Материал: Лекция 25 Внезапное короткое замыкание СГ

Внезапное трехфазное короткое замыкание СГ

Общие положения. От момента возникновения ВКЗ до момента перехода к установившемуся КЗ генератор работает в переходном режиме. Характерной особенностью этого режима является то, что амплитуда тока обмотки статора изменяется во времени, вследствие чего изменяющийся во времени поток реакции индуцирует ЭДС и соответственно токи в обмотках ротора. В свою очередь, токи в обмотках ротора влияют на токи статора.

Ввиду сложности явлений, сопровождающих ВКЗ, рассмотрим физическую картину процесса при некоторых допущениях. Считаем, что симметричное ВКЗ, т. е. замыкание всех фаз обмотки статора, произошло непосредственно на зажимах генератора, работающего автономно, причем до ВКЗ генератор работал в режиме XX. При симметричном ВКЗ картина протекания переходного процесса во всех фазах в принципе одинакова, поэтому достаточно провести анализ для одной фазы.

Входе исследования ВКЗ необходимо решить две основные задачи: 1) определить максимальный всплеск тока и 2) найти закономерность его изменения во времени. Для решения первой задачи пренебрегаем активным сопротивлением обмоток СГ, т. е. полагаем обмотки статора и ротора сверхпроводящими. Это допущение не вносит существенной погрешности в результаты расчета, так как активное сопротивление обмоток СГ обычно очень мало по сравнению с индуктивным. При решении второй задачи учитываем активные сопротивления обмоток, так как они определяют постоянные времени затухания токов.

Воснову анализа ВКЗ положена теорема о постоянстве потоко-

сцепления: полный поток сверхпроводящего контура остается постоянным в любых условиях и в любом режиме. Действительно, для любой электрической цепи, в которой нет посторонних источников

ЭДС, справедливо дифференциальное уравнение d / dt ir

Внезапное трехфазное короткое замыкание при a0 0 . Рас-

смотрим физическую картину процесса ВКЗ, возникшего в момент, когда основной поток не пронизывает катушку A – X (потокосцепление обмотки возбуждения с рассматриваемой фазой статора равно нулю), а ЭДС в катушке A – X равна максимальному значению, т. е.a0 0 , e Em, i 0 при t=0. Положение полюсов относительно

катушки A – X , соответствующее этому условию (рис. 8.1, a), принимается за исходное, и от него отсчитываются углы поворота ротора.

8.1, б , где 0 a – основной поток, создаваемый обмоткой возбуждения и являющейся потоком взаимной индукции для обмотки статора; ad – магнитная проводимость пути основного потока; ad –

поток реакции якоря в сверхпереходном режиме; ad – магнитная проводимость пути потока ad ; a – поток рассеяния обмотки ста-

тора; a – магнитная проводимость пути потока рассеяния обмотки статора.

Так как магнитное сопротивление пути потока ad значительно больше магнитного сопротивления потоку ad по сердечнику ротора,

то для создания потока ad требуется значительно больший ток iк ,

чем ток установившегося КЗ. Ток iк совпадает по фазе с потоком ad

и в данном случае достигает своего максимума через четверть периода после ВКЗ (кривая 2, рис. 8.2,а). Всплеск тока в обмотке статора увеличивает ток в обмотке возбуждения и вызывает ток в демпферной обмотке (рис. 8.2, б, в).

В случае сверхпроводящих обмоток процесс, изображенный на рис. 8.2,а, при синхронном вращении ротора повторялся бы периодически и амплитуда суммарного тока фаз статора и токи в обмотках ротора оставались бы неизменными (рис. 8.2,6, б), т. е. процесс ВКЗ носил бы незатухающий характер. Но так как реальные обмотки современных машин обладают активными сопротивлениями, то наведенные в них токи затухают. Сверхпереходная постоянная времени демпферной обмотки невелика, поэтому ток в этой обмотке резко снижается (кривая 5, рис. 8.3). Это вызывает соответствующее увеличение апериодической составляющей тока возбуждения (кривая 2, рис. 8.3) (начальные значения токов соответст-

венно iуd0 и if 0 . Для сравнения по-

казан ток возбуждения (кривая 1, рис. 8.3) при отсутствии демпферной обмотки при условии, что ток статора тот же (начальное значение

тока if 0 ). После затухания сверхпе-

реходного процесса токи в обмотках

переходного процесса. Таким образом, как в сверхпереходном, так и в переходном режимах участвуют обе обмотки ротора.

По мере затухания переходного процесса поток статора входит в «тело» ротора. При этом магнитная проводимость пути потока ad статора, который можно рассматривать как поток реакции якоря в переходном режиме, определяется величиной ad . Когда переходные

составляющие тока в обмотках ротора затухнут, поток статора полностью войдет в «тело» ротора, после чего наступит режим установившегося КЗ, при котором ток, не затухая, протекает по обмотке статора до момента устранения КЗ.

Рис. 8.4. Ток внезапного короткого замыкания при

a0 0

При синхронной частоте вращения ротора МДС, создаваемые токами обмоток статора и ротора, вращаясь в пространстве с одинаковой частотой, остаются неподвижными относительно друг друга. Это означает, что при симметричном ВКЗ, когда a0 , создаваемые токами в

обмотках ротора, неподвижны относительно ротора, т. е. токи обмоток возбуждения и демпферной имеют нулевую частоту. Таким образом, ток ВКЗ при a0 представим в виде суммы трех периодических составляющих: