У навчальному посібнику викладено структуру дисципліни "Перехідні процеси в електричних системах", яка є визначальною у підготовці бакалаврів за напрямком "Електротехніка та електротехнології". В посібнику особлива увага приділена розгляду питання розрахунку струмів короткого замикання та стійкості елементів цієї системи із застосуванням обчислювальної техніки, що дає можливість значно підвищити швидкість і точність розрахунків, а також розглянуто електромагнітні та електромеханічні перехідні процеси як у генераторних станціях так і у вузлах електричного навантаження електричних систем. Поданий матеріал ілюструється розрахунковими схемами, векторними діаграмами, графіками, що допомагає краще засвоїти теоретичний матеріал під час самостійної роботи студентів, а також розвиває практичні навики моделювання та використання обчислювальної техніки для аналізу перехідних процесів. Зокрема у Додатках наведені приклади розрахунку перехідних процесів у ЕС за допомогою розробленого авторами пакету прикладних комп'ютерних програм EKAF, які написані у середовищі DELPHI для використання під час проведення практичних та лабораторних занять, курсового і дипломного проектування. ЗМІСТ ПЕРЕДМОВА 9 ВСТУП 11 ЧАСТИНА 1 ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ ПЕРЕХІДНІ ПРОЦЕСИ 15 1 Загальні відомості про короткі замикання в електричних системах 15 1.1 Класифікація струмів короткого замикання 15 1.2 Причини виникнення коротких замикань та їх наслідки 19 1.3 Обмеження струмів короткого замикання 21 1.4 Призначення та умови розрахунку струмів короткого замикання 22 1.5 Основні припущення при розрахунку струмів короткого замикання 23 2 ПОСЛІДОВНІСТЬ РОЗРАХУНКУ СТРУМІВ КОРОТКОГО ЗАМИКАННЯ 26 2.1 Принципова та розрахункова схеми мережі 26 2.2 Вибір розрахункових точок короткого замикання 27 2.3 Заступна схема мережі 29 2.4 Система відносних одиниць ЗО 2.5 Перехід від магнітних зв'язків до еквівалентних електричних 34 3 ПАРАМЕТРИ ЕЛЕМЕНТІВ ЕЛЕКТРИЧНИХ МЕРЕЖ 40 3.1 Система 40 3.2 Синхронні машини 41 3.3 Силові трансформатори 41 3.4 Повітряні та кабельні лінії 45 3.5 Реактори 46 3.6 Електрорушійні сили джерел живлення 46 3.7 Узагальнене навантаження 48 4 ДИФЕРЕНЦІЙНІ РІВНЯННЯ ЕЛЕКТРО- МАГНІТНОГОСТАНУ ЯВНОПОЛЮСНОГО СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА 50 4.1 Диференційні рівняння електромагнітного стану явнополюсного синхронного генератора у фазній системі координат 50 4.2 Диференційні рівняння електромагнітного стану явнополюсного синхронного генератора у обертовій системі координат d,q . жорстко зв'язаних з ротором машини. Рівняння Парка-Горєва 56 5 СИМЕТРИЧНЕ (ТРИФАЗНЕ) КОРОІТСЕ ЗАМИКАННЯ 61 5.1 Трифазне коротке замикання в простій нерозгалуженій мережі, що живиться від джерела синусоїдної напруги нескінченної потужності 61 5.2 Початковий режим трифазного короткого замикання синхронного генератора синусоїдної напруги 67 5.2.1 Перехідні параметри синхронного генератора 67 5.2.2 Надперехідні параметри синхронного генератора 69 5.3 Усталений режим трифазного короткого замикання генератора синусоїдної напруги 73 6 ПРАКТИЧНІ МЕТОДИ РОЗРАХУНКУ СТРУМІВ І НАПРУГ КОРОТКОГО ЗАМИКАННЯ 77 6.1 Аналітичне визначення струмів і напруг у короткозамкненому колі 77 6.1.1 Метод перетворення схеми мережі 78 6.1.2 Використання принципу накладання 84 6.1.3 Накладання нормального режиму на власне аварійний 84 6.1.4 Метод власних і взаємних опорів 86 6.2 Метод розрахункових кривих 88 6.3 Метод типових кривих 94 6.4 Метод вузлових потенціалів 97 6.5 Врахування електродвигунів при розрахунку струмів короткого замикання 100 7 РОЗРАХУНОК СТРУМІВ КОРОТКОГО ЗАМИКАННЯ В МЕРЕЖАХ НАПРУГОЮ ДО 1000 В 104 8 НЕСИМЕТРИЧНІ КОРОТКІ ЗАМИКАННЯ 117 8.1 Метод симетричних складових 117 8.2 Заступна схема прямої послідовності 121 8.3 Заступна схема зворо гної послідовності 121 8.4 Заступна схема нульової послідовності 122 8.5 Визначення струмі" і напруг у місці короткого замикання.... 