Национальный горный университет — соответствие Времени



УДК 621.311(075.8)

Перехідні процеси в системах електропостачання: Підручник для вузів. Вид. 2-е, доправ. та доп. / Г.Г. Півняк, В.М. Винославський, А.Я. Рибалко, Л.І.Несен / За ред. академіка НАН України Г.Г.Півняка. - Дніпропетровськ: Видавництво НГА України, 2000. - 597 с.

Розглянуто електромагнітні та електромеханічні перехідні процеси в системах електропостачання. Викладено фізичні явища, обумовлені перехідними процесами, методи їхнього аналізу та розрахунку. Матеріал проілюстровано практичними прикладами.

Для студентів вузів, які навчаються за спеціальностями напряму підготовки "Електротехніка". Може бути використаний також студентами інших електроенергетичних спеціальностей, аспірантами, науковцями у сферах проектування й експлуатації систем електропостачання підприємств та виробництв.

Іл. 223. Табл. 37. Бібліогр.: 44 назви.

Рецензенти:

А.К.Шидловський, академік НАН України, професор (Інститут електродинаміки НАН України);

І.В.Жежеленко, академік АН вищої школи України, професор (Приазовський державний технічний університет);

кафедра теоретичних основ електротехніки та електропостачання Вінницького державного технічного університету.

 
© Г.Г.Півняк, В.М.Винославський, А.Я.Рибалко, Л.І.Несен, 2000
© Національна гірнича академія України, 2000
ISBN 5-7763-1928-5
ББК 31.27я73
П 27



ЗМІСТ

  Список скорочень 10
  Передмова 11
  Вступ 14

Частина I.

ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ ПЕРЕХІДНІ ПРОЦЕСИ
22

Розділ 1.
Загальні відомості про перехідні процеси

1.1.

Види, причини та наслідки коротких замикань
22
1.2. Призначення розрахунків електромагнітних перехідних процесів, розрахункові умови 26
1.3. Початкові положення до розрахунку струмів короткого замикання 28
1.4. Розрахункова схема системи електропостачання та опис її елементів 32
1.5. Схема заміщення та способи визначення показників її елементів 35
1.6. Еквівалентні перетворення схем заміщення 44
1.7. Застосування наближеного зведення у відносних одиницях виміру для розрахунку опорів схем заміщення 48
  Приклади розрахунків 51
  Контрольні запитання 55
  Теми рефератів 56

Розділ 2.
Характеристики та параметри синхроних машин

2.1.

Загальні відомості
57
2.2. Початкові рівняння електричних кіл синхронної машини 58
2.3. Власні та взаємні індуктивності обмоток синхронної машини 60
2.4. Лінійні перетворення систем координат 63
2.5. Потокозчеплення та індуктивності синхронної машини в системі координатних осей d, q 69
2.6. Перетворення диференціальних рівнянь синхронної машини 71
  Контрольні запитання 73
  Теми рефератів 74

Розділ 3.
Математичні моделі машин змінного струму

3.1.

Загальні відомості
75
3.2. Перехідні е.р.с. та індуктивні опори 76
3.3. Надперехідні е.р.с. та індуктивні опори 83
3.4. Електрорушійна сила та індуктивні опори електродвигунів 90
  Контрольні запитання 92
  Теми рефератів 92

Розділ 4.
Перехідні процеси при трифазних коротких замиканнях

4.1.

Коротке замикання в радіальній мережі без трансформаторних зв’язків
93
4.2. Коротке замикання на затискачах генератора 103
4.3. Коротке замикання у віддалених точках системи електропостачання 107
4.4. Початкове значення періодичної складової струму короткого замикання 109
4.5. Періодична складова струму короткого замикання у довільний момент часу перехідного процесу 114
4.6. Струм короткого замикання в усталеному аварійному режимі 116
  Приклади розрахунків 118
  Контрольні запитання 125
  Теми рефератів 126

Розділ 5.
Розрахунки перехідних процесів при трифазних коротких замиканнях

5.1.

