Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального

образования

«Ивановский государственный энергетический университет им. В.И.Ленина»

Электроэнергетический факультет

Кафедра электрических систем

УТВЕРЖДАЮ»

декан ФЗВО Дюповкин Н.И.

«_»_2012 года

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

Дисциплина “Электромагнитные переходные процессы” Направление 140200 Электроэнергетика Квалификация Инженер Специальность 140204.65 Электрические станции Курс – Семестр – 8 семестр Лекции 10 часа Лабораторные работы 8 часов Семинарские занятия 4 часов Самостоятельная внеаудиторная работа 158 часов Всего часов по курсу 180 часов Вид заключительного контроля экзамен Иваново 1. Цель и задачи дисциплины, междисциплинарные связи 1.1. Цель преподавания дисциплины Предметом изучения дисциплины являются неустановившиеся режимы электроэнергетической системы. Это один из предусмотренных учебным планом специальных курсов, дающих знания, умения и навыки, необходимые для квалифицированного проектирования и эксплуатации электроэнергетических систем.

Целью преподавания дисциплины является формирование знаний в области теории электромагнитных переходных процессов, происходящих в электроэнергетических системах.

1.2. Задачи изучения дисциплины Задачей изучения дисциплины является усвоение студентами физики явлений, приобретение умений и навыков по расчету электромагнитных переходных процессов, прежде всего, коротких замыканий, и управлению этими режимами в электроэнергетических системах.

1.3. Связь с другими учебными дисциплинами Преподавание дисциплины базируется на знании следующих дисциплин:

1.3.1. Высшая математика. Разделы: обыкновенные дифференциальные уравнения, преобразования Лапласа, матрицы, численные методы.

1.3.2. Прикладная механика. Раздел динамика.

1.3.3. Теоретические основы электротехники. Разделы: основы теории линейных цепей, теория электромагнитного поля.

1.3.4. Электрические машины. Разделы: синхронные машины, асинхронные машины, трансформаторы.

1.3.5. Электрические системы и сети. Разделы: схемы замещения электрической сети и их параметры, расчет установившихся режимов электрической сети, регулирование напряжения в электроэнергетической системе.

Дисциплина является основой для последующего изучения специальных курсов:

"Электромеханические переходные процессы", "Электрические станции и подстанции", "Релейная защита и автоматика".

2. Содержание лекционных занятий Лекционные занятия 8-го семестра (10 часов) по обзору ниже приведенного материала объНазвание модуль и его содержание ем в мо- часах дуля 2.1 Общие сведения. Симметричный установившийся режим короткого замыкания Электроэнергетические системы, их режимы и процессы. Проявления переходных процессов и их влияние на работу электроэнергетических систем. Основные задачи курса и его связи со смежными дисциплинами.

Значение курса в формировании специалиста-электроэнергетика. Основные виды переходных процессов. Особенности электромагнитных переходных процессов, причины их возникновения. Назначение расчетов электромагнитных переходных процессов и требования к этим расчетам. Короткие замыкания (КЗ), их причины и последствия, уровни токов КЗ, схема замещения электроэнергетической системы и основные допущения, принимаемые при исследованиях и расчетах электромагнитных переходных процессов.

Система относительных единиц. Определение параметров схемы замещения в именованных и относительных единицах. Использование методов расчета линейных электрических цепей, применение ЭВМ для расчетов коротких замыканий.

Основные характеристики и параметры синхронного генератора для установившихся режимов. Расчет установившегося тока КЗ при отсутствии автоматического регулирования возбуждения (АРВ) генератора.

Влияние и учет действия АРВ. Критический ток и критическая реактивность. Влияние нагрузки и приближенный ее учет.

Метод симметричных составляющих Основные задачи курса и его связь со смежными дисциплинами.

Значение курса в формировании специалиста-электроэнергетика.

Продольная и поперечная несимметрия в электрической системе.

Применение метода симметричных составляющих для исследования несимметричных режимов. Образование высших гармоник.

Принимаемые расчетные условия и допущения. Параметры и схемы замещения элементов электрической системы для токов прямой и обратной последовательности. Составление схем прямой и обратной последовательности электрической системы, их результирующие ЭДС и сопротивления.

Особенности протекания токов нулевой последовательности. Параметры и схемы замещения трансформаторов и автотрансформаторов, воздушных и кабельных линий, нагрузки для токов нулевой последовательности. Составление схемы нулевой последовательности электрической системы, результирующее сопротивление схемы.

Граничные условия для основных видов однократной поперечной и продольной несимметрии. Комплексные схемы замещения и эквивалентная схема прямой последовательности для основных видов поперечной и продольной несимметрии.

Выражения для составляющих токов и напряжений в месте несимметрии, построение векторных диаграмм токов и напряжений. Правило эквивалентности прямой последовательности. Сравнение различных видов короткого замыкания по величине аварийных токов. Распределение и трансформация токов и напряжений отдельных последовательностей. Построение векторных диаграмм токов и напряжений в заданном в схеме сечении.

