ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИЗУЧАЕМОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

 

Цель дисциплины:изучение установившихся режимов работы электрической сети и системы, средств методов и устройств, позволяющих осуществить рациональное ведение нормального режима. Формирование знаний об электромагнитных и электромеханических переходных процессах в электроэнергетических системах, параметрах силовых элементов в переходных режимах, о статической и динамической устойчивости простейшей системы; умения формирования моделей, отображающих электромагнитные переходные процессы в ЭЭС, для расчета токов и напряжений при симметричных и несимметричных режимах в нормальных и аварийных схемно-режимных состояниях; умения формирования моделей, отображающих электромеханические переходные процессы в ЭЭС с целью оценки статической и динамической устойчивости системы; умения анализировать результаты и делать выводы.

Основные задачи дисциплины – уяснение физических процессов изучаемых явлений, получение практических навыков по расчету и исследованию количественных показателей переходных и установившихся режимов работы системы электроснабжения, ознакомление с особенностями переходных процессов в электроэнергетических системах.

В соответствии с требованиями квалификационной характеристики в результате изучения предмета студенты должны знать:

знать:

· терминологию, основные понятия и определения;

· систему именованных и относительных единиц электрических и электромеханических величин;

· параметры силовых элементов, используемых в схе­мах замещения прямой, обратной и нулевой последовательностях;

· условия расчета сверхпереходных ЭДС синхронных и асинхронных машин;

· основные параметры тока короткого замыкания и методы их расчета для симметричных и несимметричных режимов;

· основные критерии оценки статической и динамической устойчивости электрических систем;

· основные задачи расчета устойчивости узлов нагрузки;

уметь:

· оценивать последствия аварийных режимов и нарушения устойчивости узлов нагрузок;

· осуществлять расчеты режимов коротких замыканий для простейших схем электроснабжения;

· осуществлять мероприятия по ограничению токов короткого замыкания и повышению устойчивости узлов электропотребления;

· пользоваться программными средствами для расчетов переходных режимов СЭС;

иметь опыт:

· работы со справочной литературой и нормативно–техническими материа­лами;

· расчета режимов коротких замыканий и анализа электромеханических процессов происходящих в СЭС;

· представления результатов расчета в удобной для восприятия форме.

В результате изучения дисциплины студент должен обладать следующимиобщекультурными компетенциями:

· способность эффективно работать индивидуально и в качестве члена команды, демонстрируя навыки руководства коллективом исполнителей, в том числе над междисциплинарными проектами; уметь проявлять личную ответственность, приверженность профессиональной этике и нормам ведения профессиональной деятельности;

· способность осуществлять коммуникации в профессиональной среде и в обществе в целом, в том числе на иностранном языке; анализировать существующую и разрабатывать самостоятельно техническую документацию; четко излагать и защищать результаты профессиональной деятельности;

В результате изучения дисциплины студент должен обладать следующимипрофессиональными компетенциями:

· способность применять стандартные методы расчета и средства автоматизации проектирования; принимать участие в выборе и проектировании элементов, систем и объектов электроэнергетики и электротехники в соответствии с техническими заданиями;

· способность проводить эксперименты по заданным методикам с обработкой и анализом результатов; планировать экспериментальные исследования; применять методы стандартных испытаний электрооборудования, объектов и систем электроэнергетики и электротехники.

В результате изучения дисциплины студент должен обладать следующимипрофильно-специализированными компетенциями:

· способностью составлять расчётные схемы и схемы замещения электроэнергетических систем и их элементов для последующих расчетов нормальных и аварийных режимов; рассчитывать токи короткого замыкания в сложных электрических сетях на специализированных компьютерных программах.

