1. Основные сведения и понятия
В энергетических системах различают нормальный и ненормальный режимы работы. Ненормальные режимы работы вызваны преимущественно короткими замыканиями (КЗ). В электрической системе совпадают моменты выработки и потребления электрической энергии. При нормальном режиме существует баланс между потребляемой и производимой энергиями. Нормальный режим электрической системы характеризуется неизменностью параметров системы или медленным их изменением. Параметры энергосистем такие как: мощность, напряжение, ток, лежат в диапазоне заранее заданных значений(U±5%, f±0,2Гц). Отклонение от нормального режима связано с ухудшением качества электрической энергии и с большими экономическими потерями. С резким изменением заданных параметров связаны аварийные режимы работы, их причиной, как правило, являются КЗ.
КЗ - это всякое непредусмотренное нормальными условиями работы замыкание между фазами, а в системах с заземленными нейтралями (4-ех проводных) так же замыкание одной или несколько фаз на землю (или на нулевой провод). В системе с незаземленной нейтралью или с нейтралями заземленными через компенсирующее устройство, замыкание одной из фаз на землю называется “простым замыканием”. При этом виде повреждения прохождение тока обусловлено главным образом емкостью фаз относительно земли.
Сеть с незаземленнойнейтралью.
Рис. 1. Простое замыкание на землю. (К – точка простого замыкания)
При возникновении короткого замыкания в электрической системе сопротивление цепи уменьшается (степень уменьшения сопротивления зависит от положения точки КЗ в системе), что приводит к увеличению токов в отдельных ветвях системы по сравнению с токами нормального режима. В свою очередь это вызывает снижение напряжений в системе, которое особенно велико вблизи места КЗ.
Обычно в месте замыкания на землю образуется некоторое переходное сопротивление, состоящее из сопротивления возникшей электрической дуги и сопротивления прочих элементов пути тока КЗ от одной фазы к другой или от фазы на землю.
В некоторых случаях переходные сопротивления могут быть столь малы, что ими можно пренебречь, такие КЗ называют - металлическими.
Токи КЗ могут вызвать разрушение конструкции токоведущих частей и аппаратов, входящих в распределительные устройства. Кроме того, короткие замыкания вызывают снижение напряжения в точках близких к точкам КЗ.
Максимальное мгновенное значение тока КЗ наступает примерно через 0,01 с. после начала КЗ, этот ток называют ударным током КЗ(iу), он имеет наибольшую величину, затем затухает амплитудами и достигает установившегося значения (I∞).
Рис. 2. Изменение во времени тока КЗ
От момента возникновения КЗ и до установившегося тока протекает нестационарный (переходной) процесс.
При установившемся режиме мы имеем минимальное напряжение в точке КЗ. Максимальное мгновенное значение токов КЗ на зажимах генератора может превышать амплитуду номинального тока генератора примерно в 15 раз. При несинхронном включении генератора в сеть, этот ток может превышать номинальный ток примерно в 30 раз.
Надежный способ ликвидации аварии, это отключение поврежденного участка от электрической системы. Отключение происходит с помощью высоковольтных выключателей, которые срабатывают с помощью устройств релейной защиты и автоматики.