Опыт эксплуатации лабораторий мощности отключения у нас и за рубежом показывает, что в зависимости от способа возбуждения ударного генератора различают четыре разновидности схем проведения испытаний:
- Схема внезапного короткого замыкания при нормальном возбуждении генератора.
- Схема ударного возбуждения (схема Сименса).
- Схема внезапного короткого замыкания с форсировкой возбуждения.
- Схема возбуждения ударного генератора с закорачиванием ротора в момент короткого замыкания.
Схема внезапного короткого замыкания при нормальном возбуждении генератора
Рис. 35. Принципиальная схема внезапного короткого замыкания при нормальном возбуждении ударного генератора.
Эта схема характеризуется наибольшей простотой методики проведения испытаний. Принципиальная схема внезапного короткого замыкания, по которой проводится опыт, с нормальным возбуждением генератора представлена на рис. 35. При испытании по схеме внезапного короткого замыкания в разомкнутую цепь статора синхронного генератора СГ вводится замкнутый испытуемый выключатель ИВ. При испытании генератор возбуждается вхолостую до требуемого напряжения, а затем цепь статора замыкается накоротко при помощи оперативного выключателя ОВ (или включающего аппарата ВА, или короткозамыкателя КЗ — эти термины равнозначны). Через определенный промежуток времени после включения ВА испытуемый выключатель ИВ размыкается, разрывая ток внезапного короткого замыкания, т. е. ИВ подвергается испытанию на отключающую способность.
Операции управления опытом имеют такую последовательность. Сначала включают разгонный двигатель АД, который доводит генератор до нормального числа оборотов. Через некоторый промежуток времени включают разгонный двигатель возбудителя и начинают возбуждать генератор СГ до номинального напряжения. Возбуждение возбудителя В производится постоянным током через контакторы Κ1 и К2. Возбуждение регулируется реостатом Rв в цепи обмотки возбуждения возбудителя. При возбуждении генератора до номинального напряжения включается ПАУ. Сначала ПАУ подает импульс тока на включающую катушку оперативного выключателя ОВ, который включает короткозамкнутую цепь, а затем ПАУ подает импульс на отключение испытуемого выключателя ИВ, который разрывает дугу. Для защиты генератора, при отказе испытуемого выключателя погасить дугу, ПАУ, через заданную выдержку времени, в течение которой ИВ должен произвести разрыв цепи короткого замыкания, подает импульс на отключение защитного выключателя ЗВ и одновременно на реверс поля, для гашения магнитного поля генератора СГ. Реверс поля осуществляется путем переключения контактора К2 (рис. 35). Для того чтобы исключить разрыв в цепи обмотки возбуждения, в момент переключения контактора К2, обмотка замыкается на сопротивление R2. Управляющие электрические импульсы от ПАУ подаются с учетом собственного времени работы защитного выключателя и контактора Кг таким образом, чтобы оба процесса начинались одновременно. Момент прекращения возбуждения генератора определяется при помощи нулевого тиратронного реле (рис. 34) — отключением контактора К1. Восстанавливающееся напряжение в момент размыкания (если не учитывать высокочастотный процесс, связанный с разрывом дуги) равно произведению силы тока статора Iк на сверхпереходную реактивность, при трехфазном испытании:
и произведению силы тока короткого замыкания на сумму сверхпереходной реактивности и реактивности обратной последовательности,
деленной на
при двухфазном коротком замыкании (82):
Достоинством данной схемы является ее простота и отсутствие необходимости применения мощных возбудительных систем для ударного генератора. При работе по схеме внезапного короткого замыкания без ВА испытуемый выключатель может быть подвергнут испытанию последовательно на включающую и отключающую способность. К основным недостаткам этого метода следует отнести большую скорость затухания тока короткого замыкания и наличие апериодической составляющей в токе статора генератора.
Первый недостаток требует свести к минимуму продолжительность протекания тока короткого замыкания, т. е. ограничивает продолжительность опыта. При испытании же выключателей с большим временем горения дуги неизбежно значительное уменьшение величины отключаемого тока, а следовательно, и понижение мощности отключения в связи с быстрым затуханием симметричной составляющей тока. Второй недостаток приводит к тому, что уменьшается величина мощности отключения, на которую может быть использован генератор, при условии, что она лимитируется величиной максимально допустимого тока генератора. Для уменьшения величины апериодической составляющей тока, что приведет соответственно к возможности увеличения симметричной составляющей тока, можно использовать устройство для включения ударного генератора в заданную фазу напряжения (см. § 21). Таким образом, схема с нормальным возбуждением генератора характеризуется наличием апериодической составляющей и быстрым затуханием симметричной составляющей тока. Схема применяется для испытания выключающих аппаратов на отключающую способность и испытания коммутационной аппаратуры на динамическую устойчивость.
Схема ударного возбуждения (схема Сименса)
При испытании по схеме ударного возбуждения обеспечивается максимальное использование генератора по току. Цепь короткого замыкания создается предварительно. Испытуемый выключатель включается в цепь статора генератора и замыкается при невозбужденном генераторе. После того как генератор разогнан до номинальных оборотов, производится ударное возбуждение генератора, т. е. к обмотке ротора внезапно прикладывается постоянное напряжение, и в цепях ротора и статора появляются нарастающие токи. При достижении током статора заданной величины испытуемый выключатель отключает ток короткого замыкания. В момент размыкания контактов ИВ восстанавливающееся напряжение определяется величиной отключаемого тока и реактивностью цепи статора. В процессе испытания напряжение генератора нарастает в соответствии с величиной напряжения, приложенного к кольцам ротора при ударном возбуждении, и может достигнуть опасной величины. Для исключения опасного возрастания напряжения после отключения короткого замыкания применяется надежная система гашения поля. Надежным способом гашения поля является также метод реверсирования возбуждения возбудителя, при котором полярность напряжения на кольцах ротора генератора изменяется, чем обеспечивается быстрое размагничивание генератора. По окончании процесса развозбуждения контактор выключает питание обмотки возбуждения возбудителя.
