Файл: Условные обозначения и основные термины. Виды схем электроснабжения по назначению Электроустановка.docx

- сооружение водонапорных башен (резервуаров) для создания запаса технической воды, чтобы в часы максимума отключать насосы и получать техническую воду самотеком из резервуаров;

- замена электродвигателей на новые, более современные, с более высокими значениями КПД и коэффициента мощности;

- замена воздушных линий электропередач на современные, с меньшими значениями активных и индуктивных сопротивлений и т.д.

Мероприятия, требующие технико-экономической проработки, разрабатываются на стадии реконструкции предприятия (или электрической сети) или в порядке плановой модернизации.

35 Виды, причины и последствия КЗ

Замыкание– это всякое случайное или преднамеренное, непредусмотренное нормальным режимом работы электрическое соединение различных точек электроустановки между собой или с землей.

Короткое замыкание (КЗ) – это замыкание, при котором токи в ветвях электроустановки, примыкающих к месту замыкания, резко возрастают, превышая наибольший допустимый ток продолжительного режима.

Т.о. отличие КЗ от простого замыкания - уровень токов в ветвях: если ток в ветвях, примыкающих к месту замыкания, не превышает длительно допустимый ток, то это не короткое замыкание, а если превышает – это КЗ.

Виды КЗ. По числу замкнувшихся фаз КЗ бывают: трехфазные, двухфазные, двухфазные на землю и однофазные.

Трехфазные КЗ. Это КЗ между тремя фазами. Все три фазы замкнуты между собой. Обозначение на схемах: при трехфазном изображении

А

В

С

и при однолинейном изображении схемы электроснабжения



Двухфазные КЗ. Это КЗ между двумя фазами. Между собой соединяются две фазы. Обозначается К⁽²⁾. В зависимости от сочетания замкнувшихся фаз могут быть трех видов «АВ», «ВС» и «СА».



Двухфазные КЗ на землю. Это двухфазное КЗ, при котором с землей соединяются две фазы. Обозначается К^(1,1). В зависимости от сочетания замкнувшихся фаз могут быть трех видов «АВО», «ВСО» и «САО».

---

А

В

С или К^(1,1)

Однофазные КЗ на землю. Это КЗ на землю, при котором с землей соединяется одна фаза. Обозначается К⁽¹⁾.



На схемах замещения место КЗ указывают точкой (вместо стрелки) с обозначением вида КЗ. Например, К⁽¹⁾ или К⁽³⁾



или просто точкой без указания вида КЗ .

Трехфазное КЗ на землю отдельно не рассматривается, так как по величине токов КЗ и характеру переходных процессов оно не отличается от трехфазного КЗ без земли. Наиболее частыми являются однофазные КЗ.

Основные термины.

КЗ делят на симметричные и несимметричные. Симметричное КЗ — это КЗ, при котором все ее фазы находятся в одинаковых условиях. Трехфазное КЗ является симметричным. При трехфазном КЗ во всех фазах протекают одинаковые по величине токи КЗ, сдвинутые по фазе друг относительно друга на 120⁰. Все другие виды КЗ - несимметричные.

Наибольшие токи КЗ возникают при трехфазных КЗ. Поэтому с точки зрения термического и динамического воздействия на сеть их называют самыми тяжелыми КЗ.

Короткие замыкания на землю могут быть только в сетях с глухо заземленной или эффективно заземленной нейтралью. В сетях с изолированной нейтралью однофазное (сети 6-35 кВ) замыкание на землю не сопровождается резким увеличением тока и его называют «простым замыканием».

Если в месте КЗ присутствует электрическая дуга или внешние предметы, например, ветки дерева, опора линии передач, птицы и т. д., то такое КЗ называется коротким замыканием через переходное сопротивление. Если в месте замыкания нет переходного сопротивления, то такое КЗ называют металлическим.

Причины КЗ.

1. 
   Старение и повреждение изоляции.
   
2. 
   Замыкание через посторонние (внешние) предметы.
   
3. 
   Ошибки персонала (например, не убрали за собой инструмент после ремонта, забыли убрать заземление и т. д.);
   
4. 
   Влияние окружающей среды (ветер дождь снег и тп)
   

Последствия КЗ.

Все последствия КЗ связаны с снижением напряжения и увеличением тока в элементах электрической сети.

1. 
   Снижение напряжения в электрической сети. В точке трехфазного КЗ все три фазы соединены между собой и поэтому междуфазное напряжение между любой парой фаз равно нулю. Для описания такого свойства трехфазного КЗ используется терминология «в точке трехфазного КЗ напряжение снижается до нуля». Например, при трехфазном КЗ в точке К на линии Л1 напряжение в точке К снижается до нуля (рисунок 6.1). Это приводит к прекращению электроснабжения потребителей 1, подключенных к поврежденной линии Л1.
   

---

В точках электрической сети, расположенных на некотором удалении от точки КЗ, напряжение также существенно снижается. При этом снижение напряжения может сопровождаться прекращением питания потребителей, подключенных к неповрежденным участкам сети. Причина снижения напряжения на шинах подстанции и в точках сети, удаленных от точки КЗ, показана на рисунке 6.1.



Рисунок 6.1 – Пояснение к снижению напряжения на шинах при КЗ на отходящей линии

Напряжение на шинах подстанции на рисунке 6.1 (центра питания для потребителей 1 и 2) определяется по выражению:

(6.1)

где U_эн. –напряжение энергосистемы (в относительных единицах или приведенное к напряжению сети, в которой произошло КЗ);

- сумма потерь напряжения в элементах сети от источника до центра питания;

Z_шк – сопротивление линии от центра питания до точки КЗ.

