Начальный момент короткого замыкания

 

В начальный момент короткого замыкания (момент времени t = 0) параметры (структура) электрической цепи меняются скачком. Это приводит к возникновению электромагнитного переходного процесса, в конце которого система переходит к новому установившемуся режиму, который называется установившимся режимом короткого замыкания.

Режим электрической системы, до возникновения короткого замыкания называется предшествующим режимом.

При глухом (металлическом) трехфазном коротком замыкании в однолинейной цепи точка КЗ делит систему на части, в каждой из которых переходный процесс можно рассматривать независимо.

Одна из ветвей электросистемы, отделенная глухим трехфазным КЗ от остальной части системы, представлена на рис. 2.1 схемой замещения.

На схеме замещения временно исключены из рассмотрения активные

составляющие сопротивлений генератора и внешней цепи до точки КЗ К⁽³⁾, но учтены реактивные составляющие Х_г и Х_вн; Е _q – ЭДС генератора Г (по поперечной оси).

Активные сопротивления цепей электросистемы, включающие такие основные элементы как трансформаторы и воздушные линии электропередач, намного меньше реактивных (индуктивных) сопротивлений этих элементов (R < X примерно в 30 раз). Поэтому пренебрежение активными сопротивлениями не оказывает влияния на точность расчета токов КЗ, но они должны быть учтены при определении постоянных времени.

Рис. 2.1

 

Начальная стадия переходного процесса КЗ в электрической системе имеет ряд важных особенностей по сравнению с переходным процессом в простой электрической цепи, состоящей из элементов с постоянными параметрами. Эти особенности прежде всего связаны с тем, что генераторы системы имеют изменяющиеся, так называемые, переходные параметры.

Под переходным сопротивлением генератора понимают сопротивление Х _d ^{`</sup>, которым,,обладает'' генератор в начальной стадии переходного процесса КЗ (или любого другого внезапного нарушения режима). Таким образом в схеме замещения рис. 2.1 для расчета начального значения периодической слагающей тока КЗ сопротивление Х<sub>г</sub> должно быть представлено переходным сопротивлением Х <sub>d</sub> <sup>`}, которое значительно меньше установившегося сопротивления Х _d.

Уменьшение сопротивления от значения Х _d до значения Х _d ^`  (0,2…0,3) X_d в момент внезапного нарушения режима (ВНР) объясняется возникновением в этот момент сильной индуктивной связи между обмотками статора и ротора (обмоткой возбуждения, расположенной на роторе). Ток статора при коротком замыкании резко возрастает. При этом, вследствие реактивного характера тока КЗ, создается значительная размагничивающая реакция якоря, стремящаяся уменьшить основной магнитный поток машины. Основным называется магнитный поток, являющийся общим потоком для статорной и роторной обмоток. Таким образом, при КЗ будет наблюдаться тенденция к уменьшению потокосцепления обмотки ротора, вызванная уменьшением основного магнитного потока. Согласно принципу Ленца (принципу электромагнитной инерции) в обмотке ротора при этом возникает свободный ток (наведенный ток), который препятствует уменьшению основного потока. Поэтому, за счет проявления взаимоиндукции в переходном процессе происходит как бы,,стабилизация'' основного магнитного поля машины. Для обмотки статора это равносильно исключению из реактивности машины реактивной составляющей сопротивления, обусловленной основным магнитным потоком. Вся реактивность статорной обмотки при этом определяется только потоками рассеяния.

Иногда этот процесс рассматривается с позиций трансформаторной связи между обмотками статора и ротора, которая возникает только в переходном процессе. Действительно, в установившемся режиме синхронной машины магнитный поток статора неподвижен относительно вращающегося ротора и постоянен по величине, поэтому существует только магнитная связь между статором и ротором, которая не проявляет себя согласно закону электромагнитной индукции. В переходном режиме МДС статора может изменяться скачком, что вызовет изменение потокосцепления ротора. В этом случае в обмотке ротора будет возникать индуктированный ток. Говорят о возникновении электромагнитной связи между обмотками. В случае изменения магнитного потока статора по величине в роторе образуется так называемая трансформаторная ЭДС. Таким образом, обмотка статора оказывается в положении обмотки трансформатора на холостом ходу для случая установившейся синхронной работы и в положении обмотки трансформатора с замкнутой накоротко вторичной обмоткой для случая переходного процесса. В первом случае обмотка трансформатора представляет большое индуктивное сопротивление и по обмотке протекает малый по величине ток холостого хода, а во втором случае эквивалентное сопротивление обмотки трансформатора будет равно сопротивлению короткого замыкания, то есть значительно меньше, чем в режиме холостого хода, вследствие чего и ток короткого замыкания намного превосходит ток холостого хода трансформатора.

На рис. 2.2,а показана схема реактивности генератора для установившегося режима, а на рис. 2.2,б – для переходного режима. На схеме  и  - индуктивные сопротивления рассеяния статора и ротора, Х_{а d} – сопротивление взаимоиндукции.

 

Рис. 2.2

 

Начальный ток короткого замыкания будет определяться отношением

 

                                        (2.1)

 

где  - переходная ЭДС генератора за сопротивлением .

Переходная ЭДС  может быть определена по формуле

 

,                                     (2.2)

 

где  и  - параметры предшествующего режима из его векторной диаграммы.

Для практических расчетов используют приближенную формулу для определения  по модулю

 

                    (2.2,а)

 

Здесь все параметры в правой части соответствуют предшествующему режиму.

Из формулы (2.1) следует, что чем ближе к генератору будет находиться точка КЗ, то есть чем меньше внешняя реактивность Х _вн, тем больше начальный переходный ток. При КЗ на выводах генератора Х _вн = 0 и переходный ток получается максимальный

 

 

Векторная диаграмма, соответствующая формуле (2.2,а), показана на рис. 2.3.

При построении такой векторной диаграммы предполагается, что то есть что ротор генератора неявнополюсный (что в значительной степени справедливо для турбогенераторов). При этом ток I – ток предшествующего режима. В случае, если предшествующим является режим холостого хода, то I = 0, при этом Е^' = E = U ₀.

Второй особенностью короткого замыкания является возникновение апериодической слагающей тока КЗ. В зависимости от фазы напряжения в момент КЗ (t = 0) начальное значение апериодической составляющей тока КЗ i _aoможет оказаться близким к амплитуде переходного периодического тока , то есть

 

.                                              (2.3)

 

Обе слагающие тока – периодическая и апериодическая, с течением времени t > 0 изменяются по экспоненциальному закону с постоянными времени Т_а и . В течение времени первого полупериода переменной слагающей происходит арифметическое суммирование этих токов. Это происходит в момент, когда амплитуда переменной слагающей совпадает по знаку с апериодической слагающей. В результате суммирования образуется так называемый ударный ток, когда мгновенный суммарный ток принимает максимально возможное значение. Если пренебречь затуханием слагающих токов КЗ, то приблизительно можно считать величину ударного тока равной удвоенной амплитуде начального переходного периодического тока, определяемого по формуле (1.1). Если же учесть затухание, то величину ударного тока следует принимать несколько меньшей:

 

 .                                        (2.4)

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: