Токи короткого замыкания от электродвигателей

Дополнительно по теме

ТОКИ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ ОТ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

Общие указания

Увеличение тока в месте к. з. за счет подпитки от синхронных и асинхронных двигателей заметно проявляется в тех случаях, когда мощный двигатель (или группа двигателей) подключен в непосредственной близости к точке повреждения. Такие условия возникают в установках 3-6 кВ собственных нужд тепловых станций или на подстанциях предприятий с двигателями 6-10 кВ.

При внезапном трехфазном к. з. на зажимах двигателя или за малым внешним сопротивлением (например, за кабелем) за счет запасенной электромагнитной энергии двигатель посылает ток к месту повреждения. Этот ток в процессе к. з. у асинхронного двигателя спадает до нуля, а у синхронного - до установившегося значения, определяемого током возбуждения.

Подпитку от двигателей следует учитывать при проверке аппаратов и проводников РУ 3-10 кВ по условиям к. з., а также при расчете релейной защиты оборудования 3-10 кВ. Для указанных целей надо знать сверхпереходный ток двигателя , ударный ток , периодическую и апериодическую составляющие тока в произвольный момент t переходного процесса и в момент отключения к. з. t, т. е. .

Общее выражение для периодической составляющей тока асинхронного двигателя спустя время t после начала к. з. имеет вид

где I" - сверхпереходный ток; I' - переходный ток; T" и T' - постоянные времени затухания сверхпереходного и переходного токов соответственно.

Периодический ток синхронного двигателя содержит установившийся ток , поэтому для него выражение периодической составляющей будет иметь вид:

Учет двух составляющих свободного тока с постоянными Т" и T' делает расчет периодического тока двигателя достаточно громоздким. Значения с приемлемой для практических расчетов точностью можно получить, пользуясь упрощенной формулой, где вместо двух экспонент принята одна экспонента с расчетной постоянной времени (определение см. ниже).

Упрощенное выражение для периодической составляющей тока для асинхронного двигателя имеет вид

для синхронного двигателя

Апериодическую составляющую тока к. з. синхронного или асинхронного двигателя можно представить выражением

где - постоянная времени апериодического тока.

Наибольший апериодический ток будет при начальном значении , равном

тогда

Приведенные выражения токов справедливы для единичного двигателя. В случае группы двигателей производят замену группы эквивалентным двигателем (см. ниже) и определяют все расчетные токи () от группы двигателей как токи от единичного эквивалентного двигателя.

Сверхпереходный ток двигателя

Сверхпереходный ток - это действующее значение периодической составляющей тока в начальный момент к. з. Подставив t=0 в общее выражение тока найдем:

Ток I" определяют как:

где Е" - сверхпереходная э. д. с. двигателя; х" - сверхпереходное индуктивное сопротивление.

Значение Е" зависит от параметров двигателя и его загрузки до к. з.; его можно найти приближенно по соотношению

где - напряжение, ток и фазовый угол двигателя в нагрузочном режиме.

Знак "-" соответствует асинхронному двигателю и недовозбужденному синхронному, знак "+"- перевозбужденному синхронному двигателю. При отсутствии исходных данных можно принимать Е"=0,9 для асинхронного двигателя и Е" = 1,1 для синхронного.

Сверхпереходное индуктивное сопротивление х" для асинхронного двигателя в каталоге обычно не приводится, поэтому сверхпереходный ток его определяют по кратности пускового тока :

Для синхронного двигателя и асинхронного двигателя типа ВДД следует принимать

Ударный ток двигателя

Общее выражение ударного тока для двигателя то же, что и для генератора (см. раздел):

Так как постоянные времени затухания периодической и апериодической составляющих тока у двигателя близки друг к другу, то при определении следует учитывать затухание обеих составляющих, т. е.

где - действующее значение периодического тока при t=0,01 с, - апериодический ток при t=0,01 с.

Используя приведенную выше упрощенную формулу для тока , получим следующее выражение для ударного коэффициента:

Средние значения и для разных серий асинхронных двигателей даны в табл. 38-8.

Ударный коэффициент можно приближенно определить по рис. 38-41, где дана зависимость от номинальной мощности асинхронного двигателя.

Для синхронных двигателей ударный коэффициент обычно лежит в пределах 1,75-1,9, причем верхнее значение относится к наиболее мощным двигателям (по 10-12 МВт в единице).

