10. Установившийся режим короткого замыкания

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

Для современных систем оценка установившегося режима к.з. является весьма условной.

Расчет установившихся режимов короткого замыкания ничем не отличается от расчета установившихся нагрузочных режимов, однако выполняется он при больших токах.

Основные характеристики и параметры установившегося режима к.З.

1. Двухобмоточный трансформатор

При пренебрежении током намагничивания трансформатор представляет собой комплексное сопротивление, активной частью которого можно пренебречь. При этом отнесенное к номинальным параметрам индуктивное сопротивление определяется как:

2. Трехобмоточный трансформатор

У трехобмоточного трансформатора сопротивления определяется также, как и у двухобмоточного, но перед этим нужно определить U_K каждой отдельной обмотки.

2. Нагрузка

Рассматривая процессы в генераторах, нагрузку можно определить как . Для средних значений параметров типовых синхронных генераторов, работающих с полной нагрузкой при cos φ =0.8, величина его после округления результатов подсчета составит Х_НАГР*=1,2. Эта средняя величина используется в практических расчетах. Она отнесена к полной (в МВА) рабочей мощности нагрузки и среднему номинальному напряжению ступени, где присоединена данная нагрузка.

2. Синхронная машина

Основные условные обозначения индексов элементов:

- a – статор;

- d, q – продольная и поперечная оси ротора;

- σ – рассеивание;

- δ – воздушный зазор;

- f – обмотка возбуждения;

- Id, Iq – демпферные обмотки по продольной и поперечной оси (успокоительные обмотки, например, беличья клетка);

- ‘ - начальный момент без демпферной обмотки;

- “ - начальный момент с демпферной обмоткой;

- x₂ – сопротивление обратной последовательности;

- x₀ – сопротивление нулевой последовательности.

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

Вместо X_d может быть задано отношение короткого замыкания К_С, которое представляет собой относительный установившийся ток при трехфазном коротком замыкании на выводах генератора и относительном токе возбуждения, равном единице. В этом случае случае , где с - относительное значение ЭДС по ненасыщенной характеристике холостого хода при I_f*=1 (с=1,05...1,2)

Если принять, что насыщение отсутствует, то I_f*=E_q*, а . Если ток возбуждения не задан, то его можно приближенно (при неявнополюсной машине или явнополюсной с cosφ>0,8) определить как

.

11. Основные физические характеристики синхронной машины

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

Если машина работает на холостом ходу при номинальном напряжении, то будет единичное возбуждение. Для иллюстрации этого рассмотрим зависимость э.д.с от тока возбуждения

Рис.8. Зависимость э.д.с. от тока возбуждения.

На рис.8. вследствие неравенства наблюдается изгиб кривой тока при ХХ. При спрямлении характеристики можно принять .

Синхронное индуктивное сопротивление

Синхронное индуктивное сопротивление необходимо определять для продольной и поперечной оси электрической машины, составляя следующие схемы замещения

Рис.9. Схема замещения синхронной машины по продольной оси

Из рис.9. видно, что синхронное индуктивное сопротивление по продольной оси определяется как

, (14)

где - сопротивление по продольной оси; - сопротивление рассеивания; - сопротивление статора по продольной оси.

Рис.10. Схема замещения синхронной машины по поперечной оси

Из рис.10 видно, что синхронное индуктивное сопротивление по поперечной оси определяется как

, (15)

где - сопротивление по поперечной оси; - сопротивление рассеивания; - сопротивление статора по поперечной оси.

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

. (16)

Для неявнополюсного генератора (турбогенератор, турбодвигатель)

(17)

при этом ротор не выполняется шихтованным так как вихревые токи при синхронной работе отсутствуют.

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

С другой стороны, синхронное индуктивное сопротивление по продольной оси

(18)

где

. (19)

Для турбогенераторов: .

Для гидрогенераторов: .

При этом необходимо помнить о том, что учет неявнополюсности 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

Потолок возбуждения определяется типом возбудителя и термической стойкостью обмотки бозбуждения.

В расчете возбуждение учитывается введением АРВ.

Обозначим

. (20)

Тогда в относительных единицах

. (21)

Обычно

. (22)

Векторная диаграмма

Векторную диаграмму будем строить для турбогенератора по продольной и поперечной осям, поскольку , для случая:

Рис.11. Схема замещения турбогенератора по продольной оси

Векторная диаграмма для случая (рис.11.) выглядит следующим образом

Рис.12. Векторная диаграмма турбогенератора для случая (рис.11.)

Из векторной диаграммы определяем фазную э.д.с по поперечной оси

, (22)

где - номинальное фазное напряжение.

В относительных единицах .