фаз між напругою і струмом k-ї гармоніки.

Повна потужність усього кола

S= UI ,

де U, I - діючі значення несинусоїдних напруг і струмів.

1.12. Перехідні процеси в лінійних колах. Закони комутації.

Електричне коло, до складу якого входять ємності і індуктивності, в усталеному режимі має деяку енергію, яка накопичена в електричному і магнітному полях. Величина цієї енергії в будь-який момент часу визначається за допомогою виразів: в електричному полі ємності (1.1)

в магнітному полі індуктивності (1.2)

При зміні усталеного режиму, який відбувається під впливом яких-небудь перемикань, що приводять до зміни параметрів кола або зовнішніх дій, змінюється кількість енергії в полях. Оскільки енергія не може змінити за одну мить, то і зміна одного усталеного режиму іншим проходить також протягом деякого часу. Процес переходу від одного усталеного стану кола до іншого називається перехідним процесом. Таким чином, основною причиною виникнення перехідного процесу є зміна енергетичного стану кола.

Будь-яку зміну параметрів кола або зовнішніх дій звичайно називають комутацією, в розрахунках приймають, що усяка комутація відбувається миттєво.

Установлені два закони комутації.

Оскільки енергія магнітного поля в індуктивності не може змінитися за мить, то при постійному значенні L не може змінитися за мить і струм через індуктивність.

Перший закон комутації: струм через індуктивність в перший момент після комутації залишається таким же, яким він був безпосередньо перед комутацією. Якщо перший момент часу після комутації будемо позначати t=0+, а час безпосередньо перед комутацією через t=0-, то перший закон комутації записується:

(1.3)

Аналогічно виводиться другий закон комутації. Напруга на ємності в перший момент після комутації дорівнює напрузі на ємності безпосередньо перед комутацією

(1.4)

Практична тривалість перехідних процесів залежить від параметрів кола і в багатьох випадках складає частки секунди. Проте під час перехідних процесів на окремих елементах кола можуть виникати великі напруги або протікати великі струми.

1.13. Трифазна система з нейтральним проводом.

1.14. Трифазна система без нейтрального проводу.

1.15. Випрямлення змінного струму.

1.16. Методи вимірювання напруги, струму, потужності та електроенергії.

1.17. Стаціонарне електричне поле. Основні поняття, закони та характеристики.

1.18. Стаціонарне магнітне поле. Основні поняття, закони та характеристики

1.19. Змінне електромагнітне поле. Основні поняття, закони та характеристики.

2. ЕЛЕКТРИЧНІ МАШИНИ

2.1. Основні елементи конструкції силового трансформатора та їх призначення.

Основа будь-якого трансформатора – магнітна система (магнітопровід) з обмотками, які утворюють його активну частину. Інші частини трансформатора – система охолодження, контролю і захисту та ін. – виконують додаткові функції. Їх називають неактивними (додатковими).

Основними елементами трансформатора є: активна частина; бак; кришка бака; ввод високої напруги (ВН); ввод низької напруги (НН); пробивний запобіжник; нульовий ввод; запобіжна (вихлопна) труба; розширювач; перемикач; радіатор; радіатор з фільтром; кран плоский; кран для проби масла; прокладка; болт заземлення; розпірні крюки; заливна пробка; термосигналізатор; повітропідсушувач.

Магнітопровід служить для локалізації в ньому основного магнітного потоку трансформатора і зменшення опору магнітного кола, а також є основою для встановлення і кріплення обмоток, виводів, перемикачів. Магнітопровід має шихтовану конструкцію: він складається з тонких (товщиною 0,3 мм – 0,5 мм) пластин електротехнічної сталі, ізольованих одна від одної (наприклад, лаком). Така будова магнітопроводу обумовлена намаганням послабити вихрові струми, тобто зменшити величину втрат енергії в трансформаторі. Через велику магнітну проникність сталь має малий магнітний опір, внаслідок чого для створення заданого магнітного потоку трансформатор споживає з мережі незначну реактивну (намагнічувальну) потужність. Електротехнічна сталь являє собою сплав заліза з кремнієм.

Обмотка – сукупність витків, що утворюють електричне коло, в якому додаються наведені у цих витках електрорушійні сили (ЕРС) для отримання напруги трансформатора. Обмотки трансформаторів середньої і великої потужності виконують з обмотувальних проводів круглого або прямокутного перерізу. Основою обмотки в більшості випадків є паперово-бакелітовий циліндр, на якому кріпляться елементи, що забезпечують механічну і електричну міцність.