Таблица 38-8 Средние значения постоянных времени для серий асинхронных двигателей

Серии асинхронных двигателей

Расчетные постоянные времени, с

АО

ДАЗО

АТД

ATM

ВДД

ДВДА

ДАМСО

0,04

0,1

0,04

0,0006/Sн

0,075

0,06

0,07

0,044

0,028

0,01

0,04

0,058

0,043

0,07

0,04

0,035

Рис. 38-41. Значения ударного коэффициента для асинхронных двигателей.

Токи двигателя в переходном процессе короткого замыкания. Ток к моменту отключения короткого замыкания

При расчете тока к.з. от двигателей для проверки аппаратов РУ или выбора релейной защиты периодическую составляющую тока от асинхронного двигателя можно определить по упрощенному выражению

где - расчетная постоянная времени периодического тока; - сверхпереходное индуктивное сопротивление, определяемое по кратности пускового тока; - активное сопротивление ротора при номинальном скольжении, приведенное к статору.

Апериодические составляющие тока синхронного и асинхронного двигателя при наибольшем ее начальном значении определяют по выражению

где постоянная времени апериодического тока; - активное сопротивление статорной цепи, включая внешнее сопротивление до точки к. з.

При отсутствии точных параметров значения и для асинхронного двигателя следует принимать по табл. 38-8.

Упрощенное выражение для периодической составляющей тока синхронного двигателя без учета форсйровки возбуждения имеет вид

где - сверхпереходный ток двигателя; - установившийся ток двигателя.

Синхронная э. д. с. примерно пропорциональна току возбуждения в предшествующем режиме:

Для определения периодического и апериодического токов двигателя к моменту отключения к. з. в выражениях токов и следует подставить t=t - расчетное время отключения.

Периодический ток двигателя к моменту отключения:

- асинхронный двигатель;

-синхронный двигатель.

Апериодический ток двигателя к моменту отключения

Ток короткого замыкания от группы двигателей

На некоторых установках к шинам 3-10 кВ подключен ряд двигателей, в общем случае различных по типу и мощности. При оценке результирующего влияния всех двигателей на ток к. з. в месте повреждения целесообразно все двигатели или отдельные группы их заменить одним эквивалентным двигателем. При эквивалентировании должны быть выполнены условия; периодическая и апериодическая составляющие тока в момент t переходного процесса от группы двигателей и от эквивалентного двигателя должны быть равны друг другу с допустимой погрешностью. При малой продолжительности к. з. (до 0,2 с) можно эквивалентировать совместно группу из синхронных и асинхронных двигателей. В этом случае условия эквивалентирования группы из n двигателей будут:

Сверхпереходный ток эквивалентного двигателя определяют как сумму сверхпереходных токов отдельных двигателей:

Постоянные времени и эквивалентного двигателя следует определять как средневзвешенные величины в зависимости от сверхпереходных токов отдельных двигателей:

Периодическая и апериодическая составляющие тока к. з. от группы двигателей (или эквивалентного двигателя) равны:

При продолжительности к. з. более 0,2 с синхронные двигатели следует учитывать отдельно.

Учет токов короткого замыкания двигателей в установках собственных нужд 3-6 кВ тепловых электростанций

При выборе аппаратов и кабелей сети 3- 6 кВ собственных нужд тепловых станций с мощными блоками следует учитывать подпитку от двигателей с. н. 3-6 кВ. При определенной мощности генератора и пылеугольном топливе состав двигателей с. н. блока примерно одинаков. Это позволяет упростить учет токов к. з. от двигателей с. н.

Использованием изложенного выше метода эквивалентирования двигателей получены параметры эквивалентного двигателя, заменяющего группу двигателей, подключенных к секции с. н. одного блока. Если секция получает питание от трансформатора с расщепленной обмоткой, то учитываются двигатели одной .полусекции, связанные электрически.

В табл. 38-9 приведены параметры эквивалентного двигателя для с. н. блоков 100- 300 МВт. Даны значения ударного коэффициента и коэффициентов и , характеризующие периодический и апериодический токи двигателя к моменту отключения к. з.

Время отключения принято t=0,1 с. Суммарная номинальная мощность двигателей и суммарный номинальный ток должны быть известны для конкретной станции. При отсутствии точных данных можно принимать номинальную мощность двигателей с. н. 6 кв блока равной 6-8% мощности блока.

По данным табл. 38-9 ток к. з. от двигателей с. н. секции блока определяют следующим образом.

Сверхпереходный ток