СОДЕРЖАНИЕ И ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

№	Наименование темы и ее содержание	Количество часов	Рекомендуемая литература
Модуль 1. Переходные процессы в электроэнергетических системах
1.	Лекция 1. Введение. Переходные процессы в электроэнергетических системах. Основные понятия и определения		ОЛ2 ОЛ3 ДЛ1
2.	Лекция 2. Токи короткого замыкания. Причины возникновения и последствия коротких замыканий. Назначение расчетов коротких замыканий и общие сведения о расчетных условиях		ОЛ2 ОЛ4 ОЛ5 ДЛ1
3.	Лекция 3. Трехфазное короткое замыкание в электрической цепи		ОЛ3 ДЛ1
4.	Лекция 4. Составление расчетной схемы и схемы замещения		ОЛ4 ОЛ5
5.	Лекция 5. Несимметричные переходные процессы		ОЛ1 ОЛ2
Практические занятия
1.	Тема1. Определение мощности нагрузки		ОЛ2 ДЛ1 МУ1
2.	Тема 2. Расчет токов короткого замыкания		ОЛ2 ОЛ4 МУ1
3.	Тема3. Расчет начального действующего значения периодической составляющей тока короткого замыкания		ОЛ2 ОЛ3 МУ1
Самостоятельная работа СРСП
1.	Однофазное короткое замыкание. Однофазное короткое замыкание на землю		ОЛ2 ОЛ3
1.	Двухфазное короткое замыкание. Двухфазное короткое замыкание на землю		ОЛ2 ОЛ3 ОЛ3
2.	Схемы замещения и параметры трансформаторов и автотрансформаторов		ОЛ2 ОЛ3 ДЛ4
3.	Применение метода симметричных составляющих к исследованию переходных процессов		ОЛ2 ОЛ3 ДЛ3
4.	Распределение т трансформация токов и напряжений		ОЛ2 ОЛ3 ДЛ4
5.	Практический расчет начального сверхпереходного и ударного токов короткого замыкания		ОЛ2 ОЛ3 ОЛ4
6.	Переходные процессы в сетях с изолированной нейтралью и электроустановках до 1кВ		ОЛ1 ОЛ2 ДЛ3
	Самостоятельная работа СРС
1.	Симметричные короткие замыкания в электрических сетях, подключенным к мощным источникам синусоидального напряжения		ОЛ2 ОЛ3 ОЛ4
2.	Определение параметров элементов расчетной схемы		ОЛ2 ОЛ3 ОЛ4
3.	Начальная стадия переходного процесса при трехфазном коротком замыкании в цепи синхронной машины		ОЛ2 ОЛ3 ДЛ1
	Переходные процессы в неразветвленных цепях		ОЛ2 ОЛ3 ДЛ1
5.	Короткие замыкания в распределительных сетях 6-35кВ		ОЛ2 ОЛ3 ДЛ1
6.	Короткое замыкание на зажимах генераторов без автоматического регулирования возбуждения и с автоматическим регулированием возбуждения		ОЛ2 ОЛ3 ДЛ1
7.	Установившиеся режим трехфазного короткого замыкания		ОЛ2 ОЛ3 ДЛ1
Модуль 2. Переходные процессы в системах электроснабжения, распределительных сетях и установках до 1000В
1.	Лекция 6.Установившиеся режимы короткого замыкания		ОЛ2 ОЛ3 ДЛ1
2.	Лекция 7. Расчет коротких замыкании в электроустановках переменного тока напряжением до 1кВ		ОЛ2 ОЛ3 ОЛ4
3.	Лекция 8. Расчет коротких замыкании в электроустановках переменного тока напряжением выше 1кВ		ОЛ1 ОЛ2
