Повреждения в электроустановках

Большинство повреждений в электростанциях энергосистемы приводит к коротким замыканием фаз между собой или на землю. В обмотках электрических машин и трансформаторов могут так же возникать короткие замыкания между витками одной фазы. Основными причинами повреждений являются: нарушение изоляций токоведущих частей, вызванные ее старением, перенапряжениями, механическими повреждениями; повреждения проводов и опор линий электропередач, вызванные их неудовлетворительным состоянием, гололедом, ураганным ветром, «пляской проводов» и другими причинами; ошибки персонала при операциях (отключение разъединителей под нагрузкой или включение их на ошибочно оставленное заземление и др.)

При коротком замыкании в контуре накоротко замкнутой ЭДС ε источника питания (генератора) возникает большой ток I_к. Короткие замыкания подразделяются на трехфазные, двухфазные, однофазные на землю и двухфазные на землю.

Во время короткого замыкания вследствие увеличения тока возрастает падение напряжения в элементах энергосистемы, что приводит к понижению напряжения во всех точках сети.

Происходящее при коротком замыкании увеличение тока и снижение напряжения приводят к ряду тяжелых последствий:

а.) ток короткого замыкания I_к выделяет в активном сопротивлении цепи R, по которой он проходит в течении времени t, теплоту, определяемую по закону Джоуля – Ленца: . В месте повреждения теплота, выделяемая током, и пламя электрической дуги производят большие разрушения, размеры которых тем больше, чем больше ток I_к и время t. Проходя по неповрежденному оборудованию, ток короткого замыкания нагревает его выше допустимого предела, что может вызвать повреждение изоляции и токоведущих частей;

б.) при протекании больших токов короткого замыкания усиливаются электродинамические взаимодействия между проводниками, сопровождающиеся значительными механическими напряжениями;

в.) понижение напряжения при коротком замыкании нарушает работу потребителей: синхронных и асинхронных электродвигателей, осветительных установок и других электроприемников

г.) снижение напряжения может сопровождаться нарушением устойчивости параллельной работы генераторов, что приводит к распаду энергосистемы и прекращению электроснабжения части или всех потребителей.

Особым видом повреждения являются замыкания на землю одной фазы в сети с изолированной нейтралью или заземленной через большое сопротивление дугогасящего реактора или большое активное сопротивление. Возникающий в этом месте повреждения ток I_з замыкается через емкость C проводов заземленных фаз сети относительно земли и имеет поэтому, как правило, небольшое значение. Междуфазные напряжения при этом виде повреждения остаются неизменными. Благодаря этому однофазное замыкание на землю в сетях с изолированной нейтралью не отражается на работе потребителей и не нарушает синхронной работы генераторов. Однако этот вид повреждения вызывает перенапряжения в сети, что представляет опасность с точки зрения возможности нарушения изоляции относительно земли двух неповрежденных фаз и перехода однофазного замыкания на землю в междуфазное короткое замыкание или двойное замыкание на землю.

Ненормальные режимы

Перезагрузка оборудования, вызванная сверхтоком, т.е. увеличением тока сверх номинального значения. Номинальным называется максимальное значение тока, допустимое для данного оборудования в течение неограниченного времени. Если ток I, проходящий по оборудованию, превышает номинальное значение, то за счет выделяемой им дополнительной теплоты температура токоведущих частей и изоляции через некоторое время превосходит допустимое значение, что приводит к ускоренному старению изоляции и токоведущих частей. Время t _д, допустимое для прохождения повышенных токов, зависит от их значения. Характер этой зависимости, определяемой конструкцией оборудования и типом изоляционных материалов. Причиной сверхтока может быть увеличение нагрузки и появления короткого замыкания за пределами защищаемого элемента (внешнее короткое замыкание). Для предупреждения напряжения оборудования при его перегрузке необходимо принять меры к его разгрузке или отключению в пределах времени t _д.

Повышение напряжения сверхдопустимого значения может быть на гидрогенераторах, а так же на турбогенераторах большой мощности, работающих по схеме блока, при внезапном отключении их от сети. Для предотвращения повреждения оборудования предусматривается релейная защита, действующая на гашение поля генератора.

Опасное для изоляции оборудования повышение напряжения может возникнуть так же при одностороннем отключении или включении линий электропередач высокого напряжения с большой емкостной проводимостью. Ликвидация опасных повышений напряжения в сетях сверхвысокого напряжения осуществляется с помощью специальной автоматики.

Качания возникают при нарушении синхронной работы генераторов электростанций энергосистемы. Качание очень опасный режим, отражающийся на работе всей электростанции энергосистемы.

По характеру изменения тока и напряжения качания похожи на короткое замыкание. Большинство устройств релейной защиты могут приходить в действие при качаниях и отключать защищаемые ими элементы. Такие хаотичные отключения разделяют электростанцию энергосистемы на изолированные участки с дефицитом или избытком генерируемой мощности, что может привести к частному или полному нарушению электроснабжения питающихся от электростанции энергосистемы потребителей. Поэтому необходимы меры, исключающее хаотичное действие релейной защиты при возникновении качаний.

Асинхронный режим. К ненормальным режимам относится так же работа синхронного генератора без возбуждения. При работе в асинхронном режиме увеличивается частота вращения генератора и возникает пульсация тока статора. Для генераторов некоторых типов длительная работа в асинхронном режиме не допускается, а для других допускается лишь при уменьшенном значении активной мощности. В отдельных случаях потеря возбуждения, не представляя опасности для самого генератора, может послужить причиной резкого снижения напряжения, угрожающего нарушением устойчивости параллельной работы. В этом случае генератор, оставшийся без возбуждения, должен быть немедленно отключен от сети.