Переходный процесс в синхронной машине без демпферных обмоток

Переходные процессы в электрических машинах при трехфазных коротких замыканиях

Средства ограничения

Методы и средства ограничения токов КЗ

Особенности расчета токов КЗ в сетях напряжением до 1000 В

Электрические установки напряжением до 1 кВ, питаемые от распределительной сети ЭС через понижающие трансформаторы, характеризуются большой электрической удаленностью от источников питания. Это позволяет считать, что при КЗ за понижающим трансформатором напряжение в точке сети, где он присоединен, остается практически постоянным и равным своему номинальному значению.

Достоверность расчета токов КЗ в таких сетях зависит главным образом от того, насколько правильно оценены и полно учтены все сопротивления короткозамкнутой цепи. Наряду с индуктивными сопротивлениями здесь существенную роль играют активные сопротивления. Значительное влияние оказывают сопротивления сборных шин, трансформаторов тока, контактных соединений, зажимов, разъемных соединений и т.д.

Методов, как и средств ограничения токов КЗ существует достаточно много. Мы рассмотрим лишь наиболее распространенные из них

Методы ограничения

1. Метод оптимизации электрической сети

Заключается в увеличение ступеней трансформации на пути протекания тока.

Рис.44 Различные схемные решения по увеличению ступеней трансформации

2. Поперечное разделение сети

Рис.45

3. Продольное разделение сети

4. Метод оптимизации структуры и параметров электрической системы

5. Метод стационарного автоматического деления системы – используется преимущественно на электрических станциях.

6. Применение токоограничивающих устройств: реакторов, трансформаторов с расщепленными обмотками.

7. Оптимизация режима заземления нейтрали.

1. Устройства автоматического деления сети.

2. Токоограничивающие реакторы.

3. Трансформаторы и автотрансформаторы с расщепленной обмоткой низкого напряжения.

4. Безыннерционные токоограничивающие устройства: коммутационные аппараты, резисторы.

5. Вставки тока непромышленной частоты.

6. Автотрансформаторы, выполненные без третьей обмотки.

7. Разземление части нейтралей трансформаторов.

Возникновение КЗ на зажимах синхронной машины или вблизи расположенных точек сети приводит к появлению в машине переходного процесса, обусловленного изменением результирующего магнитного потока в ее воздушном зазоре. Во время переходного процесса изменяются э. д. с. и ток короткозамкнутой цепи от их номинальных значений, которые они имели перед КЗ, до новых значений, соответствующих установившемуся режиму КЗ.

Рис.46. Диаграммы магнитных потоков синхронной машины при нормальном режиме (а) и внезапном КЗ на ее зажимах (б)

При нормальном режиме работы синхронной машины без демпферных обмоток полный поток ее обмотки возбуждения при холостом ходе состоит из полезного потока и потока рассеяния (рис.46, а). В свою очередь, полезный поток равен геометрической разности продольного потока в воздушном зазоре и потока продольной реакции статора. Результирующий магнитный поток, сцепленный с обмоткой возбуждения, равен сумме потоков и.

При внезапном КЗ на зажимах синхронной машины происходит увеличение магнитного потока реакции статора на из-за изменения тока в обмотке статора. Ввиду малого активного сопротивления обмотки статора этот поток направлен против основного потока возбуждения и стремится изменить его в сторону уменьшения. Однако баланс магнитных потоков в начальный момент не изменится (рис.46, б), так как согласно закону Ленца изменение потока на вызывает ответный поток реакции обмотки возбуждения, компенсирующий поток. В результате сумма приращений потокосцеплений

(143)

или

(144)

где и — соответственно приращения токов статора и ротора, которые отличаются между собой на величину, обусловленную рассеянием обмотки возбуждения.

Поток рассеяния в ненасыщенной машине характеризуется коэффициентом рассеяния обмотки возбуждения

(145)

Увеличение потока до приводит к пропорциональному увеличению потока до и соответствующему уменьшению потока до. При этом результирующий поток, сцепленный с обмоткой возбуждения, остается неизменным и равным.

Неизменность результирующего потока, сцепленного с обмоткой возбуждения, позволяет характеризовать машину в начальный момент переходного процесса результирующим потокосцеплением этой обмотки. Если рассматривать как потокосцепление на холостом ходу машины, то часть этого потокосцепления, связанная со статором,

(146)

Этому потокосцеплению соответствует э. д. с. статора, которая в начальный момент переходного процесса остается такой же, как и до его появления (до КЗ).

Потокосцепление (146) можно выразить через соответствующие токи и сопротивления, записав

Потокосцепление соответствует э. д. с. в статоре

(147)

Э. д. с. называют поперечной переходной э. д. с., а сопротивление

(148)

— продольным переходным индуктивным сопротивлением.

Значение можно определить по формуле (147), если подставить в нее значения и, с которыми машина работала до появления переходного процесса.

Векторная диаграмма явнополюсной синхронной машины, работающей с отстающим током, показана на рис.47. По направлению э.д.с. совпадает с э.д.с., а по значению меньше ее на. Поскольку э. д. с. Ё„ остается неизменной в начальный момент КЗ, эта э. д. с. совместно с позволяет оценить внезапный переход от одного режима работы машины к другому.

Рис.47. Векторная диаграмма явнополюсной синхронной машины, работающей с отстающим током

Переходные э. д. с. и индуктивное сопротивление машины без демпферных обмоток могут быть получены также из ее схемы замещения (рис.48, а), которая аналогична схеме замещения двухобмоточного трансформатора (рис.48, б).

Рис.48. К рассмотрению переходного процесса в синхронной машине без демпферных обмоток

Заменив ветви с и одной эквивалентной ветвью, можно получить схему замещения машины с параметрами и (рис.48, в). При этом

(149)

а

(150)

Если в поперечной оси ротора замкнутых контуров нет, то =0, и периодическая составляющая тока в начальный момент переходного процесса, называемая начальным переходным током, определяется выражением

(151)

где х_ВН — внешнее индуктивное сопротивление цепи статора.

Дата добавления: 2014-01-05