Ударные генераторы и особенности их конструкции
В настоящее время для испытания выключающих аппаратов ЛМО оборудованы специальными генераторами ударной мощности. Эти генераторы отличаются от нормальных синхронных генераторов, рассчитанных на длительную отдачу электрической энергии, тем, что должны отдавать свою мощность в течение весьма короткого промежутка времени, исчисляемого Долями секунды.
Для испытания выключателей высокого напряжения применяются трехфазные ударные генераторы.
Для получения больших значений тока, необходимого для исследования сверхсильных магнитных полей по методу акад. П. Л. Капицы, следует отметить созданный однофазный импульсный синхронный генератор Капицы—Костенко. Цепь статора такого генератора для получения тока одного направления закорачивалась при помощи выключателя специальной конструкции в момент прохождения тока через максимальное значение и размыкалась в момент прохождения первой полуволны через нулевое значение.
Первый импульсный генератор Капицы—Костенко был разработан в 1924 г. под руководством акад. Μ. П. Костенко и изготовлен заводом «Электросила».
Ударные генераторы для испытания выключающих аппаратов высокого напряжения в многополюсном исполнении начали изготовлять в 1916 г. Эти генераторы обладали относительно высоким значением сверх переходной индуктивности Xd. Самый крупный из выпущенных в этот период — ударный генератор мощностью в 100 МВА позволял получать мощность отключения порядка 500 МВА [59].
В дальнейшем фирмой «Метрополитен-Виккерс» в 1925 г. был построен первый двухполюсный быстроходный ударный генератор. Понижение величины сверхпереходной индуктивности позволило увеличить мощность отключения при коротком замыкании.
Эти два направления в конструировании ударных генераторов существуют и в настоящее время. Первое направление — применение турбогенераторов с низким значением сверхпереходной реактивности (Xd). В этом случае мощность короткого замыкания повышается. Однако при этом имеется значительное затухание симметричной составляющей тока короткого замыкания. Возможности компенсации затухания симметричной составляющей во время сверхпереходного процесса практически отсутствуют. Наличие быстрого затухания симметричной составляющей тока и напряжения турбогенератора затрудняет проведение полноценных испытаний выключателя по стандартному циклу согласно ГОСТ 687—67. Второе направление заключается в применении генераторов с явно выраженными полюсами. Ток короткого замыкания в основном определяется величиной X'd, сверхпереходный процесс практически отсутствует. При форсировке возбуждения можно достигнуть почти полной компенсации затухания тока короткого замыкания. Это позволяет осуществить полноценные испытания выключателя по стандартным циклам.
Ударные генераторы для лабораторий мощности отключения должны удовлетворять следующим основным требованиям:
1. Обладать возможно большей мощностью короткого замыкания для данных габаритных размеров.
2. Иметь высокую механическую и термическую устойчивость обмоток при коротком замыкании, допускающую многократные короткие замыкания.
3. Иметь достаточно высокую электрическую прочность изоляции обмоток, чтобы противостоять частым коммутационным перенапряжениям, возникающим при отключениях коротких замыканий.
Таблица 2
Основные данные лабораторий мощности отключения европейских фирм в начальный период развития
Основным требованием, определяющим конструкцию ударных генераторов, является обеспечение минимального реактивного сопротивления рассеяния для получения наибольших значений тока короткого замыкания, необходимого для испытаний.
У синхронных генераторов проводимость потоков рассеяния характеризуется следующими составляющими: 1) пазовой проводимости, 2) зубцовой проводимости и 3) проводимости потока рассеяния лобовых частей.
На рис. 8 представлены, в общем виде, геометрические размеры основных узлов генератора, которые влияют на величину проводимости λ', и приведены формулы для подсчета этих проводимостей. Из приведенного видно, что рассеяние в генераторе возрастает: а) с увеличением глубины паза; б) с уменьшением ширины паза; в) с уменьшением открытой части паза; г) с увеличением зазора; д) с увеличением длины лобовых частей обмотки [59, 61].
Другим важным фактором, влияющим на величину потоков рассеяния, является насыщение стали. Здесь решающую роль играет уменьшение проводимости потоков рассеяния поперек паза (рис. 8, а). Насыщение стали в этих местах зависит главным образом от величины тока в стержне паза. В ударных генераторах обычно применяются следующие мероприятия для снижения реактивного сопротивления: а) уменьшение числа витков статорной обмотки; б) применение статорного паза большой ширины и малой глубины (отношение l/b = 2, вместо 10 для обычных генераторов);
в) применение пазов открытого типа; г) уменьшение воздушного зазора до 10—20 мм, вместо 20—50 мм; д) увеличение индукции в стали, которое дает возможность уменьшить число витков, что допустимо в связи с кратковременностью действия машины; е) экранировка лобовых соединений статорной обмотки.
Последний фактор получил преимущественное распространение в СССР. Лобовые части ударного генератора завода «Электросила» зажаты между двумя кольцами — латунными снаружи и из немагнитного материала (чугун) внутри. Эти кольца компенсируют потоки рассеяния лобовых частей и одновременно осуществляют механическое их крепление. Правда, они несколько увеличивают потери в статоре при переходных токах. В СССР выпускаются двухполюсные ударные генераторы с мощностью 12, 25, 75 и 100 Мвт.
Из четырех полюсных ударных генераторов можно отметить: ударный генератор ДЖИИ, 125 Мвт, с ударной мощностью 1000 МВА; генератор АСЕА — 150 Мвт, с ударной мощностью 2500 МВА и Японский — 150 Мвт с ударной мощностью 3500 МВА и др. Представление о развитии строительства лабораторий мощности отключения дает табл. 2.
В СССР первая лаборатория была построена в ВЭИ им. В. И. Ленина в период 1938—1941 гг. Ее испытательная мощность не превышала 200 МВА. Однако развитие синтетических схем позволило увеличить мощность отключения и создать надежную коммутационную аппаратуру. Перейдем к рассмотрению параметров ударных генераторов отечественного производства.
