Лекция 4. Короткие замыкания в энергосистемах

а – трехфазное; б – двухфазное; в – двухфазное на землю; г – однофазное

Векторная диаграмма токов и напряжений при трехфазном КЗ приведена на рисунке 4.2. Поскольку рассматриваемая система симметрична, ток КЗ, проходящий в каждой фазе, отстает от создающей его ЭДС на одинаковый угол (φ_н), определяемый соотношением активного и реактивного сопротивлений цепи короткого замыкания:

а – расчетная схема; б – диаграмма токов и напряжений в месте КЗ; в – векторная диаграмма для определения напряжений в промежуточных точках сети.

Двухфазное короткое замыкание. При двухфазном КЗ токи и напряжения разных фаз неодинаковы. Рассмотрим соотношения токов и напряжений, характерные для двухфазного КЗ между фазами В и С (рисунок 4.3).

а – векторная диаграмма токов и напряжений; б – схема сети

В поврежденных фазах и месте КЗ проходят одинаковые токи, а в неповрежденной фазе ток КЗ отсутствует

Междуфазное напряжение (U_bc) в месте КЗ равно нулю, а фазные напряжения

Однофазное короткое замыкание в сети с заземленной нейтралью. Однофазное КЗ может иметь место только в сетях с заземленной нейтралью. Векторные диаграммы токов и напряжений в месте однофазного КЗ фазы А приведены на рисунке 4.5, а формулы, определяющие соотношения между ними, даны ниже:

Однофазные КЗ, сопровождающиеся снижением до нуля в месте повреждения только одного фазного напряжения, представляют меньшую опасность для работы энергосистемы, чем рассмотренные выше междуфазные КЗ.

Литература1осн[59-77], 2 осн [30 -39]. Контрольные вопросы: 1.Назовите виды коротких замыканий. 2.Объясните однофазное короткое замыкание на землю. 3.Объясните двухфазное короткое замыкание на землю.

Рисунок 5.1 — Однофазное замыкание на землю фазы А в сети с малым током замыкания на землю (изолированная нейтраль)

Под действием напряжений Úв и Úc через место повреждения проходит ток I_зА, замыкающийся через емкости неповрежденных фаз В и С. Емкость поврежденной фазы зашунтирована местом замыкания, и поэтому ток через нее не проходит. Значение тока в месте замыкания на землю определяется следующим выражением:

где –Х_∑ суммарное сопротивление цепи замыкания на землю. Поскольку активные и индуктивные сопротивления генераторов, трансформаторов и кабельных линий много меньше, чем емкостное сопротивление сети, ими можно пренебречь, тогда

Поскольку при замыкании фазы А на землю напряжения фаз В и С относительно земли равны по значению междуфазному напряжению и сдвинуты на угол 60°, то

Емкость сети в основном определяется длиной присоединенных линий, в то время как емкости относительно земли обмоток генераторов и трансформаторов сравнительно невелики. Для расчета емкостного тока (А/км), проходящего при замыкании на землю в сети с изолированной нейтралью, можно воспользоваться следующими выражениями, определяющими ток на 1 км кабельной линии:

Мнение эксперта

It-Technology, Cпециалист по электроэнергетике и электронике

Задавайте вопросы "Специалисту по модернизации систем энергогенерации"

Короткое замыкание — причины возникновения, виды и способы защиты от КЗ Реактивные сопротивления линий электропередачи рассчитываются по специальным формулам или могут приниматься приближенно по следующему выражению. Спрашивайте, я на связи!

Что такое короткое замыкание (КЗ): в чем причина, защита, определение для чайников

Почему Основное Внимание Уделяется Трехфазным Коротким Замыканиям

Короткое замыкание возникает при соединении двух проводов цепи, присоединенных к разным зажимах (например, в цепях постоянного тока это «+» и «—«) источника через очень малое сопротивление, которое сравнимо с сопротивлением самих проводов.

Ток при коротком замыкании может превысить номинальный ток в цепи во много раз. В таких случаях цепь должна быть разорвана раньше, чем температура проводов достигнет опасных значений.

Для защиты проводов от перегрева и предупреждения воспламенения окружающих предметов в цепь включаются аппараты защиты — плавкие предохранители или автоматические выключатели.

Короткие замыкания могут возникнуть также при перенапряжениях в результате грозовых явлений, прямых ударов молнии, механических повреждении изолирующих частей, ошибочных действий обслуживающего персонала.

При коротких замыканиях резко возрастают токи в короткозамкнутой цепи и снижается напряжение, что представляет большую опасность для электрического оборудования и может вызвать перебои в электроснабжении потребителей.

трехфазные (симметричные), при которых накоротко замыкаются все три фазы

двухфазные (несимметричные), при которых накоротко замыкаются только две фазы

двухфазные на землю в системах с глухо заземленными нейтралями

однофазные несимметричные на землю заземленными нейтралями

Наибольшей величины ток достигает при однофазном коротком замыкании. В результате применения специальных искусственных мер (например заземления нейтралей через реакторы, заземление только части нейтралей) наибольшее значение тока однофазного короткого замыкания может быть снижено до величины тока трехфазного короткого замыкания, для которого чаще всего и ведутся расчеты.

Коротким замыканием называется соединением отдельных фаз между собой или с землей через относительно малое сопротивление, принимаемое равным нулю при глухом металлическом коротком замыкании

Причины возникновения коротких замыканий

Основной причиной возникновения коротких замыканий является нарушения изоляции электрооборудования.

• Перенапряжениями (особенно в сетях с изолированными нейтралями)
• Прямыми ударами молнии
• Старением изоляции
• Механическими повреждениями изоляции, проездом под линиями негабаритных механизмов
• Неудовлетворительным уходом за оборудованием

Часто причиной повреждений в электрической части электроустановок являются неквалифицированные действия обслуживающего персонала.

В результате возникновения короткого замыкания токоведущие части сильно перегреваются, что может привести к нарушению изоляции, а также возникновению больших механических усилий, способствующих разрушению частей электроустановок.

Мнение эксперта

It-Technology, Cпециалист по электроэнергетике и электронике

Задавайте вопросы "Специалисту по модернизации систем энергогенерации"

Причины возникновения и последствия коротких замыканий Емкость сети в основном определяется длиной присоединенных линий, в то время как емкости относительно земли обмоток генераторов и трансформаторов сравнительно невелики. Спрашивайте, я на связи!

Трёхфазное КЗ в простейшей цепи, питаемой от шин неизменного напряжения.

• Механические и термические повреждения электрооборудования
• Возгорания в электроустановках
• Снижение уровня напряжения в электрической сети, ведущее к уменьшению вращающего момента электродвигателей, их торможению, снижению производительности или даже к опрокидыванию их
• Выпадение из синхронизма отдельных генераторов, электростанций и частей электрической системы и возникновение аварий, включая системные аварии
• Электромагнитное влияние на линии связи, коммуникации и т.п