Основні положення
127
5.2. Використання діаграм періодичної складової струму у мережі з одним джерелом 132
5.3. Використання діаграм періодичної складової струму у мережі з кількома джерелами 136
5.4. Розрахунок періодичної складової струму для довільного моменту часу з використанням методу спрямлених характеристик 139
5.5. Розрахунок струму короткого замикання за принципом накладання 146
5.6. Розрахунок складових струму короткого замикання від вузлів навантаження 148
5.7. Розрахунок струмів короткого замикання в електроустановках напругою до 1 кВ 160
5.8. Розрахунки струмів короткого замикання з використанням обчислювальних машин 178
  Приклади розрахунків 190
  Контрольні запитання 204
  Теми рефератів 205

Розділ 6.
Основні положення до аналізу перехідних процесів при порушенні симетрії у трифазній мережі

6.1.

Загальні відомості
206
6.2. Створення синхронним генератором вищих гармонік 207
6.3. Метод симетричних складових 209
6.4. Співвідношення між симетричними складовими векторів струмів та напруг 213
6.5. Опір елементів зворотної та нульової послідовностей 216
6.6. Схеми заміщення для окремих послідовностей 236
6.7. Результуючі е.р.с. та опори схем заміщення для окремих послідовностей 239
  Контрольні запитання 241
  Теми рефератів 241

Розділ 7.
Поперечна несиметрія

7.1.

Початкові положення
242
7.2. Однофазне коротке замикання 244
7.3. Двофазне коротке замикання 247
7.4. Двофазне коротке замикання на землю 250
7.5. Урахування перехідного опору в місці короткого замикання 252
7.6. Правило еквівалентності для струму прямої послідовності 255
7.7. Комплексні схеми заміщення 261
7.8. Порівняння струмів при різних видах короткого замикання 263
7.9. Трансформація симетричних складових струмів та напруг окремих послідовностей .267
7.10. Методи розрахунку несиметричних коротких замикань 275
  Приклади розрахунків 281
  Контрольні запитання 305
  Теми рефератів 305

Розділ 8.
Поздовжня несиметрія та складні види пошкоджень

8.1.

Загальні відомості
306
8.2. Розрив однієї фази трифазної мережі 308
8.3. Розрив двох фаз трифазної мережі 310
8.4. Вмикання у фази неоднакових опорів 312
8.5. Подвійне замикання на землю 315
8.6. Однофазне коротке замикання, одночасне з розривом фази 324
  Приклади розрахунків 329
  Контрольні запитання 343
  Теми рефератів 343

Розділ 9.
Перехідні процеси в особливих умовах

9.1.

Короткі замикання в мережах зовнішнього електропостачання
344
9.2. Замикання на землю в мережі з ізольованою нейтраллю 347
9.3. Короткі замикання в мережах струму підвищеної частоти 352
9.4. Перехідні процеси, обумовлені особливостями технології виробництва 353
9.5. Процеси при комутаціях конденсаторних батарей 357
9.6. Короткі замикання в мережах постійного струму 359
  Приклади розрахунків 365
  Контрольні запитання 367
  Теми рефератів 367

Розділ 10.
Рівні струмів та потужності короткого замикання

10.1.

Якість електромагнітних перехідних процесів
368
10.2. Способи обмеження струмів короткого замикання 370
10.3. Технічні засоби обмеження струмів короткого замикання 377
10.4. Оптимізація рівня струму короткого замикання 391
10.5. Координація рівнів струмів короткого замикання 394
  Приклади розрахунків 396
  Контрольні запитання 403
  Теми рефератів 403

Частина II.

ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНІ ПЕРЕХІДНІ ПРОЦЕСИ
404

Розділ 11.
Завдання аналізу та характеристика процесів

11.1.

Загальні відомості
404
11.2. Наслідки від короткочасних порушень електропостачання 406
11.3. Умови збереження експлуатаційних режимів систем електропостачання 407
11.4. Математичні моделі елементів систем електропостачання 408
11.5. Моделювання навантаження підприємства під час аналізу стійкості режиму системи електропостачання 415
  Контрольні запитання 419
  Теми рефератів 419

Розділ 12.
Методи розрахунку статичної стійкості

12.1.

Критерії статичної стійкості
420
12.2. Використання практичних критеріїв статичної стійкості 424
12.3. Дослідження статичної стійкості методом малих коливань 435
12.4. Урахування автоматичного регулювання збудження при розрахунку статичної стійкості 444
  Приклади розрахунків 454
  Контрольні запитання 462
  Теми рефератів 462

Розділ 13.
Стійкість системи електропостачання при сильних збуреннях

13.1.

