8 Усталений режим трифазного короткого замикання генератора синусоїдної напруги

Усталений режим трифазного КЗ настає після згасання аперіодичної (вільної) складової струму та закінчення процесу зміни струму збудження під дією автоматичного регулятора збудження (АРЗ).

Розглянемо фізичну модель перехідного процесу. У розміщеній на роторі обмотці збудження W_f (рисунок 8.1) протікає струм збудження І_, який створює намагнічувальну силу θ_f , яка, в свою чергу, спричинює результуючий магнітний потік неробочого ходу Ф_f. Оскільки у відповідності до прийнятих припущень СГ ненасичений, то магнітний потік Ф_f умовно розділимо на два взаємно незалежні потоки Ф_σf (потік розсіювання) та Ф_df (корисний потік). Потік Ф_df проходить через повітряний проміжок, зчіплюється із замкнутим внаслідок КЗ контуром W_d ОС та наводить в ньому ЕРС E_q . Після завершення електромагнітного перехідного процесу в контурі W_d протікатиме усталений струм КЗ I_∞, який створює намагнічувальну силу реакції якоря θ_ad. При цьому виникає магнітний потік Ф_ad, напрямлений проти потоку Ф_df . Результуючий потік у повітряному проміжку Ф_δ становить близько 20 % від Ф_df, що свідчить про те, що СГ працює в ненасиченому режимі (рисунок 8.2). Отже усталений струм КЗ розмагнічує СГ і характеристику намагнічування можна апроксимувати прямою лінією. Такий режим особливо небезпечний для СГ з самозбудженням, оскільки може призвести до втрати залишкового магнітного потоку .

Розрахунок усталеного струму трифазного КЗ від СГ з АРЗ здійснюють одним з двох способів у залежності від режиму роботи СГ.

При віддалених КЗ, коли реактанс зовнішнього кола х_зв більший від певного граничного значення х_зв.гр, а струм збудження І_f менший від І_f.mах., СГ працює в режимі номінальної напруги:

(8.1)

У цьому випадку СГ вводять в схему заміщення у вигляді шини з постійною номінальною напругою, а усталений струм трифазного КЗ розраховують за формулою

. (8.2)

Рисунок 8.1 - Схема потоків у СГ в усталеному режимі КЗ

Рисунок 8.2 - Характеристика намагнічування та векторні діаграми ЕРС і магнітних потоків СГ

В іншому випадку (при близькому КЗ) СГ працює в режимі граничного збудження, для якого

(8.3)

а усталений струм КЗ визначають за формулою

, (8.4)

де х_d – синхронний індуктивний опір СГ по поздовжній осі, відносне номінальне значення якого

. (8.5)

Тут U_НХ, І_КЗ – відповідно напруга СГ у режимі неробочого ходу (НХ) (визначена по спрямленій характеристиці НХ) та усталений струм КЗ СГ. Електрорушійну силу Е_q розраховують за формулою (7.4), в яку замість слід підставити х_d.

Критерієм для визначення режиму роботи СГ є значення граничного реактансу зовнішнього кола х_зв.гр, оскільки при максимальному струмі збудження I_{f mах} напруга на шинах генератора буде номінальною,

. (8.6)

9 Практичні методи розрахунку струмів і напруг короткого замикання

До практичних методів розрахунку струмів та напруг КЗ відносяться наступні методи:

• аналітичний;

• розрахункових кривих;

• типових кривих;

• вузлових потенціалів.

Використання вказаних методів грунтується на прийнятті додаткових припущень:

• закон зміни періодичної складової струму КЗ для схеми з одним СГ використовують для наближеної оцінки цієї складової в схемі з багатьма генераторами;

• аперіодичну складову струму КЗ враховують наближено;

• будемо нехтувати явнополюсністю машини, вважаючи її ротор симетричним.