Переходные процессы в трехфазных электрических цепях Система обобщенных координат трехфазной цепи, ее связь с системой фазных координат. Основные соотношения и особенности записи уравнений переходного процесса в обобщенных координатах на примере простейшей трехфазной цепи. Допущения, принимаемые при исследовании переходных процессов в синхронных машинах. Уравнения электромагнитных переходных процессов синхронной машины в обобщенных координатах. Уравнения Горева-Парка.

Сверхпереходная, переходная и синхронная ЭДС и реактивности синхронного генератора. Уравнения цепи статора синхронной машины в записи через сверхпереходные, переходные и синхронные параметры.

Уравнения изменения ЭДС машины. Приближенные схемы замещения синхронного генератора.

Внезапное короткое замыкание синхронной машины. Составляющие токов в цепях статора и ротора. Изменение периодической составляющей тока статора. Влияние АРВ, демпферных обмоток и электрической удаленности КЗ на переходный процесс. Приближенная оценка изменения апериодической составляющей тока статора, наибольшее действующее значение тока, ударный ток КЗ и условия его возникновения.

Уравнение переходного процесса в асинхронном двигателе. Сверхпереходная ЭДС и реактивность асинхронного двигателя. Влияние электродвигателей нагрузки на ток в месте КЗ.

Практические методы расчета переходного процесса короткого Определение начального периодического и ударного тока КЗ с учетом влияния на него синхронных, асинхронных двигателей и комплексной нагрузки в сложной электроэнергетической системе. Приближенный учет примыкающей энергосистемы.

Метод типовых кривых. Основные положения метода и его применение при расчете токов КЗ для произвольного момента времени в сложной электроэнергетической системе. Особенности расчета КЗ в электроустановках напряжением до 1000 В. Заключение по первой части курса.

Исследование на ЭВМ явления ударного тока короткого за- мыкания.

Исследование на ЭВМ изменения периодической состав- ляющей тока КЗ синхронного генератора с АРВ.

Моделирование на ЭВМ режима несимметричного короткого замыкания по комплексной схеме замещения электроэнергетической системы.

4. Практические (семинарские) занятия 8-го семестра (4 часа) Составление схемы замещения ЭЭС прямой, обратной и нулевой последовательности и определение ее параметров Эквивалентная схема прямой последовательности и расчет режи- ма несимметричного КЗ. Построение векторных диаграмм токов и напряжений.

Контрольная работа выполняется по теме Расчет режима короткого замыкания электроэнергетической системы” Работа преследует цель формирования навыков выполнения расчетов КЗ электрических систем. Затраты времени — 14 часов самостоятельной работы.

Этапы и разделы выполнения курсовой работы Объемы и сроки Расчт режима КЗ на шинах с напряжением выше 1 кВ 50 %, 10-я неделя Расчт режима КЗ на шинах с напряжением до 1 кВ 100 %, 15-я неделя Самостоятельная внеаудиторная работа состоит в изучении приведенного в программе материала с использованием рекомендованной учебно-методической литературы.

На самостоятельную внеаудиторную работу выносятся практические вопросы расчета коротких замыканий в электроэнергетической системе, которые студенты решают в процессе выполнения контрольных заданий в объеме 14 часов (8 семестр).

Самостоятельная внеаудиторная работа состоит также в изучении лекционного материала и в подготовке к лабораторным занятиям по лекциям и учебной литературе.

Контроль самостоятельной работы студентов осуществляется при отчетах по лабораторным занятиям, при сдаче контрольных работ.

7. Учебно-методическое обеспечение дисциплины 1. Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах. – М.: Энергия, 1970. – 520с.

2. Расчеты коротких замыканий и выбор электрооборудования: учеб. пособие / И.П.

Крючков, Б.Н. Неклепаев, В.А. Старшинов и др. – М.: «Академия», 2006. – 416 с.

3. Ульянов С.А. Сборник задач по электромагнитным переходным процессам в электрических системах. – М.: Энергия, 1968. – 496с.

4. Братолюбов А.А. Расчетные параметры синхронных машин: учеб. пособие. – Иваново: ИГЭУ, 2008. – 116 с.

5. Братолюбов А.А., Огорелышев Н.А., Аржанникова А.Е. Применение ЭВМ в учебных расчетах коротких замыканий и устойчивости электроэнергетических систем: учеб.

пособие. – Иваново: ИГЭУ, 2006.– 108 с.

6 Братолюбов А.А., Голов В.П., Парфенычева Н.Н. Программа, контрольные задания и методические указания по дисциплине «Переходные процессы в электроэнергетических системах», часть 1 (Электромагнитные переходные процессы) для студентов электроэнергетических специальностей заочного факультета – Иваново: ИГЭУ, 2008.– 28 с.

7. Гусаков В.П. Расчет и анализ режима несимметричного короткого замыкания в электрической системе. Иваново: ИЭИ,1989. – 36 с.

