1.4. Повреждения в электроустановках

Большинство повреждений в электрических системах приводит к КЗ фаз между собой или на землю (рис. 1.3). В обмотках электрических машин и трансформаторов, кроме КЗ бывают также замыкания между витками одной фазы.

Рис. 1.3. Виды повреждений в электрических установках:

а, б, в и д – трехфазное, двухфазное, однофазное и двухфазное на землю КЗ;

г и е – замыкания одной фазы и двух фаз на землю в сети с изолированной нейтралью

Основными причинами повреждений являются:

1. нарушение изоляции токоведущих частей, вызванное ее старением, неудовлетворительным состоянием, перенапряжениями, механическимим повреждениями;

2. повреждение проводов и опор ЛЭП, вызванное их неудовлетворительным состоянием, гололедом, ураганным ветром, пляской проводов и другими причинами;

3. ошибки персонала при операциях (отключение разъединителей под нагрузкой, включение их на ошибочно оставленное заземление и т.д.);

Все эти повреждения являются следствием конструктивных недостатков или несовершенства оборудования, некачественного его изготовления, дефектов монтажа, ошибок при проектировании, неудовлетворительного или неправильного ухода за оборудованием, ненормальных режимов работы оборудования, работы оборудования в условиях, на которые оно не рассчитано. Поэтому повреждения нельзя считать неизбежными, но в то же время нельзя и не учитывать возможность их возникновения.

Короткие замыкания являются наиболее опасным и тяжелым видом повреждения. При КЗ ЭДС Е источника питания (генератора) замыкается «накоротко» через относительно малое сопротивление генераторов, трансформаторов и линий.

Поэтому в контуре замкнутой накоротко ЭДС возникает большой ток I_к, называемый током КЗ.

КЗ подразделяются на трехфазные, двухфазные и однофазные в зависимости от числа замкнувшихся фаз; на замыкания с землей и без земли; замыкания в одной и двух точках сети.

При КЗ вследствие увеличения тока возрастает падение напряжения в элементах системы, что приводит к понижению напряжения во всех точках сети, т.к. напряжение в любой точке М (рис. 1.4) , где - ЭДС источника питания, а – сопротивление от источника питания до т. М.

Наибольшее снижение напряжения происходит в месте КЗ (т. К) и в непосредственной близости от него (рис. 1.4). В точках сети, удаленных от места повреждения, напряжение снижается в меньшей степени.

Рис. 1.4. Влияние понижения напряжения при КЗ на работу потребителей

Происходящее в результате КЗ увеличение тока и снижение напряжения приводят к ряду опасных последствий:

а) Ток КЗ I_к согласно закону Джоуля-Ленца выделяет в активном сопротивлении r цепи, по которой он проходит в течение времени t, тепло .

В месте повреждения это тепло и пламя электрической дуги производят большие разрушения, размеры которого тем больше, чем больше ток I_к и время t.

Проходя по неповрежденному оборудованию и ЛЭП, ток КЗ I_к нагревает их выше допустимого предела, что может вызвать повреждение изоляции и токоведущих частей.

б) Понижение напряжения при КЗ нарушает работу потребителей.

Основным потребителем электроэнергии являются асинхронные электродвигатели. Момент вращения двигателей M_д пропорционален квадрату напряжения U на их зажимах: .

Поэтому при глубоком снижении напряжения момент вращения электродвигателей может оказаться меньше момента сопротивления механизмов, что приводит к их остановке.

Нормальная работа осветительных установок, составляющих вторую значительную часть потребителей электроэнергии, при снижении напряжения также нарушается.

Вторым наиболее тяжелым последствием снижения напряжения является нарушение устойчивости параллельной работы генераторов. Это может привести к распаду системы и прекращению питания всех ее потребителей.