9

двойное замыкание на землю - совокупность двух однофазных замыканий на землю в различных, но электрически связанных частях электрической сети.

Таблица 1.1. Схемы и условные обозначения видов КЗ

			Сети с глухозаземленной или				Сети с изолированной или
Поясняющая			эффективно заземленной				резонансно-заземленной
				нейтралью			нейтралью
	схема
			Название			Условное	Название		Условное
						обозначение			обозначение
							Трехфазное
			Трехфазное			К(3)			К(3)
			короткое		за-		короткое	за-
			мыкание				мыкание
							Трехфазное
			Трехфазное			К(1,1,1)			К(3з)
			короткое		за-		короткое	за-
			мыкание		на		мыкание	с
			землю				землей
			Двухфазное			К(2)	Двухфазное		К(2)
			короткое		за-		короткое	за-
			мыкание				мыкание
							Двухфазное
			Двухфазное			К(1,1)			К(2з)
			короткое		за-		короткое	за-
			мыкание		на		мыкание	с
			землю				землей
			Однофазное			К(1)	Однофазное		З(1)
			короткое		за-		замыкание	на
			мыкание				землю
							Двойное	за-
			Двойное	ко-		К(1+1)			З(1+1)
			роткое	замы-			мыкание	на
			кание на зем-				землю
			лю

Симметричным КЗ называется КЗ, при котором все фазы находятся в одинаковых условиях. К симметричным КЗ можно отнести трехфазное КЗ на землю и трехфазное КЗ с землей при условии, что переходные сопротивления для всех фаз равны между собой.

Несимметричное КЗ – это КЗ, при котором одна из фаз находится в условиях, отличных от условий других фаз. Все виды КЗ, кроме трехфазных, являются несимметричными.

Несимметричные КЗ приводят к появлению несимметрии. Несимметрией трехфазной электроустановки (или электрической сети) называют неравенство значений параметров элементов ее фаз. Обычно различают продольную и

10

поперечную несимметрию. Под продольной несимметрией в электроустановке (или электрической сети) понимают несимметрию, обусловленную последовательно включенным в цепь установки (или сети) несимметричным трехфазным элементом. В качестве примера продольной несимметрии можно привести случай обрыва одной фазы воздушной линии. Поперечной несимметрией называют несимметрию, вызванную несимметричным КЗ или подключением несимметричной нагрузки.

Продольная или поперечная несимметрия, возникшая в одной точке электроустановки (или электрической сети), называется однократной. Если несимметрия возникает в нескольких точках или даже в одной, но представляет собой комбинацию продольной и поперечной несимметрии, то говорят о сложной несимметрии. Повреждения, сопровождаемые такой несимметрией, также называют сложными. В качестве примеров сложных повреждений можно привести обрыв фазы воздушной линии с одновременным ее замыканием на землю (в одной точке возникает одновременно продольная и поперечная несимметрии); двойное короткое замыкание на землю в сети с заземленной нейтралью (в двух различных точках возникает поперечная несимметрия).

Большая часть повреждений, особенно на воздушных линиях, имеет проходящий характер, т.е. повреждения самоустраняются после отключения поврежденного участка. В связи с этим различают устойчивые и неустойчивые КЗ. Устойчивым КЗ называют КЗ, которые сохраняются во время бестоковой паузы коммутационного электрического аппарата. Соответственно неустойчивыми КЗ называют КЗ, которые самоликвидируются во время бестоковой паузы. Иногда в процессе КЗ один вид КЗ переходит в другой. Такое КЗ называют видоизменяющимся. В качестве примера можно привести случай, когда в электрической сети сначала возникает однофазное КЗ, а затем в результате горения электрической дуги в месте повреждения однофазное КЗ переходит в двухфазное или трехфазное.

