Загальні відомості про короткі замикання та замикання на землю

Трифазні електричні мережі можуть працювати як з ізольованою так і з заземленою нейтраллю.

Нейтраль обмотки трансформатора, що приєднана до заземлюючого пристрою безпосередньо, або через малий опір називають глухо заземленою, а мережі, які приєднані до такої обмотки – мережами із глухо заземленою нейтраллю.

Нейтраль, яка не приєднана до заземлюючого пристрою, або приєднана до нього через індуктивний опір, налаштований на ємність мережі, називають ізольованою нейтраллю. Електричні мережі, що працюють у такому режимі називають мережами з ізольованою нейтраллю, а при наявності компенсуючих пристроїв – із компенсованою нейтраллю.

В Україні режим нейтралі мережі вирішується в залежності від її номінальної напруги. В мережах напругою 380 В поряд із трьома фазними проводами прокладають четвертий, нульовий провід, який заземлюють на початку і в кінці лінії, а також і в проміжних точках (повторне заземлення). Таким чином на напругу 380 В споруджують чотирипровідні (п’ятипровідні) мережі із глухо заземленою нейтраллю (рисунок 8.1, а).

В електричних мережах напругою 6, 10 та 35 кВ – нейтраль ізольована від землі і лінії виконують трипровідними (три фазних проводи). В окремих випадках нейтраль може з’єднуватися із землею, але через значний індуктивний опір (реактор). Як наслідок, такі мережі є мережами з ізольованою (компенсованою) нейтраллю (рисунок 8.1, б).

В електричних мережах напругою 110 кВ і вище, хоч і прокладають лише три фазних проводи, але нейтраль трансформаторів заземлюють (глухо або через невеликий опір). Таким чином отримують трипровідні мережі із глухо заземленою нейтраллю (з ефективно заземленою нейтраллю) (рисунок 8.1, в).

а б в

а – чотирипровідна електрична мережа із глухо заземленою нейтраллю;
б – трипровідна мережа з ізольованою нейтраллю; в – трипровідна електрична мережа із глухо заземленою нейтраллю.

Рисунок 8.1 – Режим нейтралі електричних мереж

В мережах до 1000 В нейтраль заземлюють в основному із міркувань безпеки, а в мережах високої напруги (понад 1000 В) – для забезпечення мінімальної вартості ізоляції. При однофазних замиканнях напруга на непошкоджених фазах становить приблизно 0,8 міжфазної напруги в нормальному режимі роботи.

Однією із основних причин порушення нормальної роботи електричних установок є короткі замикання в них.

Коротким замиканням називається будь-яке, не передбачене нормальними умовами роботи, замикання між фазами, а в мережах із заземленою нейтраллю також замикання однієї або декількох фаз на землю (або на нульовий провід).

В системах з ізольованою нейтраллю (6, 10, 35 кВ) замикання на землю однієї фази не є коротким замиканням, воно так і називається – замикання на землю. Одночасне замикання на землю двох різних фаз в системах із ізольованою нейтраллю є двофазним коротким замиканням через землю.

Внаслідок короткого замикання значно підвищується сила струму в мережі. На рисунку 8.2, а приведена осцилограма струму к.з. при замиканні біля електростанції із генераторами, що не мають автоматичних регуляторів збудження (АРЗ). До к.з. в лінії було навантаження із струмом І. Коротке замикання сталося тоді, коли миттєве значення струму становило і ₀. На початку першого півперіоду струм к.з збільшився до найбільшого миттєвого значення і _у, яке називається ударним струмом. В наступні періоди струм к.з. плавно зменшується до усталеного значення І _∞.

Якщо ж коротке замикання відбувається неподалік від генератора із АРЗ (рисунок 8.2, б), то процес протікає дещо по-іншому. Після к.з. напруга в мережі знижується, АРЗ вступає в дію і підвищує напругу в мережі, і відповідно, підвищується значення усталеного струму к.з. І _∞.

Найпростішим видом короткого замикання, із точки зору сприйняття процесу, є симетричне трифазне коротке замикання. При такому к.з. опір усіх трьох фаз то точки к.з. буде однаковим. Позначається симетричне трифазне к.з. наступним чином: К ⁽³⁾.

До несиметричних к.з. можна віднести двофазне (двополюсне) коротке замикання К ⁽²⁾, двофазне на землю К ^(1.1) і однофазне (однополюсне) к.з. К ⁽¹⁾. Останній вид к.з. може спостерігатися лише в системах (мережах) із заземленою нейтраллю.

а – к.з. біля генератора без АРЗ; б – к.з. біля генератора із АРЗ

Рисунок 8.2 – Осцилограма струму короткого замикання

В мережах із заземленою нейтраллю до 65 % становлять однофазні к.з., 20 % – двофазні замикання на землю, 10 % – двофазні к.з., і лише до 5% – трифазні к.з.

В мережах з ізольованою нейтраллю, 60…70 % – це двофазні к.з., і лише до 30 % – трифазні к.з.

Причини виникнення короткого замикання в електричних мережах:

– порушення ізоляції внаслідок атмосферних або комутаційних перенапруг;

– порушення ізоляції внаслідок її старіння;

– механічне пошкодження ізоляції птахами, тваринами, або внаслідок діяльності людей;

– замикання внаслідок помилок обслуговуючого персоналу.

При к.з. внаслідок протікання в мережі значних струмів може підвищуватися температура струмоведучих частин, що може привести до їх пошкодження. Також при к.з. можуть виникати електродинамічні зусилля, які також ведуть до пошкодження обладнання. Зниження напруги в мережі при к.з. веде до виходу із ладу електродвигунів.

Для запобігання, або для зведення до мінімуму негативних наслідків від к.з. потрібно вміти розраховувати струми к.з. Необхідно розраховувати максимальні та мінімальні струми к.з. мережі.

Максимальні значення струмів к.з. розраховують:

– для вибору струмоведучих частин та електричних апаратів;

– для перевірки їх на термічну та динамічну стійкість;

– для проектування (розрахунку параметрів) релейного захисту;

– для вибору засобів обмеження струмів.

Мінімальні значення струмів к.з. розраховують для розрахунку параметрів та настроювання релейного захисту і перевірки його на чутливість.

Для визначення максимальних струмів к.з. в заданих точках мережі приймають ряд припущень:

– всі джерела живлення включені і працюють із номінальним навантаженням;

– всі синхронні генератори електростанцій оснащені пристроями АРВ і мають форсування збудження;

– розрахункова напруга кожного ступеня мережі на 5% більша від номінальної;

– насичення магнітних систем відсутнє;

– для всіх елементів мережі враховується лише реактивний опір. Активний опір враховується лише тоді, коли його значення перевищує 0,33 індуктивного;

– струмами намагнічування трансформаторів нехтують;

– опір в місці к.з. приймається рівним нулю;

– при к.з. поблизу електростанцій частота обертання генераторів залишається незмінною.

Дата добавления: 2013-12-13