3 Короткое замыкание в электроустановках. Метод расчётов токов кз

3 Короткое замыкание в электроустановках. Метод расчётов токов кз

Короткими
замыканиями (КЗ) называют замыкания
между фазами (фазными проводниками
электроустановки), замыкания фаз на
землю (нулевой провод) в сетях с глухо-
и эффективно-заземленными нейтралями,
а также витковые замыкания в электрических
машинах.

Короткие
замыкания возникают при нарушении
изоляции электрических цепей. Причины
таких нарушений различны: старение и
вследствие этого пробой изоляции,
набросы на провода линий электропередачи,
обрывы проводов с падением на землю,
механические повреждения изоляции
кабельных линий при земляных работах,
удары молнии в линии электропередачи
и др.

Чаще
всего КЗ происходят через переходное
сопротивление, например через сопротивление
электрической дуги, возникающей в месте
повреждения изоляции. Иногда возникают
металлические КЗ без переходного
сопротивления Для упрощения анализа в
большинстве случаев при расчете токов
КЗ рассматривают металлическое КЗ без
учета переходных сопротивлений.

В
трехфазных электроустановках возникают
трех- и двухфазные КЗ. Кроме того, в
трехфазных сетях с глухо- и
эффективно-заземленными нейтралями
дополнительно могут возникать также
одно- и двухфазные КЗ на землю (замыкание
двух фаз между собой с одновременным
соединением их с землей).

При
трехфазном КЗ все фазы электрической
сети оказываются в одинаковых условиях,
поэтому его называют симметричным. При
других видах КЗ фазы сети находятся в
разных условиях, в связи с чем векторные
диаграммы токов и напряжений искажены.
Такие КЗ называют несимметричными.

Вероятность
возникновения того или иного вида КЗ
характеризуется данными, приведенными
в табл.1, где указаны значения для разных
уровней напряжения электроустановки,
конструкций линий электропередачи,
климатических и других факторов.

Вид
связи нейтралей с землей
определяет уровень изоляции электроустановок
и выбор
коммутационной аппаратуры,токов кз и
т.д.

В
зависимости от режима нейтрали
электрические сети разде­ляют
на четыре группы: 1) сети с незаземленными
нейтралями; 2)
сети с резонансно-заземленными нейтралями;
3) сети с эффектив­но-заземленными
нейтралями; 4) сети с глухозаземленными
ней­тралями.

К
первой и второй группам относятся сети
напряжением
3—35 кВ, нейтрали трансформаторов или
генераторов в
которых изолированы от земли или
заземлены через дугогасящие катушки.

К
3-ей группе относятся
сети напряжением 110-220 кВ, работающие,
как пра­вило,
с глухозаземленной нейтралью.

К
четвертой группе относятся сети
напряжением 220 и 380 В.

Режим
работы нейтрали определяет ток замыкания
на землю. Сети,
в которых ток однофазного замыкания на
землю менее 500 А, называют
сетями с малыми токами замыкания на
землю (в основном это сети с незаземленными
и резонансно-заземленными нейтралями).
Токи
более 500 А соответствуют сетям с большими
токами замы­кания
на землю (это сети с глухо- и
эффективно-заземленными нейтралями).

а)
Трехфазные сети с незаземленными
нейтралями

В
сетях с незаземленными нейтралями токи
при однофазном
замыкании
на землю протекают через распределенные
емкости фаз,
которые
для

упрощения анализа процесса условно
заменяют емко­стями,
сосредоточенными в середине линий (рис.
1-11).
Междуфаз­ные емкости при этом не
рассматриваются, так как при однофазных
повреждениях
их влияние на токи в земле не сказывается.

В
нормальном режиме работы напряжения
фаз сети относительно земли
(UА,
Ub,
Uс)
симметричны
и равны фазному напряжению, а емкостные
(зарядные) токи фаз относительно земли
1Соа,
Icob,
и
Icoc
также
симметричны и равны между собой (рис.
1-11, а).
Емкостный
ток фазы IСо
= UфwС, где
С
емкость фазы относительно земли

Геометрическая
сумма емкостных токов трех фаз равна
нулю. Емкостный
ток нормального режима в одной фазе в
современных сетях
с незаземленной нейтралью, как правило,
не превышает не­скольких
ампер и практически не влияет на загрузку
генераторов.

В
случае металлического замыкания на
землю в одной точке напряжения
неповрежденных фаз относительно земли
возрастают в
корень из 3 раз и становятся равными
междуфазному напряжению.

Емкостные
токи неповрежденных фаз В
и С
также
увели­чиваются
в соответствии с увеличением напряжения
в корень из3 раз. Ток на
землю фазы А,
обусловленный
ее собственной емкостью, будет равен
нулю, так как эта емкость оказывается
закороченной.

Для
тока в месте повреждения можно записать:


= — {1св + 1сс),

т.
е. геометрическая сумма векторов
емкостных токов неповрежден­ных фаз
определяет вектор тока через место
повреждения. Ток Iс
оказывается
в 3 раза больше, чем емкостный ток фазы
в нормальном режиме:

Iс
= 3IСо
=3
UфwС,

Согласно
выражению ток Iс
зависит от напряжения сети, частоты
и емкости фаз относительно земли.
Последняя зависит в ос­новном
от конструкции линий сети и их
протяженности.

