Причины возникновения и последствия к.з.

Виды коротких замыканий

К.з. - называется нарушение нормальной работы эл. установки, вызванное замыканием фаз между собой, а в системах с заземленной нейтралью, замыканием фаз на землю.

Также коротким замыканием называют состояние когда сопротивление нагрузки меньше внутреннего сопротивления источника питания.

В трёхфазных электрических сетях различают следующие виды коротких замыканий:

Однофазное (замыкание фазы на землю);

Двухфазное (замыкание двух фаз между собой);

Двухфазное на землю (2 фазы между собой и одновременно на землю);

Трёхфазное (3 фазы между собой).

 

Причины возникновения и последствия к.з.

К.з. возникают в эл. установках в результате пробоя и перекрытия изоляции эл. оборудования, а так же из за неправильных (ошибочных) действий персонала.

При возникновении к.з. в эл. системах сопротивление цепи уменьшается (зависит от положения точки к.з. в системе), что приводит к увеличению токов в отдельных ветвях системы по сравнению с токами нормального режима. Это вызывает снижение напряжения в системе которое особенно велико вблизи места к.з.

При к.з. резко возрастает протекающая в цепи сила тока, что обычно приводит к механическому или термическому повреждению устройства. В месте к.з. может возникнуть электрическая дуга.

К.з. в одном из элементов энергетической системы способно нарушить её функционирование в целом — у других потребителей может снизиться питающее напряжение, при коротких замыканиях в трёхфазных сетях возникает асимметрия напряжений, нарушающая нормальное электроснабжение. В больших энергосетях к.з. может вызывать тяжёлые системные аварии.

В случае повреждения проводов воздушных линий электропередачи и замыкании их на землю, в окружающем пространстве может возникнуть сильное электромагнитное поле, способное навести в близко расположенныом оборудовании ЭДС, опасную для аппаратуры и работающих с ней людей.

Рядом с местом аварии происходит растекание потенциала по поверхности земли, шаговое напряжение может достигнуть опасного для человека значения

 

Действие токов к.з.

При коротком замыкании резко возрастает протекающая в цепи сила тока, что обычно приводит к механическому или термическому повреждению устройства. В месте короткого замыкания может возникнуть электрическая дуга.

1)электродинамическое действие – прохождение токов в проводниках приводит к возникновению между ними электродинамических (механических) усилий. Одинаковые направления токов проходящих в проводниках приводит к их притяжению, а противоположные к отталкиванию. При этом в нормальном режиме механические силы незначительны, а при прохождении токов к.з. могут достигать значений опасных для аппаратов, вызвать их деформацию или разрушение.

Сила взаимодействия проводников при прохождении по ним токов i1,i2

Термическое действие токов к.з. определяется значением импульса квадратичного тока Вк от протекания тока к.з. за время tк с момента возникновения повреждения до его отключения (или прекращения тока в результате его затухания).В общем виде это выражение имеет вид:

4.Назначение расчётов токов к.з. и требования к ним

Расчеты токов КЗ необходимы для:

- определение условий работы потр. в авар. режимах

- выбора аппаратов и проводников и их проверки по условиям эл/дин и терм. стойкости.

- проектирование и настройки устройств РЗиА.

- сопоставление, оценки и выбора схемы эл. соединений

- проектирование и проверки защитных устройств

- определение влияния ЛЭП на линии связи

- определение числа заземленных нейтралей и их размещение в эл. сетях

- выбора разрядников

- анализа аварий

- подготовка к проведению разл. испытаний в эл. системах

Допущения:

- не учитываются токи нагр.

- не учитываются емкости, а => емкостные токи возд. и каб. линий

- трехфазная сеть принимается симм.

- отсутствует насыщение стали эл/машин.

- не учитываются токи намагничивания трансформатора

- не учитывается активное сопр. тр-ов и реак-ов.

- не учитывается сдвиг по фазе ЭДС разл. источников питания входящих в расчетную схему.

 

Составление схем замещения.

 

Общие положения о несимметричных к.з.

При несимметричных к.з. характерны неодинаковые значения фазных токов и напряжений и различные углы сдвига фаз между токами, а также между токами и напряжениями. Эта особенность несимметричных к.з. существенно усложняет расчёт. Для упрощения расчетов используется метод симметричных составляющих.

Метод – заключается в замене несимметричного режима трех-фазной сети симметричным режимом или замене не симметричного повреждения условным 3-х фазным к.з.

По этому методу любая несимметричная система может быть разложена на 3 симметричные или последовательности: прямую, обратную, нулевую.

Напряжение в точке КЗ при несимм. КЗ не равно «нулю», а опред. следующими выражениями:

U_k1=E-I_k1*jX_1Σ

U_k2=0-I_k2*jX_2Σ

U_k0=0-I_k0*jX_0Σ

где E – эквивалентная ЭДС ист. питания.

