Средства Ограничения токов к.з.

Короткими замыканиями (КЗ) называют замыкания между фазами (фазными проводниками электроустановки), замыкания фаз на землю (нулевой провод) в сетях с глухо - и эффективно- заземленными нейтралями, а также витковые замыкания в электрических машинах. Короткие замыкания возникают при нарушении изоляции электрических цепей. Причины таких нарушений различны: старение и вследствие этого пробой изоляции, набросы на провода линий электропередачи, обрывы проводов с падением на землю, механические повреждения изоляции кабельных линий при земляных работах, удары молнии в линии электропередачи и др. Короткие замыкания, как правило, сопровождаются увеличением токов в поврежденных фазах до значений, превосходящих в несколько раз номинальные значения. Протекание токов КЗ приводит к увеличению потерь электроэнергии в проводниках и контактах, что вызывает их повышенный нагрев. Нагрев может ускорить старение и разрушение изоляции, вызывать сваривание и выгорание контактов, потерю механической прочности шин и проводов и т.п. проводники и аппараты должны без повреждений переносить в течение заданного расчетного времени нагрев токами КЗ, т. е. должны быть термически стойкими. ростом установленной мощности электростанций и единичной мощности автотрансформаторов связи увеличиваются токи КЗ в питающей сети ЭЭС. Изменяются также частотные характеристики ЭС, приводящие в ряде случаев к неблагоприятным изменениям процесса восстанавливающегося напряжения (см. § 4.7). Отключающие способности выключателей должны приводиться в соответствие с изменениями уровней токов КЗ. Отключающую способность некоторых выключателей можно увеличить в результате их модернизации. Другие же выключатели необходимо заменять на аппараты большей отключающей способности, что связано с проектированием и последующей реконструкцией энергетических объектов. Из-за задержки в проведении этих работ в питающей сети часто эксплуатируются десятки выключателей, отключающая способность которых не соответствует токам КЗ. В этом случае приходится приводить токи КЗ в соответствие с отключающей способностью выключателей. Для этого можно использовать несколько методов: опережающее деление электрической сети; секционирование сети; ограничение числа заземленных нейтралей трансформаторов.
Опережающее деление электрической сети выполняется на выключателях РУ электростанций. Его сущность заключается в том, что прежде чем отключится линейный выключатель поврежденной ВЛ, имеющий недостаточную отключающую способность, отключается выключатель схемы коммутации электростанции, например междушинный, который отделяет от места КЗ часть генерирующих источников (переводит их работу на место КЗ через большое сопротивление сети).

Рис. 7.12. Схема объекта, на котором применяется автоматика снижения токов КЗ
В результате ток КЗ снижается до величины, которую может отключить линейный выключатель В2 (рис. 7.12). После устранения повреждения выключатель, выполнивший опережающее деление, вновь включается в работу. Выключатель опережающего деления не отключает ток КЗ, а переводит его на другую ветвь схемы сети. Поэтому влияние на его надежность оказывает лишь оперативное переключение, которое на порядок ниже влияния отключения тока КЗ (см. табл. 7.3).
Чтобы обеспечить селективное опережающее отключение, не используя на линейном выключателе дополнительную выдержку времени, применяют защиту с практически безынерционными электронными выходными органами, выполненными, например, на тиристорах. Для этого на выключателе опережающего деления устанавливается защита, выполняющая роль автоматики снижения тока КЗ (АСТКЗ). Она содержит орган, выявляющий недопустимый ток КЗ, и АПВ, восстанавливающее первоначальную схему.
Секционирование питающей сети с целью снижения токов КЗ может осуществляться в сети вторичного напряжения (220 кВ и ниже), питающейся от межсистемной сети. В этом случае от автотрансформаторов связи питаются районы сети ЭЭС, размыкающиеся в определенных точках. Местоположение нормальных разрезов выбирается таким, чтобы одновременно удовлетворялось и требование минимизации потерь энергии в сетях.
Размыкание питающей сети в определенной степени снижает надежность ее работы. Во избежание ущерба при аварийном отключении источника питания в местах нормальных разрезов устанавливают АВР, включающий разомкнутый выключатель, который подает питание от смежной питающей подстанции при исчезновении напряжения. Разомкнутые выключатели должны быть защищены от перенапряжений. Ограничение числа заземленных нейтралей трансформаторов в сети 110 кВ производится для снижения и стабилизации токов замыкания на землю. Для различных схем ЭС, включая ремонтные, предусматриваются трансформаторы, нейтрали которых незаземлены (у автотрансформаторов связи нейтрали должны быть заземлены). От перенапряжений незаземленные нейтрали защищаются разрядниками. В связи с тем, что изоляция нейтрали трансформаторов не выполняется на фазное напряжение, а изоляция фаз не соответствует линейному напряжению, необходимо исключить возможность создания ситуаций, когда при работе генерирующих источников и трансформаторов в аварийных условиях трансформаторы оказываются в отделившейся части сети без заземленных нейтралей. Поэтому нейтрали повышающих трансформаторов, работающих в блоке с генераторами, заземляются. Заземление нейтралей остальных трансформаторов выбирается так, чтобы поддерживать токи замыкания на землю в определенных пределах и сохранять их стабильность в условиях, создающихся при ремонтах трансформаторов (автотрансформаторов) и ВЛ. В мощных электроустановках и питаемых ими электросетях токи короткого замыкания могут достигать столь больших величин, что электрооборудование электрических станций и подстанций, а также сечения кабелей электросети приходится выбирать не по условиям нормального режима, а исходя из устойчивости работы их при коротких замыканиях. Применение электрооборудования и кабелей, рассчитанных на большие токи короткого замыкания, приводит к значительному увеличению затрат на сооружение электроустановок и их сетей. В некоторых случаях токи короткого замыкания могут быть настолько велики, что вообще оказывается невозможным или весьма затруднительным выбор электрооборудования и кабелей, устойчивых при коротких замыканиях.
Поэтому в мощных электроустановках применяют искусственные меры ограничения токов короткого замыкания, чем достигается возможность применения более дешевого электрооборудования: более легких типов электроаппаратов, шин и кабелей меньших сечений.
Существуют несколько способов ограничения токов короткого замыкания. Выбор того или иного способа ограничения определяется местными условиями установки и должен быть подкреплен технико-экономическим расчетом.
1. Повышение напряжения питающих сетей.

