В соответствии с ГОСТ 52565 для ВВ обязательным являются испытания на ток КЗ с апериодической составляющей.
В первом приближении, схемная модель для анализа КЗ с апериодической составляющей может быть представлена как цепочка R–L, подключенная к источнику напряжения u = Um sin( t + )[6].
Тогда исходное уравнение для анализа переходного процесса имеет вид
Ldi/dt + Ri = Um sin( t + ). (П4.1)
Решение данного уравнения следует искать в виде i = icб + iв, где icб = Аехр(–t/τ) — свободная составляющая тока, когда правая часть уравнения (П4.1) равна нулю: Um sin( t + ) = 0, τ = L/R — постоянная времени цепи; iв = Im sin( t + ) = Im sin( t + – φ) — вынужденная составляющая тока, φ = – .
Тогда
i = Im sin( t + – φ) + Аехр(– t/τ). (П4.2)
Постоянная А определяется при i = 0 и, следовательно,
i(0) = Im sin( – φ) + А = 0. (П4.3)
Отсюда А = – Im sin( – φ)= Um/Z sin( –φ), где Z = .
В общем случае имеем
i = Imsin( t+ – φ) – Im sin( – φ)ехр(– t/τ). (П4.4)
Для анализа тока электродинамической стойкости (согласно ГОСТ 52565) принимается индуктивная цепь с постоянной времени τ = L/R = 45 мсек, при cos φ < 0,15.
Когда начальная фаза входного напряжения – φ = π/2 ( = φ + π/2), А = – Im , ток КЗ имеет апериодическую составляющую i = Im sin( t + π/2) –– Im ехр(– t/τ). При этом для cos φ < 0,15 амплитуда тока КЗ через 10 мсек достигает 2,5 Iно (ударный коэффициент kу = 1,8 — отношение амплитуды тока симметричной составляющей с апериодической составляющей к амплитуде тока симметричной составляющей).
Если начальная фаза входного напряжения =φ( – φ=0), А = 0, icб=0 апериодическая составляющая отсутствует, и в цепи устанавливается синусоидальный ток КЗ i = Im sin( t).
Рис. П.4.1. Кривые переходных процессов при КЗ для cos φ = 0,4
Следовательно, начальная фаза напряжения в момент подключения (в момент КЗ) определяет присутствие или отсутствие апериодической составляющей тока, а, следовательно, и амплитуду тока КЗ.
Типичные кривые переходных процессов для цепи при cos φ = 0,4 приведены на рис. П.4.1 (а — апериодическая составляющая тока отсутствует, б — имеется апериодическая составляющая тока КЗ, и амплитуда тока КЗ в момент достигает 1,8 Iно (ударный коэффициент kу = 1,28).
Решение вышеприведенной задачи с начальными условиями t = 0, i = 0, требует уточнения, когда при t = 0, i 0. Например, если до КЗ в цепи протекает ток с амплитудой ic = Imс sin( – φс), то начальным условием является непрерывность тока на данном участке цепи до КЗ: t = 0, i = ic, и постоянная А определяется при i = ic. Следовательно, уравнение (П4.3) следует записать в виде
i(0) = Im sin( – φ) + А = ic = Imс sin( – φс),
откуда А = Imс sin( – φс) – Im sin( – φ) и окончательно
i = Im sin( t + – φ) – (Imс sin( –φс) – Im sin( – φ)ехр(– t/τ).
При анализе токов перегрузки данное уточнение позволяет более корректно анализировать переходные процессы.