книги из ГПНТБ / Гессен В.Ю. Защита сельских электрических сетей от аварий

чивается интенсивное дутье в направлении движения под­ вижного контакта (ножа). Когда нож выйдет из камеры, дутьем будут выброшены раскаленные газы, и дуга по­ гаснет. При номинальном токе выключатель нагрузки может отключить 75 раз; при токе, равном половине номинального, — 200 раз; при токе, вдвое превышаю­ щем номинальный, — всего три раза. После этого тре­ буется менять вкладыши. Номинальный ток выключа­ телей нагрузки ВНП-16 и ВНП-17 составляет 200 А.

Выключатели должны обеспечивать гашение дуги при отключении тока, значительно превышающего номиналь­ ный. Условия гашения электрической дуги в трансформа­ торном масле по сравнению с гашением в воздухе суще­ ственно лучше. Поэтому масло часто применяют как дугогасительную среду в выключателях. Когда кон­ такты выключателя расходятся, возникает дуга, которая разлагает масло, создавая в нем газовый пузырь с вы­ соким давлением. Газы в этом пузыре обладают хорошими дугогасящими свойствами и способствуют достаточно быстрому гашению дуги. Однако в простейших баковых выключателях масло в процессе работы увлажняется и загрязняется продуктами горения дуги. Если качество масла перестанет соответствовать нормам, выключа­ тель может затянуть гашение дуги. При этом из бака может выплеснуться часть масла, а иногда это масло воспламеняется. Специально для сельских электро­ установок производятся масляные выключатели наруж­ ной установки для монтажа на опорах ВЛ в местах секционирования (рис. 5).

В малообъемных масляных выключателях масло является только дугогасящей средой. У выключателя ВММ-10 (рис. 6) изоляция каждой фазы относительно земли обеспечивается изоляционными свойствами стеклоэпоксидного цилиндра (рис. 7), в котором смонтиро­ вана контактная система и дугогасительная камера, а также изоляционными тягами, связывающими меха­ низмы токоведущих стержней каждого полюса с валом выключателя; междуфазная изоляция — соответствую­ щим расстоянием по» воздуху между полюсами выключа­ теля.

Кроме выключателей, в которых дугогасительной средой является масло. (масляных выключателей), для напряжения 10 кВ выпускаются автогазовые выключа­ тели и воздушные выключатели. В первых — гашение

22

КОРОТКИЕ ЗАМЫКАНИЯ

Причины возникновения коротких замыканий. Нару ­ шение изоляции или металлическое соединение между токоведущими частями разных фаз является коротким замыканием (к. з.). В электроустановках, работающих с заземленной нейтралью, короткое замыкание, кроме того, возникает, когда нарушается изоляция провода любой фазы относительно земли или происходит соеди­ нение между токоведущими и заземленными частями электроустановки.

По сравнению с нормальным режимом при к. з. обычно ток возрастает в несколько раз. При этом токоведущие части сильно нагреваются и происходит резкое увеличе­ ние электродинамических усилий. Все элементы электро­ установки должны выдерживать воздействие тока ко­ роткого замыкания, пока к. з. не будет отключено за­ щитой.

В сельских распределительных сетях большой протя­ женности ток короткого замыкания может лишь незна­ чительно превышать ток нормального режима. В этом случае к. з. не представляет опасности для целости обо­ рудования. Однако всегда следует стремиться к быстрей­ шему отключению аварийного участка. Напряжение, равное нулю в месте к. з . , по мере удаления от него в сто­ рону центра питания возрастает. В точках, располо­ женных вблизи к. з . , напряжение существенно ниже номинального. Снижение напряжения у потребителей сверх установленных норм недопустимо. Поэтому к. з. стремятся отключать возможно быстрее с тем, чтобы сократить продолжительность аварийного режима.

После отключения к. з. наступает послеаварийный режим, который продолжается до восстановления нормаль­ ных условий работы. Обычно в сельских электроустанов-

25

ках после отключения поврежденного элемента условия электроснабжения оставшихся в работе потребителей улучшаются вследствие снижения нагрузки. Бывает однако и так, что условия электроснабжения оставшихся потребителей в послеаварийном режиме ухудшаются. Например, в случае, когда линия с двухсторонним пи­ танием отключалась от одного источника питания, на­ пряжение у потребителей понизится. Д л я послеаварпйного режима стандартом допускается дополнительное понижение напряжения у потребителей на 5%. Продол­ жительность этого режима не должна превышать одних суток.

Почти все аварии в электроустановках связаны с короткими замыканиями. Перенапряжения, механиче­ ские повреждения электроустановок, длительный пе­ регрев при перегрузках и постепенное уменьшение электрической прочности вследствие «старения» (есте­ ственного износа) изоляции — любой из этих факторов, в конечном счете, приводит к полной потере электриче­ ской прочности изоляции и, следовательно, к короткому замыканию.

Скрытые дефекты, своевременно не обнаруженные, могут ускорить процесс износа изоляции и привести к ее повреждению. Износ изоляции обычно обеспечивает воз­ никновение устойчивого повреждения. Механические повреждения изоляции являются также устойчивыми. Причины механических повреждений разнообразны: слу­ чайное разрушение изоляции инструментами при работах (удары по кабелю, по изоляторам, повреждение обмотки электродвигателя), злоумышленные или безответствен­ ные действия (стрельба или метание камней в изоляторы), разрушение изоляции животными (небронированные ка­ бели в пластмассовых оболочках повреждаются грызу­ нами). К неустойчивым нарушениям "изоляции приводит перекрытие изоляции ВЛ птицами.

