Причины и последствия коротких замыканий

 

Относительная аварийность отдельных элементов электроэнергетических систем характеризуется данными табл.1.2 (данные за 1983 г.) [3].

Таблица 1.2

Относительная аварийность отдельных элементов

Элемент системы	Относительная аварийность, %
Электрические сети (линии и подстанции) Силовая часть электростанций Электрическая часть электростанций Тепловые сети	26,2 19,1 7,7

Из этих данных видно, что большая часть повреждений возникает в электрических сетях. Их причиной в большинстве случаев являются различные виды КЗ.

Причинами КЗ обычно является нарушение изоляции, вызванное:

1) перенапряжениями (особенно в сетях с изолированной нейтралью);

2) прямыми ударами молний;

3) старением изоляции;

4) механическими повреждениями;

5) набросами посторонних тел, проездом под линиями негабаритных механизмов;

6) неудовлетворительным обслуживанием оборудования.

Часто причиной повреждений в электрической части электроустановок, сопровождающихся КЗ, являются неправильные действия обслуживающего персонала, например, ошибочные отключения разъединителем цепи с током, включение разъединителя на закоротку, ошибочные действия при переключениях в главных схемах и схемах релейной защиты и автоматики. Такие действия обуславливают до 70% случаев всех отказов, возникших по вине обслуживающего персонала электроустановок [3].

Последствия КЗ бывают всевозможными:

а) механическое и термическое повреждения электрооборудования;

б) снижение уровня напряжения в сети, ведущее к уменьшению вращающего момента электродвигателей, их торможению, снижению производительности или даже к лавинообразному снижению напряжения по всей электроэнергетической системе;

в) выпадение из синхронной работы отдельных генераторов, возникновение системных аварий;

г) поражение людей электрическим током;

д) возгорания в электроустановках;

е) электромагнитное влияние на линии связи и системы железнодорожных блокировок и т.п.

В настоящее время при установке в энергосистемах мощных генераторов, трансформаторов и двигателей проблема правильного расчета токов КЗ становится еще более актуальной. Возникает вопрос координации уровней токов КЗ на электростанциях и в электрических сетях, т.е. вопрос стратегии построения сетей энергосистем на перспективу и согласования параметров электрооборудования и уровней токов КЗ в сетях различного напряжения.

 

 

1.3. Назначения расчетов и требования к их точности

 

При проектировании и эксплуатации электроэнергетических систем требуется предварительно произвести ряд расчетов, среди которых значительное место занимают расчеты электромагнитных переходных процессов и, в частности, коротких замыканий.

Под расчетом электромагнитного переходного процесса понимают вычисление токов и напряжений в рассматриваемой схеме при заданных, так называемых, расчетных условиях. В зависимости от назначения расчета указанные величины находят либо для заданного момента времени, либо вычисляют их изменение в течение всего переходного процесса. При этом расчеты проводятся для одной или нескольких ветвей и точек схемы.

Расчеты токов КЗ необходимы для:

1) сопоставления, оценки и выбора главных схем электрических соединений электростанций, подстанций, схем электроснабжения предприятий;

2) выбора электрических аппаратов;

3) проектирования и настройки устройств релейной защиты и автоматики;

4) определения числа заземленных нейтралей и их размещения в системе;

5) проектирования заземляющих устройств;

6) оценки поведения потребителей при аварийных условиях, определения допустимости того или иного режима;

7) выбора разрядников;

8) определения влияния токов КЗ на линии связи;

9) анализа устойчивости работы энергосистем и происшедших аварий.

Здесь перечислены далеко не все задачи, для практического решения которых производятся такие расчеты.

Точность расчетов зависит от учета конкретных условий рассматриваемого переходного процесса. Так, например, благодаря тому, что интервалы между номинальными параметрами электрических аппаратов в отношении их устойчивости к токам КЗ достаточно большие, точность расчета для выбора таких аппаратов может быть невелика (можно применять приближенное приведение параметров элементов электроэнергетической системы к базисной ступени напряжения). А вот точность расчета для цепей релейной защиты и автоматики должна быть значительно выше (обычно применяется точное приведение к базисной ступени напряжения).

Наименьшие требования к точности расчетов предъявляются для целей анализа аварий [2].

 

 

ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ПРИ РАСЧЕТЕ ЛЮБОГО ВИДА КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

 

Основные допущения

 

Расчет электромагнитного переходного процесса в крупной электрической системе с учетом всех имеющихся условий и факторов очень сложен и практически невыполним [2]. С целью упрощения и практического решения задачи вводят ряд допущений. Количество допущений зависит от характера и постановки задачи. Допущения, принятые при решении одной задачи, могут быть непригодны при решении другой. Таким образом, важным моментом является принятие тех или иных допущений при расчете переходных процессов.

При расчете токов КЗ принимают следующие допущения:

1. В процессе КЗ все генераторы вращаются синхронно и сдвига между векторами их ЭДС нет. Такое допущение дает малую погрешность при длительности КЗ до 0,5 с, так как при длительности КЗ 0...0,5 с переходный процесс можно считать чисто электромагнитным. При большей длительности расчёт КЗ необходимо вести как электромеханический. Неучет механического состояния вращающихся частей генераторов, электродвигателей в этом случае может привести к грубым ошибкам.

2. Все магнитные системы ненасыщены. При этом параметры схемы будут линейными.

3. Приближенный учет нагрузок. В зависимости от момента переходного процесса нагрузку приближенно представляют в виде постоянного индуктивного сопротивления.

4. Не учитываются токи намагничивания трансформаторов и автотрансформаторов.

5. Активные сопротивления элементов схемы учитываются только при определении степени затухания апериодической составляющей тока КЗ в электрических сетях выше 1 кВ.

6. Не учитывается распределенная емкость линий электропередач (за исключением линий дальних электропередач и линий, работающих в системе с изолированной нейтралью трансформаторов).

7. Симметричность параметров всех элементов электроэнергетической системы по фазам.

8. Ротор каждого генератора симметричен, т.е. параметры генератора по продольной и поперечной осям одинаковы.

Указанные допущения приводят к погрешности расчета, которая обычно не превышает 5% [3].