Учёт подпитки синхронных и асинхронных электродвигателей при расчёте токов короткого замыкания

Точка КЗ в СЭС может питаться не только от ЭЭС или отдельных электростанций, но и от электродвигателей, которые при внезапном КЗ в СЭС продолжают по инерции вращаться, переходят в генераторный режим и генерируют ток к месту повреждения. В переходном процессе этот ток у синхронного двигателя спадает до установившегося значения (определяется током возбуждения), у асинхронного двигателя - до нуля. Увеличение тока в месте КЗ из-за перехода двигателей в генераторный режим может быть весьма существенным, если мощный двигатель или группа двигателей подключены вблизи точки КЗ, что характерно для сетей и электроустановок напряжением 6-10 кВ с двигателями мощностью 1000 кВт и более.

При расчете токов КЗ обычно учитывают только те двигатели, которые связаны с местом КЗ непосредственно через КЛ или токопроводы, линейные реакторы или двухобмоточный трансформатор. Не учитывают токи, генерируемые двигателями, подключенными к секции промышленной подстанции, которая связана с другой секцией, где имеется КЗ, через трансформатор с расщепленной обмоткой или через сдвоенный реактор. В этом случае надо учитывать токи только тех двигателей, которые присоединены ко второй секции.

Ток, генерируемый двигателями, учитывают при проверке аппаратов и проводников РУ 6-10 кВ по условиям КЗ, а также при расчете релейной защиты электроустановок. С этой целью определяют сверхпереходный ток двигателя , ударный ток , а также периодическую ,  и апериодическую ,  составляющие тока в любой момент t переходного процесса и в момент t отключения КЗ. При определении токов, генерируемых двигателями в случае КЗ, за базисные величины принимают номинальные напряжения и мощность (ток) двигателей.

Методика расчета токов КЗ с учетом электродвигателей зависит от места их размещения в расчетной схеме. Расчетные схемы могут быть двух видов:

1) радиальные, в которых каждый двигатель связан с точкой КЗ индивидуальным внешним сопротивлением  (рис. 5.13, а);

2) сложные, в которых точка КЗ находится за общим сопротивлением группы двигателей (рис. 5.13, б) или за общим сопротивлением группы двигателей и системы (рис. 5.13, в).

При включении по радиальной схеме разнотипных двигателей их следует учитывать индивидуально. Остальная часть схемы должна быть преобразована относительно точки КЗ для определения ее результирующего сопротивления и расчета соответствующего тока КЗ /З.

В случае асинхронного двигателя начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ с учетом внешнего сопротивления, через которое двигатель подключен к сборным шинам подстанции, определяется выражением

                                                                      (5.21)

где  - сверхпереходная э.д.с.  двигателя, определяемая по формуле (5.1);  - сверхпереходное сопротивление двигателя, определяемое по формуле (2.1). При отсутствии исходных данных приближенно считают, что  = 0,9.

Полное внешнее сопротивление можно не учитывать при  (сопротивление кабелей длиной не более 200-300 м и сечением не менее 50-70 мм²). В этом случае при расчетах сверхпереходный ток находят по формулам:

Рис. 5.13. Расчетные схемы с электродвигателями

для асинхронных двигателей (кроме серий ВДД и ДВДА)

                                                                                                   (5.22)

для таких же двигателей серий ВДД и ДВДА

                                                                                               (5.23)

Если внешнее сопротивление  >  то его необходимо учитывать в расчете. При этом сверхпереходный ток определяют по формулам:

для асинхронных двигателей (кроме серий ВДД и ДВДА)

                                                                                  (5.24)

для таких же двигателей серий ВДД и ДВДА

                                                                              (5.25)

Периодическая составляющая тока КЗ, создаваемая асинхронным двигателем в произвольный момент времени переходного процесса, определяется выражением

                                                                                       (5.26)

где  - расчетная постоянная времени периодического тока двигателя при КЗ на его зажимах (табл. 5.2). Для двигателей серии АТД

где  - номинальное скольжение, %.

Если внешнее сопротивление, через которое двигатель подключен к сети, учитывают, то постоянную времени, входящую в (5.26),. определяют по формуле

                                                                                       (5.27)

Таблица 5.2. Значения постоянных времени и ударных коэффициентов асинхронных двигателей при КЗ на их зажимах

В случае синхронного двигателя начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ с учетом внешнего сопротивления также вычисляют по (5.21), но вместо  подставляют . Э.д.с.   при этом находят по формуле (5.1), считая, что до КЗ двигатель работал в номинальном режиме с перевозбуждением (= 1, = 1). Если за базисные величины приняты мощность , напряжение  и ток , то в (5.21) должны быть базисными ток и сопротивления. При отсутствии исходных данных приближенно принимают = 1,1.

Рис. 5.14. Расчетные кривые для определения тока КЗ, создаваемого синхронными двигателями

Для определения начального действующего значения периодической составляющей тока КЗ, создаваемого синхронным двигателем, можно воспользоваться также выражением (5.23) или (5.25).

Периодическую составляющую тока КЗ в любой момент времени аварийного процесса находят по расчетным кривым для синхронных двигателей (рис. 5.14), где она выражена в долях начального тока КЗ , т. е.