Коммерциялық емес акционерлік қоғам

АЛМАТЫ ЭНЕРГЕТИКА ЖӘНЕ БАЙЛАНЫС УНИВЕРСИТЕТІ

Электр станциялары, тораптары және  жүйелері  кафедрасы

 

 

 

ЭЛЕКТРМАГНИТТІК  ЖӘНЕ ЭЛЕКТРМЕХАНИКАЛЫҚ

ӨТПЕЛІ ПРОЦЕСТЕР 

5В071800 - Электрэнергетика  пәні бойынша  оқитын студенттерге

арналған  дәріс жинағы

 

 

 

Алматы 2011

ҚҰРАСТЫРУШЫЛАР: В.Н.Сажин,К.К. Тохтибакиев, Ш.Т.Дуйсенова. Электрмагниттік және электрмеханикалық өтпелі процестер 5В071800 Электр энергетика   пәні   бойынша    оқитын   студенттерге   арналған  дәрістер  жинағы  - Алматы: АЭжБУ,  2011 - 61 бет.

 

         Әдістемелік жұмыста симметриялы және симметриялы емес қысқа тұйықталу есептері  қарастырылады,  оқшауланған нейтралды тораптардағы өтпелі процесстер. Екінші бөлігінде жай торапты статикалық және динамикалық сұрақтар және электр  тораптарының беріктілігін жоғарлату үшін мерроприятиялар қарастырылады.

         Безендіру іс шаралар 40, әдебиет  көрсеткіші - 7 атау.

 

Пікір беруші: техн.ғыл.канд.,профессор :  Бекмагамбетова К.Х.

 

 

         «Алматы энергетика және байланыс университетінің», коммерциялық емес акционерлік қоғамының  2011 ж.  баспа жоспары бойынша басылады. 

 

 

©  «Алматы энергетика және байланыс университетінің» КЕАҚ, 2011 ж.


Кіріспе 

         «Электрмагниттік және электрмеханикалық  өтпелі процесстер» пәні электр энергетика cаласында профильді пәндердің бірі болып табылады.

Өтпелі процестер электр тораптарында нормалды іске асыруларда пайда болады (жүктемелердің, қорек көздерінің, жеке тізбектердің қосылуы және ажырауы), тағы сол сияқты аппаттық жағдайларда (жүктелген тізбектердің ажырауы және жеке фазалардағы қысқа тұйықталулар, машинаның синхрондаудан шығуы және т.б). Өтпелі процестерді оқып үйрену арқылы ең алдымен осы процестердің физикалық мәні мен оның пайда болу себептерімен танысу керек, сонымен қатар тәжірбиелік критерияларды және сандық бағалар тәсілін өңдеу керек. Сол арқылы, осындай процестердің нәтижесінде қауіпті жағдайлардың алдын алуға болады. Өтпелі процестерді түсініп ұғу өте маңызды, бірақ одан да маңыздысы сапалы түрде оны басқару болып табылады.

         Барлық өтпелі процестерде торап элементтерінің электрмагниттік  жағдайының өзгеруі және электрмагниттік кезеңінің және кез-келген  айналу машинасының валындағы момент ортасындағы баланстың бұзылуы жүргізіледі.

         Зақымдалудың нәтижесіне сәйкес машинаның айналу жылдамдығы өзгереді, кейбір машиналар тежелуді, кейбіреулері үдетуді басынан өткереді. Осы бағыт басқару құрылғылары нормалды қалыпты жағдайды қалыпына келтіргенше созылады, егер өзгерту шарттарында ол мүмкін болса.

         Осыдан мынандай қорытынды шығаруға болады, өтпелі процес  электр- магниттік жиынтығы және жүйедегі механикалық өзгерістермен сипатталады.

 

1 Дәріс.  Өтпелі процесске жалпы түсінік

 

Дәрістің мазмұны: электр жүйесінің жұмыс істеу режімі; қысқа тұйықталу және оның пайда болу себептері.                                                                                                     

Дәрістің мақсаты: жүйенің жұмыс істеу режімімен  және қысқа тұйықталудың болу себептерімен танысу.

 

 

1.1  Негізгі түсініктер және анықтамалар

Электрлік жүйе – бұл электр энергия жүйесінің ішіндегі қайта өндіру, іске асыру, беру және электр энергиясын пайдалануды шартты түрде іске асыратын бөлім. Нәтижесінде апаттық жағдайда жүйеде өтпелі процесс пайда болады, соның салдарынан бір режімнен келесі режімге өту процесі жүреді.

Жүйенің жұмыс істеу режімі – бұл электрлік жүйенің жұмысын және оның әртүрлі уақыт кезеңінде болу процестерінің жиынтығы. Режімнің параметрлері: кернеу, қуат, тоқ және т.б. Олар өзара параметрлік жүйемен байланысқан. Жүйенің параметрлері: кедергі, өткізгіштік, трансформация коэффициенті, тұрақты уақыттар және т.б. элементтердің физикалық сипатымен анықталады. Электрлік жүйенің жұмыс режімі бірнеше түрге бөлінеді:

1) Тұрақталған қалыпты жағдай – бұл жүйенің күйі, жұмыс істеу режімі шектен шыққан кезде параметрлерді өзгеріссіз есептеуде мүмкіндік береді.

2)  Қалыпты өтпелі режім – бұл жүйенің қалыпты эксплуатациясы кезінде пайда болады (жүктеменің өзгеруі, синхронды машиналардың синхронды емес жағдайда қосылуы және т.б.).

3) Апаттық өтпелі режім – бұл электрлік жүйеде мынадай жағдайларда, мысалы: қысқа тұйықталу, кенеттен жүйенің элементінің ажырауынан және қайталап қосылу кезінде және т.б. жағдайларда пайда болады.

4) Аппаттан кейінгі тұрақталған режім – электрлік жүйенің элементтері істен шыққаннан кейін пайда болатын режім. Бұл жағдайда апаттан кейінгі режимнің параметрлері бастапқы режімнің параметрлеріне неғұрлым жақын болып келсе, соғұрлым  алыс болуы мүмкін.

Бір режімнен келесі режімге өту кезінде генераторлар мен қозғалтқыштардың желісінде жүйенің элементтерінің электрмагниттік күйі және олардың арасындағы баланс өзгереді. Бұл алмасу процессі кезінде электромагниттік және жүйеде механикалық өзгерістердің жиынтығының бірдей екенін білдіреді. Дегенменде алмасу процессін екі сатыға бөледі. Бірінші сатысында үлкен инерциямен жүйедегі машинаны айналдыру кезінде электр магниттік өзгеру болады. Бұл саты 0,1 ден 0,2 дейінгі жағдайда болады және бұл электр магниттік өтпелі режім деп аталады. Екінші сатысында жүйенің механикалық сипаты көрінеді. Бұл кезде өтпелі процеске үлкен әсерін тигізеді. Бұл саты электр механикалық өтпелі процесс деп аталады.

Көп жағдайда апаттық өтпелі процесстің пайда болуының басты себебі ол қысқа тұйықталудың әсерінен. Қысқа тұйықталу – бұл фазалар арасындағы немесе фазамен жер арасындағы кенеттен болатын жағдай. Жүйедегі оқшауланған бейтарапты фазаның жерге қысқа тұйықталуды жәй тұйықталу деп атайды.

Қысқа тұйықталу болған жерде электр доғасы пайда болады. Қысқа тұйықталу тогына доғаның әсері оның есептеуіне қиындық әкеледі.

Доғаның кедергісінен басқа қысқа тұйықталуда өтпелі кедергі пайда болады, ол ластануды және оқшауламаның қалдықтарының және т.б. қалуына әсер етеді. Өтпелі кедергісі және доғаның кедергісі аз жағдайда бұларды қолданбайды. Мұндай тұйықталу металдық тұйықталу деп аталады.

Электрлік жүйеде жерге тұйықталу бейтарабымен жұмыс істеу режимін төрт қысқа тұйықталу түріне бөледі: (1.1 суретті қара).

а) үш фазалық;

б) екі фазалық;

в) екі фазалық жерге тұйықталған, яғни жерге тұйықталған нүктенің екі фаза арасындағы бір уақытта тұйықталуы;

г) бір фазалық.

Үш фазалық қысқа тұйықталу симметриялық болып табылады, себебі барлық фазалар бірдей шартта болады. Ал қалған қысқа тұйықталулардың барлығы симметриялық емес, себебі фазалар бірдей шартта болмайды.

 

 

1.1 сурет

 

 

1.2  Қысқа тұйықталудың пайда болу себептері

Көптеген жағдайларға байланысты қысқа тұйықталулардың бірнеше түрін қарастыруға болады:

1)     электр жабдықтың оқшауламасының бұзылуы, оның ескіруі және оқшауламалардың бүлінуі;

2)     электрлік жүйедегі элементтердің механикалық бүлінуі (электр беріліс желісінің үзілуі, тіреудің құлауы және т.б.);

3)     тоқ өткізу бөлшектердің құстардан және аңдардан оқшауланбауы;

4)     қайта қосу кезінде оперативті пайдаланушының жіберген қателігі.

           Қысқа тұйықталудың санын азайту электр жүйесіндегі  техникалық іске асыру ережесін қатал сақтау кезінде ғана жүзеге асады.

 

 

1.3  Қысқа тұйықталудың жағдайлары

          Қысқа тұйықталудың келесі жағдайларын қарастырамыз:

1)     Жүйелік апат,  жүйенің   тұрақтылығының   бұзылуына    әкеледі.   Бұл

қысқа тұйықталудың ішіндегі ең қауіптісі ол техника-экономикалық шығынға әкеліп соқтырады.

2)     Қысқа тұйықталудың рұқсат етілген қызуымен байланысты электр

жабдықтардың термиялық бүлінуі.

3)     Электр жабдықтардың механикалық бүлінуі, электр динамикалық

күштің тоқ өткізгіш бөлшектер арасындағы әсері.

4)     Тұтынушылардың  жұмыс   істеу  мүмкіндігінің   төмендеуі. Кернеудің

төмендеуіне байланысты, мысалы, 60-70%-ке дейін 1секунд ішінде өнеркәсіптік кәсіпорнында қозғалтқыштардың тоқтауына әкеліп соқтырады, бұл өз кезегінде технологиялық процестің бұзылуына, яғни экономикалық жағынан шығынға ұшыратуы мүмкін.

5)     Симметриялық емес қысқа тұйықталу кезіндегі дәлдеу. Көрші

желідегі ЭҚҚ-ң сигнализациясы, яғни қызмет көрсетуші персоналға қауіпті. Қысқа тұйықталу кезіндегі үлкен қателік, жүйенің элементтеріне және оның болу себептеріне байланысты болады.

 

 

1.4  Қысқа тұйықталуды есептеудегі белгілену

Электр қондырғыларды жобалау және эксплуатациялауда сонымен

қатар жүйедегі көптеген техникалық сұрақтар мен есептеулер жүргізгенде, электрмагниттік өтпелі процесіндегі қысқа тұйықталуды есептеу ерекше орын алады.

 Электр магниттік өтпелі процесінде токтар мен кернеулерді есептеу қалыпты жағдайда жүреді.

Қысқа тұйықталу тогын есептеу мыналар үшін қажет:

1)     апаттық  режім   кезінде   тұтынушылардың    жұмыс шартын анықтау;

2)     электр динамикалық   және  термиялық   тұрақтылығына   байланысты

аппараттар мен өткізгіштіктерді таңдау;

3)     релелік қорғаныстың және автоматиканың жобалануы мен

құрылымы;

4)     электрлік байланысу сұлбасын таңдау және оған баға беру;

5)     қорғаныс құрылғыларын тексеру және жобалау;

6)     электр беріліс желісінің байланыс желісіне әсерін анықтау;

7)     жерге тұйықталу бейтарабының санын және олардың электр

станциясында орналасуын анықтау;

8)     апатты анализдеу.

Есепті шешу ерекшелігі өтпелі процесс кезінде эксплуатациялаудағы нақты шарттарды білу қажет. Жобалау кезінде көп жағдайда жуық шамамен тоқталады. Сол себепті ең бастысы үлкен дәлдікті талап ету.

 

                                                                                  

2 Дәріс. Қысқа тұйықталу тогын есептеуінің ортақ нұсқауы

 

Дәрістің  мазмұны: ығысу сұлбасын құру және оның параметрлерін есептеу, қысқа тұйықталу кезінде рұқсат етілуін есептеу. Қатыстық бірліктің жүйесі.

Дәрістің мазмұны: ығысу сұлбасының электр жүйесі мен оның параметрлерінің негізгі  элементтерімен танысу. Қатыстық бірлік жүйесімен танысу.

 

2.1 Есептеу кезінде қабылданатын негізгі  рұқсат берілу

 

Күрделі электр жүйеде барлық әсер ететін факторлардың өтпелі процессін есептеу- ол қиын және еңбектенуді қажет ететін есеп. Оның қысқартылуы үшін рұқсат берілу қатарын енгізу керек. Бірақ та бір есепті есептегенде ол әділ болғанда, ал басқасы  мүлдем басқаша болуы мүмкін. Сондықтан  практикалық есепте көп қолданған рұқсаттамалар төменде көрсетілген.

1. Үш фазалы  симметриялы жүйенің сақталуы (ол тек қана ақау болғанда ғана бұзылады).

2. Трансформатор мен автотрансформатордың тогының  магниттелуінің  әсері.

3. Магниттік жүйенің қанықпауы (яғни  барлық сұлбалардың  желіліктігі).

4.  Активті кедергілердің әсері  (желідегі 1000 В дейінгі қысқа тұйықталу тогының есептеуінен басқа  және уақыттың тұрақты бағасы ).

5. Желінің өткізгіштік сыйымдылығының  әсері  ( қарапайым  жерге тұйықталу есебінен басқа).

6. Тұрақты кедергілерінің  жүктемесін есепке алу.

7. Синхронды машинаның айналу жылдамдығы  тұрақты  ( t-0,1....0,2 с өтпелі  процессінің бастапқы бағанасы үшін).

8. Есептеу сұлбасының  ЭҚК векторының фаза бойынша орнынан қозғауын  есепке алмау.

Өтпелі процесті есептеуде, есептеу техникасын қолдану арқылы  кейбір рұқсаттамалардан  бас тарту және сонымен бірге  есептеудің  дәлдігін жоғарлату мүмкіндігіне  ие болады.

 

2.2  Ығысу сұлбасы мен оның параметрлерін есептеу.

 

Принципиялды сұлба негізінде электр тораптар өтпелі режімді есептеу алдында есептік режімнің есептеу алдында есептік  сұлба құрылады, ол принципиялды сұлбадан былай ерекшелінеді: бір тізбекті сұлбалардан көрсетілген суреттерде мына элементтерді көрсету арқылы аппатық тоқтардың және құрастырушылардың ағуы мүмкін. Есептік сұлбадағы  трансформатордың  тиімділігі, олардың магнитті  байланыстыру тізбегін  бір эквивалентті  электр тізбекпен байланысуы  арқылы жүргізіледі. Күрделі электрлік жүйенің  ығысу сұлбасы, бұл ығысу сұлбасының бөлек элементтерінің  қосылуы болып табылады, ондағы элементтер  есептік сұлбадағыдай жалғанған.

