План лекції

1. Загальні відомості

2. Складання розрахункових схем

3. Визначення струмів короткого замикання в сільських мережах напругою вище 1 кВ

4. Визначення струмів короткого замикання в сільських мережах напругою 380 В

1. Загальні відомості

Трифазні електричні мережі можуть працювати з ізольованою й заземленою нейтраллю. Режим нейтралі залежить від значення її номінальної напруги. У мережах напругою 380 В поряд із трьома фазними проводами прокладають четвертий, нульовий, проведення, яке заземлюють на початку й наприкінці лінії, а також у проміжних точках. Таким чином, на напругу 380 В споруджують мережі із глухозаземленною нейтралью (рис. 15.1, а).

У мережах напругою 6, 10, 20 і 35 кВ, навпаки, нейтраль ізольована від землі, лінії мають тільки три фазні проводи. Лише в окремих випадках нейтраль мережі з'єднують із землею, але через значний індуктивний опір. Отже, для цих напруг споруджують мережі з ізольованої нейтралью (рис. 15.1, б).

У мережах напругою 110 кВ і вище прокладають тільки три фазні проведення, нейтраль частини трансформаторів заземлюють. Одержують мережі із глухозаземленной нейтралью (рис. 15.1, в).

Одна з основних причин порушення нормальної роботи електричних установок - короткі замикання в них.

Коротким замиканням називають усяке не передбачене нормальними умовами роботи замикання між фазами, а в системах із заземленої нейтраллю (або четирьохпроводних) - також замикання однієї або декількох фаз на землю (або на нульове проведення).

У системах з ізольованою нейтраллю замикання на землю однієї з фаз не є коротким замиканням. Однак одночасне замикання на землю двох різних фаз і в системах з ізольованої нейтралью є двофазне коротке замикання через землю.

У результаті короткого замикання різко підвищується сила струму в мережі.

На рисунку 15.2, а наведена осциллограмма струму короткого замикання (КЗ) при замиканні близько від електростанції з генераторами, що не мають АРВ.

Якщо коротке замикання відбулося недалеко від генератора, постаченого АРВ (рис. 15.2, б), то процес протікає трохи інакше. При короткому замиканні напруга генератора знижується, і через деякий час, обумовлене запізнюванням системи, вступає в дію АРВ. При цьому підвищується напруга генератора, отже, і значення струму, що встановився КЗ.

До симетричного короткого замикання відносять трифазне коротке замикання опір усіх трьох фаз до точки к. з. однаковий. До несиметричних коротких замикань відносять двофазне, двофазне на землю і однофазне. Останнє може виникати тільки в системах із заземленої нейтраллю. У мережах із заземленої нейтраллю найбільше число порядку 65% становлять однофазні короткі замикання, 20% - двофазні на землю, 10% - двофазні й тільки 5% - трифазні. У повітряних мережах з ізольованої нейтраллю більш 2/3 коротких замикань припадає на двофазні й інші - на трифазні. Однак внаслідок того, що найбільше просто досліджувати трифазні КЗ, а також тому, що від них легко перейти до несиметричних КЗ інших видів, у першу чергу розглядають трифазні короткі замикання.

Рис. 15.1. Схеми режиму нейтрали сільських електричних мереж: а...в – варіанти

Рис. 15.2. Осциллограмма струму КЗ: а - без АРВ; б - з АРВ

Причини коротких замикань в електричних системах досить різноманітні. У першу чергу це порушення їх ізоляції внаслідок атмосферних, а в мережах дуже високих напруг і комутаційних перенапруг. Ізоляція може бути порушена також внаслідок її старіння, механічних ушкоджень, ушкодження тваринами або птахами. Помилки в діях обслуживающего персоналу - одна із причин коротких замикань. Чим краще організована експлуатація електроустановки, тим рідше бувають короткі замикання. Однак повністю їх виключити не можна. От чому потрібно вживати заходів до того, щоб вони не викликали ушкоджень устаткування й тривалих порушень роботи.

При коротких замиканнях через більші струми може підвищитися температура струмоведучих частин і відбутися ушкодження провідників і ізоляції. Що розвиваються при цьому електродинамічні зусилля можуть зруйнувати електроустаткування. Зниження напруги внаслідок короткого замикання при певній його тривалості приводить до зупинки - «перекиданню» електродвигунів. У магістральних мережах короткі замикання можуть порушити стійкість електричної системи, що відносять до найбільш серйозної аварії, що й ще довгостроково усувається.

Отже, для того щоб довести до мінімуму негативні наслідки від коротких замикань, потрібно вміти визначати значення виникаючих при цьому струмів, тобто розраховувати струми КЗ.

Очевидно, для оцінки теплового й електродинамічного впливу струму КЗ на апаратуру, а також для того, щоб визначити ступінь зниження напруги, потрібно знати максимальні можливі струми КЗ у даній точці системи. Однак для розрахунків дії релейного захисту і забезпечення її успішної роботи в найбільш складних умовах виявляється необхідним знаходити також мінімальні струми КЗ.

Для визначення максимальних струмів КЗ ухвалюють наступні основні допущення:

- усі джерела живлення ввімкнені й працюють із номінальним навантаженням;

- усі синхронні генератори електростанцій мають АРВ і фіксування порушення;

- розрахункова напруга кожної ступені мережі на 5% більше номінального;

- відсутнє насичення магнітних систем; у всіх елементів системи враховують тільки індуктивний опір. Активний опір слід ураховувати, якщо його значення перевищує 0,33 індуктивного. Тому його враховують тільки для проводів малих перетинів електричних ліній і особливо для сталевих проводів;

- струмами намагнічування трансформаторів зневажають, тобто схему їх заміщення ухвалюють як один індуктивний опір;

- опір у місці короткого замикання ухвалюють рівним нулю;

- під час короткого замикання поблизу електростанцій частота обертання генераторів залишається незмінною.