55

5.1. На генераторе арв отсутствует либо отключен

В синхронном генераторе в этом случае ток возбуждения i_f остается постоянным и обеспечивает неизменный магнитный поток обмотки возбуждения Ф_f.

На рис. 5.1 показан генератор, питающий простую трехфазную цепь КЗ, аналогичную представленной на рис. 3.5. Основная особенность данного случая состоит в том, что параметры генератора и их изменение в переходном режиме существенно влияют на вид кривых тока КЗ 5.

Процесс внезапного КЗ на зажимах синхронного генератора достаточно подробно рассматривается в курсах "Электромеханика","Электрические машины". Мы отметим кратко только те факторы, которые определяют характер изменения тока КЗ во времени.

Рис. 5.1. Трехфазная симметричная цепь, питаемая от синхронного генератора

При рассмотрении процесса КЗ в первом приближении, пренебрегаем изменением частоты, т.е. считаем, что частота постоянная.

Проведем анализ некоторых основных факторов, оказывающих влияние на величину и характер изменения отдельных составляющих полного тока КЗ во времени.

При работе генератора под нагрузкой до возникновения КЗ в статоре протекает ток установившегося режима i₀(периодическая составляющая), который отстает от напряжения на зажимах генератора на угол, определяемый параметрами генератора и нагрузочной цепи: х_d, z_к, z₁.

Под действием тока возбуждения i_fв машине наводится магнитный поток Ф_f, а под действием тока статора i₀ — Ф_ad.0. Эти магнитные потоки направлены встречно (см. рис. 5.2, а).

В установившемся режиме в демпферных обмотках токи наводиться не будут, а значит и отсутствует магнитный поток. Взаимодействие потоков Ф_аd.0и Ф_fпозволяет работать генератору в синхронном режиме. Результирующий магнитный поток равен.

а) б) в)

Xd Xd‘’ Xd‘

Рис. 5.2. Магнитные потоки генератора в разные моменты времени:

1-статорная обмотка; 2-демпферная обмотка; 3-обмотка возбуждения LG

В этом режиме, как уже известно, генератор характеризуется своими синхронными параметрами: синхронной ЭДС Е_dи синхронным сопротивлением х_d. В установившемся режиме работыпрактически весь замыкается через сталь ротора.

В момент возникновения КЗ в статоре резко возрастает ток до какого-то значения i, а магнитный поток продольной реакции статора Ф_аd.0возрастает до Ф_аdнаФ_аd. На пути увеличивающегося потока продольной реакции статора находятся два замкнутых контура: короткозамкнутый контур демпферной обмотки и замкнутый на возбудитель GE контур обмотки возбуждения LG. В переходном процессе, в соответствии с законом Ленца, приращение потокаФ_аdвызовет ответную реакцию этих двух замкнутых контуров. Контуры демпферной обмотки и обмотки возбуждения имеют определенные индуктивности, в которых под действием возрастающего магнитного потока реакции статора Ф_аd наводятся ЭДС и возникают свободные токи - соответственно i_св.ди i_св.f. В виду того, что генератор работает в синхронном режиме, магнитный поток Ф_аd неподвижен относительно ротора, поэтому токи i_св.ди i_св.fимеют апериодический характер (см. рис. 5.3).

Указанные апериодические токи затухают с постоянной времени, равной отношению индуктивности контура к его активному сопротивлению. Причем ток i_св.д затухает быстрее, чем i_св.f, так как обмотка возбуждения имеет большое число витков и обладает значительно большей индуктивностью, чем демпферная. Это видно и из рис. 5.3 (а, б). Этим токам соответствуют свободные магнитные потоки обмоток: демпферной Ф_св.ди возбуждения Ф_св.f(см. рис. 5.2, б).

Рис. 5.3. Кривые изменения свободных токов в обмотке возбуждения (а) и демпферной обмотке (б) при КЗ

Параметры, которыми характеризуется генератор в момент КЗ (t=0), называют, как известно, сверхпереходными: сверхпереходное сопротивление генератора по продольной оси и сверхпереходная ЭДС Е^".

Начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ I_{п (0)} определяется из отношения:

(5.1)

С течением времени происходит затухание апериодических токов в демпферной обмотке и обмотке возбуждения, причем первым затухнет магнитный поток . В результате этого свободные магнитные потоки уже не могут компенсировать размагничивающее действие потока реакции статора и происходит уменьшение ЭДС генератора, т.е. параметры генератора изменятся. Параметры генератора для момента времени, когда Ф_св.д= 0, называются переходными:и Е' (см. рис. 5.2, в).

После того, когда затухнет поток синхронный генератор будет характеризоваться синхронными параметрами (установившийся режим КЗ).

Таким образом, периодическая составляющая КЗ будет с течением времени КЗ уменьшаться до какого-то постоянного значения установившегося режима КЗ, и определяется по формуле

, (5.2)

где - ЭДС генератора для момента времени t;

х_г.t- сопротивление генератора в момент времени t.

Результирующий магнитный поток в установившемся режиме КЗ будет равен:

.

Но так как Ф_аdФ_аd.0, размагничивающее действие потока будет максимальным и результирующий поток Ф_<Ф_{ 0}, т.е. ЭДС будет меньше, чем до КЗ, а значит и величина периодической составляющей тока КЗ в установившемся режиме будет меньше своего начального значения при t=0 (см. рис.5.4).

Апериодическая составляющая тока КЗ затухает с электромагнитной постоянной времени Т_а.к, равной

.

Эта составляющая затухает в реальных высоковольтных сетях, как правило, через 0,1...0,3 с.