3.8. Влияние параметров на величину переходных токов

Ударные токи короткого замыкания в машинах переменного тока могут достигать 15-ти кратного значения от номинального. Максимальная кратность ударного тока трехфазного короткого замыкания может быть грубо оценена как (о.е).

В синхронных машинах сопротивление в первую очередь зависит от наличия демпферной обмотки на роторе. Чем мощнее демпферная система на роторе, тем лучше она выносит несимметричные режимы и тем меньше изменение напряжения в сети, питаемой синхронным генератором при внезапном изменении нагрузки.

Вместе с тем, установка более мощной демпферной системы приводит к уменьшению и, следовательно, к увеличению ударных токов короткого замыкания. В турбогенераторах самый массив стали ротора является мощной демпферной системой, поэтому максимальные токи КЗ в турбогенераторах достигают 18-19-ти кратной величины от номинальной. Гидрогенераторы в ряде случаев выполняются без демпферной системы. Кратность ударного тока КЗ в этом случае составляет 5-6.

В токах КЗ статора синхронной машины принято выделять апериодическую затухающую составляющую (асимметричную) и периодическую (симметричную), переходящую после затухания в установившуюся составляющую КЗ. При напряжении, равном единице, симметричная составляющая тока в о.е.

(3.31)

а апериодическая слагающая

Апериодическая составляющая фазного тока соответствует току, вызванному затухающими потокосцеплениями, почти неподвижными по отношению к статору. Величина этого тока определяется средней эквивалентной реактивностью статора при различных положениях ротора. Эта реактивность равна при совпадении оси затухающих потоков с продольной осью d, и - при совпадении с поперечной осью q. При отсутствии демпферных контуров по оси q реактивность.

Средняя реактивность для неподвижных потокосцеплений близка к реактивности обратной последовательности

(3.32)

Максимальное значение апериодической составляющей при напряжении статора, равном единице, не превышает Затухание ее, определяемое омическим сопротивлением цепи статора, будет происходить по экспоненциальному закону с постоянной времени T_a

. (3.33)

При двухфазном КЗ максимальная кратность тока:

. (3.34)

Как правило, при двухфазном КЗ максимальная кратность тока несколько ниже соответствующих токов (симметричных и асимметричных) при трехфазном КЗ. Тем не менее, такие замыкания являются в ряде случаев наиболее опасными, так как создают наибольшие вращающие динамические моменты на валу и значительные перенапряжения на свободной неповрежденной фазе.

При однофазных КЗ кратность ударного тока пропорциональна

(3.35)

где x₀ – реактивность нулевой последовательности (при условии заземления нейтрали).

Этот ток может быть больше тока трехфазного КЗ на 30-40%. Поэтому нейтраль обмотки статора, как правило, не заземляют, или заземляют через специальные реакторы, называемые дугогасящими (в береговых системах).

Особенно большие кратности токов имеют место при неправильной синхронизации машины в момент включения синхронной машины в сеть. В этом случае токи могут быть вдвое больше по величине, чем при коротких замыканиях, то есть кратность ударного тока может доходить до 30 от номинального. Однако для судовых режимов несинхронного включения в сеть кратность тока будет существенно меньше. Это связано с тем, что переходные сопротивления явнополюсных машин меньше чем у неявнополюсных. Кроме того, сеть на судне никогда нельзя считать сетью бесконечно большой мощности, то есть обладающей нулевым внутренним сопротивлением. Внутреннее сопротивление сети находится как

(3.36)

где - мощность короткого замыкания.

Для несинхронного включения при неблагоприятных фазовых соотношениях между ЭДС подключаемого генератора и напряжением сети может образоваться ток, превосходящий ток к.з., из-за малости

(3.37)

Значительные анормальные токи могут иметь место при самовозбуждении синхронной машины. Эти токи имеют частоту, отличающуюся от частоты сети и кратность доходящую до пяти крат от номинального тока.