2014-02-02
10290
Переходный процесс в синхронном генераторе при трехфазном КЗ.
Процесс возникает в синхронных машинах при всяких внезапных изменениях режима работы, а также при коммутационных операциях, связанных с включениями и отключениями машины.
Переходные процессы в синхронных машинах могут влиять на их устойчивость, т. е. на способность автоматически поддерживать синхронное вращение при нарушениях установившегося режима.
Далее будут рассмотрены с физической точки зрения электромагнитные переходные процессы, возникающие в цепях статора и ротора синхронного генератора при внезапных изменениях его нагрузки при постоянной скорости вращения ротора n = const.
Наиболее характерным внезапным изменением нагрузки синхронного генератора является трехфазное короткое замыкание на его зажимах при холостом ходе, когда токи в обмотках статора за короткий период времени возрастают от нулевого значения до значений, во много раз превосходящих номинальный ток машины.
Принимаем, что продолжительность переходного электромагнитного процесса невелика и скорость вращения ротора за время нарастания токов в обмотках статора не успевает измениться, и остается практически постоянной.
Аналогичные переходные процессы могут возникнуть также в синхронном двигателе и компенсаторе, если при вращении без нагрузки и при отсутствии реактивного тока в статоре вблизи зажимов произойдет трехфазное замыкание.
Машина в этом случае перейдет в режим короткозамкнутого генератора, вращаясь за счет запасенной ее ротором кинетической энергии.
Расчет начального значения периодической составляющей тока трехфазного короткого замыкания.
Токи КЗ в электроустановках напряжением до 1 кВ рекомендуется рассчитывать в именованных единицах. При составлении эквивалентных схем замещения параметры элементов исходной расчетной схемы следует приводить к ступени напряжения сети, на которой находится точка КЗ, а активные и индуктивные сопротивления всех элементов схемы замещения выражать в мил-лиомах.
Методика расчета начального действующего значения периодической составляющей тока КЗ в электроустановках до 1 кВ зависит от способа электроснабжения — от энергосистемы или автономного источника.
При расчете токов КЗ в электроустановках, получающих питание непосредственно от сети энергосистемы, допускается считать, что понижающие трансформаторы подключены к источнику неизменного по амплитуде напряжения через эквивалентное индуктивное сопротивление. Значение этого сопротивления Хс, мОм, приведенное к ступени низшего напряжения сети, следует рассчитывать по формуле
где Ucp.номH — среднее номинальное напряжение сети, подключенной к обмотке низшего напряжения трансформатора, В; Ucp.номВ — среднее номинальное напряжение сети, к которой подключена обмотка высшего напряжения трансформатора, В; 
— действующее значение периодической составляющей тока при трехфазном КЗ у выводов обмотки высшего напряжения трансформатора, кА; Sк — условная мощность короткого замыкания у выводов обмотки высшего напряжения трансформатора, MB*A.
При отсутствии указанных данных эквивалентное индуктивное сопротивление системы в миллиомах допускается рассчитывать по формуле
где 
— номинальный ток отключения выключателя, установленного на стороне высшего напряжения понижающего трансформатора, кА.
В случаях, когда понижающий трансформатор подключен к сети энергосистемы через реактор, воздушную или кабельную линию (длиной более 1 км), необходимо учитывать не только индуктивные, но и активные сопротивления этих элементов.
При электроснабжении электроустановки от энергосистемы через понижающий трансформатор начальное действующее значение периодической составляющей тока трехфазного КЗ (
), кА, без учета подпитки от электродвигателей рассчитывают по формуле
где 
— соответственно суммарное активное и сук/марное индуктивное сопротивления прямой последовательности цепи КЗ, мОм.