Ығысу сұлбасын құрғаннан  кейін, оның  атаулы немесе  қатысты бірлік параметрлері есептейді, содан кейін  алынған мәндер кернеудің негізгі сатысына келтіріледі.

 

2.3 Қатысты бірлік жүйесі

 

Қысқа тұйықталу тогын есептеу  абсолютты немесе қатысты  бірліктерге келтіріледі.

Қатысты бірлікті есептеу кезінде, оның барлық шамалары негізгі немесе базисті мәндермен салыстырылады. Қатысты бірліктің  мәні бөлек тұрған элементтің есептеу нәтижесі үшін ыңғайлы қатысты  бірлік арқылы, генераторлардың шықпаларындағы  токты немесе  трансформаторлардың  максималды қысқа  тұйықталу тогын  анықтауға болады, егер де  олардың  параметрлері белгілі болса.

Қатыстық бірлікті есептеуде, алдымен базисті шамалар мен шарттар таңдалады:  қуат,   кернеу,   ток,  немесе,  кедергі.

Негізінде 2 шама  беріледі – ол базалық  қуат  және  кернеу, ал екеуі- ток пен кедергі- қуат теңдеуінен және Ом  заңынан алынады.

 

 

 

 

          Әдетте  номиналды кернеу  базисті кернеу үшін  қолданылады немесе  орташа кернеуді есептеу  трансформацияның  кейбір сатысы     үшін қолданылады.

          Есептеуде алынған қатысты мәндер тәртібі  базисті  қуат таңдаумен сипатталады.

          Көп жағдайда  базисті қуатты  100МВА немесе 1000МВА – тең деп алады, ал кей кезде егер ол сұлбада бірнеше  рет қайталанса қандай да  бір элементтің  номиналды қуатына тоқталады.

          Қатысты бірлік  шамасы келесідей анықталады

 

                                                      (2.1)

 

                                                       (2.2)

 

    ,                                                          (2.3)

 

,                                                      (2.4)

 

.                                                       (2.5)

 

         Индекс* (жұлдызша) қатысты шаманы көрсетеді, индекс <<б>>-базисті шартты көрсетеді.

        Базисті кедергі   немесе,  , ереже бойынша 2.4, 2.5  формула еңгізілмейді, кернеу  және  ток  қуат арқылы есептелінеді:

 

                                            ,                                            (2.6)

 

                                            .                                      (2.7)

 

Қатысты базисті  кедергі  бұл тізбекке жалғанған базисті кернеудің  қандай-да  бөлігі арқылы  базисті ток  өткен кезде  қарастырылған кедергі   мәні төмендеуін көрсетеді.

 

 

3 Дәріс. Симметриялық желідегі үш фазалы қысқа тұйықталу

 

Дәрістің мазмұны: периодты құраушы және соққы тоқтың үшфазалы қысқа тұйықталуын есептеу.

Дәрістің мақсаты: симметриялық желідегі үш фазалы қысқа тұйықталуды есептеу.

Егер үш фазалы желі симметриялы болса, онда фазалық кедергілері өзара тең, бір нүктедегі үш фазаның тұйықталуы олардың кедергілерінің азаюына әкеледі, бірақ токтар мен кернеулердің симметрия болуларының бұзылуына әкеледі. Жүктеме режімімен салыстырсақ желідегі ток өседі де, ал кернеу кемиді. Токпен кернеу арасындагы -бұрышының жылжуы сай сұлбадағы активті кедергі жүктемесінің өсуіне байланысты болады, индуктивті кедергі тізбегі 900  жеткенде

 

3.1 сурет

 

       Қысқа тұйықталудың әсерінен зақымдалған токты екі түрге бөлуге болады: апериодты бос ток, қысқа тұйықталудан болған апериодты ток, ЭДС генераторында пайда болады және қысқа тұйықталудан болатын периодты бос ток.

       Периодты құрамының мәні бастапқы қысқа тұйықталу моменті генератордың ЭДС-пен оның ішкі және сыртқы желі кедергісінен тәуелді. Апериодты құрамының тез өсуі активті және индуктивті кедергілерінің қысқа тұйықталу тізбегінде: желіде активті кедергі көп болған сайын, өшу процесі тез жүреді.

 

       3.1 Үшфазалы қысқа тұйықталудағы бастапқы құрама токтың мәнін есептеу

 

       Үш фазалы қысқа тұйықталудың мінездемесін сипаттайтын шартта, қысқа тұйықталудың орнына симметриялы сұлбалар және аралық фаза сонымен бірге фазалық кернеулер нөлге тең.

Uk,АВ = Uk, ВС = Uk,СА= 0,

 

Uk,А = Uk, В = Uk,С= 0.

 

           Осындай жағдайда, әртүрлі потенциал тізбектектерінде қысқа тұйықталу  орнында қосылған реттеуші көзі қысқа тұйықталу нүктесінде теңеседі. Периодты құраушының бастапқы мәні  Ом заңы бойынша анықталады.

 

                           ,                              (3.1)

 

 

мұндағы I"(3)  -жоғарғы өтпелі үш фазалы токтың ҚТ;

Е" – фаза аралық жоғарғы өтпелі ЭДС генераторы;

  -кедергі тізбегіндегі ҚТ;

         Х" –жоғарғы өтпелі генератордың индуктивті кедергісі;

Хвш, Rвш - индуктивті және активті кедергілер ішкі тізбегіндегі генератордың қорытынды нүктеге дейінгі ҚТ байланыстылығы.

     Есепсіз активті кедергісін мынамен аламыз (3.1)

                                       ,                                     (3.2)

     мұндағы  ХΣ = Х" + Хвш - индуктивті кедергі тізбегіндегі  ҚТ реттеуші;

     Энергия  жүйесінен ҚТ есептелуі периодты құраушысы мынамен анықталады

                                     ,                                   (3.3)

      мұндағы Uср  энергия жүйесінің шинасындағы кернеу;

  - кедергі тізбектерінде ҚТ реттеу

 Хс - индуктивті кедергі жүйесінің қатынасын есептеу сұлбасындағы қосылу орны;

Хвш, Rвш   - қосылу көзінен  ҚТ нүктесіне дейінгі индуктивті және активті кедергілер.

      Есепсіз активті кедергінің периодты тогы  мынаған тең

                                             ,                                      (3.4) 

      мұндағы -индуктивті кедергі тізбегіндегі ҚТ реттеуші.

      Қысқа тұйықталу тогын біле отырып, оны қысқа тұйықталу қуатынан анықтауға болады. ҚТ нүктесінде берілген базистік кернеуді былай анықтайды .

                                          

                                                 ,                                                       (3.5) 

 

     мұндағы  -ҚТ нүктесінде ток қарастырылады, келтірілген кернеуге

    

 

       3.1 Қысқа тұйықталу кезіндегі соққы токты  есептеу

 

      Үш фазалы қысқа тұйықталу кезіндегі тоқты есептеу үшін таңдалынып отырған аппараттар мен өткізгіштердің қысқа тұйықталу тогы мен соққы тоқтарын білу қажет. Ол қысқа тұйықталу басталғаннан бастап 0,01 секундтан кейін санай бастайды.

      Соққы ток тізбектей қосылған сұлба үшін былай анықталады:

 

                                 ,                                   (3.6)

 

      мұндағы -тұрақты уақыттың өшуі қысқа тұйықталу тогының апериодты құраушысы;

      куд - t-0,01 секунд үшін соққы коффициент.

      Тұрақты уақыт -былай анықталады

 

                                                        ,                                                     (3.7) 

 

мұндағы ХΣ және  RΣ –қорек көзінен ҚТ жеріне дейінгі сұлбаның индуктивті және активті кедергісінің толық қосындысы.

 

      Есептеу сұлбаның құраушысы анықталады Та  -ны табу үшін, синхронды машинаның сұлбасында  индуктивті кедергімен  жүргізіледі, Х2  және статордың  Rs  активті кедергісін ескеруіміз қажет.

      Жеке сұлбалар үшін қысқа тұйықталудың  соққы тогы мына формуламен анықталады

                                             ,                                               (3.8)    

 

мұндағы Та,э  -қысқа тұйықталу тогы кезіндегі эквивалентті тұрақты уақыттың  өшуі.

     Тұрақты уақыт  Та,э  мына жолмен анықталады

 

                                                       ,                                          (3.9)    

 

мұндағы ХΣ және RΣ - индуктивті қосындысы және активті кедергінің қосындысына дейінгі  алынған орынбасу сұлбасы, индуктивті және активті кедергілерінен құралған, басындағы барлық шығарылған активті, сосын барлық индуктивті кедергілер.

 

 

 

4 Дәріс. Симметриялы емес ҚТ

 

Дәріс мазмұны: симметриялы  емес қысқа тұйықталу  ерекшеліктері және оларды есептеу тәсілдері.

Дәріс мақсаты: симметриялы емес қысқа тұйықталу есептеуді оқып үйрену тәсілдері.

 

 

4.1 Жалпы мәлімет

 

Симметриялы емес ҚТ-ға екі фазалы жерге тұйықталған және бір фазалы ҚТ жатады. Симметриялы емес ҚТ біркелкі емес фаза тоғының және кернеуінің мәндері тоқтар арасындағы әрқалай бұрыштар, сонымен қатар токтармен және соған қатысты кернеулермен сипатталынады. Симметриялы емес ҚТ ерекшеліктері олардың есептемелерін біршама қиындатады, өйткені үш фазалы ҚТ есептегенде қарастырылған сұлбаның үш фазаның толық симметриясын болжаулайды, сондықтан ол фазалардың біріне есептеме жүргізуге және орынбасу сұлбасын құруға жол береді.

Өйткені симметриялы емес ҚТ токтар мен кернеулері әртүрлі фазаларда, фазалар ортасындағы өзара индукцияны  есепке ала отырып, қарастырылған тораптардың  барлығының үш фазасының алмастыру сұлбасын құру есептеме шығару үшін жәй тәсіл қажет болады. Бұл жағдай қарапайым сұлбалармен салыстырғанда есептемені қиындатып жіберуі мүмкін. Симметриялы емес ҚТ есептемелерді жеңілдету үшін симметриялы құрастырушылар тәсілі қолданады. Ол симметриялы режімді үш фазалы тораптардың симметриялы емес режімге алмастыруымен немесе симметриялы емес зақымдарды шартты үш фазалы ҚТ-ға алмастырумен қорытындылайды.

Сондықтан осы тәсіл бойынша кез -келген үш фазалы симметриялы емес жүйе үш симметриялы жүйеге нақты таралады, немесе тура, кері және нөлдік  тізбектелінуі жүргізіледі.

Симметриялы емес кезінднгі ҚТ орнындағы кернеу 0-ге тең емес үш фазалы металды ҚТ сияқты және тізбектеулерге келесі теңдіктей көрсетіледі:

 

                                 Uk1 = E – Ik1 jX1Σ ,                                                      (4.1)

 

                                 Uk2 = 0 – Ik2 jX2Σ ,                                                       (4.2)                                     

 

                                 Uk0 = 0 – Ik0 jX0Σ,                                                        (4.3)

 

мұндағы Е – қорек көзін нәтижелендіру және эквивалентті ЭҚК.

Әр генератор үшін үш фазалы симметриялы ЭҚК статор жүйесі тура тізбекті жүйе болып келеді, кері немесе 0-дік тізбектерде ЭҚК қорек көзі жоқ. Симметриялы құраушылардағы сұлбаларда пайда болатын өзара индукциялы  ЭҚК тура кері және  нөлдік тізбектердегі кернеулердің кедергі мәндеріндегі  X1Σ,  X2Σ және  X0Σ  кернеудің төмендеуі есепке алынады.  X1Σ,  X2Σ және  X0Σ   нәтижелі кедергілерді анықтай үшін, симметриялы емес ҚТ есептеу кезінде  тура кері және нөлдік тізбектердің сұлбасы құрастырылады.

 

 

4.2 Тура, кері және нөлдік тізбектерін алмастыру сұлбалары

 

Тура тізбектердің алмастыру сұлбасы үш фазалы ҚТ есептеу үшін  арналған алмастыру сұлбасына ұқсас құрастырылады, өйткені үш фазалы ҚТ токтары тура тізбекті токтар болғандықтан ток жүйесі симметриялы бір қалыпты және фазалардың тура алмасуы бар. Есептеу сұлбаларының барлық элементтері үшін Х1 = Х(3) тура тізбекті кедергілер симметриялы режімдегі индуктивтік кедергіге сәйкес келеді. Тура тізбектің сұлбасы сияқты кері тізбектердің алмастыру сұлбасы  сол элементтерден  құралады, өйткені токтардың өту жолдары екі тізбектер үшін де бірдей; Генератор ЭҚК сұлбада 0-ге тең деп аламыз. Синхронды  машиналар тура және кері тізбекті неше түрлі кедергілерден тұрады: Х2  = 1,22Х  демпферлі орамды машиналар үшін және Х2 = 1,45Х′ демпферлі орамдары жоқ  моменттер үшін қолданылады. Жуық есептемелер  үшін  Х2 ≈ Х1 ≈ Х деп алуға болады. Қозғалмайтын элементтер үшін (трансформатор, реакторлар, желілер) фазалардың алмасу кезіндегі өзгеру көрші фазалардың өзара  индукциясына әсер етпейді және сондықтан Х2 ≈ Х1.

Симметриялы емес жерге тұйықталған тоқ және кернеу жүйесінің 0-дік тізбектердің буындалуынан пайда болады (4.1 суретті қара). Нөлдік тізбектер тоғы бір фазалы тоқты көрсетеді, ол үш фаза ортасында тармақталады. Егер  желі троспен қорғалған болса, 3I0 тоқтарының қайтып келуі жер арқылы жүзеге асады. Егер желі троспен және жермен қаралған болса, 3I0 тоқтардың қайта келуі жер арқылы өтеді. Нөлдік тізбектердегі алмасу сұлбасын құру үшін контурлар шығады, барлық фазаларда бірдей бағыты бар токтар өтетін контурлар бар. ҚТ нүкте аймағындағы фазалар шартты түрде қысқартылған және Uк,0 кернеуі келтірілген контурлар бірігеді, сондықтан алмастыру сұлбасын құру осы нүктеден басталуы орынды.

Токтың нөлдік тізбектелуі, өтуі үшін тұйық тізбек болу үшін, сұлбада ең кемінде бір тұйықталған нейтрал болу керек. Егер сондай нетралдар бірнеше болса, онда тізбектер параллельді қосылады.

4.1 сурет

Алмастыру сұлбасына элементтер нөлдік тізбегі бар кедергілермен енгізіледі.

 

        4.3 Бір фазалы қысқа тұйықталу

        

         Фазалардың бірі  бір фазалы жерге ҚТ, мысалы А фазасында (4.2 суретті қара) мына шарттармен анықталады. 

