Короткие замыкания в системах ЭС. Виды коротких замыканий. Причины возникновения коротких замыканий.

Электромагнитные переходные процессывозникают: - при включении и отключении двигательных и других агрегатов; - в результате коротких замыканий (к.з.) и простых замыканий; - при местной несимметрии; - при работе форсировки возбуждения, регуляторов возбуждения, автоматов гашения поля и т.п.; - несинхронного включения синхронных машин (СМ). Электромагнитные переходные процессы сопровождаются изменением электромагнитного состояния элементов электрической системой (ЭС). Механические параметры режима остаются неизменными. Скорость протекания от 50 до 150 Гц. Из всего многообразия электромагнитных переходных процессов наиболее распространенными являются процессы, вызванные к.з. Большая часть к.з. - дуговые, как правило, самоликвидирующиеся: реже - металлические, при которых, фазы электроустановки соединяются между собой или с землей. Виды, причины и последствия коротких замыканий. Коротким замыканием (КЗ) называется нарушение нормальной работы электрической установки, вызванное замыканием фаз между собой, а также замыканием фаз на землю в сетях с глухозаземленными нейтралями. Причинами КЗ обычно являются нарушения изоляции, вызванные ее механическими повреждениями, старением, набросами посторонних тел на провода линий электропередачи, проездом под линиями негабаритных механизмов (кранов с поднятой стрелой и т.п.), прямыми ударами молнии, перенапряжениями, неудовлетворительным уходом за оборудованием. Часто причиной повреждений в электроустановках, сопровождающихся короткими замыканиями, являются неправильные действия обслуживающего персонала. Примерами таких действий являются ошибочные отключения разъединителем цепи с током, включения разъединителей на закоротку, ошибочные действия при переключениях в главных схемах и в схемах релейной защиты и автоматики. При КЗ токи в поврежденных фазах увеличиваются в несколько раз по сравнению с их нормальным значением, а напряжения снижаются, особенно вблизи места повреждения. Протекание больших токов КЗ вызывает повышенный нагрев проводников, а это ведет к увеличению потерь электроэнергии, ускоряет старение и разрушение изоляции, может привести к потере механической прочности токоведущих частей и электрических аппаратов. Снижение уровня напряжения при КЗ в сети ведет к уменьшению вращающего момента электродвигателей, их торможению, снижению производительности и даже к полному останову. Резкое снижение напряжения при КЗ может привести к нарушению устойчивости параллельной работы генераторов электростанций и частей электрической системы, возникновению системных аварий. Виды КЗ в трехфазной сети: трехфазное КЗ (К³); двухфазное КЗ (К²); двухфазное КЗ на землю (К^1.1); однофазное КЗ (К¹). Трехфазные и двухфазные КЗ возможны в любых трехфазных сетях. Для прохождения тока при однофазном или двухфазном КЗ на землю необходимо, чтобы на участке сети, где произошло повреждение, была хотя бы одна заземленная нулевая точка (нейтраль) трансформатора, электрически связанная с местом КЗ. Чем больше будет заземленных нейтралей, тем больше будет ток КЗ при этих видах повреждений. Важным фактором является относительная частота возникновения различных видов КЗ. По усредненным данным она составляет, %: трехфазные — 5; двухфазные — 10; однофазные — 65; двухфазные КЗ на землю — 20. Иногда один вид замыканий переходит в другой. Как правило, в месте КЗ возникает электрическая дуга, которая образует вместе с сопротивлениями элементов пути тока КЗ переходное сопротивление. Иногда возникают металлические КЗ без переходного сопротивления. Для обеспечения надежной работы энергосистем и предотвращения повреждений оборудования при КЗ необходимо быстро отключать поврежденный участок, что достигается применением устройств релейной защиты с минимальными выдержками времени и быстродействующих отключающих аппаратов (выключателей). Немаловажную роль играют устройства АРВ и быстродействующей форсировки возбуждения (УБФ) синхронных генераторов, которые увеличивают ток возбуждения синхронных генераторов при коротких замыканиях, благодаря чему меньше понижается напряжение в различных звеньях сети, а после отключения КЗ напряжение быстрее восстанавливается до нормального. К мерам, уменьшающим опасность развития аварий, относятся: выбор рациональной схемы сети, правильный выбор аппаратов по условиям КЗ, применение токоограничивающих устройств и т.п. Для осуществления указанных мероприятий необходимо уметь определять токи КЗ и учитывать характер их изменения во времени. Последствия к.з. проявляются: - в резком увеличении токов в ветвях системы, особенно в месте к.з.; в некоторых ветвях увеличение тока может быть небольшим; - в значительном снижении напряжения в узлах ЭС; при трехфазном к.з. (К^(З)) напряжение в точке к.з. снижается до нуля; при несимметричных к.з. (двухфазное - К⁽²⁾, однофазное - К⁽¹⁾,двухфазное на землю - К^(1.1)) напряжение в точке к.з. частично сохраняется; - в искажении симметрии напряжений и токов при несимметричных к.з., в результате которого увеличивается электромагнитное и электростатическое влияние линий электропередачи (ЛЭП) на линии связи и другие объекты; - в тепловом действии токов к.з., приводящем к повреждению изоляции, спеканию контактов электроаппаратуры и т.д.; - в динамическом действии токов к.з., в появлении механических усилий, повреждающих конструкции машин и аппаратов. Необходимо отметить, что потребители (нагрузка) в ЭС очень чувствительны к снижению напряжения. Так, например, асинхронные двигатели (АД), составляющие до 50% нагрузки, при снижении напряжения затормаживаются, что приводит к увеличению тока нагрузки и дальнейшему снижению напряжения на ее зажимах. Появляется опасность нарушения устойчивости параллельной работы электрических машин (ЭМ) в системе, которая в этом случае распадается на части, работающие несинхронно. В результате происходит длительное нарушение электроснабжения потребителей, приводящее к огромному материальному ущербу. Подавляющее число к.з. (85%), происходящих в ЭС, связано с замыканием па землю. Трехфазное к.з. является очень редким (5%), но изучение процессов, происходящих при этом виде к.з., имеет первостепенное значение, поскольку последствия трехфазных к.з. являются самыми тяжелыми для ЭС