Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Виды, причины и последствия короткого замыкания КЗ

Коэффициенты с геометрически подобных тел равны, если равны соответствующие числа Рейнольдса. В этом случае оба потока подобны.

То есть характер течения различных жидкостей (или газов) в трубах разных сечений будет совершенно одинаков, если каждому течению соответствует одно и то же значение Re.

Этот закон дает возможность проводить экспериментальное исследование сложных процессов, используя модели обтекаемых тел в аэродинамических или гидродинамических трубах.

Лекция №5

Тема: Виды, причины и последствия короткого замыкания. Методы расчета КЗ

Виды и причины КЗ.

Расчет токов трехфазного короткого замыкания аналитическим методом

Расчет токов трехфазного короткого замыкания по кривым

Расчет токов КЗ методом симметричных составляющих

Виды, причины и последствия короткого замыкания КЗ

Виды и причины К3. В каждой электрической системе различают нормальный (рабочий) и аварийный режимы.

Под нормальным режимом понимают такой порядок работы электрической цепи, при котором электрическая энергия поступает от источников питания к потребителям с нормальными потерями в сети. Этот режим характеризуется токами, величины которых зависят от напряжений и сопротивлений сети и приемников.

Коротким замыканием (КЗ) называется режим, при котором цепь источника питания замыкается через относительно малое сопротивление. Токи КЗ возникают в электрической цепи в результате соединения разных фаз между собой или с землей через относительно малое сопротивление, которое в большинстве случаев почти равно нулю. Сопротивлением электрической дуги, образующейся в некоторых случаях при КЗ, обычно пренебрегают и расчеты ведут на наибольшие токи КЗ, которые проходят при так называемом металлическом соединении.

Различают следующие виды КЗ: трехфазное (рис. 5.1) или симметричное (К⁽³⁾), когда три фазы соединяются между собой; двухфазное (К⁽²⁾), когда две фазы соединяются между собой без соединения с землей; однофазное (К⁽¹⁾), когда одна фаза соединяется с нейтралью источника через землю; двойное замыкание на землю (K^(1,1)), когда две фазы замыкаются между собой через землю. Если все виды КЗ принять за 100 %, то их относительная вероятность на основании статистики составляет: трехфазных - 5%; двухфазных - 10%; двойных замыканий на землю - 20%; однофазных - 65 %.

Рисунок 5.1- Виды КЗ в трехфазной системе

Основными причинами возникновения КЗ являются нарушения изоляции как токоведущих частей, так и электрической аппаратуры. Причины, вызывающие нарушение изоляции, многообразны и могут иметь временный и постоянный характер. Временное нарушение изоляции, которое устраняется после отключения поврежденного участка, возникает при прямых ударах молнии, схлестывании проводов воздушной сети во время ветра и гололеда, набросав проводников на токоведущие части, перекрытии изоляции при неправильных операциях разъединителями, перекрытии или уменьшении изолирующих промежутка в птицами, насекомыми и т.п. Постоянное нарушение изоляции, неисчезающее и после отключения аварийного участка, возникает при пробое изоляции вследствие ее старения или недоброкачественности, механических повреждениях кабелей при земляных работах и т.п.

Независимо от того, временный или постоянный характер носит то или иное повреждение изоляции, все повреждения связаны с появлением значительных токов КЗ.

При рассмотрении КЗ различают системы с заземленной и изолированной нейтралью.

В системах с глухозаземленной нейтралью (см. рис. 5.2, а) соединение фазы с землей представляет однофазное КЗ. Ток однофазного КЗ достигает больших значений и имеет преимущественно индуктивный характер. Величина этого тока в основном ограничена индуктивным сопротивлением источника тока, питающего цепь КЗ, линии и других устройств. Установлено, что из трех видов КЗ на зажимах трехфазного синхронного генератора с заземленной нейтралью - трехфазного, двухфазного и однофазного - наибольшая величина установившегося тока получается при однофазном КЗ. В установившемся режиме величина тока трехфазного КЗ на зажимах генератора в 2,5 раза меньше тока однофазного КЗ и в 1,5 раза меньше тока двухфазного КЗ. Однако при КЗ в удаленных от генератора точках наиболее опасным КЗ является трехфазное, хотя оно и происходит наиболее редко. Это объясняется следующим. При КЗ на зажимах генератора величина тока КЗ зависит только от соотношения сопротивлений его обмоток при указанных видах КЗ. По мере удаления точки КЗ от генератора величину тока КЗ определяют сопротивления элементов цепи КЗ (линии, трансформаторы, реакторы), так как сопротивления обмоток генератора незначительны по сравнению с ними.

Рисунок 5.2 а-схема системы с изолированной нейтралью; б-векторная диаграмма напряжений системы при однофазном замыкании на землю

В электрических системах с заземленной нейтралью для тока однофазного КЗ применяют искусственные ограничительные меры. В одних случаях нейтрали заземляют не на всех трансформаторах, а только на части трансформаторов, оставляя другие работать с изолированными нейтралями; в других случаях нейтрали заземляют либо через активное сопротивление R, либо через относительно большие индуктивные сопротивления X_L. (см. рис. 5.2, а). В результате этого наибольший возможный ток однофазного КЗ в электрических системах обычно не превышает наибольшего возможного тока трехфазного КЗ. Прохождение однофазного тока КЗ обычно вызывает срабатывание релейной защиты линии и отключение потребителей от системы, что является существенным недостатком систем с заземленными нейтралями.