 

               

 

4.2 сурет

 

 

;             ;      .

 

Екі фазадағы токтар жоқ болғандықтан А фазаның зақымдалған симметриялық құрушысы мынаған тең:

 

 

  кернеуді көрсететін симметриялық құраушылар арқылы және олардың мәндерін  (4.1) - (4.3) арқылы аламыз.

 

                                 

 

содан

                                  ,

 

одан

 

                                  .                                              (4.4)

 

ҚТ тогының абсолютті толық мәні мынаған тең:

 

                                   .                                      (4.5)

 

Бастапқы уақыт моментіне

 

                          ,                      (4.6)

 

мұндағы  Е"фаза ортасындағы жоғарғы өтпелі ЭҚК.

 

Энергия жүйеден алынатын қорек кезіндегі ток былай анықталады:

 

 

                          .                       (4.7)

 

 

 

 

         5 Дәріс. Екі фазалы қысқа тұйықталумен бірге ток пен кернеу

 

Дәріс  мазмұны: екіфазалы қысқа тұыйқталуды есептеу.

Дәріс мақсаты : екіфазалы қысқа тұыйқталуды есептеу әдісін үйрену.

 

Екіфазалы қысқа тұйықталу В және С фаза арасындағылар келесі шартпен сипатталады (5.1суретті қара )

 

                             ;       ;         .

 

 

 

5.1 сурет

 

Фаза арасындағы ток нөлге тең болғандықтан, жүйе   біртекті

болады  және А ток фазасын симметриялық құрастырушымен қоямыз

                                      ,

 

осыдан                       

                                                                                                        (5.1)

 

 

 шартқа байланысты, келесіге көз жеткіземіз

 

 

                                                                                                  (5.2)

 

 

(5.2), (4.1) және (4.2) бойынша келесі теңдікті шығарамыз.

 

j X1Σ =  - j X2Σ,

 

 на   ауыстыра отырып, (5.1) сәйкес, екі фазалы қ.т тогын табу үшін келесі теңдікті аламыз:

 

                                           .                                                    (5.3)

(5.3) комплексті формасы, токтың фаза  ЭҚК  90° бұрышқа қалатынын көрсетеді (j бөлгенде) және де абсолютті мені тең:

 

                                               .                                                    (5.4)

 

Симметриялық құрастырушы тәсілін пайдаланып, зақымдалған фазаның тогын табамыз:

                    ;                             (5.5)

 

                     .                                                     (5.6)

 

Екіфаза кезінде ҚТ толық тогының абсолюттік  мәні (5.4) (5.6) шығады;

                                     ,                                                             (5.7)

(5.7) сүйене отырып  ҚТ пайда болған моменті;

 

                             ,                                              (5.8)

 

Е- ЭҚК фаза арасындағы жоғары өткізгіштігі.

Егер Қ.Т энергия жүйеден қоректенсе

 

                              .                                      (5.10)

 

5.1, б суреттінде екі фазалы Қ.Т  В және С фазасының толық тогы және симметриялық кұрастырылуы тұрғызылады.

ҚТ-дағы кернеуді табу үшін келесіні ескеру қажет; жерленген нейтральді жүйе үшін, X0∑ кедергісі соңғы мәні болса, кернеуі  (4.3) негізделіп нөлге тең; оқшауланған нейтральді жүйе үшін , X0∑ =∞ және UК0(2) =-∞·0 - белгісіздік, ҚТ нейтральді жүйенің жерге ығысуына қатысты әсер етпейді және кернеу теңдеуінде қарастырылмайды.

Кернеу симметриялық құрастыруын (4.1) және (4.2) бойынша табуға болады, содан кейін  симметрмялық құрастырушы әдісін пайдалана отырып, ҚТ-дағы кернеуді табамыз.

 

 

5.1            Екі фазалы және үш фазалы  ҚТ токтарының қатынасы және

екіфазалы ҚТ соққы тогы

 

Тәжірлбелік есептеулерде, ережеге сай, Х1∑= Х2∑. қабылдайды. Ауыстыру болған соң Х2∑  Х1∑  ге екі фазалы ҚТ тогын бастапқы уақытта келесідегідей табамыз;

 

                                                  (5.11)

және

                                                    .                                              (5.12)

 

Токтың бастапқы мәнін Iпо арқылы белгілейміз, (5.11) ді (3.2) бөліп сонымен (5.12)  (3.4) ке  екі фазалы және үшфазалы ҚТ токтардың қатынасын аламыз

 

                                                   .                                                                 (5.13)   

 

Екі  фазалы және үш  фазалы  Қ.Т үшін t=0  мерзімді   құрастырушы мәні.

Тура тізбектелген токты тапқан кезде екі фазалы  ҚТ шартты түрде үш фазалы кедергі ретінде көрсетуге болады сондықтан   Х2∑ + Х1∑, екі фазалы ҚТ соққы тогын үш фазалымен көрсетсек болады: 

 

                                                                                                            (5.14)

 

Соққы коэффицентін есептік сұлбаға негізделіп (3.6) немесе (3.8) табады, Та2  есептей отырып үш фазалы Қ.Т мәндерін Х және R өскенімен салыстырып ∆Х=Х2∑  және ∆R2∑ сәйкес болады.

Х1∑= Х2∑.  шартына байланысты және (5.14) ауыстыра отырып, Iпо2  (5.13) байланысты  келесіні аламыз;

.

Соққы коэффицент теңдігіне байланысты үш фазалы  Қ.Т соққы тогы екі  фазалы ҚТ тогының мәнінен  асады, соған байланысты тоқтардың қатынасына тең;

 

5.2 Қ.Т тоғының симметриялық емес есептеу алгоритмі

 

Қ.Т дың симметриялық емес токтары бар жүйесінде  Қ.Т кез келген симметриялық емес тогын есептеуге арналған жан- жақты формуланы аламыз;

 

                                     .                                            (5.15)

Мұнда; ЕА∑-тікелей тізбекті ЭҚК нәтижесі;

Х1∑- орын басу сұлбасының тікелей тізбектелген жалпы кедергісі;

m(n)- коэффицент, есептелген Қ.Т түрін сипаттамасы

 

*,   ,

 

Х(n)- симметрияық емес Қ.Т шунты сұлбаның басында және соңында тікелей тізбектеліп қосылады және жалпы кедергінің тізбегінде кері және нөлдік табылады.

 

,      ,    .

 

Қ.Т симметриялық емес нүктесін тогын есептеуді бірнеше негізгі кезеңге бөлуге болады:

1) тікелей, кері және нөлдік тізбекті орын басу сұлбалары құрастырыла ды;

2) орын басу сұлбасының параметрлері және есептеуін жүргізеді. Соған байланысты тікелей  кері және нөлдік тізбектегі бөлікке элементті сұлбаның параметрлерінің айырмашылығы ескеріледі;

3) орын басу сұлбасының тікелей, кері және нөлдік тізбектерінің жалпы кедергісін табамыз. Түрлендіру сұлбаның бастапқы және соңғы қатынасы бойынша жүргізіледі;

4) тікелей тізбекті ЭҚК-ң нәтижесін табамыз. Егер тізбектелген  орын басу сұлбасында бір ЭҚК болса  оларды эквиваленттену сұлбаның басынан аяғына дейін болады;

5) m(n) Қ.Т есептелу коэффицентін табамыз;

6) Х(n) Қ.Т шунтын табамыз;

7) (5.15) бойынша  Қ.Т толық тогын табамыз.

Егер есептеу шарты Қ.Т - дағы  кернеуді табу немесе оларды симметриялық емес құрастырушысы болса, онда олар (4.1)  (4.3) бойынша  табамыз.

 

 

 

          6  Дәріс.  Желідегі оқшауланған өтпелі процесстер

 

Дәрістің мазмұны: желідегі бейтарап оқшауланған фазалардың жерге тұйықталуы және сыйымдылық токтың жерге тұйықталу компенсациясы.

Дәрістің мақсаты: желідегі бейтарап оқшауланған фазалардың жерге тұйықталуын есептеу шарттарын және сыйымдылық тогының тұйықталу компенсациясын оқып үйрену.

 

Бейтарап оқшауланған электр желілері 6-35 кВ тұтынушыларды электр жабдықпен қамтамасыз ететін тарату желісін құрады. Жоғары кернеулі желіге қарағанда тарату желісінің сенімділігі әлдеқайда төмен.

 

6.1 Оқшауланған бейтарап желідегі фазалардың жерге тұйықталуы

 

Фазалардың жерге тұйықталуы кезінде, тоқ пен сыйымдылық кедергі желісімен анықталады. Желідегі сыйымдылық кедергілері олардың активті және индуктивті кедергілерін жоғарылатады, ол тоқты анықтауға  мүмкіндігін береді. Үш фазалы желідегі А фазасының қарапайым жерге тұйықталуды қарастырайық (6.1 суретті қара).

 

                                                                             

6.1 сурет

 

          В және С фазасындағы тоқтар келесідей анықталады (6.1 сурет, б)

 

,

.

 

Рұқсат етілетін токтардың модулі  САВС және UА= UB= UC=UФ былай анықталады

Жердегі ток геометриялық   және   токтардың суммасымен анықталады

.

Тәжірибелік есептеу кезінде жерге тұйықталу тогы мына формуламен анықталады

,

 

бұл жерде   - кернеу сатысындағы орташа номиналды фаза;

N- ауа желісінде 350, кәбілде 10 коэффициент;

I – ауа және кәбілді желінің жиынтық  ұзындығы;

          Бұл дегеніміз тұйықталу тогының ұзындығы оның орналасу жерінен тәуелді емес және ол жиынтық желімен анықталады.

 

          6.2  Сыйымдылық тоқтарының жерге тұйықталу компенсациясы

 

6-20кВ кернеуі бар желілердегі ауа және кәбілді токтар жерге тұйықталу кезінде бірнеше амперді құрайды. Бұл жерде пайда болған доға тұрақты емес және өздігінен өшеді. Бұндай желілер жай тұйықталу кезінде бірқалыпты жұмыс істей алады. Желідегі кернеуді көбейіп тұйықталу тогын ондаған жүздеген амперге жеткізеді. Бұл жерде пайда болған доға ұзақ уақыт жанып екі немесе үш фазаларда тұйықталу болуы мүмкін.

          Қазіргі уақытта доға өшіргіш аппарат ретінде доға өшіргіш реактор қолданылады  (6.2 суретті қара).

Жерге тұйықталу тогын азайту үшін сыйымдылық арқылы тұйықтайтын бейтарап трансформатор қолданады, оның салдарынан тізбектегі жалғанған сұлбада ток резонансы пайда болады. Осы кезде    жерге тұйықталу тогын толығымен жояды.

6.2 сурет

 

Желідегі жұмыстың бір қалыпты жүруі үшін бейтарап тогы потенциал нөлден өзгеше болуы керек. Фазалық кернеуде бейтараптардың араласуы 3-4% құрайды. Бірақ доға өшіргіш реактордың қосылысымен потенциалдардың үлкеюі мүмкін. Желі сұлбасын қарастырайық (6.3суретті қара)

                                                            

6.3  сурет

 

          Доға өшіргіш реакторсыз бейтарап желідегі кернеу былай анықталады

 

 

        бұл жерде    фаза өткізгіштік

        Желінің тосын симметриясы кезінде ++=0  және =, бейтарап тогының кернеуі UNO = 0     

        Реактордың іске қосылысын

 

                                    

 

          << ,  ескере отырып мынаны аламыз

                                  .                                      (6.1)      

           

         Жерге тұйықталу кезінде сыйымдылық токтың толық компенсациясы кезінде  ()  мынаны аламыз

 

.

 

         Осы жағдайда, қосылған бейтарап желідегі реактор бейтараптың потенциалы  потенциалынан неғұрлым үлкен болады (реактор қосылып тұрғанда), ал реактордың индуктивті кедергісі де активті индуктивті кедергіден соғұрлым үлкен болады. Хр/Rp қатынасы болғанда ондаған бірлікте өсу, бұл кезде бейтарап потенциалы фазалық кернеуден жоғарылауы мүмкін. Потенциал бейтараптың төмендеуі (6.1) теңдеуінде көрсетілгендей  мәнінің төмендеуі резонанстың контурға байланысты болуы мүмкін.

 төмендеуі жүйедегі резонанстың жерленген бейтараптамасы ток транспозициясы үшін симметриялық сыйымдылықтың фазасында қолданылады. ПУЭ бойынша симметриалы емес сыйымдылық әр фазаларында жерленуге байланысты 0,75 аспау керек.

        Резонанстық контурды аздап ыңғайластыру, желіде транспозицияның болмауы, доғаның өшу шарттарына әсерін тигізбейді. Контурды ыңғайластыру компенсация бөлігінде жүреді. Қандай да бір желінің бір фазасы өткенде толық өтемелеу режіміне түседі.

        ПУЭ фазаның жерге тұйықталуы желідегі жұмыстың ұзақтығын шектемейді. Осыған қарамастан, қарапайым тұйықталу тұтынушылардың жұмыс режімін бұзбайды, ол барынша тез анықталып, соған тиісті шаралар қолдануы қажет, яғни тоқ тұйықталу жері ретінде  адамның және жануарлардың өміріне қауіп төндіреді, бұл жағдайда бір фазалы қысқа тұйықталу фазалар арасындағы қысқа тұйықталуына әкеп соқтыруы мүмкін.

 

 

 

7 Дәріс. 1000 В-қа дейінгі қондырғылардағы  қысқа тұйықталу тоғын есептеу

 

Дәрістің мазмұны: 1000 В-қа дейінгі қондырғылардағы қ.т тогын есептеудің ерекшеліктері.

Дәрістің мақсаты: 1000 В-қа дейінгі желілерде қ.т тогының есептеулерінің әдістемесін  оқып үйрену.

 

1000 В-қа дейінгі қондырғылардағы қ.т тогын есептеудің кейбір ерекшеліктері, оның аналогтық есептеулерінің желіде жоғары кернеумен айқындалады.

1. Қ.Т тогының ұзындығына қ.т желілерінің  элементтерінің мынадай активті және реактивті кедергілеріне  әсер етеді:

- кабельдің, шинаның, сымның ұзындығы 10м және одан жоғары;

- автоматты ажыратқыштардың тоқ орамасы;

- көп орамды трансформатордың тоқтарының бірінші орамалары.

