§17 Соотношения между токами при разных видах короткого замыкания

Сравним соотношения между токами при разных видах короткого замыкания с током трехфазного КЗ.

.

Однофазное короткое замыкание.

Однофазное КЗ имеет смысл рассматривать только в сети с заземленной нейтралью.

, .

Если в сети нет «вращающихся частей», то .

Получаем, что при : ,

Если , то .

Двухфазное короткое замыкание.

, ,

.

При : .

Если замыкание произошло вблизи генератора:

при ,

при .

Если замыкание произошло вдали от генератора:

.

Двухфазное короткое замыкание на землю.

Аналогично можно показать, что при

.

.

§18 Однофазное замыкание на землю в сети с изолированной нейтралью

Для упрощения, учтем распределенные емкости сосредоточенными, подключенными в конце линии.

Запишем граничные условия:

Так как граничные условия не изменились, по сравнению с однофазным коротким замыканием в сети с заземленной нейтралью, то

.

Особенности сети с заземленной нейтралью:

• ;

• определяются индуктивными параметрами сети; определяется емкостными сопротивлениями. Так как – значительные, то ток в месте КЗ будет небольшим.

,

,

.

Примерные соотношения величин: .

Частичным разземлением добиваются, чтобы при таком замыкании .

§19 Ограничение токов короткого замыкания

Уровни токов к.з. влияют на выбор оборудования электрических систем. По параметрам к.з. выбираются выключатели, шины, токопроводы, кабели.

Тепловой импульс к.з. (для выключателя):

.

Современные выключатели выдерживают до .

Ударный ток. Ударный ток – максимальное значение полного тока – может вызывать механические повреждения из-за возникающих механических усилий. Ударный ток не должен превышать тока динамической стойкости устройства.

Чтобы выключатель мог отключить ток, периодическая составляющая тока к.з. в начальный момент и в момент (время от начала к.з. до отключения выключателя ) должна быть меньше допустимого значения периодической составляющей тока выключателя.

Максимальные значения токов к.з. в энергосистемах постоянно растут. Это вызвано развитием сетей – вводом трансформаторов с заземленными нейтралями, новых ЛЭП, что приводит к уменьшению суммарного сопротивления между источниками и точкой к.з., причем более существенно уменьшается суммарное сопротивление нулевой последовательности, так как оно зависит от количества заземленных нейтралей схеме. Заземленная нейтраль представляет собой параллельную ветвь в схеме замещения нулевой последовательности.

Превышение тока однофазного к.з. над током трехфазного к.з. вызывает необходимость проверять коммутационную аппаратуру на , так как однофазные замыкания происходят гораздо чаще.

Средства ограничения токов коротких замыканий.

• оптимизация структуры и параметров сети;

• стационарное или автоматическое деление сети;

• применение токоограничивающих устройств;

• оптимизация режимов заземления нейтралей.

Оптимизация структуры (на этапе проектирования).

Оптимизация выдачи электроэнергии.

Оптимизация структуры сети.

Продольное разделение сетей – части территории сетей (районы) одного напряжения связаны между собой только через сеть повышенного напряжения.

Стационарное или автоматическое деление сети.

Деление применяют при эксплуатации сети, когда требуется ограничить уровни токов к.з. при ее развитии.

Стационарное деление производят в нормальных режимах с помощью шиносоединительных, секционных и линейных выключателей.

Отключение автотрансформатора, связывающего генераторы.

Автоматическое деление сети применяют в аварийных режимах для отделения точки к.з. от источников. Недостатками автоматического деления сети являются увеличение времени восстановления сети, небаланс активных и реактивных мощностей.

Применение токоограничивающих устройств.

Токоограничивающие устройства должны ограничивать токи к.з., но не должны существенно влиять на нормальный режим работы.

Токоограничивающие реакторы

Реакторы с линейными характеристиками.

Сдвоенный реактор является наиболее эффективным, так как потери напряжения и реактивной мощности в нормальном режиме меньше, потому что магнитная связь между ветвями реактора уменьшает потерю напряжения без снижения в нем токоограничивающей способности.

Реакторы с нелинейными характеристиками.

Управляемые реакторы. Изменения сопротивления (в три – четыре раза) добиваются подмагничиванием магнитопровода полем постоянного тока.

Насыщающиеся (неуправляемые) реакторы – реакторы с нелинейной характеристикой (со стальным сердечником), которая определяется насыщением магнитопровода током обмотки переменного тока.

Предохранители

Предохранители применяются на напряжение до 35 кВ.

 простота

 низкая стоимость

 нестабильность характеристик

 нет АПВ

 неуправляемость

Ограничители ударного тока взрывного действия

Герметизированный цилиндр с пиро­патроном, внутри проводник.

Сигнал на взрыв подается релейной защитой. Сверхбыстро­действие (около 5 мс).

Трансформаторы с расщепленной обмоткой НН

Из-за магнитной связи между обмотками низкого напряжения индуктивное сопротивление трансформатора с расщепленной обмоткой низкого напряжения значительно больше.

Оптимизация режимов заземления нейтралей

В сетях напряжением 330 кВ и выше трансформаторы не могут работать с разземленной нейтралью, распределительные сети часто работают с изолированной нейтралью, следовательно, оптимизация заземления проводится в сетях 110 – 220 кВ.

При решении задачи эффективного заземления нейтралей исходят из следующих соотношений:

Нейтрали можно заземлять также через реактор или резистор. Реакторы лучше ограничивают величину тока к.з., а резисторы быстрее гасят апериодический ток.