Расчеты по выражению (6.1) могут выполняться как в именованных (приведенных), так и в относительных единицах.

Протекание больших токов КЗ вызывает увеличенные потери напряжения в элементах питающей сети и, как следствие, происходит резкое снижение напряжения на шинах подстанции. При этом напряжение питания потребителей, получающих питание от шин подстанции по неповрежденной линии Л2 (потребитель 2 на рисунке 6.1), также резко снижается.

Резкое снижение напряжения на шинах ниже уровня 0,9U_НОМ называют провалом или посадкой напряжения, а само напряжение на шинах U_Ш при КЗ в сети называют остаточным напряжением U_ОСТ. Его можно определить и другим путем, используя закон Ома:

.

Но на практике чаще используется выражение (6.1). Глубокая посадка напряжения может привести к остановке всех двигателей предприятия и нарушению технологического процесса.

2) Термическое действие тока КЗ. Под термическим действием тока КЗ понимают повышение температуры проводников под действием тока КЗ. (По РУ «Термическое действие тока КЗ - это тепловое действие тока КЗ, вызывающее изменение температуры элементов электроустановки

---

»). Термическое действие тока КЗ может приводить к повышению температуры изоляции проводников выше допустимых значений. Это приводит к ускоренному тепловому износу изоляции и может привести к выходу из строя кабельных линий, изоляции электрических машин, к пожарам в электрических сетях и даже к выгоранию целых подстанций.

3) Электродинамическое действие тока КЗ. Под электродинамическим действием электрического тока понимают механические усилия, механическое взаимодействие двух и более проводников с токами. (По РУ «Электродинамическое действие тока КЗ - это механическое действие электродинамических сил, обусловленных током короткого замыкания, на элементы электроустановки»). При КЗ электродинамическое действие тока резко возрастает. Это может привести к деформации (изгибу) шин, разрушению изоляторов, повреждению обмоток электрических аппаратов и т.д.

4) При КЗ в сетях энергосистемы (например, вблизи ТЭЦ или электростанций) возможно изменение режима работы генераторов. Ток КЗ, протекая по обмоткам статора генераторов, изменяет ток в обмотке статора генератора. Такие КЗ называют близкими. При большой удаленности КЗ величина тока КЗ может лишь незначительно превышать номинальный ток питающих генераторов и возникновение такого КЗ не опасно для генераторов и воспринимается ими как небольшое увеличение нагрузки.

Увеличение тока в обмотке генератора при близких КЗ приводит к увеличению тормозного момента. Скорость вращения ротора генератора снижается. При этом изменяется частота ЭДС такого генератора. В нормальном режиме при одинаковой частоте генераторов на электростанциях угол сдвига по фазе их ЭДС не изменяется. Векторы всех ЭДС вращаются с одинаковой угловой скоростью. При КЗ вследствие изменения частоты ЭДС одного из генераторов векторы ЭДС разных групп генераторов (разных электростанций) начинают вращаться друг относительно друга. Это явление в энергосистеме называют асинхронный режим или режим качания.

Для энергосистемы асинхронный режим– это режим, характеризующийся несинхронным вращением отдельных генераторов энергосистемы при сохранении электрической связи между ними. Если два генератора (генераторы двух электростанций) вращаются с разными скоростями, то периодически изменяется взаимный угол между ЭДС генераторов (рисунок 6.2, а).

---

Рисунок 6.2 – Режим несинхронного вращения генераторов

В нормальном режиме ЭДС Е₁ и Е₂ сдвинуты на угол нагрузки δ. При синхронном режиме роторы всех генераторов вращаются с одинаковыми скоростями и векторы Е₁ и Е₂ вращаются синхронно и неподвижны друг относительно друга. Угол δ при этом постоянный. Конец вектора напряженияв любой точке линии, находится на прямой, соединяющей концы векторов ЭДС двух эквивалентных генераторов (показано для напряжения в точке «В»),

Если режим качания длительный, то в сети возникают устойчивые периодические колебания напряжений, токов и мощностей. Изменение напряжения вдоль линии показано на рисунке 6.2, в. Наиболее опасен угол 180⁰. В од­ной из точек сети при угле = 180° напряжение снижается до нуля. Эту точку называют электрическим центром кача­ния (ЭЦК).

При качаниях сдвиг по фазе ЭДС генераторов непрерывно изменяется от 0 до 360⁰. В один из моментов времени ЭДС генераторов могут оказаться в противофазе (рисунок 6.3, б). Генераторы при этом «обмениваются» мощностью между собой и ток в нагрузку не протекает.

5) КЗ на межсистемных линиях (330 кВ и выше) с последующим отключением линии может привести к делению единой энергосистемы на отдельные части. Делением называют отключение межсистемной линии электропередачи, соединяющей две районные энергосистемы. В каждой из частей может не быть баланса мощностей. Это приводит к нарушению нормального режима работы генераторов и снова может наступить режим качания. При этом возможно возникновение крупных, системных аварий, которые могут носить лавинный характер. Лавинными называют аварии, при которых происходит лавинное снижение напряжения или частоты.

36 Форма тока КЗ. Основные определения

В соответствии с ТОЭ при КЗ в активно-индуктивных цепях возникает переходный процесс. При этом ток КЗ можно представить в виде суммы двух составляющих: периодической (или принужденной составляющей) и апериодической (или свободной составляющей):

(6.2)

где i_П – периодическая (принужденная) составляющая тока; i_а – апериодическая (свободная) составляющая тока.

---