2. Токи к.З. От источников конечной мощности.

В отличие от токов короткого замыкания от источников бесконечной мощности в данном случае рассматриваются такие повреждения, при которых сопротивление цепи КЗ равно нулю (замыкание на выводах генератора) или одного порядка с сопротивлением генератора [1].

При малой электрической удаленности места повреждения существенное влияние на переходный процесс оказывает АРВ генератора. Для упрощения рассмотрим сначала генератор с отключенным АРВ. В такой машине ток возбуждения i_f остается постоянным и обеспечивает неизменный магнитный поток возбуждения Ф_f.

На рис. 4 показан генератор, питающий простую трехфазную цепь КЗ, аналогичную представленной на рис. 1. Основная особенность данного случая состоит в том, что параметры генератора и их изменение в переходном режиме существенно влияют на ход процесса КЗ.

Рисунок 4 – Трехфазная симметричная цепь, питаемая от синхронного генератора.

При работе генератора на холостом ходу под действием тока ротора в машине наводится магнитный поток возбуждения Ф_f. В момент возникновения КЗ в статоре генератора появляется ток. Периодическая составляющая тока отстает от напряжения на выводах генератора на угол φ_к, определяемый параметрами цепи КЗ. Протекая по обмоткам генератора, периодическая составляющая тока создает магнитный поток Ф_ст, который будет направлен встречно потоку возбуждения Ф_f, как поток реакции якоря по продольной оси ротора-

На пути потока Ф_ст находятся два проводящих контура: короткозамкнутый контур демпферной обмотки (только у гидрогенераторов) и замкнутый на возбудитель контур обмотки возбуждения.

Так как магнитный поток ротора не может изменяться скачком, очевидно, что для момента времени t=0 должно выполняться условие Ф_ст = Ф_св.д +Ф_св.f и результирующий поток в немагнитном зазоре будет равен:

(11)

Данное обстоятельство означает следующее: в начальный момент КЗ поток Ф_ст в роторе компенсируется свободными потоками и в зазоре машины действует результирующий магнитный поток, равный потоку обмотки возбуждения Ф_f до начала КЗ. В результате магнитный поток Ф_ст вытесняется из ротора и замыкается в основном по путям рассеяния обмотки статора.

Из сказанного следует, что ЭДС машины в начальный момент КЗ не меняется скачком, а равна значению ЭДС предшествующего режима.

Параметры, которыми характеризуется генератор в момент КЗ (t=0), называют сверхпереходными: сверхпереходное сопротивление генератора по продольной оси, сверхпереходная ЭДС, действующее фазное значение которой обозначают как Е’’_ф.

Начальное значение периодической составляющей тока КЗ обозначают: I_n,m - амплитуда, I_n,0 - действующее значение за первый период.

Для синусоидального тока . Величина I_n,0 может быть определена, если известны значение ЭДС Е’’_ф, сопротивление генератора х"_d и сопротивление цепи КЗ x_к.

(12)

где - результирующее сопротивление цепи с учетом сопротивления генератора при условии х_рез>>r_рез.

Сверхпереходное значение ЭДС генератора может быть определено по формуле:

(13)

где и - соответственно фазное напряжение и ток генератора в предшествующем КЗ режиме; — угол между векторами тока и напряжения в том же режиме; - сверх переходное индуктивное сопротивление генератора.

С течением времени происходит затухание апериодических токов в демпферной обмотке и обмотке возбуждения с одновременным уменьшением соответствующих магнитных потоков и , причем первым затухает магнитный поток , в цепи обмотки возбуждения, имеющей малое активное сопротивление, свободный ток затухает медленнее.

Свободные магнитные потоки уже не могут компенсировать размагничивающее действие потока реакции якоря Ф_ст, вследствие чего происходит уменьшение ЭДС генератора. Изменение параметров машины оказывает влияние на периодическую составляющую тока КЗ, которая также уменьшается:

(14)

После затухания свободных токов в демпферной обмотке и в обмотке возбуждения наступает установившийся режим для периодической составляющей тока статора. Результирующий магнитный поток при этом равен:

, (15)

т. е. размагничивающее действие потока статора максимально.

Следует, правда, учесть, что магнитный поток Ф_ст несколько уменьшается, но сравнению с начальным моментом вследствие уменьшения периодической составляющей тока КЗ. Таким образом, при отсутствии на генераторе АРВ установившееся значение периодической составляющей тока КЗ оказывается меньше его начального значения.

Рассмотрим теперь, как будет происходить процесс КЗ при включенном АРВ. В этом случае снижение напряжения при КЗ компенсируется увеличением тока возбуждения, причем при снижении напряжения на выводах генератора ниже 0,85 — 0,9 номинального срабатывает форсировка возбуждения, обеспечивающая нарастание возбуждения генератора до предельного значения. Таким образом, АРВ изменяет магнитный поток Ф_f возбуждения ЭДС генератора, а следовательно, и ток КЗ.

Все АРВ действуют с небольшим запаздыванием. Кроме того, значительная индуктивность обмотки возбуждения генератора приводит к задержке увеличения тока ротора. В результате этого действие АРВ начинает проявляться только спустя некоторое время после возникновения КЗ. Из сказанного можно сделать вывод, что АРВ не влияют на ток КЗ в первые периоды короткого замыкания. Начальные значения периодической и апериодической составляющих тока, процесс затухания последней, а следовательно, и ударный ток остаются такими же, как и в рассмотренном выше случае работы генератора без АРВ.

Глубина снижения напряжения на выводах генератора при КЗ, а следовательно, и реакция системы регулирования зависят от электрической удаленности места повреждения. При коротком замыкании на выводах машины работа АРВ оказывает слабое влияние на ток КЗ, так как размагничивающее действие реакции якоря преобладает.

При дальнейшем увеличении электрической удаленности места повреждения ток КЗ уменьшается и короткое замыкание все в меньшей степени влияет на работу генератора.

Удаленной точкой КЗ условно называют такое место с электрической сети, при коротком замыкании в котором ток в генераторах станций изменяется настолько незначительно. что можно пренебречь изменением ЭДС и напряжений генераторов и считать напряжение на их зажимах неизменным и равным номинальному. Поэтому при коротком замыкании в удаленной точке периодическая составляющая тока не изменяется и с первого же момента времени ток КЗ принимает свое установившееся значение. Очевидно, что в данном случае характер изменения тока в цепи будет таким же, как и при питании от шин неизменного напряжения.

Рисунок 5 - Кривая изменение токов при КЗ источника конечной мощности (синхронного генератора): а — полного тока и его составляющих; б — тока в обмотке возбуждения; в — тока в демпферной обмотке генератора при отсутствии АРВ.

Рисунок 6 - Кривые изменения тока КЗ синхронного генератора при наличии автоматического регулятора возбуждения.