4.	Лекция 9. Учет синхронных и асинхронных электродвигателей при расчете токов короткого замыкания		ОЛ1 ОЛ2
Практические занятия
1.	Тема 4. Расчет составляющей тока трехфазного короткого замыкания синхронного генератора		ОЛ2 ОЛ3 МУ1
2.	Тема 5. Учет изменения параметров в цепи при расчете токов короткого замыкания		ОЛ2 ОЛ3 МУ1
3.	Тема 6. Расчет токов короткого замыкания для АД и СД		ОЛ2 ОЛ3 МУ1
4.	Тема 7. Проверка электрооборудования на термическую стойкость при коротких замыканиях		ОЛ2 ОЛ3 МУ1
5.	Тема 8. Проверка электрооборудования на электродинамическую стойкость при коротких замыканиях		ОЛ1 ОЛ2
Самостоятельная работа СРСП
1.	Общая характеристика распределительных сетей		ОЛ2 ОЛ3 ДЛ1
2.	Простое замыкание на землю		ОЛ3 ОЛ4 ДЛ3
3.	Метод симметричных составляющих		ОЛ3 ОЛ4 ДЛ4
4.	Однофазное короткое замыкание с разрывом фазы		ОЛ5 ОЛ6 ДЛ4
5.	Двойное замыкание на землю в сети с изолированной нейтралью		ОЛ2 ОЛ3 ДЛ3
	Самостоятельная работа СРС
1.	Расчет начального значения тока короткого замыкания		ОЛ2 ОЛ3 ДЛ1
2.	Расчет токов короткого замыкания при точном и приближенном приведении параметров элементов схемы электрической системы		ОЛ2 ОЛ3 ДЛ1
3.	Однофазное замыкания на землю в электрических сетях с изолированной нейтралью		ОЛ3 ДЛ1
4.	Управление режимом нейтрали 6кВ при замыкании фазы на землю		ОЛ2 ОЛ3 ДЛ1
5.	Основные причины короткого замыкания и возгорания в бытовых условиях		ОЛ2 ОЛ3 ДЛ1
6.	Схемы замещения нулевой последовательности трансформаторов и автотрансформаторов		ОЛ2 ОЛ3 ДЛ1
7.	Внезапное короткое замыкание двухобмоточного трансформатора		ОЛ2 ОЛ3 ДЛ1
8.	Начальный сверхпереходный ток короткого замыкания		ОЛ2 ОЛ3 ДЛ1
9.	Переходные процессы при различных режимах работы нейтрали		ОЛ2 ОЛ3 ДЛ1
Модуль 3. Переходные процессы и устойчивость электрических систем
1.	Лекция 10. Статическая устойчивость. Основные понятия и определения устойчивости		ОЛ3 ДЛ1
2.	Лекция 11. Динамическая устойчивость. Основные понятия и определения устойчивости		ОЛ3 ДЛ1
3.	Лекция 12. Расчет термического и электродинамического воздействия токов короткого замыкания на проводники и электрооборудования		ОЛ2 ОЛ3 ДЛ1
4.	Лекция 13. Выбор и проверка электрических аппаратов и проводников		ОЛ2 ОЛ3
	Практические занятия
1.	Тема 9. Эквивалентная электрическая схема замещения		ОЛ2 ОЛ3 МУ1
2.	Тема 10. Ограничение токов короткого замыкания		ОЛ2 ОЛ3 МУ1
3.	Тема 11. Выбор токоограничивающих реакторов		ОЛ2 ОЛ3 МУ1
4.	Тема 12. Выбор токоведущих частей и аппаратов		ОЛ2 ОЛ3 МУ1
Самостоятельная работа СРСП
1.	Мероприятия по улучшению устойчивости и качества переходного процесса		ОЛ2 ОЛ3 ДЛ1