Металлические соединения — следствие ошибочных действий персонала, неумелого обращения с электро­ оборудованием или случайных причин (схлестывание проводов при ветре или падение дерева на провода). Чтобы восстановить нормальную работу электроуста­ новки, бывает достаточно устранить причину металличе­ ского соединения. Иногда причина к. з. (например, схлестывание) устраняется без вмешательства персо­ нала.

26

. Виды коротких замыканий. Если соединились три

различна. Д л я систем с незаземленной нейтралью из общего числа коротких замыканий более 90% составляют двухфазные и менее 10% — трёхфазные; в сетях с зазем­

пе р е м е ж а ю щ е й с я электрической дуги (см. стр. 42). Электрическая установка должна обладать запасом

термической и электродинамической устойчивости при воздействии наибольших возможных в данной установке токов к. з. Д л я расчетов устойчивости отдельных частей электроустановки (шин, кабелей, изоляторов, заземлителей), для выбора аппаратуры по условиям устойчивости по отношению к токам к. з., для выбора и расчета защит, для определения необходимого времени действия этих защит и для подбора характеристик некоторых грозо­ защитных аппаратов необходимо знать величину тока

К . 3 .

Выбор аппаратуры из условий устойчивости по от­ ношению к к. з. следует осуществлять по его наибольшей величине. При построении схем защиты исходить только из этой величины было бы неправильно, так как такая защита может оказаться нечувствительной к другим

27

величинам тока к. з., которые возможны в установке. Чтобы проверить чувствительность защиты, необходимо располагать значением и наименьшего тока к. з.

Величина тока короткого замыкания в данной точке зависит от вида короткого замыкания. При коротких замыканиях в сети или на зажимах приемника наиболь­ шее значение тока получается при трехфазном к. з., которое является симметричным. При расчетах ток трех­ фазного короткого замыкания обозначают /'к, двухфаз­ ного — , однофазного — /'£'. Электрическая схема цепи для одной фазы (рис. 9) представляет собой генера-' тор, питающий через сопротивление г точку К короткого замыкания. Поскольку режим симметричный-, элементы схемы для других фаз такие же. Напряжение на зажимах

к. в. во время аварии принимают равным нулю. При этих условиях ток короткого замыкания

/(31

к= VSz *

где г — полное сопротивление цепи короткого замыка­ ния.

Расчетные соотношения. Особенность и сложность расчетов тока к. з. состоит в том, что его величина не является постоянной, а меняется с момента возникнове­ ния аварии в течение некоторого незначительного вре­ мени. Это объясняется электромагнитными процессами

всинхронных генераторах. Зависимости изменения тока

к.з. во времени от сопротивления участка цепи между точкой короткого замыкания и генераторами вычислены для различных типов генераторов. Эти зависимости пред­ ставлены в виде графиков, которые называют расчет­ ными кривыми. Расчетные кривые широко используют

28

хозяйства преимущественно приходится иметь дело с рас­ четами распределительных сетей, питающихся от мощных электросистем. В этом случае генераторы являются у д а - л е н и ы м и. Они отделены от точки короткого замыка­ ния множеством различных элементов: трансформато­ рами, воздушными и кабельными линиями значительной протяженности. Поскольку все эти элементы обладают сопротивлением, короткое замыкание в сельских электро­ установках практически не оказывает влияния на работу генераторов электросистемы. При к. з. у отдаленных потребителей напряжение на зажимах генераторов и их сопротивление можно полагать неизменным. Тогда рас­ чет тока к. з. существенно облегчается и может быть выполнен непосредственно по вышеуказанной формуле.

При определении сопротивления z необходимо пред­ варительно оценивать величину сопротивления каждого участка по сравнению с сопротивлением всей цепи. Предварительная оценка позволяет определить, с какой

водов зависит от протекающего по ним тока и приведено

ния 1.

Реактивные сопротивления воздушных линий зави­

29

В Л, выполненных стальными .проводами, складывается нз двух составляющих: внешнего и внутреннего индук­ тивного сопротивления. Внешнее индуктивное сопротив­ ление ВЛ практически не зависит от материала прово­ дов: для ВЛ напряжением 10 кВ можно считать 0,4 Ом/км, для 380 В — 0,3 Ом/км. Внутреннее индуктивное со­ противление, так ж е как и активное сопротивление сталь­

в электросистемах,, активное сопротивление по сравне­ нию с индуктивным мало. Без большого ущерба для точ­ ности при расчетах токов к. з. в сетях электросистем активными сопротивлениями пренебрегают. Действи­ тельно, для провода марки АС-300 полное сопротивление с учетом активного г0 = 0,107 Ом/км, почти не отличается

положение: активное сопротивление значительно больше реактивного. Здесь, скорее, можно пренебречь реактивным сопротивлением. Полное сопротивление одного кило­ метра ВЛ с проводами марки АС-16 несущественно отли­

того, что заранее неизвестно, на какой ток следует ориен­ тироваться. Д л я провода ПСО-5, например, индуктивное сопротивление при изменении тока от 1,5 до 8 А изме­ няется в 6,5 раз, активное сопротивление при таких ж е изменениях тока почти вдвое. В практике стальные про­ вода обычно используют для небольших ответвлений. В этих случаях доля сопротивления, приходящегося на участок со стальными проводами, невелика, и незави­ симо от тока можно воспользоваться средними значени­ ями активного (г0 ) и внутреннего индуктивного (х„) сопротивления для соответствующих марок стальных проводов (табл. 1).

Точка короткого замыкания связана с источником энергии не только через участки распределительной сети, но и через трансформаторы, к которым эта сеть присое­ динена. Трансформаторы в свою очередь получают энер-

30