2.  Аппарат контакттарының өтпелі кедергілері (автоматты ажыратқыш, айырғыш, рубильник) қысқа тұйықталу тогына маңызды әсерін тигізеді. Контактта анықталған мәліметтер жоқ болғанда, қ.т тогының желіде есептелінуі қажет, 1600кВА қуатпен қоректенетін трансформаторды қосқанда, олардың жалпы кедергілері активті кедергілер сұлбасында екенін ескеру қажет. Бұл кедергілердің мәні 0,015-0,030 Ом аралығында өзгереді және қоректенетін қосалқы станциясында қысқа тұйықталу жоқтығына  байланысты болады. Өтпелі кедергілердің келесідей мәндері ұсынылады:

-қосалқы станцияның тарату құрылғысы үшін – 0,015 Ом;

-тарату пунктінің 1-ші цехы үшін, сонымен қатар қысқа тұйықталу аппаратының қысқашында, радиальды желімен қоректенетін қосалқы станцияда және басты магистральдарда – 0,02 Ом;

-тарату пункттерінің 2-ші цехы үшін – 0,025 Ом;

-тікелей электрқабылдағыштарға қосылған аппараттар үшін, яғни 2-ші тарату пунктінің қорек алатын аймағы үшін – 0,03 Ом.

Анықталған әсердің тогы қысқа тұйықталуға, кәбілдер мен шинасымдардың қозғалмайтын контактты активті өтпелі кедергілеріне кетеді. Ең көп кездесетін қосылу орны: шинасым – шинасым, шинасым – автоматты ажыратқыш, кәбіл - автоматты ажыратқыш. Кәбіл – шинасым өтпелі кедергісі, кәбіл – кәбіл және шинасым – шинасым орташа арифметикалық өтпелі кедергілері ретінде анықталады.

3. Электрқозғалтқыш, желінің түйініне қосылған, қысқа тұйықталу болған жерінде немесе қысқа тұйықталу болатын нүктеден аз маз электрлік алыстанған, орынбасу сұлбасында активті және реактивті кедергілермен ЭҚК-мен есептелінеді және ол мынаған тең: Еом=0.9Uном. Қозғалтқыштың кедергісінің каталогты берілгені жоқ болғанда келесідей табылады:

 

 

                                    ,                                                    (7.1)

 

                                                                           (7.2)

 

 

Pномноминальды қуат,кВт;

Iном – номинальды ток, кА;

Uном – электрқозғалтқыштың номинальды кернеуі ,кВ;

Кп – токтың іске қосу еселілігі.

5. Практика жүзінде әрбір қысқа тұйықталу кезінде, зақымдалған жерде, қысқа тұйықталу тогын төмендететін доға пайда болады. Доға активті кедергімен есептелінеді, ол былай анықталады:Rд=Uд/Iко,мұндағы Uд=Eд/ Iд – доғаның кернеуі, В/мм;Lд-доғаның ұзындығы,мм; Iко – зақымдалу орнындағы ток, доғаны есепке алмағандағы. Iко>1000 А  Eд=1,6 В/мм.Доғаның ұзындығы α ара қашықтығының тәуелділігіне қысқа тұйықталу жеріндегі өткізгіштеріне байланысты анықталады, ол 4α=20,41а/2е-0,15(R/x) 5мм<α<50мм және α>50мм.

Iд  ның R/x -ға тәуелділігі және фазалар арасындағы ара қашықтығы 7.1 суретте көрсетілген.

 

 

7.1 сурет

 

6.1 кВ тан жоғары есептеу сұлбасынан қоректенетін, энергиялық тораптар және желілердің кедергісі, жоғары вольтті кернеулер сияқты анықталады:

 

.

 

 

Мұндағы . Iк – үш фазалы қысқа тұйықталудың тогы;

        Sк(3) – қысқа тұйықталудың қуаты;

        Uср – энергия жүйелердің шинасындағы кернеу.

 

Егер

 

>

онда Хс=0.SКвв(3) – ВН трансформаторының 1 кВ қа дейінгі төмен кернеуінің қысқа тұйықталудағы қуаты;

Uк%- трансформатордың параметрлері.

7. 1000 В-қа дейінгі қондырғылардың көбісі қоректенген жағдайда, трансформатордың радиальды сұлбасы бойынша іске асады, НН орамасы нейтралы тұйықталған. 1000 В-қа дейінгі желілерде басқа жерленген нейтраль жоқ. Сондықтан да 1000 В-қа дейінгі желілерде үш фазалы қысқа тұйықталу тоғы,бір фазалы қысқа тұйықталу тоғынан қашанда үлкен болады.

Үш фазалы қысқа тұйықталу тогынан тұратын бастапқы периодикалық әсері мына формуламен анықталады

 

.

 

 

Мұндағы Uср.ном – қысқа тұйықталу болған жердегі, желілердің сатыларының орташа номинальды кернеуі, кВ; Rl∑, Xl∑ - Iпо тогы өтетін барлық желілердің активті және реактивті кедергілердің қосындысы. Егер Хс=0 болса,U ден  Uном - ға өтеді.

Қоректену көзінен соққы тогы мына теңдікпен анықталады (3.6). Қосалқы станцияның комплекті трансформаторының тарату құрылғысының қысқа тұйықталуының төмен бөлігінде Ку=1,3 болғанда соққы коэффициентінің мәнін қабылдауға болады және Ку =1қалған жағдайлар үшін.

Бастапқы нақты мәні периодикалық қысқа тұйықталудың құрамы орнатылған асинхронды қозғалтқыштар анықталады:

 

                               .                                 (7.3)

 

 

Мұндағы Еном-  жоғары өтпелі қозғалтқыштың ЭҚК, Еном=Uном;

RM және XM – (7.1)(7.2) есептеулерінің қозғалтқыштарының кедергісі;

RВН,XВН – қысқа тұйықталу нүктесімен байланысты қозғалтқыштың кедергісі.

Қысқа тұйықталу нүктесінің электрқозғалтқыштармен қоректенуі есептелінбейді, егер олардың қуаттары 20% тен аспаса, егер қоректенетін  трансформатордың номинальды қуаты ZВН>1,5ZT(ZT –трансформатордың кедергісі ).

Қысқа тұйықталудың бір фазалы тогын құрайтын бастапқы нақты кезеңді мәні келесідей анықталады:

 

       .

 

 

Мұндағы Uср.ном – қысқа тұйықталу болғандағы, желідегі орташа номинальды кернеу;

Rl∑,Xl∑,R0∑, X0∑ - қысқа тұйықталу нүктесіне қатысты тікелей және нөлдік кедергілердің қосындысы.

Трансформатордың тізбектелген нөлдік кедергілері анықтама әдебиетінде берілген. Олар көптеген факторларға тәуелді:тұйықталған сымдардың орналасуы мен толтырылуына, өткізгіш металдардың конструкциясының жақындығы және т.б. Өндірістік есептеулерде тізбектелген шиналардың нөлдік кедергісін келесідей  анықтау қажет:Rш0 ≈ 10 Rш1 ш0  ≈10 Хш1.Үш талсымды кәбілдер үшін Rк0 ≈10 Rк1, Х к0  ≈4 Хк1.

 

 

 

8 Дәріс. Қысқа тұйықталу тоқтарын шектеу

 

Дәріс мақсаты: қысқа тұйықталу токтарын шектеу тәсілдері.

Дәріс мақсаты: эксплуатация шарттарында және жобалау сатысында қысқа тұйықталу токтарын шектеу тәсілдерін оқып үйрену.

 

8.1 Қысқа тұйықталу тогын шектеу тәсілдері

 

Электрлік жүйелердің барлық элементтерінің эксплуатациялық беріктілігін төмендетуі қысқа тұйықталу тогының жоғарлау сатысын төмендеуіне әкелді. Электрлік аппараттар, кәбілдер қатты шиналар бірінші сапта тұр. Аз дәрежеде қысқа тұйықталу тогының деңгейін жоғарлату трансформаторлар мен генераторларға әсер етеді, бірақ оларға да осы жоғарлатудың кері нәтижесін қарастыру керек. Энергия жүйесіндегі қысқа тұйықталу тоғын шектеуге әрқашан үлкен мән беріледі. Ол үшін сұлбалы есептеулермен, арнайы құрылғылар да қолданылады. Ең көп қолданылатындары:

-   торап параметрлері  мен құрылымын тиімдеу;

-   тораптардың стационарлы және автоматты бөлінуі;

-   токты шектеу құрылғыларды қолдану;

-   электр тораптарындағы бейтарап жерге тұйықталу режімін тиімдеу.

 Орнықты талаптарға байланысты қысқа тұйықталу түрлері бойынша қажетті дәрежеде токтарды шектеу, сонымен қатар  көп жағдайда технико-экономикалық эффект комбинациясы және әр жағдайдағы шектеу тәсілдері энергия жүйелеріндегі тораптарындағы технико-экономикалық шектеулер. 

 

8.1.1 Торап параметрлері мен құрылымды тиімдеу (сұлбалы есептемелер).

Сұлбалы есептемелер энергия жүйенің даму сұлбаларын жобалау сатысында шартты түрде қарастырылады, сонымен қатар энергия жүйелі тораптарының элементтерінің параметрлері және электр станцияның қуат беру тиімдеу сұлбасы таңдалады. Торапты құрылымды тиімдеу қысқа тұйықталу тогын шектеу әдісінің тиімдісі болып табылады. Осы мақсатпен тораптардың бойлай таралуы қолданылады, сол арқылы тораптардың аймақ бөлшектері бір кернеуді тек қана кернеуді жоғарлату тораптары арқылы байланыстырылады  (8.1, а суретін қара).

Жергілікті және көлденең тораптарының таралуы (8.1, б суретін қара) кернеуді жоғарлату тораптары арқылы тораптар байланысы мен кез - келген аймақтағы сол кернеуді  және бір тораптағы тану арқылы жүзеге асырылады.

 

  

8.1 сурет

 

8.1.2 Торапты автоматты және стационарлы түрде бөлу.

Қысқа тұйықталу даму кезіндегі токтың дәрежесін шектеу  кезінде, эксплуотация процесіндегі тораптардың бөлінуі қолданылады. Тораптарды стационарлы бөлінуі (ТСБ) және тораптардың  автоматты бөлінуі (ТАБ) болып екіге бөлінеді. ТСБ нормалды режімде секциялық шина жалғағыш және тізбекті ажыратқыштар  көмегімен жүзеге асырылады. Торап түйіндегі қысқа тұйықталу тогының деңгейі орнатылған қондырғының параметрлеріне жіберілім көрсеткіштер жоғары болса өндіріледі. 8.2 суретте екі кернеуді жоғарлату электр станциядағы екі тарату құрылғыларының тораптарындағы бөліну мысалы көрсетілген. Екі кернеуді жоғарлату тарату құрылғыларының ортасындағы байланыс трансформаторының ажыратылуы нәтижесінде бөліну жүргізіледі.

(ТСБ) тораптарының стационарлы бөлінуі режімге, орнықтылыққа және энергия жүйе жұмысының беріктігіне, сонымен қатар  тораптардағы қуат шығынына әсерін тигізеді.  

                                                       

8.2 сурет

 

Тораптардың  автоматты бөлінуі (ТАБ) коммутациялық аппараттардың жұмысы аппаты режімде қамтамасыз ету үшін жүргізіледі. Ол секциялық немесе шина жалғаушы ажыратқыштарда – кей жағдайда үлкен жалғанған ажыратқыштарда жүзеге асырылады.

Тораптардың  автоматты бөлінуі кезінде қысқа тұйықталу токтарының каскадты сөну жүйесінде пайда болады. Бірақ тораптардың  автоматты бөліну кезінде кемшіліктері де бар:

-   торап бөліміндегі бөлінген жүктемелер және қуат көздерінің мәні апатты режімінде тең болмауы мүмкін;

-                    нормалды режімде қайта құру сағатының ұлғаюы.

Соған қарамастан тораптардың  автоматты бөлінуі энергия жүйелерінде кеңінен қолданылады, олар арзан  қарапайым және сенімді.

 

 

8.1.3 Токты шектеу қондырғылары.

Қысқа тұйықталу тогын шектеу – токты шектеу қондырғылардың мақсатын орындау кезінде тораптардың нормалды режім кезіне әсері көп болмау қажет және режім параметрлерінің және сұлбаны өзгерткен кездегі тұрақты мінездемесі болу қажет.

Токты шектеу реакторлары - әртүрлі конструктивтік атқарушылар мен параметрлерден тұруы мүмкін.

Сәйкес тізбекті желіге қосылған сызықты сипаттағы реакторлар, қысқа тұйықталу тогын шектейді және қосылу түйініндегі қалдық кернеу деңгейінің өсуін қамтамасыз етеді. Бірақ оларда нормалды режімінде активті және реактивті қуаттар жоғалады, сонымен қатар қуаттың төмендеуі  және шығыны пайда болады. Соған байланысты реакторлардың секциялық және сызықты қосылу сұлбалары 8.3 суретінде көрсетілген.  

 

    

 

8.3     сурет

 

Сызықты емес мінездемелі реаторлар. Осы топқа қанықтыру реакторлары және басқарылмалы реакторлары жатады.

Басқарылмалы реактор - ол болатты басқару реакторы, оның кедергісі тұрақты ток аумағымен магнит жетегінің  магниттелуімен жүзеге асырылады. Кысқа тұйықталу кезінде реактор кедергісі көбейеді  және тогының шектелуі  жүзеге асады.

Қанықтырушы реактор – ол тізбекті мінездемесі басқарылмайтын реактор (болат қосылған), ол магнит жетегінің айнымалы тогының орам өрісінің қанығуы арқылы анықталады. Реактордың эквивалентті кедергісі токтың ұлғаюымен өседі. Осы реактор қасиеті қысқа тұйықталу тогын шектеу үшін қолданылады. Токты шектеу коммутациялық аппаратардың қысқа тұйықталу тогын азайтады, сонымен бірге инерциясыз аппарат болып табылады. Оларға тоқты шектегіш сақтандырғышпен жарылу кезіндегі ұрылу тоғының шектеулері жатады.

6-35 кВ-ғы кернеулерге токты шектегіш сақтандырғыштары жасалынады. Олардың құрылысы қарапайым және арзандығымен ерекшелінеді, бірақ кемшіліктері де бар:

-                    бір-ақ рет әсер етуші, ол автоматты қайта қосылуын қолдануды қиындатады;

-   ток уақыт мінездемесінің құбылмалылығы;

-                     сыртқы қондырғылар (релелік қорғаныс) жағынан басқарылмауы және сол сияқты, соған байланысты сақтандырғыштар аз жауапты қоректенушілер тізбектерінде орнатылады. Жарылу кезіндегі ұрылу тогының шектеулері-бір рет әсер етуші аса тез жұмыс істейтін басқарылмалы коммутациялық аппаратар. Конструкциясы - бұл герметикалық цилиндр, оның ішінде пиропотрон орнатылған ток таситын өткізгіштік бар. Пиропотронның жарылуына сигналды басқару қондырғыдан береді, қысқа тұйықталу тогы туралы  ақпаратты өлшеуіш аппараттарынан алады, ол қысқа тұйықталу тогының туындамасын және мөлшерін реттейді. Тоқты шектеу 0,5мс уақытында  тізбектің толық өшуі 5 мс уақытта жүзеге асады, ол өндірістік жиілігінің ¼ мезгілін құрайды.

