Меню

Ток короткого замыкания генератора схема



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 90 о . 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 снижает c я 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.

Читайте также:  Как разобрать генератор ваз 2131

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.

Источник

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).

Читайте также:  Имя для почтового ящика генератор

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

UГ

UНОМ

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 UГ – 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.

Источник

Защита генератора

Материал из Руководство по устройству электроустановок

Содержание

Рис. N2 показывает электротехнические параметры генераторной установки. Pn, Un и In – мощность двигателя генератора, номинальное напряжение и номинальный ток генератора, соответственно.

Рис. N2 : Блок-схема генераторной установки

Защита от перегрузки

Должна анализироваться кривая допустимой перегрузки генератора (рис. N3).
Нормы и требования области применения могут также обуславливать конкретный режим перегрузки.

I/In t
1,1 > 1 ч
1,5 12 c

Уставки устройств защиты от перегрузки (или длительной выдержки времени) должны соответствовать этим требованиям.

Рис. N3 : Пример кривой допустимой перегрузки t = f (I/In)

Примечание по перегрузкам

  • По экономическим соображениям двигатель резервной установки должен быть точно рассчитан на номинальную мощность. При перегрузке по активной мощности дизельный двигатель будет глохнуть. Необходимо учитывать баланс по активной мощности.
  • Установка должна быть рассчитана на следующие режимы перегрузки:

— одночасовая перегрузка;
— одночасовая перегрузка 10% каждые 12 часов (рабочий режим).

Защита от тока короткого замыкания

Расчет тока короткого замыкания

Ток короткого замыкания есть сумма:

  • апериодической составляющей тока;
  • затухающего синусоидального тока.

Уравнение тока короткого замыкания показывает, что он рассчитывается в соответствии с тремя стадиями (см. рис. N4).

Рис. N4 : Уровень тока короткого замыкания в течение 3 стадий

Читайте также:  Генератор названий для игрового канала

При возникновении короткого замыкания на зажимах генератора ток сначала имеет относительно высокий уровень около 6-12 In в течение первого цикла (10-20 мс).

Амплитуда тока короткого замыкания определяется тремя параметрами:
— сверхпереходное реактивное сопротивление генератора;
— уровень возбуждения перед повреждением;
— полное сопротивление поврежденной цепи.

Учитываемое полное сопротивление короткого замыкания генератора является сверхпереходным реактивным сопротивлением х”d, выражаемым как % от Uo (напряжение между фазой и нейтралью) (по x”d изготовителя). Типовое значение – 10-15%.

Мы определяем сверхпереходное полное сопротивление короткого замыкания генератора следующим образом:

Переходная стадия происходит через 100-500 мс после короткого замыкания. Начиная со значения тока короткого замыкания сверхпереходного периода,
ток уменьшается до значения 1,5-2 In.
Учитываемое полное сопротивление короткого замыкания для этого периода является переходным реактивным сопротивлением,выражаемым как % от Uo (по x’d изготовителя). Типовое значение – 20-30%.

Она возникает через 500 мс.
При устойчивом повреждении выходное напряжение установки падает, и система регулирования возбуждения пытается повысить выходное напряжение. Результатом является стабилизированный установившийся ток короткого замыкания:
— Если возбуждение генератора не повышается в течение короткого замыкания (нет перевозбуждения), но поддерживается на уровне перед коротким замыканием, ток стабилизируется на значении, определяемом синхронным реактивным сопротивлением Xd генератора. Типовое значение xd выше 200%. Как следствие, конечный ток меньше номинального тока генератора (как правило, около 0,5 In).
— Если в системе регулирования возбуждения предусмотрена форсировка поля возбуждения, или если система выполнена по, так называемой, параллельно последовательной схеме, то подъем напряжения возбуждения приводит к увеличению длительности переходного процесса (10 С). Ток КЗ, как правило, в 2-3 раза превышает номинальный ток генератора.

Расчет тока короткого замыкания

Как правило, изготовители указывают значения полного сопротивления и постоянные времени затухания, требуемые для анализа работы в переходном или установившемся режиме (см. рис. N5).

(кВА) 75 200 400 800 1600 2500
x”d 10,5 10,4 12,9 10,5 18,8 19,1
x’d 21 15,6 19,4 18 33,8 30,2
xd 280 291 358 280 404 292

Рис. N5 : Пример таблицы полного сопротивления (в %)

Активные сопротивления всегда пренебрежимо малы в сравнении с реактивными сопротивлениями. Параметры анализа тока короткого замыкания:

  • Значение тока короткого замыкания на зажимах генератора

Величина тока короткого замыкания в переходном режиме:

где Un – линейное напряжение генератора

Примечание: данное значение может быть сопоставлено с током короткого замыкания на зажимах трансформатора. Таким образом, при одной и той же мощности ток при коротком замыкании вблизи от генератора в 5-6 раз меньше, чем токи, которые могут возникать при питании от трансформатора.

Значимость такой разницы увеличивается, учитывая тот факт, что мощность генераторной установки, как правило, меньше мощности трансформатора (см. рис. N6).

Рис. N6 : Пример распределительного щита приоритетных нагрузок с питанием (при аварии) от резервной генераторной установки

При питании низковольтной цепи от основного источника 1 (2000 кВА) ток короткого замыкания составляет 42 кА на главной шине низковольтного щита. При питании низковольтной сети от резервного источника 2 (500 кВА) с переходным реактивным сопротивлением 30%, ток короткого замыкания составляет ≈ 2,5 кА (т.е. в 16 раз слабее, чем при основном источнике).zh:发电机保护

Источник