3. Короткие замыкания

3.1. Виды, причины и последствия коротких замыканий

Замыкание – это всякое случайное или преднамеренное, непредусмотренное нормальным режимом работы электрическое соединение различных точек электроустановки между собой или с землей.

Короткое замыкание (КЗ) – это замыкание, при котором токи в ветвях электроустановки, примыкающих к месту замыкания, резко возрастают, превышая наибольший допустимый ток продолжительного режима.

Т.о. грань между простым замыканием и КЗ: если ток в ветвях, примыкающих к месту замыкания, не превышает длительно допустимый ток, то это замыкание, а если превышает – это КЗ.

По числу замкнувшихся фаз КЗ бывают:

• Трехфазные, когда все три фазы замкнуты между собой. Обозначение на схемах: при трехфазном изображении

А

В

С

и ли при однолинейном изображении

К⁽³⁾

• Двухфазные КЗ. Обозначается К⁽²⁾ .В зависимости от сочетания замкнувшихся фаз могут быть трех видов «АВ», «ВС» и «СА».

А

В

С

или

К⁽²⁾

• Двухфазные КЗ на землю. Обозначается К^(1,1). В зависимости от сочетания замкнувшихся фаз могут быть трех видов «АВО», «ВСО» и «САО».

А

В

С или К^(1,1)

• Однофазные КЗ на землю. Обозначается К^{(1) .}

А

В

С или

К⁽¹⁾

В сложных схемах, а также на схемах замещения стрелку обычно не указывают. Вместо стрелки место КЗ указывают точкой. Например

К⁽¹⁾

или

К⁽³⁾

или без указания вида КЗ

К

Трехфазное КЗ является симметричным. Все другие виды КЗ - несимметричные. Трехфазное КЗ на землю отдельно не рассматривается, так как оно не отличается от трехфазного без земли.

КЗ на землю могут быть только в сетях с глухо заземленной или эффективно заземленной нейтралью. В сетях с изолированной нейтралью однофазное замыкание на землю называют «простым замыканием».

Если в месте КЗ присутствует электрическая дуга или внешние предметы, например, ветки дерева, опора линии передач, птицы, КЗ через тело человека и т. д., то такое КЗ называется коротким замыканием через переходное сопротивление.

Если в месте замыкания нет переходного сопротивления, то КЗ называют металлическим.

Причины КЗ:

1. Повреждение изоляции (старение изоляции, повреждение внешними предметами (например, лопатой), электрические пробои и т.д.);

2. Замыкание через посторонние (внешние) предметы.

Дерево упало (или подросло) на провода линии электропередачи, мальчишки запускали змея и т.д.

3. Ошибки персонала (например, не убрали за собой инструмент после ремонта, забыли убрать заземления и т. д.);

4. Влияние окружающей среды (схлестывание проводов при сильном ветре, дождь (вода затекает в дефекты изоляции), обледенение).

Последствия КЗ.

Все последствия связаны с увеличением тока.

1. Термическое действие тока КЗ. Повышение температуры проводников вблизи места КЗ вплоть до возгорания. На практике термическое действие тока КЗ каждый год приводит к пожарам в электрических сетях и даже к выгоранию подстанций.

2. Электродинамическое действие тока КЗ.

Под электродинамическим действием электрического тока понимают силовое воздействие двух проводников с токами друг на друга. При КЗ электродинамическое действие тока резко возрастает. Это приводит к деформации шин (гнет и изгибает шины), разрушению изоляторов, повреждению двигателей (отрывает кольца короткозамкнутого ротора).

3. Протекание больших токов КЗ вызывает увеличенные потери напряжения в элементах сети.

U=const

U_Ш=U_эн.-

Z_шк

где U_эн. – напряжение энергосистемы, приведенное к напряжению сети, в которой произошло КЗ;

- сумма потерь напряжения в элементах сети от источника до шин питающей подстанции (центра питания);

Z_шк – сопротивление линии от центра питания до точки КЗ.

Резкое снижение напряжения на шинах называют провалом или посадкой напряжения, а само напряжение на шинах U_Ш при КЗ в сети называют остаточным напряжением U_ОСТ. Его можно определить и по другому, используя закон Ома

.

Глубокая посадка напряжения может привести, к остановке всех двигателей предприятия, а, следовательно, к развитию аварии.

4) При КЗ в сетях энергосистемы (или вблизи ТЭЦ или электростанций) возможно изменение режима работы генераторов (КЗ изменяет ток генератора). Такие КЗ называют близкими.

Увеличение тока в обмотке генератора при близких КЗ приводит к увеличению тормозного момента. Скорость вращения ротора генератора снижается. При этом изменяется частота ЭДС такого генератора. В нормальном режиме при одинаковой частоте генераторов их ЭДС совпадают по фазе. При КЗ вследствие изменения частоты ЭДС одного из генераторов векторы ЭДС разных генераторов начинают вращаться друг относительно друга. Это означает, что в энергосистеме наступает асинхронный режим или режим качания.

В режиме качания снижается отдача мощности в нагрузку, а при различии фаз ЭДС на 180⁰ ток в нагрузке может совсем не протекать.

Z_н

Ток протекает в нагрузку Z_н, т. к. ЭДС генераторов совпадают по фазе

Z_н

Ток не протекает в нагрузку Z_н, т. к. ЭДС генераторов в противофазе

5) КЗ на межсистемных линиях (330 кВ и выше) с последующим отключением линий может привести к делению единой энергосистемы на отдельные части. А в каждой из частей может не быть баланса мощностей. Это приводит к нарушению нормального режима работы генераторов и снова может наступить режим качания.

Возможно возникновение системных аварий. Которые называют лавинными по причине лавинного нарастания отклонений напряжения или частоты.