5. Аварийные режимы работы электрических систем

5.1.Общие положения Большинство повреждений в ЭУ приводят к коротким замыканиям, междуфазными или замыканием на землю в системе с заземленной нейтралью. Они являются основной причиной нарушения нормального режима работы ЭУ и даже энергосистемы в целом.

Короткие замыкания (КЗ) это замыкания, при котором токи в ветвях ЭУ примыкающих к месту его возникновения, резко возрастают, превышая наибольший допустимый ток в десятки, и даже сотни раз. КЗ это случайное событие, не предусмотренное режимами работы электроустановок. КЗ могут быть через дугу или непосредственно, без переходного сопротивления - металлические КЗ. Наиболее тяжёлый режим – это металлические КЗ т. к. в этих случаях ток КЗ принимает максимальное значение. В расчетах будут рассматриваются только эти замыкания. Короткие замыкания 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.

Происходящее в результате КЗ увеличение тока и снижение напряжения могут привести к ряду опасных последствий.

5.2 Трехфазное короткое замыкание в сети с заземленной нейтралью

Ток трехфазного короткого замыкания в каждом проводе одинаков и направлен от источника к месту возникновения КЗ по каждой фазе

(рисунок 17, а).

Рисунок 17. Трехфазное короткое замыкания в электрической сети,

а) схема электрической сети, б) распределение напряжения при КЗ,

в) векторная диаграмма короткого замыкания.

Угол ; на который отстает ток КЗ от фазных ЭДС источника (рисунок 17 в). При протекании тока КЗ возрастает падение напряжения на всей цепи КЗ, и напряжение в точке К . Понижение напряжение происходит во всех точках замкнувшейся цепи.

Напряжение в любой точке М равно: , где ЭДС источника питания (рисунок 17,б).

5.3 Двухфазное короткое замыкание

Двухфазное короткое замыкание. На рис.18, а показано металлическое КЗ между фазами В и С ЛЭП. Под действием междуфазной ЭДС ЕВС (рис.18, а) возникают токи КЗ IВк и IСк.

Рисунок 18. Двухфазное короткое замыкание; а – схема; б и в – векторные

диаграммы Их значения определяются по формуле IК(2)=ЕВС/2ZФ, где 2ZФ – полное сопротивление прямой последовательности двух фаз (2ZФ=ZВ+ZС). Токи в поврежденных фазах равны по значению, но противоположны по фазе, а ток в неповрежденной фазе равен нулю (при неучтенной нагрузке): Ток нулевой последовательности (НП) при К(2) отсутствует, так как сумма токов трех фаз IA+IB+IC= 0. I_A=0. Векторная диаграмма в точке К. На рис.18, б построены векторы фазных ЭДС и ЭДС между поврежденными фазами ЕВС. Вектор тока КЗ IкВ отстает от создающей его ЭДС Напряжение неповрежденной фазы А одинаково в любой точке сети и равно фазной ЭДС: UA=EA. Поскольку междуфазное напряжение при металлическом КЗ в точке КЗ UBCк=UBк – UCк = 0, то: т.е. фазные напряжения поврежденных фаз в месте КЗ равны по модулю и совпадают по фазе. Поскольку фазные напряжения при двухфазном КЗ не содержат составляющих НП, в любой точке сети должно удовле­творяться условие:                                                                                 Учитывая, что в месте КЗ UBK=UCK и UAK=EA, находим      

      Следовательно, в месте КЗ напряжение каждой поврежденной фазы равно половине напряжения неповрежденной фазы и противоположно ему по знаку. На диаграмме вектор UAK совпадает с вектором EA, а векторы UBK  и UCK – равны друг другу и противоположны по фазе вектору EA. Векторная диаграмма в точке P приведена на рис.18, в. Векторы токов остаются без изменения. Напряжения фаз В и С в точке Р равны:                                                                                  Чем дальше точка Р отстоит от места КЗ, тем больше напряжение: UBСР=UВР–UСР. Напряжение неповрежденной фазы UAP=EA. Вектор тока IBP отстает от междуфазного напряжения UBCP на угол φк=arctg(XЛ/RЛ). Двухфазные КЗ характеризуются двумя особенностями: 1) векторы токов и напряжений образуют несимметричную, но уравновешенную систему, что говорит об отсутствии составляющих нулевой последовательности (НП). Наличие несимметрии указывает, что токи и напряжения имеют составляющие обратной последовательности (ОП) наряду с прямой; 2) фазные напряжения даже в месте КЗ существенно больше нуля, только одно междуфазное напряжение снижается до нуля, а значение двух других равно 1,5UФ. Поэтому двухфазное КЗ менее опасно для устойчивости электрических сетей и потребителей электроэнергии.