126 8.5.1 Однофазне коротке замикання 127 8.5.2 Двофазне коротке замикання 129 8.5.3 Двофазне коротке замикання на землю 132 8.6 Правило еквівалентності прямої послідовності 135 8.7 Розрахунок струмів несиметричного короткого замикання для різних моментів часу за допомогою розрахункових кривих 137 8.8 Співвідношення між струмами різних видів короткого замикання 138 9 РОЗРАХУНОК СТРУМІВ КОРОТКОГО ЗАМИКАННЯ ВІДПОВІДНО СТАНДАРТУ DEC 60909 141 9.1 Порядок розрахунків 141 9.2 Вплив віддаленості місця короткого замикання від генераторів 142 9.3 Умови, що розглядаються при обчисленні максимальних і мінімальних величин струмів короткого замикання 143 9.4 Поправочні коефіцієнти при обчисленні опорів 144 9.5 Розрахунок різних значень струму короткого замикання 148 ЧАСТИНА 2 ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНІ ПЕРЕХІДНІ ПРОЦЕСИ 152 10 СТАТИЧНА СТІЙКІСТЬ СИНХРОННИХ ГЕНЕРАТОРІВ 152 10.1 Приклад механічної системи 153 10.2 Приклад одномашинної генераторної системи. Суміщені кутові характеристики турбіни і синхронного генератора. Критерій статичної стійкості одномашинної системи >0 154 11 ЗАХОДИ З ПІДВИЩЕННЯ СТАТИЧНОЇ СТІЙКОСТІ СИНХРОННИХ ГЕНЕРАТОРІВ 161 11.1 Коефіцієнт запасу статичної стійкості 161 11.1 Вплив індуктивного опору системи та напруги мережі на стійкість синхронного генератора 162 11.2 Вплив автоматичного регулювання збудження та потужності турбіни на стійкість синхронного генератора 163 12 ЗАСТОСУВАННЯ МЕТОДУ МАЛИХ КОЛИВАНЬ ДЛЯ АНАЛІЗУ СТАТИЧНОЇ СТІЙКОСТІ ЕЛЕКТРИЧНИХ СИСТЕМ 167 12.1 Рівняння механічної рівноваги (руху) ротора агрегату "турбіна - синхронний генератор" 167 12.2 Метод малих коливань 169 12.3 Приклад аналізу статичної стійкості одномашинного агрегату "турбіна - синхронний генератор" 170 13 СТАТИЧНА СТІЙКІСТЬ БАГАТОМАШИННИХ СИСТЕМ 176 13.1 Статична стійкість двомашинної системи. Критерій Вагнера - Еванса 176 13.2 Аналіз статичної стійкості багатомашинної генераторної системи 180 13.3 Практичні критерії оцінки статичної стійкості багатомашинної генераторної системи 185 13.3.1 Критерій Гурвіца 185 13.3.2 Критерій Жданова-Марковича 186 14 СТАТИЧНА СТІЙКІСТЬ ВУЗЛІВ ЕЛЕКТРИЧНОГО НАВАНТАЖЕННЯ 189 14.1 Статична стійкість агрегату "асинхронний двигун -приводний механізм". 190 14.2 Статична стійкість агрегату "синхронний двигун -приводний механізм" 195 14.3 Вплив зовнішнього опору мережі на статичну стійкість агрегату "електричний двигун - приводний механізм" 196 14.4 Розрахунок статичної стійкості вузла навантаження за практичними критерії ми >0 та <0 199 14.5 Втрата стійкості еквівалентного асинхронного двигуна типу "лавини напруги" 202 14.6 Втрата стійкості еквівалентного асинхронного двигуна типу "самозбудження" при застосуванні поздовжньої компенсації реактивної потужності в мережі 204 14.7 Вплив на статичну стійкість вузла навантаження поперечної компенсації реактивної потужності в мережі 206 15 ДИНАМІЧНА СТІЙКІСТЬ СИНХРОННИХ ГЕНЕРАТОРІВ 210 15.1 Динамічна стійкість одномашинної генераторної схеми. Граничний кут вимкнення короткого замикання 210 15.1.1. Доаварійний режим 211 15.1.2. Аварійний режим 213 15.1.3. Післяаварійний режим 215 15.1.4 Аналіз динамічної стійкості одномашинної схеми методом "площ" 215 15.2 Граничний час вимкнення короткого замикання 217 15.2.1 Граничний час вимкнення трифазного короткого замикання 217 15.2.2 Граничний час вимкнення несиметричного короткого замикання 219 16 ЗАХОДИ З ПІДВИЩЕННЯ ДИНАМІЧНОЇ СТІЙКОСТІ СИНХРОННИХ ГЕНЕРАТОРІВ 223 16.1 Конструктивні зміни основних елементів електричної системи 223 16.2 Застосування пристроїв захисту і автоматики 224 16.3 Додаткові (гальмівні) заходи 228 16.4 Використання заходів^ежимного характеру 230 17 ДИНАМІЧНА СТІЙКІСТЬ ВУЗЛІВ НАВАН ТАЖЕННЯ 232 17.1 Самозапуск електродвигунів. Загальні визначення 232 17.2 Самозапуск одиничного асинхронного двигуна 236 17.3 Самозапуск групи асинхронних двигунів 240 17.4 Самозапуск одиничного синхронного двигуна 243 17.5 Заходи з підвищення динамічної стійкості вузлів навантаження з електродвигунами 248 17.5.1 Схемні рішення самозапуску синхронних двигунів 248 17.5.2 СЗ із втратою синхронізму синхронних двигунів (на прикладі виникнення короткого замикання у точці К3).. 250 17.5.3 СЗ без втрати синхронізму синхронних двигунів (на прикладі виникнення короткого замикання у точці Кз) 251 Перелік використаних джерел 254 ДОДАТКИ 256