книги из ГПНТБ / Шаповалов, Б. Т. Электрооборудование насосных станций учебное пособие

При внезапном изменении сопротивлений, на которые работал генератор (возникло трехфазное короткое замыкание на зажимах генератора), ток синхронного генератора не может скачком перей­ ти из одного установившегося состояния (ток нормального режима) в другое (установившийся ток короткого замыкания), так как об­ мотки статора и обмотка возбуждения генератора характеризуются значительной индуктивностью. Следовательно, этот переход будет сопровождаться достаточно сложно протекающим переходным про­ цессом, имеющим затухающий характер. Коротко

возбуждения постоянным способствует также намагничивающее действие так называемых демпферных (успокоительных) короткозамкнутых обмоток, роторов турбогенераторов и гидрогенераторов большой мощности.

Итак, в начальный момент короткого замыкания

Фперех. демпф — переходный поток демпферной обмотки.

ПОСКОЛЬКУ Фстат ~ Фперех. возб Н” Фперех. демпф» ГО В НЭЧаЛЬНЫИ MO-

мент короткого замыкания Ф Рез= Фвозб = const. Это важнейшее об­ стоятельство и объясняет появление в начальный момент короткогозамыкания большого броска тока, называемого ударным гу и сверх­

61

переходного периодического тока iK'', определяемого сверхпереход­ ным сопротивлением (реактивностью) генераторов с демпферными обмотками.

Так как обмотки возбуждения и успокоительная все же имеют определенное активное сопротивление, то переходные токи в них с течением времени затухают. Следовательно, исчезает причина, пре­ пятствовавшая в начальный момент уменьшению потока возбуж­ дения генератора вследствие размагничивающего действия реакции

Рис. 24. Кривая изменения тока короткого замыкания во времени

статора. Результирующий магнитный поток в зазоре непрерывно уменьшается до полного затухания переходных токов в обмотках возбуждения и в успокоительной. Процесс затухания длится при­ мерно 3—5 с. По истечении этого времени то.к короткого замыкания достигает своего конечного установившегося значения id, завися­ щего от синхронного сопротивления (реактивности) генератора.

Так как при трехфазном коротком замыкании процесс протека­ ния тока в каждой фазе одинаков (токи только сдвинуты по фазе на 120°), то на рис. 24 показана кривая изменения тока короткого

тока может быть представлена в виде суммы периодической и апе­

ее —0,2 с. Периодическая же составляющая затухает, достигая ус­ тановившегося значения тока короткого замыкания, в который и пе­ реходит за 3—5 с.

На рис. 25, б показана кривая тока короткого замыкания для генератора, снабженного автоматическим регулятором возбужде­ ния (в отличие от рис. 25, а). В этом случае значения установивше­

62

гося тока оказываются большими, чем некоторые значения переход­ ного тока в промежуточные моменты времени. Это объясняется тем, что при коротком замыкании напряжение генератора уменьшается.

Рис. 25. Кривая изменения тока короткого замыкания в цепи, получающей питание от синхронного генератора:

а — без автоматического регулятора возбуждения, б — с автоматическим регулято­ ром возбуждения

При этом регулятор стремится поддержать номинальное напряже­ ние. Так как вследствие инерционности системы самого регулятора и магнитной системы генератора максимальное форсирование тока

63

возбуждения под действием регулятора не может произойти мгно­ венно, переходный ток короткого замыкания сначала уменьшается, а затем через t = 0,2—0,3 с начинает увеличиваться и достигает своего установившегося значения, большего, чем в некоторые про­ межуточные моменты времени (ток возбуждения при этом макси­ мально форсирован).

§ 15. РАСЧЕТ ТОКА ТРЕХФАЗНОГО КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ ПО КРИВЫМ ЗАТУХАНИЯ

Рассматриваемый метод расчета не позволяет получить точные результаты. Ошибка при этом составляет 5—10% от истинного зна­ чения. Однако он прост, погрешность приемлема для ряда практи­ ческих расчетов, вследствие чего он нашел широкое применение в практике. В частности, им пользуются для расчетов токов коротко­ го замыкания при выборе аппаратуры и токоведущих частей, при расчете релейной защиты и заземляющих устройств, при определе­ нии токов короткого замыкания и в промежуточные моменты вре­ мени (например, для ^ = 0,2; 0,5; 1,0 и т. д. секунд). При этом мето­ де расчет ведется в относительных единицах.

Возьмем какой-либо элемент трехфазной электрической цепи, работающий при следующих номинальных параметрах: Un0M (кВ), / ном (кА), 5 н0М (мВА) и хиом (Ом); считая г = 0, можно записать известные выражения, связывающие эти параметры:

Если представить, что тот же элемент цепи работает в иных усло­

выразить в долях от соответствующих номинальных величин дан­ ного элемента:

Эти величины являются относительными номинальными, харак­ теризующими взятый элемент цепи при заданных условиях его ра­ боты (звездочка означает, что величина выражена в относительных единицах, а индекс «ном», что она отнесена к номинальным пара­ метрам данного элемента цепи).