При неустойчивых КЗ часто оказывается целесообразным после отключения поврежденного элемента вновь подать на него напряжения, исходя из того, что к этому моменту КЗ самоустраниться. Эта процедура выполняется автоматически с помощью специального устройства АПВ (автоматического повторного включения). Наиболее эффективно АПВ на воздушных линиях. В различных случаях могут использовать однократное АПВ (делается только одна попытка подачи напряжения) или многократное АПВ. КЗ при автоматическом повторном включении коммутационного аппарата называют повтор-

ным КЗ.

В зависимости от места возникновения различают:

–межвитковое КЗ – короткое замыкание между разными витками одной катушки или секции обмотки электрической машины, трансформатора или электрического аппарата;

–КЗ между катушками или секциями обмотки одной фазы (межкатушечное или межсекционное КЗ);

11

– КЗ между ветвями обмотки одной фазы (межветвевое КЗ).

Для предотвращения развития аварии внутри синхронной машины часто используют гашение поля – процесс быстрого снятия возбуждения синхронной машины.

Статистические данные показывают, что чаще всего в электрических сетях возникают однофазные КЗ, а реже всего – трехфазные (табл. 1.2). Несмотря на это рассмотрение трехфазных КЗ имеет особое значение, т.к. методика расчета других видов КЗ строится на основе методики расчета трехфазных КЗ, а также из-за того, что во многих случаях величины токов, рассчитанные для режима трехфазного КЗ, являются определяющими для принятия тех или иных проектных решений (выбора оборудования, выбора схемы подстанции и т. п.).

Таблица 1.2. Относительная частота возникновения различных видов КЗ (по данным [2])

	Относительная частота возникновения КЗ в сетях напряжением
Вид КЗ			(кВ)
	6-20	35	110	220	330
К(1)	61	67	83	88	91
К(2)	17	18	5	3	4
К(1,1)	11	7	8	7	4
К(3)	11	8	4	2	1

Основные причины возникновения КЗ: 1) нарушение изоляции, вызванное:

а) старением изоляционных материалов; б) перенапряжениями (атмосферными, коммутационными и т. п.);

в) механическими повреждениями изоляции; г) перекрытиями токоведущих частей животными и птицами;

2)ошибки персонала;

3)использование упрощенных схем с короткозамыкателями и отделите-

лями.

КЗ могут вызвать ряд нежелательных последствий:

1)нагрев электрооборудования из-за увеличения протекающего по нему тока (термическое действие токов КЗ);

2)появление значительных механических усилий между токоведущими частями (динамическое действие токов КЗ);

3)снижение напряжения в узлах сети и возникновение несимметрии напряжений;

4)при несимметрничных КЗ наведение в соседних линиях связи и сигнализации ЭДС, опасных для подключенного к ним оборудования;

5)при задержке отключения КЗ нарушение устойчивости отдельных элементов или энергосистем в целом.

12

1.2. Назначение расчетов переходных процессов и предъявляемые к ним требования. Понятие о расчетных условиях

Под расчетом электромагнитного переходного процесса обычно понимают вычисление токов и напряжений в рассматриваемой схеме при заданных условиях.

Чаще всего такие расчеты выполняются для решения следующих задач

[11]:

1)анализ или обоснование схемы электрических соединений электрической станции или подстанции, схемы системы электроснабжения;

2)анализ условий работы приемников электроэнергии в аварийных ре-

жимах;

3)выбор аппаратов и проводников и их проверка по условиям работы при

КЗ;

4)проектирование и настройка устройств релейной защиты и автоматики;

5)определение условий несинхронного включения синхронных машин и включения их способом самосинхронизации;

6)определения числа и размещения в системе заземленных нейтралей трансформаторов (автотрансформаторов);

7)выбор числа и мощности дугогасящих реакторов;

8)оценка влияния воздушных линий на линии связи и сигнализации;

9)проектирование и проверка защитных заземлений;

10)расчет характеристик разрядников для защиты от перенапряжений;

11)расчет параметров устройств гашения поля синхронных машин;

12)расчет параметров устройств форсировки возбуждения синхронных

машин;

13)анализ причин аварий.