8. Братолюбов А.А., Огорелышев Н.А., Аржанникова А.Е. Исследование на ЭВМ явления ударного тока короткого замыкания. Методические указания к лабораторной работе №12.– Иваново: ИГЭУ, 2001. – 32 с.

9. Братолюбов А.А., Огорелышев Н.А, Голов В.П. Исследование на ЭВМ изменения периодической составляющей тока КЗ синхронного генератора с АРВ. Методические указания к лабораторной работе №14.– Иваново: ИГЭУ, 2001. – 28 с.

10. Братолюбов А.А., Огорелышев Н.А., Ильичев Н.Б. Моделирование на ЭВМ режима несимметричного короткого замыкания по комплексной схеме замещения электроэнергетической системы. Методические указания к лабораторной работе №11.– Иваново: ИГЭУ, 2003. – 20 с.

7.4. Методические указания по изучению дисциплины для студентов Рекомендации:

- перед очередной лекцией просмотреть по конспекту материал предыдущей лекции;

- хотя бы бегло ознакомиться с содержанием очередной лекции в соответствии с настоящей программой;

- на лекции графические иллюстрации не заносить, а использовать раздаточный материал;

- обратить особое внимание на математическое обоснование рассматриваемых теоретических положений;

- материалы лекций согласовывать между собой;

- задавать вопросы во время изложения лекции преподавателю по материалу, вызывающему затруднения в понимании;

- после очередной темы лекции закрепить и углубить полученные знания, используя дополнительную литературу;

- при написании конспекта лекций использовать общепринятые сокращения.

В процессе самостоятельной подготовки к лабораторным работам рекомендуется:

- проработать теоретический материал, соответствующий содержанию очередной лабораторной работы, и пройти процедуру допуска;

- предварительно подготовить формуляр отчета;

- провести необходимые расчеты, предшествующие эксперименту.

В ходе выполнения лабораторной работы рекомендуется:

- результаты эксперимента представлять в табличной форме и в виде графиков;

- обратить особое внимание на соответствие результатов эксперимента теоретическим положениям.

Рекомендации:

перед занятием по конспекту и по литературе проработать теоретический материал, соответствующий теме занятия;

- в начале занятия задать преподавателю вопросы по материалу, вызвавшему затруднения в его понимании;

- иметь при себе средства для расчетов, конспект лекций, справочные материалы.

Самостоятельная работа студентов проводится в следующих формах:

изучение теоретического материала по рекомендованной литературе, конспектам лекций и подготовка к контролю знаний по отдельным разделам дисциплины;

подготовка к лабораторным занятиям по методическим материалам, приведенным в указаниях к каждой лабораторной работе. Вид отчетности – отчеты по лабораторным работам;

выполнение контрольных работ проводится по [6, 7]. Рекомендуется также использовать конспекты лекций и соответствующие разделы учебников [1, 2, 3].

Методические рекомендации преподавателям Применять метод развивающего обучения с использованием проблемного подхода, направленного на активизацию познавательной деятельности учащихся, на развитие их творческих способностей. При этом возможны подходы, когда преподаватель сам ставит проблему и решает ее, демонстрируя ход мыслей исследователя с возникающими противоречиями и их разрешением, либо поставленная им проблема решается с привлечением рассуждений самих студентов, а также, когда проблема решается самостоятельно учащимися, выступающими в роли исследователя. Например, при изучении факторов, влияющих на величину тока КЗ, может быть поставлена проблема ограничения этих токов.

При опросе студентов нельзя принимать во внимание только конечный результат, необходимо проследить за внутренней мыслительной деятельностью обучаемого, которая и должна стоять в центе процесса обучения. Так, например, сокращение дроби 16/64 дает 1/4. Однако этот же ответ может быть получен ложным путем, например, механическим зачеркиванием цифры 6 в числителе и в знаменателе. Поэтому следует с осторожностью относиться к всевозможным формализованным тестам, особенно на заключительном этапе оценки знаний студентов.

Развивать целостное научное мировоззрение, устанавливая при изложении материала связи со смежными дисциплинами и другими науками. Например, вывод граничных условий в симметричных составляющих для различных видов несимметри и эффективнее провести общим методом аналогии, а, не применяя каждый раз законы электротехники.

Увязывать изложение с историческими сведениями об изобретениях и научных открытиях и с именами их авторов. Показывать достижения отечественной науки и техники, образцы служения ей видных ученых (Н.Н. Щедрина, С.А. Ульянова и др.).

Иллюстрировать изложение материала примерами из практики эксплуатации современных энергосистем.

8. Требования к уровню усвоения программы и формы текущего, промежуточного Итоговый (заключительный) контроль проводится в форме устного экзамена. Экзаменационный билет включает теоретические вопросы.

Рабочая программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом подготовки инженеров по направлению подготовки дипломированных специалистов 140204.65 Электрические станции Программу составил Программа обсуждена и принята на заседании кафедры Электрические системы Протокол №_ от «»_2012 г.

Председатель цикловой методической комиссии электроэнергетического факультета к.т.н. профессор В.Ф.Коротков