Выражение для относительного номинального сопротивления по

64

Здесь наиболее удобно измерить ток в кА, а напряжение в кВ. Та­ ким образом, относительное номинальное сопротивление равно па­ дению напряжения в сопротивлении данного элемента цепи при про­ текании через него его номинального тока, отнесенного к его номи­ нальному напряжению.

Заменив в формуле (33) номинальный ток номинальной мощ­ ностью, получим

Здесь удобно измерять мощность, в мВА, а напряжение в кВ. Относительные величины тока, напряжения и т. д. можно вычис­

лить не только по отношению к номинальным величинам данного элемента цепи, но и по отношению к любой другой системе величин, положенной в основу расчета, которая называется базисной систе­ мой. Очевидно, что в базисную систему величин должны входить базисные мощность 5б, напряжение Uб и ток /б, связанные урав­

нением мощности 5б ='У 3 • U5 ■Iб.

При известных 5б, Uб и /б относительные базисные значения оп­ ределяют по формулам, аналогичным (32):

Измерять ток следует в кА, напряжение — в кВ, мощность — в мВА. Отметим, что в общем случае систему базисных величин можно выбрать произвольно, поэтому одна и та же физическая величина может иметь множество относительных базисных значений. В то же время относительное номинальное значение той же величины однозначно. Учитывая это, в каталогах всегда приводят относитель­

ные номинальные величины.

Относительные величины иногда выражают в процентах:

В приведенных выше рассуждениях мы полагали активное со­ противление элементов цепи равным нулю (г=0). Это допущение, как правило, справедливо для установок, работающих с напряжени­

можный для данной установки. Если теоретически определить эти точки нельзя, то намечают несколько предположительных точек и рассчитывают наиболее «тяжелую» для работы оборудования точ-' ку короткого замыкания.

Рис. 27. Схема замещения лри коротком замыкании в точках

К-1 (а) и К-2 (б)

ры оборудования нас не интересуют), то при коротком замыкании

3. П р е о б р а з о в а н и е с х е м ы з а м е щ е н и я

Составленная схема замещения должна быть преобразована по правилам последовательного и параллельного сложения сопротив­ лений. При необходимости используют также формулы для замены схемы соединения сопротивлений треугольником схемой эквива­ лентной звезды или, наоборот, — звезды в эквивалентный треуголь­ ник (последнее бывает значительно реже). Все преобразования ве­ дут относительно расчетной точки короткого замыкания. Цель пре­

ния, в которой сопротивления элементов выражены в относитель­ ных номинальных величинах, возможны в том случае, если эти величины вычислены при одних и тех же базисных

ния относительные номинальные сопротивления ее элементов надо привести к единым базисным величинам (условиям). За базисные величины принимают произвольное единое значение базисной мощ­ ности (5б) и базисного напряжения (Uб); в качестве последнего наиболее удобно принимать среднее номинальное напряжение того

36) при номинальном напряжении элемента схемы замещения, рав­

68

для воздушных и кабельных линий

где Uср— среднее номинальное напряжение линий, для реакторов

Люм.р

здесь /б необходимо определять при среднем номинальном напря­ жении того участка, на котором установлен реактор.

4. Р а ц и о н а л ь н а я ф о р м а з а п и с и п р и р а с ч е т а х

После того как определены значения сопротивлений, приведен­ ные к базисным условиям, необходимо записать их значения на схе­ ме замещения. Удобной формой записи является следующая: возле значения сопротивления в числителе дроби записывают присваи­ ваемый ему номер, а в знаменателе ■— его приведенную величину. По мере преобразования схемы каждому новому значению сопро­ тивления присваивают последующий номер и вновь наносят на схе­ му и т. д.

Полученное в результате преобразований схемы замещения х*рез

Об

где 5 НОм.г2 ■— суммарная номинальная мощность всех генерирую­ щих источников, питающих точку короткого замыкания.

5. О п р е д е л е н и е т о к а к о р о т к о г о з а м ы к а н и я по к р и в ы м з а т у х а н и я

Имея х*Расч, можно по кривым затухания определить для инте­ ресующего нас момента времени ток короткого замыкания. Эти кривые показаны на рис. 29. Здесь по оси ординат отложены отно­ сительные значения периодической составляющей тока, а по оси абсцисс — расчетные сопротивления цепи тока трехфазного корот­ кого замыкания (х *раСч ). Кривые построены в предположении, что перед наступлением короткого замыкания генераторы работали при номинальном токе с coscp= 0,8. Кривые построены для типовых отечественных гидрогенераторов и турбогенераторов. Для каждого генератора построено несколько кривых, позволяющих определить ток короткого замыкания Через различные промежутки времени с момента его возникновения {t = 0; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 2; 4...оос). Зна­ чения тока получены в относительных единицах, определение его в

G9