Резонансты тоқ шектегіш қондырғылар. Олардың жұмыс принципі апатты режімдегі резонанста және нормалды режімдегі кернеудің резонанс  эффектісі қолданысына негізделген. Сонымен бірге, тағы басқа да токты шектегіш қондырғылар да мәлім:

-                       реактор вентельді және трансформаторлардың токты шектегіш қондырғылар түрлері ;

-   тұрақты ток қоспасы;

-   аса өткізгіштік токты шектеу қондырғылары.

 

         

9 Дәріс. Электр жүйелерінің беріктілігі

 

Дәріс мазмұны: беріктіліктің анықтамасы мен негізгі түсінігі, беріктіліктің анализі кезінде қолданылатын жорамалдар болып табылады. Электр жүйелерінің беріктілік есептерін есептеу.

Дәріс мақсаты:  беріктілік анықтамалары мен негізгі түсініктемелермен танысу, беріктілікті  есептеу кезіндегі жорамалдарды қарастыру, беріктілік есептеу есептеулерімен танысу.

 

9.1 Беріктілікті анықтау және негізгі түсініктемелері

 

Беріктілік режіміндегі нақты жүйенің параметрлері құбылып, өзгеріп отырады, олдар келесі факторлармен байланысты:

- жүктеменің өзгеруі және басқару қондырғыларының өзгеруіне әсер ететін реакциялар;

- коммутацилы жүйенің нормалдық эксплуатациялық өзгеруі;

- жеке генераторлардың қосылуы мен ажырауы немесе қуаттардың өзгеруі.

Сондықтан жүйенің орныққан режімінде әрқашан өзінің режім параметріне аз болса да ауытқуы бар, сонымен бірге ол болу қажет.

Статикалық беріктілік – жүйенің аз уақытынан кейінгі режімді бастапқы қалыпына келтіру қабілеттілігі.

Электр жүйелерінде апатты режім қысқа тұйықталу кезінде және желінің немесе сыртқы агрегаттардың аппатық сөнуінде пайда болады. Үлкен ауытқу болған кезде режімде тез өзгерістер пайда болады.

Динамикалық беріктілік – жүйенің үлкен ауытқудан кейінгі бастапқы жағдайына қайтып оралуы.

Жүйенің синхронды режімі үлкен ауытқудан кейін жойылады, содан мүмкін болатын үзілістен кейін қайтадан орнына қайтады. Осының бәрі жүйенің беріктілігінің нәтижесі бар екенін көрсетеді. Осы анықтамаға сүйенсек, жүктеме мәні аз ғана көтерген жағдайда беріктілікті  жоюға әкелетін режім бар екенін айтуға болады.

Бұл режім шекті  режім деп аталады, ал жүйе жүктемесі статикалық беріктіліктің шарты бойынша шекті жүктеме немесе максималды жүктеме деп аталады.

Жүктеменің шектелуі басқа да жағдайлар арқылы жүзеге асуы мүмкін, мысалы электр жүйелерінің элементтерінің қыздырылуы арқылы (генераторлардың, трансформаторлардың және т.с.с). Осы жағдай қыздыру шарты бойынша түсініктеме шектелуі көрсетіледі және осы режімнің максималды уақытын орнатады. Тәж кернеуі және тағы сол сияқты, түйіндегі кернеу деңгейі бойынша жүктемені шектеуге болады. Бүкіл шектеу факторларын есепке ала отырып, осы элемент арқылы беруге болатын үлкен қуатты жүйе элементінің істен шығуы деп аталады (түйіндегі кернеулер, беріктілік, қызуы т.с.с).

Істеп шығару қабілеттілігі динамикалық беріктілікке тән болып табылады. Желі өшірулі кезінде кез келген нүктеде қысқа тұйықталу кезінде динамикалық қатаңдылық шарты бойынша берілетін қуаттың шегі туралы осы жағдайларда айтылады.

Статикалық мінездемелер- бұл уақытқа тәуелді емес графикалық және аналитикалық көрсетілген жүйе режімінің параметрімен байланысты болып табылады. Осы байланыстар негізінде жүйенің орныққан режімінде шығарылады.

Динамикалық мінездемелер- бұл уақытқа тәуелді талаптардан алынған  параметрлер байланысы болып табылады. Осы жағдайда бірінші және одан да жоғарғы қарастырылған туынды параметрлердің әсері көрсетіледі (айқындалады).

Бұл режімнен басқа режімге ауысуы сапалы бағаға жақын.

Сонымен қатар, жаңа орныққан режімнің мінездемесі және өтпелі процестің ағу мінездемесі бағаланады (тез, баяу, апериодикалық, бір қалыптылығы).

Егер бір қалыпты немесе апериодикалық болса және өшуі тез болғаны байқалса өтпелі процестің сапасы жақсы деп айтуға болады. Өтпелі процесс басталған кезіндегі режім жергілікті артық беріктілікті болу қажет, олар кез келген параметрлердің өзгеруімен тексеріледі. Қор коэффициентін көрсететін беріктіліктің қор ауытқудың ең көп мәні анықтайды, сол арқылы жүйе өзінің беріктілігін сақтап тұрады. Мысалы, кернеу бойынша қор былай анықталады.

 

 

 

                                         ,

 

қуат бойынша қор

 

                                          .

 

 

 

9.2 Беріктілік анализі бойынша қолданылатын жорамалдар

 

Инженерлі есептеулердің тура болуын толық қамтамасыз ететін және беріктілік бағасын жеңілдететін, электр магниті өтпелі процестердің анализі кезінде қосымша қабылданған жорамалдар қолданылады.

1. Болжау бойынша, электрмагниттік өтпелі процестер ағу кезіндегі синхронды машина роторының айналу жылдамдығы синхронды жылдамдығының 2-3% аралығында ғана өзгереді.

2. Генератордың статор мен ротор тогының кернеулері тез уақытта өзгереді.

3. Жүйе параметрінің сызықты еместігі есептелінеді. Егер оны есептемесе, жүйені желі аризонды деп санайды.

4. Электрлік жүйенің бір режімнен басқа режіміне өтуі үшін өзіндік және жүйенің өзара кедергісін, сонымен қатар генератор мен қозғалтқыштардың электр қозғаушы күшін өзгерту керек.

5. Тура сәйкесті сұлбадағы симметриялы емес құбылулар кезіндегі динамикалық беріктілікті зерттеу. 

 

 

9.3 Электр жүйелеріндегі беріктілігін есептейтін есептер.

 

Статикалық беріктілік анализі кезінде біршама есептер пайда болады, олар жобалық және іске асыру ұжымдарда есептелінеді. Ол есептерге жататындары:

1) Шектік режімдер параметрлерін есептеу. (Энергия жүйелерінің желісі бойынша берілген қуат шегі, жүктемемен қоректендіретін жүйе түйін нүктесінің қиын-қыстау кернеуі т.с.с).

2) Қор  коэффициентінің мәнін анықтайды. Қуат пен кернеу қор коэффициентімен бірге қозудың автоматтық басқарылатын (ҚАБ) күйге келтірілген параметрлері бойынша запас коэффициенті есептелінеді.

 

                                       ,

 

мұндағы және  - статикалық қатаңдылықты шекара аймағына сай  күйге келтірілген параметрлерінің максималды және минималды мәндері.

3) Энергия жүйелерінің статикалық беріктілігі бойынша таңдау және берілген берілісінің өту қабілетін қамтамасыз ету.

4) Жүйе беріктілігін жақсартуға бағытталған талаптарды талқылау. Кернеуді бір қалыптығын ұстау нақтылық қажеттілігін қамтамасыз ететін ҚАБ – күйге келтіруші таңдалады.

Осы аталып кеткен есептерді есептеу жүйенің өзін-өзі тербелуінің пайда болуын есепке ала отырып жүргізіледі.

Динамикалық беріктілік анализінің есептері бір орныққан режімнен екінші режімге ауысумен байланысты. Бұл келесі есептер:

а) электр жүйелерінің артқан элементтерінің апаттық өшу немесе эксплуатация кезіндегі динамикалық ауысу параметрлерін есептеу;

б) қысқа тұйықталу кезіндегі жүйедегі әртүрлі факторларды есепке ала отырып, динамикалық ауысу параметрлерін анықтау:

- симметриялы емес бір қысқа тұйықталу екіншісіне өту мүмкіндігі (мысалы, бір фазалыдан екі фазалыға);

-  қысқа тұйықталудан кейінгі ажыратылған автоматты қайта қосылу элементінің жұмысы, және т.с.с.

Динамикалық беріктілік есептелуінің қорытындылары мыналар:

-         жүйелердің өте қауіпті нүктелеріндегі қысқа тұйықталуды есептеу түрінің өшу уақытының шегі;

-         электр жүйелерінің әртүрлі элементтеріндегі орнатылған автоматты қайтадан қосылу АҚҚ  жүйесінің үзілісі;

-         жүйенің автоматты кіретін резерв параметрі АКР.

 

Есептемелер динамикалық сипаттамалар және тізбекті емес сипаттамаларды есепке алып жүзеге асырылады.

 

 

10 Дәріс. Жай жүйелердің статикалық беріктілігі

 

Дәріс мазмұны: генератор қуатының сипаттамасы, жүйенің статикалық қатаңдылық белгісі.

Дәріс мақсаты: аз ауытқу кезіндегі қарапайым жүйе жұмыс режімін қарастыру, генератор қуатының теңдеуін шығару.

 Қарапайым жүйе деген түсінігі (10.1 суретті қара) жүйеге станса арқылы қуат берілетін желі мен трансформаторлар өзгермейтін шинамен (жүйемен) байланысты біртекті электр станция (эквивалентті генераторлар) болып табылады.

Электр станция жүйесінің қосынды қуаты қарастырылып отырған станцияның қуатынан біршама артық болып қабылданады. Кез келген режім жұмысы (U = const) жүйе шинасындағы кернеуінің өзгеруіне әкеледі.

10.1     сурет

                                                                                                                                                  

         10.2 суретте электр беріліс алмастыру сұлбасы көрсетілген, ол сұлбада активті кедергілер мен сыйымдылық жоқ және сұлба элементтері тек индуктивтік кедергілермен көрсетілген.

 

 

 

 

10.2 сурет

 

Генераторлардың, трансформаторлардың, индуктивтік кедергілердің және желі қосындысы  жүйенің индуктивтілік кедергісінің нәтижесін береді:

 

                                Хс = Хг + Хт1 + 0,5Хл + Хт2 ,

 

мұнда, генератордың индуктивтілік кедергісін Хөтпелі кедергі деп түсінуге болады:

10.3 суретте электр беріліс жұмыс режімінің нормалды векторлық диаграммасы көрсетілген, одан  ОА = E sinδ және ВС = Iа Хс  кесінді теңдік байланысы шығады

 

                                             ,

 

мұнда  Iа – активті тогы;

δ –таңдалған жүйенің кернеу векторына қатысты э.қ.к векторының бұрылу бұрышы.

Екі теңдіктің екі жағын да U/Xc – ға көбейту арқылы мынаны аламыз:

 

                                            ,

немесе

 

                                             ,                                                     (10.1)

мұндағы  Р – генератор арқылы берілітін активті қуат;

- генератордың өтпелі э.қ.к.

 

(10.1) теңдігі синусойдты  сипаттамалардан тұрады және генератор қуатының сипаттамасы деп аталады. δ бұрышы ұлғайған сайын Р бірінші өседі, содан максималды мәнге жеткеннен кейін төмендей бастайды (10.4 суретті  қара).

                   

 

 

                                        10.3 сурет

 

Генератордың Е және қабылдағыш кернеуінің U берілген мәні бойынша, берілу қуатының нақты максимумы болады, ол қарастырылған қарапайым электр сұлбаларының идеалды қуат шегі деп аталады.

 

                                        ,                                                      (10.2)

 

Рm  аз қуат мәні бойынша генератор мен турбина қуат арасындағы тепе-теңдікке жетеді, әрі Ро турбина қуатының мәні бойынша сәйкес келетін екі мүмкін болатын нүкте генератор қуатының мінездемесіне және сонымен бірге δа мен δb   бұрыш мәндері  (10.4 суретті  қара). Бірақ электр берілісінің орнықтылған беріктілік жұмыс режімі тек қана δа  бұрышында болады. b нүктесіндегі режім беріктілікті емес және ұзақ бар болуы мүмкін емес.

 

10.4 сурет

а нүктесіндегі жұмыс режімін қарастырамыз. Осы нүктеде турбина және генератор қуаттары бір-бірін теңертіп тұрады. Егер, δа  бұрышы Δδ-ға дейін аздап өскен жағдайда бұрыштан синусойдты қиылыспен генератор қуаты ΔР мәніне дейін өзгере бастайды, сонымен бірге а нүктесінде Δδ бұрышы өсуіне ΔР генераторының қуатының өзгеруі сәйкес келеді. Турбина қуаты δ бұрышына тәуелді емес және оның өзгеруі тұрақты және Ро-ға тең болады.

          Генератор қуатының өзгеру нәтижесінде турбина моментінің және  генератор теңдігі бұзыла бастайды  және машина валында тежеу сипатты артық момент пайда болады, өйткені генератордағы тежеу моменті ΔР қуатының өзгеруіне және турбинаның бұрылу моментіне әсер ете алады. Тежеу моменті арқылы генератор роторы баяу жұмыс істей бастайды, ол δ бұрышына қарай азаюы э.қ.к вектор роторымен байланысты ауысуын ескертіп отырады.

Бұрыштың азаюы нәтижесінде а нүктесінде жұмыстың бастапқы режімі қалыпына келеді, сонымен қатар режім берік болу керек. Тура солай а нүктесінде Δδ бұрышының теріс өсуінде болуы мүмкін.

b нүктесінде басқа жағдай болуы мүмкін. Мұнда Δδ бұрышы оң жаққа қарай өсуі ΔР генератор қуатының теріс өзгеруіне әкеледі. Тездету мінездеме тежеу кезеңнің пайда болуы генератор қуатының өзгеруіне әкеледі, соның әсері арқылы δ бұрышы кемімейді өседі.

Бұрыш ұлғайған сайын, генератор қуаты төмендейді, оның нәтижесінде бұрыш ұлғая береді және т.с.с. Процесс қабылданған жүйенің кернеу векторына қатысты э.қ.к векторының үздіксіз ауысуымен берге жүреді. (10.5 суретті қара) және станция синхрондалудан түсе бастайды. Сол арқылы b нүктесіндегі жұмыс режімі статикалық  берік емес және практика жөнінде жүзеге аспайды.

                      

                                     10.5 сурет

 

а нүктесі және де кез келген  басқа нүктеде қуаттың синусойдты  сипаттамасы статикалық беріктілік режіміне жауап береді және керісінше барлық түскен сипаттамалар - статикалық берік емес. Электр тораптарының статикалық формалды әсері бұрышқа ұлғаюына қуаттың ұлғаюы үшін жұмыс атқаруы мүмкін.

 Егер  ΔР/Δδ > 0 болса торап беріктілігі, егер осы теңдік теріс болса, онда торап берік емес. Шектеріне жеткен кезде, қарапайым тораптардың беріктілік критериясын жазып алуға болады:  

 

 > 0.

