Короткое замыкание в генераторах

В общем случае величина тока КЗ будет определяться величиной напряжения и полного сопротивления цепи, в которой возникло КЗ. Применительно к генератору величина его тока КЗ будет определяться полем возбуждения и сопротивлением его обмоток. У синхронных генераторов реактивное сопротивление Х значительно больше их активного сопротивления R, поэтому ток будет чисто индуктивным, следовательно, вектор тока КЗ будет отставать от вектора ЭДС почти на 90º. При таком сдвиге фаз мгновенное значение тока будет минимальным при максимальном значении ЭДС.

Т.о. величина (значение) начального тока КЗ в обмотках генератора будет зависеть от момента, когда наступит КЗ, т.е. положением полюсов ротора по отношению к обмотке статора, в которой индуцируется ЭДС. В начальный момент после наступления КЗ возникает так называемый ударный ток наибольший по своей величине, он определяет наибольшие электродинамические усилия и длится несколько секунд до затухания. Напряжение генератора значительно снижается из-за размагничивающего действия тока КЗ. Если генератор оборудован устройством АРВ, то ток КЗ сначала спадает до некоторого установившегося значения, которое и отключается силовым выключателем.

 

 

Короткое замыкание в сетях

Из-за КЗ электроснабжение потребителей может быть частично или полностью расстроено в результате уменьшения номинального напряжения сети.

Будем считать, что эта схема содержит трехфазный генератор Г, потребители П и соединительные провода, между которыми произошло КЗ (рисунок 8.2). В нормальном режиме работы напряжение у потребителей не значительно отличается от напряжения генератора, на величину падения в линии, т.е. до 5 %. Предполагается, что потребитель имеет смешанную нагрузку, поэтому вектор тока в каждой фазе потребителя отстает от вектора напряжений на угол φ. Векторная диаграмма при нормальном режиме работы показана на рисунке 8.3.

Рисунок 8.2 – Схема сети при коротком замыкании

 

 

 

 

Рисунок 8.3 – Векторная диаграмма сети при нормальном режиме работы

Теперь рассмотрим, как изменяются токи и напряжения в сети при возникновении КЗ. В этом случае нагрузка потребителя отрезается от генератора, а в линии проходит ток КЗ, ограниченный лишь ее сопротивлением и сопротивлением обмотки генератора. Т.к. нагрузка со смешанным сопротивлением оказалась шунтированной точкой КЗ, то в цепи стало преобладать индуктивное сопротивление от обмоток генератора и проводов, поэтому ток КЗ практически стал чисто индуктивным, его вектор оказывается сдвинут от вектора фазных напряжений на угол близкий к 90˚. Это изменение тока при КЗ показано на векторной диаграмме (рисунок 8.4).

 

 

 

 

Рисунок 8.4 – Векторная диаграмма сети в режиме короткого замыкания

За точкой КЗ напряжение будет значительно меньше номинального напряжения, следовательно, нормальная работа потребителей за этой точкой будет нарушена. Снижение напряжения при коротком замыкании ухудшает работу потребителей расположенных не только за точкой КЗ, но и расположенных между точкой КЗ и генератора, как это показано на рисунке 8.5.

ΔU

Норм. режим

U

U_Г

U_НОМ

 

 

КЗ₂ КЗ₃ l

Рисунок 8.5 – Падение напряжения в линии при коротких замыканиях в различных точках

 

В нормальном режиме напряжение U₁ несколько выше, чем номинальное напряжение, в расчете на дальнейшее падение напряжения в сети ΔU. В разных точках сети имеются разные уровни напряжения. При КЗ в какой-либо точке картина резко меняется. Так, при КЗ в самой отдаленной точке напряжение определяется прямой U_Г – КЗ₃ и в точке КЗ равняется нулю. В точке 2 напряжение значительно ниже номинального, что объясняется возросшим падением напряжения в сети из-за КЗ. Т.о. КЗ даже в самой удаленной точке сети вызывает резкое ухудшение работы всех потребителей.

Снижение напряжения на шинах потребителя может привести к опасным последствиям. Особенно чувствительна к снижениям напряжения двигательная нагрузка. При глубоких снижениях напряжения уменьшается вращающий момент двигателя до значений, меньших момента сопротивления механизма. Двигатель тормозится, что влечет за собой увеличение потребляемого им тока. При этом еще больше увеличивается падение напряжения в сети, вследствие чего может развиться лавинообразный процесс, захватывающий все большее количество потребителей электроэнергии.

Резкое понижение напряжения при КЗ может привести к нарушению устойчивости параллельной работы генераторов и к системной аварии с большим ущербом.