Сопротивления 
соответственно равны:
RT + Rp + Rт.т + Rк.в + Rш + Rк + R1.кб + Rл + Rд
и
X1∑ = Xc + XT + Xp + XT.T + Xк.в + Xш + X1кб + Xл,
где Хс — эквивалентное индуктивное сопротивление системы до понижающего трансформатора, мОм, приведенное к ступени низшего напряжения; RТ и ХТ — активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности понижающего трансформатора, мОм, приведенные к ступени низшего напряжения сети; Rp и Хр — активное и индуктивное сопротивления реактора, мОм; RТ.Т и ХТ.Т — активное и индуктивное сопротивления первичных обмоток трансформаторов тока, мОм (их значения приведены в приложении 5 к ГОСТ Р 50270 — 92); Rк.в и Хк.в — активное и индуктивное сопротивления токовых катушек и переходных сопротивлений подвижных контактов автоматических выключателей, мОм (их значения приведены в приложении 6 к ГОСТ Р 50270 — 92); Rш и Хш — активное и индуктивное сопротивления шинопроводов, мОм, (рекомендуемый метод их расчета и параметры некоторых комплектных шинопроводов приведены в приложении 1 к ГОСТ Р 50270 — 92); Rк — суммарное активное сопротивление различных контактов и контактных соединений (данные о них приведены в приложении 4 к ГОСТ Р 50270—92), при приближенном учете сопротивлений контактов следует принимать: Rк = 0,1 мОм — для контактных соединений кабелей, Rк = 0,01 мОм — для шинопроводов, Rк = 1,0 мОм — для коммутационных аппаратов; R1кб и Х1кб — активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности кабелей (их значения приведены в приложении 2 к ГОСТ Р 50270 — 92); и Хл и Rл — активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности проводов воздушных линий или проводов, проложенных открыто на изоляторах (их значения приведены в приложении 3 к ГОСТ Р 50270 —92); RД — активное сопротивление дуги в месте КЗ, мОм, рассчитываемое в зависимости от условий КЗ.
Значения сопротивлений RТ и ХТ рассчитывают по формулам:
где 
— потери короткого замыкания в трансформаторе, кВт; 
— номинальное напряжение обмотки низшего напряжения трансформатора, кВ; 
— номинальная мощность трансформатора, кВ*А; 
— напряжение короткого замыкания трансформатора, %.
Активное сопротивление Rp рассчитывается по формуле
а индуктивное сопротивление Хр следует принимать как указано заводом изготовителем или определять по формуле
где 
— потери активной мощности в фазе реактора при номинальном токе, Вт; 
— номинальный ток реактора, А; 
угловая частота напряжения сети, рад/с; L — индуктивность катушки реактора, Гн; М — взаимная индуктивность между фазами реактора, Гн.
Если электроснабжение электроустановки осуществляется от энергосистемы через понижающий трансформатор и вблизи места КЗ имеются синхронные и асинхронные электродвигатели или комплексная нагрузка, то начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ с учетом подпитки от электродвигателей или комплексной нагрузки определяют как сумму токов от энергосистемы и электродвигателей или комплексной нагрузки.
В электроустановках с автономными источниками электроэнергии начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ без учета подпитки от электродвигателей /п0, кА, рассчитывают по формуле
где 
— верхпереходная ЭДС (фазное значение) автономного источника, В, значение которого следует рассчитывать как и для синхронных электродвигателей; 
— соответственно суммарные активное и индуктивное сопротивления цепи КЗ, мОм.
Сопротивления RlY и соответственно равны:
Rа + RT.T + Rк.в + Rр + Rш + Rк + R1.кб + Rл + RД
и
X1∑ = Xd’’ + XT.T + Xк.в + XР + Xш + X1кб + Xл,
где Rа — соответственно активное сопротивление обмотки статора и автономного источника; Xd’’ — сверхпереходное сопротивление по продольной оси ротора.
При необходимости учета синхронных и асинхронных электродвигателей или комплексной нагрузки в автономной электрической системе начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ следует определять как сумму токов от автономных источников и электродвигателей или комплексной нагрузки.
Расчет апериодической составляющей тока короткого замыкания
Наибольшее начальное значение апериодической составляющей тока КЗ в общем случае следует считать равным амплитуде периодической составляющей тока в начальный момент КЗ:
ia0=√2In0
В радиальных сетях апериодическую составляющую тока КЗ в произвольный момент времени определяют по формуле
ia1=ia0 e-t/Ta
где t — время, с; Тл — постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ, с.
Постоянная времени Тa равна
где 
и 
— результирующие индуктивное и активное сопротивления цепи КЗ, мОм; 
— синхронная угловая частота сети, рад/с.
При определении и синхронные генераторы, синхронные и асинхронные электродвигатели должны быть введены в схему замещения в соответствии с подразд. 6.6 и 6.7, а комплексная нагрузка — в соответствии с подразд. 6.8.
Апериодическую составляющую тока КЗ от автономного синхронного генератора в случае необходимости учета тока генератора в момент, предшествующий КЗ, определяют, как в подразд. 5.3.
Если точка КЗ делит расчетную схему на радиальные, независимые друг от друга ветви, то апериодическую составляющую тока КЗ в произвольный момент времени определяют как сумму апериодических составляющих токов отдельных ветвей, используя формулу.