Турбина қуатын ұлғайтқан сайын ротор бұрышының өсуіне алып келеді, және статикалық беріктілік қорының азаюына алып келеді. Электр беріліс беріктілік қоры энергия жүйе шинасын станциямен байланыстыратын электр беріліс беріктілік қоры, апаттан кейінгі қысқа уақытта 8% және  нормалды режімде 20% - тен кем болмау керек.

 

 

11 Дәріс. Генератор роторының қозғалысын реттеу. Басқару генераторымен электр беріліс қуатының мінездемесі

 

Дәріс мазмұны: генератор роторының қозғалысын теңгеру, ҚАБ (қоздыруды автоматты түрде басқару) типті ҚАБ генератор қуатының сипаттамасы.

Дәріс мақсаты: генератор роторының қозғалыс теңгеруін шығару, ҚАБ типті ҚАБ-і бар генератордың жұмыс режімдерімен танысу.

 

11.1 Генератор роторының қозғалысының реттелуі

 

Генератор статор тізбегінің аздап ауытқуы δ бұрышына өсуі және азаюына қарай роторды қозғалтады (бұл артық моменттің белгісіне байланысты). Ауытқу роторға, ал үдеуі туралы хабарлайды, ол салыстырмалы  бірлікке ΔМ – артық сипаттамасына пропорционалды және тұрақты Tj инерциясына кері пропорционалды:

 

                                                     (11.1)

 

 жылдамдықтың аздап өзгеруі кезіндегі Tj – тұрақты кезең кедергісінде және артық кезеңінің номиналды кезінде 0-ден номиналды мәніне дейінгі ротор жылдамдығы өзгеретін уақыты. Ол былай анықталады:

 

 (с),                                                (11.2)

 

мұндағы GD2- қауырсын моменті, т м2;

n- айлану жылдамдығы, айн/мин;

Sном – генератордың номиналды қуаты, кВА.

(11.2) теңдеуіне келіп және уақыт бойынша екінші бұрыш туындысын үдеу көрсететінін есепке ала отырып,  (11.2) теңдеуіне қайтамыз

 

 

,                                                     (11.3)

одан мынаны аламыз

 

 

,                                          (11.4)

 

мұнда Ро – турбина қуаты;

Pmax – аппаты режімдегі қуаттың максималды мәні;

(11.4) теңдеу генератор роторының қозғалыс теңдеуі деп аталады. Оның шығарылуы δ = f(t) формасында уақыт бойынша δ бұрышының өзгеруіне әкеледі және генератор беріктілігі туралы талқылауға мүмкіндік береді.

 

 

11.2 Басқармалы генераторлармен электр беріліс қуатының мінездемесі

 

Принципиалды сұлба және орынбасу сұлбасы 11.1 суретте көрсетілген қарапайым жүйені қарастырамыз. Алмастыру сұлбасынан индуктивтік кедергінің жинағын анықтаймыз Хс = Хг + Хт1 + Хл + Хт2.  Генераторларда кернеуді басқару жүйесі жоқ деп қарастырайық.

                

11.1  сурет

 

Қарастырылған жүйенің векторлық диаграммасын қарастырамыз.  Uг - генераторлар шинасындағы кернеу мәнін алу үшін  U қабылдағыш кернеуін Хтл = Хт1 + Хл + Хт2  желі мен трансформаторлардың қосынды индуктивтілік кедергісіндегі кернеудің төмендеуімен қосу арқылы аламыз. Ары қарай Uг векторына Хг генератордан синхронды индуктивтік кедергісіндегі кернеудің төмендеуін қосу арқылы Е режіміндегі генераторлардың Э.Қ.К анықтаймыз. Uг  генератор шинасындағы кернеу векторы Хс толық кернеу төмендеуінің векторын екі кесіндіге бөледі. IХтл және  IХг – индуктивтік кедергілер мәніне қатысты Хтл және Хг .  δ- бұрышы генератор Э.Қ.К Е Δδ  векторына қарай өсуі кезінде диаграммада көрсетілгендей (11.2 суретті қара) штрихты сызықты жағдайға ауысады. Жаңа режімде Uг   генератор кернеуінің вектор мәнін табу үшін U және Е векторының соңын жалғайтын кернеудің толық түсу векторын Хтл және Хг  индуктивтік кедергілерінің мәндерінің қатынасын бөлу арқылы табуға болады. Диаграмада көрсетілгендей,  Uг  кернеу векторы бұрышы өскен кезде Е векторына қарай δ бұралады, сонымен қатар азаяды. Бұл қорытынды желі үшін қосалқы станциялар шиналарындағы электр беріліс сұлба нүктесіндегі кез келген кернеу үшін дұрыс.

 

 

11.2 сурет

 

         Генераторларда Uг  автоматты қоздыруды реттеуі  Uг  кернеуді бақылау бар болған жағдайда δ бұрышы өскен кезде кернеуді төмендетуіне мән беріп, генераторлар қозу тоғын ұлғайтады, сонымен бірге кернеу мәні бастапқы мәніне жеткенше Э.Қ.К  де ұлғайяды.  δ бұрышының әртүрлі мәніндегі қоздыруды автоматты түрде реттеу кезіндегі генератордың орнықтылық жұмыс режімін қарастыра отырып, Uг тұрақты кернеуден шығады. δ бұрышының өсуі кезінде генератор Э.Қ.К мәні ұлғая бастайды. 11.3 суретте Р = f (δ) топтама  мінездемесі көрсетілген, олар әртүрлі Э.Қ.К үшін тұрғызылған.

 

 

11.3 сурет

 

 

Егер қалыпты режімнің бастапқы нүктесі ретінде а нүктесін алсақ, онда Р0 қуатының өсуі кезінде (δ бұрышының өсуімен бірге жүретін) жаңа орнықты режімдер нүктесі векторлық диаграммаға сәйкес бір сипаттамадан екінші сипаттамаға өтуімен анықталады. Әртүрлі  қозу теңдеуі кезіндегі орнықты режімдер нұктесінің арасын жалғау арқылы, генератордың беттік сипаттамасын аламыз. Ол   δ > 90 о бұрыш аймағында өседі  және оның максималды мәні δг = 90 о бұрышында жетеді, ондағы  δг - Uг  генератор шинасындағы кернеу вектор бұрышы. Қозуды басқару түрлері 90о үлкен бұрыш аймағының жұмысының болуына байланысты.

 

11.3 (ҚАБ) Қоздыруды автоматты түрде басқару түрлері

 

Қазіргі уақытта қоздыруды автоматты түрде басқарудың екі түрі қолданылады - пропорционалды және күштік жұмыс істейтін. Барлық режімдегі трансформатор жоғарғы кернеуі және генератор шинасындағы кернеуді тұрақты бір қалыпты  ұстау мүмкінділігі принципиалды түрде қоздыруды автоматты түрде басқаруының жақсы жұмыс істеуіне әсер етеді. Қоздыруды автоматты түрде басқарудың пропорционалды жұмыс істеуі (Eq ≈ const) Э.Қ.К тұрақты мәніне  әкелуге көмектеседі.  Қоздыруды автоматты түрде басқару параметрлері күштік коэффициенті және элементтердің уақытының тұрақтылығы болып табылады. P (δ), U (δ), U (P), Q (δ) және басқа жүйенің статикалық мінездемесін деформациялау, орнықтылық  режімнің параметрлерін өзгертеді, орнықтылық режімнің өзгеру кезіндегі кернеуді ұстау нақтылығын ауытқу бойынша күштік коэффициентті анықтайды. Күштік коэффициентті туынды бойынша тұрақтандыру коэффициенті деп аталады. Бұл коэффициенттер статикалық мінездемелерді өзгертпей жүйенің динамикалық мінездемесін деформациялау және жүйеге оң деформациялау енгізеді. Осының арқасында, өтпелі процесстердің өшуі жақсарады. Жобаның есептеулерінде синхронды машинаны  алмастыру сұлбасымен көрсетеді.  U = const, Хг = 0 (Қоздыруды автоматты түрде басқарудың синхронды түрде жасалуы) немесе Е'q = const, Хг = Х'd (Қоздыруды автоматты түрде басқарудың  пропорционалды әсері).

 

 

12 Дәріс. Қарапайым жүйенің  динамикалық беріктілігі

 

Дәріс мазмұны: Қарапайым жүйенің  динамикалық беріктілік анализі.

Дәріс мақсаты: электр беріліс екі паралель тізбектерінің бірі ажырап қалған сәтте жүйенің жұмыс режімін қарастыру. Шинадағы бітпейтін қуаттың екі тізбекті желі арқылы электр станция жұмыс істейтін қарапайым жағдайды қарастырамыз. (U = соnst) шина жүйесінде кернеудің тұрақтылық  шарты қабылдау генератор ауытқуын жояды және динамикалық қатаңдылық анализін біршама жеңілдетеді. Принципиялды жағдайдағы динамикалық беріктілікті анықтау үшін екі параллелді электр беріліс тізбектерінің бірінің ажырау кезіндегі жағдайларды қарастырамыз. Ол қашықтау станцияны өзгермейтін кернеу шинасымен байланыстырады (12.1 суретті қара).

                 

                                         12.1 сурет

 

Нормалды режімдегі алмастыру сұлбасы 12.2,     а суретінде көрсетіледі. Жүйенің  индуктивтік кедергісі

 

                             Хс = Хг + Хт1 + 0,5Хл + Хт2 ,

 

осы шарттар бойынша қуаттың амплитудалық  сипаттамасын анықтайды:

 

 

 

                                             

 

 

                    

 

 

                                          12.2 сурет

 

 

Электр беріліс желінің бір тізбегінің сөну кезінде жүйенің индуктивтік кедергісі нормалды режімнен қарағанда үлкен мәнді көрсетеді.

Тізбектің өшуі кезінде қуат сипаттама амплитудасы ЕU/Хс1 мәніне дейін төмендейді. Нормалды режімді шарттағы қуат сипаттамасы және тізбектің сөнуі 12.3 суретте көрсетілген

 

12.3 сурет

 

Нормалды режімге I сызығы сәйкес, сөнгеннен кейінгі режімге  II сызығы Р0 қуаты кезіндегі а нүктесі және  δ0  бұрышы сөнуге дейінгі жұмыс режімін анықтайды. b нүктесі сөнгеннен кейінгі жұмыс режімін анықтайды   ол нормалды режімдегі сияқты бұрыш мәні δ = δ болады. Сол арқылы, тізбек сөнген кезеңінде жұмыс режімі өзгереді және а нүктесімен сипатталмайды, ал  b  нүктесінің  жаңа сипаттамасымен сипатталады, ол генератор қуатының күтпеген  кезде азаюын реттейді.

Турбина қуаты Р0-ге тең және өзгермейді, үйткені агрегат айналуы жиілікті турбинаға әсер етеді, ол тізбектің  өшкен кезеңі кезінде өзінің нормалды мәнін сақтайды. Турбина валындағы кезеңіндегі қуатының тең еместігін және генератордың артық моментінің пайда болуына әсер етеді, оның әсері генератор – агрегат турбина тездете бастайды. U қабылдау жүйесінің шинасының кернеу векторы ω0 - өзгермейтін синхронды жылдамдықпен қозғалуына қарағанда, вектор генератор роторымен байланысты Э.Қ.К тез қозғалады. Айналу жылдамдылығының өзгеруі δ бұрышының өсуіне әкеледі және тізбек өшкен кезде генератор қуатының сипаттамасында жұмыс нүктесі с нүктесінен b нүктесіне қарай ауысады. Сонымен қатар, генератор қуаты өсе бастайды.

Бірақ  с нүктесіне дейін турбина қуаты генератор қуатынан көбірек болады және артық моменті азайса да өзінің белгісін сақтап қалады, соған байланысты қатысты айналу жылдамдығы үздіксіз жоғарлайды. с нүктесінде турбина қуаты мен генератордың бір-бірін қайтадан біркелкі етіп ұстайды және артық момент о-ге тең.

Бірақ процесс бұл нүктеде тоқтамайды, өйткені ротордың айналу жылдамдығы мұнда ең үлкен мәнге жетеді және ротор с нүктесіне инерция арқылы өтеді. δ бұрышының өсуі кезінде генератор қуаты турбина қуатынан аспайды және артық момент өзінің белгісін өзгертеді. Ол агрегатты тежеп бастайды. v  қатысты айналу жылдамдығы енді азаяды және d нүктесін де айналу жылдамдығы 0-ге тең болады. Бұл d нүктесінде Е ЭҚК векторы U мен δ бұрыш ортасындағы кернеу векторы енді өспейтін сияқты бұрыштық жылдамдығы айланады. Бұл d нүктесіндегі Е ЭҚК  бұрыштық жылдамдығы вектор кернеуі U сияқты айналады және δ бұрышы олардың ортасында енді ұлғаймайды. Бірақ бұл процесс осымен тоқтатылмайды, өйткені турбина қуатының бір қалыпты болмауы және агрегат валындағы генераторда тежеу мінезді артық момент  бар, оның әсерінен айналу жиілігі азая бастайды, және қуат сипаттамасындағы   процессті  сипаттайтын жұмыс нүктесі с нүктесіне кері бағытта ауысады. Осы нүктені ротор инерция арқылы қайтадан өтеді, және b нүктесінің қасындағы бұрыш өзінің жаңа минималды мәніне жетеді, содан соң қайтадан ұлғая бастайды. Баяу өшу ауытқу ретінен кейін жаңа δуст - бұрыш мәні және бұрынғы Р0  -беріліс қуатының мәні арқылы с нүктеде жаңа орнықтылық режім орнатылады. δ бұрышының ауытқу кесіндісі 12.4 суретте көрсетілген.

12.4 сурет

 

(12.4 суретті қара) басқа процесс бар болуы мүмкін ба? С нүктесінен бастап ротор тежелуі ЭҚК v айналу жылдамдығына сәйкес азаяды. Алайда бұл процес фазасында бұрыш ұлғая береді, және егер ол δкр  - критикалық мәніне генератор қуатының синусойдасының құлау тармағындағы турбинаның Р0 қуатының горизанталі мен қиысылуы с нүктесіне қатысты жылдамдық v көрсеткіші нөлге дейін түссе, әрі қарай машинаның валында артық момент қайтадан ұлғайтқыш болады,  v – жылдамдық тезірек ұлғая бастайды және генератор синхрондаудан шығып кетеді.  (12.6 суретті қара).

 

12.5 сурет

           Осыған байланысты, тербелу процесінде с нүктесі өткен жағдайда орнықтылық  режімге қайтуы мүмкін емес.

 

 

12.6 сурет

 

с нүктесіндегі жаңа орнықтылық режіміндегі теориялық түрде бар болуына қарамастан машинаның тербелу процессі осы режімге ауысуы кезіндегі синхрондаудан машинаның шығуына әкелуі мүмкін. Осы беріктілікті бұзу сипаттамасы динамикалық деп аталады. Электр жүйелеріндегі динамикалық орнықтылықтық бұзылудың негізгі себептері қысқа тұйықталу және қуат сипаттамасының амплитудасының тез төмендеуі.