 

Двухфазное к.з.

Принимаем след. граничные условия:

; ;

Т.к. сумма фазных токов равно 0, то система является уравновешенной и ток нулевой последовательности I_К0 равен 0.

Разложим токи фазы А на симм. сост.

;

Исходя из условия, что , можно записать

Из выражений U_k1=E-I_k1*jX_1Σ; Uk2=0-I_k2*jX_2Σ получаем:

 

 

Смещение нейтрали.

В нормальном режиме работы сети всегда имеется небольшое смещение нейтрали, т.е. потенциал нейтрали всегда отличен от нуля. Это происходит из-за несимметрии фаз линий электропередачи, исключить которую в распределительных сетях не удается. Смещение нейтрали составляет обычно 3-4% фазного напряжения, что вполне допустимо и не представляет опасности. Но при включении дугогосящего реактора в нейтраль ее потенциал может существенно увеличиться. Рассмотрим схему сети (см. рисунок 6.3).

 

 

Рисунок 6.3

 

Напряжение на нейтрали сети без дугогосящего реактора определяется

где - проводимость фазы.

При полной симметрии системы, когда и , напряжение на нейтрали U_NO = 0. При включении реактора .

 

Учитывая, что << , получаем

. (6.1)

 

При полной компенсации емкостного тока замыкания на землю () имеем

 

.

 

Таким образом, при включении в нейтраль сети реактора потенциал нейтрали становится во столько раз больше потенциала U_NO (в отсутствии реактора), во сколько раз индуктивное сопротивление реактора больше его активного. Отношение Х_р/R_p может достигать нескольких десятков единиц, а потенциал нейтрали может превышать фазное напряжение, что недопустимо. Уменьшение потенциала нейтрали, как следует из уравнения (6.1), может быть достигнуто уменьшением значения U_NO либо расстройкой резонансного контура.

С целью уменьшения U_NO в системах с резонансным заземлением нейтрали применяют транспозицию проводов для симметрирования емкостей фаз. По правилам устройства электроустановок (ПУЭ) степень несимметрии емкостей по фазам относительно земли не должна превышать 0,75%.

Небольшая расстройка резонансного контура, не приводящяя к ухудшению условий гашения дуги, особенно эффективна в сетях, не имеющих транспозиции. Расстройка контура производится в сторону перекомпенсации. Это исключает попадание в режим полной компенсации после отключения одной из фаз на участке какой-либо линии.

ПУЭ не ограничивает длительность работы сети с замыканием фазы на землю. Несмотря на это, а также на то, что простое замыкание не нарушает режима работы потребителя, оно должно быть как можно быстрее найдено и ликвидировано, ток как место замыкания всегда представляет опасность для людей и животных и замыкание одной фазы может превратиться в замыкание между фазами.

 

Основные понятия и определение устойчивости

В установившимся режиме реальной системы его параметры постоянно меняются, что связано со следующими факторами:

изменением нагрузки и реакцией на эти изменения регулирующих устройств;

нормальными эксплуатационными изменениями схемы коммутации системы;

включением и отключением отдельных генераторов или изменением их мощности.

Таким образом, в установившимся режиме системы всегда есть малые возмущения параметров ее режима, при которых она должна быть устойчива.

Статическая устойчивость – это способность системы восстанавливать исходный (или близкий к исходному) режим после малого его возмущения.

Аварийные режимы в электрической системе возникают при КЗ, аварийных отключениях нагруженных агрегатов или линий и т.п. Под действием больших возмущений возникают резкие изменения режима.

Динамическая устойчивость – это способность системы возвращаться в исходное (или близкое к нему) состояние после большого возмущения. Когда после большого возмущения синхронный режим системы нарушается, а затем после допустимого перерыва восстанавливается, то говорят о результирующей устойчивости системы.

Исходя из определения статической устойчивости системы, можно заключить, что существует такой режим, при котором очень малое увеличение нагрузок вызывает нарушение его устойчивости. Такой режим называется предельным, а нагрузки системы – максимальными или предельными нагрузками по условиям статической устойчивости.

Ограничение нагрузок может быть вызвано и другими обстоятельствами, например, нагревом элементов электрической системы (генераторов, трансформаторов и т.п.). В этом случае говорят о предельных нагрузках по условию нагрева и устанавливают также максимальное время существования режима.

Возможны ограничения нагрузок по уровням напряжения в узлах, напряжению короны и т.п.

Пропускной способностью элемента системы называют наибольшую мощность, которую можно передать через этот элемент с учетом всех ограничивающих факторов (нагрева, устойчивости, напряжения в узлах и т.п.).

Понятие о пропускной способности справедливо и для динамической устойчивости. В этом случае говорят о пределе передаваемой мощности по условиям динамической устойчивости при КЗ в какой-либо точке, отключении линии и т.п.

