Глава 10

10.1. Качество электромагнитных переходных процессов

Основными источниками электроснабжения промышленных предприятий являются сети ЭЭС. Тенденция увеличения числа и мощности источников электрической энергии в энергетических системах, приближения источников питания к потребителям, увеличения числа и мощности синхронных и асинхронных двигателей в узлах нагрузки означает одновременно повышение уровней мощности и токов КЗ на шинах понижающих подстанций и в распределительных электрических сетях СЭС. Это обусловливает предъявление повышенных требований в отношении функционирования коммутационной аппаратуры, релейной защиты, системной автоматики, а также электродинамической и термической стойкости элементов СЭС.

При создании СЭС следует согласовывать предъявляемые требования к их элементам с возможными в них переходными процессами. Анализ электромагнитных переходных процессов с оценкой их качества необходим для проектирования и правильной эксплуатации СЭС.

Качество переходных процессов с точки зрения согласования с требованиями, предъявляемыми к СЭС и их элементам, характеризуют качественными и количественными показателями. Последние обычно являются функционалами зависимостей параметров режима от времени или их предельными значениями и содержат определенную информацию. Показателям качества электромагнитных переходных процессов, возникающих при переходе СЭС из нормального режима работы в аварийный, дают оценку по следующим их свойствам, характеристикам и последствиям.

1. По длительности переходного процесса. Это интервал времени, в течение которого СЭС переходит из одного устойчивого состояния работы в другое установившееся состояние. Длительность процессов, близких к апериодическим, можно оценить интервалом времени если воспользоваться эквивалентной постоянной времени электрической сети (5.64).

Время существования аварийного режима при переходных процессах, возникающих вследствие внезапных нарушений нормального режима, обычно стремятся сократить, оценивая расчетную продолжительность аварийного режима (КЗ). Этот интервал времени слагается из минимального времени действия средств релейной защиты , и собственного времени отключения коммутационной аппаратуры :

Преднамеренные нарушения режима (включение, отключение, КЗ, пуск и т. п.) рассчитывают по длительности для каждого вида электрооборудования с целью сравнения с допустимым временем переходного режима, которое ограничивается техническими и технологическими условиями, требованиями безопасности, нагрева и др.

2. По характеру переходного процесса, который оценивают по изменению тока во времени. Характер электромагнитного переходного процесса зависит от мощности источников электрической энергии, параметров электрических сетей, наличия на генераторах средств APR, установки и электрических сетях устройств АПВ.

Характер переходного процесса изменения параметров режима может быть апериодическим, колебательным с неизменной или апериодической амплитудой и монотонным. При расчете параметров режима КЗ используют качественную оценку характера переходного процесса по амплитуде. По размагничивающему действию реакции статора генераторов при протекании тока источники питания условно подразделяют на источники неограниченной и ограниченной мощностей, что определяемся их электрической удаленностью от места КЗ (см. гл.5).

Количественными оценками характера переходного процесса являются коэффициент затухания периодической составляющей шока КЗ

(10.1)

и коэффициент затухания апериодической составляющей тока КЗ

(10.2)

3. По опасности последствий для оборудования СЭС, которая оценивается соответственно следующими показателями переходного процесса изменения тока КЗ:

электродинамической стойкостью элементов СЭС (проверяется по ударному току при трехфазном КЗ);

термической стойкостью (оценивается по наибольшему тепловому импульсу тока при трехфазном или двухфазном КЗ)

(10.3)

4. По существенности влияния параметров аварийного переходного процесса на нормальные режимы, работы СЭС и ее элементов. Для СЭС предприятий оценки этого влияния отражаются зависимости показателей качества электрической энергии (ГОСТ 13109-67) у электроприемников со сложным режимом потребления энергии от уровня мощности КЗ:

коэффициентом несинусоидальности

(10.4)

который пропорционален суммарной мощности преобразовательных агрегатов и обратно пропорционален мощности КЗ;

коэффициентом несимметрии

(10.5)

который пропорционален мощности однофазной нагрузки и обратно пропорционален мощности КЗ;

колебаниями напряжения

(10.6)

которые пропорциональны набросу мощности реактивной нагрузки и обратно пропорциональны мощности КЗ;

колебаниями частоты

(10.7)

которые пропорциональны скорости наброса активной мощности у электроприемников с резкопеременной нагрузкой и обратно пропорциональны мощности КЗ.

5. По стоимости дополнительных мероприятий для улучшения требуемых характеристик переходного процесса в СЭС. Для СЭС крупных предприятий токи КЗ достигают на приемных пунктах электрической энергии таких значений, что без их ограничения обойтись нельзя. Решение и осуществление этой задачи требуют дополнительных капитальных вложений в СЭС.

Как видно, показатели качества электромагнитных переходных процессов по-разному характеризуют условия функционирования СЭС и электроприемников. В основе количественной оценки всех показателей лежат токи и мощности КЗ. Для СЭС характерно противоречие в их оценке. С точки зрения снижения стоимости элементов СЭС и облегчения условий их работы желательно уменьшение уровней тока и мощности КЗ, а с точки зрения обеспечения качества электрической энергии у электроприемников, наоборот, необходим их высокий уровень. Это и определяет постановку задачи поиска компромиссного выбора показателей качества электромагнитных переходных процессов.