Короткие замыкания в системах электроснабжения

Виды коротких замыканий

Для электроустановок характерны четыре режима работы: нормальный, аварийный, послеаварийный и ремонтный [24].

Нормальным режимом работы системы электроснабжения называется режим, при котором все элементы системы работают при номинальном напряжении с допустимыми отклонениями и с номинальными (длительно допустимыми) токами нагрузки. В таком режиме элементы СЭС могут работать сколь угодно долго (в течение всего срока эксплуатации).

Нарушения нормального режима работы СЭС связаны с факторами, не предусмотренными характеристиками оборудования, а именно:

- возникновением различных видов коротких замыканий (КЗ), приводящих к повышению тока в электроустановке в несколько раз по сравнению с номинальным,

- перенапряжениями,

- перегрузками (нагрузкой свыше номинальной или длительно допустимой),

- снижениями напряжения ниже допустимого уровня,

- возникновением асинхронного хода;

- неправильной работой устройств защиты и автоматики и т.п. Наиболее часто встречающимся видом нарушений нормального режима и наиболее опасным по своим последствиям являются короткие замыкания, причиной которых являются повреждения изоляции фаз и, как следствие, ее пробой. При этом возникают замыкания между фазами или между фазами и землей. Причинами ослабления или повреждения изоляции могут быть перенапряжения, прямые удары молнии, старение изоляции, проезд под линиями негабаритных механизмов или провоз негабаритных грузов; механические повреждения (например, при выполнении земляных работ, обрыв провода при значительных ветровых нагрузках и гололедообразовании), набросы на линии посторонних предметов и т.п. На рис.2.1 представлены возможные виды КЗ в трехфазных сетях переменного тока в зависимости от режима нейтрали сети.

Рисунок 2.1 – Виды коротких замыканий в трехфазной сети: (а-е) – сети с глухим или эффективным заземлением нейтрали, а)– трехфазное короткое замыкание; б) - трехфазное короткое замыкание на землю; в) – двухфазное короткое замыкание; г) – двухфазное к.з. на землю; д) – однофазное короткое замыкание; е) – двойное к.з.. (ж-и) – сети с изолированной нейтралью: ж) –трехфазное короткое замыкание; з) - двухфазное короткое замыкание; и) – двухфазное к.з. на землю. 1 – схема с соединением обмоток трансформатора в треугольник; 2 - схема с изолированной нейтралью обмоток трансформатора, соединенных в звезду; 3 – с компенсированной нейтралью.

а)

б)

в)

г)

д)

е)

и)

з)

ж)

При возникновении КЗ в сети, прилегающей к месту повреждения, токи могут увеличиваться в несколько раз и даже на порядок по сравнению с их величинами в нормальном режиме. При этом напряжение в этой части сети резко снижается. Значительные токи при КЗ могут привести к авариям, отказам, возгораниям, а при замыкании дуги на человека – к электротравмам различной степени тяжести. Поэтому во избежание развития аварийной ситуации режимы КЗ должны ликвидироваться срабатыванием защит и коммутационных аппаратов за минимально короткий срок (0,1 ÷ 3-4с). Больший период времени относится к резервным защитам.

Расчетным видом для выбора оборудования и проводников, как правило, является трехфазное КЗ, хотя короткие замыкания одной фазы на землю являются наиболее распространенным видом нарушения нормального режима [8]. Кроме того, в ряде случаев в сетях с эффективным и глухим заземлением нейтрали (например, при наличии автотрансформаторной связи между сетями) токи однофазных КЗ превышают токи трехфазных КЗ. Это следует учитывать при выборе оборудования и расчете уставок релейных защит.

Во внутризаводских сетях напряжением 6 – 10 – 35 кВ, работающих с изолированной или компенсированной нейтралью (рис.2.1, ж-и) расчетным видом для выбора оборудования и проводников является трехфазное или двухфазное КЗ.