Школа для Электрика. Все Секреты Мастерства. Образовательный сайт по электротехнике   Искать в Школе для электрика:
 
 

 

Электрические станции и подстанции

 

Короткие замыкания на зажимах электрических генераторов


При работе станций, подстанций и сетей возможны ненормальные режимы их работы, приводящие к повреждениям и авариям. Большинство таких аварий происходит по причине возникновения коротких замыканий.

Коротким замыканием (КЗ) называется всякое не предусмотренное нормальным режимом работы соединение токоведущих частей отдельных фаз между собой, а в установках с заземленной нейтралью — так­же и с землей или с нулевым проводом (в четырехпроводных системах).

При эксплуатации электроустановки следует предотвращать всякую возможность появления коротких замыканий. Для отключения токов короткого замыкания на станциях и подстанциях устанавливаются автоматические выключатели, отделяющие поврежденные участки сети.

Электрическая энергия вырабатывается на станциях синхронными генераторами. Физические явления, происходящие в синхронном генераторе при коротком замыкании, весьма сложны. Здесь мы ограничимся лишь общим рассмотрением этих явлений. Если замкнуть зажимы всех трех фаз синхронного генератора, работающего под полным напряжением, то но его обмоткам пойдет ток короткого замыкания (ток КЗ).

В общем случае величина тока КЗ будет определяться величиной напряжения и полного сопротивления короткозамкнутой цепи. Применительно к генератору величина его тока КЗ будет определяться полем возбуждения и сопротивлением его обмоток.

У современных генераторов реактивное сопротивление обмоток значительно больше их активного сопротивления, поэтому ток, проходящий по обмоткам, будет почти чисто индуктивным. Следовательно, вектор тока КЗ будет отставать от вектора ЭДС почти на 90о. При таком сдвиге фаз между токами и ЭДС мгновенное значение тока будет минимальным при максимальном значении ЭДС и, наоборот, наибольшим — при прохождении ЭДС через нуль.

Таким образом, величина или значение начального тока КЗ в обмотках генератора будет зависеть от момента, когда наступает короткое замыкание (т. е. от положения полюсов по отношению к обмотке статора, в которой индуктируется ЭДС).

При внезапном изменении сопротивления внешней цепи возникает переходный процесс, в течение которого изменяется и величина тока КЗ. Однако это изменение тока не может произойти мгновенно, так как цепь обладает значительной индуктивностью.

Переходный процесс осложняется также тем, что ЭДС генератора не остается постоянной, а изменяется под действием магнитного потока. В начальный момент времени после наступления короткого замыкания возникает так называемый ударный ток, наибольший по своей величине. Он в 1,41 - 2,55 раза превышает действующее значение периодической слагающей тока КЗ, который в свою очередь больше тока нормального режима и затухает до установившегося значения через 3 - 5 с.

Ударный ток короткого замыкания определяет наибольшие механические усилия, возникающие между токоведущими частями электроустановки. Наибольшее значение ударный ток имеет при коротком замыкании на зажимах генератора. Здесь он в 2,55 раза больше максимального действующего значения периодической слагающей тока КЗ.

Если короткое замыкание произошло в точке сети, удаленной от генератора, то ударный ток только в 1,41 раза больше действующего значения периодической слагающей тока короткого замыкания.

При коротком замыкании напряжение генератора заметно снижаетcя из-за размагничивающего действия тока КЗ и связанного с этим уменьшения магнитного потока генератора и его ЭДС.

Для поддержания напряжения генератора на определенном уровнеприменяют автоматическое регулирование возбуждения (АРВ) на генераторах. При снижениях напряжения устройство АРВ действует на величину тока возбуждения генератора, автоматически увеличивая его. Это в свою очередь приводит к увеличению напряжения и ЭДС генератора.

Ток КЗ в начальный момент снижается, а затем возрастает, начиная с момента действия АРВ. Это действие сказывается на величине установившегося тока короткого замыкания, который при наличии устройства АРВ всегда больше, чем без него.

Короткие замыкания могут привести к нарушению устойчивости параллельно работающих генераторов станций и даже целых энергетических систем. Поэтому, чтобы правильно выбрать схему станции или подстанции, установить режимы их защиты, проводят расчеты токов короткого замыкания.

Эти расчеты выполняют для различных точек схемы электроснабжения с учетом сопротивлений генераторов, трансформаторов и отдельных участков линий. В расчетах должны быть учтены типы синхронных генераторов (турбо- или гидрогенераторов), их параметры, а также наличие или отсутствие устройств АРВ.

Значения токов КЗ, полученные в результате расчетов для различных точек, используют для выбора высоковольтной аппаратуры и токоведущих частей, их проверки на динамическую и термическую устойчивость действиям токов КЗ, выбора способов и схем защиты оборудования станций, подстанций и сетей.