Требуемая точность расчетов зависит от характера решаемой задачи. Расчет режимов КЗ всегда выполняется для каких-то конкретных условий

(расчетных условий). Под расчетными условиями КЗ элемента электроустановки понимают наиболее тяжелые, но достаточно вероятные условия, в которых может оказаться рассматриваемый элемент при различных видах КЗ.

При КЗ в какой-то определенной электрической сети величина тока КЗ зависит от большого числа факторов и, соответственно, может изменяться в широких пределах. В зависимости от решаемой задачи возникает необходимость нахождения максимального или минимального возможного тока КЗ или же тока КЗ в каком-то определенном режиме работы сети. Например, при выборе аппаратов и проводников и проверке их по условиям работы при КЗ целесообразно задать расчетные условия таким образом, чтобы определить максимальное возможное значение тока КЗ. При выборе уставок релейной защиты, наоборот, необходимо рассчитать минимальное возможное значение тока КЗ, чтобы обеспечить требуемую чувствительность защиты. В случае анализа причин аварий необходимо максимально точно воссоздать условия, соответствовавшие аварийной ситуации и т. д.

13

Когда говорят о расчетных условиях, то понимают под ними определенную расчетную схему, расчетный вид КЗ, расчетную продолжительность КЗ и расчетную точку КЗ. Расчетная схема, как правило, включает в себя все элементы электроустановки и примыкающей части энергосистемы. При составлении расчетной схемы должны быть учтены возможные продолжительные режимы работы электроустановки (или электрической сети): нормальные, ремонтные, послеаварийные. Кратковременные режимы, возникающие, например, при переключениях в схеме, обычно не учитывают. Если решается задача выбора и проверки по условиям КЗ аппаратов и проводников, то расчетную схему рекомендуется составлять с учетом перспективы развития электрической сети в течение ближайших 5 лет.

На рис. 1.1 в качестве примера приведена схема подстанции 110/10 кВ, от которой получают питание синхронные двигатели и трансформаторная подстанция 10/0,4 кВ. В нормальном режиме секции шин 10 кВ работают раздельно (выключатель Q3 разомкнут, а выключатели Q1 и Q2 замкнуты). Возможен также ремонтный режим, в котором один из трансформаторов (например, Т2) выведен в ремонт (выключатель Q2 отключен, а Q3 – включен). В первом из этих режимов КЗ (например, в точке К1) будет подпитываться от системы (через трансформатор Т1) и двух двигателей, присоединенных к данной секции шин 10 кВ. Во втором режиме дополнительно в место КЗ будет поступать ток от двигателей, присоединенных ко второй секции шин подстанции и, следовательно, второй режим оказывается более тяжелым. Поэтому, если цель расчета требует определения максимального тока КЗ (например, для выбора выключателей, подключенных к шинам 10 кВ данной подстанции), то в качестве расчетной схемы должна быть выбрана схема, соответствующая второму (ремонтному) режиму.

Под расчетным видом КЗ в электроустановке понимают вид КЗ, при котором имеют место расчетные условия КЗ для рассматриваемого элемента электроустановки. Расчетный вид КЗ определяется целью расчета (табл. 1.3).

Расчетная точка КЗ – это точка электроустановки, при КЗ в которой для рассматриваемого элемента имеют место расчетные условия КЗ. При выборе и проверке аппаратов и проводников расчетная точка находится непосредственно с одной или другой стороны от рассматриваемого элемента электроустановки в зависимости от того, когда для него создаются наиболее тяжелые условия в режиме КЗ. Так, например, при выборе выключателя Q4 (рис. 1.1) расчетная точка К1 будет располагаться за выключателем, т. к. в этом случае через него будет протекать максимальный ток КЗ (от всех источников). При проверке чувствительности релейной защиты расчетная точка обычно располагается в конце зоны действия защиты.