5. Установившийся режим короткого замыкания

5.1. Основные характеристики и параметры

Установившийся режим короткого замыкания – это та стадия переходного процесса, когда затухли все возникшие в начальный момент времени свободные токи и полностью закончился подъем возбуждения от действия системы АРВ.

Расчет установившихся режимов короткого замыкания ничем не отличается от расчета установившихся нагрузочных режимов, однако он сопровождается большими токами.

Основными характеристиками и параметрами машины в установившемся режиме короткого замыкания являются:

1) характеристики холостого хода и короткого замыкания;

2) синхронное индуктивное сопротивление;

3) предельное (потолочное) возбуждение;

4) векторная диаграмма.

Приведем основные условные обозначения индексов параметров электрических машин:

− a – статор;

− d, q – продольная и поперечная оси ротора;

− σ – рассеивание;

− δ – воздушный зазор;

− f – обмотка возбуждения;

− 1d, 1q – демпферные обмотки по продольной и поперечной оси (успокоительные обмотки, например, беличья клетка);

− ′ − начальный момент без демпферной обмотки;

− ″ − начальный момент с демпферной обмоткой.

Пример: – сопротивление рассеивания второй демпферной обмотки по продольной оси.

Рассмотрим каждую характеристику отдельно.

Характеристики холостого хода (Х.Х.) и короткого замыкания (К.З.).

Если машина работает на холостом ходу при номинальном напряжении, то она имеет единичное возбуждение. Для иллюстрации этого рассмотрим зависимость ЭДС от тока возбуждения.

Н

Рис. 5.1. Зависимость ЭДС и тока КЗ

от тока возбуждения

а рисунке 5.1 вследствие насыщения наблюдается изгиб кривой тока при ХХ. При спрямлении характеристики можно принять .

Синхронное индуктивное сопротивление определяется для продольной и поперечной оси электрической машины на основе схем замещения.

а) б)

Рис. 5.2. Схема замещения синхронной машины по осям:

а) продольной; б) поперечной

Из рисунка 5.2 видно, что синхронное индуктивное сопротивление по продольной оси определяется как

, (5.1)

где − сопротивление по продольной оси;

− сопротивление рассеивания;

− сопротивление реакции статора по продольной оси.

Синхронное индуктивное сопротивление по поперечной оси определяется как

, (5.2)

где − сопротивление по поперечной оси;

− сопротивление рассеивания;

− сопротивление реакции статора по поперечной оси.

Для явнополюсной синхронной машины (гидрогенератор, тихоходный синхронный двигатель) соотношение синхронных индуктивных сопротивлений по продольной и поперечной осям выглядит следующим образом:

. (5.3)

Для неявнополюсной машины (турбогенератор, турбодвигатель):

(5.4)

Максимальная мощность двухполюсных генераторов – 1,2 ГВт, максимальная скорость вращения при этом – 3000 об/мин.

С другой стороны, синхронное индуктивное сопротивление по продольной оси:

где .

Для турбогенераторов: .

Для гидрогенераторов: .

Учет явнополюсности при расчете токов короткого замыкания в установившемся режиме уточняет расчет не более чем на 3 % и при практических расчетах явнополюсность не учитывается.

Предельное (потолочное) возбуждение определяется типом возбудителя и термической стойкостью обмотки возбуждения.

В расчете предельное возбуждение учитывается при расчетах с АРВ.

При спрямлении характеристики холостого хода в относительных единицах:

. Обычно .

Векторная диаграмма дана на рисунке 5.4 для турбогенератора при , для схемы замещения – на рисунке 5.3.

Рис. 5.3. Схема замещения турбогенератора по продольной оси

Рис. 5.4. Векторная диаграмма турбогенератора

Из векторной диаграммы определяем фазную ЭДС по поперечной оси

, (5.5)

где − номинальное фазное напряжение.

В относительных единицах .