Внезапное трехфазное короткое замыкание в момент, когда потокосцепление равно нулю

Общее положение

Внезапное симметричное замыкание синхронного генератора

Рассмотрим короткое замыкание, которое происходит при работе на холостом ходу путем одновременного замыкания всех трех фаз. При этом предполагаем, что скорость ротора остается постоянной, насыщение магнитной цепи не изменяется, приложенное к обмотке возбуждения напряжение постоянно.

Как показывают исследования, тепловое действие токов холостого хода не представляет для генераторов большой опасности. Ток невелик, кроме того, релейная защита быстро отключает участок цепи, где произошло короткое замыкание. Однако возникают электродинамические усилия, которые действуют на лобовые части обмоток и пропорциональны квадрату тока короткого замыкания. Эти условия стремятся отогнуть лобовые части обмотки статора к большему диаметру (ближе к торцевой поверхности сердечника якоря), такие же условия действуют между катушечными группами разных фаз и отдельными катушками. Частичность деформации лобовых частей, в особенности перегибы при выходе из паза, могут вызвать повреждение изоляции и ее пробой.

Постоянная составляющая электромагнитного момента, действующего на вал машины при коротком замыкании невелика, так как токи короткого замыкания являются практически чисто индуктивными, однако пульсирующие составляющие момента, действующие за счет взаимодействия полей, движущихся одно относительно другого, достигают больших значений. Кроме того в начальный момент времени машина испытывает сильный удар, так как энергия магнитных полей в этот момент значительно возрастает за счет кинетической энергии ротора, в результате этого возникает тормозной момент, имеющий характер короткозамкнутого импульса. В соответствии с этим при проектировании синхронного генератора большое влияние уделяется механической прочности.

В основу анализа положено представление о сверхпроводящем контуре, то есть контуре активное сопротивление которого равно нулю. Полный поток такого контура остается постоянным в любых условиях и в любых режимах работы. Синхронный генератор представляет собой случай, когда имеется три контура:

– обмотка статора;

– обмотка возбуждения;

– успокоительная обмотка.

Режим короткого замыкания произошел при определенном положении ротора, когда , .

потокосцепление фазы АХ, обусловленное потоком создаваемым ротором.

Предположим, что режим короткого замыкания не наступил, а генератор продолжает вращаться. Тогда потокосцепление будет изменяться по синусоидальному закону.

Однако произошло замыкание в момент t=0. Поскольку фаза успокоительной обмотки и обмотки возбуждения представляет собой сверхпроводящий генератор, они должны свое потокосцепление оставить без изменения при вращении ротора. Потокосцепление фазы АХ должно оставаться равным нулю. Это возможно только в том случае, если в фазе АХ возникнет такой ток, при котором поток реакции якоря будет компенсировать изменение потокосцепления за счет поворота ротора.

Следовательно, поток реакции якоря будет замещаться следующим образом (как показано на рисунке 1) и здесь возникнут дополнительные токи. В успокоительной обмотке и обмотке возбуждения возникают дополнительные токи, которые вытесняют поток реакции якоря на пути полей рассеяния.

Рисунок 1

потокосцепление, обусловленное реакцией якоря;

установившийся режим возбуждения.

Добавочные токи успокоительной обмотки и обмотки возбуждения не равны нулю, добавочные токи с течением времени будут затухать.

Скорость затухания определяется постоянной времени Т, которая равна:

Поскольку индуктивность обмотки возбуждения значительно больше индуктивности успокоительной обмотки, поэтому, вначале идет затухание токов успокоительной обмотки, а затем в обмотке возбуждения.

21 лекция. Режим установившегося короткого замыкания

В случае успокоения тока успокоительной обмотки, поток реакции якоря будет замыкаться следующим образом:

Рисунок 2 Рисунок 3

Рисунок 1 – сверхпереходный процесс.

Рисунок 2 – переходный процесс.

Рисунок 3 – установившийся режим короткого замыкания.

На рисунке 3 показан режим успокоения дополнительного тока в обмотке возбуждения. Это режим установившегося короткого замыкания. Ранее нами было указано, что поскольку фаза АХ – сверхпроводящий контур, ее потокосцепление при вращении ротора должно оставаться постоянным, что достигается за счет возникновения поля реакции якоря. Будет ли постоянным ток якоря (статора) по величине по трем рассматриваемым моментам переходного процесса?

Ответить можно, проанализировав магнитное сопротивление на пути потока реакции якоря. Самое большое магнитное сопротивление соответствует рисунку 1, а самое маленькое рисунку 3. И следовательно, для получения того же самого потока реакции якоря в первом случае будет нужен больший ток, чем во 2 и 3, и следовательно, ток короткого замыкания будет затухающим (амплитуда тока во времени будет уменьшаться). В конце переходного процесса будем иметь установившийся ток короткого замыкания.

Дата добавления: 2014-01-13