Конструктивне оформлення трансформатора залежить значною мірою від способу його охолодження. За цією ознакою трансформатори поділяються на: 1) сухі з природним або штучним повітряним охолодженням; 2) масляні з природним чи штучним повітряним охолодженням масляного бака (з дуттям); 3) масляні зі штучною циркуляцією масла і охолодженням його в окремих холодниках з природним або штучним повітряним чи водяним охолодженням. У сухих трансформаторах з природним охолодженням тепловіддача від трансформатора відбувається в повітря, яке оточує трансформатор. Оскільки коефіцієнт тепловіддачі в повітря невеликий, сухі трансформатори з природним охолодженням зазвичай виготовляються лише малої потужності з напругами, які не перевищують 6-10 кВ. Переважають масляні трансформатори, розміщені в баці з маслом. Нагріваючись, масло циркулює і забезпечує природне охолодження трансформатора.

Для виведення назовні кінців від обмоток у трансформаторах, охолодження яких здійснюється маслом або негорючим рідким діелектриком, використовують прохідні порцелянові ізолятори, розташовувані на кришці або на стінці бака. Прохідний ізолятор разом зі струмоведучим стрижнем і кріпильними деталями називають вводом.

Вводи трансформаторів, які встановлюються всередині приміщень, мають гладку зовнішню поверхню, а вводи трансформаторів, призначених для зовнішнього установлення, комплектують ребрами, число яких залежить від напруги відповідної обмотки трансформатора. При наявності ребер збільшується відстань між струмоведучим стрижнем і корпусом по поверхні ізолятора і зменшується ймовірність поверхневого розряду під час дощу, при попаданні на ізолятор листків і т.ін. При напругах понад 110 кВ ввод часто виконують збірними – із двох порцелянових ізоляторів. Усередині таке уведення заповнюють маслом, що не повідомляється з маслом, що перебуває в баці трансформатора. Струмоведучий кабель проходить усередині металевої труби, що ізолюють кабельним папером або паперово-бакелітовими циліндрами із установленими в них металевими обкладками з фольги (для вирівнювання електричного поля). У трансформаторах, розрахованих на більші струми, навколо вводу створюється великий магнітний потік, внаслідок чого в кришці бака й кріпильному фланці виникають значні вихрові струми, що нагрівають ці деталі до високої температури. Щоб уникнути цього при великих струмах замість сталевого або чавунного фланців застосовують латунні й у кришці вирізають для них загальний отвір.

2.2. Заступна схема двохобмоткового трансформатора та фізичний смисл її параметрів.

2.3. Конструкція і принцип роботи трифазного асинхронного двигуна.

2.4. Конструкція і принципи роботи трифазного синхронного генератора.

2.5. Механічна характеристика асинхронного двигуна.

2.6. Способи синхронізації генератора з електричною системою; навантаження генератора активною та реактивною потужностями після його вмикання на паралельну роботу з системою.

2.7. Принцип дії генератора і двигуна постійного струму.

3. ЕЛЕКТРИЧНІ СИСТЕМИ І МЕРЕЖІ

3.1. Фізична суть елементів електричної заступної схеми ЛЕП.

3.2. Векторна діаграма струмів і напруг для ЛЕП з навантаженням.

3.3. Баланс активної потужності і його зв`язок з частотою.

3.4. Основні показники якості електроенергії.

3.5. Баланс реактивної потужності і його зв`язок з напругою мережі.

3.6. Регулювання частоти в електроенергетичній системі.

3.7. Компенсація реактивної потужності.

3.8. Методи регулювання напруги в електричних мережах.

3.9. Особливості розрахунку ЛЕП 330 кВ і вище.

3.10. Рівняння вузлових напруг.

3.11. Методи розв`язання лінійних рівнянь вузлових напруг.

3.12. Методи розв'язання нелінійних рівнянь вузлових напруг

3.13. Режими роботи нейтралі 0,4 750кВ.

4. ОСНОВИ РЕЛЕЙНОГО ЗАХИСТУ ТА АВТОМАТИКИ

4.1. Призначення, вимоги та структура РЗ.

4.2. Класифікація, конструктивне виконання та основні характеристики електромеханічних реле.

4.3. Використання напівпровідникової елементної бази в РЗ. Типові схеми та їх властивості.

4.4. Використання інтегральних мікросхем в РЗ. Типові схеми на ОП та їх властивості.

4.5. Максимальні струмові захисти, їх різновиди, схеми з`єднання та характеристики.

4.6. Дистанційний захист. Класифікація, схеми виконання та характеристики.

4.7. Диференційний захист. Класифікація, схеми виконання та характеристики.

4.8. Алгоритмічні схеми автоматичних систем та правила їх перетворення. Передавальні функції статичних і астатичних САК.

4.9. Якість систем автоматичного керування. Показники якості. Методи аналізу якості.

