Синхронный двигатель при малой продолжительности процесса КЗ заметно не снижает числа оборотов.
Конечно, при выпадении синхронного двигателя из синхронизма (т.е. при переходе его в асинхронный режим) протекание процесса КЗ сопровождается появлением дополнительных токов, обусловленных разностью частот вращения участвующих машин, но это в равной мере относятся и к генератору, если при КЗ нарушена его устойчивая работа.
I. Переходные процессы в синхронном двигателе и СК
Переходные процессы в синхронном двигателе и СК аналогичны переходным процессам в синхронном генераторе.
Различие: в начальный момент времени переходного процесса двигатель имеет другое значение ЭДС - E" .
1) У перевозбужденного синхронного двигателя E" больше подведенного напряжения, при этом любое снижение напряжения приводит к повышению реактивного тока, генерируемого двигателем, т.е. синхронный двигатель является дополнительным источником питания.
2) У синхронного двигателя, работающего с недовозбуждением, ЭДС меньше подведенного напряжения и реактивный ток потребляется из сети. Из этого следует, что при значительных снижениях напряжения при КЗ -двигатель будет работать в роли генератора, а при малых снижениях, т.е. когда сохраняется неравенство E" < U0, он по прежнему будет потреблять ток из сети (работа в режиме синхронного двигателя).
3) При Uподв.= E" реактивный ток будет отсутствовать в начальный момент времени переходного процесса, т.е. все будет зависеть от степени снижения напряжения.
II. Переходные процессы в асинхронных двигателях
Так как в нормальном режиме асинхронные двигатели работают с малым скольжением (S=2÷5%), то можно без заметной ошибки им пренебречь и считать, что асинхронный двигатель работает с синхронным числом оборотов (практическая возможность такого допущения доказана профессором Н.Н.Щедриным).
Следовательно, в начальный момент КЗ асинхронный двигатель можно рассматривать как недовозбужденный синхронный двигатель.
Исходя из неизменности потокосцепления с обмоткой ротора в начальный момент КЗ, можно установить его сверхпереходную E" и его X".
Название сверхпереходной E" и X" условно (т.к. ротор асинхронного двигателя имеет одну обмотку), поэтому следовало бы назвать их переходными.
Однако токи от асинхронного двигателя затухают столь же быстро, как и свободные токи в демпферных обмотках синхронных машин, следовательно, ток от асинхронного двигателя следует отнести к свободным сверхпереходным токам (т.к. мы разделяем процесс протекания КЗ по характеру затухания iсвоб. в роторных цепях синхронных машин).
Схема замещения асинхронного двигателя для определения X" аналогична схеме для сверхпереходного сопротивления СМ по поперечной оси - Xq" (Рис.13), где для АД вместо Хgq следует ввести Хrτ - реактивность рассеяния обмотки ротора, вместо Хaq → Хаr - реактивность взаимоиндукции между статором и ротором двигателя, а вместо Хτ → Хаτ- реактивность рассеяния статора.
Благодаря полной симметрии ротора асинхронного двигателя, отпадает необходимость разложения величин по отдельным осям, следовательно XАД", является по существу его реактивностью КЗ (т.е. когда двигатель заторможен). Относительную величину Х практически можно определить:
, в зависимости от типа и мощности двигателя, где I*пуск - относительный пусковой ток двигателя.
Начальное значение асинхронного двигателя определяется исходя из его предшествующего режима, как показано на векторной диаграмме (Рис.14).
Из диаграммы следует: 
или приближенно принимая E0" равной ее проекции на вектор U(0) получим:
E0" ≈U(0) - E(0) · X"sin?(0) , где U(0), I(0) , ?(0) – напряжение, ток и угол сдвига между ними для предшествующего режима.
При номинальной предшествующей нагрузке двигателя с cosφ=0.8, и считая X" = 0.2 - имеем EД=0.9.
Участие в токе КЗ асинхронного двигателя (так же как и недовозбужденного синхронного двигателя) при КЗ определяется соотношением между его E0" и остаточным напряжением в месте его присоединения к сети. При E0" > Uост он является дополнительным источником питания КЗ. Величина Uост определяет удаленность двигательной нагрузки от точки КЗ.
Периодический iп и апериодический iа токи затухают быстро, т.к. активные сопротивления обмоток статора и ротора асинхронного двигателя относительно большие. Они затухают с приблизительно одинаковыми постоянными времени, величины которых составляют доли секунды. Образование ia являются следствием разряда электромагнитной энергии, которой обладал двигатель до возникновения КЗ.
Осциллограмма тока от асинхронного двигателя при внезапном КЗ на его выводах показана на Рис.15.
Участие асинхронного двигателя может заметно сказываться на величине ударного Iкз.
III. Учет обобщенной нагрузки.
В начальный момент переходного процесса при КЗ существенную роль играют только мощные двигатели. Двигатели небольшой мощности и другие электроприемники учитывают в виде обобщенной нагрузки типового состава потребителей промышленного района с типовой схемой внешнего электроснабжения, которая подключается к крупным узлам СЭС (в момент t=0 X"нагр.=0.35, E"нагр.=0.85 о.е.)
Чтобы иметь представление о поведении нагрузки в начальный момент времени в зависимости от ее удаленности относительно места КЗ, рассмотрим, как изменяются начальные токи I" в схеме с источником в виде типового турбогенератора и мощностью нагрузки, равной его номинальной мощности. (Рис.16)
При Хк<0.4 нагрузка проявляет себя как дополнительный источник, причем достаточно заметное влияние ее сказывается лишь при очень малых значениях Хк (Рис.17).
При Хк>0.4 она продолжает потреблять ток от генератора, снижая тем самым несколько ток в ветви КЗ.
В рассматриваемых условиях наибольшее увеличение IK" вследствие дополнительного питания от нагрузки имеет место при Хк=0 и составляет примерно 25%.
Очевидно, что чем больше удален генератор от места КЗ и чем ближе расположена нагрузка к месту КЗ, тем больше сказывается ее относительное участие в питании КЗ.
Вывод: При вычислении начального тока в месте КЗ и ближайших к нему ветвях, можно ограничиваться учетом только той нагрузки, которая непосредственно связана с точкой КЗ.
Такое допущение упрощает расчет и не вносит существенных погрешностей.
При расчете iy нагрузки, следует учитывать начальную апериодическую слагающую тока КЗ нагрузки (он затухает очень быстро, так как генерирующими источниками являются мелкие двигатели).
Согласно рис.15 максимальное мгновенное значение этого тока практически можно принять равным амплитуде
начального сверхпереходного тока ia(0)=I"п
Тогда ударный ток в месте КЗ составит: 
где ky - ударный коэффициент;
I" - начальный сверхпереходный ток от генератора (эквивалентных им источников);
I"нагр.- начальный сверхпереходный ток от нагрузок.
Вывод: Участие нагрузки в образовании ударного тока КЗ меньше, чем в образовании начального сверхпереходного тока.
Так, например, для рассмотренного выше примера, считая ky=1.8 наибольшее увеличение ударного тока вследствие питания от нагрузки, составляет 14% (против 25%).
| § 3. Короткое замыкание в удаленных точках СЭС. < Предыдущая |
|---|