Гасінням поля називається процес, що полягає в швидкому зменшенні магнітного потоку збудження генератора до величини, близької до нуля. При цьому відповідно зменшується ЕРС генератора.
Гасіння магнітного поля набуває особливого значення при аварійних режимах, викликаних ушкодженнями усередині самого генератора або на його висновках.
Короткі замикання всередині генератора зазвичай відбуваються через електричну дугу - саме ця обставина обумовлює значне пошкодження обмоток статора і активної сталі. Це тим більш імовірно, що ток IК> при внутрішньому пошкодженні може бути більше струму при короткому замиканні на виводах генератора. В такому випадку швидке гасіння поля генератора необхідно, щоб обмежити розміри аварії і запобігти вигоряння обмотки і стали статора.
Таким чином, при внутрішніх коротких замикань в генераторах необхідно не тільки відключити їх від зовнішньої мережі, а й швидко погасити магнітне поле збудження, що призведе до зменшення ЕРС генератора і згасання дуги.
Для гасіння поля необхідно відключити обмотку ротора генератора від збудника. Однак при цьому внаслідок великої індуктивності обмотки ротора на її затискачах можуть виникнути великі перенапруги, здатні викликати пробою ізоляції. Тому гасіння поля потрібно виконувати таким чином, щоб одночасно з відключенням збудника відбувалося швидке поглинання енергії магнітного поля обмотки ротора генератора, так щоб перенапруги на її затискачах не перевищували допустимого значення.
В даний час в залежності від потужності генератора і особливостей його системи збудження використовуються три способи гасіння магнітного поля:
- замикання обмотки ротора на гасітельних (активне) опір;
- включення в ланцюг обмотки ротора дугогасительной решітки швидкодіючого автомата;
- противовключением збудника.
У перших двох способах передбачається здійснення необхідних переключень в ланцюгах збудження за допомогою спеціальних комутаційних апаратів, які називають автоматами гасіння поля (АГП).
При замиканні обмотки ротора генератора на спеціальне опір процес гасіння магнітного поля сильно затягується, тому в даний час найбільшого поширення набув більш дієвий спосіб гасіння магнітного поля генератора за допомогою АГП з дугогасительной гратами (рис.1).
Рис.1. Схема електричних ланцюгів при гасінні поля
генератора автоматом з дугогасящей гратами
При короткому замиканні в генераторі реле захисту KL спрацьовує і своїми контактами відключає генератор від зовнішньої мережі, впливаючи на електромагніт відключення YAT вимикача, а також подає імпульс на відключення АГП.
Автомат має робочі 2 і дугогасильні 1 контакти, які при нормальній роботі генератора замкнуті. Контакти 3 АГП вводять при відключенні автомата додатковий опір RД в ланцюг збудження збудника, знижуючи струм збудження останнього. АГП забезпечений гратами з мідних пластин 4 при відстані між ними 1,5-3 мм.
При відключенні автомата спочатку розмикаються робочі контакти, а потім дугогасильні, причому дуга, що виникає на них, затягується за допомогою магнітного дуття в дугогасительную грати і розбивається на ряд послідовних коротких дуг.
Коротка дуга є нелінійним активним опором, падіння напруги на якому зберігається практично постійним, рівним 25-30 В, незважаючи на зміну струму в дузі в широких межах.
Загальне падіння напруги на дузі одно:
де UK - напруга на короткій дузі;
n - число послідовних дугових проміжків в решітці.
Таким чином, в момент входження дуги в решітку автомата напруга на ній відразу зростає до UД і практично залишається незмінним до згасання дуги.
Число пластин в решітці вибирається таким, щоб UД перевершувало Uf, піт - стельове напруга збудника. При цьому дуга існує, поки є запас енергії магнітного поля обмотки збудження генератора.
Якщо знехтувати падінням напруги в активному опорі обмотки ротора, що допустимо для великих синхронних генераторів, то рівняння перехідного процесу прийме наступний вигляд:
Електрорушійна сила самоіндукції обмотки збудження при зміні струму if дорівнює Ldif / dt. Вона визначить різницю потенціалів на обмотці ротора. Чим вище швидкість зміни струму dif / dt, тим більше ЕРС самоіндукції. За умовою електричної міцності ізоляції обмотки ротора ця ЕРС не повинна перевищувати Um. Так як в процесі гасіння має практично постійне значення, то рівняння (2) за умови максимальної швидкості гасіння поля в усі час перехідного процесу буде мати вигляд:
При цьому слід мати на увазі, що протягом періоду гасіння поля Uf практично не змінюється.
Отже, в процесі гасіння поля генератора розрядом на дугогасительную грати напруга на обмотці ротора буде мати постійне значення, в межі рівна Um. Струм в обмотці ротора if буде змінюватися з постійною швидкістю, так як
Рис.2. Процес зміни струму і напруги
в обмотці ротора при гасінні магнітного поля
Час гасіння поля з використанням описаної вище схеми складає 0,5-1 с. Процес зміни струму в обмотці ротора і напруги на її затискачах представлений на рис.2. В даному випадку умови гасіння поля близькі до оптимальних.
При гасінні поля, створюваного невеликим струмом, дуга в проміжках між пластинами горить нестійкий, особливо при підході струму до нульового значення. Через згасання дуги в одному з проміжків обривається весь ланцюг струму, що супроводжується перенапруженнями в ланцюзі збудження.
Для того щоб підхід струму до нульового значення був плавним, решітка шунтируется спеціальним набором опорів 5 (див. Рис.1). При такій схемі дуга гасне не вся відразу, а по секціях, що сприяє зменшенню перенапруг.
В даний час вітчизняні заводи виготовляють АГП даної конструкції на номінальні струми 300-6000 А.
Технічні дані АГП
У табл.1 наведені основні параметри АГП для великих синхронних машин.
Гасіння поля противовключением збудника застосовується зазвичай для генераторів з тиристорним збудженням. При цьому (рис.3) відключається автомат гасіння поля і головні вентилі переводяться в інверторний режим. Магнітне поле підзбудника гаситься після гасіння поля головного генератора за рахунок инвертирования випрямлячів, що живлять його обмотку збудження. Якщо останній процес буде неуспішним, то поле гаситься за допомогою опору Rг. включається контактом 5. Час гасіння поля основного генератора може бути дуже малим, але приймається таким як і в попередньому випадку, щоб уникнути надмірних перенапруг в обмотці збудження.
Рис.3. Гасіння поля при незалежному тиристорному порушення генератора
1 - АГП, 2 - введення резервного збудження,
3 - головний тиристорний збудник,
4 - тиристорний збудник допоміжного генератора,
5 - контакти гасіння поля (Rг - опір гасіння поля)