Повреждения в электроустановках

Большинство повреждений в электрических системах приводит к коротким замыканиям фаз между собой или на землю (рис. 1-1). В обмотках электрических машин и трансформаторов, кроме коротких замыканий бывают замыкания между витками одной фазы.

Основными причинами повреждений являются:

1) нарушение изоляции токоведущих частей, вызванное ее старением, неудовлетворительным состоянием, перенапряжениями, механическими повреждениями;

2) повреждение проводов и опор линий электропередач, вызван­ное их неудовлетворительным состоянием, гололедом, ураганным ветром, пляской проводов и другими причинами;

3) ошибки персонала при операциях (отключение разъедини­телей под нагрузкой, включение их на ошибочно оставленное заземление и т. д.).

Все повреждения являются следствием конструктивных недос­татков или несовершенства оборудования, некачественного его изготовления, дефектов монтажа, ошибок при проектировании, неудовлетворительного или неправильного ухода за оборудова­нием, ненормальных режимов работы оборудования, работы обо­рудования в условиях, на которые оно не рассчитано. Поэтому повреждения нельзя считать неизбежными, но в то же время нельзя и не учитывать возможность их возникновения.

Короткие замыкания (к. з.) являются наиболее опасным и тяжелым видом повреждения. При к. з. э. д. с. Е источника питания (генератора) замыкается «накоротко» через относительно малое сопротивление генераторов, трансформаторов и линий (см. рис. 1-1, а — г и е).

Поэтому в контуре замкнутой накоротко э. д. с. возникает большой ток I_к, называемый т о к о м к о р о т к о г о з а м ы ­к а н и я.

Короткие замыкания подразделяются на трехфазные, двух­фазные и однофазные в зависимости от числа замкнувшихся фаз; на замыкания с землей и без земли; замыкания в одной и двух точ­ках сети (рис. 1-1).

При к. з. вследствие увеличения тока возрастает падение напря­жения в элементах системы, что приводит к понижению напряжения во всех точках сети, так как напряжение в любой точке М (рис. 1-2, а) U_М — E-I_kz_м,, где Ё — э. д. с. источника питания, _а z_М - сопротивление от источника питания до точки М.

Наибольшее снижение напряжения происходит в месте к. з. (точка К) и в непосредственной близости от него (рис. 1-2, а). В точках сети, удаленных от места повреждения, напряжение снижается в меньшей степени.

Происходящие в результате к. з. увеличение тока и снижение напряжения приводят к ряду опасных последствий:

а) Ток к. з. I_к согласно закону Джоуля—Ленца выделяет в активном сопротивлении r цепи, по которой он проходит в течение времени t, тепло Q = kI_k²rt.

В месте повреждения это тепло и пламя электрической дуги производят большие разрушения, размеры которого тем больше, чем больше ток I_к и время t.

Проходя по неповрежденному оборудованию и линиям электро­передачи, ток к. з. I_к нагревает их выше допустимого предела, что может вызвать повреждение изоляции и токоведущих частей.

б) Понижение напряжения при к. з. нарушает работу потребителей.

Основным потребителем электроэнергии являются асинхронные электродвигатели. Момент вращения двигателей М_Д пропорцио­нален квадрату напряжения U на их зажимах: М_д = кU².

Поэтому при глубоком снижении напряжения момент вращения электродвигателей может оказаться меньше момента сопротивле­ния механизмов, что приводит к их остановке.

Нормальная работа осветительных установок, составляющих вторую значительную часть потребителей электроэнергии, при сни­жении напряжения также нарушается.

Особенно чувствительны к понижениям напряжения вычисли­тельные и управляющие машины, широко внедряемые в последнее время.

в) Вторым, наиболее тяжелым последствием снижения напряжения- является наруше­ние устойчивости параллельной работы генераторов. Это может привести к распаду системы и прекращению питания всех ее потребителей.

Причины такого распада можно пояснить на примере системы, приве­денной па рис. 1-2, б. В нормальном режиме механический момент вращения турбин уравновешивается противодействующим моментом, создаваемым электрической нагрузкой генераторов, в результате чего частота вращения всех турбогенераторов постоянна и равна синхронной. При возникновении к. з. в точке К у шин электростанции А напряжение на них станет равным нулю, в результате этого электрическая нагрузка, а следовательно, и проти­водействующий момент генераторов также станут равными нулю. В то же время в турбину поступает прежнее количество пара (или воды) и ее момент остается неизменным. Вследствие этого частота вращения турбогенератора начнет быстро увеличиваться, так как регулятор скорости турбины действует медленно и не сможет предотвратить ускорения вращения турбогенераторов станции А.

В иных условиях находятся генераторы станции В. Они удалены от точки К, поэтому напряжение на их шинах может быть близким к нормаль­ному. Вследствие того что генераторы электростанции А разгрузились, вся нагрузка системы ляжет на генераторы станции В, которые при этом могут перегрузиться и уменьшить частоту вращения. Таким образом, в результате к. з. скорость вращения генераторов электростанций А и В становится раз­личной, что приводит к нарушению их синхронной работы.

При длительном к. з. может также произойти нарушение устойчивости работы асинхронных электродвигателей. При понижении напряжения частота вращения асинхронных электродвигателей уменьшается.

Если скольжение превзойдет критическое значение, двигатель перейдет в область неустойчивой работы, произойдет его опрокидывание и полное торможение.

С увеличением скольжения реактивная мощность, потребляемая асин­хронными двигателями, растет, что может привести после отключения к. з. к дефициту реактивной мощности и как следствие этого к лавинообразному снижению напряжения во всей системе и прекращению ее работы.

Аварии с нарушением устойчивости системы по величине ущерба, наносимого электроснабжению, являются самыми тяже­лыми.

Рассмотренные последствия к. з. подтверждают сделанный выше вывод, что они являются тяжелым и опасным видом повреждения, требующим быстрого отключения (см. § 1-4).

Замыкание на землю одной фазы в сети с изолированной нейт­ралью или заземленной через большое сопротивление дугогасящей катушки (ДГК). На рис. 1-1, д видно, что замыкание на землю не вызывает короткого замыкания, так как э. д. с. Еа поврежден­ной фазы А не шунтируется появившимся в точке К соединением с землей. Возникающий при этом ток 1_А в месте повреждения замыкается через емкость С проводов относительно земли и имеет поэтому, как правило, небольшую величину, например несколько десятков ампер. Линейные напряжения при этом виде повреждения остаются неизменными (см. гл. 9).

Благодаря этому по своим последствиям однофазное замыка­ние на землю в сетях с изолированной нейтралью или заземленной через ДГК существенно отличается от к. з. Оно не отражается на работе потребителей и не нарушает синхронной работы генера­торов. Однако этот вид повреждения создает ненормальный режим, вызывая перенапряжения, что представляет опасность с точки зрения возможности нарушения изоляции относительно земли двух неповрежденных фаз и перехода однофазного замы­кания на землю в междуфазное к. з. (рис. 1, е).

Дата добавления: 2014-12-23