2.	Электродинамическое и термическое действие токов короткого замыкания		ОЛ2 ОЛ3 ДЛ1
3.	Влияние нагрузки на устойчивость энергосистемы		ОЛ2 ОЛ3 ДЛ1
4.	Статическая устойчивость генератора с автоматическим регулированием возбуждения		ОЛ2 ОЛ3 ДЛ1
5.	Динамическая устойчивость при коротком замыкании на линии		ОЛ2 ОЛ3 ДЛ1
6.	Динамическая устойчивость двигателей нагрузки		ОЛ2 ОЛ3 ДЛ1
	Самостоятельная работа СРС
1.	Устойчивость оборудования к короткому замыканию		ОЛ2 ОЛ3 ДЛ1
2.	Индуктивное сопротивление обратной и нулевой последовательности		ОЛ2 ОЛ3 ДЛ1
3.	Особенности переходных процессов в электродвигателе		ОЛ2 ОЛ3 ДЛ1
4.	Напряжения относительно земли при замыкании фазы на землю		ОЛ2 ОЛ3 ДЛ1
5.	Однофазное короткое замыкание с разрывом фазы		ОЛ2 ОЛ3 ДЛ1
6.	Компенсация емкостного тока в сетях с изолированной нейтралью		ОЛ2 ОЛ3 ДЛ1
7.	Схемы замещения синхронной машины для определения переходных и сверхпереходных реактивностей		ОЛ2 ОЛ3 ДЛ1
8.	Основные уравнения электромагнитного переходного процесса синхронной машины		ОЛ2 ДЛ1
9.	Параметры трансформаторов и автотрансформаторов при несимметричных режимах		ОЛ2 ОЛ3 ДЛ1
Модуль 4. Ограничение токов короткого замыкания
	Лекция 14. Ограничение токов короткого замыкания. Постановка задачи. Методы и средства ограничения токов короткого замыкания		ОЛ2 ОЛ3 ДЛ1
	Лекция 15. Однократная поперечная и продольная несимметрия		ОЛ2 ОЛ3
	Практические занятия
	Тема 13. Выбор кабелей		ОЛ2 МУ1
	Тема 14. Схемы электрических соединений на стороне 6-10 кВ		ОЛ2 ОЛ3 МУ1
	Тема 15. Схемы электроснабжения собственных нужд подстанции		ОЛ2 ОЛ3 МУ1
	Самостоятельная работа СРСП
1.	Применение технических средств ограничения токов короткого замыкания		ОЛ2 ОЛ3 ДЛ1
2.	Токоограничивающие устройства со сверхпроводниками		ОЛ2 ОЛ3 ДЛ1
3.	Оценка влияния деления электрических сетей на надежность режимов работы энергосистемы		ОЛ2 ОЛ3 ДЛ1
4.	Взаимное влияние электрических сетей при ограничении токов короткого замыкания		ОЛ2 ОЛ3 ДЛ1
5.	Мероприятия по уменьшению токов короткого замыкания и повышению устойчивости		ОЛ2 ОЛ3 ДЛ1
	Самостоятельная работа СРС
1.	Защита электронного оборудования на предприятии от электромагнитных помех		ОЛ2 ОЛ3 ДЛ1
2.	Дугогасящие катушки. Настройка дугогасящих катушек		ОЛ2 ОЛ3 ДЛ1
3.	Переходные процессы при пробое фазы на землю и обрыве дуги		ОЛ2 ОЛ3 ДЛ1
4.	Ограничения токов короткого замыкания на землю		ОЛ2 ОЛ3 ДЛ1
5.	Особенность расчетов токов короткого замыкания в собственных нуждах электрических станции		ОЛ2 ОЛ3 ДЛ1
6.	Система относительных единиц		ОЛ2 ОЛ3 ДЛ1
7.	Двухфазное короткое замыкание		ОЛ2 ОЛ3 ДЛ1
8.	Периодическая и апериодическая составляющие тока трехфазного короткого замыкания		ОЛ2 ОЛ3 ДЛ1
	Всего