В
случае замыкания на землю через переходное
сопротивление напряжение
поврежденной фазы относительно земли
будет больше нуля, но меньше фазного, а
неповрежденных фаз — больше фазного,
но
меньше линейного. Меньше будет и ток
замыкания на землю.

При
однофазных замыканиях на землю в сетях
с незаземленной
нейтралью
треугольник линейных напряжений не
искажается,
поэтому
потребители, включенные на междуфазные
напряжения,
продолжают
работать нормально.

Допустимая
длительность работы с заземлен­
ной
фазой определяется Правилами технической
эксплуатации
(ПТЭ)
и в большинстве случаев не должна
превышать 2 ч.

Более
опасно однофазное замыкание на землю
через дугу, так
как дуга может повредить оборудование
и вызвать двух- или трехфазное
к.з.

10
15—20 35 20
15 10

Напряжение
сети, кВ -. 3—6

Емкостный
ток замыкания на землю, А 30

б)
Трехфазные сети с резонансно-заземленными
нейтралями

В
сетях 3—35 кВ для уменьшения тока
замыкания на землю с
целью удовлетворения указанных выше
норм применяется зазем­ление
нейтралей через дугогасящие катушки.

В
нормальном режиме работы ток через
катушку практически равен
нулю. При полном замыкании на землю
одной из фаз дугогасящая
катушка оказывается под фазным напряжением
и через место
замыкания на землю протекает наряду с
емкостным током Iс
также
индуктивный ток катушки IL.
Так как индук­тивный
и емкостный токи отличаются по фазе на
угол 180°, то в ме­сте
замыкания на землю они компенсируют
друг друга. Если
=
IL
(резонанс), через место замыкания на
землю ток проте­кать
не будет. Благодаря этому дуга в месте
повреждения не воз­никает
и устраняются связанные с нею опасные
последствия.

Суммарная
мощность дугогасящих катушек для сетей
опреде­ляется
из выражения

Q=
nIcUф

где
n
— коэффициент, учитывающий развитие
сети; ориентировочно можно
принять п =
1,25; Iс
— полный ток замыкания на землю, А; Uф
— фазное
напряжение сети, кВ.

По
рассчитанному значению Q
в каталоге подбираются катушки требуемой
номинальной мощности.При
1С>50
А к установке принимают две
дугогасящие катушки с суммарной
мощностью.Реакторы бывают 2-ух типов:
РЗДСОМ и РЗДПОМ. Дугогасящие
катушки должны устанавливаться на
узловых питающих
подстанциях, связанных с компенсируемой
сетью не ме­нее чем тремя линиями.
При
компенсации сетей генераторного
напряжения
катушки располагают обычно вблизи
генераторов.

в)
Трехфазные
сети с глухо-
и эффективно-заземленными нейтралями

Глухое
заземление нейтрали применяется в сетях
220 и 380 В. При этом все нейтрали источников
питания соединяются

с
землей.

В
сетях 110 кВ и выше определяющим в выборе
способа зазем­ления нейтралей является
фактор стоимости изоляции. Здесь
при­меняется эффективное заземление
нейтралей, при котором во время однофазных
замыканий напряжение на неповрежденных
фазах равно примерно 0,8 междуфазного
напряжения в нормальном режиме работы.
Это основное достоинство такого способа
заземления ней­тралей.

Сети
напряжением 110 кВ и выше работают,как
правило, с глухозаземленной нейтралью.

Однако
рассматриваемые режимы нейтрали имеют
и ряд недо­статков. Так, при замыкании
одной из фаз на землю образуется
короткозамкнутый
контур через землю и нейтраль источника
с ма­лым
сопротивлением, к которому приложена
э. д. с. фазы. Возникает
режим к. з., сопровождающийся протеканием
больших токов. Во избежание повреждения
оборудования длительное про­текание
больших токов недопустимо, поэтому к.
з. быстро отклю­чаются релейной
защитой. Правда, значительная часть
однофазных повреждений в электрических
сетях напряжением 110 кВ и выше относится
к самоустраняющимся, т. е. исчезающим
после снятия напряжения.
В таких случаях эффективны устройства
автомати­ческого
повторного включения (АПВ), которые,
действуя после

работы
устройств релейной защиты, восстанавливают
питание потребите­лей
за минимальное время.

Второй
недостаток — значитель­ное
удорожание выполняемого в рас­пределительных
устройствах контура заземления,
который должен отвести на
землю большие токи к. з. и поэтому
представляет собой в данном случае
сложное инженерное сооруже­ние.

Рис.
1-16. Трехфазная сеть с эффективно-заземленной
нейт­ралью.

Третий
недостаток—значительный ток однофазного
к. з., который при большом количестве
заземленных ней­тралей,
а также в сетях с автотранс­форматорами
может превышать токи трехфазных к. з.
Для умень­шения
токов однофазного к. з. применяют, если
это возможно и эффективно,
частичное разземление нейтралей (в
основном в се­тях
110—220 кВ). Возможно применение для тех
же целей токоограничивающих
сопротивлений, включаемых в нейтрали
транс­форматоров.

Leave a Comment