3. Повреждения и ненормальные режимы в системах электроснабжения

В системах электроснабжения могут возникать повреждения и ненормальные режимы работы электрооборудования электрических станций и подстанций, их распределительных устройств, ЛЭП, электроустановок потребителей.

Большинство повреждений в системах приводит к коротким замыканиям фаз между собой или фаз на землю.

В обмотках электрических машин и трансформаторов кроме КЗ бывают еще межвитковые замыкания.

• Возникновение КЗ является результатом нарушения изоляции электрооборудования

Повреждения сопровождаются значительным увеличением тока и понижением напряжения в элементах системы. Наиболее распространенными и наиболее опасными видами повреждений являются разного вида короткие замыкания, следствием которых могут быть:

1. Сильное понижение напряжения в значительной части системы, приводящее к нарушению нормальной работы большого числа потребителей электроэнергии и браку продукции;

2. Разрушение поврежденного элемента электрической дугой, возникающая при КЗ;

3. Разрушение оборудования в неповрежденной части системы в результате термического и динамического воздействия тока КЗ;

4. Нарушение устойчивости системы, когда ее нормальная работа может полностью парализоваться;

5. Электромагнитное влияние на линии связи, трубопроводы и другие коммуникации.

Повреждения нарушают работу энергосистемы и потребителей электрической энергии, а ненормальные режимы создают возможность возникновения повреждения или расстройства работы энергосистемы.

Для обеспечения нормальной работы системы и потребителей необходимо как можно быстрее выявлять и отделять место повреждения от неповрежденной сети, восстанавливая таким путем нормальные условия их работы и прекращая разрушения в месте повреждения. То есть возникает необходимость применении автоматических устройств, которые защищают систему и ее элементы от опасных последствий повреждений и ненормальных режимов.

При определении параметров срабатывания защит в сетях 6…35 кВ расчетным видом является наибольший трехфазный ток КЗ, а при оценке чувствительности защит – наименьший двухфазный ток КЗ, а однофазные замыкания на землю не сопровождаются значительным увеличением тока. В сетях 110 кВ и выше учитываются также значения токов КЗ на землю.

К ненормальным режимам работы электрооборудования относятся:

• Перегрузка оборудования, вызванная увеличением тока сверх номинального значения. Номинальным называется максимальное значение тока, допускаемое для данного оборудования в течение неограниченного времени. Если ток, проходящий по оборудованию, превышает номинальное значение, то за счет выделяемой им дополнительной тепловой энергии температура токоведущих частей и изоляции через некоторое время превосходит допустимое значение, что приводит к ускоренному старению изоляции и токоведущих частей.

• Повышение напряжения возникает на трансформаторах, генераторах и линиях высокого напряжения и может быть передано в распределительные сети. В распределительных сетях появляются дополнительные причины для повышения напряжения: неправильная работа РПН, влияние емкостной компенсации при внезапном сбросе нагрузки. В ряде случаев, величина такого напряжения может оказаться опасной для оборудования: электронных устройств, бытовых приборов, двигателей и трансформаторов.

• Понижение напряжения особенно опасно для электродвигателей, которые для поддержания необходимой величины момента, увеличивают потребление тока, что приводит к их токовой перегрузке и выходу из строя. При понижении напряжения резко уменьшается светоотдача ламп накаливания и погасание газоразрядных ламп. Защита от понижения напряжения обычно применяется в сетях промышленного назначения, питающих электродвигатели, в особенности синхронные.

• Режим работы двумя фазами происходит при обрыве фазы или перегорании предохранителя в питающей сети (неполнофазный режим). Двигатели при этом могут остаться в работе, если электромагнитный момент, развиваемый двигателем больше момента сопротивления механизма или остановиться. В обоих случаях ток резко возрастает, что приводит к перегрузке и перегреву двигателя и выходу его из строя. Поэтому часто двигатели снабжаются специальной защитой от работы в неполнофазном режиме.

• Качания в энергосистеме возникают при нарушении синхронной работы генераторов электростанций. Синхронизм в ЭЭС нарушается, например, при затяжных отключениях близких КЗ. При этом вектор ЭДС генератора, вблизи которого произошло КЗ, начинает отставать от вектора напряжения сети и в линии возникают качания, сопровождающиеся колебаниями напряжения и уравнительными токами. Уравнительный ток периодически с частотой менее 1Гц изменяется от нуля до максимального значения, величина которого может даже превысить ток КЗ на данной линии.