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЭКЗАМЕНУ

1. Токи короткого замыкания. Общие сведения о переходных процессах
2. Основные понятия и определения. Вероятность коротких замыканий в электрических системах. Природа возникновения коротких замыканий. Последствия коротких замыканий.
3. Назначение расчетов коротких замыканий
4. Схемы замещения элементов электрической системы в расчетах токов КЗ
5. Аналитический расчет начального сверхпереходного тока при трехфазном КЗ
6. Система относительных единиц. Способы приведения в относительные единицы.
7. Мгновенное и действующее значение ударного тока
8. Составление расчетной схемы
9. Расчетная точка короткого замыкания
10. Преобразование исходных схем замещения в эквивалентные результирующие
11. Физическая природа возникновения апериодической составляющей полного тока трехфазного КЗ. Постоянная затухания апериодической составляющей
12. Влияние фазы включения и тока предшествующего режима на апериодическую составляющую тока при трехфазном КЗ в простейшей цепи

13. Порядок расчета начального (сверхпереходного) тока короткого замыкания

14. Распределение и трансформация токов и напряжений

15. Ударный ток короткого замыкания

16. Разрыв двух фаз

17. Разрыв одной фазы

18. Действующее значение полного тока короткого замыкания

19. Однофазное короткое замыкание

1. Метод симметричных составляющих. Основные соотношения и порядок применения.
2. Схемы замещения прямой, обратной и нулевой последовательностей при расчете несимметричных КЗ
3. Правило эквивалентности прямой последовательности при однократной поперечной несимметрии
4. Простое замыкание на землю, его особенности

24. Характеристики активной и реактивной мощности генератора.

 

25. Схемы замещения нулевой последовательности трансформаторов и автотрансформаторов

26. Характеристики активной мощности при наличии АРВ пропорционального и сильного действия

27. Пределы активной мощности и пределы устойчивости

28. Условие повторного пуска или самозапуска асинхронных двигателей

29. Самовозбуждение синхронных машин. Область синхронного самовозбуждения

30. Способы повышения статической устойчивости

31. Способы повышения динамической устойчивости

32. Влияние АРВ генераторов на установившиеся режим работы при коротком замыкании

33. Правило эквивалентности прямой последовательности

34. Порядок расчета тока короткого замыкания в заданный момент времени переходногно процесса

35. Двухфазное короткое замыкание

36. Порядок расчета несимметричного короткого замыкания

37. Двухфазное короткое замыкание на землю

38. Определение короткого замыкания

39. Виды и последствия короткого замыкания

40. Допущения, принимаемые в практических расчетах токов короткого замыкания

41. Приближенный учет эквивалентной системы

42. Система относительных единиц

43. Параметры элементов ЭЭС в относительных единицах

44. Причины и возникновения и последствия коротких замыканий

45. Назначение расчетов коротких замыканий и общие сведения о расчетных условиях

46. Расчет параметров схем замещения

47. Приведение параметров схемы к основной ступени напряжения

48. Преобразование схем замещения

49. Действующее значение тока короткого замыкания

50. Представление элементов электрических систем в схемах замещения при расчетах переходных процессов

1. Синхронные машины. Обобщенный вектор трехфазной системы. Векторная диаграмма синхронной машины
2. Постоянные времени синхронной машины. Переходные ЭДС и индуктивное сопротивление синхронной машины.
3. Сверхпереходные ЭДС и индуктивное сопротивление синхронной машины.
4. Уравнения переходного процесса синхронной машины
5. Системы возбуждения и автоматического регулирования тока возбуждения синхронной машины
6. Статическая устойчивость. Основные понятия и определения устойчивости
7. Ограничение токов к.з. максимальные уровни токов к.з.
8. Электродинамическое и термическое действие токов короткого замыкания
9. Самозапуск двигателей
10. Основные понятия. Гашение магнитного поля. Трансформаторы и автотрансформаторы. Линии электропередачи (ЛЭП). Нагрузка.
11. Токоограничивающие и шунтирующие реакторы. Система электроснабжения. Роль отдельных элементов электрической системы в формировании переходного процесса
12. Общие указания к расчетам токов КЗ. Основные допущения, принимаемые при расчетах
13. Составление схем замещения и расчет их параметров. Система относительных единиц. Представление элементов электрической системы в схемах замещения при расчетах токов К.З. Приведение параметров схемы к основной ступени напряжения. Преобразование схем замещения
14. Трехфазное КЗ в электрической сети

 

