IV. Короткие замыкания в электрических системах

IV.1. Виды кз

КЗ называют замыкание между фазами, замыкание фаз на землю или нулевой провод в сетях с глух и эффективно заземленной нейтралями, а также витковое замыкание в эл машинах.

Виды КЗ представлены в таблице IV.1.

Таблица IV.1.

IV.2. Причины возникновения кз

1. Старение и, вследствие этого, пробой изоляции.

2. Набросы на провода ЛЭП.

3. Обрывы проводов ЛЭП с падением на землю.

4. Механические повреждения изоляции кабельных ЛЭП при земляных работах.

5. Удары молнии в ЛЭП.

Чаще всего КЗ происходит через переходное сопротивление (через сопротивление электрической. дуги, возникающей в месте повреждения изоляции). Иногда возникают металлические КЗ без переходного сопротивления.

IV.3. Последствия протекания токов кз по проводникам аппарата

1. Увеличиваются потери энергии в проводниках и контактах, что вызывает их повышенный нагрев. Нагрев может вызвать разрушение изоляции, сваривание и выгорание контактов, потерю механической прочности шин и проводов и т.п.

2. Резко увеличиваются электродинамические усилия (силы Ампера) между проводниками (см. рис. IV.1.)

Рис. IV.1. Возникновение электродинамических сил в изогнутом проводнике

Под действием этих сил токоведущие части и их изоляция могут быть разрушены.

3. Понижаются уровни напряжения в электрической сети, особенно вблизи места КЗ, что может привести к следующим опасным явлениям:

• торможение электродвигателей собственных нужд электростанций, что может привести к аварийному останову блока;

• нарушению устойчивости параллельной работы генераторов.

IV.4. Координация (методы ограничения) токов кз

Уровень токов КЗ, повышающийся в процессе развития современной электроэнергетики, ограничен параметрами аппаратов и проводников, а также условиями обеспечения устойчивости энергосистемы.

Наиболее распространенными способами ограничения токов КЗ приведены ниже.

1). Секционирование электрических сетей.

Примерs секционирования электроустановки показан на рис. IV.2. и IV.3.

а). б)

Рис. IV.2. Распределение токов КЗ: а) секционный выключатель Q₁ включен; б) секционный выключатель Q₁ отключен

При включенном выключателе Q₁ в нормальном режиме (см. рис. IV.2.(а)) ток КЗ от генераторов G₁ и G₂ проходит непосредственно к месту повреждения и ограничен лишь сопротивлением генераторов и трансформаторов соответствующих блоков.

Если Q₁ отключен (см. рис. IV.2.(б)), в цепь КЗ дополнительно включается сопротивление линий, что резко снижает ток КЗ.

В сетях 10 кВ и ниже широко применяется раздельная работа секций шин, питающихся от различных трансформаторов подстанций.

а)	б)
Рис. IV.3. Распределение токов КЗ на подстанциях: а) секционный выключатель Q1 отключен в нормальном режиме ; б) секционный выключатель Q1 включен

2). Использование трансформаторов с расщепленными обмотками.

При мощности трансформатора собственных нужд электростанций и трансформаторов связи РУВН и РУНН подстанций 25 МВА и выше применяют расцепление обмотки низшего напряжения на две, что позволяет увеличить сопротивление такого трансформатора в режиме К.З. примерно в 1,875 раз по сравнению с сопротивлением трансформатора обычного исполнения

3). Установка токоограничивающих реакторов.

Ограничение токов КЗ с помощью реакторов происходит за счет их большого индуктивного сопротивления в режиме КЗ.