Динамічна стійкість режиму
463
13.2. Спрощені методи оцінки динамічної стійкості режиму 467
13.3. Оцінка динамічної стійкості режиму складної електричної системи 472
13.4. Оцінка динамічної стійкості режиму при врахуванні регулювання збудження генераторів 477
13.5. Результуюча стійкість режиму 481
13.6. Оцінка результуючої стійкості режиму 484
13.7. Про застосування засобів обчислювальної техніки для аналізу стійкості режиму 489
  Приклади розрахунків 490
  Контрольні запитання 495
  Теми рефератів 496

Розділ 14.
Стійкість режиму вузла навантаження при слабих збуреннях

14.1.

Початкові положення
497
14.2. Розрахунок стійкості режиму роботи асинхронних і синхронних двигунів 501
14.3. Урахування впливу параметрів електричної мережі на стійкість режиму 504
14.4. Вплив компенсації реактивної потужності на стійкість режиму 509
14.5. Використання статичних характеристик навантаження в розрахунках стійкості режиму вузла з комплексним навантаженням 514
  Приклади розрахунків 520
  Контрольні запитання 529
  Теми рефератів 530

Розділ 15.
Стійкість режиму вузла навантаження при сильних збуреннях

15.1.

Характерні причини сильних збурень у вузлах навантаження
531
15.2. Загальна система рівнянь електромеханічних перехідних процесу в асинхронному двигуні 533
15.3. Аналіз сильного збурення у вигляді трифазного короткого замикання на затискачах асинхронного двигуна 535
15.4. Аналіз сильного збурення у вигляді накиду навантаження на асинхронний двигун 537
15.5. Пуск асинхронного двигуна 540
15.6. Самозбудження асинхронних двигунів під час пуску при послідовній ємнісній компенсації в мережі 542
15.7. Самозапуск асинхронних двигунів 545
15.8. Рівняння електромеханічних перехідних процесів у синхронному двигуні 548
15.9. Аналіз сильного збурення у вигляді трифазного короткого замикання на затискачах синхронного двигуна 551
15.10. Накид навантаження на синхронний електродвигун 552
15.11. Пуск синхронних двигунів 555
15.12. Самозапуск синхронних двигунів 558
15.13. Електромеханічні перехідні процеси у вузлі комплексного навантаження 561
  Приклади розрахунків 567
  Контрольні запитання 571
  Теми рефератів 572

Розділ 16.
Забезпечення стійкості режиму в системах електропостачання

16.1.

Загальні положення
573
16.2. Заходи на стадії проектування 574
16.3. Використання під час експлуатації регулювальних пристроїв на електростанціях 578
16.4. Використання пристроїв релейного захисту та автоматики 580
  Контрольні запитання 584
  Теми рефератів 585
  Додаток 586
  Список літератури 590
  Предметний покажчик 593



ПЕРЕДМОВА

Необхідність удосконалення систем електропостачання (СЕП) визначена розвитком промисловості, транспорту, будівництва, агропромислового комплексу. Підприємства цих галузей у складній інфраструктурі промислових центрів і міст - основні споживачі електричної енергії й обумовлюють високу щільність електричного навантаження з її перетворенням на інші види енергії за різних значень напруги і струму. Їхні СЕП характеризуються багаторівневими ступенями розподілу електроенергії; великими вузлами навантаження з різними видами перетворення параметрів електромагнітної енергії, складом електроприймачів; джерелами живлення від електроенергетичної системи (EEC), місцевих теплових електростанцій (ТЕС), синхронних компенсаторів, джерел реактивної потужності (ДРП), а в аварійних режимах - від двигунів, що перейшли на генераторний режим; значною розгалуженістю розподільних електричних мереж; зворотним впливом електротехнологічних процесів та великих електроприймачів на функціонування СЕП в аварійних режимах.

Створення та експлуатація СЕП пов’язані із значними витратами матеріальних ресурсів. Тому таку велику роль відіграє підвищення економічності СЕП з високим рівнем надійності роботи в різних умовах і режимах експлуатації, включаючи аварійні та післяаварійні режими. У цьому зв'язку до СЕП, їхніх режимів роботи і якості електроенергії, що можна оцінити на основі досліджень перехідних процесів, ставляться підвищені вимоги.