2. Уменьшение числа ступеней трансформации напряжения.

3. Секционирование сборных шин при разомкнутых секционных выключателях.

4. Применение трансформаторов с расщепленными обмотками и секционных реакторов.

5. Применение линейных реакторов.

Наиболее распространенными и действенными способами огра­ничения токов к. з. являются: секционирование электрических се­тей; установка токоограничивающих реакторов, широкое исполь­зование трансформаторов с расщепленными обмотками низшего напряжения.Первый способ является эффективным средством, которое поз­воляет уменьшить уровни токов к. з. в реальных электрических сетях в 1,5 - 2 раза. Пример секционирования электроустановки с целью ограничения токов к. з. показан на рис. 3-47.Когда выключатель В включен, ток к. з. от генераторов Г1 и Г2 проходит непосредственно к месту повреждения и ограничен лишь сопротивлением генераторов и трансформаторов соответствующих блоков.Если выключатель В отключен, в цепь к. з. дополнительно включается сопротивление линий Ток к. з. от генераторов Г1 и Г2 при этом резко снижается по сравнению с преды­дущим случаем.В месте секциониро­вания образуется так называемая точка деле­ния сети. В мощной энергосистеме с боль­шими токами к. з. та­ких точек может быть несколько.Реакторы служат для ограничения токов к. з. в мощных электроустановках, а также позволяют поддерживать на шинах опреде­ленный уровень напряжения при повреждениях за реакторами.Основная область применения реакторов - электрические сети напряжением 6 - 10 кВ. Иногда токоограничивающие реакторы ис­пользуются в установках 35 кВ и выше, а также при напряжении ниже 1000 В.

 

 

Рис. 3.16. Способы ограничения токов КЗ:

а — секционирование электрических сетей; б — применение блочных схем G — T на электростанциях; в — раздельная и параллельная работа трансформа­торов; г — применение трансформаторов с расщепленной обмоткой НН

Максимальный уровень токов КЗ для сетей 35 кВ и выше огра­ничивается условиями обеспечения устойчивости энергосистем и параметрами электрических аппаратов и проводников, а в се­тях собственных нужд и распределительных сетях 6 — 20 кВ — па­раметрами электрических аппаратов, токопроводов, термичес­кой стойкостью кабелей, устойчивостью двигательной нагрузки. Экономически выгодно применять меры по ограничению то­ков КЗ, если дополнительные затраты на это окупаются благо­даря применению более легкой аппаратуры и токоведущих час­тей и повышается надежность электроснабжения потребителей.Ограничение токов КЗ может быть достигнуто путем соответ­ствующего построения схем электростанций и сетей, при этом учитывается следующее:повышение напряжения сетей приводит к уменьшению рабо­чих токов и токов КЗ;секционирование электрических сетей исключает параллель­ную работу источников и, следовательно, уменьшает токи КЗ (хотя при этом могут возрастать потери в ЛЭП и трансформаторах в нор­мальном режиме) — рис. 3.16, а;блочное соединение генератор—трансформатор и генератор-трансформатор—линия исключает поперечную связь между ис­точниками и снижает токи КЗ