На генераторе АРВ отсутствует либо отключен

В синхронном генераторе в этом случае ток возбуждения i_fостается 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 j, определяемый параметрами генератора и нагрузочной цепи: х_d, z_к, z₁.

Под действием тока возбуждения i_f в 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.0 и Ф_f позволяет работать генератору в синхронном режиме. Результирующий магнитный поток равен .

а) б) в)

X_d X_d^‘’ X_d^‘

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_d и синхронным сопротивлением х_d. В установившемся режиме работы практически 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.0 возрастает до Ф_аd на DФ_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 DФ_аd вызовет 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.д и i_св.f. В виду того, что генератор работает в синхронном режиме, магнитный поток Ф_аd неподвижен относительно ротора, поэтому токи i_св.д и i_св.f имеют 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.д и 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_S<Ф_{S 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.