Начальный сверхпереходный ток КЗ

Периодическая составляющая начального тока КЗ может быть определена, исходя из принципа первоначального результирующего потокосцепления ротора при внезапном нарушении режима работы генератора.

Поскольку в момент внезапного нарушения нормального режима потокосцепление ротора остаётся неизменным, наведенная в статоре ЭДС в начале переходного процесса также не меняется. Как показано в главе 6, сверхпереходные и индуктивные сопротивления определяются

(7.5)

Для машин мощностью до 100 МВт при их полной нагрузке, номинальном напряжении и cos до КЗ средние значения , и в О.Е. составляют 0,13 и 1,078 (турбогенераторы); 0,25 и 1,21 (гидрогенераторы).

Поскольку переходные и сверхпереходные ЭДС близки к единице, в приближённых практических расчётах при любых значения нагрузки, предшествующей КЗ, часто принимают . В тех случаях, когда нагрузку предварительного режима машины требуется учесть, для определения ЭДС используют выражения (7.5).

Начальный ток КЗ рассчитывают в следующем порядке: задаются базисными условиями (S_б U_б); составляется схема замещения, в которой все элементы расчётной схемы приводят к выбранным базисным условиям (при расчете в О.Е.) или к одной ступени напряжения (при расчете в именованных единицах); полученную схему замещения путём соответствующих преобразований приводят к простейшему виду и определяют результирующую эквивалентную ЭДС (или ) и результирующее сопротивление (или ) относительно точки КЗ.

Искомое начальное значение периодической составляющей тока КЗ равно:

, (7.6)

где х_*С – суммарное реактивное сопротивление относительно точки КЗ, О.Е.

Значение тока в именованных единицах определяется:

, кА,

где кА – базисный ток, рассчитанный при среднем напряжении ступени КЗ.

При определении ударного тока КЗ обычно учитывают затухание лишь апериодической составляющей тока, считая, что амплитуда сверхпереходного тока за полпериода сохраняет свое начальное значение. При этом ударный ток, определяемый для наиболее тяжелых условий, будет:

, кА, (7.7)

где К_у – ударный коэффициент, значение которого определяется аналитически, или К_у может быть определен из графика (рис. 7.6).

Рис. 7.6. Зависимость ударного коэффициента К_у
от постоянной времени Т_а

Если к точности расчета не предъявляется особых требований, то в этих случаях принимают следующие значения постоянной времени и ударного коэффициента:

1. При КЗ на шинах, питаемых непосредственно от генераторов средней и большой мощности: Т_а = 0,09 с, К_у = 1,9.

2. При КЗ в установках и сетях напряжением выше 1 кВ: Т_а = 0,045 с, К_у = 1,8.

3. При КЗ на стороне низшего напряжения понижающих трансформаторов мощностью 1,6 МВ·А и ниже: Т_а = 0,008 с, К_у = 1,3.

7.5. Учет и влияние нагрузки в начальный момент
переходного процесса

Важным фактором в начальный момент внезапного нарушения режима является поведение подключённой нагрузки. Влияние нагрузки в начальный момент зависит от значения остаточного напряжения в месте её присоединения и удалённости от точки КЗ. При нагрузка является дополнительным источником тока КЗ, и чем ближе она расположена к точке КЗ, тем сильнее сказывается её роль в питании места повреждения. Поэтому в практических расчетах сверхпереходного тока в точке КЗ и ближайших к ней ветвях учитывают только те нагрузки и отдельные двигатели, которые непосредственно связаны с точкой КЗ или расположены на небольшой электрической удалённости от неё.

При расчётах сверхпереходного режима индивидуально учитываются синхронные генераторы и компенсаторы, а также мощные синхронные и асинхронные двигатели. Электродвигатели относительно небольшой мощности и все двигатели, связанные с точкой КЗ через трансформаторы или реакторы, относят к обобщенной нагрузке.

Величины сверхпереходных ЭДС и реактивных сопротивлений нагрузки определяются из таблицы 7.1.

В связи с тем, что нагрузочные ветви характеризуются различными ударными коэффициентами, то при расчёте токов КЗ в сложных схемах нежелательно применять метод эквивалентных ЭДС, т. е. заменять одним эквивалентным лучом генераторную и нагрузочную ветвь. Поэтому нагрузку, присоединенную непосредственно к точке КЗ, необходимо выделять в отдельную ветвь, т. е.

, (7.8)

где – начальный сверхпереходный ток от генераторов;

– начальный сверхпереходный ток от нагрузки;

K_уГ, k_ун – ударные коэффициенты генераторов и нагрузок.

В установившемся режиме нагрузка учитывается ЭДС и сопротивлением , приведенным к номинальной мощности нагрузки к среднему напряжению ступени, где она присоединена.

№	Вид нагрузки	Сверхперех. ЭДС,	Сверхперех. сопротив.	Ударный коэффициент,
1.	Асинхронный двигатель мощностью более 5 МВт	0,9	0,2	1,8
2.	Асинхронный двигатель мощностью 0,2...5 МВт	0,9	0,2	1,6
3.	Асинхронный двигатель мощностью менее 0,2 МВт	0,9	0,2	1,0
4.	Обобщенная нагрузка	0,8	0,35	1,0
5.	Перевозбужденный синхронный двигатель	1,1	0,2	1,0...1,8 в зависим. от мощности
6.	Недовозбужденный синхронный двигатель	0,9...1,0	0,2	-"-
7.	Синхронный компенсатор	1,2	0,2	-"-

Пример 7.1. Вычислить сверхпереходный и ударный токи при КЗ в точке К. Расчет произвести с учетом всех присоединенных нагрузок.

Исходная схема Схема замещения

Рис. 7.7. Расчётная схема (а) и схема замещения к примеру 7.1

1. Выбираем базисные условия МВ·А, кВ, кА.

Относительные значения ЭДС для генераторов принимаем по табл. 4.2.

2. Приводим величины сопротивлений к выбранным базисным условиям:

генератора ;

нагрузки Н₁ ;

трансформатора Т₁ ;

ЛЭП W1 ;

ЛЭП W2 ;

ЛЭП W3 ;

трансформатора Т3 ;

синхронного компенсатора ;

трансформатора Т2 ;

асинхронного двигателя ; нагрузки Н2 .

Упрощая схему, находим: ,

,

,

,

,

,

Начальный сверхпереходный ток со стороны трансформатора Т2 находится по выражению:

Ток со стороны синхронного компенсатора:

Ток со стороны генератора и нагрузки Н1:

Остаточное напряжение в точке Г_ш:

Поскольку остаточное напряжение в точке и больше ЭДС нагрузки Н1, равной 0,8, то она не является источником питания и ее можно не учитывать.

Ток от асинхронного двигателя:

Ток от обобщенной нагрузки Н2:

Ударный ток в точке КЗ с учетом подпитки от АД ( ) и ОН₂( ) будет:

В данном случае участие АД составляет: .

Участие обобщенной нагрузки Н2: .

При более упрощенном расчете, если пренебречь нагрузкой Н1 и синхронным компенсатором СК, ток со стороны трансформатора Т2 будет:

, т. е. эта составляющая оказалась преуменьшенной на .