Схема Сименса дает возможность исключить постоянную составляющую из тока короткого замыкания, что позволяет в значительной степени увеличить симметричную мощность короткого замыкания генератора и уменьшить электродинамические усилия в обмотке генератора. Схема Сименса в настоящее время не применяется.
Схема внезапного короткого замыкания с форсировкой возбуждения
Испытания с форсировкой возбуждения генератора проводятся по той же схеме (рис. 35), что и для нормального возбуждения, но имеют свои особенности. Эта схема включает элементы как первой, так и второй рассмотренных выше схем. Возбудитель генератора здесь, так же, как и во второй схеме, выбирается большой мощности, с расчетом на установившийся ток короткого замыкания. Перед коротким замыканием генератор возбуждается при работе на холостом ходу до номинального напряжения. При этом генератор может работать в возбужденном состоянии до начала опыта не более одной минуты. В цепь возбуждения генератора включается добавочное сопротивление, так называемое балластное сопротивление Rб, величиной порядка десятикратного от сопротивления роторной обмотки. При коротком замыкании в цепи статора, которое создается или включением ИВ, с последующим его отключением, или включением включающего аппарата ВА при включенном состоянии ИВ, за несколько периодов до короткого замыкания (0,05—0,1 сек), балластное сопротивление закорачивается, и напряжение на кольцах ротора увеличивается. При замыкании балластного сопротивления Rб уменьшается общее сопротивление цепи возбуждения, что приводит к росту тока возбуждения и тока статора ударного генератора. Однако ток возбуждения и напряжение на зажимах статора не могут заметно увеличиться за малый промежуток времени в несколько периодов и короткое замыкание происходит при номинальном напряжении. Далее, в ходе короткого замыкания, ток возбуждения возрастает и к началу размыкания контактов испытуемого выключателя достигает значения тока возбуждения при внезапном коротком замыкании, то есть компенсирующего реакцию якоря. Схема с форсировкой возбуждения обеспечивает высокую мощность отключения, так же, как и в схеме ударного возбуждения Сименса, но в отличие от нее дает возможность испытывать выключатели на включающую способность. Последовательность операций при проведении опыта по схеме с форсировкой возбуждения до момента шунтирования балластного сопротивления не отличается от первой схемы. Момент замыкания балластного сопротивления обычно совпадает с моментом включения оперативного выключателя ВА и производится при помощи ПАУ, но с некоторым опережением по отношению к моменту начала короткого замыкания. Величина этого опережения при постоянной величине балластного сопротивления влияет на степень форсировки и компенсации затухания переходной составляющей тока короткого замыкания. Эта схема наиболее совершенна и позволяет достигнуть практического постоянства симметричной составляющей тока. Установка на ударных генераторах должна позволять испытывать выключатели как с малой, так и с большой длительностью горения дуги. Этим условиям наиболее удовлетворяет схема внезапного короткого замыкания с форсировкой возбуждения.
Схема возбуждения ударного генератора с закорачиванием ротора в момент короткого замыкания
Эта схема разработана в ВЭИ им. В. И. Ленина и освещена в работе В. Д. Ляшенко по исследованию методов снижения затухания тока в ударных генераторах [63]. Применяемая в ВЭИ одна из схем возбуждения генератора ТИ-12-2 показана на рис. 36. Ударный генератор разгоняется до номинальных оборотов и возбуждается на холостом ходу до требуемого напряжения. Обмотка возбуждения генератора питается от подвозбудителя, мощность которого примерно в 20 раз меньше мощности возбудителя и составляет 50 квт. Возбуждение регулируется реостатом Кв в цепи обмотки возбуждения подвозбудителя. Балластное сопротивление Rб шунтируется контактором Κ4. В момент начала опыта посредством ПАУ производятся следующие операции: а) включение ВА, чем создается цепь короткого замыкания для ИВ; б) одновременное замыкание контактора Κ1, закорачивающего обмотку возбуждения генератора ТИ-12-2 накоротко; в) отключение контактора К2 для отделения подвозбудителя от короткозамкнутой цепи ротора и снятия напряжения с обмотки возбуждения подвозбудителя.
Ток короткого замыкания в этом случае поддерживается за счет магнитной энергии, запасенной в обмотке ротора генератора к моменту замыкания ротора накоротко. При замыкании ротора параметры цепи возбуждения изменяются, за счет отключения подвозбудителя ПВ с сопротивлением Rпв. Постоянные времени затухания
где L и Rр — индуктивность и сопротивление обмотки возбуждения генератора, Rв — сопротивление якоря возбудителя, которые при этой схеме испытания будут такими, что
.
Опыты ВЭИ показали [63], что постоянная времени контура возбуждения генератора ТИ-12-2, при рассматриваемом способе возбуждения, увеличилась с 5 до 7,5 сек. В настоящее время, в связи с тенденцией уменьшения собственного времени отключения выключателей, применение метода возбуждения с последующим коротким замыканием ротора стало возможным в большом количестве опытов при испытаниях быстродействующих выключателей.
Энергии, получаемой ударным генератором от вспомогательного возбудительного агрегата ПВ, вполне достаточно для таких испытаний.
Рис. 36. Схема возбуждения ударного генератора типа ТИ-12-2 с закорачиванием ротора в момент короткого замыкания.
