W artykule przedstawiono odmienność pracy generatora zespołu prądotwórczego w stanie zwarcia, funkcjonującego jako źródło zasilania awaryjnego obiektu budowlanego w stosunku do transformatora elektroenergetycznego przyłączonego do Systemu Elektroenergetycznego. Określono zasady obliczania prądów zwarć jednofazowych niezębnych do oceny ochrony przeciwporażeniowej realizowanej przez samoczynne wyłączenie. Zaprezentowano metodę projektowania ochrony przeciwporażeniowej w instalacjach elektrycznych, gdzie uzyskanie samoczynnego wyłączenia w czasie określonym przez normę PN-HD 60364-4-41: 2009, jest niemożliwe do uzyskania.
Zespół prądotwórczy w stosunku do systemu elektroenergetycznego jest źródłem „miękkim”, w którym impedancja obwodu zwarciowego ulega szybkim zmianą w czasie zwarcia (przyjmuje się, że system elektroenergetyczny charakteryzuje się stałą impedancją obwodu zwarciowego z uwagi na dużą wartość mocy zwarciowej).
W chwili wystąpienia zwarcia ulega zmianie rozpływ strumieni magnetycznych w generatorze zespołu prądotwórczego. Rozpływy strumieni w generatorze podczas zwarcia przedstawia rysunek 1.
Rys. 1. Przebieg wypychanego poza wirnik strumienia stojana: a) stan podprzejściowy, b) stan przejściowy, c) stan ustalony.
W początkowej fazie zwarcia nazywanej stanem podprzejściowym, w skutek działania klatki tłumiącej, strumień główny wytwarzany przez prądy płynące w uzwojeniu stojana jest wypychany poza wirnik (rys. 1a). W stanie tym reaktancja generatora charakteryzuje się mała wartością, wynoszącą przeciętnie (10 – 15)% wartości znamionowej reaktancji generatora.
Stan ten trwa bardzo krótko ze względu na małą wartość elektromagnetycznej stałej czasowej T, wynoszącej dla generatorów nn, średnio 0,01 s.
Działanie klatki tłumiącej ze względu na małą wartość jej rezystancji szybko ustaje, co skutkuje powolnym wchodzeniem strumienia głównego w wirnik. Stan ten nazywany stanem przejściowy charakteryzuje wzrost reaktancji generatora, która dla generatorów nn wynosi średnio (30- 40)% wartości reaktancji znamionowej generatora (rys.1b).
Generator w krótkim czasie przechodzi w stan ustalony zwarcia, co objawia się dalszym wzrostem reaktancji obwodu zwarciowego. W stanie ustalonym zwarcia strumień główny oraz strumień wzbudzenia zamykają się w przez wirnik generatora. Ponieważ kierunki tych strumieni są przeciwne, strumień wypadkowy ulega sinemu zmniejszeniu (rys.1c). Zjawisko to prowadzi do gwałtownego wzrostu reaktancji generatora, która dla generatorów nn wynosi (200 – 300)% wartości znamionowej reaktancji generatora.
W zespołach prądotwórczych konstruowanych obecnie, instalowany jest regulator prądu wzbudzenia wyposażony w układ forsowania, który pozwala podczas zwarcia na utrzymanie określonej wartości reaktancji generatora.
