При питании от источника неограниченной мощности

Под понятием система неограниченной мощности понимают такой источник, у которого напряжение на его шинах практически остается постоянным при любых анормальных режимах в сети (сбросы и набросы нагрузок, перегрузки и короткие замыкания). Для такого источника принимается, что суммарная мощность источников в системе £_номЕ = ¥, Х_сист = 0, Я_сист = 0.

Конечно, в действительности любая электрическая система имеет определенную конеч­ную величину мощности. Однако присоединенные к системе электрические сети часто потреб­ляют настолько милую мощность и обладают настолько большим внутренним сопротивлением по сравнению с огромной мощностью и незначительным сопротивлением системы, что при ко­ротких замыканиях в таких сетях напряжение на шинах такой системы практически не изменя­ется. Поэтому при расчетах токов КЗ напряжение источников принимается неизменным.

Рассмотрим процесс изменения параметров режима при трехфазном КЗ в системе с не­ограниченной мощностью. При замыкании всех трех фаз в одной точке в первый момент на­пряжение остается таким же, как и при нормальном режиме. Ток КЗ также не может мгновенно измениться, так как обмотки статоров синхронных генераторов и элементы короткозамкнутой сети обладают индуктивностью, задерживающей изменение и снижение напряжения в цепи по­следующие моменты, поскольку сопротивление в каждой фазе резко уменьшилось, в цепи резко возрастает ток по сравнению с режимом нормальной работы сети. При этом напряжение также быстро уменьшается вследствие увеличения потерь напряжения во всех элементах коротко- замкнутой цепи. За время КЗ с момента его возникновения ток изменяется от максимального

значения до некоторого установившегося значения. Изменение тока за этот период носит название переходного процесса.

На рис. 14.2 изображены кривые изменения тока КЗ в цепи, питающейся от системы не­ограниченной мощности. Величину полного мгновенного тока КЗ i_{K з} в любое время переход­ного процесса можно представить состоящей из двух составляющих: периодического синусои­дального тока с неизменной амплитудой i_n и апериодического («свободного») затухающего то­ка i_a. Таким образом, в течение переходного процесса величина полного мгновенного тока КЗ равна алгебраической сумме периодического и апериодического токов:

L=in+ia•                                                                 ⁽¹⁴¹⁾

Величина тока КЗ зависит не только от сопротивлений элементов короткозамкнутой це­пи, но и от момента возникновения аварийного режима. Наибольшего значения мгновенный ток КЗ i_{K з} в цепи с преобладанием реактивного сопротивления достигает в том случае, когда ко­роткое замыкание возникает в момент прохождения э.д.с. е через нуль.

Следует учесть, что в трехфазной сети при прохождении тока нагрузки в одной фазе че­рез нуль, в двух других нагрузочные токи имеют разные значения. Поэтому расчетное значение наибольшего тока определяется в той фазе, в которой э.д.с. в момент КЗ проходит через нуль. На рис. 14.2 приведены кривые изменения мгновенных значений тока КЗ для наиболее опасно­го момента возникновения КЗ, когда э.д.с. в одной фазе проходит через нуль. Из рис. 14.2 вид­но, что в этом случае начальное значение апериодического тока i_{a 0} будет равно наибольшему значению периодического тока i_{n max} , но они противоположны по направлению.

14.5. Переходный процесс при трехфазном коротком замыкании на зажимах гене­ратора

Внезапное КЗ на зажимах генератора приводит к возникновению в нем переходного процесса, обусловленного уменьшением сопротивления внешней (короткозамкнутой) цепи по сравнению с ее сопротивлением в нормальном режиме.

Поскольку генератор является источником конечной мощности, напряжение на его за­жимах, а следовательно, и периодическая составляющая тока КЗ с течением времени изменяют­ся. Характер изменения периодической составляющей тока КЗ зависит от наличия или отсутст­вия автоматического регулирования возбуждения (АРВ) генератора. Назначение АРВ состоит в поддержании на зажимах генератора номинального напряжения при всех возможных режимах работы генератора.

Если генератор работает без АРВ, напряжение на его зажимах, а, следовательно, и пе­риодическая составляющая тока КЗ с течением времени уменьшаются. Объясняется это тем, что по мере затухания свободных токов, наведенных в начальный момент КЗ в обмотке возбу­ждения, демпферных обмотках и в массиве ротора, поток реакции статора при неизменном токе возбуждения ослабляет результирующий магнитный поток в воздушном зазоре генератора. По­следнее обстоятельство приводит к уменьшению э.д.с, наводимой в статоре, и уменьшению на­пряжения на зажимах генератора и изменению периодической составляющей тока КЗ.

На рис. 14.3 периодическая составляющая тока КЗ i_n в течение переходного процесса изображена в виде синусоиды с убывающей амплитудой. Заметим при этом, что длительность переходного процесса превышает время затухания апериодической составляющей тока КЗ и составляет несколько периодов Т =0,02 с. Кроме того, начальный ток КЗ больше установивше­гося значения тока i_{n max} > i_¥ .

п. max ^

Если генератор работает с АРВ, то в случае понижения напряжения, обусловленного КЗ, АРВ увеличивает ток возбуждения генератора, а следовательно, и напряжение на различных элементах сети.

В начальный момент КЗ ввиду инерции магнитных потоков, сцепленных с обмотками генератора, АРВ на переходный процесс практически не влияет. В дальнейшем действие АРВ сказывается на увеличении тока возбуждения и связанных с ним составляющих тока статора и демпферных обмоток. Однако этот процесс протекает сравнительно медленно, так что изменя­ются, в основном, только э.д.с. генератора и обусловленная ею периодическая составляющая тока статора.

Повышение напряжения генератора благодаря АРВ начинается не в момент возникно­вения КЗ, а через некоторое время, которое необходимо для срабатывания АРВ. Этот времен­ной интервал определяется временем понижения напряжения до значения, при котором

вступает в действие АРВ, и собственным временем срабатывания АРВ. Поэтому ток КЗ до вступления в действие АРВ уменьшается так же, как и при отсутствии АРВ, а затем начинает увеличиваться и достигает установившегося значения, соответствующего возросшему напря­жению генератора за счет действия АРВ (рис. 14.4). В связи с тем, что действие АРВ проявля­ется через несколько периодов после появления КЗ, начальные значения полного тока КЗ и его составляющих, а также максимальный мгновенный ток i (ударный ток) остаются такими же,

как и при отсутствии АРВ. Таким образом, при АРВ затухание свободных токов статора и об­мотки возбуждения, возникающих при внезапном КЗ, в некоторой степени компенсируется увеличением тока КЗ за счет действия АРВ. Апериодическая составляющая i_a остается практи­чески такой же, как и при отсутствии АРВ.

Кривая полного тока КЗ при наличии АРВ приобретает разный вид. Периодическая со­ставляющая i_n в зависимости от соотношения между начальным и установившимся токами КЗ при предельном токе возбуждения может затухать, возрастать или оставаться неизменной.