4. Повреждения в электроустановках

Большинство повреждений в ЭЭС приводит к коротким замыканиям (КЗ) фаз между собой или на землю (рис.1.2). В обмотках электрических машин и трансформаторов могут также возникать КЗ между витками одной фазы. Основными причинами повреждений являются: нарушения изоляции токоведущих частей, вызванные ее старением, перенапряжениями, механическими повреждениями; повреждения проводов и опор ЛЭП, вызванные их неудовлетворительным состоянием, гололедом, ураганным ветром, "пляской проводов" и другими причинами; ошибки персонала при операциях (отключение разъединителей под нагрузкой или включение их на ошибочно оставленное заземление и др.)

Рис.1.2. Виды повреждений в электрических установках:

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

д, е – замыкания одной и двух фаз в сети с изолированной нейтралью.

Р ис.1.3. Влияние понижения напряжения при КЗ:

а—на работу потребителей; б—на устойчивость параллельной работы энергосистемы; е—осциллограмма тока и напряжения при асинхронном режиме.

При КЗ в контуре накоротко замкнутой ЭДС Е источника питания (генератора) возникает большой ток I_K. Короткие замыкания подразделяются на трехфазные К⁽³⁾, двухфазные К⁽²⁾, однофазные на землю К⁽¹⁾ и двухфазные на землю К^(1,1) (рис.1.2).

Во время КЗ вследствие увеличения тока возрастает падение напряжения в элементах энергосистемы, что приводит к понижению напряжения во всех точках сети. При металлическом КЗ напряжение в точке К равно нулю (рис.1.3, а). Сниженное значение напряжения в любой точке сети можно определять по выражению:

Происходящие при КЗ увеличение тока и снижение напряжения приводят к ряду тяжелых последствий:

а) ток КЗ I_K выделяет в активном сопротивлении цепи R, по которой он проходит в течение времени t, теплоту, определяемую по закону Джоуля-Ленца: . В месте повреждения теплота, выделяемая током, и пламя электрической дуги производят большие разрушения, размеры которых тем больше, чем больше ток I_K и время t. Проходя по неповрежденному оборудованию, ток КЗ нагревает его выше допустимого предела, что может вызвать повреждение изоляции и токоведущих частей;

б) при протекании больших токов КЗ усиливаются электродинамические взаимодействия между проводниками, сопровождающиеся значительными механическими напряжениями;

в) понижение напряжения при КЗ нарушает работу потребителей: синхронных и асинхронных электродвигателей, осветительных установок и других электроприемников (рис.1.3, б);

г) снижение напряжения может сопровождаться нарушением устойчивости параллельной работы генераторов, что приводит к распаду энергосистемы и прекращению электроснабжения части или всех потребителей.

Особым видом повреждения являются замыкания на землю одной фазы в сети с изолированной нейтралью или заземленной через большое сопротивление дугогасящего реактора (ДТР) или большое активное сопротивление. На рис.1.2, д видно, что замыкание на землю в сети с изолированной нейтралью не вызывает КЗ, так как ЭДС Е_А поврежденной фазы не шунтируется появившимся соединением с землей. Возникающий при этом в месте повреждения ток I_З замыкается через емкость С проводов неповрежденных фаз (В и С) сети относительно земли и имеет поэтому, как правило, небольшое значение. Междуфазные напряжения при этом виде повреждения остаются неизменными (см. гл. 9). Благодаря этому однофазное замыкание на землю в сетях с изолированной нейтралью не отражается на работе потребителей и не нарушает синхронной работы генераторов. Однако этот вид повреждения вызывает перенапряжения в сети, что представляет опасность с точки зрения возможности нарушения изоляции относительно земли двух неповрежденных фаз (В и С) и перехода однофазного замыкания на землю в междуфазное КЗ или двойное замыкание на землю.