Короткие замыкания в системах электроснабжения

Режимы работы электрических сетей:

- нормальный;

- ненормальный (например, перегрузка) – допускается работа электроустановки в течение определённого времени, после чего должно последовать отключение;

- аварийный - характеризуется резким изменением ряда параметров (повышение тока, снижение напряжения) и требует немедленного отключения электроустановки.

При возникновении короткого замыкания общее электрическое сопротивление электрической системы уменьшается, токи и углы между токами и напряжениями увеличиваются, напряжения в отдельных частях системы снижаются.

Виды коротких замыканий:

1. трёхфазное или симметричное – три фазы соединяются между собой;

2. трёхфазное на землю;

3. двухфазное – две фазы соединяются между собой без соединения с землёй;

4. двухфазное на землю или двойное замыкание на землю – две фазы соединяются между собой и с землёй

5. однофазное – одна фаза соединяется с нейтралью источника через землю.

Однофазные замыкания в системе с заземлённой нейтралью возникают при пробое изоляции фазы системы на землю и являются короткими. Под действием напряжения повреждённой фазы протекает ток, который достигает большого значения, т. к. сопротивление цепи невелико.

Однофазные замыкания в системе с изолированной нейтралью не являются короткими, а значит и аварийными.

Стр. 26 Эл подстанции Почаевец.

Причины возникновения коротких замыканий:

1. повреждение изоляции отдельных частей электроустановки;

2. неправильные действия обслуживающего персонала;

3. перекрытия токоведущих частей электроустановки.

Последствия коротких замыканий:

1. прекращение питания потребителей, присоединённых к точкам, в которых произошло короткое замыкание;

2. нарушение нормальной работы других потребителей, подключённых непосредственно к другим участкам сети, вследствие понижения напряжения на этих участках;

3. нарушение нормального режима работы энергетической системы.

Способы предотвращения коротких замыканий:

1. устранение причины, вызывающей короткие замыкания;

2. уменьшение время действия защиты, действующей при коротких замыканиях;

3. применение быстродействующих выключателей;

4. применение АРН для быстрого восстановления напряжения генераторов;

5. правильный расчёт токов короткого замыкания и выбор необходимой аппаратуры, защиты и средств для ограничения токов короткого замыкания.

Кривые изменения тока при коротком замыкании

РАСЧЁТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ МЕТОДОМ ОТНОСИТЕЛЬНЫХ ВЕЛИЧИН

Релейная защита

Релейной защитой называют устройство, состоящее из одного или нескольких реле, реагирующих на ненормальные режимы работы в системе. Защита воздействует на выключатели, и они выключают те элементы электрической цепи, которые опасно оставлять в работе.

Требования, предъявляемые к релейной защите и автоматике

1. Селективность – это свойство релейной защиты, действующей на отключение, избирать повреждённый участок и отключать только его. Для релейной защиты, действующей на сигнал, под селективностью понимается способность однозначно указывать место возникновения ненормального режима  и конкретный элемент системы электроснабжения, требующий вмешательства персонала.

2. Чувствительность релейной защиты – это способность реагировать на возможные повреждения в минимальных режимах системы электроснабжения, когда изменение воздействующей величины будет минимальным.

3. Быстродействие защиты необходимо по следующим соображениям:

- при КЗ мощность, отдаваемая генераторами станций, вблизи которых произошло КЗ, резко снижается, в результате скорость вращения генераторов возрастает. Если КЗ отключается защитой, имеющей выдержку времени, то к моменту его отключения генераторы этой станции выйдут из синхронизма по отношению к другим станциям. Быстрое отключение КЗ может предотвратить нарушение синхронизма, представляющее собой наиболее тяжёлую аварию в системе.

- КЗ приводит к понижению напряжения, снижению вращающего момента синхронных и асинхронных машин и их торможению. При быстром отключении КЗ двигатели немедленно возвращаются к нормальному режиму, их торможение не является опасным.

- быстрое отключение КЗ уменьшает размеры нарушения изоляции и токоведущих частей в месте повреждения, уменьшает вероятность несчастных случаев.

- ускорение отключения повреждений повышает эффективность АПВ ии АВР, т. к. чем меньше разрушения в месте КЗ, тем меньше вероятность успешного действия автоматики.

Время отключения повреждения складывается из времени действия защиты и времени действия выключателя.

4. Надёжность – это свойство устройств выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени.

Виды релейных защит

1. Токовые защиты обеспечиваются реле максимального тока (действуют при возрастании тока) и реле минимального тока (реагируют на снижение тока).

В зависимости от способа обеспечения селективности токовые защиты делятся на максимальные токовые и токовые отсечки. В первом случае селективность достигается выбором выдержки времени, тем большей, чем ближе к источнику питания расположена защита, во втором – соответствующим выбором тока, при котором защита срабатывает.

2. Защиты напряжения обеспечиваются реле напряжения, которые приходят в действие при отклонении величины напряжения от заданного значения. Различают максимальные и минимальные защиты напряжения.

3. Токовая направленная защита действует в зависимости от величины тока и его фазы по отношению к напряжению на шинах подстанции, где защита установлена. Защита срабатывает, если ток превысит заданную величину, а его фаза будет соответствовать КЗ на защищаемом элементе.

4. Дистанционная защита выполняется реле сопротивления, т. е. учитывается изменение величины отношения U/I. Схему выполняют так, что её выдержка времени находится в зависимости от расстояния между местом установки защиты и точкой КЗ; с увеличением этого расстояния растёт и выдержка времени.

5. Дифференциальная защита основана на принципе сравнения токов или фаз токов по концам защищаемого участка или в соответствующих ветвях параллельно соединённых элементов электрической установки.

6. Высокочастотная защита используется в качестве защиты магистральных линий электропередач. Основана на принципе сравнения между собой однородных электрических величин по концам защищаемой линии.