45. Виды, причины и последствия коротких замыканий

Коротким замыканием (КЗ) называется нарушение нормальной работы электрической установки, вызванное замыканием фаз между собой, а также замыканием фаз на землю в сетях с глухозаземленными нейтралями.

Причинами КЗ обычно являются нарушения изоляции, вызванные ее механическими повреждениями, старением, набросами посторонних тел на провода линий электропередачи, прямыми ударами молнии, перенапряжениями, неудовлетворительным уходом за оборудованием. Часто причиной повреждений в электроустановках, сопровождающихся короткими замыканиями являются неправильные действия обслуживающего персонала.

При КЗ токи в поврежденных фазах увеличиваются в несколько раз по сравнению с их нормальным значением, а напряжения снижаются, особенно вблизи места повреждения. Протекание больших токов КЗ вызывает повышенный нагрев проводников, а это ведет к увеличению потерь электроэнергии, ускоряет старение и разрушение изоляции, может привести к потере механической прочности токоведущих частей и электрических аппаратов.

Снижение уровня напряжения при КЗ в сети ведет к уменьшению вращающего момента электродвигателей, их торможению, снижению производительности и даже к полному останову. Резкое снижение напряжения при КЗ может привести к нарушению устойчивости параллельной работы генераторов электростанций и частей электрической системы, возникновению системных аварий.

Важным фактором является относительная частота возникновения различных видов K3. По усредненным данным она составляет, %: трехфазные — 5; двухфазные — 10; однофазные — 65; двухфазные K3 на землю — 20. Иногда один вид замыканий переходит в другой (например, в кабельных линиях 6 — 10 кВ замыкание одной фазы на землю часто переходит в междуфазные K3).

Как правило, в месте K3 возникает электрическая дуга, которая образует вместе с сопротивлениями элементов пути тока K3 переходное сопротивление. Иногда возникают металлические K3 без переходного сопротивления.

Для обеспечения надежной работы энергосистем и предотвращения повреждений оборудования при K3 необходимо быстро отключать поврежденный участок, что достигается применением устройств релейной защиты с минимальными выдержками времени и быстродействующих отключающих аппаратов (выключателей). Немаловажную роль играют устройства АРВ и быстродействующей форсировки возбуждения (УБФ) синхронных генераторов, которые увеличивают ток возбуждения синхронных генераторов при коротких замыканиях, благодаря чему меньше понижается напряжение в различных звеньях сети, а после отключения K3 напряжение быстрее восстанавливается до нормального.

46. Назначение и порядок выполнения расчетов

Расчеты токов K3 необходимы:

1.для сопоставления, оценки и выбора главных схем электрических станций, сетей и подстанций;

2.выбора и проверки электрических аппаратов и проводников;

3.проектирования и настройки устройств релейной защиты и автоматики;

4.определения влияния токов нулевой последовательности линий электропередачи на линии связи;

5.проектирования заземляющих устройств;

6.анализа аварий в электроустановках и электрических системах;

7.оценки допустимости и разработки методики проведения различных испытаний в электрических системах;

8.анализа устойчивости работы энергосистем.

При расчетах токов K3 допускается не учитывать:

1.сдвиг по фазе ЭДС и изменение частоты вращения роторов синхронных генераторов, компенсаторов и электродвигателей, если продолжительность КЗ не превышает 0 5 с;

2.ток намагничивания силовых трансформаторов и автотрансформаторов; насыщение магнитных систем электрических машин;

3.поперечную емкость воздушных линий электропередачи напряжением 110 — 220 кВ, если их длина не превышает 200 км, и напряжением 330 — 500 кВ, если их длина не превышает 150 км;

4.при расчете периодической составляющей тока КЗ — активные сопротивления элементов электроэнергетической системы, в частности воздушных и кабельных линий электропередачи, если результирующее эквивалентное активное сопротивление относительно точки K3 не превышает 30% результирующего эквивалентного индуктивного сопротивления. Однако активное сопротивление необходимо учитывать при определении постоянной времени затухания апериодической составляющей тока КЗ Т_a.

Указанные допущения приводят к некоторому увеличению токов K3 (погрешность расчетов не превышает 5 — 10 %).

Расчет токов трехфазного K3 выполняется в следующем порядке.

1.Составляется расчетная схема рассматриваемой электроустановки, намечаются расчетные точки КЗ.

2.На основании расчетной схемы составляется эквивалентная схема замещения, все сопротивления на ней нумеруются.

3.Определяются величины сопротивлений всех элементов схемы замещения в относительных или именованных единицах и указываются на схеме замещения; обозначаются расчетные точки K3.

4.Путем постепенного преобразования относительно расчетной точки K3 приводят схему замещения к наиболее простому виду, чтобы каждый источник питания или группа источников, характеризующаяся определенными значениями эквивалентной ЭДС Е^’’_экв и ударного коэффициента k_уд, были связаны с точкой K3 одним результирующим сопротивлением.

5.Определяют по закону Ома начальное действующее значение периодической составляющей тока K3 I_п.о., а затем ударный ток i_уд, периодическую и апериодическую составляющие тока K3 для заданного момента времени t (I_п.t, i_a.t).