1. на зажимах генератора с автоматическим регулированием возбуждения. Установившийся режим. Расчет начального сверхпереходного и ударного токов КЗ.
2. Несимметричные переходные процессы в электрических системах
3. Общие сведения. Метод симметричных составляющих
4. Параметры элементов электрической системы обратной и нулевой последовательностей
5. Синхронная машина. Трансформаторы и автотрансформаторы. Воздушные и кабельные линии. Влияние удельной проводимости многолетнемерзлого грунта на удельные параметры линий электропередачи. Асинхронные двигатели и обобщенная нагрузка.
6. Схемы замещения прямой, обратной и нулевой последовательностей
7. Однократная поперечная несимметрия.
8. Алгоритм расчета тока несимметричного короткого замыкания. Комплексные схемы замещения. Сравнение токов различных КЗ
9. Общие сведения. Распределение симметричных составляющих в электрической системе.
10. Однократная продольная несимметрия
11. Сложные виды несимметрии
12. Электромагнитные переходные процессы в дальних электропередачах и их влияние на действие защиты
13. Переходные процессы в сетях с изолированной нейтралью и электроустановках до 1 кВ
14. Ограничение токов короткого замыкания максимальные уровни токов К.З.
15. Устойчивость электрических систем. Уравнение движения ротора генератора
16. Расчет собственных и взаимных проводимостей
17. Статическая устойчивость нагрузки. Динамическая устойчивость
18. Анализ трехфазного к.з. графическим методом
19. Пуск двигателей. Пуск синхронных двигателей имеет свои особенности.
20. Асинхронные режимы в электрических системах. Возникновение асинхронного режима.

85. Мероприятия по улучшению устойчивости электрических систем

1. Максимальные действующие значения токов КЗ в сетях различного напряжения. Средства ограничения токов КЗ.
2. Трехфазное КЗ в простейшей цепи питаемой от шин неизменного напряжения. Наибольшее действующее значение полного тока. Эквивалентная постоянная времени.
3. Трехфазное КЗ на зажимах генератора без автоматического регулирования возбуждения. Трехфазное КЗ
4. Периодические свободные составляющие при КЗ в дальней электропередаче. Метод защиты дальних электропередачи и ее отстройка от свободных составляющих.
5. Характеристика мощности явнополюсного генератора. Характеристика мощности генератора с АРВ.
6. Расчет режима пуска. Самозапуск двигателей. Расчет самозапуска
7. Анализ динамической устойчивости простейшей системы графическим методом. Динамическая устойчивость при к.з. на линии.
8. Регулирование возбуждения синхронной машины.
9. Динамическая устойчивость сложных систем. Динамическая устойчивость двигателей нагрузки.
10. Компенсация емкостного тока замыкания фазы на землю.
11. Применение метода малых колебаний для анализа статической устойчивости сложных систем.
12. Динамическая устойчивость асинхронного двигателя. Динамическая устойчивость синхронного двигателя.
13. Задача исследования влияния электромагнитных переходных процессов на действие защиты.
14. Двойное замыкание на землю. Однофазное КЗ с разрывом фазы

100. Ограничение токов короткого замыкания максимальные уровни токов К.З.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Основная литература (ОЛ)

 

1. Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах – М: Энергия, 2000 -520с

2. Веников В.А. Переходные процессы в электрических системах. – М: Высшая школа, 2000-536с

3. Куликов Ю.А. Переходные процессы в электрических системах, учебное пособие – Новосибирск: Изд. НГТУ, 2003 – 284с

4. Готман В.И. Электромагинтные переходные процессы в электрических системах: учебное пособие. Томск: Изд-во ТПУ, 20080236с

5. Мастерова О.А. Переходные процессы в системах электроснабжения: учебное пособие – Томск: Изд-во ТПУ, 2009-167с

Дополнительная литература (ДЛ)

 

1. Крючкова И.П. Электромагнитные переходные процессы в электроэнергетических системах. М: Энергия, 1998 -420с
2. Крючкова И.П., Неклепаев Б.Н., Жуков В.В. Расчет коротких замыканий и выбор электрооборудования. – М: Высшая школа, 2002-566с
3. Беляева Е.Н. Как рассчитать ток короткого замыкания. М: Энергия, 1996 -480с