61

4. Короткие замыкания в системах электроснабжения

4.1. Виды, причины и последствия коротких замыканий

В процессе эксплуатации СЭС одной из основных причин нарушения нормального режима работы отдельных электроустановок (ЭУ) и системы в целом являются возникающие КЗ, которые представляют собой любое случайное или преднамеренное, не предусмотренное нормальным режимом работы, электрическое соединение различных точек ЭУ между собой или с землей.

В месте КЗ может появляться электрическая дуга с переходным сопротивлением, которое при сравнительно больших токах КЗ является практически активным и неизменным.

Замыкания в глухозаземленных или эффективно-заземленных сетях через дугу либо непосредственные соединения (металлические соединения) ЭУ называются короткими замыканиями.

Замыкания в незаземленных или резонансно-заземленных сетях относят к простым замыканиям, которые обычно называют замыканиями.

В зависимости от режима нейтралей в электрических сетях могут быть различные виды коротких замыканий и замыканий (табл.4.1).

В количественном отношении КЗ в электрических сетях распределяются по видам следующим образом:

.

Статистика показывает, что относительная частота различных видов КЗ существенно зависит от напряжения электрической сети (табл. 4.2).

Из статистических исследований мощной энергетической системы следует также, что относительная частота различных видов КЗ на элементах системы неодинакова. Наибольшая относительная частота КЗ приходится на ЛЭП и подстанции – 47 %, на электрическую часть электростанций – 19,1 %, на силовую часть электростанций – 26,2 % и на другие элементы системы – 7,7 %.

Короткие замыкания возникают в результате нарушений изоляции ЭУ, являющихся следствием разных причин:

• старения изоляции в ходе эксплуатации электрооборудования (ЭО);

• перенапряжений; прямых ударов молнии;

• механических повреждений; набросов посторонних предметов на токоведущие части;

• неудовлетворительного ухода за ЭО;

• ошибочного действия обслуживающего персонала.

Таблица 4.1

Схема замыкания	Режим нейтрали сети
	Глухо или эффективно-заземленная			Незаземленная или резонансно-заземленная
	Наименование	Обозначение	Наименование		Обозначение
	Трехфазное КЗ		Трехфазное КЗ
	Трехфазное КЗ на землю		Трехфазное КЗ на землю (имеет контакт с землей)
	Двухфазное КЗ		Двухфазное КЗ
	Двухфазное КЗ на землю		Двухфазное КЗ на землю (имеет контакт с землей)
	Однофазное КЗ		Однофазное замыкание на землю
	Двойное КЗ на землю		Двойное замыкание на землю

Последствиями КЗ являются:

• недопустимый нагрев ЭО и его термическое повреждение из-за значительного увеличения токов (в 10-15 раз и более);

• появление больших механических усилий между токоведущими частями, которые могут привести к механическому повреждению и разрушению ЭО;

• снижение напряжения и искажение его симметрии, что отрицательно сказывается на работе потребителей. Так, при понижении напряжения на 30-40 % в течение времени > 1с останавливаются электродвигатели, в результате возможны нарушения технологического цикла на предприятиях, появление брака продукции и др.;

• наведение при несимметричных КЗ ЭДС в соседних линиях связи и сигнализации, опасных для обслуживающего персонала аппаратуры связи напряжения;

• нарушение устойчивости работы отдельных элементов и режима СЭС в целом, приводящее к возникновению аварийных ситуаций с отключением большого количества потребителей электрической энергии;

• возгорание ЭУ.

Таблица 4.2

Обозначение КЗ	Относительная частота КЗ(%) в сетях напряжением, кВ
	6-20 (распределительная сеть)	6-20 (сеть блоков)	35	110	220	330
	61	60	67	83	88	91
	17	20	18	5	3	4
	11	15	7	8	7	4
	11	5	8	4	2	1

Наиболее опасные последствия проявляются в элементах системы, прилегающих к месту возникновения КЗ. Если КЗ появилось на большой электрической удаленности от источника питания, то увеличение тока воспринимается генератором так же, как некоторое повышение нагрузки, а сильное снижение напряжения происходит только вблизи места трехфазного КЗ.

Чтобы обеспечить безаварийное электроснабжение всех потребителей, необходимо проектировать и сооружать СЭС с учетом возможных КЗ, строго соблюдать правила технической эксплуатации ЭУ, повышать технический уровень и качество изготовления применяемого ЭО. Для исключения опасных последствий от КЗ в СЭС и обеспечения устойчивости нагрузки вводят быстродействующие релейные защиты отдельных элементов, применяют специальные схемы автоматического включения резерва (АВР), предусматривают разделение во времени процессов самозапуска различных групп двигателей, устанавливают регулирующие устройства возбуждения и т.д.