В системе с изолированной нейтралью соединение одной фазы с землей называется просто замыканием на землю. Токи в этом случае имеют преимущественно емкостный характер, достигая нескольких десятков ампер в крупных установках с развитыми сетями, и зависят от напряжения и длины линий. Приближенно ток замыкания на землю I₃, равный емкостному току I_с, можно определить по формуле

, (5.1)

где U - линейное напряжение, кВ; l_B и l_K - длины электрически связанных воздушных и кабельных линий сети данного напряжения, км.

Так как при однофазных замыканиях на землю, в системе с изолированной нейтралью токи замыкания на землю незначительны, то нет необходимости мгновенного отключения линии от защиты. К тому же работа приемников электроэнергии не нарушается, так как напряжения между фазами остаются неизменными и сдвинутыми по фазе на угол 120°. Защита от такого рода замыканий действует обычно на сигнал, по которому дежурный персонал должен принять меры для нахождения и устранения однофазного замыкания на землю. Считается допустимым работа линии при однофазном замыкании в течение не более 2 ч, после чего питание потребителей должно быть переведено на другую линию (если она есть) или вообще отключено. При более длительной работе с однофазным замыканием возможно замыкание на землю другой фазы в какой-либо точке, что может привести к тяжелой аварии.

При однофазном замыкании на землю изменяется напряжение фаз по отношению к земле. В нормальном режиме работы напряжения фаз U_А, U_В и U_С симметричны и численно равны фазному напряжению установки относительно земли. Сумма емкостных токов фаз по отношению к земле равна нулю. При замыкании, например, фазы С на землю (см. рис. 5.2, б и в) напряжение U_с относительно земли становится равным нулю вследствие отсутствия разности потенциалов между землей и фазой с замыканием на землю; напряжение относительно земли неповрежденных фаз А и В увеличивается в раз и становится равным междуфазному напряжению установки (ввиду наличия на земле потенциала U_с):

и . (5.2)

Особенно опасно однофазное замыкание на землю через электрическую дугу. Эта дуга может периодически гаснуть и зажигаться (так называемая перемежающаяся дуга) и вызвать перенапряжение сети, так как последняя представляет собой колебательный контур. Перенапряжения достигают (2,5-3,0) U_Ф и распространяются на всю электрически связанную сеть, в результате чего возможны пробои изоляции неповрежденных фаз (в частях установки с ослабленной изоляцией), т.е. переход однофазного замыкания на землю в двойное КЗ на землю. Перемежающаяся дуга возникает вероятнее всего при емкостном токе более 5 А, а опасность дуговых перенапряжений возрастает с увеличением напряжения сети (наиболее опасны дуговые перенапряжения в установках 35 кВ и выше).

Электроустановки напряжением выше 1000 В подразделяют на установки с большим и малым током замыкания на землю. К установкам с большим током замыкания на землю относятся установки с заземленными нейтралями и током замыкания на землю более 500 А (установки напряжением 110 кВ и выше). К установкам с малым током замыкания на землю относят обычно установки с изолированными нейтралями (до 35 кВ включительно) или нейтралями, заземленными через большие сопротивления, у которых ток замыкания на землю менее 500 А.

Меры по ограничению действий КЗ. В современных электрических системах возникающие токи КЗ достигают огромных значений - десятков и сотен тысяч ампер. Проходя по элементам короткозамкнутой цепи, эти токи оказывают динамическое и термическое воздействие на электрическое оборудование, аппаратуру и токоведущие части. Последствиями динамического и термического воздействия токов КЗ могут быть разрушения сборных шин, частей аппаратуры, токоведущих частей генераторов и трансформаторов, перегрев и расплавление проводов, оплавление контактов отключающих аппаратов и т.п. Размеры и характер повреждения оборудования электроустановки могут вызвать различные по продолжительности перерывы электроснабжения отдельных потребителей. Короткое замыкание, вызывающее в системе значительное понижение напряжения сети, может нарушить устойчивую параллельную работу электростанций системы и выпадение их из синхронизма.

Для предотвращения возникновения КЗ, ограничения их развития и обеспечения надежности электроснабжения следует сделать правильный выбор: схемы электрических соединений электроустановки; оборудования, стойкого против динамических и термических действий токов КЗ; средств ограничения токов КЗ; надежной релейной защиты, предотвращающей развитие аварий или их возникновение; заземляющих устройств. Кроме того, должна быть обеспечена динамическая устойчивость параллельной работы электростанций.

Чтобы реализовать эти мероприятия, необходимо знать возможные величины токов КЗ в различных точках системы и электроустановки. Поэтому при проектировании электроустановок после выбора принципиальных схем одним из первых этапов является расчет токов КЗ. В настоящее время имеется несколько способов расчета токов КЗ с различной степенью точности. Применяют их в зависимости от назначения расчета. Наибольшая точность требуется при исследовании устойчивости параллельной работы электростанций и проектировании сложных видов релейной защиты. Правильный выбор аппаратуры и релейной защиты железнодорожных электроустановок обеспечивают приближенные методы расчета токов КЗ, которые нашли широкое применение и при расчете токов КЗ для электроустановок промышленных предприятий других ведомств.