3. Повреждения и ненормальные режимы в электроустановках.

Большинство повреждений в электроустановках приводит к коротким

замыканиям (к.з.) фаз между собой или на землю. В обмотках электрических машин (генераторов, трансформаторов и электродвигателей), кроме того, бывают замыкания между витками одной фазы (витковые замыкания).

Причинами повреждений являются:

− нарушения изоляции токоведущих частей, вызванные её старением,

неудовлетворительным состоянием, перенапряжениями, механическими

повреждениями;

− повреждения проводов и опор линий электропередач из-за их неудовлетворительного состояния, гололёда, ветра и др. причин;

− ошибки персонала при операциях с электрооборудованием (отключение

разъединителя под нагрузкой, включение разъединителя на ошибочно оставленное заземление, включение заземляющих ножей под напряжение и т.п.).

Основные виды повреждений в электроустановках приведены в таблице 1-1.

Короткие замыкания (к.з.) являются наиболее опасными и тяжелыми видами повреждений.

При коротком замыкании э.д.с Е источника питания (генератора) замыкается "накоротко" через относительно малое сопротивление генератора, трансформатора и линий. В контуре замкнутой накоротко э.д.с. возникает большой ток Iк, называемый током к.з.

В зависимости от числа замкнувшихся фаз и наличия связи с землёй к.з. подразделяются на: трёхфазные, двухфазные, однофазные, двухфазные на землю.

На рис.1-1 приведены векторные диаграммы токов и напряжений

при различных видах повреждений.

Трёхфазное КЗ

3-х фазное к.з. (К⁽³⁾) является симметричным режимом, при котором токи и напряжения во всех фазах равны по величине как в месте к.з., так и в другой точке сети.

Ток к.з., проходящий в каждой фазе отстаёт от создающей его э.д.с. на одинаковый угол , определяемый соотношением активного и реактивного сопротивлений цепи короткого замыканий:

Все фазные и междуфазные напряжения в месте 3-х фазного к.з.

равны нулю:

В точках, удаленных от места КЗ на небольшое расстояние, фазные и междуфазные напряжения незначительны по величине, поэтому 3-х фазное КЗ представляет наибольшую опасность и является расчетным режимом при определении максимального тока КЗ.

Двухфазное КЗ

При 2-х фазном к.з. (К²⁾) токи и напряжения разных фаз не одинаковы.

В повреждённых фазах в месте 2-х фазного к.з. проходят одинаковые по величине, но противоположные по направлению токи, а в повреждённой фазе ток к.з. отсутствует. Например, для случая 2-х фазного к.з. между фазами В и С фазные токи:

Междуфазное напряжение между замкнувшимися фазами:

а фазные напряжения замкнувшихся фаз:

Фазные токи в поврежденных фазах отстают от создающей их ЭДС (при замыкании фаз В и С ) на угол .

По мере удаления от места 2-х фазного к.з. фазные напряжения и междуфазное напряжение будет увеличиваться.

С точки зрения влияния на устойчивость параллельной работы генераторов и на работу электродвигателей 2-х фазное к.з. представляет меньшую опасность, чем 3-х фазное к.з.

Однофазное КЗ

Однофазное к.з. может возникнуть только в сетях с заземлённой нейтралью (сети 110 кВ и выше).

В месте 1-фазного КЗ фазы С фазное напряжение повреждённой фазы и фазные токи к.з. неповреждённых фаз будут равным нулю:

Ток КЗ протекает только в замкнувшейся на землю фазе С:

.

Напряжения неповреждённых фаз (А и В) будут превышать ЭДС соответствующих фаз () из-за того, что в неповреждённых фазах

наводится э.д.с. взаимоиндукции под действием тока к.з. протекающего в повреждённой фазе.

В некоторых случаях ток 1 ф. к.з. может быть больше тока Зф. к.з., однако этот режим представляет меньшую опасность для нормальной работы энергосистемы чем 3-х и 2-х фазные к.з. так как в месте повреждения снижается до нуля только фазное напряжение поврежденной фазы. (В нашем

случае .

Замыкание на землю одной фазы в сети с изолированной нейтралью

В сетях с малыми токами замыкания на землю (в сетях работающих с изолированной нейтралью или с нейтралью заземлённой через дугогасящую катушку), замыкания одной фазы на землю сопровождаются значительно меньшими токами чем при 1 ф.КЗ.

При замыкании на землю одной фазы, фазное напряжение поврежденной фазы относительно земли становится равным нулю, а напряжения неповрежденных фаз увеличиваются в раз

и становятся равными междуфазным напряжением .

Через место повреждения проходит ток замыкающийся через

ёмкости неповрежденных фаз "В" и "С". Ёмкость поврежденной фазы зашунтирована местом замыкания и поэтому ток через неё не проходит.

Для снижения тока замыкания на землю применяются специальные компенсирующие устройства – дугогасящие катушки (ДГК), которые включаются между нулевыми точками трансформаторов или генераторов и землёй. В зависимости от настройки ДГК ток замыкания на землю можно уменьшить до нуля или до некоторой небольшой величины.

К ненормальным режимам в электроустановках относятся опасные для

электрооборудования или устойчивой работы энергосистемы режимы, связанные с отклонением от допустимых значений, значений величин тока, напряжения и частоты.

Наиболее характерные ненормальные режимы: перегрузка оборудования; повышение напряжения; качания в системе.

Перегрузка оборудования – это превышение тока по оборудованию сверх номинального значения. Если ток превышает номинальное значение, то за счёт выделяемого им дополнительного тепла, через некоторое время температура токоведущих частей и изоляции оборудования превысит допустимую величину, что приведёт к ускоренному износу изоляции и её повреждению. Для предупреждения повреждения оборудования при перегрузках необходимо принимать меры по разгрузке или отключению оборудования.

Повышение напряжения – это превышение напряжения на оборудовании сверх допустимого значения. Обычно повышение напряжения возникает на гидрогенераторах при внезапном отключении его нагрузки из-за увеличения частоты вращения и возрастания вследствие этого э.д.с. статора до опасных для его изоляции значений.

Опасное для изоляции оборудования повышение напряжения может

возникнуть также при одностороннем отключении или включении длинных линий электропередачи с большой ёмкостной проводимостью. При повышениях напряжения необходимо его снижать вручную или отключать

оборудование от сети.

Качания в системах – периодическое изменение ("качание") тока, напряжения, активной и реактивной мощности.

Качания возникают при выходе из синхронизма работающих параллельно генераторов. Ток во всех элементах сети, связывающих вышедшие из синхронизма генераторы, колеблется от нуля до максимального значения, во много раз превышающего нормальную величину. Напряжение падает от нормального до некоторого минимального значения, имеющего разную величину в каждой точке сети.