У країнах СНД і далекого зарубіжжя багато уваги приділяється розробці методів досліджень та розрахунку перехідних процесів, спрямованих на створення СЕП нового технічного рівня, збереження стійкості їх режимів з необхідним рівнем економічності, якості електроенергії, надійності і безпеки експлуатації. Вирішенню завдань, що виникають при аналізі та розрахунку перехідних процесів, значною мірою сприяє широке використання методів моделювання СЕП і засобів обчислювальної техніки, що дає можливість вибирати найбільш прийнятні схемні рішення й електричні характеристики елементів СЕП, а також досягати вищих значень показників їх економічності та надійності не тільки в нормальних, а й у перехідних режимах.

Перехідні процеси в електричних системах широко висвітлені в науковій та відповідній навчальній літературі. Узагальненого підручника з перехідних процесів у СЕП для студентів вузів тривалий час, на жаль, не було. Ідея написання підручника для вузів “Перехідні процеси в системах електропостачання” (К.: Вища школа, 1989) належала професорам В.М. Винославському та Г.Г. Півняку. У підготовку та редагування першого видання підручника [43] вагомий внесок зробив проф. B.М. Винославський.

Наукове надбання проф. В.М. Винославського має продовження в подальших дослідженнях його колег та учнів. Досвід світової електроенергетичної практики, розвиток сучасних електричних систем та мереж, зростання потужностей СЕП підприємств та виробництв, зміни в підходах до аналізу і розрахунків перехідних процесів та режимів у СЕП поставили нове завдання систематизувати та узагальнити цей матеріал і перевидати підручник за вимогами навчальної програми відповідної дисципліни для спеціальностей напряму підготовки “Електротехніка”. Підручник написано колективом авторів Національної гірничої академії України (Г.Г. Півняк, А.Я. Рибалко) та Національного технічного університету "КПІ” (В.М. Винославський, Л.І. Несен). Автор першого видання підручника [43] В.В. Прокопенко у зв’язку з тривалим закордонним відрядженням до Камбоджі не зміг взяти участі у написанні, доповненні та доопрацюванні нового видання і цю роботу виконав проф. В.М. Винославський.

Навчальні цілі нового підручника орієнтовані на вимоги освітньо-кваліфікаційних характеристик фахівців спеціальностей напряму “Електротехніка”, враховано специфіку перехідних процесів у СЕП порівняно з EEC. Більше уваги надано розрахункам електромагнітних перехідних процесів у розподільних мережах, обумовлених технологією виробництв. Значний обсяг матеріалу присвячений розрахункам стійкості вузлів навантаження СЕП у різних режимах і при різних видах збурень.

Особливість підручника - спільний виклад електромагнітних та електромеханічних перехідних процесів. При цьому автори намагалися чіткіше відбити єдність розгляду електромагнітних і електромеханічних перехідних процесів під час аналізу та розрахунків стійкості режиму СЕП. Аналізовані питання проілюстровані прикладами практичних розрахунків, що сприятиме самостійному вивченню, повнішому оволодінню матеріалом з формуванням понять та умінь і прищепленню студентам навичок до відповідних досліджень та розрахунків.

У підручнику використані основоположні праці вчених П.С. Жданова, C.О. Ульянова, В.А. Вєнікова, І.А. Сиромятникова, результати досліджень і наукових робіт академіків А.К. Шидловського, та Г.Г. Півняка, професорів Д.О. Арзамасцева, І.В. Жежеленко, Г.Я. Вагіна, В.М. Винославського та ін. У другому виданні враховані критичні зауваження, пропозиції та побажання авторам акад. А.К. Шидловського, професорів Д.О. Арзамасцева, І.В. Жежеленко, доц. В.А. Ладензона, науковців Вінницького державного технічного університету, за що їм автори щиро вдячні.

Структурно книга складається з вступу і двох частин. У першій частині розглянуто електромагнітні перехідні процеси, обумовлені виникненням коротких замикань, поперечної і поздовжньої несиметрії та викликані технологічними процесами в СЕП. Друга частина присвячена електромеханічним перехідним процесам, спільному впливу електромагнітних та електромеханічних процесів на стійкість режиму СЕП.

Для закріплення теоретичного матеріалу, окрім прикладів практичних розрахунків, наприкінці кожного розділу подані контрольні запитання і теми рефератів, що спрямують самостійну роботу студентів.

Автори з вдячністю приймуть зауваження та побажання, що будуть сприяти подальшому покращанню змісту підручника.


Автори

© 2006-2017 НГУ Інформація про сайт