 

                                             

 13 Дәріс. Желідегі қысқа тұйықталу кезіндегі динамикалық беріктілік

 

Дәріс мазмұны: желідегі қысқа тұйықталу кезіндегі динамикалық беріктілік.

Дәріс мақсаты:  аймақ шарты бойынша тербелу анализі.

Динамикалық беріктілік анализінің қажеттілігіне әкелетін кең таралған ауытқудың түрлері қысқа тұйықталу болып табылады. Ең алдымен шексіз қуатты шинаның электр беріліс екі тізбекті желі арқылы берілетін электр станцияның қарапайым жұмысының жағдайын қарастырамыз (13.1 суретті қара).

          

 

                                             13.1 сурет

 

13.2 суретте нормалды режімдегі қарастырылған жүйенің алмастыру жүйенің жеңілдетілген түрі көрсетілген. Ол жүйе элементтерінің индуктивтік кедергісіне тізбектей  жалғанған.

 

                                      Хс = Хг + Хт1 + 0,5Хл + Хт2 .

 

              

 

                                               13.2 сурет

 

Нормалды режімдегі қуат  сипаттамасы былай анықталады

 

                                           .

 

Бұл қатынас 13.4 суретте көрсетілген  (I қисық). Мысалы, егер бастапқы бір тізбектегі К нүктесінің желісінде симметриялық емес ҚТ болды делік.

Бұл режім алмастыру сұлбасы 13.3 а  суретінде көрсетілген, ондағы К нүктесінде Хк  ҚТ - дағы эквиваленттік  шунттық кедергі қосылған ол нөлдік және кері жүйелік кедергілерінен тұрады. Генератор ЭҚК өзгермеген жағдайдағы ҚТ соңынан сұлба конфигурациясы өзгеруіне байланысты жүйеге берілетін қуаттың мәні өзгереді. ҚТ кезіндегі қуаттың берілуін апатты режімге арналған қарапайым алмастыру сұлбасының ауысуы арқылы табуға болады. Бұл сұлба өзін сәуле түрінде көрсетіледі  Хк, Ха = Хг + Хт1 и Хb = 0,5Хл + Хт2, бір фазалық ҚТ үшін Хк = Х2 + Х0,  2-фазалы ҚТ үшін  Хк = Х2, жерге тұйықталған екі фазалы ҚТ үшін .

 

(13.3 б суретін қара ) ұшбұрышқа жұлдызды түрден ауысқаннан кейін мынаны аламыз:

 

 

      ;    ;    ,           (13.1)

 

 және   индуктивтік кедергісі Е ЭҚК кернеулігі  мен U кернеуіне жалғанған  және аппаты режімдегі генератордың активті қуатына әсер етпейді және есептелмеуі де мүмкін.

 

 

               

 

                                          13.3 сурет

 

Генератордың толық активті қуатының ағыны  индуктивтік  кедергі арқылы ағады, ол генератор ЭҚК қабылдау жүйесінің кернеуімен байланыстырады. Осы жағдайда генератор қуатының сипаттамасы былай көрсетіледі

 

                                               ,                                                         (13.2)

 

мұндағы        =  .

 

Бұрыш тәуелділігі синусоидты сипаттамадан тұрады, бірақ оның амплитудасы нормалды режімнен қарағанда мәні төмен. Екі сипаттама  13.4 суретте көрсетілген

 

13.4     сурет

 

Генератор арқылы берілетін  қуат және Е ЭҚК  ортасындағы бұрыш және нормалды режімдегі U кернеу Р0 және  δ0 арқылы сәйкес белгіленген.

Сұлба параметрінің өзгеруіне қатысты ҚТ кезеңіндегі қуат сипаттамасының бір түрінен екінші түріне ауысуы жүргізіледі және ротор инерциясынан кейінгі δ бұрышы шапшаң ауысуы мүмкін емес, сондықтан II қисықтағы δ0 бұрышын тапқан Р0 мәніне дейін генератормен берілген қуат төмендейді. Турбина қуаты өзгермейді және Р0-ге тең болады. Соның нәтижесінде машина валында артық момент пайда болады, ол ΔР(0) = Р0 – Р(0) қуатының артықшылығымен ескертілген. Осы кезеңнің әсерінен машина роторы жылдамдай бастайды және δ бұрышын ұлғайтады. Ары қарай процесс жүктелген желінің күтпеген кездегі өшуі кезіндегідей сапалы түрде жүреді. Бірнеше тербелістерден кейін, сөнетін амплитудалы ротордың салыстырмалы қозғалуы тоқтайды және оның жағдайы с нүктесімен анықталады, ол жаңа қуат мінездемесінің орнықтылық режімінің нүктесі болып табылады. Егер, II тармақ мінездемесіне түсетін Р0 қуатына сәйкес, ротор бірінші ауытқығанда δкр бұрышынан өтсе, онда артық момент өзінің белгісін өзгертіп, қайтадан шапшаңдату қалыпына келеді.  Ары қарай бұрыш мәні ұлғайған сәтте, моментте өсе бастайды және генератор синхрондалудан шығып кетеді. 

13.4 суреттегі мінездеме ротор бұрышының максималды ауытқуын анықтауына мүмкіндік береді, және жүйе беріктілікті сақталуын орнатады.

Шын мәнінде штрихталған алаң ординаты ΔР = Р0 – Р қуаттың артықшылығын көрсетеді, ол сол немесе басқа белгінің моментінің артықшылығын құрастырады. Салыстырмалы бірліктегі артық момент сандық түрде қуат артықшылығына тең болуы мүмкін ΔМ = ΔР. Қарастырылған жағдайда артық момент бірінші ротордың δ0 ден δуст айналу жылдамдығы және ротор қозғалған кездегі жылдамдату периодындағы пайда болған жұмысы мынаған тең:

 

,

 

мұндағы  - 13.4 суреттегі штрихталған abc аймағы.

 Осыған байланысты жылдамдық периоды кезіндегі ротор қорындағы кинетикалық энергия   - аймағына тең.  Бұл аймақ жылдамдық алаңы деп аталады. Тежелу периодында ротор өзінің сақтап қалған кинетикалық энергия қорын қайтарып  алады. Ротор сақтап қалған кинетикалық энергия біткеннен кейін Атез  тездету жұмысын теңгертеді, салыстырмалы жылдамдық 0-ге тең болады, өйткені кинетикалық энергия жылдамдық квадратына пропорционалды. Осы моментте ротор өзінің салыстырмалы қозғалысында тоқтатылады және олардың жеткен δm бұрышы ротор машинасының тербелуінің максималды бұрышы болып табылады. Сондықтан, δm бұрышын анықтау үшін мына теңдік қолданылады Атезтоқт  = 0 немесе тура сол сияқты

 

                                                                                                 (13.3)

 

(13.3) теңдік көрсетуі бойынша, бұрыштың максималды тербелуі бойынша тоқтату аймағы тездету алаңына тең болуы керек деп және есептелу қорытындысы d нүктесінің жағдайын табу керек болды (13.4 суретті қара).

Максималды мүмкін болатын тоқтату аймағы  аймағына тең болады. Егер, осы аймақ   тездету аймағынан кіші болса, онда жүйе синхрондалудан шығып кетеді. Мүмкін болатын тоқтату аймағы тездету аймағына қатысы беріктілік қорының коэффициенті деп аталады .

        

         Мүмкін болатын тоқтату аймағынан кіші болған жағдайда зақымдалған тізбекті тез өшіру арқылы кейде беріктілік жұмысына қол жеткізуге болады.

Екінші тізбек арқылы жұмысында қалған қуатты беруге болады, ол ҚТ кезіндегі екінші тізбек арқылы берілетін қуаттан көп болады. Зақымдалған тізбекті өшірген кездегі қуат теңдігі келесідегідей көрсетіледі:

 

,

 

мұндағы  .

 

Осы қисық 13.5 суретте III қисық түрінде көрсетілген. I және II қисықтар ҚТ кезіндегі нормалды режімдегі сипаттаманы көрсетеді.

 

 

 

13.5     сурет

 

ҚТ моментінде берілетін қуат төмендейді және ротор тездете бастайды. Бірнеше d нүктесінде зақымдалған тізбек сөнді делік, сөну моментінде жұмыс III қисығындағы е нүктесіне ауысады және генераторлармен берілген қуат біршама жоғарылады. Соған байланысты, мүмкін болатын   тоқтату аймағы ұзақ сөнбеген ҚТ қарағанда үлкен болады, және осы өзара ұлғайған сайын сөну ертерек болады. Соған байланысты δотк  сөну бұрышы аз болады. Сонымен қатар, апатты тез ликвидация жасау жүйенің беріктілігін жоғарлатуға әкеледі. 13.5 сурет көмегі арқылы аймақтар ережесін қолданып,  δотк бұрыштың шектік мәнін графикалық түрде табуға болады, сонымен бірге берікті жұмысқа жету үшін зақымдалуды сөндіруді жүргізу керек. Осы бұрыш мәні тездету аймағының теңдігімен және максималды мүмкін болатын тоқтатылу аймағымен анықталады. Бірақ практикалық мақсат үшін ол жеткіліксіз. δотк бұрышын емес осы бұрышқа жететін ротордың уақыт аралығын білу керек, ол ҚТ өшу жіберілім уақытының шектігі деп аталады, ол тізбек тізбек интервалдар әдісі арқылы анықталады.

 

 

14 Дәріс. Сәйкестік интервалдар әдісі

 

Дәріс мазмұны: сәйкестік интервалдар әдісі.

Дәріс мақсаты: сәйкестік интервалдар әдісі арқылы ҚТ шектік мүмкін болатын сөну уақытын анықтау. Сәйкестік интервалдар әдісі  ҚТ сөну уақыты шегін орнатады, қозу регуляторларының жұмысын есепке алу якорь реакциясын уақыт өзгерту және т.с.с.

Генератор роторының қозғалу теңдігін қарастырамыз

 

.

 

Осы теңдіктің шешілуі δ = f(t) формуласында көрсетіледі уақыт арқылы бұрыштық өзгеру суретін береді  және генератор синхрондалуда бола ма соны орнатуға көмектеседі.

Бірақ бұл теңдік бір сызықты емес және жалпы түрде  шығарылуы мүмкін емес (Рmax = 0 сағаттық уақытын санамағанда). Есеп теңдікті сандық түрде интегралдау әдісімен шығаруға болады. Солардың бірі қарастырып отырған  интервалдардың сәйкестік әдісі. Сол үшін генератор тербелу процессі үлкен емес Δt уақыт интервалына бөлінеді және осы интервалының әрқайсысына Δδ өсу мәніне жақын сәйкес есептелінеді.

ҚТ моментінде генераторлармен берілген қуат төмендейді және ΔР(0) қуат артықшылығы пайда болады. Δt уақытының өз интервалы үшін осы интервалдар арасындағы қуат артықшылығы өзгермейді деуге болады. Онда формула бойынша, бірінші интервалдар кезіндегі  Δv(1) және  Δδ(1)  бұрышы генератор жылдамдығының бірқалыпты өсу қозғалысын былай анықтауға болады:

 

;         .

ҚТ кезеңіндегі салыстырмалы машина жылдамдығы 0-ге тең және сондықтан бірінші интервалдар соңындағы v(1) салыстырмалы жылдамдық осы интервалдардың өсу жылдамдығына тең v(1) = Δ v(1) .

α(0) үдеуі былай анықталады:

 

,

сонымен бірге,

 

                                        ,                                              (14.1)

мұнда бұрыш және уақыт радианды түрде көрсетілген.

 

 

Практикалық есептемелерде бұрышты градус түрінде көрсеткен дұрыс.

 

                                                                                 (14.2)

 

секунд кезіндегі уақыт

 

                                        .                                                  (14.3)

 

 

(14.2) и (14.3) қолдана және   қолдана отырып мынаны аламыз:

 

 ,                                             (14.4)

 

 

мұнда бұрыш градуспен көрсетілген, ал инерция тұрақтылығы секунд түрінде көрсетілген.

Әрі қарай , нәтижесінде мынаны аламыз:

 

 

                                      .                                                    (14.5)

 

 

Бұрыштың бірінші интервалында өсуін біле отырып, уақыт интервалының соңындағы және соны бірақ кезекті интервалдардың басындағы бұрышының абсолюттік мәнін табуға болады:  .

δ(1) бұрышының жаңа мәніне екінші интервалдағы уақыт бойынша ΔР(1) қуат артықшылығын анықтауға болады:

 

 

                                          

 

 

ΔР(1) қуат артықшылығы екінші интервалды α(1) үдеуі оған пропорционалды. Δδ(2) бұрышының өсуін анықтаған кезде екінші интервалдар кезіндегі α(1) үдеуін осы интервалдағы жұмыс жасайтын сонымен бірге ротор жылдамдығына сәйкес бұрынғы бастапқы интервалдарды есепке алу керек:

 

                                       .                                  (14.6)

 

 

                   v(1)= α(0)Δt формуласынан алынған v1 жылдамдық мәні нақты емес болып табылады ΔР(0) қуат артықшылығы және α(0) үдеуі бірінші уақыт бойынша интервалдар кезіндегі тұрақты емес болып табылады, бірақ аздап өзгереді.

                   Бірінші интервалдағы үдеу орташа мәнге тең деп алсақ, онда нақты нәтиже алуға болады.

               

                                  .

 

Онда салыстырмалы жылдамдық

 

                                  .

 

Осы мәндерді  (14.6) қойып мынаны табамыз:

 

 

немесе

                                                                                             (14.7)

 

және т.с.с.

 

                 Енді  бұрышын табуға болады, , Δδ(3) бұрышының өсуін және ΔР(2)  қуат артықшылығын анықтайды:

 

және т.с.с.

 

         Егер, кейбір интервалдар басында зақымдалған тізбектің ажыратылуы болса, онда (14.1 суретті қара ) биіктігіне дейін   биіктігінен күтпеген кезде қуат артықшылығы өзгереді.

 

                                         

14.1 сурет

 

  Сөну кезеңінен кейінгі бірінші интервалдардағы бұрыштың өсуін анықтаған кезде, қуаттың артық мәні орташа  және   анықталады.

 

 

                     .                                           (14.8)

 

 

  Қалған интервалдағы (14.7) теңдікті қолдануға болады.

  Δt уақытының интервал уақыты қолмен есептегенде 0,05с тең болады.

 

   Сәйкестік интервалдар әдісін δ бұрышы азая бастағанға дейін және айқын болғанша, бұрыш мәні ұлғая бастағанша және генератор синхрондалудан шыққанша есептеу жүргізіледі.