4.10. Стійкість систем автоматичного керування. Визначення стійкості. Умови стійкості. Критерії стійкості.

4.11. Динамічні характеристики ланок та систем автоматичного керування.

4.12. Основні принципи керування систем автоматичного регулювання.

5. ЕЛЕКТРИЧНА ЧАСТИНА СТАНЦІЙ ТА ПІДСТАНЦІЙ

5.1. Технологія виробництва електроенергії на КЕС та їх особливості.

5.2. Технологія виробництва електроенергії на АЕС та їх особливості.

5.3. Технологія виробництва електроенергії на ТЕЦ та їх особливості.

5.4. Технологія виробництва електроенергії на ГЕС, ГАЕС та їх особливості.

5.5. Відновлювальні джерела електроенергії.

5.6. Особливості роботи різних типів електростанцій в енергосистемі. Виконання графіків навантаження енергосистеми.

5.7. Особливості конструкції турбо- і гідрогенераторів. Системи охолодження генераторів.

5.8. Системи збудження синхронних генераторів.

5.9. Силові трансформатори та автотрансформатори. Їх режими роботи, навантажувальна здатність.

5.10. Методи обмеження струмів КЗ на електричних станціях і підстанціях.

5.11. Схеми електричних з`єднань розподільних установок станцій і підстанцій.

5.12. Системи власних потреб станцій і підстанцій. Їх особливості для станцій різних типів.

5.13. Робоче заземлення електричних ліній та пристроїв. Заземляючі пристрої.

5.14. Регулювання частоти і напруги на електричних станціях.

6. ЕЛЕКТРИЧНІ АПАРАТИ

6.1. Нагрівання провідників і апаратів в нормальних режимах та при КЗ. Термічна стійкість струмоведучих частин і апаратів.

6.2. Електродинамічні сили взаємодії струмоведучих частин апаратів. Електродинамічна стійкість провідників і апаратів.

6.3. Вимикання електричних кіл змінного і постійного струму. Відновлювальна напруга на контактах вимикача.

6.4. Електричні контакти.

6.5. Роз`єднувачі, короткозамикачі, вимикачі.

6.6. Вимикачі повітряні, елегазові, вакуумні.

6.7. Вимикачі масляні.

6.8. Комутаційні апарати на напругу до 1000 В.

6.9. Запобіжники з плавкими вставками.

6.10. Вимірювальні трансформатори струму.

6.11. Вимірювальні трансформатори напруги.

6.12. Розрахункові умови для вибору апаратів та струмоведучих частин.

7. ПЕРЕХІДНІ ПРОЦЕСИ В ЕЛЕКТРИЧНИХ СИСТЕМАХ

7.1. Причини виникнення коротких замикань. Основні допущення при розрахунку струмів короткого замикання. Види коротких замикань. Наслідки дії струмів короткого замикання.

7.2. Перехідний процес в трифазних електричних колах. Визначення основних величин, які характеризують перехідний процес.

7.3. Практичні методи розрахунку струмів короткого замикання.

7.4. Метод симетричних складових.

7.5. Двохфазне коротке замикання. Двохфазне коротке замикання на землю.

7.6. Особливості розрахунку струмів короткого замикання в електричних мережах до 1000 В.

7.7. Методи та технічні засоби оптимізації струмів короткого замикання.

7.8. Статична стійкість електричної системи.

7.9. Практичні і математичні критерії статичної стійкості. Метод малих коливань.

7.10. Динамічна стійкість. Критерії динамічної стійкості.

7.11. Метод послідовних інтервалів. Методи та технічні засоби підвищення стійкості електричних систем.

8. МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ТА ОБЧИСЛЮВАЛЬНА ТЕХНІКА

8.1. Види подібності. Теореми подібності.

8.2. Способи визначення критеріїв подібності.

8.3. Критеріальне моделювання в задачах електроенергетики.

8.4. Статистичні методи в задачах електроенергетики.

8.5. Математичне моделювання елементів електричної системи.

8.6. Методи розв`язування систем лінійних рівнянь.

8.7. Методи розв`язування систем нелінійних рівнянь.

8.8. Методи лінійного програмування.

8.9. Методи нелінійного програмування.

8.10. Види програмного забезпечення.

8.11. Операційні системи. Еволюція операційних систем. Їх призначення, основні можливості і відмінності.

8.12. Мови програмування. Їх призначення, основні можливості і відмінності.

8.13. Пакети прикладних програм, їх призначення. Текстові редактори і процесори, їх можливості, призначення і відмінності.

8.14. Електронні таблиці Excel, їх призначення, можливості і використання.

8.15. Пакет прикладних програм "Mathcad", його призначення, можливості.