Статические характеристики – это связи параметров режима системы, представленные аналитически или графически и не зависящие от времени. Эти связи выявляются в основном в установившимся режиме системы.

Динамические характеристики – это связи параметров, полученных при условии, что они зависят от времени. В этом случае отражается влияние первых, а возможно, и более высоких производных рассматриваемых параметров.

Динамический переход от одного режима к другому подвергается качественной оценке. При этом оцениваются характер протекания переходного процесса (быстрый, медленный, монотонный, апериодический) и характер нового установившегося режима. Считается, что качество переходного процесса хорошее, если наблюдаются быстрое его затухание, апериодичность или монотонность. Режим, наступающий после переходного процесса, должен иметь достаточный запас устойчивости, который проверяется изменением какого-либо параметра. Наибольшая величина отклонения, при которой система еще сохраняет устойчивость, определяет запас устойчивости, выражаемый коэффициентом запаса. Например, запас по напряжению определяется

 

,

 

запас по мощности

 

.

 

Виды коротких замыканий

К.з. - называется нарушение нормальной работы эл. установки, вызванное замыканием фаз между собой, а в системах с заземленной нейтралью, замыканием фаз на землю.

Также коротким замыканием называют состояние когда сопротивление нагрузки меньше внутреннего сопротивления источника питания.

В трёхфазных электрических сетях различают следующие виды коротких замыканий:

Однофазное (замыкание фазы на землю);

Двухфазное (замыкание двух фаз между собой);

Двухфазное на землю (2 фазы между собой и одновременно на землю);

Трёхфазное (3 фазы между собой).

 

Причины возникновения и последствия к.з.

К.з. возникают в эл. установках в результате пробоя и перекрытия изоляции эл. оборудования, а так же из за неправильных (ошибочных) действий персонала.

При возникновении к.з. в эл. системах сопротивление цепи уменьшается (зависит от положения точки к.з. в системе), что приводит к увеличению токов в отдельных ветвях системы по сравнению с токами нормального режима. Это вызывает снижение напряжения в системе которое особенно велико вблизи места к.з.

При к.з. резко возрастает протекающая в цепи сила тока, что обычно приводит к механическому или термическому повреждению устройства. В месте к.з. может возникнуть электрическая дуга.

К.з. в одном из элементов энергетической системы способно нарушить её функционирование в целом — у других потребителей может снизиться питающее напряжение, при коротких замыканиях в трёхфазных сетях возникает асимметрия напряжений, нарушающая нормальное электроснабжение. В больших энергосетях к.з. может вызывать тяжёлые системные аварии.

В случае повреждения проводов воздушных линий электропередачи и замыкании их на землю, в окружающем пространстве может возникнуть сильное электромагнитное поле, способное навести в близко расположенныом оборудовании ЭДС, опасную для аппаратуры и работающих с ней людей.

Рядом с местом аварии происходит растекание потенциала по поверхности земли, шаговое напряжение может достигнуть опасного для человека значения

 

Действие токов к.з.

При коротком замыкании резко возрастает протекающая в цепи сила тока, что обычно приводит к механическому или термическому повреждению устройства. В месте короткого замыкания может возникнуть электрическая дуга.

1)электродинамическое действие – прохождение токов в проводниках приводит к возникновению между ними электродинамических (механических) усилий. Одинаковые направления токов проходящих в проводниках приводит к их притяжению, а противоположные к отталкиванию. При этом в нормальном режиме механические силы незначительны, а при прохождении токов к.з. могут достигать значений опасных для аппаратов, вызвать их деформацию или разрушение.

Сила взаимодействия проводников при прохождении по ним токов i1,i2

Термическое действие токов к.з. определяется значением импульса квадратичного тока Вк от протекания тока к.з. за время tк с момента возникновения повреждения до его отключения (или прекращения тока в результате его затухания).В общем виде это выражение имеет вид:

4.Назначение расчётов токов к.з. и требования к ним

Расчеты токов КЗ необходимы для:

- определение условий работы потр. в авар. режимах

- выбора аппаратов и проводников и их проверки по условиям эл/дин и терм. стойкости.

- проектирование и настройки устройств РЗиА.

- сопоставление, оценки и выбора схемы эл. соединений

- проектирование и проверки защитных устройств

- определение влияния ЛЭП на линии связи

- определение числа заземленных нейтралей и их размещение в эл. сетях

- выбора разрядников

- анализа аварий

- подготовка к проведению разл. испытаний в эл. системах

Допущения:

- не учитываются токи нагр.

- не учитываются емкости, а => емкостные токи возд. и каб. линий

- трехфазная сеть принимается симм.

- отсутствует насыщение стали эл/машин.

- не учитываются токи намагничивания трансформатора

- не учитывается активное сопр. тр-ов и реак-ов.

- не учитывается сдвиг по фазе ЭДС разл. источников питания входящих в расчетную схему.

 

Составление схем замещения.