6.4. Работа синхронных генераторов при коротких замыкания

Бесспорно, короткие замыкания в нагрузке являются в Российских условиях довольно обыденной ситуацией, поэтому одним из важнейших режимов для синхронных генераторов является работа при коротких замыканиях в нагрузке. При этом важны два аспекта работы при коротком замыкании: в первую очередь не должно происходить выхода из строя синхронного генератора при коротком замыкании, то есть ротор, статор и возбудитель должны иметь очень прочную конструкцию, для того выдерживать электромагнитные и механические моменты, связанные со сверхтоками коротких замыканий, а электрические проводники и их изоляция должны обладать достаточным тепловым резервом, чтобы за время действия короткого замыкания не происходило их оплавления и разрушения. Кроме этого, для разветвленных сетей, важным является поддержание выходного напряжения и тока в допустимых пределах, когда устройства защиты (автоматические выключатели) однозначно и надежно идентифицируют короткое замыкание и будут способны отключить поврежденные участки сети.

Если с прочностью конструкции все более или менее понятно: изготовитель должен заложить при проектировании существенный запас прочности в элементы конструкции и существенный запас по электрическим материалам и компонентам (эмалированный провод, шины, клеммы, изоляционные лаки) и обеспечить качественное изготовление машины, то вопрос с отключением поврежденных участков сети требует чуть большего внимания.

В первую очередь, необходимо обратить внимание на ударный ток короткого замыкания синхронного генератора, если этот ударный ток окажется выше размыкающей способности коммутационной аппаратуры, то контакты автоматических выключателей оплавятся, и надежное отключение поврежденного участка сети не произойдет. В связи с этим ГОСТ Р 52776-2007 требует, чтобы при внезапном симметричном коротком замыкании всех фаз синхронного генератора, работающего с номинальным напряжением, амплитуда ударного тока короткого замыкания не превышала 21-кратного среднеквадратичного значения номинального тока.

Кратность тока короткого замыкания может быть определена из параметров синхронного генератора на основании методик, изложенных в РД 153-34.0-20.527-98 «Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования» РАО ЭЭ «ЕЭС РОССИИ».

Кроме этого, следует учитывать, что для надежной идентификации короткого замыкания устройствами защиты (автоматическими выключателями и плавкими предохранителями) необходимо поддержание достаточно высокого значения тока в течение достаточно длительного времени, чтобы успели почувствовать ток короткого замыкания и отключиться медленно действующие устройства защиты. При этом важны как величина тока установившегося короткого замыкания, так и длительность его поддержания генератором.

С учетом характеристик и быстродействия коммутационных и защитных аппаратов, использующихся на отечественных объектах, ГОСТ Р 53471-2009 требует поддержание не менее чем 3-кратного тока симметричного короткого замыкания в течение не менее, чем 5 секунд.

Требования различных стандартов к работе синхронных генераторов при коротком замыкании приведены в Таблице 4.

Таблица 4

Параметр	Требуемые значения согласно различным стандартам
	МЭК		NEMA	ГОСТ Р
	60034-1	60034-22	MG-1	52776-2007	53471-2009
Способность  выдерживать К.З. без повреждения	-	-	Требуется	Требуется	Требуется
Кратность ударного тока симметричного К.З.	21	-	-	21	-
Кратность установившегося тока симметричного К.З.	-	-	-	-	3 х Inom
Длительность установившегося тока 3-х фазного К.З., сек	-	-	Зависит от данных машины	-	5
Длительность установившегося тока 2-х фазного и однофазного  К.З., сек	-	-	Задано через (I2/Inom)2·t	-	2

 

Из Таблицы 4 видно, что международные стандарты не задают жестких требований к режимам работы синхронных генераторов при коротком замыкании и параметры этих режимов определяются изготовителем генератора. В связи с этим, при применении импортных синхронных генераторов, для координации защитной и коммутационной аппаратуры отечественных объектов с характеристиками синхронных генераторов, необходимо запрашивать у изготовителя и обращать особое внимание на перечисленные в Таблице 4 параметры кратности и длительности ударного и установившегося токов коротких замыканий.