Короткое замыкание вблизи синхронного генератора

При коротком замыкании в точке электрической системы, расположенной вблизи от генератора, напряжение при КЗ непостоянное и режим КЗ нужно рассматривать с учетом электромагнитных процессов в синхронном генераторе.

Простейшая однолинейная схема питания некоторого узла нагрузки с сопротивлением Z_н от участка системы, близкого к генератору, представлена на рис. 4.4.

Рис. 4.4. Простейшая схема электрической системы вблизи генератора

В режиме, предшествующем КЗ, без учета влияния других потребителей, подключенных к генератору, ток в точке К

. (4.8)

При КЗ

. (4.9)

Поскольку, как правило,

, (4.10)

то неучет активных сопротивлений приводит к завышению не больше чем на 5 %, что вполне допустимо.

Поэтому при выполнении условия (4.10) при расчете токов КЗ активные сопротивления не учитывают:

. (4.11)

Апериодическая составляющая тока статора затухает с электромагнитной постоянной времени статорной цепи

. (4.15)

На рис. 4.6 представлены кривые составляющих и полного тока одной из фаз статора при I_п = 0 и прохождении ЭДС в момент КЗ через нуль (переходный ток проходит через максимум, поскольку сдвинут относительно ЭДС на 90°).

Как и в системе с неограниченной мощностью, через полпериода (0,01 с) имеет место максимум тока, ударный ток КЗ, амплитуда которого

.

(4.21)

2. Координация токов кз. Способы ограничения токов кз (секционирование, реакторы, трансформаторы с расщепленной обмоткой).

Рост генераторных мощностей современных энергосистем, создание мощных энергообъединений, увеличение мощностей нагрузок приводят, с одной стороны, к росту электровооруженности и производительности труда, к повышению надежности и устойчивости электроснабжения, а с другой - к существенному повышению уровней токов КЗ. Максимальный уровень токов КЗ для сетей 35 кВ и выше ограничивается параметрами выключателей, трансформаторов, проводников и другого электрооборудования, условиями обеспечения устойчивости энергосистемы, а в сетях генераторного напряжения, в сетях собственных нужд и в распределительных сетях 3—20 кВ - параметрами электрических аппаратов и токопроводов, термической стойкостью кабелей, устойчивостью двигательной нагрузки.

Таким образом, уровень тока КЗ, повышающийся в процессе развития современной электроэнергетики, имеет в своем росте ряд ограничений, которые необходимо учитывать. Конечно, аппаратуру и электрические сети можно усилить в соответствии с новым уровнем токов КЗ, пере­вести на более высокое напряжение, однако это в ряде случаев приводит к таким экономическим и техническим трудностям, что себя не оправ­дывает.

В настоящее время разработан комплекс мер, который позволяет регулировать уровни токов КЗ, ограничивать их при развитии электроустановок. Однако применение таких средств не является самоцелью и оправданно только после специального технико-экономического обоснования.

Наиболее распространенными и действенными способами ограничения токов КЗ являются: секционирование электрических сетей; установка токоограничивающих реакторов; широкое использование трансформаторов с расщепленными обмотками низшего напряжения.

Первый способ является эффективным средством, которое позволяет уменьшить уровни токов КЗ в реальных электрических сетях в 1,5 — 2 раза. Пример секционирования электроустановки с целью ограничения токов КЗ показан на рис. 2.9.

Рис. 2.9. Распределение токов КЗ:

а – секционный выключатель включен; б - секционный выключатель отключен

Когда выключатель QВ включен (рис. 2.9,а), ток КЗ от генераторов G1 и G2 проходит непосредственно к месту повреждения и ограничен лишь сопротивлением генераторов и трансформаторов соответствующих энерго­блоков.

Если выключатель QВ отключен (рис. 2.9,б), в цепь КЗ дополнительно включается сопротивление линий. Ток КЗ от генераторов G1 и G2 при этом резко снижается по сравнению с предыдущим случаем.

В месте секционирования образуется так называемая точка деления сети. В мощной энергосистеме с большими токами КЗ таких точек может быть несколько.

Секционирование электрической сети обычно влечет за собой увеличение потерь электроэнергии в линиях электропередачи и трансформаторах в нормальном режиме работы, так как распределение потоков мощности при этом может быть неоптимальным. По этой причине решение о секционировании должно приниматься после специального технико-экономического обоснования.

В распределительных электрических сетях 10 кВ и ниже широко применяется раздельная работа секций шин, питающихся от различных трансформаторов подстанции (рис. 2.10). Основной причиной, определяю­щей такой режим работы, является требование снижения токов КЗ, хотя и в этом случае отказ от непосредственной параллельной работы трансформаторов имеет свои отрицательные последствия: разные уровни напряжения по секциям, неравномерная загрузка трансформаторов и т.п.

Рис. 2.10. Совместная (а) и раз-

дельная (б) работа трансфор-

маторов на подстанции

При мощности понижающего трансформатора 25 МВ*А и выше применяют расщепление обмотки низшего напряжения на две, что позволяет увеличить сопротивление такого трансформатора в режиме КЗ примерно в 2 раза по сравнению с трансформатором без расщепления обмотки.

К специальным техническим средствам ограничения токов КЗ в первую очередь относятся токоограничивающие реакторы.