  Сәйкестік интервалдар әдісі аймақ ережесімен бірге қолдануға болады. Сол үшін аймақтар ережесін қолданып, δотк шекті бұрышын анықтайды, сол кезде ҚТ тогының сөнуі болу керек, сәйкестік интервалдар әдісі арқылы δотк бұрышына аралығындағы жеткен ротордың уақытын анықтайды. Осы уақыт аралығы және шектік сөну уақытын береді (14.2 суретті қара).

 

14.2 сурет

 

 

15 Дәріс. Жүктеменің динамикалық беріктілігі

 

Дәріс мазмұны: жүктемеге қозғалтқышының динамикалық беріктілігі.

Дәріс мақсаты: жүктеме түйініндегі өтпелі процестерді оқып үйрену.

 

Үлкен ауытқу кезіндегі жүктеме қозғалтқыштары жүктемені қоректендіретін режіміне ғана емес функционалды жүйесіне де әсер етеді. Ауытқуды екі түрге бөлуге болады, электрмен қамтамасыз ету жүйесіне арналған сипаттамалар:

1) Қозғалтқыштар қысымындағы кернеуді төмендету, мыналар арқылы пайда болады:

- тарату тораптарындағы қысқа тұйықталу;

- қозғалтқыштың қоректенуін аз уақыт ішіндегі сөнуі;

- қозғалтқыштың қосылуы.

15.1, а суретіндегі көрсетілгендей кернеудің тез ауытқу түрінде өзгереді делік. Тораптан қозғалтқыш сөнгеннен кейін U1 = 0  тең екені айқын.

15.1 сурет

 

2) Қозғалтқыш валындағы механикалық кезеңінің өзгеруі келтірілген механизмнің жұмыс режімінің өзгеруімен байланысты.

15.1,б суретте көрсетілгендей t0 және t1 уақыт кезеңінде ауытқу өзгерісі жүргізіледі делік. Екі жағдайда да t1 уақыт моментінде ауытқу тоқтайды, ал механикалық кезең және кернеу өзінің бастапқы мәнін қалыпына келтіреді.

 

 

15.1 Асинхронды қозғалтқыштардың динамикалық беріктілігі

 

(15.1 суретті қара) Қозғалтқыштардың қысымындағы кернеудің төмендеуі және валындағы механикалық кезеңді төмендеуі ΔМ тоқтату моментінің артықшылығының пайда болуына әкеледі.

Кернеу түскен сияқты, механикалық кезеңнің өсуі кезінде қозғалтқыш сырғанауы ұлғая бастайды және ол істен шығады. Осы жағдайдан қашу үшін кернеуді уақытында қалыпына келтіріп отыру қажет немесе механикалық кезеңді азайту керек. S1 сырғанау кезінде кернеу немесе моментті қалыпына келтіріп отыра (15.2 суретті қара), ΔМ1 жылдам артық моменті қозғалтқыш валына әсер етеді, ол сырғанауы S0 қозғалтқышты орнықты режімге алып келеді.

15.2     сурет

 

Егер кернеуді немесе моментті қалыпына келтіру S3 сырғанауы кезінде

болса, онда ΔМ2 артық момент тоқтату мінезді болады және қозғалтқыш  төңкеріледі. Сырғанау мәнінің қай уақытта жету аралық сағатын білу керек. Ол үшін қозғалтқыш роторының қозғалу теңдігін білу керек. Қозғалтқыш валындағы артық моменттің пайда болған кезінде ротор үдеуі артық моментке тура пропорционалды және инерция моментіне кері пропорционалды және ол былай жазылуы мүмкін:

 

                                      ,                                                        (15.1)

 

мұнда ΔМ = Мдв – Мс – қозғалтқыш магниттің электрмагниттік айырмасы кедергісінің моменті;

J – инерция моменті, J = Jдв + Jмех. пр,  Jдв- қозғалтқыш инерциясының моменті;

Jмех. пр. =  Jмех. (ωном. мех /ωном.дв) – бірнеше номиналды айналу жылдамдығын есепке ала отырып, механизмді момент келтірілген;

ω – қозғалтқыштың бұрыштық айналу жылдамдығы, ол сырғанау арқылы  келесідегідей анықталады:

 

 

                                      ω = (1 – S) ω1 ном ,                                             (15.2)

 

(15.2)  теңдікті  (15.1) теңдікке қою арқылы және ΔМ   қозғалтқыштың салыстырмалы номиналды бірлік түрінде мынаны аламыз

 

 

                                 ,                                    (15.3)

 

мұнда , а  - қозғалтқыштың номиналды қуаты.

(15.3) теңдік үлкен ауытқу кезіндегі қозғалтқыш роторының қозғалуын сипаттайды  және қозғалтқыш роторының қозғалтқыш теңдігі деп аталады. Бұл теңдік сызықты емес, және оның шешімі сандық интегралдаудың кез келген әдісі арқылы алуға болады. Егер, (15.3 суретті қара) Δ S тең интервалдар сабына ΔМ(S) функциясының абсцисс осіне бөлсек, онда мұның шешімі аса қарапайым болады.

 

 

15.3 сурет

 

Барлық интервалдардағы қозғалу теңдігі келесідегідей болады

 

бұзылу моментінен n-интервалына  дейінгі уақыт былай анықталады.

 

.

   

Шығарылу нақтылығы   ΔS мөлшеріне  байланысты. Егер ΔS мөлшері азайғанда шығу нақтылығы ұлғаяды. S(t) қиылысын осы әдіспен алсақ, 15.1.

суреттегі t1 уақытына сәйкес сырғанауы анықтауға болады. Осы мәнді біле отырып,  қозғалтқыштың динамикалық беріктілігі туралы айтуға болады.

 

 

16 Дәріс. Электр жүйесінің беріктілігін көтеру үшін шаралар

 

Дәріс мазмұны: электр жүйесінің  беріктілігін көтеру шаралары.

Дәріс мақсаты: электр жүйелерінің беріктілігін және сенімділігін  көтеретін шараларды оқып үйрену.

Электр жүйелерінің беріктілік дәрежесін көтеру үшін оның элементтерінің параметрлерін өзгерту режімінің параметрлерін және қосымша қондырғыны енгізеді. Сонымен бірге келесі шарттарды және шектеуді есепке алу керек:

-         негізгі элементтердің параметрлерін өзгертпеу, жүйе жұмыс нормалды режімдердің, экономикасының бұзылуына әкеледі;

-         орнықтылықты жақсарту үшін қондырғыларды қолдану оның бағасын салыстырумен бірге және осы орнықтылық түрінің бұзылуына тиген зақымымен бірге жүру керек.

Беріктілікті жоғарлату бойынша шараны таңдаған кезде берілген нұсқаның технико-экономикалық бағасы керек.

 

 16.1 Электр жүйелерінің элементтер параметрлерін жақсартуға арналған шаралар

 

Генераторлар. Генератор параметрлері статикалық және динамикалық беріктілікке біршама әсерін тигізеді. Статикалық беріктілікке сезгіштік қасиеті жоқ аймақпен қоздыруды автоматты түрде басқару генераторды қолданғанда Хd синхронды индуктивтік кедергі әсер етеді, ал динамикалық беріктілікке Хd' өтпелі кедергі және Tj тұрақты инерциясы. Тұрақты инерциясы генератордың динамикалық беріктілігіне біршама әсер етеді. Егер Tj мәні үлкен болған сайын («ауыстыру» машина) артық моментінің әсері арқылы ротордың жылдамдығы баяу өзгереді. Ол жүйенің беріктілігін жоғарлата түседі, сонымен бірге апатты режімдегі берілген шекті уақытын жоғарлатады. Синхронды машинаны қозуын реттеу оның параметрлерін жақсарту әдісі сияқты қарастыруға болады. Генератордың жоғарғы төбелі қозу тогының күшті әсер ететін реттеушілерді динамикалық беріктілікті жоғарлату бойынша қосымша қондырғыларды байланыстыра отырып, индуктивтік кедергілердің азаюына жол бермеуге болады. Соның нәтижесінде  генератор мәндері  Хd = 1,5 – 2,0  және Хd' = 0,3 – 0,4 тең деп алуға болады және машина салмағын азайту және  бағасын төмендету арқылы тұрақты инерцияны төмендетуге болады.

Ажыратқыштар. ҚТ тез сөнуі динамикалық беріктілікті жақсарту үшін шешімді мән болып табылады. ҚТ өшу уақыты tв өзіндік ажыратқыш уақытынан қойылады және релелік қорғаныс уақытының әсерінен:

 

Тоткл = tв + tрз .

 

ҚТ өшу  уақытының азаюы, динамикалық беріктіліктің қорын көбейтеді.

Электр беріліс желілері. Желі параметрлері және олардың номиналды кернеуі жүйенің беріктілігіне біршама әсер етеді. Коронадағы шығынын азайту мақсатымен қолданатын желінің индуктивтік кедергісі сымдардың ажыратуынан төмендеуі мүмкін. Егер, фазалар үш сымға ажырап кетсе (500кВ ЖК) желінің  реактивтік кедергісін 25-30%  төмендетеді. ЖК реактивтік кедергілердің бойлық (жиіліктік) компенсациясын қолдану арқылы желінің индуктивтік кедергісін азайтуға болады, ол статикалық конденсатор желісіне тізбектей қосу түрінде жүзеге асады. Сонымен қатар, желінің эквиваленттік кедергісі былай анықталады.   

 

Хэкв = х0L – Хс.

 

Хс конденсатор кедергісі үлкен болған сайын, желі параметрлер компенсациясының дәрежесі үлкен болады және компенсацияланған желі кіретін құрамына электр беріліс берілу қуатының шегі үлкен болады. Алыс электр беріліс өту мүмкіншілігін жоғарлату үшін басқармалы конденсаторлар және аралық синхронды компенсаторлар қолданады.

 

 

16.2 Беріктілікті жоғарлату үшін қосымша қондырғылар

 

Трансформатор нейтралына қосылған кедергілер. Егер, берік тұйықталған торапты нейтралға жоғарлатпайтын кернеуді аз кедергі арқылы тұйықтаса, онда оқшаулама жұмыс тәртібі өзгермейді, ал симметриялы емес кезіндегі динамикалық жүйенің беріктілігі  жақсарады. 16.1 суретте көрсетілген сұлбада электр берілістігі симметриялы емес ҚТ қарастырамыз.

 

16.1 сурет

16.2 суретте активті кедергілерді есепке ала отырып, 0-дік тізбектің орынбасу сұлбасы көрсетілген. Осыдан шығатын активтік кедергі нөлдік тізбектердің қосымша кедергілерін жоғарлатады.

 

.

 

 

16.2 сурет

 

Осының нәтижесінде ҚТ шунтының кедергісі де көбейеді:

 

.

 

Онда (16.3 суретті қара) тура тізбекті сұлбаның өзара кедергісі азаяды. Ол апатты режім қуат сипаттамасының амплитудасының ұлғаюын шақырады (13.5 суреттегі II мінездемені қарастырамыз) ол abcd үдеуінің аймағын азайтады. Үдеу аймағын азайту арқылы динамикалық беріктіліктің коэффициент қорының ұлғаюына әкеледі.

16.3 сурет

 

Симметриялы емес ҚТ кезіндегі беріктілікті жоғарлату үшін генераторлардың электрлік тежеулері  қолданылады. Генератор  кез келген ауытқудан жылдамдайтын ротор параллельді немесе тізбектей қосылған активтік кедергілермен тоқтайды. (16.4 суретті қара).

 

                                            а                                         б

16.4 сурет

 

         Турбиналарды реттеу. Қуаттың баланссыздығы генераторлардың ауытқу кезінде пайда болатын, турбина қуатының төмендеуімен толық компенсациялайды немесе азайтылуы мүмкін. Егер турбина реттеушісі  инерциясыз болса, электр қуатының  өзгеруіне мән беруге болады, онда динамикалық беріктіліктің бұзылу мүмкінділігі жоқ болуы мүмкін. Сонымен бірге турбинаның жай реттеушісі біршама сезгіштік қасиеті жоқ аймақты инерциялық жүйелер болып табылады. Генераторды тербеліс кезінде олар жылдамдықтың өзгеруіне мән бермейді. Сонымен бірге, энергия тасушының тез шығуы гидравликалық соққыға әкеледі, немесе реттеуші клапандар арасындағы пар мөлшерін және парлық турбинаның бірінші қатарын кеңейтеді. Осы көріністер реттеу жүйесіндегі қосымша механикалық күшті шақырады. Газды турбиналар жоғарғы реттеуші мүмкінділігіне ие, оларда генераторлардың синхронды тербелу кезіндегі механикалық қуатты тез өзгертуге болады.

  

Әдебиеттер тізімі

 

         1 Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах. – М.: Энергия, 1970.

2. Ульянов С.А. Сборник задач по электромагнитным переходным процессам в электрических системах. – М.: Энергия,1968.

3. Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах. - М.: Высшая школа, 1978.

4. Жданов П.С. Вопросы устойчивости электрических систем / Под ред. Жукова В.А. – М.: Энергоатомиздат,1979.

5. Электроэнергетические системы в примерах и иллюстрациях / Под ред. Веникова В.А. – М.: Энергоатомиздат,1983.

6. Переходные процессы электрических систем в примерах и иллюстрациях: Уч. пособие. Под ред. В.А. Строева. – М., 1996.

7. Куликов Ю.А. Переходные процессы в электрических системах: учеб.пособие для вузов/ М-во образ. РФ. Новосибирский ГТУ. – Новосибирск – Москва: НГТУ, Мир,  АСТ, 2003. 

 

Мазмұны

Кіріспе

1  Дәріс.  Өтпелі процесске жалпы түсінік                                                              4

2  Дәріс. Қысқа тұйықталу тогын есептеуінің ортақ нұсқауы                               7

3  Дәріс. Симметриялық желідегі үш фазалы қысқа тұйықталу                          10

4  Дәріс.Симметриялы емес ҚТ                                                                               13      

5  Дәріс. Екі фазалы қысқа тұйықталумен бірге ток пен кернеу                         16                

6  Дәріс.  Желідегі оқшауланған өтпелі процесстер                                              20

7  Дәріс. 1000 В-қа дейінгі қондырғылардағы  қысқа тұйықталу тоғын есептеу      23

8   Дәріс. Қысқа тұйықталу тоқтарын шектеу                                                        27

9   Дәріс. Электр жүйелерінің беріктілігі                                                                31

10  Дәріс. Жай жүйелердің статикалық беріктілігі                                                34

11 Дәріс. Генератор роторының қозғалысын теңгеру. Басқару генераторымен

     электр беріліс қуатының   мінездемесі                                                              38

12 Дәріс. Қарапайым жүйенің  динамикалық беріктілігі                                      41

13 Дәріс. Желідегі қысқа тұйықталу кезіндегі динамикалық беріктілік             45

14 Дәріс. Сәйкестік интервалдар әдісі                                                                    50

15 Дәріс. Жүктеменің динамикалық беріктілігі                                                    54

16 Дәріс. Электр жүйесінің беріктілігін көтеру үшін шаралар                            57

  

 

                                                  2011ж. жиынтық жоспары, 316 реті